Le principe de fonctionnement d'une tour de refroidissement

De quoi une tour de refroidissement est-elle composée ?
Comment fonctionne une tour de refroidissement ?
Quels sont les différents types de tours de refroidissement existants ?

Une tour de refroidissement ou tour aéroréfrigérante désigne un dispositif professionnel d’abaissement de la température. Elle est conçue pour évacuer la chaleur indésirable provenant des machines et processus industriels en se servant de l’eau ou du processus d’évaporation. Une tour de refroidissement s’utilise ainsi comme un système de climatisation pour l’industrie et le secteur tertiaire.

Devis pour une tour de refroidissement

De quoi une tour de refroidissement est-elle composée ?

La tour de refroidissement est composée de divers éléments, incluant :

Des compresseurs hermétiques, qui comprennent un moteur et un compresseur, deux éléments enfermés dans un boîtier qu’on appelle conteneur hermétique.
Un boîtier, la structure de la tour. Il est généralement constitué de matériaux robustes comme le métal. Des joints tournants sont soudés autour du boîtier, réduisant ainsi les risques de fuite.
Des éliminateurs de dérive, qui capturent les gouttelettes d’eau que l’air pourrait emporter en s’échappant.
Un remblai, destiné à augmenter la surface de contact entre l’eau et l’air.
Un bassin d’eau, un récipient pour collecter l’eau refroidie au bas de la tour, d’où la ressource est renvoyée pour refroidir les machines.
Des ventilateurs, pour aspirer l’air à travers la tour afin de faciliter le processus d’évaporation.

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Comment fonctionne une tour de refroidissement ?

Le principe de fonctionnement d’une tour de refroidissement repose sur le système de refroidissement par évaporation :

La tour de refroidissement rejette la chaleur des processus industriels vers l’atmosphère.
Elle accueille l’eau chaude provenant de ces systèmes afin de la distribuer. Ce mécanisme s’effectue généralement au niveau du remblai, avec une surface de transfert de chaleur.
Un système de ventilation aspire l’air à travers la tour par tirage induit ou forcé. Ce qui permet d’évaporer une partie de l’eau chaude.
L’eau restante se refroidie par évaporation.
Le liquide refroidi est ensuite recueilli dans un bassin, puis pompé vers les machines industrielles. Et le cycle recommence.

La tour de refroidissement fournit une source fiable d’eau fraîche pour de nombreuses applications industrielles. Elle fonctionne de manière optimale à des températures allant de 70 à 100°F, soit 21,1 à 37,8°C.

La configuration

Le fonctionnement d’une tour de refroidissement peut dépendre de sa configuration. Dans les dispositifs à flux transversal, l’air circule horizontalement tandis que l’eau s’écoule verticalement vers le bas du remblai.

Dans les tours à contre-courant, l’eau s’écoule toujours verticalement vers le bas du remblai alors que l’air circule verticalement vers le haut.

Le système de distribution d’eau

Pour répartir l’eau sur le remblai, la tour de refroidissement s’appuie sur une distribution par gravité ou un système de pulvérisation sous pression. Les systèmes gravitaires sont dotés de bassins d’eau chaude installés au sommet de la tour. Chacun de ces bassins comporte une série de buses de pulvérisation servant à distribuer l’eau d’une manière uniforme sur le remblai.

Les systèmes de pulvérisation sous pression comportent généralement des tuyaux en PVC. Ces derniers sont équipés de buses de pulvérisation placées à l’intérieur de la tour. Pour fonctionner correctement, ces systèmes requièrent une pression de 2 à 7 Psi à l’entrée de l’eau.

Le système de ventilation

Le flux d’air à travers la tour de refroidissement peut provenir d’un ou de plusieurs ventilateurs. Ces derniers peuvent être axiaux ou centrifuges :

On retrouve les ventilateurs axiaux dans les tours à tirage induit. Construits avec des matériaux résistants à la corrosion, ces structures sont montées dans le pont supérieur de la tour. Ce qui minimise l’impact du bruit de ventilation tout en offrant une protection optimale contre le givrage.
Les ventilateurs centrifuges sont installés sur la face d’entrée d’air des tours à tirage forcé. Ce qui facilite leur accès pour l’entretien et la maintenance. Isolés de l’air de refoulement saturé, ces systèmes offrent une durée de vie prolongée.

Quels sont les différents types de tours de refroidissement existants ?

Il existe trois types de tours :

La tour de refroidissement ouverte
La tour de refroidissement fermée
La tour de refroidissement hybride.

La tour de refroidissement à circuit ouvert

Dans une tour ouverte, l’eau chaude entre directement à l’intérieur de l’appareil. Celle-ci est répartie en fines gouttelettes par des buses à travers une surface de ruissellement. Le ventilateur souffle de l’air à contre-courant et refroidit une partie de cette eau par évaporation. Le liquide est ensuite recueilli dans un bac commandé par un thermostat antigel, puis réinjecté par une pompe via le condenseur.

La tour de refroidissement à circuit ouvert est un équipement compact qui permet d’obtenir les températures d’eau les plus basses. Son défaut majeur est qu’elle nécessite un entretien régulier pour lutter contre la corrosion et les bactéries pouvant infecter l’eau.

La tour de refroidissement à circuit fermé

Ce dispositif fonctionne selon le même principe que la tour ouverte. Mais au lieu de refroidir directement l’eau des processus industriels, la tour fermée utilise un échangeur intermédiaire pour isoler les deux circuits. L’eau du condenseur circule alors à contre-courant par rapport à l’eau de la tour.

Dans une tour fermée, l’échange thermique s’effectue donc dans le remblai et à travers l’échangeur. Ce mécanisme fournit une eau de meilleure qualité. L’entretien est aussi simplifié, car il est limité au volume d’eau de la tour. Pourvu d’un échangeur intermédiaire, cet équipement coûte plus cher qu’un système en boucle ouverte.

La tour de refroidissement hybride

La tour hybride est un dispositif qui allie refroidissement évaporatif et refroidissement sec. Elle élimine la chaleur sous forme sèche, uniquement en utilisant l’air ambiant. Lorsque la température de l’air augmente, l’appareil passe automatiquement en mode humide. Il fonctionne alors sur le principe de l’évaporation d’eau pour refroidir le liquide.

Cette combinaison de systèmes offre des économies substantielles en termes de consommation d’eau, limitant ainsi l’impact environnemental. Elle minimise également les risques de prolifération bactérienne en ne laissant aucun agrégat d’eau et de salissures. L’inconvénient avec la tour hybride est que la température de l’eau refroidie ne peut descendre au-delà de celle de l’air extérieur.

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