Les tours de refroidissement sont des systèmes essentiels dans de nombreuses industries, allant de la production d’énergie aux procédés chimiques et aux systèmes de climatisation. Comprendre leurs composants et les matériaux utilisés dans leur fabrication est crucial pour garantir leur efficacité, leur durabilité et un entretien adéquat.
Composants principaux des tours de refroidissement
Les tours de refroidissement, qu’elles soient à circuit ouvert ou fermé, partagent plusieurs composants clés qui déterminent leur fonctionnement et leur efficacité. Chaque élément joue un rôle spécifique dans le processus de transfert de chaleur.
1. Structure
La structure est l’ossature qui soutient tous les composants de la tour de refroidissement. Les matériaux les plus utilisés incluent :
- Structures métalliques : offrent une grande résistance et conviennent bien aux tours de taille moyenne.
- PRFV (Polyester Renforcé de Fibre de Verre) : procure une excellente résistance à la corrosion et une grande légèreté.
- Structures hybrides : combinent le métal et le PRFV pour tirer parti des avantages des deux matériaux.
- Béton : principalement utilisé dans les tours de grande taille, en particulier celles de type hyperbolique ou à tirage naturel, où une résistance structurelle accrue est requise.
Le choix du matériau dépend de facteurs tels que l’emplacement, la taille, les conditions climatiques et l’agressivité de l’environnement d’exploitation.
2. Paquet de remplissage et serpentins d’échange thermique
Ces composants constituent le « cœur » des tours de refroidissement, où a lieu l’échange thermique entre l’eau et l’air.
- Dans les tours à circuit ouvert :
Le paquet de remplissage permet un contact direct entre l’eau chaude et l’air, maximisant la surface de contact pour un transfert de chaleur optimal. Le type de remplissage choisi doit prendre en compte la qualité de l’eau, car celle-ci entre en contact direct avec l’air et peut se contaminer au cours du processus.
- Dans les tours à circuit fermé :
Les serpentins d’échange thermique sont constitués d’un faisceau tubulaire fermé à l’intérieur duquel circule le fluide de procédé ou l’eau. Ce système maintient le fluide propre durant tout le processus, puisqu’il n’y a pas de contact direct avec l’air extérieur, ce qui réduit considérablement les problèmes de contamination et d’entretien.
3. Système de distribution de l’eau
Les systèmes de distribution d’eau dans les tours de refroidissement peuvent être :
- Par tuyauteries et buses en PVC.
- Via des canaux ouverts : ce système permet une visibilité et un accès constant à la distribution.
Les deux méthodes ont pour but de distribuer uniformément l’eau sur la surface d’échange thermique afin d’assurer un refroidissement optimal.
4. Séparateur de gouttelettes
Situé au-dessus du système de distribution d’eau, le séparateur de gouttelettes joue un rôle essentiel : il retient les micro-gouttelettes d’eau qui pourraient être entraînées par le flux d’air généré par le ventilateur.
Ce composant est indispensable pour :
- Minimiser la perte d’eau par entraînement
- Réduire la consommation d’eau du système
- Éviter la dispersion de l’eau traitée
- Respecter les normes environnementales concernant l’émission d’aérosols
Les séparateurs modernes peuvent réduire les pertes à moins de 0,002 % du débit circulant, représentant ainsi une économie significative sur le plan économique et environnemental.
5. Ventilateur
Le ventilateur est la seule pièce mécanique en mouvement dans le système. Il est chargé de « forcer » l’évaporation nécessaire au refroidissement. Il existe deux types principaux :
- Ventilateurs axiaux : idéaux pour les installations où l’espace vertical est limité. Ils offrent souvent une meilleure efficacité énergétique.
- Ventilateurs centrifuges : recommandés lorsque des contraintes de hauteur existent ou lorsque des résistances importantes au flux d’air doivent être surmontées.
Le choix du ventilateur est déterminant pour optimiser à la fois la performance de la tour et la consommation énergétique du système. Des critères comme la puissance requise, le niveau sonore permis et les conditions d’installation orientent cette sélection.
6. Les matériaux des tours de refroidissement
Le choix des matériaux pour une tour de refroidissement dépend largement de la qualité de l’eau à refroidir et de l’environnement dans lequel l’équipement fonctionnera.
Pour des eaux particulièrement agressives ou acides :
- Acier inoxydable : excellente résistance à la corrosion dans des environnements difficiles.
- Fibre de verre : bonne résistance chimique et pas de problèmes d’oxydation.
- Polymères spéciaux : matériaux plastiques à haute résistance chimique pour certains composants.
Pour des conditions standard :
- Acier galvanisé : largement utilisé pour son bon rapport qualité/prix.
- PVC et autres plastiques : adaptés aux systèmes de distribution et autres pièces non structurelles.
- Bois traité : encore utilisé dans certaines applications spécifiques pour sa résistance naturelle à certains environnements.
Les composants et matériaux des tours de refroidissement sont déterminants pour leurs performances, leur efficacité énergétique et leur durée de vie. Le choix de chaque élément doit prendre en compte des facteurs comme la qualité de l’eau, les conditions environnementales, les besoins d’entretien et les normes en vigueur.
Une tour de refroidissement bien conçue, avec des composants de qualité et des matériaux adaptés, optimise les procédés industriels tout en réduisant les coûts d’exploitation et l’impact environnemental.