Una torre evaporativa a circuito aperto è un particolare scambiatore di calore dove l'aria entra in contatto diretto con l'acqua al fine di diminuire la temperatura dell'acqua stessa.
Le torri di raffreddamento si basano su di un principio naturale, tanto semplice quanto efficace: il raffreddamento evaporativo. In questo modo, quando l’aria e l’acqua si incontrano all’interno del pacco di scambio termico, una piccola quantità di acqua evapora comportando una naturale diminuzione della temperatura dell'acqua che circola all'interno della torre di raffreddamento. L'acqua raffreddata viene quindi reintegrata all’interno del processo industriale per assorbirne nuovamente il calore. L’acqua verrà quindi pompata un'altra volta all’interno della torre evaporativa per ricominciare il ciclo ed essere ancora raffreddata.
Le torri di raffreddamento rappresentano un sistema di smaltimento del calore davvero semplice, che assicura consumi elettrici ridotti, innovazione tecnologica a basso impatto ambientale e la migliore efficienza energetica. Ciò è stato tra l’altro confermato anche da Assoclima,l ’Associazione dei costruttori di Sistemi di Climatizzazione di ANIMA(Confindustria):
“Le torri di raffreddamento di moderna concezione hanno raggiunto altissimi livelli di efficienza energetica e innovazione tecnologica a basso impatto ambientale, tali da renderle oggi le migliori soluzioni impiantistiche per lo smaltimento del calore, sia in ambito civile che industriale. Con un minimo consumo d’acqua facilmente gestibile i sistemi evaporativi garantiscono consumi elettrici contenuti con notevole risparmio energetico, ingombri estremamente ridotti e bassa rumorosità. L’impiego limitato di risorse ed energia consente alle torri di affermarsi oggi come la tecnologia di raffreddamento a più basso carbon footprint, nel pieno rispetto delle direttive comunitarie in materia di eco-progettazione e riduzione delle emissioni di gas a effetto serra.”
Per maggiori informazioni circa il funzionamento delle torri evaporative rimandiamo all’articolo “Cos’è e come funziona una torre evaporativa”, dove abbiamo analizzato l’intero processo sia per le torri di raffreddamento a circuito aperto, sia per quelle a circuito chiuso.
Ciò premesso, quali sono i principali fattori che possono influenzare le prestazioni delle torri evaporative? Di seguito i principali fattori da considerare:
La temperatura a bulbo umido è la temperatura più bassa a cui l'aria può essere raffreddata dall'evaporazione dell'acqua nell'aria a pressione costante. La temperatura del bulbo umido, misurata mediante uno strumento chiamato psicrometro, è sempre inferiore al valore del bulbo secco. Ciò è sempre vero tranne quando l'aria è completamente satura d'acqua, ovvero quando la temperatura del bulbo umido e quella del bulbo secco sono uguali (in questo caso parliamo di umidità relativa al 100%).
La temperatura del bulbo umido è un parametro estremamente importante nella selezione e nella progettazione delle torri evaporative perché consente di definire in maniera accurata le condizioni di temperatura e umidità in relazione al luogo di installazione dell’impianto. Per questo, la temperatura a bulbo umido rappresenta la base primaria per la progettazione termica di qualsiasi torre di raffreddamento di tipo evaporativo.
La differenza di temperatura tra l'ingresso dell'acqua (calda) e l'uscita dell'acqua (raffreddata) dalla torre evaporativa è definita Range. Aumentando l'intervallo del range di raffreddamento, si riduce il costo di investimento iniziale e il consumo energetico della macchina.
Il carico termico o potenza termica dell'acqua di raffreddamento è determinato dall'equazione standard del trasferimento di calore: Q = m Cp ∆T per cui
— Q= il carico termico
— m= la massa dell'acqua di raffreddamento
— Cp= il calore specifico dell'acqua
— ∆T= differenziale di temperatura di ingresso/uscita
La potenza termica è quindi la quantità di calore da dissipare dall'acqua che circola all'interno della torre. Si tratta di un fattore determinante per selezionare la giusta torre di raffreddamento sia in termini di dimensioni che di investimento iniziale.
L'approach è la differenza di temperatura tra l'acqua raffreddata che entra nel bacino e la temperatura a bulbo umido dell’aria. Si tratta di uno dei fattori più rilevanti ai fini della selezione della torre evaporativa: infatti, più l’approach è “centrato”, migliori saranno le performance garantite dalla macchina. Per questo motivo, ai fini della progettazione, la scelta migliore ricade sulla torre di raffreddamento con un approach né troppo distante né troppo vicino alla temperatura a bulbo umido di riferimento. Tuttavia, è opportuno considerare che un approach più piccolo garantisce dell’acqua più fredda, ma al contempo richiede anche una torre di maggiori dimensioni, comportando necessariamente costi di investimento più alti e maggiore consumo energetico.
In considerazione di tutti gli aspetti sopra elencati, possiamo affermare che un approach compreso tra i 3°C ed i 5°C è la scelta migliore per offrire ottime performance.
Senz’altro la progettazione, la selezione e l’integrazione delle varie componenti che costituiscono la torre di raffreddamento, nonché l’utilizzo di ricambi originali sono essenziali per assicurare prestazioni efficienti e garantire una lunga durata di vita della macchina.
Per esempio, per quanto riguarda la selezione delle componenti, Decsa ha ottimizzato l’efficienza dello scambio termico attraverso la realizzazione di DecsaPack, un pacco di scambio evaporante in grado di migliorare la turbolenza dell’acqua in controcorrente
Per mantenere le performance stabilite in fase progettuale, è inoltre essenziale effettuare una corretta manutenzione della torre evaporativa. Per maggiori dettagli sulle attività manutentive consigliamo di leggere l’articolo dedicato: Manutenzione nelle torri di raffreddamento: quali interventi?
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