انواع ابراج التبريد المتداولة فى الاسواق العالمية

2 – 8 أنواع أبراج التبريد .
تصنف أبراج التبريد حسب طريقة انتزاعها للحرارة من الماء الداخل أليها وطردها الى الجو وكذلك حسب طريقة تدوير الماء فيها ألا أنها تصنف بشكل عام إلى نوعين رئيسيين هما :
1- أبراج التبريد المفتوحة . ( الاتصال المباشر )
2- أبراج التبريد ذات الدورة المغلقة . ( الاتصال غير المباشر )
وتكون أبراج التبريد المفتوحة اما ذات تهوية طبيعية او ميكانيكية وان مبدأ عملها هو رش الماء على مساحة سطحية واسعة لإتاحة الفرصة الكافية لملامسة الهواء المار خلالها وبالتالي تبخر جزء من الماء ناقلاً معه الحرارة المراد طرحها .
اما ابراج التبريد المغلقة والتي تدعى بالجافة فأن مبدأ عملها هو استخدام مبادل حراري يمرر بداخله ماء المكثف الساخن ويتم نقل الحرارة منه الى الجو .

2–8–1ابراج التبريد المفتوحةopen-cooling tower) ).(شكل5–2)
او برج التبريد ذو الاتصال المباشر(Direct-contact cooling tower)
حيث يتعرض الماء المطلوب تبريده مباشرة الى الهواء الجوي وهنا يتم انتقال الحرارة من الماء مباشرة الى الهواء وتقسم الى :-
أ‌- أبراج تبريد ذات السحب الطبيعي Natural draft
ب‌- أبراج التبريد ذات السحب الميكانيكي Mechanical draft
أ- أبراج التبريد ذات السحب الطبيعي Natural – Draft cooling power
في هذا النوع ينساب الهواء طبيعياً بدون مراوح خلال البرج بواسطة تيارات الحمل الحر نتيجة اختلاف كثافة الهواء داخل البرج ويعطي التبريد المطلوب ويقسم :-
1- برج التبريد الرذاذ : ( Atmospheric Spray Tower )
هذه الأبراج لا تحتوي على أي حشوة ولا تحتوي على اي آلات لتحريك الهواء وتعتمد في عملها على ترذيذ الماء وبثقة بقوة لسحب الهواء إلى داخل برج التبريد حيث يكون لتأثير بثق الماء بشكل رذاذ انه يحث الهواء الى المرور خلال البرج بشكل موازي لحركة الرذاذ وبالحالتين :-
A- برج الرذاذ العمودي :- Vertical Spray Tower شكل ( 6 – 2 )
B- برج الرذاذ الافقي :- Horizontal Spray Tower شكل ( 7 – 2 )


في هذا النوع من الأبراج يتعرض الماء الى الهواء بدون اي وسط ناقل للحرارة او حشوة اما مقدار مساحة سطح الماء المتعرضة للهواء فتعتمد على كثافة المرذذات وفترة الاتصال بين الماء والهواء فيعتمد على ارتفاع وضغط منظومة التوزيع وتعتبر هذه الأبراج قليلة الكلفة لقلة عناصرها المكونة .
يستخدم هذا النوع من الأبراج عندما يتطلب كلفة قليلة لكن درجة حرارة العمل تكون حرجة للنظام لكون سرعة الهواء المارة بالبرج تتأثر بتغير سرعة واتجاه الريح الخارجية . وسعة هذه الأنواع من الأبراج محدودة ولذلك فأنها تستعمل في محطات الديزل .
2- البرج ذا القطع الزائد وذو السحب الطبيعي ( Hyperbolic Tower )
هنا النوع المبين في الشكل ( 8 – 2 ) يزود بممـر طويـل شبيـه بالمدخنـة ( Chimney ) على شكل قطع زائد في خطوط انسيابية وللبرج الزائدي فائدة غير موجودة في النوعين السابقين اذ انه يستطيع سحب الهواء الجوي بتأثير المدخنة حيث يحصل فرق بين كثافة الهواء داخل البرج وخارجة لحث الهواء الخارجي بدخول البرج ويكون تأثير حركة الرياح قليلة . ويستعمل هذا النوع لسعات التبريد الكبيرة ويستخدم غالباً في محطات توليد الطاقة الكهربائية وتتميز بكبر حجمها وارتفاعها .
تكون عادة بقطر 50 الى 260 قدم وارتفاع 100 الى 150 متر .


ان من محاسن برج التبريد ذو التيار الطبيعي سهولة الأداء ، رخص التكاليف والصيانة . ومن مساوئه يتطلب مساحة كبيرة ولا بد من تواجده في مكان مرتفع لتكون سرعة الهواء اقل ولا ينصب الا في الأماكن المفتوحة .
ب-أبراج التبريد ذات السحب الميكانيكيMechanical-draft cooling tower
وهو من اكثر الأنواع استخداماً خصوصاً في مجال التبريد والعمليات الصناعيـة ، في هذا النوع من الأبراج يتم إجبار الهواء للدخول إلى داخل البرج باستخدام المراوح ، هذه المراوح لها موقعين :-
* تكون في جانب مدخل الهواء فيسمى البرج ذو الدفع القسري
* او تكون في جانب مخرج الهواء فيسمى البرج ذو الدفع المستحث
ويكون انواع المراوح اما مراوح طاردة مركزية او مراوح دافعة مسيرة ، ويتم اختيار المروجة حسب :-
1- احتياجات الضغط الخارجي .
2- مستوى الصوت المسموح به .
3- القدرة المستخدمة .
ان جريان الماء يكون من الأعلى الى الأسفل بينما الهواء قد يجري من الأسفل الى الأعلى ( انتقال حرارة متعاكس الجريان ) او بصورة أفقية ( انتقال حرارة متقاطع الجريان ) وقد يكون دخول الهواء الى البرج من منطقة واحدة او منطقتين او اكثر من ذلك ، كذلك يمكن تقسيم أنواع الأبراج حسب طريقة التجميع .
حيث يتم تجميع أنواع معينة في مكان تصنيع بأكملها او قد تكون تجميع البرج في مكان الاشتغال قطعة بقطعة .
* أسباب استخدام أبراج التبريد الميكانيكية
1- تستعمل هذه الأبراج لتلاقي التغير في الظروف الجوية .
2- لاعطاء كفاءة تبريد عالية .
3- لتقليل الفقد في جزيئات الماء المتصاعد من البرج .
4- للتوفير في مساحة الأرض المشتغلة لاقامة البرج عليها .
وتقسم :-
1- أبراج التبريد بتيار الهواء المدفوع Forced Draft .
ويكون بنوعين من الجريان :
1-1 أبراج التبريد بتيار الهواء المدفوع المتعاكس الجريان ( Counter flow ) :-
يوضح الشكل ( 9 – 2 ) التصميم العام لهذا النوع من الأبراج الميكانيكية حيث توضع المراوح الطاردة المركزية عند قاعدة البرج ويدفع الهواء إلى الأعلى باتجاه معاكس لحركة الماء المتساقط وتمنع جزيئات الماء المتصاعدة من الخروج بواسطة مانعات ( Eliminators ) توضع في أعلى البرج .


ومن مميزاته :-
أ- اكثر كفاءة من الأبراج ذات السحب المستحث حيث يتحول جزء من سرعة الهواء داخل البرج الى ضغط استاتيكي ويظهر على شكل شغل مفيد .
ب- تكون الاهتزازات والضوضاء اقل حيث توضع الأجهزة الميكانيكية على اساسات صلبة .
ﺠ - المـراوح تدفع هواء جـاف وتتجنب بذلك مشاكل الصـدأ.

ومن مشاكل هذا النوع :-
أ- يمكن ان يحدث إعادة دورانية للهواء الرطب الخارج من البرج (Recirculation ) هذه الظاهرة تقلل من الكفاءة بنسبة 20 % ، ولتقليل ذلك يمكن استعمال برج بانسياب متقاطع ( Cross – Flow ) شكل ( 10 – 2 )
ب- اذا انخفضت درجة حرارة الهواء دون الصفر المئوي وتكون جليد على ريش المروحة فانه من المحتمل ان يؤدي الى كسرها .
ﺠ ـ حجم المراوح محدودة بقطر ( 3 م ) على الاكثر .
د- القدرة اللازمة لمروحة الدفع تعادل تقريباً ضعف القدرة اللازمة لمروحة السحب بتيار مستحث لنفس السعة .

1–2أبراج التبريد بتيار الهواء المدفوع المتقاطع الجريان
(Cross – Flow)
التصميم العام لهذا النوع من الأبراج الميكانيكية موضح بالشكل ( 10 – 2 ) حيث يدفع الهواء افقياً من المراوح ـ مراوح دافعة Propeller وينزل الماء عليه عمودياً من الأعلى من خلال الباثقات Nozzles .


شكل (10-2) برج التبريد بتيار الهواء المدفوع المتقاطع الجريان

2- أبراج التبريد بالتيار الهوائي المستحث Induced Draft ويقسم الى:-
2 – 1 برج التيار المسحوب ذو الجريان المتعاكس Counter Flow

الشكل ( 11 – 2 ) يوضح التصميم العام لهذا النوع من الأبراج الميكانيكية والاختلاف الوحيد بين هذا النوع وبرج التبريد بالتيار المدفوع هو وضع المروحة في أعلى البرج وتقوم بسحب الهواء حيث يدخل الهواء خلال فتحات جانبية .

2 – 2 برج التيار المسحوب ذو الجريان المتقاطع ( Cross Flow )
التصميم العام لهذا النوع من الأبراج الميكانيكية موضح بالشكل ( 12 – 2 ) وينساب الهواء خلال البرج افقياً بينما يتساقط الماء من الأعلى عمودياً عليه ( انسياب متقاطع Cross – Flow ) وتوضع المروحة في أعلى البرج بينما يدخل الهواء خلال فتحتين جانبيتين ويتجه الهواء بعد ذلك بواسطة الموانع ( Eliminators ) الى الأعلى ليخرج من البرج ويتميز هذا التصميم بأنه يعطي فقد اقل في الضغط الاستاتيكي للهواء حيث ان الهواء يلاقي مقاومة اقل من تلك بالتصميم السابق ذو الانسياب المتعاكس ( Counter Flow ) وبالتالي تكون القدرة المطلوبة لادارة المراوح اقل .


تتميز هذه الأبراج بما يلي :-
أ- ان الماء الأبرد يتلامس مع الهواء الأكثر جفافاً ويتلامس الماء الاسخن مع الهواء الاكثر رطوبة .
ب- ظاهرة إعادة سحب الهواء المطروح ( Recalculation ) داخل البرج نادرة الحدث حيث ان المروحة تسحب الهواء الساخن الرطب الى الخارج .
ﺠ ـ يمكن استعمال مراوح بأقطار اقل تصل الى 8 م .
د- بصفة عامة فان أبراج السحب بتيار مستحث ذات كلفة أساسية اقل وتحتاج لحيز اقل وتستطيع التبريد على نطاق أوسع .
ﻫ- الكلفة الأساسية اقل بسبب الاحتياج الى قدرات اقل للضخ واطوال اقل لخطوط الأنابيب والطاقة المستهلكة لكل كغم واحد من الماء المبرد اقل بالنسبة لأبراج السحب بالدفع .


ومن مشاكل هذا النوع
أ- الضغط الاستاتيكي اقل بسبب تأثير الخنق ( Throttling ) عند مداخل الهواء حيث يدخل الهواء بسرعة عالية وهذا يؤدي الى احتياج هذا النوع لمحرك ذو قدرة اكبر ليدير المروحة مقارنة بالحالة في البرج ذو السحب بالدفع .
ب-سرعة الهواء تختلف من مكان لاخر داخل البرج وتكون قليلة جداً بجوار الجدران .
والشكل ( 13 – 2 ) يبين أشكال أبراج التبريد المتعاكسة والمتقاطعة الجريان


2–8–2 أبراج التبريد ذات الدورة المغلقة
( Closed – Cooling Tower )
ويسمى عادة برج التبريد ذي الاتصال غير المباشر ( Indirect – Contact Cooling Tower ) ولا يكـون هناك اتصال مباشـر بين الماء المطلـوب تبريده والهواء شكل ( 14 – 2 ) .
حيث توجد دورتان للمائع ( الماء ) الأولى دورة خارجية والتي يتعرض الماء الى الهواء الخارجي ويكون بشكل شلال يسقط على أنابيب الملفات . والثانية دورة داخلية والتي يمر خلالها المائع المراد تبريده خلال أنابيب الملفات ، عند العمل تنتقل الحرارة من مائع الدورة الداخلية خلال جدران أنابيب الملف الى دورة الماء الخارجية ومن ثم الى الهواء الخارجي عن طريق تبادل الحرارة والكتلة معاً ، وبذلك فأن مائع الدورة الداخلية لا يمس الهواء الخارجي .