محاسبه میزان مصرف آب برج خنک کننده

انجام محاسبه میزان مصرف آب برج خنک کننده و اطلاع دقیق از آن، یکی از پارامترهای مهمی است که قبل از خرید برج خنک کن یا همان کولینگ تاور باید از آن آگاه باشید. دانستن مقدار آب از دست رفته در هر ساعت همچنین به شما این امکان را می دهد که بدانید چه مقدار آب جبرانی باید به سیستم اضافه شود و هزینه آب ماهانه و سالانه شما چقدر است. در ادامه با 3 فرمول ساده و سریع، این محاسبات را انجام می دهیم.

فرمول های محاسبه میزان مصرف آب برج خنک کننده

فرمول‌ های دقیق برای محاسبه میزان مصرف آب برج خنک‌ کننده بسیار پیچیده و وابسته به نرم‌افزارهای تخصصی هستند. اما می‌توان از فرمول‌های تجربی و ساده‌ تر برای برآورد نسبتا دقیق آن استفاده کرد.

در کل 3 عامل مهم در اتلاف آب در برج خنک کن نقش دارد که عبارتند از:

• اتلافات ناشی از تبخیر آب (Evaporation Loss)
• اتلافات ناشی از پرتاب قطرات آب به بیرون (Drift Loss)
• اتلافات ناشی از تغلیظ آب (Blowdown Loss)

در نهایت با محاسبه این 3 عامل (با 3 فرمول ساده) و بدست آوردن حاصل جمع آنها، میزان مصرف آب برج خنک کن بدست می آید. در تصویر زیر، هر سه این اتلافات به خوبی نشان داده شده است.

مطالعه بیشتر درباره اجزا و طرز کار برج های خنک کننده و شناخت مزایا و معایب انواع آن در این مقاله ⇐ برج خنک کننده

1 . مصرف آب برج خنک کننده بر اثر تبخیر (Evaporation Loss)

همانطور که می دانید، اصول کارکرد کولینگ تاورها به این شکل است که آب با هوا در تماس مستقیم بوده (پاشش آب از بالا بر روی پکینگ ها و برخورد آن با هوایی که توسط فن دمیده می شود) و در حین انتقال گرمای آب به هوا، بخشی از آب تبخیر می گردد که بیشترین میزان مصرف آب کولینگ تاور به همین تبخیر مربوط می شود که با استفاده از فرمول زیر می توان مقدار آن را محاسبه کرد.

E=0.0018C(ΔT)

که C بیانگر دبی آب در گردش بر حسب متر مکعب بر ساعت و ΔT نیز اختلاف دمای آب ورودی و خروجی بر حسب درجه سانتی گراد از برج خنک کن است.

نکته مهم اینکه ضریب 0.0018 برای گرمترین شرایط آب و هوایی (که معمولا در ساعات آفتابی اواسط تابستان اتفاق می افتد) در نظر گرفته می شود و میزان تبخیر آب که از فرمول بالا بدست می آید مربوط به حادترین شرایط کارکرد برج خنک کننده است و بیشترین تبخیر در این ساعات اتفاق می افتد و با توجه به اینکه دمای محیط هم در طول ساعات شبانه روز و هم در طول سال بسیار متغیر است، نمی توان عدد تبخیر بدست آمده از فرمول بالا را در ساعات شبانه روز و روزهای سال ضرب کرد تا مصرف آب ماهانه و سالانه دستگاه بدست آید و بنابرین عدد بدست آمده از فرمول بالا فقط به بالاترین میزان مصرف آب مربوط می شود و عدد واقعی تبخیر یا همان مصرف آب در طول شبانه روز و ماه های مختلف سال، بسیار کمتر است. در واقع این ضریب عددی بین 0.0015 تا 0.0018 است که هر چه دمای محیط اتمسفر خنک تر می شود، این ضریب به سمت 0.0015 میل می کند.

2 . مصرف آب برج خنک کن بر اثر پرتاب قطرات آب به بیرون (Drift Loss)

وقتیکه آب از بالای کولینگ تاور به صورت قطرات مایع پودری بر روی پکینگ ها می ریزد و جریان هوا نیز از سمت پایین به بالای برج جریان دارد، مقداری از قطرات مایع آب (قبل از تبخیر شدن) به همراه هوا از بالای برج خارج می شود که به این اتلافات، اتلاف ناشی از پرتاب قطرات آب به بیرون برج (Drift Loss) گفته می شود. در برخی از برج های خنک کن از یک قطعه به اسم قطره گیر در بالای برج استفاده می شود که تا حدود زیادی می تواند این قطرات آب در حال خروج را به دام اندازد که بسته به اینکه برج خنک کننده مورد نظر دارای این قطعه باشد یا نباشد، با یکی از دو ضریب زیر می توان میزان اتلاف آب ناشی از این رویداد یا همان مصرف آب این پارامتر را محاسبه کرد.

ضریب Drift Loss برای برج های بدون قطره گیر بین 0.1 تا 0.2 درصد از دبی آب گردش آن است.

ضریب Drift Loss برای برج های دارای قطره گیر بین 0.0005 تا 0.001 درصد از دبی آب گردش آن است.

بنابرین مصرف آب ناشی از پرتاب قطرات به بیرون برابر است با ضریب Drift Loss ضرب در دبی آب.

3 . مصرف آب کولینگ تاور بر اثر تغلیظ آب (Blowdown Loss)

وقیتکه آب در برج خنک کننده تبخیر می شود، مواد جامد مانند منیزیم، سیلیس، کلر و کلسیم در چرخه آب باقی می مانند که در سیستم به گردش در می آیند. این غلظت مواد جامد می تواند بسیار زیاد شده و باعث ایجاد رسوب و خوردگی شود. به همین خاطر برای کاهش غلظت مواد جامد در آب در حال گردش، در بازه های زمانی مشخصی، مقداری از آب برج از قسمت زیر برج تخلیه و به جای آن، آب تازه وارد برج می شود که به این نوع مصرف آب در کولینگ تاور یا همان اتلافات، مصرف آب کولینگ تاور بر اثر تغلیظ یا زیرکشی یا همان تخلیه از زیر (Blowdown Loss) گفته می شود.

برای محاسبه مصرف آب برج خنک کن بر اثر تغلیظ از فرمول زیر استفاده می شود:

Blowdown Loss = [Evaporative loss – (COC – 1) x Drift loss] /(COC – 1)

که Evaporative loss مصرف آب ناشی از تبخیر و Drift loss مصرف آب ناشی از پرتاب قطرات آب به بیرون بود که فرمول های آنها را در بالا بیان کردیم. COC مخفف Cooling tower Cycle of Concentration به معنی سیکل تغلیظ کولینگ تاور است که از نسبت غلظت مواد جامد موجود در آب در حال گردش (سختی آب در حال گردش) به غلظت مواد جامد موجود در آب تازه ورودی به برج (سختی آب تازه) بدست می آید و و مقدار آن عددی بین 3 تا 6 است که ما برای محاسبه حداکثر حالت، عدد 3 را در محاسبات در نظر می گیریم. عواملی مانند استفاده از مواد شیمیایی برای جلوگیری از تشکیل رسوب در مقدار این عدد نقش دارد که هر چه به تخلیه آب کمتری نیاز باشد این عدد به سمت 6 و هر چه بیشتر نیاز باشد این عدد به سمت 3 میل می کند.

بیشتر بخوانید: لیست قیمت برج خنک کننده ⇐ قیمت برج خنک کننده

مثالی از محاسبه مصرف آب کولینگ تاور یا همان برج خنک کن

برای مثال دبی آب در گردش یک کولینگ تاور که به قطره گیر نیز مجهز است، 60 متر مکعب بر ساعت، دمای آب ورودی به آن 38 درجه سانتی گراد و دمای آب خروجی از آن 32 درجه سانتی گراد است. در این صورت فرمول محاسبه میزان مصرف آب برج خنک کن به صورت زیر است:

میزان مصرف آب در برج خنک کننده = تبخیر آب + پرتاب قطرات آب به بیرون + تغلیظ آب

میزان تبخیر آب = 0.0018C(ΔT) بنابرین 0.0018*60*6= 0.648 متر مکعب بر ساعت

نکته اینکه بخش عمده مصرف آب در کولینگ تاور بر اثر تبخیر است.

میزان پرتاب قطرات آب به بیرون = 0.0001*دبی آب = 0.06 متر مکعب بر ساعت

نکته اینکه در این مثال، دستگاه دارای قطره گیر است و ما ضریب Drift Loss را برابر با 0.0001 در نظر گرفتیم.

میزان تغلیظ آب = 0.264

Blowdown Loss = [Evaporative loss – (COC – 1) x Drift loss] /(COC – 1) = [0.648 – (3 – 1) x 0.06] /(3 – 1) = 0.264

نکته اینکه در این مثال، ما سیکل تغلیظ آب (COC) را که عددی بین 3 تا 6 است، 3 در نظر گرفتیم (در بیشترین حالت) و در فرمول بالا قرار دادیم تا میزان تغلیظ آب و در نتیجه جایگزینی آب تازه با آن بدست آید.

بنابرین:

میزان مصرف آب در برج خنک کننده = 0.648 + 0.06 + 0.264 = 0.972 متر مکعب بر ساعت

دقت کنید که همانطور که گفتیم این مقدار مصرف آب در برج خنک کن در گرمترین شرایط بود که در اواسط تابستان و در ساعات آفتابی روز اتفاق می افتد و در بقیه ساعات (در فصل های بهار، پاییز و زمستان و نیز ساعات صبح و شب تابستان) از این مقدار کمتر است. بنابرین حداکثر 0.972 متر مکعب بر ساعت آب جبرانی در گرمترین شرایط باید وارد برج خنک کن شود تا جایگزین آب مصرفی گردد.

نکته بسیار مهم اینکه علاوه بر این 3 فرمول ساده که توضیح دادیم، برای محاسبه سریع و سرانگشتی میزان مصرف آب در برج خنک کننده از یک فرمول کلی نیز استفاده می شود که عبارت است از اینکه معمولا میزان مصرف آب، 1.5 درصد دبی آب برج خنک کن (در بیشترین حالت که در روزهای آفتابی تابستان رخ می دهد) است.

بیشتر بخوانید: دسته بندی انواع کولینگ تاورها در 10 دسته مختلف و شناخت مزایا و معایب هر یک از آنها در این مقاله ⇐ انواع برج خنک کننده