ابراج التبريد(الانواع/الاستخدام/التشغيل/الصيانة)

2 – 1 مقدمة عن أبراج التبريد
تستخدم أبراج التكييف في عمليات تكييف الهواء لتبريد المياه اللازمة لتكييف غاز التبريد ثم إعادة استعمال هذه المياه وبذلك تعتبر أبراج التبريد جزءاً هاماً من أجهزة التكييف .
أن أبراج التبريد لا تستخدم ألا مع وحدات التكييف التي بها مكثف مائي ، اما الوحدات ذات المكثف الهوائي لا تحتاج الى استخدام أبراج التبريد . في حالة عدم استخدام أبراج التبريد نضطر الى استخدام كميات كبيرة من الماء في وحدات التكييف الكبيرة وقد نكون في حاجة الى تقليل كمية المياه لثمنها المرتفع وفي مثل هذه الحالات نحتاج الى برج تبريد بجوار المكثف لاعادة استخدام الماء بعد تخليصه من الحرارة التي امتصها من دورة التبريد .
2 – 2 أسباب استخدام أبراج التبريد :-
1- في وحدات التبريد والتطبيق الكبيرة مثل محطات التكييف المركزية حيث يلزم كمية كبيرة من المياه لتبريد سائل التبريد .
2- إذا كانت درجة حرارة الماء الداخل للمكثف مرتفعة نسبياً فيلزم في هذه الحالة كمية كبيرة من المياه – سواء أكانت وحدة التبريد متوسطة او كبيرة . كما لو كانت درجة حرارة الماء الداخل منخفضة .
3- في حالة ارتفاع ثمن المياه في بعض البلدان .
4- زيادة قيمة معامل الاتساخ في حالة استخدام ماء الأنهار والبحيرات واعادته الى مصدره لذا يستخدم برج التبريد لاعادة استخدام الماء الحار .
2 – 3 أهمية أبراج التبريد
تتولد الحرارة في أنظمة التكييف وبعض العمليات الصناعية كنواتج عرضية غير مرغوب بها والتي يتطلب أبعادها حيث استخدم لذلك تدفق مائي بارد على الأجزاء المطلوب تبريدها لسحب الحرارة منها ، وتم استخدام نظامين للتبريد بالماء .

الأول : نظام أمرار الماء لمرة واحدة .
يسحب الماء من نهـر او بركـة ( مصـدر مـائي طبيعي وافـر ) ويمرر على الأجــزاء المطلوب تبريدهـا ومن ثم إعادتـه الى نفس المصدر ا والى بالـوعة ( الشكل 1 – 2 ) . على الرغم من بساطة العمل بنظام امرار الماء لمرة واحدة الا ان مساويء هذا النظام كانت عديدة فالتلوث الحراري للبيئة المائية لان ارتفاع درجة حرارة الماء المطروح يؤثر سلبياً في الأحياء المائية ومن ناحية أخرى لا يمكن العمل بهذا النظام في المناطق ذات الموارد المائية الشحيحة .











الثاني : نظام الدورة المغلقة .
يتم تبريد الماء الساخن ( الذي استخدم لتبريد المكثف او المبادل الحراري ) في برج التبريد واعادة استخدامه مرة اخرى ضمن دورة مغلقة للماء ( شكل 2 – 2 ) . تتم عملية تبريد الماء في برج التبريد الذي هو عبارة عن مبادل حراري تجري فيه عملية تبريد الماء الساخن عن طريق انتقال الحرارة والكتله من الماء الى الهواء المار خلال البرج حيث سيكون انتقال الحرارة الاعظم بشكل بخار ماء يحتوي على طاقة حرارية كامنة مسحوبة من الماء المتبقي مضافاً الى الهواء المار بالبرج وبذلك يخرج الماء من البرج فاقداً طاقة حرارية ويخرج الهواء مكتسباً لتلك الطاقة ويتم الاستفادة من الماء اما الهواء فيطرح الى المحيط الخارجي . وهنا تكمن اهمية استخدام ابراج التبريد في كونها تبرد الماء ( مقابل تبخر جزء بسيط من الماء ) ثم تعيده الى الدورة وبذلك توفر في كمية الماء المستخدم وتعد الحل الامثل لمشكلة شحة المياه .


2 - 4 مبدأ عمل برج التبريد
يتم تبريد الماء داخل برج التبريد عند حدوث انتقال للحرارة والكتلة معاً من الماء المطلوب تبريده الى الهواء المار خلال البرج ويعرف ذلك الاجراء بالتبريد التبخيري .
حيث يحتوي البرج على حشوة من الواح الخشب الجيد الذي لا يتأثر بالماء بسهولة او من الالمنيوم او البلاستك حيث توفر مساحة سطحية كبيرة للماء . حيث الماء المطلوب تبريده يتم توزيعه داخل البرج باستخدام باثقات رش الرذاذ ( Nozzels ) . او بطبقة رقيقة من الماء ( غشاء ) تغطي حشوة البرج لزيادة سطح التماس بين الماء والهواء ، وبذلك يعطي مساحة سطحية اكبر للماء معرضة للهواء المحيط به .
يتحرك الهواء الى داخل البرج بالمراوح ، تيار الهواء الطبيعي وتأثير اتجاه حقن الرذاذ حسب نظام عمل البرج . جزء من الماء المار داخل البرج يمتص الحرارة ليتحول من طور السائل الى طور البخار بثبوت الضغط .
اما الحرارة اللازمة للتبخر فتسحب من الماء الذي بقي في حالة السيولة عند الضغط الجوي ، ويطرح البخار المتكون مع الهواء الخارج من البرج .
يظهر شكل ( 3 – 2 ) علاقة درجة الحرارة بين الماء والهواء الذي يمر خلال برج التبريد المعاكس الجريان . المنحني ( نقطة A الى نقطة B ) يؤشر انخفاض درجة حرارة الماء ، اما المنحني ( نقطة C الى نقطة D ) فيؤشر الى الزيادة في درجة حرارة البصلة الرطبة للهواء .
فرق درجة الحرارة بين درجة حرارة الماء الداخل والخارج من بـرج التبريـد ( B – A ) يسمى المدى .اما الفرق بين درجة حرارة الماء الخارج من البرج ودرجة حرارة البصلة الرطبة للهواء الداخل الى البرج ( C – B ) فيسمى الاقتراب من البصلة الرطبة او ببساطة تسمى الاقتراب لبرج التبريد .

عند ظروف الاستقرار المدى مشابه للزيادة في درجة حرارة الماء الذي يمر خلال الحمل في المبادل الحراري بشرط ان معدل الجريان للماء خلال برج التبريد والمبادل الحراري متشابهة ، وعلى ذلك يتحدد المدى بالحمل الحراري ومعدل جريان الماء ليس بالحجم او القدرة الحرارية لبرج التبريد .
الاقتراب هو دالة لفاعلية برج التبريد اذ كلما قل الاقتراب دل ذلك على ان الهواء الخارج من البرج يكون اقرب لحالة التشبع . ( اي درجة حرارة الهواء الخارج تقترب الى درجة حرارة البصلة الرطبة للهواء الداخل ) وتحسب فاعلية برج التبريد بالعلاقة :


حيث :-
= كفاءة التشبع ببخار الماء % .
t1 = درجة حرارة البصلة الجافة للهواء الداخل Cْ
t2 = درجة حرارة البصلة الجافة للهواء الخارج Cْ
tx = درجة حرارة البصلة الرطبة للهواء الداخل Cْ
2 – 5 التحليل المصردي للهواء الداخل الى برج التبريد
يدخل الهواء بظروف محيطية عند نقطة ( A ) شكل ( 4 – 2 ) الى داخل البـرج فيمتص الحـرارة والكتلـة من الماء ويخرج عند نقطة ( B ) بظروف تشبـع ( في الأحمال العالية قد لا يكون الهواء مشبعاً لكن قريب من التشبع ) ، قيمة كمية الحرارة المنتقلة من الماء الى الهواء تناسب الفرق في الإنتالبي للهواء بين ظروف الهواء
الداخل والهواء الخارج ( HA – HB ) .
تسخين الهواء موضـح باستخدام AB ويمكن تجزئته الى مركبة AC التي تمثل الجزء المحسوس للحـرارة التي يمتصها الهواء من الماء ، والمركبة CB التي تمثل الحمل الكامن ( الناتج مـن تحـول الماء الى بخار ) . ويكون الفرق في الرطوبة ( WB – WA ) تمثل كتلة الماء المتبخر .

2 – 6 التحليل الفيزيائي لحالة التبريد التبخيري :
يتبخر السائل عند درجات الحرارة الاقل من درجة حرارة تشبع السائل وذلك لكون جزيئات السائل تكون في حركة ثابتة وسريعة ( سرعة الجزيئات تعتمد على درجة حرارة السائل وتكون علاقة سرعة الجزيئات مع درجة حرارة السائل طردية ) وفي اثناء الحركة تتصادم الجزيئات بعضها ببعض باستمرار ونتيجة هذه الصدمات تبلغ سرعة بعض الجزيئات لحظياً سرعات أعلى بكثير من متوسط السرعة للجزيئات وعلى ذلك تكون طاقة هذه الجزيئات اكبر بكثير من متوسط الطاقة للكتلة ، فاذا كانت هذه الجزيئات عالية السرعة تفقد طاقتها الزائدة سريعاً في تصادمات لاحقة ، وفي حالة كون الجزيئات التي بلغت سرعتها أعلى من العادية قريبة من سطح السائل فأن هذه الجزيئات تقذف نفسها من سطح السائل وتهرب الى الهواء لتصبح جزيئات بخاء وتنتشر في سائر الهواء . ولان الجزيئات ذات السرعات الأعلى ( تلك التي لها معظم الطاقة ) هي التي تهرب من سطح السائل المتبخر فانه يتبع ذلك ان متوسط الطاقة للكتلة تنقص على هذا النحو وان درجة حرارة الكتلة تنخفض كلما تبخر جزء من السائل وان مقدار من الحرارة يمتصه ذلك الجزء المتبخر من السائل المساوي للحرارة الكامنة للتبخر من كتلة السائل نفسه ، وعلى ذلك تنقص طاقة ودرجة حرارة الكتلة كلما جهز ذلك الجزء من السائل المتبخر بالحرارة الكامنة للتبخر وتنقص درجة حرارة السائل الى نقطة اقل بقليل من درجة حرارة الأوساط المحيطة وبسبب الفرق في درجة الحرارة الناشئ فان الحرارة تبدأ بالانسياب من الأوساط المحيطة الى داخل كتلة السائل والطاقة المفقودة من السائل بالتبخر تعوض على ذلك النحو .




2 – 7 تعاريف خاصة لبرج التبريد .
هناك تعاريف مهمة لبرج التبريد تدرج لأهميتها :-

اولاً – سعة برج التبريد الحرارية Thermal cooling tower capacity
قابلية برج التبريد على إزالة الحرارة من الماء بقدرته على تبريد (54 mL/s ) من الماء من درجة حرارة ( ْ35 C ) الى درجة حرارة ( ْ29.4 C ) وبدرجـة حرارة ( ْ25 C ) بصلة رطبة للهواء الداخل .

ثانياً – المدى RANGE
هو الفرق في درجة حرارة الماء الداخل الى البرج ودرجة حرارة الماء الخارج من البرج .

Range = t1 – t2 …………………….……….(2-1)

ثالثاً – الاقتراب APPROACH
هو الفرق بين درجة حرارة الماء الخارج من البرج ودرجة حرارة البصلة الرطبة للهواء الداخل الى البرج .

Approach = t2 – twai ……………….(2-2)
حيث :
Two : درجة حرارة الماء الخارج من البرج
Twi : درجة حرارة الماء الداخل الى البرج
twai : درجة حرارة البصلة الرطبة للهواء الداخل