Kule za hladenje vade (I)

Kule za

hladenje vade

(I)

Martin Bogner *

U tehnici I7laaenja se vee danas p vodi moze govoriti ne samo kao p najrasproslranjenijem tluidu, vee 1 kao 0 veoma vrednom rash lad­ nom tluidu. Do je 10 lacno, svedoci sve veGa polreba W rashladnom vodom u raZl1im lehnoloskim po­ slupcima. Meaulim, mnoge zemlje vee sada l1emaju dovoljno indu­ slrijske vade. U nasoj zemlji laj problem jos nije poslao znacajniji, 'ali je sve izrazitiji, praleGi

indu-A, OSOBINE EVAPORATIVNOG HLADENJA VODE

Pri eVaJporativ,nom hladenj1u tec­ nosti dolazi do SIfIi,zenja njene tem­ perature, koja nastaje pTi :iostovre­

menom odv,ijanju nekoli'ko razlici­

tih fiz:·okih procesa:

a) o·da,vanja toplote d,c.dirom, od­

no'sno -prelaza toplote pTBvode­

njem i kODvekcijO'm, b) prelaza toplote zraJcenjem, 0) pOVlrsinskim i,sparavanjem tec­

'1osti, odnosno prelazenjem de­

la tecnosti u paru i pre:a,zom

materije (pare) difuzijom . Jwnvekeijom.

UJoga sVa'kog od ovih fiziobh p,ro­

.cesa u teob-nki hladenja tecnosti mo­

ze bi,ti razlic ita, za'Vi:seci od csobi­ na i pammeta,ra -tecnosti i gasa [1].

Kod 'kula za hladenje -vode a,rmos­

ferskim 'vaz'duho,m uglavnom sepo­ smaotraju Eizicki proeesi prel3Jza to­ Iplote IkonvBkcijom i p'relaza mate­

rije zbag ra.zlilke ukoneentraeija­

rna na povrSini graniee faza i u at­ mosfer'5:kom vazduhu.

U posmatra'nim postrojenjLma za hladenje tokom veceg ·dela godme ('pJ1oJece, leto, jesen), preleznu ulo­

gu i·gra pOVirsins'ko isparav3Jnje. U

najtoplijim letnjim danima trosi se

90% i vise od uku.pno odvedene to­

plote vode za .njeno isparavanje, od­ no,sno isparavanje jednog dela tec­ ne faze. Zimi, pri nis'kim tempera­ turama spoljnjeg vazduha, uloga povrsinskog i'spara,vanja se smanju­

je, a tj,me i udeo oduzete to'plote

viodi. Kolicina toplote oda ta Ikon­

vekcijom povee3lva se i do 50%, a

u najhladnij/im ·danima i do 70%,

u odnosu na 10-20% iii manje u

letnjim meseeima.

~: Mr lvJartin Bogner, dip!. ing., »Masino­

projek(<<, Beograd, Dobrinj ska 8.

slrijalizaciju. U nekim oblaslima se vee oseeaju pOlrebe za veeim koli­ cinama induslrijskih voda.

U ovoj rubrici ee se LL l1ekoliko naslavaka izneli osnovna pilanja iz problemalike kula za hlaclenje vade (osobine hlaaenja vade almoster­ skim vazduhom, melode proracuna, konsl rukciol1e osobine, karakteris­ like i dr.). Ti prilozi imaju cilj da nagovesle problemaliku koja je U uskoj vezi sa rashladnim vodama

i njihovom prime110m.

Prelaz toplote zrace.njem javlja

se samo pri hladenj'll vode u o~kri­

venim b3JZenima, sa veliikim vode­

nLm ogleda1lam (b3JZeni za hladenje

vode). U O'stalim post-rojenj.ima za

hladenje Ivode prelaz toplote zra­

cenjem je nematan, z'bog cega se

njegov uticaj ugla'Vnoro zanema­ l1uje.

Povrs.ins,ko rsparavanje vode .pri

temperaturi Inizoj od ta'c'kek,ljruca­

nja na-staje ,kada je pareijalni pri­

tisalkpare Pr", kojise o'brazuje na

povrS.ini 'vade (graniea fa;za) , vrsi

od pa'reijalnO'g 'pritifSoka ,pare PI' u

mesa vini sa vazduhom,koja pred­

sta'vlj.a gasn.u sredinu.

Za slucaj eva.porativ,nog hladenja,

moze se -sa dosta ta6nosti pretpo­

s{avit,i, da Ipara koja se nalaozi u

vazduh'll ima usbu tem.perat'lliru. Gra­

nioni sloj v3,zduhana grClJniei faza

moze se smatrati zasicenim, a

Po"

je jednClJk pritis;ku zasicenja vode­

ne pare '[(oji odgovara temperabu­

ri povrSine vade na graniei faza.

Pretpos tavljajuci u opstem sl'llca­

j'u da mesav,ina vodene pare i vaz­

ciJuha (vlazan vazduh) nije zasice­

na, parcijalni priti'sak pare je:

PI' = <p ,pI''' (I) gde je:

<p - 'relaci'vna vlaznost v3JzodJuha,

po" - pri,tisa1k zaSlcene pare pn

temperaturi mesavine. Ra·zlilka p8cr­ cijal,nih pritilsa,ka:

(2)

m.oze se smarrati raZlli,kom ,poten­

eijala, zbog .koje nastaje »Ll7Jgons/ka sila«, cije je pastO'janje neo.phodno

da b·i doslo d.O' 'prelaza materije

gran ice faza u vazduth. Pri ,prela­

ZLl toplote takva 'uzgonska s:la, od­

n05no razLilka potencijala, neophod­

na da bi seostvario 'prelaz toplote,

je razlDka temperature. U o'ba slu­

caja ,preJaz je poslediea odgovara­

j,ucih ,uzgollski.h siila Ikoje nas taju

usled mole.kJularnih (diDuzija, pro­ vodlljiiivos t toplote) i molarnih (,kon­

vekeija) 'pojava.

Alko sekohbna vode ,koja .is'pari

po jedilnici povrs-ine i u jedinici

vremena oznaci sa gr [kgj.m\s], to

se na isparavanje trO'si ikolicina to­

plote:

(3) gde je: r [lkJ/lkg] toplota ispara­ 'vanja.

Granicni sloj vazduha, ,koji je na

grani'ci fClJza, pra1kticno je zasieen,

do.k masa val2Jduha daleko od gra­

nice faza moze biti nezasicena

(<p

<

1), te p3lrcij alni pritisatk pa1re

'PI''' na granici faza moze biti visi

od Ipareijal'nog pritis'ka .pI' .p;;J.re u mesavini sa v3Jzduhom. Tempera'tu­ ra tecllos ti tr na graniei faza moze biti nih od temperature vazduha. Preroa tome, povrsinsko isparava­ nje moze 'na'stati aiko je p/' > Po,

,neza\~i:sno od toga da Ii je tempe­

ratura Ivode nih j·li visa od tempe­

rature 'Va,zdutha, 'sa .kojim dolazi u

IkO'ntakt. Pri ovc:me nastaje struja materije (paTe) gf normal,no na .po­

vrs1nIU graniee faza, upravljena ka

vaZlduhu.Posto je isparavanje ve­

zano sa 'lI broskom toplote q~ za

pro-menu fClJze, dolazi do snizenja tem­ rperaburevode odnosno do njenog

hladenja.

Posebno se analizira toplotni

f'lluk,s, Ikoji nastaje kao rezulta't pre-S!. 1. It"pp)f e' g, ,q"O g,_ I ­ (t"p;) ..-.'-' . . . .._­ - ', - .., _. - _ . . .- . -.­ - -. - -- -

_

.. -­ .._ . '<\-0., . (t) - - 0.; 0;.'«0'

~

(t

l

'PP)

J - ( £

«qO

g,

(t"p;) __ . . ~. - . - . -­ - -- - - - . It) ._. - q ~qo-o.. KGH BROJ 211976. 61

laea toplote Ikonrvekcij.om. Za ra·z­

H'ku ad fluk'sa materije g., ~koj i na­

s:taje pri evapo.ra.tivnom hladelllju sa pov,rs.ine na gra'nici faza Ika va·z­

duhiu, toplotni fluk6 q",. koj.i lI1asta­ je u procesu prelaza toplote koo­ vekcij.om. moze imatli smer Ikalko DO .granice hlJza ka va·zcLuhu tako i .0­

brMlI1o, u zavisnosti ad luzajC\Jmnih

odnasa temperatuTe obe sredine

(61 1) [2].

Kada je tempera'Dura vaz:duha .ni­

za adtempera'Dure te6nos ti (,t ,

<

tr),

()Iba procesa - 'prelaz materije i to­

plate - se odvijaju u io$tom sme­ IlU, iZalZi'vaj,uci hladenje vode. Ko­

Lj'cillla .toplote koju odaje tec·nost ipo

jedi'nioi povrsine i u jedi'nici vre­ mena, u {om s·lucajou iznosi:

(4)

q

=

(J~

+

q", .

Kada je t,

>

t., topLotni fIuks q '" je us meren od vazduha ka vodj.

UlkoLilko ne bi bilo ·i·spa1ra'vanja, vo­ da se 'ne bi hladi'la lVec b:i se 'laogre­ vala. U slueaju .da je Ikolici'lla to­ plote q~ Ikoja ·se oda .pri ispa,rava­ nj'u, veca .od qryc na:stavlja '5e pro­

ws hladenja. Kolicina toplote koju

odaje Itecnost je:

(5)

4 = q~ -q",

Ovaj 'praces ·se odvija do treIlJut­ 'la, okada o$e topLotni fl'll'ks q", usme­ ren od vazdJuha ka povrsi'ni grail ice

.farza (a koji ·.raste do.k se t. sma­

njuje odnosno dak se :p.ovecava »(UZ­

goos.ka si1a~( predaje toplote It-t,),

ne jzjedhaci sa toplotom faze q~

(lkoja .se ·smanjuje iI.1sled smanjE.­ nja p/', ·odnos-no razHke ~:pp

=

= .pp" - 'Pp, .a prema tome i i·s·pare­ na koliti:ria 'vode .g.). Kada ·se pri nekoj Iterri'peraturi na granici faza tr = l" ostvari q",

=

Y,3 prestaje sni­ zenje temperatu're vode od'llosn.o

njeno hlaaenje.

Da bi o.pi'sani procesi p.rela·za to­

plote .i materije moglli ·da se odvi­ jaju 'nesmetano, mora se poV'rsi.ni

na granioi faza d.ovesti ikolibna to­

plote q, Ikoja se odvaja ,kao rez:ul­ tat li&tov'remen.og dej,stva oba pro­ cesa. Za tem'peraturu po:vrs·illle vo­ de na granici faza tr mora bi1:i tem­

peratura mase vode t vi'sa, odnos­

no mOTa Ipos·tojati razli:ka tempera­

tura ~ tr = It - tr. Razlilka tem\pera­ tIura ~ tr zavisipri dato.m t.oplot­ nom fkJlksu od in tenziteta 'Predaje to,plote, :kojise .odvija tkondukcijom i konvekcijom. Ona maZe biti u jed­

nom 'sl'llcaju, na primer pri 'ma­

njem toplotnom fktksu i intenziv­

nom prelazu toplote ·U .vodi, veoma

mala, a u dIlugom slucaju velika.

Pos·to od vrednosti tr zav.i'si, s jed­

ne strane razlilka temperatura ~ tr,

a s druge s{rane ra·z·li!ka tempera­ tura ~'tfl

= tr

- t, 'i lr·aJzJ1ika· parC1jal­ nih pritisaka ~ pp, ,kolicina to.plote q, Ikojlu odalje vada pr.i :navedenim fi~i6kim proces·ima evaporathrnog

hladenja vode, .zavi:si, u ops tern slu­

caj'u, 'llporedo s 'llslovima pre1aza

top'lote i materi'je na vazduh, oj od

62 BRO] 2/1976. KGH S1. 2

1

J

d d L

I

I I

Q _:r: a) b) d Q Q c) d) e)

uslova p'reiaza top.Jote u vodi. Po· sto se pri .odredivanju uslova koji se od).ilkuju malim v.recLnostima q

i.Ji imltenzi~rnim mesanjem tee-nosti.

moze zanemari'ri razlilka temperatu·

ra tf i t, moze se usvoj iti srednja tempera'tU'ra u posmatranom prese· ku sloja tecnosti.

1.z iz·lozenog se vidi. da je evapo·

rati'vmo hladenje slozen 'proces, pri

kome za Tazll,ku O'd »cisto.g« prela· za toIplolte, vecu, a u nekim IUslo'V·i· ma i prevas·hodoll, ulogu igra 'P0v['­

sinsko j:sparavanje vode.

Pmrrsi,ns'ko i'sparavanje bitno ,illl' teneifilkuje njeno hladenje, pri ce­

m'll za'hvaijllljuCi prelazu matenije

koli6na toplote, od'll,zeta od tee-no­

s ti, zavis,i od ra,zlike iparcijalnih pr.i· ti'salka para na granici ·faza i dale­

ko od gra!l1!ice faza vise od razlike tem'Perature vode i vazduha. U pro­ ces'U prelaza t01p'lote i materij-e na vazduh, :kolioina isparene vode. pa

prema tome iodate toplote, zavi.s~ u o:pstem slucaj'l.l od uslova preda­

je tOlp:lote III samoj teonoj faz·i. Po­

ttrebno je napomenlllti da zbO'g mo­

laklulamih poja'va :na grani.ci faza, parcijalni pritisak ·U sloju, koji je

na ,granici faza, se Taq,Jriikuje od pri­

tis1ka zasicene Ipare ma Item'peraburi

te 'povrsine j zavisi od i'lltenziteta

prelaza ·toplote i materije. Pri tome je bitno ustanoviti, koje od navede­

niha pojava i uzajamne 'veze i·zme­ d·u njih, su vazne za konacan Te7jul­ tat IU uslovima koji se posmatraju,

a koje se 'od nji1h .mogu zanemariti, da bi se .ilJbeglo nepotrebno oteza­ vanje teo.rij skih i pra;kti'cnih meto­ da .resavanja.

Talkode se moze konstatovati da

pri evrupora1iv,nom hlade>nj'U vode

temperatura prijemn.ika to.plote.

vazduha, moze dase p.ovisi ili ·s·nizi pri i'Stovremenom 'snizenju tempe­ ratuTe tecnos·ti. Teonost moze bit,i

ohladena do temperature Ikoja je niza od pocet'ne .tem.peratu:re vaz­

c,LlIha,s'tO se javlja ,kao pos,led'ica

osobenosti evaporati'vnog hladenja

vode.

B. OSNOVNI TIPOVI KULA ZA HLADENJE

Prema i,z:netim os-obi'nama evClJp 0­ rativnog hladenja vode, lkula za hla·

denje je jedan uredaj u 'kO'me se

voda hladi atmos.fers·kim vazd'll­

hom, talko da se ponovo moze ko­ r.ist-iti 'u nekom recir,kulacionom si­

stemu ea hladenje.

Podela tiJpova kluia za hladeU1je

moze bi ti premaslede6im vaznij im Ika>raik teri:s tlilkama:

- naCitn.u suva1nja vode 'll kuii,

- o$·tIlujanju va,z'duha,

- IkoHs>tmkcionoj i.z;vedbi.

Skoro sve Ik'llle za hladenje imaj'u eajedni'cke bitne elemen teo Ti ele­

menti, 'prilkazani na sLici 2, su:

distrilbu tor (a) tople vode na u·

liku kanala iii cevl sa

vo­ S1. 3. nosH temperatura tokovi srednjih vred­

MESECI jam skim deJom i difu,zor. D3Jkle kule za ,mirano

SL 5. GodiSnji tokovi srednjih vred­

SI. 4. Srednji godgnji tokovi tem­ _{nosH relativne vlaznosti}

peratura tokom dana

E

;t fl

"

'"

i£ :::> 20

~

§ ;z

'"

fil f!i 10 C. PROJEKTNI PARAMETRI

ZA TERAUcKI PRORACUN [4] se vrsi kontrolni

,za kule za pa se O'dnosno raz-su termic\ki

SI. 6. Srednji godiSnji tokovi rela­

lilciteklimats'ke us',love a _{tivne vlaznosti tokom dana}

~ ,0 0

"

"J > M(SfCI

se izvodi za de-finis an'll

rm"yl'nl" Kolicina 'Va,zduha je de­

tel1miCkom

Tabe1a 1. Godisnji tokovi srednjih vrednosti temperatura u Titogradu okolini

Meseci II III IV V VI VII WI! IX X XI XII

tempera­ tura 5,0 6,4 14,3 19,0 23,2 26,7 26,1 21,8 16,3 11,2 6, /c tempera-t·ura 8,8 12,5 17,2 22,3 26,3 29,9 29,4 26,5 20,2 13,0 9,2 tempera­ tura 1,2 0,5 6,5 11,7 16,8 16,5 24,2 21,6 19,2 12,9 9,0 2,0

Tabela 2. godiSnji tokovi temperature u toku dana u Titogradu

i okoHni

7 casova

uslovi za

Meseci II III IV VI VII VIII IX X XI XII _{maksimalini Izbor se u}

meri odreauje .u zavisnosti

usio-va i rezlma rada temipcra­ u vremenLl visoklh tura 3,2 4,0 7,3 12,2 17,3 21,4 24,1 19,3 13.7 9,3 5,6 i vehke vIal.­ uslovi tempera· tura 6,5 7,4 9,2 14,6 19,8 23,5 27,6 26,4 20,9 15,9 10,8 8,2 parameta­ obavezno [re­ potrosaca

tempera­ odnosno potrcbe

tura -1,0 -0,7 4' 10,2 15,4 19,3 22,4 19,7 ,~ 17,1 !l,5 5,7 2,7 i nose tem·

iIi suvOg termo­

se zahteva~ tehnolo­

14 casova razmotri tl da Ii je doz­

tempcTa­

,7 9,3 13,1 18,2 23,2 27,3 30,9 31,1 26,3 20,5 14,3 10,0

1m

tcmpera­ _tehnolo­

tura 12,7 16,5 27,3 30,2 33,9 35,4 29,4 23,0 16,6 11,5 _{desetak i viSe da­}

na zakijucirk da izvesti termicki teIDJpera­ tura 3,7 9,2 14,7 20,6 24,2 28,5 25,3 23,4 17,6 11 ,9 7,4 21 cas tempera­ tura 4,4 5,9 9,0 13,4 17,4 22,0 25,1 24,8 20,5 15,2

lOA

6,7 tempera­ tura 8,1 9,3 11,5 16,0 21,1 24,3 28,3 28,0 22,2 17,0 12,2 9,0 tempera· tUlra 1,2 0,2 5,9 8,7 19,5 22,8 20,7 17,9 13,0 7 4,3

Tabela 3. tokovi srednjih vrednosti reIativne vIafnosti u Titogradu se o.ne

i okoHni mescca,

inoCi IJ i ill toku

efekat kule

Meseci I

n

III

IV V VI VIII IX X XI XII _{kao neta·}

vlaznos't 70,2 64,1 61,5 57,3 49,4 49,6 66,3 77,2 7511

vlazuost 82 84 78 71 71 76 59 66 74 81 84 85

vlaznost 62 51 43 52 5'2 44 39 38 44 50 66 63

Tabela 4. godisnji tokovi relativne vlainosti u toku dana u Tito· gradu i Qkolini

7 cas-ova

Meseci II III

IV

V

VI

VII VIII IX X XI

vlaznost 75,3 76,7 70,4 70,4 67,7 63,3 55,9 56,0 65,9 73,6 82,8 80,5 vlainost 88 87 86 82 82 68 72 80 90 91 90 v]aznost 14 casova 66 60 53 57 50 42 44 49 75 68 vlaznost 60,7 53,0 47,8 44,6 38,1 37,2 45,9 53,4 66.4 66,2 je ako se ,k,limat­ ona,kokaiko su na­ od 1. do 4. za okolinu Ll od 10 vlaznost 72 80 67 58 62 47 53 63 69 75 80 vlaznost 47 41 31 37 38 33 32 24 35 38 51 S6

21 cas 1962~1972). 1\a slikama

su ove vrednosti

vlainost 74,6 72,8 68,5 68,3 68,S 63,0 53,7 55,4 66,3 72,1 82,8 78,6

LITERATURA

vlaznost 87 82 78 84 62 72 81 84 90 87 _{1] BE~MAN, D. L:}

ohlaidenie cirkulacionnoi vodi,

vlaznost 64 51 46 52 58 48 43 44 52 62 69

Krive konstantnih noscu

nih -temperatura kao

na vlaznom i riodu se obic:no oblasti za tri duetion, 1973. Izdanie vtoroe, 1957. [5] KGHBRiOJ 65