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Les tours de refroidissement sont un composant essentiel de la plupart des installations industrielles et commerciales. Ils refroidissent l’eau utilisée pour une variété de processus et d’applications. Dans une prochaine publication, nous discuterons du rôle que les tours de refroidissement jouent dans les efforts de durabilité de votre installation, mais aujourd’hui, nous voulons répondre à la question : comment fonctionnent les tours de refroidissement ? Commençons par les bases.
Les tours de refroidissement sont des échangeurs thermiques spécialisés conçus pour éliminer la chaleur résiduelle en créant de la vapeur. Leur fonction est d’extraire la chaleur de l’eau et de renvoyer l’eau froide pour refroidir les équipements industriels. Dans une tour de refroidissement, la chaleur est transférée par une chaleur sensible et latente.
Avec les tours de refroidissement, la majeure partie de la chaleur est transférée dans l’atmosphère par recirculation de l’évaporation de l’eau de refroidissement. Le refroidissement par évaporation est fréquemment utilisé pour éliminer de grandes quantités de chaleur des processus, des équipements et des espaces de vie. Ceci est illustré dans l’équation de transfert thermique suivante :
Q = LHe x m
Où : Q = chaleur par évaporation (perte de chaleur)
LHe = chaleur latente de vaporisation/évaporation de l’eau (Btu/lb.)
m = masse d’eau
L’eau est utilisée comme milieu dans les tours de refroidissement. Une quantité relativement importante de chaleur est libérée (1 000 Btu) pour chaque livre d’eau évaporée. Lors de la manipulation de l’eau, le transfert de chaleur est environ 1 000 fois plus efficace par évaporation que par chaleur sensible. La valeur réelle est légèrement inférieure (970,4 Btu), mais dans l’ensemble du secteur, la valeur de 1 000 Btu par livre est universellement acceptée.
Les tours de refroidissement sont conçues pour créer un transfert de chaleur efficace en connectant l’air et l’eau de manière efficace et rapide. Partout où 75 à 95 % de la chaleur du processus, de l’équipement ou des bâtiments est éliminée par évaporation et seulement 5 à 25 % par convection.
Le concept de température humide et sèche doit être pris en compte. La température humide est définie comme la température d’eau la plus basse à laquelle la chaleur peut être éliminée par évaporation. Plus la température du bulbe humide est basse, plus l’humidité relative est faible et plus la tour de refroidissement est efficace pour éliminer la chaleur.
Il existe trois conceptions de tours différentes. Le bon type est déterminé en fonction de la taille du système/de l’application, de l’emplacement géographique/du climat, de la qualité de l’eau et des coûts des services publics locaux.
Lorsque l’eau de recirculation d’une tour de refroidissement s’évapore, elle sort théoriquement sous forme de vapeur pure. Un pourcentage extrêmement faible de cette vapeur transporte de minuscules gouttelettes d’eau contenant des solides dissous. C’est ce que l’on appelle la dérive de la tour de refroidissement. À ce stade précoce de notre discussion, la dérive de la tour de refroidissement sera considérée comme hors du champ d’application.
Les diagrammes séquentiels de la Figure 1 illustrent ce que nous entendons par cycles de concentration. Au fur et à mesure que l’eau s’évapore, la quantité de solides dissous reste constante, de sorte que leur concentration augmente.
L’équation de la figure 2 permet de déterminer la quantité d’eau évaporée (E) en gallons par minute.
Remarque : Le terme ΔT est la chute de température mesurée réelle dans la tour et non la température de conception.
L’eau chaude de retour et le débit d’air sont en opposition directe les uns avec les autres. Les éliminateurs de dérive introduisent un chemin difficile pour la navigation des gouttelettes d’eau. La plupart des gouttelettes d’eau ne parviennent pas à atteindre l’atmosphère et tombent dans le bassin de la tour de refroidissement, ce qui entraîne une réduction de la consommation annuelle d’eau.
Bien qu’il ne soit pas considéré comme le plus efficace, le remplissage par éclaboussures est toujours utilisé dans de nombreuses applications, y compris l’eau d’appoint de mauvaise qualité ou les tours servant des applications à fort potentiel de contamination du processus d’eau de refroidissement. Dans ces conditions, le remplissage plus efficace peut s’encrasser et nécessiter des nettoyages chimiques fréquents.
Le remplissage de film est le plus fréquemment utilisé et largement connu. Il s’agit de la construction en PVC familière, avec le motif gaufré caractéristique qui répartit l’eau de refroidissement sur une plus grande surface pour le contact avec le flux d’air circulant. Le remplissage de film peut être utilisé dans les applications où la qualité de l’eau d’appoint est bonne et où les températures de l’eau de retour chaude ne dépassent jamais 140 °F.
En plus des équations ci-dessous, les cycles de concentration (COC) peuvent également être calculés en utilisant le rapport entre l’eau d’appoint et la purge.
Évaporation (gpm)
Taux de recirculation (gpm) x ΔT x Ef / 1 000
Maquillage (gpm)
MU = Evap (gpm) x (C/(C-1))
C = cycles de concentration, généralement déterminés par :
concentration en chlorure de tour de refroidissement/chlorures d’eau d’appoint
ou
Concentration en magnésium de la tour de refroidissement/magnésium de l’eau d’appoint
Utiliser du magnésium si du chlore, de l’hypochlorite, du brome ou du dioxyde de chlore est utilisé comme biocide oxydant.
Cf = Concentration finale de l’additif
Si possible, respecter les recommandations suivantes lors du choix d’un emplacement de tour de refroidissement :
Grâce à la manipulation des vannes d'isolement du condenseur et du collecteur d'eau glacée, le système peut être configuré pour que le débit d'eau de la tour de refroidissement contourne le refroidisseur (qui est sécurisé/ne fonctionne pas) et circule directement à travers la tuyauterie/bobine d'eau glacée vers le gestionnaire d'air.
L'eau provenant de l'unité de traitement d'air est ensuite renvoyée à la tour de refroidissement pour répéter le cycle. Le fait de ne pas faire fonctionner le compresseur du refroidisseur et les pompes de circulation à boucle d'eau glacée permet de préserver la consommation électrique. La température ambiante extérieure requise pour le refroidissement libre est de 40 à 45 °F.
Il est important de rester vigilant et de garder les éléments suivants à l’esprit :
De nombreux facteurs contribuent à l’efficacité de votre système de refroidissement. Comme pour toutes les autres technologies, une diligence raisonnable est nécessaire pour déterminer la faisabilité de l’utilisation de nouvelles méthodes. Consultez toujours les manuels et guides de votre équipement, et n’oubliez pas de contacter l’équipe expérimentée de ChemTreat pour obtenir de l’aide !
Consultant principal en assistance technique
Pete Elliott est un expert technique de confiance avec plus de 30 ans d’expérience dans les solutions de traitement de l’eau pour les services publics et les systèmes de traitement thermique. Dans son secteur d’activité, Elliott se concentre sur la production de meilleures pratiques pour des opérations d’usine efficaces, la conservation de l’énergie et de l’eau, ainsi que la protection et la préservation des actifs. Il a publié des articles techniques pour le Cooling Technologies Institute (CTI) et l’Association of Water Technologies (AWT). Elliott est titulaire d’une licence en génie civil de l’Université Villanova et a occupé le poste d’ingénieur dans la Marine des États-Unis.
