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Tutti gli impianti industriali, così come quelli di condizionamento dell'aria, di refrigerazione o di produzione di energia, sono caratterizzati da emissioni di calore "residuo" a basso contenuto energetico tale da non renderne conveniente il recupero, pertanto deve essere in qualche modo dissipato all'esterno; a tale scopo si utilizzano le torri di raffreddamento.
Settori operativi
I settori in cui le torri di raffreddamento possono svolgere il loro scopo sono sia di tipo industriale che civile:
- centrali nucleari, termiche, geotermiche e a carbone;
- stabilimenti di tipo oil & gas;
- petrolchimico e petrolifero
- farmaceutica
- insediamenti industriali di sintesi di base
- siderurgico
- cogenerazione e trigenerazione
- impianti di condizionamento di edifici civili e industriali (ambito HVAC)
- supermercati in abbinamento ai chiller
- poli logistici
- industria alimentare
- etc.
Cosa sono?
Le torri evaporative, o torri di raffreddamento, sono apparecchiature che sfruttano un principio naturale per la dissipazione del calore "residuo" a basso contenuto energetico nell'ambiente esterno: l'evaporazione forzata di una minima quantità d'acqua mediante sottrazione di calore da tutta la massa acquosa da raffreddare. Per comprendere meglio come avviene la sottrazione del calore, è necessario introdurre due concetti:
- Calore sensibile, ovvero l'energia termica (calore) che viene acquisita o sottratta da un certo elemento fisico per modificarne la temperatura.
- Calore latente, ovvero l'energia termica (calore) che viene acquisita o sottratta, da un elemento fisico, a temperatura costante. In modo del tutto analogo, si definisce calore latente l'energia termica scambiata durante un passaggio di fase (ad esempio da solido a liquido, da liquido ad aeriforme e viceversa). In particolar modo, nei sistemi di raffreddamento evaporativi, si parlerà di calore latente di evaporazione in riferimento al calore scambiato, a temperatura costante, per consentire il passaggio, di una certa quantità d'acqua, dalla fase liquida a quella aeriforme (vapore).
Un altro importante concetto fisico necessario per comprendere il principio di funzionamento di una torre di raffreddamento, e anche i rispettivi limiti di esercizio, è la temperatura al bulbo umido. Questo parametro è un ben preciso riferimento di temperatura alla quale può essere portata, almeno teoricamente, la massa acquosa da raffreddare. Il raffreddamento dell'acqua non può, in nessun caso, essere spinto fino ad una temperatura inferiore a quella di bulbo umido.
Una torre evaporativa ben progettata è in grado di offrire all'acqua la maggior superficie possibile di contatto con l'aria in modo da ottimizzare lo scambio termico e pertanto spingere il raffreddamento a temperature il più vicino possibile a quella di bulbo umido. Questo lo si ottiene mediante un pacco di scambio termico, adeguatamente progettato per lo scopo, e di un ventilatore in grado di movimentare un volume d'aria definito secondo ben precisi parametri.
Il dimensionamento delle torri evaporative di raffreddamento avviene tenendo presenti alcuni parametri fondamentali:
- la potenza termica da dissipare;
- la temperatura dell'acqua da raffreddare in ingresso alla torre;
- la temperatura che si desidera ottenere in uscita;
- le condizioni termo/igrometriche (ovvero di temperatura e umidità) caratteristiche della zona di installazione dell'impianto.
I componenti che costituiscono una torre di raffreddamento sono i seguenti:
- struttura principale di contenimento e supporto della torre, può essere realizzata in lamiera, vetroresina o entrambi, nei casi eccezionali di grandi dimensioni sono in cemento e si parlerà di torri iperboliche (es. nelle centrali nucleari);
- pacco di scambio termico (nelle torri a circuito aperto) o batteria di scambio termico, generalmente a tubi lisci (nelle torri a circuito chiuso); si tratta dei componenti che realizzano il trasferimento di calore tra l'acqua e l'aria;
- il ventilatore di tipo assiale o centrifugo, è l'organo meccanico in movimento che forza l'evaporazione dell'acqua necessaria per realizzare il raffreddamento;
- sistema di distribuzione dell'acqua, permette la distribuzione dell'acqua da raffreddare sul pacco di scambio termico (nelle torri aperte) oppure sulla batteria di scambio (nelle torri chiuse);
- separatore di gocce, situato a monte del ventilatore, ha la funzione di trattenere le gocce d'acqua, altrimenti trascinate all'esterno dal flusso d'aria provocato dal ventilatore.
Spurghi e reintegri
L'acqua evaporata per ottenere il raffreddamento deve essere reintegrata nel circuito, è necessario eseguire opportuni condizionamenti chimici della stessa in modo tale da inibire fenomeni di corrosione e/o incrostazione delle superfici. Infatti, i sali contenuti nell'acqua che evapora restano disciolti nell'acqua rimanente che quindi aumenta via via di concentrazione. E' pertanto necessario studiare adeguanti trattamenti anticorrosivi, anti-calcare e un programma di spurgo di acqua contenuta nel circuito. Lo spurgo andrebbe gestito mediante un monitoraggio in continuo della qualità dell'acqua presente nel circuito, in particolare del parametro di conducibilità elettrica. Per la corretta ed economica gestione della torre di raffreddamento, assume un'importanza rilevante il pretrattamento dell'acqua di reintegro mediante impianti di addolcimento e osmosi inversa.
TORRI DI RAFFREDDAMENTO
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