فشار استاتیکی در برج خنک کننده (Static pressure of the cooling tower) به مفهوم ایجاد فشار مثبت یا منفی درون دستگاه برای به جریان انداختن هوا است. فشار استاتیکی یکی از مهمترین فاکتورها در طراحی برج خنک کن است. هر چه میزان فشار استاتیکی در برج خنک کننده افزایش یابد، میزان دبی هوا نیز افزایش مییابد. در کولینگ تاور موانعی برای عبور هوا وجود دارد، مانند پکینگها، قطرهگیرها، لوورها و قطعات فیزیکی دیگری که از میزان فشار استاتیکی کاسته و برای غلبه بر مقاومت آنها و به جریان انداختن هوا نیاز به فشار استاتیکی بالاتری است. در این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی، درباره فشار استاتیکی برج خنک کننده توضیح خواهیم داد.
فشار استاتیک چیست؟
فشار استاتیک (فشار استاتیکی)، در واقع مقاومت یا اصطکاک ناشی از جریان هوا هنگام عبور از کانالها یا لولهها است که در سیستم متریک این مقدار با پاسکال (pa) بیان میشود. فشار استاتیک مورد استفاده برای فن باید شامل افت فشار تمامی کانال کشیها در ورودی و خروجی فن به علاوه افت فشار ناشی از فیلترها، دمپرها و سایر المانهای سیستم باشد.
فشار استاتیکی فن چیست؟
محاسبه فشار استاتیکی در محاسبات سیستمهای تهویه و محاسبات هواکش و فنهای صنعتی و همچنین هواکشهای سانتریفیوژ و آکسیال، بسیار حائز اهمیت است. با استفاده از فشارسنج (مانومتر) مایع میتوان میزان فشار را اندازهگیری کرد. فشار استاتیک نسبت به فشار جو میتواند مثبت و یا منفی باشد. در اندازهگیری فشار استاتیکی فن، سطح مانومتر باید عمود بر امتداد جریان هوا قرار گیرد. از طریق سوراخهای جانبی، سطح لوله پیتوت یا سوراخ کوچکی که ممکن است با مته کردن دقیق بدنه کانال بدون اینکه در سطح داخلی ناهمواره ایجاد کند، می تواند فشار استاتیک فن را اندازه گرفت.
فن برج خنک کننده برای ایجاد جریان هوا با دبی و فشار استاتیکی مشخص در درون برج خنک کننده به کار می رود. فن یکی از مهمترین و اصلی ترین اجزاء برج خنک کننده بوده که عملکرد دستگاه به شدت به آن وابسته است.
فشار استاتیکی در برج خنک کننده چیست؟
سیاره ما زمین قطر متوسطی در حدود 7914 مایل یا شعاعی برابر 3957 مایل دارد. در واقع روی زمین را لایه نسبتاً نازکی از هوا پوشانیده است. بطور مشخص، فشار در سطوح نزدیک به زمین بیشترین مقدار بوده و این فشار ناشی از وزن هوای بالای آن است. در ارتفاعات بالاتر هر چه ارتفاع ستون هوای بالای آن کم شود، فشار هوا نیز کاهش مییابد. در سطح دریا، فشار اتمسفریک یا فشار بارومتریک برابر 29.92 اینچ جیوه است. در ارتفاع 15 مایلی یا 79200 که تنها 0.4 درصد از شعاع زمین است؛ فشار اتمسفری تنها 1 اینچ جیوه یعنی 3 درصد فشار سطح دریا است. به هر حال تا ارتفاعی حدود 500 مایل بالاتر نیز هوا با غلظت کم وجود دارد، ارتفاعی که تنها 13 درصد از شعاع زمین است.
هوا، مخلوطی فیزیکی از این گازها است. به طور معمول هوا مقداری هم بخار آب در خود دارد که این موضوع، کاهش چگالی هوا را با خود به همراه دارد. هوا به طور عمده از نیتروژن (در حدود 78 درصد حجمی) و اکسیژن (در حدود 21 درصد حجمی)، به علاوه کمتر از 1 درصد از گازهای دیگر تشکیل شده است. استانداردهایی که در مهندسی فن استفاده میشود، کمی متفاوت است. در اینجا چگالی مورد استفاده برای هوا lbm/ft30.075 است. این در واقع چگالی هوای خشک در فشار جوی 29.92 inHg یا mmHg است.
در شکل، سیلندر با پیستونی که میتواند بالا یا پایین حرکت کند نشان داده شده است. همچنین مانومتر لولهای U شکل نیز که فشار صفر را نشان میدهد، مشهود است. یعنی فشار در پایین پیستون برابر فشار بارومتری هوای محیط است. هنگامی که پیستون به سمت پایین حرکت میکند، هوای واقع در زیر آن فشرده شده و مانومتر فشاراستاتیکی مثبت را نسبت به فشار جوی (فشاری که صفر در نظر گرفته شده است) ثبت خواهد کرد. با تمام توضیحات ارائه شده در این بخش باید گفت که برجهای خنک کننده با جریان اجباری در مکانهای سرپوشیده که فشار استاتیکی بالا مورد توجه است، استفاده میشوند.
فشار استاتیکی مثبت و منفی کولینگ تاور
حال این هوای متراکم شده دارای انرژی پتانسیلی برای انبساط به حالت اولیه است. در مقابل، اگر پیستون بالا برود، هوای واقع در پایین پیستون منبسط شده و مانومتر فشار استاتیکی منفی نسبت به فشار جوی ثبت مینماید. این هوای منبسط شده نیز دارای انرژی پتانسیلی برای انقباض به حالت اول است. این توضیح فشار استاتیکی مثبت و منفی برای هوای ساکن بود.
فشار استاتیکی مثبت و منفی برج خنک کن نیز برای هوای متحرک نیز همانند هوای ساکن وجود دارد. فنی که به درون سیستمی میدمد (شامل مقاومتهایی از قبیل پکینگها، قطرهگیرها، لوورها، دمپرها و کویلهای گرمایش و سرمایش) فشار استاتیکی مثبت ایجاد میکند، فشار استاتیکی در برج خنک کن بوسیله فن برج خنک کننده بوجود آمده و برای غلبه بر مقاومتهای مختلف به کار میرود. همینطور فشار استاتیکی در برج خنک کن با فن مکشی، فشار استاتیکی منفی است که برای غلبه بر مقاومت سیستم به کار میرود.
چگونه می توان افت فشار استاتیکی یک فن را در برج خنک کننده محاسبه کرد؟
محاسبه افت فشار استاتیکی فن برج خنک کننده شامل چندین مرحله و ملاحظات زیر است. در اینجا یک روش کلی برای تعیین افت فشار استاتیک وجود دارد:
1. اجزای درگیر را درک کنید
این عبارت به معنای شناخت و فهمیدن اجزای مختلفی است که در یک سیستم برج خنک کننده نقش دارند. در این زمینه، درک اجزا به فرد کمک میکند تا بهتر بتواند عملکرد کلی کولینگ تاور را تحلیل کند.
- منحنی عملکرد فن
این منحنی رابطه بین جریان هوا (CFM) و فشار استاتیک (اینچ ستون آب، یا در wc) را برای فن خاص مورد استفاده ارائه می دهد.
- مقاومت سیستم
این آیتم شامل تلفات فشار ناشی از اجزای برج خنک کننده مانند رسانه های پرکننده (پکینگ برج خنک کننده)، حذف کننده های رانش و هر نوع سیستم کانال کشی است.
2. داده های مورد نیاز را جمع آوری کنید
- نرخ جریان هوا
میزان جریان هوای مورد نیاز را از طریق برج خنک کننده (معمولاً در CFM) تعیین کنید
- مشخصات فن
منحنی عملکرد فن را از سازنده دریافت کنید که این منحنی، نشان دهنده فشار ساکن در مقادیر مختلف جریان هوا است.
- مشخصات سیستم
افت فشار در اجزای مختلف برج خنک کننده را اندازه گیری یا برآورد کنید.
3. افت فشار کل را محاسبه کنید
افت فشار کل (ΔP_total) در سراسر سیستم برج خنک کننده را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
ΔP(total)= ΔP(fan) + ΔP(system)
در اینجا:
- ΔP(fan) افت فشار در سراسر فن است.
- ΔP(system) مجموع افت فشار در اجزای برج خنک کننده است.
4. تعیین مقاومت سیستم
مولفه هایی که باید در نظر گرفته شوند:
- Fill Media: افت فشار ناشی از پاشیدن آب و عبور هوا.
- Drift Eliminator: افت فشار هوای عبوری از این اجزا.
- کانال کشی: در صورت امکان، تلفات ناشی از خمیدگی، چرخش و طول مجرا را محاسبه کنید.
این موارد اغلب می توانند بر حسب اینچ ستون آب (در wc) بیان شوند و با استفاده از فرمول های تجربی یا داده های سازنده قابل محاسبه باشند.
5. از منحنی عملکرد فن استفاده کنید
- جریان هوای مورد نیاز را روی منحنی عملکرد فن قرار دهید.
- فشار استاتیک مربوطه را از منحنی تعیین کنید. این مقدار برابر ΔP(fan) است.
6. مقادیر را ترکیب کنید
مقادیر به دست آمده را با معادله افت فشار کل جایگزین کنید تا افت فشار استاتیکی در سراسر فن در برج خنک کننده را پیدا کنید.
محاسبه مثال
با فرض داشتن:
- نرخ جریان هوا = 10,000CFM
- از منحنی فن، ΔP(fan) = 3 in wc at 10,000 CFM
- مقاومت سیستم ΔP(system) = 2 in wc (from fill media, drift eliminators, etc.)
سپس:
ΔP(total)= 3 + 2 = 5 in wc
نتیجه گیری
افت فشار استاتیکی فن در برج خنک کننده برای اطمینان از جریان هوا و کارایی سیستم بسیار مهم است. با درک ویژگی های فن و مقاومت اجزای برج خنک کننده، می توانید افت فشار استاتیک لازم را به دقت محاسبه کنید.
چگونه افت فشار در سراسر پره های یک برج خنک کننده اندازه گیری می شود؟
در طی فرآیند محاسبه و طراحی برج خنک کننده، یکی از مهمترین مراحل تعیین نوع پرکننده برج خنک کننده است. وقتی نوع پر شدن را انتخاب می کنید (فیلم، پاشش خالص، شبکه و …) سپس میانگین سرعت هوای داخل برج خنک کننده را در نظر می گیرید.
با استفاده از نرم افزار انتخاب پکینگ برج خنک کننده و داشتن wet-bulb، دمای آب گرم، دمای آب سرد و سرعت هوا، می توانید افت فشار از طریق پر شدن و چگالی باران را بیابید.
اگر نرم افزار انتخاب پکینگ برج خنک کننده ندارید، می توانید از نمودارهای قدیمی برای محاسبه افت فشار با توجه به سرعت هوا استفاده کنید.
نمودار بالا، یک نمونه منحنی افت فشار برای پر شدن عمودی برج خنک کننده در مقابل سرعت هوا و تراکم باران (ارتفاع 900 میلی متر) است.
اندازه گیری دقیق فشار استاتیک برج خنک کننده اجباری در شرایط کار
چگونه می توان فشار استاتیک دقیق یک برج خنک کننده اجباری (بدون استفاده از داده های OEM) را در شرایط کار اندازه گیری کرد؟ چگونه می توان محاسبه کرد که فن برج خنک کننده چه میزان موثر است؟
یک معیار دقیق برای تعیین اینکه آیا جریان هوا مؤثر بوده یا نه، این است که ببینید آیا دمای مورد نیاز آب خنک شده برای نیازهای شما تأمین میشود یا خیر. اگر متوجه شدید که آب خیلی گرم است، در این صورت تهویه هوای اجباری ناکافی است؛ ولی اگر متوجه شدید که آب خنک شده خیلی سرد است، باید جریان هوا را با کاهش سرعت فن در صورت امکان یا استفاده از موانع در ورودی هوا کاهش دهید.
شرکت کارا فناور اطلس پارسی (بادران تهویه صنعت)
تلفن تماس: ۰۲۱۲۶۷۰۹۹۱۸ / ۰۲۱۲۶۷۰۹۳۶۸ / ۰۲۱۲۲۶۴۵۸۹۰ / ۰۲۱۲۶۶۰۲۷۷۶
تماس فوری / واتس اپ: ۰۹۲۱۳۶۰۲۶۹۰
وب سایت رسمی: Badrantahvieh.net
ایمیل: badran.tahvieh@gmail.com
گروه تلگرام: Cooling tower
