Primero, ¿qué es una torre de enfriamiento cerrada?
A saber, torre de enfriamiento por evaporación cerrada, también conocida como torre de enfriamiento cerrada o torre cerrada.Es una torre de enfriamiento que transfiere el calor del agua circulante al aire a través de serpentines.
Su estructura principal se muestra en la figura:
La torre cerrada generalmente se compone de ventilador, radiador (serpentín), bomba de agua de circulación automática, sistema de distribución de agua, receptor de agua, estructura de la torre, empaque (con o sin), válvula de compuerta y otros componentes.
A diferencia de la torre abierta, el agua caliente de la torre cerrada es de ciclo cerrado y no entra en contacto directo con el aire, lo que puede garantizar la limpieza de la calidad del agua circulante, asegurar el funcionamiento eficiente del equipo principal y mejorar la vida útil de el equipo principal.Cuando la temperatura exterior es baja, la torre cerrada se puede convertir en una operación de refrigeración por aire cerrando el sistema de rociado de circulación automática, para ahorrar recursos hídricos.En línea con la política china de conservación de energía, reducción de emisiones y ahorro de agua, ha sido ampliamente utilizado en acero, metalurgia, energía eléctrica, electrónica, procesamiento mecánico, alimentos, industria química y sistemas de aire acondicionado en los últimos diez años.
El mecanismo de disipación de calor de la torre cerrada es el siguiente: el calor del agua caliente se transmite primero al radiador y luego el radiador se transmite al agua de la ducha en su superficie.El agua de la ducha y el aire intercambian calor con el aire mediante transferencia de calor por contacto y transferencia de masa por evaporación.El diagrama principal de su proceso de enfriamiento es el siguiente:
Diagrama esquemático del mecanismo de disipación de calor de la torre cerrada
La siguiente es una breve descripción del proceso de cálculo termodinámico de la torre cerrada.
Antes de proceder a la derivación de la ecuación, supongamos lo siguiente:
(1) Rocíe una película de agua en todo el intercambiador de calor para la temperatura promedio de la película de agua y permanezca sin cambios (esto se debe a que la temperatura del agua de autocirculación dentro y fuera del radiador es la misma);
(2) El área superficial de la película de agua es aproximadamente igual al área superficial del serpentín, es decir, la película de agua se considera muy delgada;
(3) El agua de circulación automática se distribuye uniformemente en diferentes filas de tubos y hay una película de agua en la superficie de cada serpentín;
(4) Si el número de Lewis es igual a 1, no se tienen en cuenta las pérdidas por evaporación.
(Nota: el siguiente proceso de derivación se basa principalmente en la diferencia de entalpía, la conservación de energía y otros mecanismos y algunos conocimientos sobre la transferencia de calor).
Primero, el agua caliente transfiere calor a la película de agua fuera del serpentín y la ecuación de transferencia de calor es:
Donde, dQ- transferencia de calor de micro unidad, W;
K1- coeficiente de transferencia de calor de agua caliente a película de agua;W/(㎡·℃);
T- Temperatura del fluido de proceso o agua caliente, ℃;
t- Temperatura de la película de agua autocirculante, ℃;
dA- Área de superficie de microunidad de bobina, ㎡
El tubo de la bobina se puede considerar como un tubo de pared delgada y su coeficiente de transferencia de calor se puede expresar como:
Donde, coeficiente de transferencia de calor del fluido en el tubo del serpentín AI, W/(㎡·℃);coeficiente de transferencia de calor del fluido del tubo λg, W/(㎡·℃);Coeficiente de transferencia de calor del fluido del tubo λ, W/(㎡·℃);σ-Espesor de bobina, m;α Coeficiente de transferencia de calor por convección de la película de agua w, W/(㎡·℃) Di, Do, Dn, Dc- son respectivamente el diámetro interior y exterior del serpentín y el diámetro interior y exterior del serpentín después de escalar, m.
Lo que es menos seguro en la ecuación anterior es el coeficiente de transferencia de calor por convección de la película de agua, y su valor está relacionado con el estado y espesor de la película de agua, así como con la cantidad de agua que circula por sí misma, la velocidad del viento, el diámetro del serpentín y tamaño de diseñoEso es:
Dónde,
q- densidad del agua de autocirculación, kg/(㎡·s);
v- Velocidad promedio del aire a través de la sección del serpentín, m/s;
p1,disposición pt-bobina, m.
Según el supuesto (2), la transferencia de calor entre la película de agua y el aire se puede escribir:
Donde, β'x- el coeficiente de masa impulsado por la diferencia de entalpía y humedad con base en el área de la película de agua, kg/(㎡·s);
Bx- basado en el área de superficie de la bobina de diferencia de entalpía y humedad como la fuerza motriz del coeficiente de dispersión, denominado coeficiente de dispersión, kg/(㎡·s);
i"t- entalpía del aire saturado correspondiente a la temperatura del agua t, J/kg;
i- entalpía del aire, J/kg(DA);
dA- Área de superficie de microunidad de bobina,㎡.
El coeficiente de dispersión en la ecuación anterior es un parámetro desconocido, que debe obtenerse mediante pruebas.El valor de este parámetro está relacionado con el caudal de agua, la velocidad del aire y la disposición del serpentín, y puede expresarse como:
El aumento de entalpía del aire es igual a la relación de transferencia de calor del aire en la microcelda:
Donde, G- flujo másico de aire seco, kg/ (㎡·s).
Después de resolver la fórmula (6):
se observa que IT es la entalpía del aire saturado correspondiente a la temperatura del agua de la película.Se supone que la temperatura del agua es constante según (1), por lo que la entalpía también es constante.La solución integral de la Ecuación (7) se puede obtener:
Dónde,
i1- entalpía del aire que ingresa a la torre cerrada, J/kg (DA);
i2- Entalpía del aire descargado de torre cerrada, J/kg (DA).
Mw es el número de enfriamiento por área de la película de agua, y su valor es:
Además, el cambio de temperatura del agua de autocirculación es igual al cambio de energía del aire y del fluido del proceso, a saber:
Dónde,
qp- Caudal de agua en serpentín, kg/s;
qw- cantidad de agua en autocirculación, kg/s;
cpp, cpw- Calor específico del agua en serpentín y agua autocirculante, J/ (kg·℃).
Según la hipótesis (1), la ecuación (10) es cero y puede ignorarse.
Por otro lado, la fórmula (1) se puede obtener:
También se observa que se supone que la temperatura del agua de la película es constante.Integrando la ecuación (11), podemos obtener:
Dónde,
T1 - temperatura del medio de proceso o agua caliente que ingresa a la torre cerrada, ℃
T2- Temperatura del medio del proceso o del agua caliente de la torre cerrada descargada, ℃
Donde, NTU se refiere al número de unidades de transferencia de calor de la torre de enfriamiento evaporativo, y su valor es:
De acuerdo con la condición supuesta (4), ignorando la pérdida por evaporación del agua autocirculante, la transferencia de calor de la torre de enfriamiento cerrada es:
Sustituyendo las ecuaciones (8) y (12) en la ecuación (14), podemos obtener:
Se obtiene una solución adicional:
De acuerdo con la Ecuación (15), la temperatura del agua de autocirculación se puede calcular mediante un método iterativo.
En el proceso de derivación, la fórmula anterior no se dirige específicamente al tipo de contracorriente, por lo que la fórmula anterior también es aplicable a la torre cerrada de flujo cruzado.La temperatura del agua de circulación automática de la torre de enfriamiento cerrada con empaque es baja, por lo que el efecto de transferencia de calor del empaque se puede equiparar al coeficiente de dispersión y luego se puede realizar el cálculo termodinámico de acuerdo con la fórmula anterior.
Cuando se conocen el coeficiente de transferencia de calor y el coeficiente de disipación de masa de la torre de refrigeración cerrada, la temperatura del agua de autocirculación se puede calcular mediante la fórmula (16).Con la temperatura del agua de circulación automática, la temperatura del fluido del proceso después del enfriamiento y la entalpía del aire descargado de la torre de enfriamiento cerrada se pueden calcular mediante la fórmula (8) y la fórmula (12).
La ecuación anterior también se puede usar para ordenar los datos de prueba de la torre de enfriamiento cerrada.En la prueba, se pueden medir parámetros como la temperatura de entrada y salida del fluido de proceso, la temperatura de bulbo seco y húmedo de la torre de entrada de aire, el caudal de aire y la cantidad de agua de circulación automática.A partir de estos parámetros, el número de unidades de transferencia de calor puede calcularse a partir de la Ecuación (12) y el número de áreas de enfriamiento de la película efluente puede calcularse a partir de la ecuación (8).El coeficiente de transferencia de calor y el coeficiente de dispersión de la torre cerrada se pueden obtener mediante cálculos adicionales.
Lo anterior es el método de cálculo termodinámico simple de la torre de enfriamiento cerrada.¿Está lleno de productos secos?
Hora de publicación: 12-jun-2023