محاسبه میزان آب مصرفی برج خنک‌کننده

 محاسبه میزان آب مصرفی در برج خنک‌کننده

همان‌طور که می‌دانید برج خنک‌کننده وسیله‌ای است که برای تبادل گرما در صنایع مختلف و دستگاه‌های تهویه استفاده می‌شود. از گذشته تابه‌حال آب بخش مهمی در کمک به خنک‌کردن فرایند تولید و تجهیزات صنعتی بوده است. وظیفه اصلی کولینگ‌تاور خنک‌کردن آب برگشتی از فرآیند تولید است. هم‌زمان با فرایند خنک‌کاری و تبادل حرارت در برج خنک‌کننده مقداری از آب گرم ورودی اتلاف می‌شود که این امر در اثر تبخیر، پاشش قطرات و بلو دوان است.
  در Cooling Tower اولین اتلاف آب را Evaporation Loss یا به طور خلاصه Evap Loss به معنی آب ازدست‌رفته از تبخیر به بخار می‌نامند. اتلاف آب دوم Drift Loss نامیده می‌شود، یعنی آبی که قطرات کوچکی است که در سیستم خنک‌کننده پراکنده شده و با وزش باد از بین می‌رود و آخرین اتلاف آب Blow Down Loss نام دارد که عبارت است از اتلاف آب ناشی از رهاسازی آب از برج خنک‌کننده برای حفظ تعادل شیمیایی آب.
 و برای جبران هدررفت آب در دستگاه برج خنک‌کننده (Water loss in Cooling Tower) باید آب جدید اضافه کنیم. آب تمیزی که به‌تازگی اضافه شده است، آب آرایش نامیده می‌شود.

 محاسبه میزان هدررفت آب در برج خنک‌کننده: 

 چگونه بفهمیم چه مقدار آب به برج خنک‌کننده اضافه کنیم؟ چگونه بفهمیم که چگونه آب را برای کمک به تعادل اتلاف آب در برج خنک‌کننده محاسبه کنیم؟ در مقاله امروز به روش محاسبه آب ازدست‌رفته می‌پردازیم. نحوه محاسبه آب مصرفی در سرمایش برای اطمینان از اینکه تجهیزات داخل کولینگ تاور شما به طور مؤثر کار می‌کند، در مصرف آب صرفه‌جویی می‌کند و انرژی را به نحوی ارزشمند ذخیره می‌کند.
 چرا اتلاف آب (Water loss) در برج خنک‌کننده را باید محاسبه کنیم؟
برای بسیاری از مهندسان هنگامی که صحبت از نگهداری برج خنک‌کننده (Cooling Tower) می‌شود تا کارآمد باشد. محاسبه تلفات آب در برج خنک‌کننده مهم است.
 لازم به ذکر است که تلفات تبخیر بالاترین میزان تلفات آب کولینگ تاو در مقایسه با سایر انواع تلفات آب است که تا 1 تا 1.5 درصد از کل تلفات آب، فقط آب از دست می‌رود. مواد شیمیایی یا مواد معدنی مختلفی که در آب بودند نیز ناپدید نشدند. این بدان معنی است که هر بار ازدست‌دادن آب وجود دارد غلظت مواد شیمیایی یا معدنی در آب بیشتر خواهد بود. در نتیجه، احتمال تشکیل رسوبات و آهک افزایش می‌یابد؛ بنابراین لازم است که Blow Down یا رهاسازی فاضلاب و اضافه‌کردن مجدد آب آرایشی انجام شود. این فرایند Blow Down برای حفظ تعادل شیمیایی آب درصورتی‌که آب آرایشی برای رقیق کردن آن وجود نداشته باشد بسیار ضروری است. هیچ آبی برای حفظ تعادل آب اضافه نمی‌شود. ممکن است آلودگی‌های خطرناکی در داخل برج خنک‌کننده انباشته شده باشد.

محاسبه مصرف آب کولینگ‌تاور (برج خنک‌کننده) در اثر تبخیر

 Cooling tower evaporation loss
 همان‌طور که اشاره شده یکی از اصلی‌ترین موارد اتلاف آب کولینگ‌تاور تبخیر آب در اثر تبادل حرارت است. این میزان تبخیر در دستگاه‌های مدار باز بیشتر است و هر چه اختلاف دمای آب گرم ورودی و آب سرد خروجی بیشتر باشد میزان تبخیر نیز افزایش خواهد یافت. برای محاسبه میزان تبخیر آب برج خنک‌کننده می‌توان از فرمول زیر استفاده نمود که ضرایب مشخص (0.0015 تا 0.0018) در دبی و دمای آب ضرب شده و حاصل آن میزان تبخیر کولینگ‌تاور است.
 فرمول محاسبه آب تبخیر شده در برج خنک‌کن   E= 0.0015*R*C
 در این فرمول
 E :مقدار تبخیر آب برج خنک‌کننده بر حسب مترمکعب بر ساعت است.
 R:اختلاف دمای آب ورودی و خروجی کولینگ‌تاور بر حسب درجه سانتیگراد است.
 C :حجم آب در گردش برج بر حسب مترمکعب بر ساعت است.
 برای درک بهتر این مسئله در قالب مثال میزان تبخیر یک برج خنک‌کننده صنعتی را محاسبه می‌کنیم.
 تصور کنید کولینگ‌تاور موجود با میزان دبی 50 مترمکعب در ساعت و با دمای آب ورودی 35 درجه و دمای خروجی 25 درجه سانتیگراد یعنی اختلاف دمای 10 درجه در حال کار است. در این حالت با قراردادن مقادیر در فرمول بالا میزان تبخیر آب در هر ساعت 750 لیتر یا 0.75 مترمکعب در ساعت است.
 10*50*0.0015=0.75 میزان تبخیر بر حسب مترمکعب در ساعت
 نکته بسیار مهم در این فرمول عدم وابستگی آن به دمای حباب تر یا وت بالب (Wet Bulb) است.
 در واقع اختلاف دمای حباب تر با دمای آب خروجی از برج خنک‌کننده، بر روی میزان تبخیر آب تأثیری ندارد. در ضمن باید آگاه باشید که این میزان تبخیر برای شرایط تابستان و اوج گرما است و در طول سال و میانگین تبخیر 12 ماه عدد به‌دست‌آمده برای میزان تبخیر آب کولینگ‌تاور به‌مراتب کمتر از این میزان خواهد بود.

میزان آب مصرفی برج خنک‌کننده به دلیل بلو داون یا زیرکش

 Cooling tower Blow down water
 همان‌طور که عنوان شد میزان املاح و غلظت آب در گردش به‌مرور در اثر تبخیر افزایش می‌یابد. برای واپایش رسوبات و کاهش غلظت آب به میزان آب تبخیر شده طی فرایند آب میکاپ (Cooling tower make up water) وارد چرخه می‌شود.
 لازم است بدانید که میزان سیکل تغلیظ یا Cycle Of Concentration در کولینگ‌تاور وابسته به نوع کاربری و شرایط جغرافیای و آب‌وهوای دارد. اما می‌توان برای محاسبه و برآورد سیکل تغلیظ از عدد 5 استفاده نمود.
 فرمول محاسبه بلودون برج خنک‌کننده: B=(E- ((COC-1)*D)) / (COC-1) m^3/h
 E : میزان تبخیر بر حسب مترمکعب در ساعت که از فرمول‌های بخش اول باید حساب کنیم.
 COC : سیکل تغلیظ در برج خنک‌کننده که عموماً بین 4 -6 در نظر گرفته می‌شود
 D : میزان اتلاف آب بر اثر پاشش آب

میزان اتلاف آب کولینگ‌تاور به دلیل پاشش قطرات

 Cooling tower drift loss
 برای محاسبه این مقدار از مصرف آب در کولینگ‌تاورهای مختلف می‌توان ضریب 0.003 تا 0.0001 را در نظر گرفت. میزان اتلاف آب در اثر پاشش وابسته به ساختار برج خنک‌کننده و محل نصب آن است. در حال حاضر با استفاده از قطره گیرهای لانه‌زنبوری یا تیغه‌ای می‌توان میزان پرتاب قطرات آب را به حداقل رساند. به طور مثال کولینگ‌تاورهای مکعبی کانتر فلو با استفاده از قطره گیرهای لانه‌زنبوری میزان پرتاب و هدررفت قطرات را به حداقل رسانده‌اند.
 همان گونه که گفته شد اتلاف دریفت را می‌توان با انتخاب یک حذف‌کننده رانش مناسب برای برنامه کاهش داد.
 محاسبه تلفات دریفت بستگی به نوع قطره‌چکان دارد که در برج خنک‌کننده نصب شده است. اگر از دریفت با نرخ تلفات کم استفاده کنیم تا حد زیادی به کاهش تلفات آب ناشی از اتلاف دریفت کمک می‌کند.
 بر اساس توضیحات بالا برای محاسبه کل مصرف آب برج خنک‌کننده باید از فرمول زیر استفاده نمود
  اتلاف کل آب = میزان تبخیر آب + مقدار پوشش قطرات + بلوداون

 چرا دانستن میزان مصرف آب برج خنک‌کننده اهمیت دارد؟

زمانی که از میزان مصرف آب آگاه باشید در اقدام اول می‌توانید جهت اضافه‌کردن آب لازم به چرخه برج خنک‌کننده ذخیره مناسبی را در نظر بگیرید. اگر از کاهش تدریجی آب برج خنک‌کننده آگاه نباشیم به‌مرور عملکرد دستگاه خنک‌کاری دچار مشکل می‌شود و میزان رسوبات افزایش‌یافته و در نتیجه مصرف برق به دلیل فشار زیاد به موتور و فن افزایش خواهد یافت.
 پس دانستن میزان تبخیر، میزان تلفات آب در اثر پاشش و اطلاع از غلظت آب کولینگ‌تاور به شما کمک خواهد کرد عملکرد برج خنک‌کننده را در حالت استاندارد نگه دارید و از مصرف برق اضافه و خرابی قطعات کولینگ‌تاور جلوگیری نمایید.

راه حل کاهش مصرف آب کولینگ‌تاور چیست؟

 اقداماتی مختلفی برای کنترل و کاهش مصرف آب برج خنک‌کننده می‌توان انجام داد؛ ولی چند مورد کاربردی را در زیر عنوان می‌نماییم که می‌تواند به شما در حل این مسئله کمک نماید.

•  استفاده از اینورتر و سیستم کنترل دور فن
•  به‌کارگیری حسگر دما در قسمت آب خروجی و اتصال آن به موتور فن
•  جایگزینی برج خنک‌کننده مداربسته هیبریدی بجای سیستم مدار باز
•  استفاده از قطره گیر برج خنک‌کننده جهت کاهش تلفات آب
•  تعویض و تعمیر بموقع قطعات کولینگ‌تاور
•  چک‌کردن سیستم توزیع آب و نازل‌های برج خنک‌کن