tour de refroidissement ouverte

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Tours de refroidissement à circuit ouvert, fermé ou hybride.

L’assortiment Almeco comprend des tours de refroidissement à circuit de refroidissement ouvert , fermé et hybride .

Tours de refroidissement à circuit ouvert

Dans les tours de refroidissement à circuit ouvert, l’air et l’eau à refroidir entrent directement en contact.

Une tour de refroidissement à circuit ouvert est un échangeur de chaleur qui permet de refroidir de l’eau en contact direct avec de l’air. Le transfert de chaleur s’effectue partiellement par l’échange de chaleur entre l’air et l’eau, mais surtout par l’évaporation d’une petite quantité de l’eau à refroidir. De cette façon, on peut atteindre des températures de refroidissement inférieures à celles de l’air ambiant.

Fonctionnement

• L’eau à refroidir est pompée vers le haut de la tour.
• Les répartiteurs (A) distribuent l’eau sur les surfaces de ruissellement (B).
• L’eau est diffusée en film mince et uniforme sur les corps de ruissellement assurant ainsi une très grande surface de contact entre l’air et l’eau (surface d’échange de chaleur).
• Le ventilateur souffle ou aspire l’air ambiant au travers des surfaces de ruissellement. Cet air refroidit l’eau de 2 manières différentes. Une partie de la chaleur est prélevée par convection (le contact entre l’eau chaude et l’air plus froid) mais la plus grosse partie du transfert de chaleur résulte de l’évaporation.
• L’air saturé d’humidité sort ensuite par la partie supérieure de la tour.
• L’eau refroidie tombe dans le bassin (C) situé sous l’appareil et est remise en circulation dans le processus de production.
• Les séparateurs de gouttelettes évitent que les gouttes d'eau quittent la tour de refroidissement.

Tours de refroidissement à circuit fermé

Il n’y a pas de contact direct entre l’air et l’eau à refroidir dans les tours de refroidissement à circuit fermé. On fait par contre appel à un échangeur supplémentaire. Il existe des tours de refroidissement avec condenseur tubulaire et des tours avec échangeur à plaques.

Une tour de refroidissement est un échangeur de chaleur qui permet de refroidir de l’eau par le contact direct avec l’air. Le transfert de chaleur se passe partiellement par l’échange de chaleur entre l’air et l’eau, mais surtout par l’évaporation d’une petite quantité de l’eau à refroidir. De cette façon, on peut atteindre des températures de refroidissement inférieures à celles de l’air ambiant.

Si l’eau à refroidir ne peut pas entrer en contact avec l’air (par exemple dans l’industrie alimentaire), il est nécessaire d’utiliser un échangeur de chaleur.

Cet échangeur de chaleur sépare l’eau à refroidir de l’eau évaporée dans la tour. Ainsi l’eau du process à refroidir n’entre pas en contact avec l’air.

L'utilisation d'anti-gel n'est pas nécessaire dans les circuits ouverts, mais dans les tours de refroidissement fermées ça peut être nécessaire.

Côté process

• Le fluide à refroidir transite par l’échangeur à chaleur (A). Celui-ci est constitué de plaques en acier inoxydable et se trouve à côté de la tour de refroidissement dans un local contigu.
• Dans l’échangeur de chaleur, la chaleur de l’eau à refroidir (côté process) est échangée avec l’eau de refroidissement du côté tour.
• Le fluide du process est maintenant refroidi et peut être réutilisé comme eau de refroidissement dans le process. Le circuit de refroidissement est donc totalement fermé entre les consommateurs (machines de production, condensateurs, etc. ) et l’échangeur de chaleur.

Côté tour de refroidissement

• L’eau de refroidissement réchauffée qui sort de l’échangeur à plaques, est amenée par une tuyauterie au sommet de l’appareil où des répartiteurs (B) distribuent l’eau sur les surfaces de ruissellement (C).
• L’eau tombe à travers les surfaces de ruissellement en se refroidissant et est collectée dans le bassin. Elle est ensuite à nouveau envoyée par la pompe de circulation (D) vers l’échangeur où elle va refroidir l’eau de process.
• L’eau est refroidie par l’air pulsé à contre courant par le(s) ventilateur(s). Cet air se réchauffe et se sature lors du contact avec l’eau sur les surfaces de ruissellement. Ensuite cet air saturé d’humidité s’échappe par la partie supérieure de la tour.

Refroidisseur adiabatique (circuit de refroidissement hybride)

Un refroidisseur adiabatique est un refroidisseur de liquide. La chaleur à évacuer est éliminée sous forme sèche pendant la plus grande partie de l’année, uniquement en utilisant l’air ambiant. Dès que la température de l’air ambiant devient trop élevée, l’équipement passe automatiquement en mode humide, et utilise ainsi en complément l’effet refroidissant de l’évaporation d’eau.

Dans notre publication  'Comment fonctionne un refroidisseur adiabatique ?'  sur ce blog, vous trouverez de plus amples informations sur le fonctionnement de ce type de refroidisseur.

Théories, pratiques, dépannage, etc ! Comprendre les diverses notions nécessaires pour réussir dans ce domaine en constante évolution !

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Tour de refroidissement : comment ça marche ?

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Pour dissiper la chaleur provenant du condenseur et permettre ainsi le changement d'état nécessaire au fonctionnement d'une installation frigorifique, il existe différents systèmes de refroidissement, dont les tours de refroidissement.

La tour de refroisissement ouverte 

Dans une tour ouverte l'eau provenant du condenseur est répartie en fines gouttelettes par des buses à travers une surface de ruissellement , un ventilateur souffle  de l'air à contre-courant assurant ainsi le refroidissement par évaporation d'une partie de cette eau.L'eau est ensuite recueillie dans un bac en partie basse puis réinjectée par une pompe à travers le condenseur,un système de remplissage par flotteur remplace l'eau évaporée, des résistances sont incorporées dans le bac commandé par un thermostat antigel.

Le défaut majeur de ce type de tour est l'entretien, calcaire, algue, corrosion et bien sur légionellose (risques à prendre en compte).

1:Rampe +buses 2:Surface de ruissellement, packing 3:Ventilateur 4:Bac 5:Système de remplissage 6:Sortie tour (retour condenseur) 7:Entrée tour (aller condenseur) 8:Filtre 9: Trop plein 10: Vidange (déconcentration)

La tour de refroidissement fermée

Elle fonctionne selon le même principe, mais au lieu d'avoir l'eau du condenseur directement à refroidir, ici on utilise un échangeur intermédiaire pour séparer les deux fluides.L'eau venant du condenseur circule à contre courant par apport à l'eau de la tour.Un bac contient la quantité d'eau nécessaire au refroidissement de l'échangeur celle-ci ruisselle sur les packing par des buses en partie haute de la tour.

Avantage: moins d'eau en circulation coté tour donc traitement facilité, développement microbien réduit.

11: Pompe de circulation 

La tour à condenseur évaporatif:

Identique à la tour fermée, mais à la place d'un échangeur intermédiaire on trouve directement le condenseur dans lequel circule le fluide frigorigène. Le refroidissement est assuré en recyclant et en pulvérisant de l'eau sur le condenseur par ruissellement.

Inconvénient : La quantité de fluide frigorigène contenu dans l'installation.

Aéroréfrigérant, dry-cooler

Un aéroréfrigérant, également connu sous le nom de « dry-cooler », est un dispositif utilisé pour refroidir un liquide (mélange d'eau et de produit antigel) provenant du condenseur. Son fonctionnement repose sur le principe de la convection forcée. En d'autres termes, l'air est propulsé par des ventilateurs à travers un échangeur composé de tubes à l'intérieur desquels circule le liquide à refroidir. Cette méthode permet d'assurer un refroidissement efficace tout en maintenant un équilibre thermique optimal.

La tour refroidissement hybride

La tour hybride est un système qui allie deux méthodes de refroidissement : le refroidissement évaporatif en été et le refroidissement sec à l'aide d'un refroidisseur à air en période plus fraîche. Grâce à cette combinaison de systèmes, la tour hybride offre de multiples avantages. Elle permet tout d'abord des économies significatives en termes de consommation d'eau, réduisant ainsi l'impact environnemental. De plus, en évitant l'utilisation excessive d'eau stagnante, elle limite les risques de prolifération bactérienne, tels que la Legionella, qui peuvent être associés aux tours de refroidissement traditionnelles.

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9 Types de Tours de Refroidissement et Leurs Méthodes de Refroidissement

Les tours de refroidissement dissippent la chaleur en utilisant divers mécanismes tels que le tirage naturel, mécanique, à circuit ouvert ou fermé, et l’évaporation.

Les tours de refroidissement sont des équipements essentiels dans le domaine de la thermique. Elles permettent de dissiper la chaleur indésirable par l’évaporation de l’eau dans des processus industriels ou de climatisation. Voici les 9 principaux types de tours de refroidissement et leurs méthodes de refroidissement.

Tour de Refroidissement à Tirage Naturel

Ces tours utilisent des cheminées élevées pour créer un tirage naturel de l’air. L’air chaud monte par convection naturelle, tirant de l’air frais à travers les systèmes de pulvérisation d’eau en bas de la tour, ce qui provoque l’évaporation et le refroidissement.

Tour de Refroidissement à Tirage Mécanique

Dans ces tours, des ventilateurs mécaniques sont utilisés pour tirer ou pousser l’air à travers la tour. Il existe deux sous-types :

• Tirage Forcé : Le ventilateur est placé à l’entrée pour pousser l’air à travers la tour.
• Tirage Induit : Le ventilateur est placé à la sortie pour aspirer l’air à travers la tour.

Tour de Refroidissement à Circuit Ouvert

Ces tours permettent à l’air et à l’eau de se mélanger directement. L’eau chauffée provenant du processus industriel est aspergée dans la tour de refroidissement, où elle entre en contact avec l’air, permettant une partie de l’eau de s’évaporer pour faciliter le refroidissement.

Tour de Refroidissement à Circuit Fermé

Dans ces systèmes, l’eau de refroidissement circule dans un circuit totalement fermé sans entrer en contact avec l’air. Le transfert de chaleur a lieu à travers les parois d’un échangeur de chaleur.

Tour de Refroidissement Sec

Ces tours utilisent uniquement l’air pour refroidir, sans évaporation de l’eau. L’air est aspiré ou poussé au-dessus des surfaces des échangeurs de chaleur (souvent des tubes ou des ailettes) à travers lesquels circule le fluide chaud.

Tour de Refroidissement Hybride

Ces systèmes combinent les principes des tours de refroidissement à circuit fermé et sec. Ils peuvent fonctionner en mode évaporatif ou en mode sec selon les conditions climatiques ou les exigences énergétiques.

Tour de Refroidissement à Contre-Courant

Dans ces tours, l’air et l’eau circulent dans des directions opposées. L’air pénètre par le bas de la tour et monte tandis que l’eau s’écoule de haut en bas, maximisant ainsi le transfert de chaleur.

Tour de Refroidissement à Courant Traversant

Dans ce type de tour, l’air traverse horizontalement la tour tandis que l’eau s’écoule verticalement. Cela permet un grand contact entre l’air et l’eau, facilitant l’évaporation.

Tour de Refroidissement Évaporative

Ces tours refroidissent principalement par l’évaporation d’une partie de l’eau circulante. Le processus d’évaporation dissipe la chaleur du reste de l’eau, réduisant ainsi sa température globale.

Chacun de ces types de tours de refroidissement présente des avantages spécifiques en fonction des besoins d’application, des coûts d’exploitation et des considérations climatiques. La compréhension des différences peut aider à choisir la tour de refroidissement la plus adaptée à un besoin particulier.

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Tours de refroidissement ouvertes.

Comment fonctionnent les tours de refroidissement ouvertes ?

Nos tours de refroidissement à circuit ouvert peuvent être de deux types : à contre-courants ( gammes S, KS, KH, ATM, etc.) ou à courants croisés ( gamme X-TAR).

Dans le premier cas, le refroidissement évaporatif ouvert à contre-courants demeure la technologie la plus écologique et la plus économique. Elle se caractérise en effet par une haute performance énergétique et un coût compétitif.

Dans le second cas, les systèmes de refroidissement à courants croisés sont axés essentiellement sur les économies d’énergie et sur la facilité de maintenance.

De manière générale, l’eau chaude à refroidir est amenée au sommet de la tour de refroidissement à circuit ouvert par une tuyauterie. Cette eau est fractionnée et distribuée sur les surfaces de ruissellement par les buses de distribution d’eau. L’air pulsé par le ventilateur pénètre par la partie inférieure de la tour de refroidissement ouverte et s’échappe par la partie supérieure après s’être échauffé et saturé, en passant entre les surfaces de ruissellement recouvertes d’eau. Sous l’action de la tension superficielle provoquée par la surface de ruissellement, l’eau s’étale uniformément, et ruisselle sur toute leur hauteur. La surface d’échange est ainsi augmentée. L’eau, refroidie grâce à la ventilation forcée, tombe en chute libre dans le bassin incliné situé sous l’appareil. Elle est ensuite aspirée à travers la crépine. Des séparateurs de gouttes sont disposés à la sortie d’air pour limiter les entraînements vésiculaires.

Qu’est-ce qui caractérise les tours de refroidissement ouvertes ?

Nous développons les surfaces d’échange et les enveloppes de nos tours rigoureusement en fonction :

• Du process à refroidir,
• De la qualité de l’eau,
• Des conditions d’exploitation.

Nous concevons également nos tours aéroréfrigérantes sur deux modèles de ventilation.

• La ventilation hélicoïde (aussi appelée axiale) aspirante ou soufflante génère une faible consommation électrique.
• La ventilation centrifuge est particulièrement silencieuse.

JACIR propose pareillement une gamme de tours aéroréfrigérantes spécialement conçues pour les services lourds, dédiées aux eaux chargées  ( gamme RH). Elle se caractérise par une très bonne résistance à l’encrassement et une excellente tenue mécanique grâce à son corps d’échange X-STREAM spécialement étudié à cet effet. L’accessibilité pour les opérations de maintenance est toujours optimisée.

La sélection de chaque appareil fait l’objet d’une étude personnalisée. Les solutions proposées répondront spécifiquement à vos besoins et contraintes.

Tour de refroidissement série ZENIT

Série ZENIT : tour aéroréfrigérante ouverte, contre-courants, métal, technologie EC

Tour de refroidissement série X-TAR

Série X-TAR : tour de refroidissement ouverte, courants croisés, métal, technologie EC

Tour de refroidissement série DTC

Série DTC : tour de refroidissement ouverte, contre-courant, métal, technologie EC

Tour de refroidissement série S

Série S : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

Tour de refroidissement série VAP

Série VAP : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, FRP, ventilation axiale

Tour de refroidissement série ATM

Série ATM : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

Tour de refroidissement série KS

Série KS : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

Tour de refroidissement série KH

Série KH : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, métal, ventilation axiale

Tour de refroidissement série RC

Série RC : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

Tour de refroidissement série RH

Série RH : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, métal, ventilation axiale

Tour de refroidissement série RBH

Série RBH : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, béton, ventilation axiale

Tour de refroidissement série KBH

Série KBH : tour de refroidissement ouverte, contre-courants, béton, ventilation axiale

Tour de refroidissement série SIM

Série SIM : tour de refroidissement hybride ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

Tour de refroidissement série ATIM

Série ATIM : tour de refroidissement hybride ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

Tour de refroidissement série KSIM

Série KSIM : tour de refroidissement hybride ouverte, contre-courants, métal, ventilation centrifuge

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Tours de refroidissement (ou aéroréfrigérantes) : qu’est-ce que c’est, comment fonctionnent-elles, comment les entretenir

Dans cet article, nous traiterons des tours de refroidissement, – à savoir l’une des nombreuses solutions existantes pour ce faire -, actuellement reconnues comme l’une des technologies les plus efficaces disponibles sur le marché.

par Giorgio Lorenzetti, Conseiller Technique chez MITA Cooling Technologies

1. Tours d’évaporation ou de refroidissement : qu’est-ce que c’est et comment elles fonctionnent

La section qui suit fournira les réponses à toutes les questions suivantes figurant parmi les plus fréquemment posées.

• «  Que sont  les tours de refroidissement, à quoi servent-elles et comment fonctionnent-elles ?
• « Où et pourquoi sont-elles utilisées ? Pourquoi sont-elles nécessaires ? »
• « Quelle est la  définition  de « tour de refroidissement » ou de « tour aéroréfrigérante » ? »
• « Que signifie « d’évaporation»?

1.1. Tours d’évaporation : qu’est-ce que c’est et où elles sont utiles

Les  tours aéroréfrigérantes ou  tours de refroidissement  sont des dispositifs qui exploitent de façon optimale un principe naturel aussi simple qu’efficace : l’évaporation forcée d’une quantité minimum d’eau, par rapport à la masse principale, advient par soustraction de la chaleur à la masse même, laquelle, en conséquence, se refroidit ( chaleur latente de vaporisation ).

Le processus selon lequel le refroidissement par évaporation a lieu est aussi simple qu’antique : les amphores archaïques réalisées en terre cuite, un matériau poreux, permettaient à l’eau de suinter vers l’extérieur en quantité minime. Ainsi, un  processus d’évaporation  avait-il lieu : l’eau contenue à l’intérieur restait fraîche, même en présence de températures ambiantes élevées.

1.2. Les tours de refroidissement exploitent la chaleur latente de vaporisation

Les tours aéroréfrigérantes (ou de refroidissement) sont en mesure de réaliser au mieux le processus d’échange de chaleur eau/air  : à l’intérieur de ces tours, le phénomène d’évaporation est forcé au moyen de composants simples, efficaces et qui, en général, requièrent peu d’entretien.

Afin de mieux comprendre comme la soustraction de chaleur advient, il est nécessaire de présenter deux concepts.

• Chaleur sensible.  Il s’agit de la quantité de chaleur qui est ajoutée ou soustraite à un élément physique (par exemple, une batterie à ailettes) pour en modifier la température.
• Chaleur latente.  Repose essentiellement sur le changement d’état qu’une substance peut subir suite à l’ajout ou à la perte de chaleur. Dans le cas de l’eau, celle-ci peut passer d’un état liquide à un état solide (glace) si, une fois le point de congélation atteint, on lui soustrait de la chaleur. Ou bien, l’eau peut passer d’un état liquide à un état gazeux (vapeur) si, une fois le point d’ébullition atteint, on lui rajoute de la chaleur. La chaleur définie comme latente est donc la chaleur qui est ajoutée ou soustraite pour changer l’état de l’eau. En particulier, lorsqu’il s’agit de systèmes de refroidissement par évaporation, cette chaleur est dite  chaleur latente d’évaporisation .

Une tour aéroréfrigérante dûment conçue est en mesure d’offrir à l’eau la surface de contact la plus étendue possible avec l’air la de sorte que l’ échange de chaleur latente soit optimal .

Afin de rendre cet échange de chaleur possible, la tour aéroréfrigérante doit donc être en mesure d’offrir  une surface de contact air/eau suffisamment étendue . Pour ce faire, elle utilise un corps d’échange de chaleur, spécialement conçu à cet effet, et un ventilateur capable de déplacer un volume d’air défini selon des paramètres très précis. Nous verrons plus loin l’utilité de ces composants internes.

1.3. La température de bulbe humide

Un concept physique important permet de mieux comprendre le fonctionnement des tours de refroidissement  : il s’agit de la  température de bulbe humide , qui est fondamentale dans la théorie de fonctionnement de n’importe quel système évaporatif et, en particulier, dans les tours de refroidissement.

Dans la pratique, ce paramètre définit avec précision les « pires » conditions de température et d’humidité relative du lieu d’installation. Il fournit une référence précise sur la  température finale théoriquement atteignable  par la tour d’évaporation.

1.4. Efficience des tours de refroidissement

Étant donné leur simplicité de construction, alliée à une haute efficacité en termes de rapport coût/kW dissipés, les tours aéroréfrigérante sont, aujourd’hui encore, le dispositif de refroidissement le plus utilisé tant dans le domaine civil que, et surtout, industriel : en effet, il ne contient pas d’organes en mouvement particuliers, mis à part un ventilateur (qui peut être placé tant en admission qu’en refoulement). L’utilisation d’énergie électrique est du reste très faible comparée à celle d’autres systèmes utilisés pour les mêmes finalités.

Surtout en présence de grandes quantités de chaleur à dissiper (par exemple : aciéries, installations chimiques, centrales électriques), les tours aéroréfrigérante n’ont aucun rival en termes de  puissance électrique  utilisée et d’encombrements nécessaires à leur installation.

Sans oublier que les  températures atteignables  en termes d’eau refroidie sont  largement en-dessous de la température ambiante  et ce, a contrario, par exemple, des systèmes avec batteries à ailettes qui, à l’inverse, doivent s’y limiter. Ceci est dû au fait que les systèmes d’évaporation fonctionnent en exploitant l’échange de chaleur latente de vaporisation (la limite minimum atteignable par l’eau est la température de bulbe humide).

1.5. Comparaison des technologies de refroidissement: condenseurs évaporatifs, à air sec, adiabatiques et mécaniques

En cas de besoin de construire une installation de refroidissement industrielle ou civile, le choix doit être effectué en considérant certains points fondamentaux afin de trouver le système le mieux adapté. En particulier, il faut tenir compte tant des  températures d’exploitation demandées  que de celles liées aux  conditions  ambiantes du lieu d’installation.

Par exemple, si la température du fluide refroidi doit être inférieure à la température ambiante, un système évaporatif sera le plus indiqué : dans ce cas, la limite théorique minimum du fluide refroidi est, comme nous l’avons vu, la  température du bulbe humide de l’air .

En revanche, les systèmes aéroréfrigerants à air sec  reposent sur l’échange de chaleur sensible, bien moins efficace que l’échange de chaleur latente de vaporisation. La limite est posée, dans ce cas, par la température du fluide réfrigérant, à savoir l’air ambiant. Dans le cas où il  suffirait de refroidir le fluide  à une température supérieure à celle ambiante, il conviendra d’utiliser un refroidisseur à sec.

Une troisième option est celle de concevoir un  système adiabatique  dans le cas où il suffirait que la température du fluide soit égale ou légèrement inférieure à celle ambiante.

Tout cela est utile pour comprendre qu’il n’existe pas un système de refroidissement « adapté à toutes les saisons » : faire le bon choix, sur la base des exigences du projet et des conditions ambiantes, signifie optimiser l’utilisation d’énergie , occuper moins d’espace et mettre les installations en condition d’opérer au mieux.

Un tout autre chapitre est représenté par les  groupes froids : dans ce cas, il s’agit cependant de dispositifs qui utilisent des composants mécaniques spécifiques pour obtenir le refroidissement (compresseurs, évaporateurs) et non des éléments « naturels » comme l’air ou l’eau.

2. Tours de refroidissement: dimensions et composants

Nous avons découvert ce que sont les tours aéroréfrigérante et le principe physique (simple) sur lequel elles reposent pour maintenir un niveau de performance élevé.

Voyons maintenant comment elles sont fabriquées et, surtout, quels sont les critères utilisés pour les dimensionner.

2.1. Comment dimensionner une tour: l’importance de la température de bulbe humide

Le  dimensionnement des tours aéroréfrigérante  advient en ayant à l’esprit certains paramètres fondamentaux. Parmi ceux-ci,

• la puissance thermique à dissiper,
• la température de l’eau entrant dans la tour,
• la température que l’on souhaite obtenir à la sortie
• et les conditions thermo-hygrométriques (soit la température et l’humidité) caractéristiques du lieu d’installation.

Cette dernière information représente notamment une donnée déterminante pour un dimensionnement convenable. En effet, elle permet d’identifier tout particulièrement le paramètre relatif à la  température de bulbe humide  qui, comme nous l’avons vu, définit les « pires » conditions ambiantes du lieu d’installation et la limite vers laquelle l’eau refroidie par la tour aéroréfrigérante tend à aller.

Dans ces conditions-limites, les températures de projet demandées pour la dissipation de la charge thermique fournie par l’installation devront être garanties. Il est clair que, une fois la température de bulbe humide de référence définie (en moyenne, environ 10°C de moins que la température ambiante), moindre sera l’ approche (à savoir la différence entre la température de bulbe humide et celle de l’eau refroidie) demandé pour l’eau à la sortie, plus la tour aéroréfrigérante à construire devra être grande.

En règle générale, une approche comprise entre 2-3°C et 5-6°C satisfait pleinement à la plupart des besoins des installations modernes.

2.2. Composants des tours de refroidissement et matériaux utilisés

Passons maintenant aux  composants principaux  qui caractérisent les tours de refroidissement, qu’elles soient à circuit ouvert ou à circuit fermé.

• Structure principale de  maintien et de soutien  de la tour aéroréfrigérante : elle peut être faite en tôle ou en fibre de verre ou encore avec ces deux matériaux. Dans le cas de tours industrielles de très grandes dimensions, ou du type hyperbolique, le béton est également utilisé.
• Corps d’échange  (dans les tours à circuit ouvert) ou  batterie d’échange de chaleur , généralement composée de tubes lisses (dans les tours à circuit fermé): ils constituent le « noyau » de la tour aéroréfrigérante . En effet, il s’agit des composants au moyen desquels l’échange de chaleur entre l’eau et l’air a lieu.
• Ventilateur de type axial ou centrifuge : il s’agit du seul et unique organe mécanique en mouvement et c’est celui qui « force » l’évaporation de l’eau nécessaire à obtenir le refroidissement. Dépendant des conditions du projet, le choix du type axial ou centrifuge est essentiel pour obtenir le meilleur fonctionnement possible et une moindre utilisation des ressources du système. Voyons voir d’après quels critères.
• Système de distribution de l’eau , normalement réalisé avec une rampe de tubes et de buses de pulvérisation. Il permet de distribuer l’eau à refroidir sur le corps d’échange (dans les tours à circuit ouvert) ou bien sur la batterie d’échange (dans les tours à circuit fermé).
• Séparateur de gouttes , situé juste en amont du ventilateur. Il a pour fonction de retenir les gouttes d’eau qui, sinon, seraient traînées vers l’extérieur par le débit d’air provoqué par le ventilateur.

De plus, la nature de l’eau à refroidir conditionne notablement tant le choix des  matériaux  de construction à utiliser, comme cela a déjà été dit plus haut, tant la typologie de corps d’échange le plus adapté. En présence d’eaux particulièrement  agressives ou acides , il faudra privilégier les matériaux inoxydables ou bien la  fibre de verre : cette dernière est intrinsèquement insensible à la plupart des agents chimiques.

Si, par contre, l’eau risque d’être contaminée par le procès, entraînant avec soi turbidité ou d’autres agents polluants de diverses natures, voire même organiques, il faudra évaluer avec soin le type de corps d’échange à choisir parmi ceux existants, à savoir: des antisalissure aux canaux verticaux non croisés, en passant par les corps plus classiques “splash” qui reposent sur le principe de la  pulvérisation de la goutte .

2.3. Purges et appoints

Comme nous l’avons déjà dit plus haut, l’objectif des tours aéroréfrigérante est de refroidir l’eau par l’évaporation forcée d’une certaine quantité de l’eau même. La quantité d’eau évaporée est directement proportionnelle à la  quantité de chaleur à dissiper  : en particulier, 1 litre d’eau est perdu tous les 600 Kcal de charge thermique éliminée.

Il s’agit d’une donnée physique irréfutable et représente, si nous le voulons, l’un des rares aspects « critiques » et donc à gérer, malgré le bilan clairement positif des avantages des systèmes aéroréfrigérante par rapport à d’autres technologies de refroidissement.

L’eau évaporée pour obtenir le refroidissement doit être  réintégrée dans le circuit  ( appoints )  : il convient de procéder à cette opération en en conditionnant la qualité de sorte à empêcher la formation d’incrustations et de dépôts dans le circuit même. Et ce car les  sels  contenus dans l’eau qui s’évapore restent dissolus dans l’eau résiduelle, augmentant donc, petit à petit, leur concentration. En somme, il devient donc indispensable de veiller à ce que certaines limites ne soient pas dépassées : normalement, un  traitement anticalcaire  approprié et une  purge  partielle de l’eau  contenue dans le circuit sont largement suffisants en ce sens.

Si l’eau évaporée dépend de la chaleur dissipée, et, à ce titre, n’est pas modifiable en termes de quantité, l’eau, en revanche, qui est définie comme « purge » qui a la fonction de maintenir la quantité de sels dissolus dans certaines limites peut l’être.

La purge peut être gérée de façon « empirique », plus ou moins égale à l’eau évaporée (indice de concentration 2). Ou bien, elle peut être contrôlée au moyen d’une surveillance constante de la qualité de l’eau contenue dans le circuit, en particulier du paramètre de conductibilité électrique.

Contrôler la conductibilité au moyen de traitements anticalcaires spécifiques et donc gérer convenablement la purge permet de gaspiller sensiblement moins d’eau. Mais encore : cela permet de préserver la pleine efficience de l’installation et de retarder le besoin d’interventions d’entretien et de remplacement de composants sujets à usure.

La solution idéale peut être donc de privilégier les systèmes « intégrées » pour sa propre installation : à savoir des corps qui incluent, en plus de l’unité d’évaporation même, aussi des appareils spécifiques destinés au contrôle et à la gestion des eaux. Mieux encore s’ils sont proposés directement par le fabricant : ainsi, ils seront mieux adaptés et spécialement conçus pour la machine asservie.

3. Tours de refroidissement: principales applications industrielles et civiles

Tel que précisé au début, les tours aéroréfrigérante sont largement employées dans les installations de:

• production d’énergie,
• conditionnement civil,
• réfrigération
• et industrielles.

Ce dernier domaine représentant sans aucun doute le plus fréquemment concerné par l’utilisation de tours aéroréfrigérante : surtout dans le cas d’ installations de moyenne et de grande capacité .

3.1. Tours aéroréfrigérante: la solution optimale pour les puissances élevées

Il faut préciser que tous les autres  systèmes de refroidissement , qu’ils soient à air, adiabatiques ou des groupes froids, représentent une option valide lorsque les puissances thermiques à dissiper sont relativement faibles : à titre de référence, moins de 1 MW. Par contre, ceux-ci deviennent absolument non rentables lorsqu’il s’agit de  puissances très élevées , même de l’ordre de plusieurs MW.

Dans le domaine industriel, les tours de refroidissement utilisées sont tant  à circuit ouvert qu’ à circuit fermé : dans ces dernières, le fluide à refroidir, qui peut être toujours de l’eau ou bien un mélange d’eau et de glycol, circule à l’intérieur d’un serpentin fait de tubes lisses qui, à son tour, est mouillé à l’extérieur et par où l’eau forcée à s’évaporer soustrait la chaleur au fluide interne.

3.2. Tours de refroidissement combinées à des échangeurs de chaleur

Les tours aéroréfrigérante à circuit fermé constituent une option valide dans le cas où il serait nécessaire d’avoir un  refroidissement « indirect » du circuit  : à savoir, s’il est préférable que le liquide du circuit de refroidissement ne soit pas contaminé par l’air.

Il est possible de réaliser le même type de refroidissement indirect avec une tour aéroréfrigérante à circuit ouvert combinée à un  échangeur de chaleur à plaques  ou bien à tube et à calandre. L’avantage du premier de ces deux systèmes consiste dans le fait que, en une seule machine, se trouvent et la section d’évaporation et l’échangeur de chaleur à tubes lisses sur lequel celle-ci agit : les avantages en termes d’espace occupé et de coûts sont irréfutables.

3.3. Tours de refroidissement combinées aux condenseurs à eau des groupes froids

Les tours aéroréfrigérante sont également utilisées dans la réfrigération civile mais, avant tout, industrielle et commerciale : en particulier,  en combinaison au condenseur de groupes froids avec condensation à eau , aujourd’hui plus que jamais, dans les groupes à absorption.

3.4. Exemples de secteurs d’application

Pour conclure, et à titre d’exemple, voici une liste de  secteurs d’applications industrielles ou civiles  dans lesquels les tours de refroidissement peuvent servir à éliminer la chaleur de procès.

• Centrales nucléaires, thermiques, géothermiques et à charbon.
• Installations pétrolières  : de  grandes tours de refroidissement industrielles  y sont souvent employées.
• Raffineries.
• Production de matières plastiques et traitements thermiques des métaux (comme les aciéries et fonderies).
• Cogénération et trigénération .
• Installations de conditionnement dans des bâtiments civils et industriels (secteur  HVAC ).
• Grandes supermarches , combinées aux groupes frigorifiques.
• Petites installations de production comme les  fabricants de glaces .

4. Typologies de tours d’évaporation

Passons maintenant aux différentes typologies et variantes de construction des tours de refroidissement : en phase de projet, le choix est effectué sur la base de l’application à laquelle elles seront destinées ou bien de la dimension de l’installation.

Les variables plus fréquentes qui peuvent faire privilégier une option au lieu d’une autre sont généralement les suivantes :

• la nature de l’eau à refroidir,
• le type de process,
• le contexte dans lequel l’installation a lieu (civil ou industriel),
• des exigences d’installation spécifiques, par exemple, s’il s’agit d’une nouvelle installation ou bien d’un remplacement.

4.1. Tours de refroidissement assemblées en usine ou sur site

La dimension de l’installation en termes de puissance thermique à dissiper conduit à préférer les  tours aéroréfrigérante de type “package » , à savoir préassemblées en usine, ou bien  “montées sur site”   (qui seront montées directement sur le chantier).

Ces premières peuvent être faites tant en métal qu’avec d’autres matériaux moins « sensibles » à la présence de l’eau et à l’éventuel effet de corrosion qui en dérive : par exemple, en  fibre de verre . Quant aux secondes, elles sont généralement réalisées avec une structure métallique ou avec des profils moulés par pultrusion en fibre de verre, voire même en  béton  : les classiques tours hyperboliques des centrales nucléaires.

4.2. Solutions standard ou silencieuses

Un autre élément qui influe sur le choix de la solution de construction la mieux adaptée est le cadre d’installation : s’il s’agit du   HVAC  (hôpitaux, centres commerciaux, installations de conditionnement), il faudra préférer une solution à  faible impact acoustique . La machine choisie devra donc avoir été conçue pour émettre peu d’émissions sonores ou, dans tous les cas, dont le niveau sonore est facile à réduire.

Si le cadre est de type  industriel , les limites de bruit, bien que présentes si demandées par un projet, sont évidemment moins contraignantes : il est donc possible de proposer une solution moins spécifique à cet égard.

4.3. Il vaut mieux des ventilateurs centrifuges ou des axiaux?

Pour répondre à cette question, revenons un peu en arrière dans le temps.

Dans les années passées, la tendance était de préférer les tours aéroréfrigérante avec des  ventilateurs centrifuges  dans le cadre des applications civiles. Mais pour les applications industrielles, le choix était porté sur les  ventilateurs axiaux .

Aujourd’hui, comme il existe des tours aéroréfrigérante avec des ventilateurs axiaux tout aussi efficaces et silencieux, cette différence n’apparaît plus aussi marquée. Ceci est expliqué dans cet article sur les tours de refroidissement avec un ventilateur centrifuge ou un ventilateur axial .

4.4. À chaque installation, sa solution: la collecte des informations

Enfin, il est nécessaire de connaître aussi les éventuelles limites dimensionnelles ou liées à d’autres situations préexistantes pouvant porter à privilégier une solution plutôt qu’une autre.

Par exemple, dans le cas d’un remplacement, un réservoir peut déjà être présent ou il peut déjà exister un espace donné par l’installation précédente auquel il est nécessaire de s’adapter. En revanche, il est plus rare de trouver une limite de ce type ou bien il est possible de choisir une autre zone prévue pour l’installation de l’équipement de refroidissement.

Tous ces aspects doivent être discutés au cours de la phase de collecte des données entre le maître d’ouvrage et le fournisseur et il relève de ce dernier de jouer un rôle de « conseiller » du refroidissement à l’égard du client pour que la solution proposée soit la meilleure tant en termes de faisabilité technique qu’économique.

5. Entretien et traitement de l’eau

Comme tous les dispositifs implantés dans une installation technologique, les tours aéroréfrigérante aussi, de quelque type que ce soit, requièrent un programme d’ entretien courant  et, en cas de panne, d’entretien extraordinaire.

Du fait de leur extrême simplicité de construction, les tours de refroidissement ne requièrent aucune sorte d’attention particulière, si ce n’est le respect de certaines  directives aussi simples  qu’efficaces afin d’en maintenir les performances toujours au top.

En effet, sécurité et efficacité  vont de pair.

5.1. Le traitement de l’eau des tours

Les aspects les plus délicats sont certainement reconductibles à la nature de l’eau en circulation: à savoir, non seulement il faut faire attention à la typologie d’eau à refroidir mais aussi à la façon dont cette eau est contrôlée et conditionnée  pour ne pas se dégrader du point de vue physique et chimique.

Une eau bien traitée qui évite les dépôts et les incrustations dans la tour aéroréfrigérante et, en général, dans l’installation, joue également un rôle important pour réduire au minimum l’éventuelle prolifération et diffusion de substances organiques (algues) ou de bactéries, y compris la plus répandue et potentiellement dangereuse qui peut être responsable de la légionellose.

Une tour aéroréfrigérante  propre  signifie une tour aéroréfrigérante  efficace en permanence , donc en mesure d’offrir un rendement maximum en utilisant ressources le moins possible : tant en termes d’électricité que d’eau évaporée ou purgée.

5.2. Les bonnes pratiques fournies par un fabricant de tours

Même les  composants  qui constituent une tour aéroréfrigérante bénéficient, évidemment, d’une gestion correcte : les corps d’échange de chaleur ont une durée de vie prolongée, tout comme les moteurs et les ventilateurs travaillent dans de meilleures conditions, lorsque l’eau est moins agressive, donc moins susceptible d’en dégrader les pièces les plus sensibles.

Concernant les bonnes pratiques à suivre pour obtenir cette condition, il suffit généralement de respecter les  indications spécifiques fournies par le fabricant et relatives aux contrôles et aux entretiens périodiques ainsi que les paramètres chimiques et physiques à appliquer pour l’eau en circulation.  Dans tous les cas, il existe des directives plus générales, souvent citées dans les manuels du fabricant mêmes, qui fournissent de “bonnes pratiques” valables pour toutes les installations où des tours aéroréfrigérante sont utilisées, et qui sont délivrées par des organismes prestigieux comme  Cooling Technology Institute et Assoclima (Confindustria) .

Il s’agit de conseils utiles « impartiaux » pour une conduction optimale du système dans son ensemble.

Bonnes Pratiques

• Réduction de l'utilisation d'énergie
• Économiser des ressources avec l'évaporatif
• Entretien des tours de refroidissement

Ce qu'il faut savoir

• Refroidissement industriel
• Tour de refroidissement
• Refroidissement Adiabatique Industriel
• Tours de refroidissement: qu’est-ce que c’est, comment fonctionnent-elles, comment les entretenir
• Tours de refroidissement en circuit fermé : 3 raisons de les choisir

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FABRICANTS DE Tours de refroidissement en circuit ouvert

 Une tour de refroidissement – ou aéroréfrigérante – de Torraval Cooling est un équipement efficace et fiable pour le refroidissement de tous types de procédés industriels ou de climatisation. Avec plus de 60 ans d’expérience en tant que fabricants de tours de refroidissement adaptées aux besoins de chaque client et aux conditions les plus exigeantes, Torraval conçoit des tours ouvertes et des tours fermées, à tirage induit ou forcé assemblées en usine ou sur site et pour tous les types de débits.

Chez Torraval, nous avons la tour adaptée à chaque processus de refroidissement. En plus, nous offrons une large gamme de sevices après-vente pour la maintenace des équipements frigorifiques et de tout autre équipement sur le marché; pièces de rechange, inspections techniques, revamping et retrofitting.

TOURS DE REFROIDISSEMENT CIRCUIT OUVERT

  Dans les  tours de refroidissement à circuit ouvert , également appelées tours de aéroréfrigérante par évaporation, l’eau chaude à refroidir est pompée jusqu’au sommet de la tour, où elle est distribuée dans le réservoir. L’air est soufflé vers le haut à travers le remplissage par des ventilateurs, ce qui provoque l’évaporation rapide d’une partie de l’eau. L’eau refroidie est recueillie au bas de la tour et recirculée dans le processus.

Les tours de refroidissement de la série CTFP sont indiquées pour les installations de taille moyenne.

Série PU/RM/OC

Les tours de refroidissement montées sur le terrain (FECT) sont conçues por les installations de taille moyenne ou grande.

FOIRE AUX QUESTIONS SUR LES TOURS DE REFROIDISSEMENT

Chez Torraval Cooling , nous avons la tour adaptée à chaque processus de refroidissement. En outre, nous offrons une variété de services avant et après-vente , conçus pour s’assurer que nos clients reçoivent le soutien nécessaire au fonctionnement optimal de leur équipement. Nous fournissons également des pièces de rechange d’origine de haute qualité pour les tours de refroidissement, garantissant l’efficacité et la fiabilité de nos systèmes, ainsi que des services spécialisés de nettoyage et de maintenance.

Les tours de refroidissement , également appelées tours aéroréfrigérantes , sont des installations qui utilisent le principe de l’évaporation de l’eau .

Ce processus implique l’évaporation d’une petite partie du volume d’eau. En se transformant en vapeur, cette évaporation extrait de l’énergie du flux d’eau non évaporée, fournissant ainsi une solution de refroidissement efficace pour divers processus industriels et systèmes de climatisation.

Dans les tours de refroidissement modernes, l’échange de chaleur entre l’eau et l’air est optimisé par des composants efficaces. Pour comprendre ce processus, il est essentiel de connaître deux concepts : la chaleur sensible et la chaleur latente. La chaleur sensible fait référence à l’énergie nécessaire pour modifier la température d’un élément physique, tandis que la chaleur latente implique le changement d’état d’une substance en raison de l’absorption ou de la libération de chaleur.

Pour qu’une tour de refroidissement fonctionne efficacement, elle doit offrir une grande surface de contact entre l’eau et l’air. Pour ce faire, le remplissage est spécialement conçu pour maximiser l’échange de chaleur. Cette surface doit être choisie en fonction de la qualité de l’eau à refroidir, des éventuels liquides en suspension, de son efficacité et de la facilité d’entretien ultérieur.

Il existe plusieurs types de tours de refroidissement qui peuvent être classés et regroupés en fonction de différentes caractéristiques.

Evaporative:

Dans les tours de refroidissement par évaporation, une partie du fluide s’évapore au contact de l’air, refroidissant ainsi le reste du fluide. Ce processus d’évaporation est essentiel pour le fonctionnement.

Dans les tours de refroidissement non évaporatives, le processus d’évaporation ne se produit pas pour le refroidissement. Un mécanisme différent est utilisé.

Contact entre l’eau et l’air:

Dans les tours à circuit ouvert , l’eau est en contact direct avec l’air, ce qui permet à la chaleur de se dissiper. La surface de contact entre l’eau et l’air est cruciale pour la capacité de refroidissement de la tour.

Dans les tours à circuit fermé , l’eau et l’air ne sont pas en contact direct. Un serpentin ou une bobine au centre de la tour permet à l’eau de circuler, tandis que l’air, provenant de l’extérieur, vole la chaleur en mouillant les tubes, refroidissant ainsi le fluide.

Le tirage d’air:

Les tours de refroidissement à tirage naturel sont de grandes structures où l’air est déplacé par différence de densité, sans besoin d’énergie supplémentaire. Elles sont sûres et efficaces pour les grands débits d’eau, mais leur taille et leur coût peuvent être contraignants.

Les tours de refroidissement à tirage mécanique utilisent des ventilateurs pour pousser l’air à travers le remplissage.

Les tours à tirage induit ont des ventilateurs en haut qui extraient l’air, tandis que les tours à tirage forcé ont des ventilateurs en bas qui poussent l’air vers le haut.

Outre ces tours, il existe d’autres solutions de refroidissement, telles que les systèmes adiabatiques ou les tours hybrides, qui offrent des alternatives pour diverses applications et secteurs industriels.

Chez Torraval Cooling, nous sommes des experts en réfrigération industrielle avec plus de 40 ans d’expérience. Notre mission est de vous aider à choisir la tour de refroidissement idéale pour optimiser votre processus industriel et atteindre une efficacité maximale. Pour ce faire, nous suivons un processus complet qui garantit la meilleure solution pour vos besoins :

Évaluation approfondie de vos besoins: nous commençons par une analyse approfondie de votre installation et de vos besoins spécifiques en matière de refroidissement. Nos experts se rendent sur place pour recueillir des informations détaillées avec vos techniciens et les sociétés d’ingénierie concernées.

Conseils personnalisés: nous vous guiderons à travers un processus de questions clés afin d’acquérir une compréhension approfondie de vos défis et de vos objectifs. Notre équipe vous fournira les meilleurs conseils, en tenant compte de vos besoins particuliers et des caractéristiques de votre processus.

Des solutions sur mesure: nous disposons d’une large gamme de tours de refroidissement et de condenseurs évaporatifs conçus pour répondre aux besoins spécifiques de chaque industrie. Nous proposons une variété de modèles et de configurations afin que vous puissiez choisir la solution qui convient le mieux à votre application.

Conception et fabrication de haute qualité: nous nous distinguons par nos normes élevées en matière de conception et de fabrication. Nous utilisons des matériaux de première qualité et des technologies de pointe pour garantir une efficacité, une durabilité et des performances maximales de nos tours de refroidissement.

Assistance complète: nous vous accompagnons tout au long du processus, depuis la sélection de la tour de refroidissement adéquate jusqu’à l’installation, la mise en service et la maintenance préventive. Notre équipe technique est à votre disposition pour vous fournir une assistance experte et assurer le bon fonctionnement de votre système de refroidissement.

En nous choisissant, vous obtenez plus qu’une tour de refroidissement : vous obtenez l’engagement et l’attention personnalisée d’une équipe d’experts qui vous aideront à atteindre une efficacité et une rentabilité maximales dans votre processus industriel.

Structure principale: elle assure le confinement et le soutien de la tour de refroidissement.

Bloc de remplissage ou d’échange thermique: présent dans les tours à circuit ouvert, ce composant facilite l’échange de chaleur entre l’eau et l’air.

Ventilateur axial ou centrifuge: seul dispositif mécanique mobile, ce ventilateur entraîne l’évaporation de l’eau nécessaire au processus de refroidissement.

Système de distribution de l’eau: généralement constitué d’une série de tuyaux et de buses, ce système assure une distribution uniforme de l’eau dans toute la tour.

Séparateur de gouttelettes: situé juste en amont du ventilateur, il a pour fonction de retenir les gouttelettes d’eau qui seraient autrement emportées par le flux d’air du ventilateur.

La nature de l’eau à refroidir influe considérablement sur le choix des matériaux de construction à utiliser et sur le type de remplissage le plus approprié. En présence d’eau particulièrement agressive ou acide, il convient de privilégier les matériaux inoxydables ou la fibre de verre , qui sont par nature insensibles à la plupart des agents chimiques.

Les tours de refroidissement nécessitent un programme d’entretien régulier et, en cas de problème, une attention particulière. Bien que leur construction soit simple, pour les maintenir en bon état, il faut suivre quelques lignes directrices essentielles afin de garantir la sécurité et l’efficacité et de maximiser leur durée de vie :

Inspections périodiques: inspectez la tour pour vérifier qu’elle n’est pas endommagée ou usée.

Nettoyage: il est important de nettoyer régulièrement la tour pour éliminer la poussière, la saleté et les algues.

Traitement de l’eau: l’eau doit être traitée pour éviter l’entartrage et la corrosion. Il est essentiel de surveiller et de conditionner l’eau pour éviter toute détérioration physique et chimique. Une tour de refroidissement propre et bien traitée garantit des performances maximales avec une consommation minimale d’électricité et d’eau évaporée.

Maintenance préventive: effectuer une maintenance préventive régulière afin d’identifier, de prévenir et de résoudre les problèmes potentiels.

Les tours de refroidissement trouvent un large éventail d’applications, principalement dans le secteur industriel, mais elles peuvent également être utilisées dans des applications civiles, telles que les bâtiments publics ou commerciaux.

Dans le secteur industriel, on utilise aussi bien des tours de refroidissement à circuit ouvert qu’à circuit fermé. Ces tours sont utilisées dans les systèmes d’évaporation pour une variété d’applications, notamment

Réfrigération industrielle: largement utilisée dans diverses industries, telles que l’alimentation et les boissons, pour optimiser l’efficacité et les ressources (eau et énergie) dans les lignes de production et de stockage des aliments.

Réfrigération commerciale: présente dans les établissements commerciaux et les supermarchés pour maintenir les bonnes conditions de température.

HVAC (chauffage, ventilation et climatisation): intégré dans les systèmes de climatisation des bâtiments commerciaux et industriels.

Processus industriels: essentiels dans une variété de processus industriels qui nécessitent un contrôle de la température, comme dans les usines de pétrole et de gaz, ainsi que dans les industries du pneu, du papier et de la biomasse. Ce dernier domaine représente l’une des applications les plus importantes pour les tours de refroidissement.

Efficacité: les tours de refroidissement sont un moyen efficace de refroidir l’eau et d’autres liquides.

Écologie: ces types de solutions n’utilisent pas de réfrigérants chimiques, ce qui les rend plus respectueuses de l’environnement que les autres systèmes de refroidissement.

Polyvalence: les tours de refroidissement peuvent être utilisées dans une grande variété d’applications.

Evolutivité: toutes les tours de refroidissement de Torraval Cooling peuvent être dimensionnées pour répondre aux besoins de n’importe quelle application.

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Condenseurs et tours de refroidissement

Vue synoptique

La chaleur extraite par une machine frigorifique doit être évacuée vers l’extérieur . Le plus simple est de refroidir le fluide frigorigène avec l’air extérieur :

Mais la puissance de refroidissement est parfois trop faible. On peut la renforcer grâce à l’ évaporation d’eau supplémentaire  (lorsque de l’eau s’évapore, la chaleur de la vaporisation est “pompée” sur la goutte d’eau qui reste et qui donc se refroidit):

Problème : parfois, la distance entre le groupe et la toiture est fort élevée et la perte de charge sur le circuit frigorifique serait trop importante.

Aussi, un circuit d’eau est créé : l’eau refroidit le fluide frigorifique et l’air refroidit l’eau !

Trois types d’échangeur sont rencontrés :

1° L’aéro-refroidisseur :

L’eau est directement refroidie par l’air.

2° La tour de refroidissement fermée :

Une puissance supplémentaire est donnée par pulvérisation d’une eau indépendante du circuit.

3° La tour de refroidissement ouverte :

Cette fois, c’est l’eau qui traverse le condenseur qui est directement pulvérisée et en partie évaporée.

Fonctionnement d’un condenseur

Le fonctionnement du condenseur s’intègre dans un fonctionnement global de la machine frigorifique .

En théorie, la condensation se déroule en 3 phases :

> Phase 1 , la désurchauffe du fluide frigorigène , qui, sortant du compresseur sous forme de gaz très chauds (parfois jusqu’à 70°C), va se refroidir et donner sa chaleur sensible.

> Phase 2 , la condensation du fluide, moment où l’essentiel de la chaleur est donnée sous forme de chaleur latente.

> Phase 3 , le sous-refroidissement du liquide, communiquant encore de la chaleur sensible au fluide refroidisseur.

En pratique, ce découpage en phases ne se fait pas vraiment ainsi. Le fluide frigorigène circule dans un tube en contact avec l’eau ou l’air. Le fluide qui touche le tube est liquide et se sous-refroidit. Le fluide qui est en contact avec ce liquide condense à son tour. Enfin, le gaz qui est au centre du tube désurchauffe simplement. A la limite, le gaz au cœur du tube ne sait pas qu’il y a un refroidissement sur les parois !

Les 3 phases sont donc simultanées…

Fonctionnement d’une tour de refroidissement

Un litre d’eau évaporée évacue 2 500 kJ de chaleur.

Pour obtenir le même effet avec le refroidissement de l’eau, on devrait refroidir 60 litres d’eau de 10°C… (sur base d’une capacité calorifique de l’eau de 4,18 [kJ/kg.K].

Comparons les systèmes en fixant des valeurs moyennes : une température d’air de 30°C 40 % HR, une “approche” de 5°C, un pincement des échangeurs de 6°C et un échauffement de la température de l’eau de 7°C.

Cette approche simplifiée situe l’ordre de grandeur de la température de condensation, et donc l’impact sur la consommation du compresseur.

Les condenseurs à air

L’évacuation de la chaleur du circuit frigorifique est assurée au travers d’un échangeur direct fluide frigorigène/air.

Le gaz chaud du réfrigérant cède sa chaleur à l’air traversant le condenseur et passe à l’état liquide. Le débit et la température du flux d’air déterminent la puissance du condenseur .

La vitesse moyenne de passage de l’air est de 2 à 4 m/s. Ordre de grandeur du coefficient d’échange d’un condenseur à air : 20 à 30 [W/m².K]

Deux types de ventilateur sont utilisés :

Ventilateur axial et ventilateur centrifuge.

Les condenseurs à eau

On parle de condenseur à “refroidissement indirect”, puisque cette fois, le gaz chaud du réfrigérant cède sa chaleur à de l’eau circulant dans le condenseur.

Ordre de grandeur du coefficient d’échange d’un condenseur à eau : 700 à 1 100 [W/m².K]

Les performances du condenseur seront fonction de :

• la différence de température entre le réfrigérant et l’eau,
• la vitesse de l’eau (le débit),
• le coefficient d’encrassement,
• la nature du fluide frigorigène.

Pour le refroidissement, on peut utiliser l’eau du réseau (eau potable), mais cette solution n’est pas adéquate vu la consommation exorbitante d’eau qu’elle entraîne !

On peut utiliser également l’eau de nappes phréatiques, de lac ou de rivière (demander l’autorisation). Les eaux contiennent alors plus ou moins d’impuretés qui se déposent sur les tubes. Ces dépôts peuvent réduire considérablement le coefficient de transfert de chaleur. À défaut de la mise en place d’un système de nettoyage automatique, il faut surdimensionner l’échangeur de sorte que les performances de l’installation restent suffisantes.

Plus classiquement, il s’agira d’un circuit d’eau, ouvert ou fermé. C’est le cas le plus fréquent. Il entraîne l’utilisation d’une tour de refroidissement.

Les aéro-refroidisseur (ou dry cooler)

L’aérorefroidisseur est un simple échangeur eau/air : un ou plusieurs ventilateurs forcent le passage de l’air extérieur pour accélérer le refroidissement.

Cette batterie d’échange convient en toute saison, puisqu’ en ajoutant un antigel (type glycol), elle est insensible au gel.

Elle présente donc l’intérêt de refroidir le condenseur de la machine frigorifique … à distance ! Le groupe frigorifique peut être en cave et l’aéro-refroidisseur en toiture : la boucle d’eau organisera le transfert.

Un exemple simple est donné par une armoire de climatisation d’un local informatique :

Elle n’est pas aussi performante qu’une tour de refroidissement avec pulvérisation d’eau puisque la température de refroidissement est limitée à la température de l’air extérieur…

Boucle d’eau

L’eau de refroidissement tourne en circuit fermé entre le condenseur et l’aéro-refroidisseur. On doit dès lors prévoir un vase d’expansion et une soupape de sûreté sur la boucle. Des purgeurs seront placés aux points hauts de la boucle.

Un gros avantage (surtout par rapport aux tours ouvertes) est qu’il n’y a pas de risque d’entartrage ou de corrosion du circuit puisqu’il s’agit toujours de la même eau qui circule (“eau morte”).

Généralement, un thermostat placé sur la boucle d’eau actionne le ou les ventilateurs en fonction de la température. C’est le point faible de l’aérorefroidisseur : la température de l’eau de refroidissement est élevée

• D’une part, parce qu’il y a un double échange : fluide/eau glycolée – eau glycolée/air, et donc un Delta T° supplémentaire.
• D’autre part, parce que l’air de refroidissement peut être élevé en été.

Or, si l’air de refroidissement est chaud, l’eau sera encore plus chaude et, dans le condenseur, la pression de condensation sera très élevée. Le compresseur verra dès lors sa consommation énergétique augmenter.

Proportionnellement, la tour de refroidissement aura un meilleur rendement… mais une sensibilité à la corrosion plus forte…

Ce système doit donc être limité aux installations de moyenne puissance.

Les tours de refroidissement

Dans une tour de refroidissement, on va profiter de l’effet de refroidissement créé par la vaporisation de l’eau. En effet, pour passer à l’état vapeur, l’eau a besoin d’énergie. Et cette énergie, elle la prend sur elle-même. Une eau qui s’évapore … se refroidit.

Tour ouverte

On parle de tour “ouverte” si c’est l’eau de refroidissement elle-même, venant du condenseur, qui est pulvérisée. C’est le système le plus efficace qui entraîne le refroidissement le plus élevé. Mais le contact entre l’eau et l’atmosphère est source de corrosion (oxygénation de l’eau, introduction de poussières et de grains de sable qui risquent de se déposer dans le condenseur, risque de gel accru,…).

Un exemple simple est donné ci-dessous pour une armoire de climatisation d’un local informatique :

À noter qu’il existe des tours ouvertes sans ventilateurs. La pulvérisation d’eau est réalisée avec une pression assez élevée et cette pulsion d’eau entraîne l’air avec elle par effet induit (effet Venturi). L’avantage premier est la diminution des bruits et des vibrations.

Tour fermée

On parle de tour “fermée” si l’eau du circuit de refroidissement circule dans un échangeur fermé sur lequel de l’air extérieur est pulsé, et de l’eau est pulvérisée. Il s’agit soit d’une tour …?

L’évaporation partielle de l’eau entraîne un refroidissement plus faible que dans le cas de la tour ouverte, mais les risques de corrosion sont annulés.

Voici l’exemple adapté pour une armoire de climatisation :

La consommation d’eau se limite à la quantité d’eau évaporée (présence d’une alimentation par flotteur), plus un faible volume lors de purges pour éliminer les impuretés qui se sont concentrées dans le fond du bac.

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