Tour de refroidissement à tirage naturel et tour de refroidissement à tirage mécanique

Dans de nombreuses installations industrielles, divers équipements ainsi que de nombreux fluides utilisés dans les systèmes de traitement doivent être refroidis. Ce refroidissement se fait majoritairement avec de l'eau. Cependant, à mesure que l’eau de refroidissement est utilisée, elle absorbe de la chaleur et perd son efficacité de refroidissement. L'eau doit rester fraîche.

Le rejet d'eau chaude dans des étangs ou des bassins peut être préjudiciable à l'environnement. Il est également coûteux de remplacer l'eau rejetée. Le moyen le plus efficace consiste à refroidir l’eau chaude et à la réutiliser.

L’équipement le plus couramment utilisé à cet effet est la tour de refroidissement. Les tours de refroidissement font partie d'un système d'eau de refroidissement dans une installation commerciale ou industrielle.

Dans l'échangeur thermique, la chaleur d'un fluide de procédé est transférée à l'eau de refroidissement. Après avoir absorbé la chaleur du fluide de procédé, l'eau s'écoule de l'échangeur de chaleur vers le sommet de la tour de refroidissement. L’eau tombe ensuite à travers la tour et est exposée à l’air, qui à son tour refroidit l’eau. L'eau refroidie est collectée au bas de la tour et est pompée à travers le système pour être réutilisée. Les tours de refroidissement refroidissent l’eau en l’exposant à l’air, ce qui provoque l’évaporation d’une partie de l’eau. L'évaporation est un processus dans lequel la chaleur contenue dans l'eau transforme une partie de l'eau en vapeur. Lorsque l’eau se transforme en vapeur, la chaleur est évacuée, ce qui donne de l’eau refroidie. Dans une tour de refroidissement, la chaleur contenue dans l’eau est évacuée de la tour sous forme de vapeur à mesure que l’eau s’évapore.

La conduction et la convection jouent un rôle important dans une tour de refroidissement. Dans la tour, l’eau entre en contact direct avec l’air. Lorsque cela se produit, une partie de la chaleur de l’eau est transférée directement à l’air par conduction et convection.

Quels types de vannes de tour de refroidissement existe-t-il ?

Toutes les tours de refroidissement fonctionnent fondamentalement selon les mêmes principes, cependant, leurs conceptions peuvent être divisées en deux types : les tours à tirage naturel et les tours à tirage mécanique (tour de refroidissement à tirage induit).

Qu’est-ce qu’une tour de refroidissement à tirage naturel ?

La tour de refroidissement à tirage naturel est un échangeur de chaleur ouvert à contact direct où l'eau chaude du système ou du condenseur est refroidie par contact direct avec l'air frais. Les tours de refroidissement utilisent le principe de l’évaporation de l’eau à contre-courant du flux d’air. De l'eau chaude est pulvérisée par les buses pour augmenter la surface de transfert de chaleur. La température et l’humidité de l’air augmentent après un transfert de chaleur par contact direct entre l’eau chaude et l’air frais. L'air chaud et humide, moins dense, monte au sommet de la tour et l'eau froide est collectée au bas de la tour. L'air frais est fourni par le bas de la tour de refroidissement en raison de la différence de densité entre l'air chaud à l'intérieur de la cheminée et l'air atmosphérique à l'extérieur de la tour de refroidissement.

Principe de la tour de refroidissement à tirage naturel

Le débit d'air est obtenu dans les systèmes de tour de refroidissement à tirage naturel grâce à l'effet cheminée de la structure même de la tour de refroidissement, qui utilise la différence de pression naturelle. L'air chaud et humide est moins dense, ce qui le fait sortir de la tour de refroidissement dans l'atmosphère et aspirer de l'air frais plus dense. La différence entre l’air chaud à l’intérieur de la tour et l’air plus frais à l’extérieur crée un flux d’air parfait. Pour qu'un débit d'air suffisant se produise, une formule mathématique spécifique est utilisée pour calculer la hauteur de la tour de refroidissement afin de garantir qu'elle est presque aussi grande que la différence de densité. Cela signifie que les tours de refroidissement utilisant ce système ont tendance à être grandes : environ 200 mètres de haut et 150 mètres de large. Il y a également une quantité importante d’eau qui coule dans les tours. La coque elle-même est généralement constituée de béton de forme hyperbolique. La tour de refroidissement à tirage naturel est le choix privilégié pour les climats frais et humides et pour les fortes charges hivernales.

L'eau chaude qui doit être refroidie dans la tour de refroidissement à tirage naturel est pompée via l'entrée d'eau chaude. L'entrée est reliée à des buses qui pulvérisent l'eau sur le matériau de remplissage, ce qui offre une grande surface de transfert de chaleur. Au bas de la tour, la structure est ouverte pour aspirer l'air frais, qui circule ensuite vers le haut et permet un transfert de chaleur par contact direct entre l'eau chaude et l'air. L’eau chaude libère de la chaleur après avoir été en contact direct avec l’air frais et une partie de l’eau chaude s’évapore. L'eau froide est collectée au bas de la tour.

L’air chaud et humide est évacué du sommet de la tour dans l’atmosphère.

Avantages des tours de refroidissement à tirage naturel

Aucun ventilateur électrique n'est installé donc économie d'énergie
Aucun problème de corrosion
L'entretien est faible
Aucune recirculation de l'air ne se produit en raison de la sortie haute de la cheminée

Inconvénients des tours de refroidissement à tirage naturel

Un énorme débit d’eau est nécessaire.
Ceux-ci nécessitent une grande surface.
Sa performance dépend de la vitesse et de la direction du vent.

Qu'est-ce qu'une tour de refroidissement à tirage mécanique ?

Les tours de refroidissement à tirage induit sont un type de tour à tirage mécanique dotée d'un ou plusieurs ventilateurs. Ces ventilateurs seront situés au sommet de la tour, aspirant l'air vers le haut à contre-courant du flux d'eau vers le bas. L’eau circule autour de l’emballage ou de la terrasse en bois. Dans ces modèles, l'eau la plus froide se trouve au fond, entrant en contact avec l'air le plus sec puisque le débit d'air est à contre-courant du débit d'eau.

L’eau la plus chaude se trouvant près du sommet de la tour étant en contact avec l’air humide, il en résulte un transfert de chaleur incroyablement efficace. Les tours induites seront de forme ronde ou carrée, distribuant l'eau via un système d'arrosage ou de branchement statique. L'eau entrante est injectée dans toute la tour avec un collecteur de distribution de pulvérisation. Le jet est dirigé vers le bas afin de maximiser le contact de l'eau et de l'air. Ce processus est maximisé par le remplissage d'eau de refroidissement, composé de bois, de métal, de PVC ou d'autres matériaux. En général, les modèles à tirage induit offrent la solution la plus efficace aux besoins de refroidissement de toute industrie.

Principe de la tour de refroidissement à tirage mécanique

L'eau de conditionnement qui s'écoule est pulvérisée dans toute la station de refroidissement à l'aide d'une tête de dispersion par pulvérisation dans une tour de refroidissement à tirage induit. L'eau s'écoule verticalement à travers des déflecteurs pour maximiser le temps qu'elle passe en contact avec l'air.

Le remplissage d'eau de refroidissement, composé d'Upvc, de bois, de métal ou d'un autre élément, maximise la zone de contact du transfert de chaleur.

Grâce à des « panneaux de carrosserie » correctement construits, l'air pénètre à l'intérieur de la tour de refroidissement. D'énormes ventilateurs aspirent l'air à travers la région déflectrice, provoquant le refroidissement de l'eau. Des dispositifs spéciaux appelés éliminateurs de dérives sont utilisés pour empêcher les gouttelettes d'eau de rester piégées dans le flux d'air qui s'en va.

Avantages de la tour de refroidissement à tirage mécanique

Faible capacité absorbée.
Niveau sonore plus élevé que le tirage forcé.
Entraînement du flux d’air humide.
Nécessite peu d'espace pour l'installation.

Dans une tour de tirage mécanique, le flux d'air est créé à l'aide d'un ou plusieurs ventilateurs. Une tour de refroidissement à tirage induit utilise les ventilateurs situés au sommet de la tour pour créer une zone de basse pression. Cela fait circuler l’air depuis les côtés de la tour, jusqu’au sommet. Dans cette situation, l’eau pénètre par les canalisations d’arrivée et se répand dans les auges. Des buses dirigent l'eau des auges vers le remplissage à l'intérieur de la tour. Le garnissage ralentit l'eau lorsqu'elle tombe à travers la tour et la brise également en petites gouttelettes. Ces deux actions permettent un meilleur transfert de chaleur. Alors que l'eau descend en cascade à travers la tour à travers les couches de garniture, un ventilateur aspire l'air à travers un ensemble de persiennes, autour de la garniture, puis à travers un éliminateur de dérive. L'éliminateur de dérives piège les gouttelettes d'eau qui pourraient être entraînées avec l'air sortant de la tour. L’eau est froide au moment où elle atteint le bassin collecteur. L'eau froide est ensuite aspirée hors de la tour par la conduite de sortie et renvoyée vers l'équipement de l'usine pour être réutilisée.

Un autre type de tour à tirage mécanique est la tour de refroidissement à tirage forcé. La principale différence entre un tirage induit et une tour à tirage forcé est qu'un tirage forcé ne crée pas de zone de basse pression qui aspire l'air à travers la tour. Au lieu de cela, les ventilateurs forcent ou poussent l’air vers le haut à travers la tour. Les tours à tirage forcé n'ont pas de persiennes sur les côtés, mais plutôt des ventilateurs avec des grilles qui dirigent le flux d'air dans la tour. Lorsque l'eau de refroidissement descend du haut de la tour, les ventilateurs poussent l'air vers le haut à travers la tour et le processus de transfert de chaleur a lieu.

Certains composants sont communs à la plupart des tours. Par exemple, de nombreuses tours sont divisées en cellules. Chaque cellule contient tous les composants d'une seule tour, sauf qu'ils partagent un puisard commun. Pour mieux contrôler le refroidissement, chaque cellule d’une tour peut être mise en service ou hors service indépendamment. D'autres composants courants sont les lignes de purge et de maquillage. À mesure que l’eau dans la tour s’évapore, la concentration des impuretés augmente et peut causer des problèmes. Pour contrôler la concentration d'impuretés, l'eau est périodiquement évacuée du bassin de rétention par la conduite de purge. Cette eau est ensuite remplacée par de l’eau propre via la ligne d’appoint. Le débit à travers la conduite d'appoint est contrôlé par une vanne de régulation qui comporte généralement un flotteur qui détecte le niveau dans le bassin de récupération. À mesure que le niveau change, le flotteur change de position et envoie un signal à la vanne de régulation qui régule le débit d'eau dans le système.

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