Racirea cu apa este o metoda de eliminare a caldurii din componente si echipamente industriale. Racirea prin evaporare cu apa este adesea mai eficienta decat racirea cu aer. Apa este ieftina si netoxica; cu toate acestea, poate contine impuritati si poate provoca coroziune.
Racirea cu apa este frecvent utilizata pentru racirea motoarelor cu combustie interna si a centralelor electrice. Racitoarele de apa care utilizeaza transferul de caldura prin convectie sunt utilizate in interiorul computerelor personale de ultima generatie, pentru a reduce temperatura procesoarelor.
Alte utilizari includ racirea uleiului lubrifiant din pompe; pentru racire in schimbatoare de caldura; pentru racirea cladirilor in HVAC si in racitoare.
Avantaje
Apa este ieftina, netoxica si disponibila pe cea mai mare parte a suprafetei pamantului. Racirea cu lichid ofera o conductivitate termica mai mare decat racirea cu aer. Apa permite transferul eficient de caldura la distanta, cu rate reduse de transfer de masa. Apa de racire poate fi reciclata printr-un sistem de recirculare sau utilizata intr-un sistem de racire cu o singura trecere (OTC). Entalpia ridicata de vaporizare a apei permite optiunea de racire evaporativa eficienta pentru a elimina caldura reziduala din turnurile de racire sau iazurile de racire.
Sistemele de recirculare pot fi deschise daca se bazeaza pe racirea prin evaporare sau inchise daca eliminarea caldurii se realizeaza in schimbatoarele de caldura cu pierderi de evaporare neglijabile. Un schimbator de caldura sau un condensator pot separa apa de racire fara contact de un fluid racit sau apa de racire de contact poate afecta direct elemente precum lamele de ferastrau, unde diferenta de faza permite separarea usoara. Reglementarile de mediu subliniaza concentratiile reduse de deseuri in apa de racire fara contact.
Dezavantaje
Apa accelereaza coroziunea pieselor metalice si este un mediu favorabil cresterii biologice. Mineralele dizolvate in aprovizionarea cu apa naturala sunt concentrate prin evaporare. Apa de racire necesita adesea adaugarea de substante chimice pentru a minimiza coroziunea si izolarea depunerilor.
Apa contine cantitati diferite de impuritati din contactul cu atmosfera, solul si recipientele. Metalele fabricate tind sa revina la minereuri prin reactii electrochimice de coroziune. Apa poate accelera coroziunea masinilor racite atat prin functia de conductor electric, cat si ca solvent pentru ioni metalici si oxigen. Reactiile de coroziune se desfasoara mai rapid pe masura ce temperatura creste. Conservarea utilajelor in prezenta apei calde a fost imbunatatita prin adaugarea de inhibitori de coroziune, inclusiv zinc, cromati si fosfati.
Primele doua substante au probleme de toxicitate iar ultima a fost asociata cu eutrofizarea. Concentratiile reziduale de biocide si inhibitori de coroziune sunt un potential de ingrijorare pentru OTC si scurgerea din sistemele de apa de racire cu recirculare deschisa.
Cu exceptia masinilor cu durata scurta de viata, sistemele de recirculare inchise necesita tratarea periodica a apei de racire sau inlocuirea acestora, ridicand ingrijorari similare cu privire la eliminarea finala a apei de racire care contine substante chimice utilizate.
Biofouling-ul are loc deoarece apa este un mediu favorabil pentru multe forme de viata. Caracteristicile de curgere ale sistemelor de recirculare a apei de racire incurajeaza colonizarea de catre diferite organisme pentru a utiliza sursa circulanta de alimente, oxigen si substante nutritive. Temperaturile pot deveni suficient de ridicate pentru a sustine populatiile termofile.
Biofoulingul suprafetelor de schimb de caldura poate reduce ratele de transfer de caldura ale sistemului de racire; iar biofoulingul turnurilor de racire poate modifica distributia fluxului pentru a reduce ratele de racire prin evaporare. Biofoulingul poate crea, de asemenea, concentratii diferentiale de oxigen, crescand ratele de coroziune.
Sistemele OTC si sistemele de recirculare deschise sunt cele mai susceptibile la biofouling. Biofoulingul poate fi inhibat de modificari temporare ale habitatului. Diferentele de temperatura pot descuraja stabilirea populatiilor termofile in instalatii operate intermitent; iar cresterile intentionate de temperatura pe termen scurt pot ucide periodic populatii mai putin tolerante. Biocidele au fost utilizate in mod obisnuit pentru a controla bioincrustarea, acolo unde este necesara o operare sustinuta a instalatiei.
Clorul poate fi adaugat sub forma de hipoclorit pentru a reduce biofouling-ul in sistemele de apa de racire, dar mai tarziu este redus la clorura pentru a minimiza toxicitatea apei de scurgere sau a apei OTC returnate in mediile acvatice naturale. Hipocloritul este din ce in ce mai distructiv pentru turnurile de racire din lemn pe masura ce pH-ul creste.
Fenolii clorurati au fost folositi ca biocide sau levigate din lemn conservat in turnurile de racire. Atat hipocloritul, cat si pentaclorofenolul au o eficacitate redusa la valori ale pH-ului mai mari de 8. Biocidele neoxidante pot fi mai dificil de detoxifiat inainte de eliberarea apei de scurgere sau a apei OTC in mediile acvatice naturale.
Concentratiile de polifosfati sau fosfonati cu zinc si cromati sau compusi similari, au fost mentinute in sistemele de racire pentru a mentine suprafetele schimbatoare de caldura curate, astfel incat un film de oxid de fier gamma si fosfat de zinc poate inhiba coroziunea prin pasivarea punctelor de reactie anodice si catodice.
Acestea maresc salinitatea si solidele dizolvate totale, iar compusii fosforului pot furniza nutrientii esentiali limitativi pentru cresterea algelor, contribuind la bioinfectionarea sistemului de racire sau la eutrofizarea mediilor acvatice naturale care primesc apa de curatare sau apa OTC.
Cromatii reduc biofouling-ul pe langa inhibarea eficienta a coroziunii in sistemul de apa de racire, dar toxicitatea reziduala in apele de curatare sau in apa OTC a incurajat reducerea concentratiilor de cromat si utilizarea inhibitorilor de coroziune mai putin flexibili.
Solidele dizolvate totale sau TDS (uneori numite reziduuri filtrabile) se masoara ca masa de reziduu ramasa atunci cand se evapora un volum masurat de apa filtrata. Salinitatea masoara densitatea apei sau modificarile de conductivitate cauzate de materialele dizolvate. Ratele de coroziune cresc initial cu salinitatea ca raspuns la cresterea conductivitatii electrice, dar apoi scad dupa atingerea unui varf, deoarece nivelurile mai ridicate de salinitate scad nivelurile de oxigen dizolvat.
Unele ape subterane contin foarte putin oxigen atunci cand sunt pompate din fantani, dar cele mai multe surse naturale de apa includ oxigen dizolvat. Coroziunea creste odata cu cresterea concentratiilor de oxigen. Oxigenul dizolvat se apropie de nivelurile de saturatie din turnurile de racire. Oxigenul dizolvat este de dorit in apele de curatare sau in cazul in care apa OTC este returnata in medii acvatice naturale.
Apa se ionizeaza in cationi hidroniu (H3O +) si anioni hidroxid (OH−). Concentratia de hidrogen ionizat (ca apa protonata) intr-un sistem de apa de racire este exprimata ca pH. Valorile scazute ale pH-ului cresc rata coroziunii, in timp ce valorile ridicate ale pH-ului incurajeaza formarea scarii. Amfoterismul este neobisnuit printre metalele utilizate in sistemele de racire cu apa, dar ratele de coroziune din aluminiu cresc cu valori de pH peste 9. Coroziunea galvanica poate fi severa in sistemele de apa cu componente din cupru si aluminiu.
Centrale electrice cu abur
Consumul de apa de racire al unei centrale nucleare
Putine alte aplicatii de racire se apropie de volumele mari de apa necesare pentru condensarea aburului de joasa presiune la centralele electrice. Multe instalatii, in special centralele electrice, folosesc milioane de galoane de apa pe zi pentru racire. Racirea apei la aceasta scara poate modifica mediile naturale de apa si poate crea noi medii. Poluarea termica a raurilor, estuarelor si apelor de coasta este un lucru foarte important de luat in considerare, atunci cand se construiesc si amplaseaza astfel de facilitati.
Apa revenita in mediile acvatice la temperaturi mai mari decat apa ambianta primitoare, modifica habitatul acvatic crescand ratele de reactie biochimice si scazand capacitatea de saturare a oxigenului din habitat. Cresterile de temperatura favorizeaza initial trecerea populatiei de la speciile care necesita o concentratie ridicata de oxigen in apa rece la cele care se bucura de avantajele ratei metabolice crescute in apa calda.
Sistemele de racire unica (OTC) pot fi utilizate pe rauri foarte mari sau in situri de coasta si estuar. Aceste centrale electrice introduc caldura reziduala in rau sau in apele de coasta. Aceste sisteme OTC se bazeaza astfel pe o buna aprovizionare cu apa de rau sau apa de mare, pentru nevoile lor de racire. Astfel de instalatii sunt construite cu structuri de admisie concepute pentru a pompa volume mari de apa la un debit mare.
Aceste structuri tind sa atraga si un numar mare de pesti si alte organisme acvatice, care sunt ucisi sau raniti pe ecranele de admisie. Debitele mari pot imobiliza organismele cu inot lent, inclusiv pestii si crevetii. Temperaturile ridicate sau turbulenta si forfecarea pompei pot ucide sau dezactiva organismele mai mici care trec prin ecranele antrenate cu apa de racire.
Peste 1.200 de centrale electrice si producatori folosesc sisteme OTC in SUA, iar structurile de admisie ale acestora ucid miliarde de pesti si alte organisme in fiecare an. Pradatorii acvatici mai agili consuma organismele afectate de sistemele de admisie.
Legea privind apa curata din SUA impune Agentiei pentru Protectia Mediului (EPA) sa emita reglementari privind structurile industriale de admisie a apei de racire. EPA a emis reglementari finale pentru instalatiile noi in 2001 (modificate in 2003), si pentru instalatiile existente in 2014.
Intretinerea racirii lichide
Tehnicile de racire a lichidului sunt utilizate din ce in ce mai mult pentru gestionarea termica a componentelor electronice. Acest tip de racire este o solutie pentru a asigura optimizarea eficientei energetice, minimizand simultan cerintele de zgomot si spatiu. Este deosebit de utila in supercalculatoare sau centre de date, deoarece intretinerea rafturilor este rapida si usoara.
Dupa demontarea raftului, cuplajele cu eliberare rapida cu tehnologie avansata, elimina scurgerile pentru siguranta operatorilor si protejeaza integritatea fluidelor (fara impuritati in circuite). Aceste cuplaje sunt, de asemenea, capabile sa fie blocate pentru a permite conexiunea in zone greu accesibile.
In tehnologia electronica este foarte importanta analiza sistemelor de conectare ale sistemelor de racire cu apa, pentru a asigura:
- Etansarea fara varsare
- Design compact si usor (materiale din aliaje speciale de aluminiu)
- Siguranta operatorului (deconectare fara scurgeri)
- Cuplaje cu eliberare rapida dimensionate pentru un debit optimizat
- Sistem de ghidare a conexiunii si compensarea nealinierii in timpul conectarii la sistemele de tip rack
- Rezistenta excelenta la vibratii si coroziune
- Design proiectat pentru a rezista la un numar mare de conexiuni chiar si pe circuite frigorifice sub presiune reziduala
