واحدهای مورد استفاده در طراحی برج خنک کننده

محاسبات برج خنک کننده شامل محاسبه ظرفیت برودتی، راندمان و آب جبرانی در می‌باشد که مبنای اصلی طراحی کولینگ تاور به حساب می‌آید. خرید پکینگ رندوم اسپلش یک گزینه مناسب برای افزایش جلب توجه مشتریان و ایجاد تفاوت در بازار محصولات شماست . انجام دقیق محاسبات در برج خنک کننده فرصتی جهت انتخاب صحیح و درست نوع خنک‌کن، محاسبه ظرفیت برودتی مناسب و برآورد میزان مصرف آب برج خنک کاری قلمداد می‌شود .

انجام صحیح محاسبات سبب عملکرد بهتر برج خنک کننده خواهد شد و در نتیجه کارکرد خوب در این تجهیز سایر دستگاه هایی که با خنک کن سرد می‌شود نیز کارکرد بهتری خواهند داشت. یک کوره القایی را فرض کنید که اگر محاسبات برج خنک کننده به درستی صورت نپذیرد ممکن است کوره نتواند با قابلیت صددرصد ذوب گیری نماید یا در یک تایم محدود دچار رسوب، گرفتگی و مشکلات زیادی گردد. در واقع محاسبات مختلف کولینگ تاور پیش زمینه‌ای برای طراحی و بهبود بخشیدن در سیستم سرمایشی صنعت محسوب می‌شود.

محاسبات مربوط به برج خنک کننده در دسته‌بندی‌های متفاوتی تقسیم می‌شود. اولین بخش نحوه تعیین دمای‌ خروجی آب می‌باشد. پس از تعیین دمای خروجی آب فاکتورهایی از قبیل ظرفیت برودتی و شرایط کارکرد برج خنک کن کمک بسزایی در انتخاب بهتر یک کولینگ تاور خواهد داشت. محاسبه آب مصرفی نیز به لحاظ برآورد تجهیزات جانبی در راه اندازی سیستم گردش آب از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه کاهش میزان مصرف آب و انتخاب صحیح نوع برج خنک کننده یکی از مهمترین بخش های محاسبات محسوب می‌شود.افزایش‌ راندمان،کاهش میزان مصرف آب و تعیین دقیق ظرفیت برودتی کولینگ تاور مهمترین بخشهای مرتبط با انتخاب صحیح یک منبع برودتی قلمداد می‌شود که به دو روش زیر انجام می پذیرد.

• استفاده از فرمول ها و جداول از پیش تهیه شده در بخشهای مختلف
• بهره‌گیری از نرم افزار های مخصوص انتقال حرارت و طراحی تجهیزات برودتی

در این بخش به توضیح مفصل روشهای مختلف انجام محاسبات برج خنک کننده از جمله محاسبه نرخ حرارتی کولینگ تاور،آب تبخیری، بلودان و راندمان خواهیم پرداخت.

دمای تقرب یا آپروچ برج خنک کننده

رسیدن به آپروچ کمتر از 5 درجه سانتی گراد در برج خنک کننده نیازمند ضریب‌اطمینان بالایی می‌باشد. در محاسبات اولیه طراحی به هر میزان آپروچ پایین‌تر در نظر گرفته شود راندمان برج خنک کننده بالاتر خواهد بود. حداقل میزان آپروچ معادل 5 درجه فارنهایت (2.8 درجه سانتی گراد) درنظر گرفته می‌شود. از طرفی هر چه از نظر تئوری در محاسبات مربوط طراحی اولیه بخواهیم آپروچ عدد پایین‌تری باشد باید ضریب افزایش سطح‌مفید کولینگ تاور(ضریب اطمینان) نیز بزرگتر انتخاب گردد.

بهینه ترین میزان آپروچ در نظرگرفته شده در محاسبات برج خنک کننده با ضریب اطمینان منطقی معادل 10 درجه فارنهایت می باشد.تعیین دقیق میزان آپروچ در واقع تابعی از دمای ایده آل آب سرد خروجی برج خنک کننده در فصول گرم می باشد. به منظور محاسبه میزان آپروچ از فرمول زیر استفاده می شود. آپروچ=دمای خروجی آب سرد برج خنک کننده – دمای مرطوب محیط طراحی کولینگ تاور  اختلاف دمای برج خنک کننده  با افزایش دبی آب در گردش در سیستم اختلاف دمای برج خنک کن به کمتر از 5 درجه سانتی گراد نیز کاهش پیدا کند. بنابراین اختلاف دمای آب سرد ورودی با آب گرم خروجی از برج خنک کننده تابعی از شرایط طراحی و شرایط محیطی می باشد. فرمول کلی زیر جهت محاسبه اختلاف دمای برج خنک کننده  بکار می‌رود.

محاسبه راندمان برج خنک کننده

به عبارتی دیگر رسیدن به راندمان 100درصد در محاسبات برج خنک کننده به معنای این می‌باشد که آپروچ معادل صفر در نظر گرفته شود که چنین موضوعی امکان ندارد. بنابراین در محاسبه راندمان کولینگ تاور رسیدن به عددی بالاتر از 90 درصد به هیچ عنوان شدنی نیست. به منظور دقیق محاسبه راندمان از فرمول هایی استفاده می‌شود که خروجی این اعداد نشانگر این موضوع است که  بهینه‌ترین میزان راندمان پکینگ برج خنک کننده با ضریب اطمینان استاندارد، معادل با 70 الی 75 درصد می‌باشد.در واقع رسیدن به راندمان بالاتر از 75درصد در محاسبات برج خنک کننده نیازمند هزینه بسیار زیاد بوده و غیراقتصادی می‌باشد.  به منظور محاسبه راندمان برج خنک کننده از فرمول زیر استفاده می‌شود.

کاهش میزان آپروچ و افزایش میزان اختلاف‌دما در کولینگ تاور طبق فرمول فوق سبب افزایش راندمان می‌شود. البته لازم به ذکر است که در تابستان با افزایش دمای مرطوب محیط راندمان برج خنک کننده نسبت به سایر فصول پایین‌تر خواهد بود و این موضوع نشانگر این است که پارامتر راندمان در دسته محاسبات عددی ثابت نمی‌باشد و مطابق شرایط فصلی و اقلیمی نیز متغیر می‌باشد.فاکتورهای فراوانی بر افزایش راندمان در برج خنک‌کننده تأثیرگذار خواهد بود. بسیاران از طراحان و مشاورین مهندسی سیالات از بهترین نمونه‌های پکینگ‌مدیا و افشانک جهت پاشش صحیح آب و افزایش سطح تبادل حرارت بین آب و هوا استفاده می‌کنند.

محاسبات چرخه غلظت در برج خنک‌کننده  میزان COC یا چرخه غلظت کمیتی بدون بعد می‌باشد. مقدار COC در برج خنک‌کاری وابسته به شرایط آب ورودی و آب جبرانی بین عدد 3 تا 7 متغیر می‌باشد. در طراحی برج خنک‌کننده باید دقت نمود که مقدار COC حدالامکان بیشتر در نظر گرفته شود. چرخه غلظت یا COC یکی از مهمترین پارامترهای کلیدی در محاسبات برج خنک‌کننده مخصوصاً در بخش محاسبه بلودان محسوب می‌شود. بهترین و بهینه‌ترین عدد برای فاکتور COC در محاسبات معادل 5 در نظرگرفته می‌شود. البته لازم به ذکراست استفاده از قطره گیر و سیستم بلودان هوشمند نیز تاثیر بسزایی در کاهش مصرف میزان بلودان و دریفت در کولینگ‌تاور دارد که استفاده استاندارد از باید از متریال مناسب و با کیفیت صورت پذیرد.

محاسبه آب جبرانی برج خنک‌کننده

محاسبه آب جبرانی در برج خنک‌کننده تابع سه پارامتر اصلی می‌باشد. سه پارامتر تأثیرگذار بر محاسبه آب جبرانی عبارتند از تبخیر آب – بلودان و دریفت قطرات آب به بیرون کولینگ‌تاور. در واقع آب‌مصرفی(جبرانی) وابسته به عملکردهای متفاوت در کولینگ‌تاور در جهات مختف هزینه می‌شود. محاسبه آب جبرانی از این جهت حائز اهمیت می‌باشد که تأمین این آب در فصول گرم عملاً باید با دورنگری و در طراحی اولیه درنظرگرفته شود.آب جبرانی در برج خنک‌کننده توسط سه روش کلی محاسبه می‌شود.

• 1-روش محاسبه آب جبرانی به صورت تخمینی (1.5 تا 2 درصد آب در گردش)
• 2-محاسبه آب جبرانی برج خنک‌کننده با روش فرمولی
• 3-محاسبه آب جبرانی توسط نرم افزارهای آنلاین و مهندسی از جمله SPX Calculator و Water Waste

در واقع در این مقاله سعی براین شده بر هر سه روش اساسی در تعیین محاسبه آب جبرانی و قیمت برج خنک کننده  اشاره شود. البته در زیر فقط به روش کلی محاسبه آب جبرانی برج خنک‌کننده یعنی روش استفاده از فرمول های مهندسی اشاره مینماییم. 1-تبخیر آب در برج خنک‌کننده  : تعیین دقیق میزان تبخیر آب در کولینگ‌تاور تأثیر بسزایی در نتیجه محاسبات آب جبرانی در برج خنک‌کن خواهد داشت. در واقع مهمترین بخش محاسبات برج خنک‌کننده در تعیین دقیق میزان آب مصرفی تبخیر می‌باشد.انرژی لازم گرفته شده از آب سبب تبخیر در برج خنک‌کننده می‌گردد.همین موضوع شاهراه اصلی محاسبات آب جبرانی می‌باشد.

دومین فاکتور از هدررفت آب در کولینگ‌تاور زیرآب یا بلودان(bleed Off)و در اصلاح جریان تخلیه (Blow Down) می‌باشدکه یکی دیگر از فاکتورهای تأثیرگذار در محاسبات برج خنک‌کننده محسوب می‌گردد.میزان تخلیه یا زیرآب و در اصطلاح بلودان برج خنک‌کننده یک پارامتر عددی قابل تغییر می‌باشد. محاسبات مربوط بلودان برج خنک‌کننده در واقع یکی از فاکتورهای اساسی در طراحی کولینگ‌تاور می‌باشد.منظور از بلودان برج خنک‌کننده(Blow Down)، تخلیه پیوسته یا متناوب درصدی از آب در کولینگ‌تاور به منظور جلوگیری از افزایش غلظت مواد معدنی حل نشده (TDS) و سایر ناخالاصی‌های موجود می‌باشد.

میزان دقیق بلودان برج خنک‌کننده در واقع براساس میزان کیفیت آب ورودی و آب در گردش و همچنین براساس دمای ورودی و خروجی و چرخه غلظت تعیین می‌گردد. اگر میزان بلودان از عدد استاندارد کمتر باشد غلظت مواد محلول در برج خنک‌کننده افزایش می‌یابد و این موضوع سبب افزایش رسوب و گرفتگی و در نتیجه کاهش راندمان خواهد شد. اگر بلودان از حدمعین خود نیز افزایش یابد سبب افزایش مصرف بی‌رویه آب جبرانی در کولینگ‌تاور می‌گردد. بنابراین تنظیم میزان جریان بلودان در برج خنک‌کننده یکی از مهمترین فاکتورها در محاسبات آب جبرانی برج خنک‌کن محسوب میشود.

M=E+B+D

M = آب جبرانی یا میک آپ

E = تبخیر آب

B = بلودان

D = دریفت قطرات ریز آب

الف) محاسبه تبخیر آب در برج خنک کننده: به منظور محاسبه تبخیر آب در برج خنک‌کننده از دو روش کلی می توان استفاده نمود. روش اول) استفاده از فرمول تخصصی محاسبه عددی میزان تبخیر برج خنک‌کننده:  مطابق این روش به منظور محاسبه میزان آب جبرانی حاصل از تبخیر در برج خنک‌کننده از فرمول زیر استفاده می‌شود. E = 0.00085 x R x 1.8 x C روش دوم) استفاده از فرمول دوم تخصصی محاسبه عددی میزان تبخیر برج خنک‌کننده:  در این روش عموماً از روش حرارت جذب‌شده در تبخیر استفاده می‌شود. مطابق این روش برای محاسبه آب جبرانی حاصل از تبخیر در برج خنک‌کننده از فرمول زیر استفاده می‌شود.

E = C x R x Cp / HV با توجه به اینکه حرارت جذب شده برای تبخیر هر کیلوگرم آب 2260 کیلوژول می باشد ، برای هر کیلووات ظرفیت برج خنک کننده مقدار آب حاصل از تبخیر تقریبا 0.553 گرم برثانیه (معادل 2 لیتر بر ساعت) خواهد بود.  بنابراین تبخیر آب در یک برج خنک کننده با ظرفیت 100 تن تبرید (350 کیلووات) معادل تقریبی 700 لیتر بر ساعت می باشد.  البته روش فوق در واقع به صورت دقیق تر تابعی از دمای ورودی و خروجی و شرایط محیطی و فصلی عملکرد برج خنک‌کننده میباشد. به منظور محاسبه دقیق میزان مصرف آب میتوانید از نرم‌افزار محاسبه آب جبرانی شرکت دماگستر در این زمینه بهره‌مند شوید.

تصویری از خروجی نرم افزار محاسبات آب مصرفی برج خنک‌کننده  ب) محاسبه بلودان برج خنک کننده: همانند تبخیر ، بلودان نیز با دو روش کلی قابل محاسبه می باشد . روش اول)محاسبه عددی میزان بلودان برج خنک کننده با مطابق فرمول زیر: B = E/ (COC-1) روش دوم)محاسبات تقریبی میزان بلودان برج خنک‌کننده مطابق با جدول زیر: به عنوان مثال برای یک دستگاه برج خنک‌کننده 100 تن تبرید با دبی آب در گردش 50 مترمکعب در ساعت و اختلاف دمای 5.5 Eدرجه سانتیگراد میزان آب جبرانی مطابق روش فوق بدین شکل محاسبه می‌گردد .