أبراج التبريد

تعتمد كثيرٌ من التطبيقات الصناعية في عملها على آلية ما لتبريد جزءٍ من معداتها؛ منها ما يستخدم المكثفات أو سوائلَ التبريد أو التهوية الطبيعيةَ أو غيرها من طرائق التبريد، لكن في بعض الأحيان نكون بحاجة إلى التبريد بدرجة أكبر، وهنا يأتي دور أبراج التبريد التي تُعد طريقة فعالةً لتبريد المياه في عديدٍ من المنشآت الصناعية أو السكنية.

تعريف برج التبريد:

أداة لطرح الحرارة من مكان ما (مكثف، مبادل حراري، الأبنية التجارية أو السكنية أو الخدمية أو محطات توليد الطاقة)؛ إذ يكون التبادل الحراري بين الماء الساخن (المتحرك من الأعلى إلى الأسفل)  والهواء البارد (المتحرك من الأسفل إلى الأعلى) داخل البرج وطرح الحرارة مع الهواء إلى الغلاف الجوي  كما في الشكل الآتي[1][2][3].

آلية العمل :

تُرش المياه الساخنة وتُوزع توزيعًا منتظمًا بواسطة المرشات التي تقع في أعلى البرج لتسقط على الحشوة التي تساعد على زيادة سطح التبادل الحراري ويدخل الهواء من فتحات التهوية التي تتوضع على السطح الجانبي للبرج ليمتص الحرارة من الماء وترتفع رطوبته النسبية إلى 100% ويصعد إلى قمة البرج ليأتي دور مصائد الرطوبة التي تساعد على تخفيض نسبة الماء الصاعد مع الهواء، ثم يسقط الماء بعد تبريده إلى حوض الماء البارد ليعود مرة أخرى إلى دارة التبريد الأساسية [3][1].

تقسم دارات أبراج التبريد إلى:

دارة التبريد المفتوحة (المباشرة): في هذا النوع يكون التماس مباشر بين الماء الساخن والهواء البارد[1].

دارة التبريد المغلقة (غير المباشرة): في هذا النوع لا يوجد أيُّ تماس بين الماء الساخن والهواء؛ إذ يُضاف تيار مائي إضافي يؤدي دور تبريد الماء الساخن المحصور ضمن الأنابيب في الدارة المغلقة، في حين يتبادل هذا التيار المائي المضاف الحرارة مع الهواء كما في دارة التبريد المفتوحة [1].

تصنيف أبراج التبريد:

التصنيف حسب طريقة انتقال الحرارة :

1- برج التبريد الجاف:

في هذا النوع يكون السائل منفصل عن الهواء وتنتقل الحرارة من السائل إلى الهواء بالحمل الحراري.

2- برج التبريد الرطب:

في هذا النوع يكون السائل على اتصال مباشر مع الهواء،  وتُتبادل الكمية الكبرى من الحرارة نتيجة لتبخر جزء من المياه المدورة، وجزء آخر صغير يُتبادل بالتوصيل الحراري بين السائل والهواء.  

3- برج التبريد الرطب-الجاف :

يصمم هذا النوع كخليط من النوعين السابقين ويساعد على توفير 20% من استهلاك المياه مقارنةً مع أبراج التبريد الرطبة (التي تخسر جزء من المياه بالتبخر)[4].

التصنيف حسب طريقة سحب الهواء:

1- برج التبريد ذو السحب الطبيعي:

يُصمَّم هذا النوع من الأبراج حيث يتحرك الهواء من داخل البرج إلى الأعلى طبيعيًّا؛ وذلك بسبب فرق الكثافة بين الهواء الدافئ داخل البرج والهواء الخارجي؛ إذ يرتفع الهواء الدافئ نحو الأعلى بسبب انخفاض كثافته  مسببًا تخلخل في الضغط أسفل البرج يؤدي إلى سحب الهواء الخارجي، وهكذا يتشكل تيار هوائيٌّ يمتص الحرارة عن طريق الحمل الحراري، هذا النوع من الأبراج يجب أن يكونَ بارتفاع عالي لتأمين حركة الهواء المستمرة من الأسفل إلى الأعلى[3].

2- برج التبريد ذو السحب الميكانيكي :

يستخدم في هذا النوع مراوح لتحريك الهواء داخل البرج وتوضع المروحة إمَّا في أعلى البرج (induced draft) أو عند قاعدة البرج (forced draft) وعادة ما تكون أبراج النوع الأول أكبر حجمًا [3].

أجزاء برج التبريد:

-الغلاف الخارجي:  غلاف يشكل الهيكل الذي يجمع جميع الأجزاء ويدعمها مثل المراوح والمحركات وغيرها[2].

-الحشوة: تُصنع من البلاستيك أو الخشب أو الألياف الزجاجية، ووظيفتها تفتيت قطرات المياه إلى قطيرات أصغر لزيادة انتقال الحرارة بين الماء والهواء عن طريق زيادة سطح  التبادل الحراري[2][3].

-خزان المياه: يوجد في قاع البرج؛ إذ تُجمع المياه المتساقطة فيه بعد تبريدها ثم إعادة توجيهها بعد تبريدها نحو الهدف الواجب تبريده، وفيه يُعوَّض النقص الناجم عن الفقد التبخيري للماء[2][3].

-مزيلات الانجراف (مصيدة رطوبة): تلتقط المياه المتصاعدة والعالقة في بخار الماء بهدف تقليل خسارة المياه المستخدمة[2].

-مدخل الهواء: يؤمن دخول الهواء إلى البرج ويَشغُل جانبًا كاملًا في الأبراج ذات الجريان المتصالب، ويقع في القسم السفلي من الأبراج ذات الجريان المتعاكس [2].

-فتحات التهوية: تنظم معدل تدفق الهواء داخل الحشوة  في الأبراج ذات التدفق المتصالب وغالبًا لا يوجد فتحات تهوية في الأبراج ذات التدفق المتعاكس [2].

-الفوهات (المرشات): ترش المياه على الحشوة، ومن الأساسي أن تكون عملية الرش منتظمة وموزعة على نحو يحقق ترطيب مناسب لكامل الحشوة [2].

-المراوح: تستخدم المرواح في الأبراج ذات سحب الهواء الميكانيكي فقط؛ إذ تستخدم المراوح المحورية في الأبراج ذات سحب الهواء المستحث (induced draft)، وتستخدم كلٌّ من المراوح المحورية ومراوح الطرد المركزي في الأبراج ذات سحب الهواء القسري (forced draft)على عكس أبراج التبريد ذات السحب الطبيعي التي لا تحتاج إلى أيَّة مراوح [2].

المصادر: