محاسبه تبخیر آب در برج خنک کننده
، مقدار آبی است که درهنگام فعالیت کولینگ تاور تبخیر و به صورت بخار آب از دستگاه خارج می گردد. برج های خنک کننده، دستگاه های تبخیری هستند؛ یعنی عملکرد این دستگاه بر اساس تبخیر آب می باشد.این دستگاه سطح تماس و زمان تماس بیشتر میان آب و هوا ایجاد می کند که موجب کاهش دمای آب می شود. میزان تبخیر آب ارتباط مستقیم با توان خنک کاری دستگاه دارد. هر چه دستگاه ابعاد بزرگتر و تناژ بیشتری داشته باشد، میزان تبخیر صورت گرفته بسیار بیشتر خواهد بود.
در ادامه این مقاله از می خواهیم درباره تبخیر آب در برج های خنک کننده و عوامل موثر در این فرایند، نحوه محاسبه میزان تبخیر آب در کولینگ تاور مطالبی را بیان کنیم. قطر پروانه با سرعت چرخشی رابطه معکوس دارد یعنی به هر میزان قطر فن در برج خنک کننده بزرگتر انتخاب گردد سرعت چرخشی نیز باید کاسته شود.
تبخیر آب در برج خنک کننده
مسئله ای که همیشه در تمامی مراحل ابتدایی علم مکانیک سیالات تاکنون در تاسیسات و تهویه و تبرید با آن روبرو هستیم و تا امروز نیز شاید به صورت اساسی رفع نشده است مسئله تبخیر آب کولینگ تاور و در کنار آن هدر رفت آب در برج های خنک کننده و سایر تولیدات این صنعت می باشد؛ به گونه ای که بسیاری از کارفرمایان که در سال های دور و نزدیک خریدار این دستگاه ها بوده اند از هدر رفت آب و هزینه های بالای قبوض گلایه دارند.
اما باید به این نکته توجه داشته باشیم که حتی اگر هزینه هدر رفت آب چه به صورت بخار شدن و یا به صورت پاشش آب به بیرون از برج بدلیل کارکرد های مختلف (سرعت بالای فن – لوورهای معیوب – ساختار بد دستگاه – تراز نبودن دستگاه و …) به کم ترین حالت هم برسد باز هیچ گاه به صفر نخواهد رسید.
تبخیر همان طور که از نام آن مشخص می باشد، یعنی تبدیل شدن مایع (عمدتاً آب) به گاز (عمدتاً بخار آب). این فرآیند شیمیایی زمانی رخ می دهد که دمای آب در اتمسفر (14.5 فشار در اینچ مربع) به 100 درجه سانتیگراد برسد. در بین اجزای داخلی برج خنک کننده مهمترین و اساسی ترین بخش، پکینگ برج خنک کننده می باشد که وظیفه ایجاد سطح تبادل حرارت را بر عهده دارد.
پس نکته ای که مشخص شد این است که اگر فشار ستونی هوا روی آب (یا هر محصول دیگری) از فشار جو زمین به هر اندازه کمتر شود، دمای تبخیر آب به سمت صفر درجه سانتیگراد می گراید، یعنی اگر فشار اتمسفر از 1 به 0.5 برسد، پر واضح است که آب در 50 درجه سانتیگراد به جوش می آید (تبخیر می شود).
یکی دیگر از مسائلی که کمی از این بحث متفاوت است این موضوع می باشد که باد (وزش باد) در تبخیر آب بی تاثیر نیست. برای مثال اگر آب را در دمای 23 درجه سانتیگراد و فشار جوی ثابت بدون وزش باد قرار دهیم و در طرفی همین شرایط را با وزش باد در نظر بگیریم، خواهیم دید که در مدت زمان یکسان آن ظرفی که هوا بر آن جریان داشته است کمی سطح کمتری پیدا کرده و این یک فرایند فیزیکی – شیمیایی می باشد (فرآیندی که در برج های خنک کننده به وفور به چشم می خورد).
محاسبه مقدار تبخیر آب در برج خنک کننده
در محاسبه گرمیزان تبخیر آب که در پایین آورده شده است، می توان به صورت آنلاین مقدار تبخیر آب در در واحد زمان برای گرمترین روز تابستان در شهر مورد نظر را بدست آورد.حیاتی بودن پکینگ در عملکرد برج های خنک کننده زمانی مشخص می شود که سیستم دچار رسوب و گرفتگی می شود.
مکانیزم تبخیر آب در برج خنک کننده
عوامل موثر در تبخیر آب در برج های خنک کننده
عوامل تأثیرگزار بر تبخیر آب از سطح عبارتند از:
- میزان جریان عبوری از سطح آب
هر چه میزان جریانی که از مولکول های آب که به صورت اسپری به روی پکینگ ها پاشش می شود بیشتر باشد، قطعاً جدا شدن این ذرات از یکدیگر بیشتر می گردد. اما این بدان معنی نیست که تبخیر شده است این موضوع دقیقا هدر رفت آب است. پس انتخاب فن و الکتروفن مناسب در زمان تولید دستگاه بسیار مهم است. - نوع جریان هوا در برج
در برج های خنک کننده صنعتی بزرگ نسبت به برج های کوچک تر و مسکونی سطح تماس هوا با آب (آب در حال ریزش روی پکینگ) بسیار بیشتر است. پس این که حجم هوای عبوری از روی آب چقدر باشد رابطه مستقیم با هدر رفت آب یا به اصطلاح همان تبخیر (تغییر فاز) دارد. - مقدار جریان هوا
اگر جریان هوای تازه (غیر اشباع) بروی سطح آب وجود داشته باشد، میزان تبخیر افزایش می یابد و لایه مرزی نفوذ بخار آب در سیال کاهش می یابد. - سطح تماس
هر چه سطح تماس آب با هوا بیشتر باشد، میزان تبخیر افزایش خواهد یافت. - دمای آب
دمای آب اگر بالای 37 درجه سانتیراد باشد، به ازای هر یک درجه میزان تبخیر نیز افزایش می یابد. برای مثال در بدن انسان که دمای معمولی (تعریف شده در شرایط نرمال) 37 درجه سانتیگراد است، هر چه قدر میزان تحرک و تعریق بیشتر شود دمای بدن افزایش نمی یابد. - مثلا اگر شما یک مسیر را با سرعت ثابت (30 کیلومتر در ساعت) طی کنید میزان افزایش دمای سطح پوست شاید 1 الی 2 درجه افزایش یاید؛ اما اگر سرعت را بیشتر کنید (40 کیلومتر در ساعت) بدن شروع به عرق کردن می کند (تبخیر سطحی) که این موضوع باز رابطه ای با دمای 37 درجه بدن ندارد.
پس، از این مثال به این موضوع پی می بریم که اگر دمای ورودی به یک برج مثلا 40 درجه سانتیگراد باشد و نیاز داشته باشیم که سرعت عبور هوا از سطح آب در حال ریزش به روی پکینگ را افزایش دهیم، باید سطح پکینگ را کنترل کنیم (پوست بدن)؛ یعنی با کم کردن گام در ورق های پکینگ سرعت عبور آب در یک بازه زمانی را کاهش دهیم تا زمان بیشتر بابت گرفتن گرما در برج به وجود آید و تبخیر یا همان گرفتن گرما رخ دهد تا به درجه ای که نیاز است بابت برگشت به سیکل کاری برسیم. - در نتیجه باید گفت که هر چه دمای سیال آب بالاتر باشد، میزان انرژی جنبشی آب بالاتر است و در نتیجه مولکول ها راحت تر از سطح سیال جدا شده و تبخیر می شوند. ()
- میزان اشباع بودن هوا
هر چقدر میزان اشباع بودن هوا از بخار آب کمتر باشد، تبخیر راحت تر صورت می گیرد. به عبارتی میزان دمای مرطوب محیط اگر کمتر باشد تبخیر بیشتر و آسان تر اتفاق می افتد. - هوای اشباع در منطقه
رطوبت هوای اشباع به دو صورت تعریف می شود؛ همیشه هوای اشباع با رطوبت مطلق یا هوای اشباع با رطوبت نسبی همدیگر ار پوشش می دهند. مثلا در هوای شرجی که نسبت دمای خشک به دمای مرطوب پایین است ما کمترین میزان تبخیر را داریم. - برای این که موضوع کمی روشن شود همیشه مشکل خشک شدن لباس های شسته شده در شمال یا جنوب کشور وجود دارد. زیرا بخار آب موجود در هوا (که گاهی به 90 درصد می رسد) اجازه تبخیر آب از سطح لباس های شسته شده و خشک شدن (رسیدن به دمای خشک) را نمی دهد.
- پس اگر رطوبت در هوا به حالت اشباع (نزدیک به مطلق) در آید تبخیر کم می شود. همین موضوع نیز باعث می شود که در منطقه های شمالی یا جنوبی کشور برج های خنک کننده کاربرد نداشته باشد یا اگر هم داشته باشد با 50 تا 70 درصد بالای ظرفیت تعریف شده در نظر گرفته شود که اصلاً عملی مهندسی و معقول نیست (در این مناطق از برج های هوا خنک یا همان ایر کولینگ) استفاده می شود که سیکل مبرد مستقیم وارد کندانسور می شود و اصلا آب در این سیکل بابت خنک کاری دخیل نیست).