Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

TURN DE RACIRE

Master Ingineria Cladirilor

Anul I, grupa 2

Drug Petru-Razvan

1

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

I. GENERALITATI

Turnurile de răcire sunt construcții speciale caracteristice, destinate răcirii cu circuit închis a apei din schimbătoarele de căldura. Realizarea acestora a devenit necesara odata cu creșterea necesităților de apă rece, ce nu au mai putut fi asigurate de sursele naturale fara să fi condus la poluare termica.

Un turn de racire este o instalatie care elimina caldura din apa prin evaporare sau prin conductie.

In industrie sunt folosite diferite tipuri de turnuri de racire. Exista sisteme de racire in care apa este folosita o singura data (cu trecere unica) dupa care apa este evacuata la canalizare si sunt procedee de racire in care apa este recirculata. Acestea din urma pot fi cu circuit inchis sau cu circuit deschis.

II. CLASIFICARE

Clasificarea turnurilor de răcire se face pornind atât de la modul de realizare a construcției cât și de la modul de realizare a contactului dintre apă și aer:

dupa forma turnurilor , aceasta fiind în strânsă legătură cu materialele din care este executat și cu cu debitul pe care îl au :

cilindrice; cilindrice cu nervuri; cilindrice cu evazare

inferioara; hiperboloizi de rotatie; tronconice.

2

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

După felul tirajului necesar pentru contactul dintre apă și aer se întâlnesc : sisteme de răcire cu tiraj natural; sisteme de răcire cu tiraj forțat;

a – cu tiraj natural; b – cu tiraj fortat;

1 – turn;

2 – instalatie de racire;

3 – bazin de colectare a apei racite;

4 – ventilator.

După materialul din care este executat scheletul de rezistență turnurile, pot fi : din lemn; cu schelet metalic căptușit cu panouri de lemn; din beton armat monolit; din beton armat prefabricat.

Din punct de vedere al sistemului de răcire admis , există : sisteme de răcire în circuit deschis care utilizează iazuri de răcire

sau bazine artificiale; sisteme de răcire în circuit închis care utilizează bazine de stropire; sisteme de răcire descoperite.

3

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

Sisteme de răcire în circuit închis se clasifică în funcție de elementele instalație interiore de irigație, sisteme de răcire :

prin stropire; cu picurare; cu pânză de apă; mixte.

III. ALCATUIRE

Turnurile de raciere cu tiraj natural , circulatia aerului este determinata de diferenta intre greutatea aerului exterior rece si cea a aerului din turn, incalzit, de multe ori mai umed decat aerul exterior. La cele cu regim de functionare umed, apa calda cedeaza prin contact direct cu aerul, racindu-se prin evaporare, prin convectie si prin radiatie.

Sistemul de racire din interiorul turnului consta intr-un procedeu de stropire a apei sau prelingere a ei sub forma unor pelicule subtiri pe panouri din lemn, azbociment sau materiale polimerice. Reducerea pierderilor de apa se obtine utilizandu-se sistemul de functionare in regim uscat, la care racirea se produce in convectori asezati in jurul turnului de tiraj.

În figura urmatoare este prezentată secţiunea printr-un turn de răcire cu tiraj natural în contracurent: 

4

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

Elemente componente ale turnului de racier cu tiraj natural in contracurent

1-coş de tiraj;2- bazin;3-sistem de distribuţie a apei;4-conductă pentru aducerea apei;5-sistem de răcire.

In prezentarea de mai sus , tirajul natural este produs de diferenta dintre densitatea aerului la intrare in turn si cea de la iesirea din turn. Diferenta este data de decresterea temperaturii aerului, cat si de incarcarea aerului cu vapori de apa la trecerea prin turn. 

In continuare se vor analiza turnurile de racire cu circulatie fortata sau cu tirajartificial, ce sunt in prezent des utilizateLa aceste turnuri debitul real de aer este mai mare decat la trunurile cu tiraj naturalRezistenta de trecere a aerului prin trun cauzata de picaturile de apa si de umpluturala turnurile cu tiraj natural se calculeaza cu relatia

Turnurile de racire cu tiraj fortat circulatia aerului se asigura prin ventilatoare de absorbtie sau de refulare. Instalatiile de racire sunt identice turnurilor cu tiraj natural. Deoarece turnurile cu tiraj fortat au consumuri de energie mari si performante de racire mai scazute, s-au impus cu preponderenta turnurile de racire cu tiraj natural si cu regim de functionare uscat.

La aceste turnuri debitul real de aer este mai mare decat la trunurile cu tiraj natural.

În figura urmatoare este prezentată secţiunea printr -un turn de răcire cu tiraj forţat (turn mono-ventilator):

5

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

Elemente componente ale turnului de racier cu tiraj fortat:

1-coş de tiraj;2-ventilator;3-motorul electric şi reductorul de turaţie;4-bazin;5-sistem de răcire;6-distribuţia apei;7-sistem de reţinere a picăturilor;8-canal de acces.

6

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

IV. ASPECTE TEHNICE SI CONSTRUCTIVE

Schetel de sustine al cosuluiCosul turnului reazema pe inelul de fundatie prin intermediul unui schelet prevazut cu goluri

necesare admisiei aerului in turn. Deasupra golurilor de admisie se realizeaza inelul superior al scheletului de sustinere.

7

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

Acesta reprezinta elementul de rezistenta prin care peretele cosului reazema pe scheletul de sustinere si care adaposteste instalatia de racire a apei. Din motive tehnologice zona turnului care cuprinde golurile pentru admisia aerului si instalatia de racire se evazeaza in raport cu cosul propriu zis. Acest fapt creeaza dificultati la alcatuirea structurilor de rezistenta ale turnurilor cilindrice si avantaje turnurilor hiperbolice.

Asigurarea unor goluri de admisie a aerului cat mai mari se obtine prin alcatuirea scheletului de sustinere a cosului turnului sub forma de grinzi Vierendel sau sub forma de grinzi cu zabrele cu diagonale simple sau incrucisate.

8

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

Cosul turnului

Cosurile turnurilor de racire se realizeaza din beton armat turnat monolit sau din elemente prefabricate monolitizate prin executarea unor imbinari umede sau asamblate prin precomprimare.

Forma geometrica a cosurilor turnurilor de racire poate fi cilindrica, tronconica, prismatica, troncopiramidala sau hiperboloid de rotatie.

Cosurile turnurilor se pot realiza din:

Beton armat monolit Elemente prefabricate de beton armat

Bazinul de apa

Bazinul de apă este rezervorul în care se înmagazineaza apa dupa ce a trecut prin instalația de răcire. Bazinele se execută îngropate parțial sau pe toată înălțimea .

Bazinul de apă al turnurilor este alcătuit dintr-un rezervor de apă descoperit având forma circulară sau poligonală și cu un diametru de 50-60 m . Adâncimea medie a apei este de 2,50 m .

Din bazin, apa racită este recirculată prin conducte alimentate de la partea inferioară a rezervorului. Dimensiunile în plan ale bazinului sunt determinate de suprafața de colectare a apei, care depinde de instalația de răcire.

Bazinul poate fi continuu sau prevăzut cu un rezervor central sau lateral de diametru de circa 5 m și de adâncime variabilă, după cantitatea de apă necesară a fi înmagazinată ca rezervă .

Pe durata lucrărilor de întreținere sau reparații, pentru a evita întreruperea funcționării turnului , bazinele sunt prevazute de regula cu pereți despărțitori care asigură funcționarea independentă a unei parți din turnul de răcire. Asigurarea izolării pereților și asigurarea deplasării independente între rezervor si

9

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

turn se realizează cu materiale hidrofuge între peretele bazinului si inelul de susținere a coșului. Uneori inelul de susținere a coșului îndeplinește și rolul de perete lateral al rezervorului (teren de fundare cu tasări reduse) .

La turnurile de racirede forma cilindrica, realizarea bazinelor independente de structura sunt dificil de obtinut.

Fig. Pozitionarea bazinului in raport cu turnul de racire1 – inelul de fundatie al conului turnului; 2 – scheletul de sustinere al turnului, prevazut cu goluri de admisie a aerului; 3 – peretele turnului; 4 – bazinul de apa; 5 – argila.

Bazinul are solicitări mari iarna din efectul variațiilor de temperatură . Din această cauză i se prevăd posibilități de rosturi de dilatare .

Bazinul se face, când este posibil , cu totul independent de construcția turnului de răcire și este astfel proiectat încât să poată avea mișcări libere la variațiile de temperatură . El se face pe un radier armat cu grosime de 20 cm, iar pereții verticali se fac încastrați într-o fundație inelară continuă . Rostul între bazin și pereții verticali se etanșeaza cu mare atenție, având un rol fundamental. Pereții verticali se încastrează în radier când nu se poate realiza independența bazinului . Radierul se armează dublu cu vergele ϕ 10 - 12 mm , așezate la distanțe de 20 – 25 cm .

V. PRINCIPII DE FUNCȚIONARE

10

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

In turnurile cu circuit inchis apa care trebuie racita circula printr-un schimbator de caldura tubular etans care este racit prin stropire cu apa din turnul de racire. O mica parte din apa de racire se evapora asigurand in acest fel eliminarea caldurii.

Turnurile de racire inchise, cu schimbator de caldura racit cu apa, au anumite avantaje. Acest mod de racire permite restrangerea apei de racire numai la cantitatea ce se afla in interiorul turnului. Circuitul primar este inchis si nu intra in contact cu aerul. Apa de racire pulverizata nu poate fi contaminata de bacterii care se pot dezvolta in tubulatura sistemului de racire.

Cantitatea de apa care trebuie tratata este mai mica, redusa numai la aceea care se gaseste in turnul de racire. In plus, temperatura acesteia este mai scazuta decat apa din circuitul sistemului de racire. Cu cat temperatura apei este mai ridicata, cu atat riscul contaminarii bacteriene este mai ridicat.

In turnurile de racire deschise, apa care provine din sistemul de racire este distribuita direct pe suprafata de pulverizare si intra in contact cu aerul suflat prin turn, asigurand astfel racirea acesteia prin evaporarea unei anumite cantitati de apa. Acest tip de racire este cel mai avantajos din punct de vedere al randamentului, al dimensiunilor, al costului si al consumului energetic.

11

Tehnologii moderne pentru realizarea clădirilor

In ceea ce priveste riscurile legate de calitatea apei trebuie tinut cont de volumul de apa ce trebuie gestionat (apa din turnul de racire si a celei din reteaua de racire) si de diversitatea de materiale cu care aceasta intra in contact. In aceste sisteme apa are temperaturi ridicate ceea ce favorizeaza proliferarea microbiana, iar punctele calde ale sistemului reprezinta zone favorabile depunerilor de piatra si de producere a coroziunii.

Apa care vine din sistemul de racire, inainte de racire, are temperaturi cuprinse intre 40 – 60 grade C. Apa este pompata in partea superioara a turnului de racire este pulverizata si se scurge apoi pana la baza turnului printre conducte de plastic sau lemn. Aceasta cadere prin turn face ca apa sa cedeze caldura astfel incat se raceste pana la 10 – 20 grade C. O parte din apa se evaporeaza astfel eliminand o cantitate mare de caldura.

Apa care trece prin turn cade intr-un bazin de la baza turnului de unde este reintrodusa in procesul de racire. Contactul apei de racire cu aerul care trece prin turn duce la poluarea acesteia cu poluantii din aer si cu microorganisme. Aceste microorganisme pot fi transmise ulterior in exterior prin vaporii de apa.

12