Hướng dẫn cách tính toán tháp giải nhiệt chi tiết từ A–Z

Để lắp đặt tháp giải nhiệt, cần xác định nhiều yếu tố như: công suất, mã bơm, lượng nước,... Cùng Yên Phát tìm hiểu cách tính toán tháp giải nhiệt chuẩn xác và tiết kiệm chi phí nhất.

• Hiệu suất của tháp giải nhiệt
• Tháp giải nhiệt Alpha
• Linh kiện tháp giải nhiệt

1. Tìm hiểu tháp tản nhiệt là gì?

Tháp giải nhiệt là thiết bị đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm mát của các nhà máy, nhà xưởng. 

Nhiệm vụ chính của tháp là tản nhiệt nước, làm mát cho máy móc. Đảm bảo hoạt động sản xuất không bị gián đoạn.

Các dòng tháp giải nhiệt nước hiện nay có cấu tạo cơ bản gồm các bộ phận sau:

• Vỏ tháp: Bao gồm toàn bộ phần khung và lớp vỏ bên ngoài. Được làm từ hợp chất kim loại chống rỉ, chống ăn mòn, bền bỉ.
• Quạt gió: Thường nằm gần đỉnh tháp, có nhiệm vụ lưu thông không khí để đẩy nhanh quá trình làm mát.
• Vòi phun: Hệ thống đầu phun, ống phun, vòi phun nằm ở phần giữa tháp. Phân chia đều nguồn nước nóng để dễ tản nhiệt.
• Tấm tản nhiệt: Còn được gọi là bộ đệm, có dạng sóng, phân tách các tia nước, giúp hạ nhiệt hiệu quả.
• Bể chứa nước: Nằm ở phần đáy tháp, chứa nước sau khi được làm mát để truyền ngược lại máy móc.

2. Nguyên lý hoạt động của tháp giải nhiệt

Tháp giải nhiệt hoạt động theo nguyên lý trao đổi nhiệt, tận dụng khí mát bên ngoài để hạ nhiệt nguồn nước. 

Nước nóng từ máy móc hoạt động liên tục được truyền đến tháp qua đường ống dẫn. Hệ thống vòi phun sẽ phân chia nguồn nước, phun trực tiếp lên bộ đệm.

Tia nước được đảm bảo phun đều lên các tấm tản nhiệt. Điều này giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa nước và không khí, tối ưu quá trình làm mát.

Lúc này, quạt gió quay, đưa luồng khí mát từ bên ngoài vào trong tháp qua cửa hút. Đồng thời, 1 phần nước nóng bay hơi và đẩy ra ngoài.

Nước nóng sau khi hạ nhiệt, được làm mát sẽ rơi xuống bể chứa ở đáy tháp. Cơ chế tuần hoàn sẽ đưa nước mát trở về nhà máy để hạ nhiệt máy móc.

3. Hướng dẫn chi tiết cách tính toán tháp giải nhiệt

3.1. Tính công suất dựa vào Nhiệt động lực học

Bước đầu tiên khi tính toán tháp giải nhiệt chính là tính công suất tỏa nhiệt của tháp. Sau khi tính công suất có thể đánh giá tháp đáp ứng được nhu cầu sử dụng không.

Công thức được áp dụng để tính toán mức tỏa nhiệt là:

Q = C x M x (T2-T1)

Trong đó:

• Q: Thông số công suất tỏa nhiệt cần tính
• C: Nhiệt dung riêng của nước, có giá trị là 4200J/Kg.K
• M: Khối lượng nước được tính theo lưu lượng nước đã sử dụng
• T1: Nhiệt độ ban đầu của nước nóng khi mới truyền từ máy móc vào tháp
• T2: Nhiệt độ của nước sau khi đã được tản nhiệt và làm mát

Lưu ý, cần dựa vào công thức này kết hợp với nhiệt độ môi trường để chọn công suất, số lượng tháp cần lắp đặt phù hợp.

3.2. Cách tính lượng nước bay hơi

Theo nguyên lý vận hành của tháp, không khí lạnh tiếp xúc với luồng khí nóng sẽ bay hơi, làm hao hụt nước. Lượng nước bay hơi được tính toán theo công thức sau:

E = Q/1000 = (T1-T2)/1000 x L

Trong đó:

• E: Lượng nước đã bay hơi (GPM)
• Q: Nhiệt độ cần để nước bốc hơi (BTU/Hr)
• T1: Nhiệt độ nước nóng ban đầu (độ F)
• T2: Nhiệt độ nước mát sau khi hạ nhiệt (độ F)
• L: Lưu lượng nước tuần hoàn theo cách vận hành của tháp (GPM)

3.3. Cách tính lượng nước mất do tháp phun trào

Đây cũng là 1 phần nước bị thất thoát trong quá trình tháp vận hành. Dựa vào thiết kế của tháp, tốc độ lưu thông của không khí để tính lượng nước mất đi.

Thông thường, số nước đã hao hụt khi phun trào chiếm khoảng 0,2 - 0,3% tổng lượng nước trong toàn bộ tháp.

3.4. Tính lượng nước thất thoát do xả nhiều

Sau thời gian dài sử dụng, lượng nước tuần hoàn trong tháp tản nhiệt sẽ tạo nên các loại cặn bẩn dạng rắn. Cặn bẩn này ngày càng tăng, khiến 1 phần nước bị mất đi.

Dựa vào 2 yếu tố là chất lượng nước và nồng độ chất rắn để tính lượng nước thất thoát do xả tràn. Thông thường, số nước này sẽ chiếm khoảng 0,3% tổng lượng nước được tuần hoàn trong tháp.

Có 3 cách để giảm lượng nước mất đi do xả tràn:

• Thay thế lượng nước ở bể chứa nước mát và ống dẫn hàng năm để tránh tích tụ quá nhiều cặn bẩn.
• Thêm lượng nước hoạt động để dễ dự đoán nước tràn ra khỏi cửa cống.
• Mở các cống trong lưu vực nước nóng khi tháp tản nhiệt nước đang vận hành.

3.5. Cách tính lượng nước cần bổ sung cho tháp

Khi tháp thiếu nguồn nước làm mát, bổ sung lượng nước là việc rất quan trọng. Công thức tính lượng nước chính xác cần bổ sung cho tháp như sau:

M = E + C + D

Trong đó: 

• M: Lượng nước cần bổ sung để tháp vận hành ổn định
• E: Lương nước đã bay hơi khi vận hành
• C: Lượng nước bị hao hụt do tháp phun trào
• D: Lượng nước thất thoát khi tháp xả thường xuyên

Công thức này áp dụng đối với các loại tháp tản nhiệt nước có thiết kế nhiệt độ chênh lệch là 5 độ C. Lượng nước cần bổ sung cho tháp này chiếm khoảng 2% tổng lượng nước tuần hoàn.

3.6. Tính toán chọn mã bơm cho tháp

Máy bơm cũng là bộ phận quan trọng, có nhiệm vụ bơm nước cho tháp làm mát. Khi chọn mã bơm, cần quan tâm đến 2 yếu tố là lưu lượng, áp suất bơm nước.

Trên cùng máy bơm tháp tản nhiệt, 2 yếu tố này đối nghịch nhau. Tức là, nếu lưu lượng nước thấp thì áp suất sẽ tăng và ngược lại.

2 yếu tố này cũng sẽ được tính toán theo cách khác nhau. Lưu lượng nước được tính dựa vào hoạt động của tháp hạ nhiệt. 

Còn áp suất sẽ dựa trên khoảng cách vị trí giữa tháp, bơm nước để tính toán. Ngoài ra, còn liên quan đến kích thước đường ống dẫn, đường đi của nước.

3.7. Cách tính tổng thể tích bể chứa nước

Bể chứa chính là nơi trữ nước trung gian, phụ thuộc vào các đường ống nước và công suất của tháp. 

Thể tích bể này cần lớn hơn thể tích tối thiểu (Vtg≥Vmin), đảm bảo lượng nước có thể tuần hoàn, vận chuyển liên tục.

Để tính tổng thể tích bể trung gian, bạn có thể sử dụng công thức sau:

Vmin = 6.5 x Q + Vo

Trong đó:

• Vmin: Thể tích tối thiểu của bể chứa trong tháp
• Q: Công suất tỏa nhiệt (đã được tính ở mục 3.1)
• Vo: Thể tích của các đường ống dẫn nước

4. Lưu ý quan trọng khi tính toán và thiết kế tháp giải nhiệt

Khi tính toán tháp giải nhiệt, để các thông số đảm bảo chính xác, tiết kiệm nhất cần lưu ý những điều sau:

• Để tính toán các thông số trên, cần xác định được số lượng máy móc, diện tích của nhà xưởng, nguồn nước,...
• Nếu lo lắng việc tính toán dễ sai sót, bạn có thể tham khảo các phần mềm tính chọn tháp giải nhiệt để có kết quả chính xác.
• Không nên lắp đặt tháp tại những khu vực có nhiệt độ quá nóng, không đủ lượng khí mát để hạ nhiệt.
• Lắp đặt tại vị trí bằng phẳng, thoáng mát, tránh để tháp nghiêng hoặc có quá nhiều bụi bẩn, axit xung quanh.
• Nếu định lắp đặt nhiều tháp tản nhiệt cần chú ý khoảng cách giữa các tháp phải lớn hơn 1/3 đường kính tháp.

Trên đây là hướng dẫn chi tiết cách tính toán tháp giải nhiệt chuẩn xác nhất. Chú ý cẩn thận trong quá trình tính toán, tránh xảy ra sai sót để có thể chọn tháp phù hợp, giúp tiết kiệm nhiên liệu.