Les tours de refroidissement expliquées : Comment fonctionne une tour de refroidissement ? – CADdikt

Même si les tours de refroidissement ne sont pas aussi courantes aujourd’hui qu’elles l’étaient dans les années passées, vous rencontrerez presque certainement au moins une tour de refroidissement dans vos déplacements quotidiens. Elles font partie intégrante de nombreuses industries différentes et, bien qu’en apparence elles semblent assez simples, il s’agit en fait de systèmes de rejet de chaleur extrêmement bien structurés, bien conçus et très efficaces.

Histoire des tours de refroidissement

Avant d’examiner le fonctionnement d’une tour de refroidissement, il convient de rappeler que les premières tours de refroidissement ont été construites au XIXe siècle. À cette époque, les moteurs à vapeur repoussaient les limites du voyage et de la vitesse, mais nécessitaient une grande quantité d’eau de refroidissement pour maximiser le rendement énergétique et augmenter la puissance. Comme il n’existait évidemment pas d’approvisionnement naturel continu en eau de refroidissement fraîche, nous avons assisté à l’émergence des premières « tours de refroidissement » qui permettaient à l’eau bouillante d’être refroidie, recyclée et utilisée à maintes reprises sur les moteurs à vapeur.

En 1918, les ingénieurs néerlandais Frederick Van Iterson et Gerard Kuypers ont breveté la première tour de refroidissement hyperboloïde qui est devenue la norme pour de nombreuses années à venir. À cette époque, la vapeur était utilisée pour faire tourner des turbines afin de créer de l’énergie, puis l’eau bouillante était refroidie, recyclée et le processus recommençait. Les tours de refroidissement ont de nombreuses utilisations aujourd’hui, mais le principe de la tour de refroidissement historique et moderne n’a pas changé.

Comment fonctionne une tour de refroidissement à tirage naturel ?

Il existe de nombreux processus dans lesquels l’eau froide est utilisée pour extraire la chaleur d’opérations mécaniques telles que la production d’énergie. Un tel type de tour de refroidissement est la tour de refroidissement à tirage naturel qui, comme son nom l’indique, utilise le flux d’air naturel. Ces grandes tours peuvent dépasser 200 m de haut et, bien qu’un certain nombre d’éléments aient un impact sur l’efficacité, le processus général est le même.

L’eau chaude est pompée dans les tours de refroidissement à travers un ensemble de dispositifs de distribution d’eau tels que des jets d’eau. Ces jets poussent l’eau sur ce que l’on appelle la surface d’échange, qui répartit l’eau sur une plus grande surface, accélérant ainsi le processus de refroidissement. Lorsque l’eau chaude est forcée à travers les jets, de la vapeur monte dans la tour, dont une partie est libérée dans l’atmosphère, tandis que les plus grosses gouttelettes sont capturées par ce que l’on appelle des éliminateurs de dérive. Lorsque les plus petites gouttelettes de vapeur traversent les éliminateurs de dérive et montent jusqu’au sommet de la tour de refroidissement, l’air naturel est aspiré par le bas pour combler le vide. L’air froid aspiré par le bas frappe la surface d’échange, refroidissant l’eau chaude qui tombe ensuite dans le bassin au bas de la tour de refroidissement.

Cette eau est ensuite renvoyée dans le système/processus industriel d’où elle provient et le cycle complet recommence. On estime qu’environ 2 % de l’eau qui traverse une tour de refroidissement s’échappe sous forme de vapeur. Cette eau perdue est remplacée par une source d’eau supplémentaire, qui peut provenir d’une rivière ou d’un lac local, ce qui garantit que le même volume d’eau circule dans le processus industriel, encore et encore. L’eau d’origine et celle utilisée pour maintenir le même débit ne sont pas pures et des dépôts se forment au fond de la tour de refroidissement. Ces dépôts sont lourds et ont tendance à couler au fond du bassin d’eau. Certaines tours de refroidissement sont équipées d’une sortie pour les déchets et les eaux usées qui est ouverte périodiquement pour éliminer une partie des polluants.

Comment fonctionne une tour de refroidissement à tirage mécanique/induit ?

Le processus général associé à une tour de refroidissement à tirage mécanique/induit est similaire à celui d’un système de tour de refroidissement à tirage naturel sauf que, comme son nom l’indique, il y a un flux d’air artificiel. De grands ventilateurs sont placés vers le haut de la tour de refroidissement, juste en dessous des tuyaux qui amènent l’eau chaude bouillante dans la tour. Cela permet non seulement de refroidir l’eau lorsqu’elle circule dans les tuyaux, avant d’atteindre le système de distribution d’eau, mais aussi de pousser la vapeur vers le haut de la tour. Ce processus accélère la vitesse de l’air entraîné au bas de la tour, qui frappe la surface d’échange, ce qui refroidit l’eau chaude bouillante qui tombe dans le bassin pour être évacuée et recyclée.

Utilisations courantes des tours de refroidissement

Les tours de refroidissement sont toujours utilisées pour refroidir l’eau associée aux raffineries de pétrole, aux usines pétrochimiques et chimiques et aux centrales électriques, y compris les centrales nucléaires. Beaucoup de gens associent les tours de refroidissement aux grandes centrales électriques et, bien qu’elles aient traditionnellement été utilisées dans les centrales à charbon, elles le sont encore aujourd’hui dans les centrales thermiques plus modernes. Beaucoup seront surpris d’apprendre qu’ils rencontrent chaque jour des tours de refroidissement beaucoup plus petites, comme celles utilisées dans les grandes tours d’habitation pour faciliter le processus d’évacuation de la chaleur des systèmes de climatisation. L’étonnante tour de refroidissement a joué un rôle considérable dans la révolution industrielle et a encore un rôle à jouer aujourd’hui.