Optimiser les performances des tours de refroidissement grâce aux débitmètres à ultrasons

Les tours de refroidissement fonctionnent en facilitant le transfert de chaleur de l’eau chaude vers l’air plus frais. Le processus fondamental implique que l’eau chaude s’écoule vers le bas à travers le matériau de remplissage de la tour de refroidissement tandis que le flux d’air, généré naturellement ou mécaniquement, se déplace vers le haut ou horizontalement à travers le remplissage. Cette interaction entre l’eau chaude et l’air facilite l’échange d’énergie thermique, une partie de l’eau s’évaporant, ce qui élimine la chaleur latente et refroidit efficacement les gouttelettes d’eau restantes.

Les tours de refroidissement à tirage naturel utilisent la flottabilité de l’air chaud pour déplacer l’air vers le haut sans aide mécanique. Elles ont généralement une forme hyperbolique qui induit un flux d’air naturel à travers la tour. Ces grandes tours de refroidissement se trouvent généralement dans les centrales électriques et les applications industrielles lourdes, telles que les usines de traitement du gaz naturel, où une dissipation importante de la chaleur est nécessaire.

Les tours de refroidissement à tirage mécanique utilisent des ventilateurs pour faciliter le mouvement de l’air. Il existe deux catégories principales :

• Les tours de refroidissement à tirage forcé : Ces tours de refroidissement sont équipées de ventilateurs au niveau de la grille d’entrée d’air, poussant l’air frais à travers le matériau de remplissage. Elles sont généralement plus petites et sont des tours de refroidissement assemblées en usine, adaptées aux systèmes de climatisation, aux processus industriels et aux refroidisseurs à eau.
• Les tours de refroidissement à tirage induit : Dans ces tours, les ventilateurs sont placés au sommet et aspirent l’air à travers la tour. Elles sont très répandues dans divers procédés industriels.

• Systèmes de tours de refroidissement à flux croisé : L’air circule horizontalement à travers le remplissage tandis que l’eau chaude s’écoule vers le bas à travers les buses de la tour de refroidissement. Ces systèmes sont privilégiés en raison de leur facilité d’entretien et de la faible consommation d’énergie des pompes.
• Tours de refroidissement à contre-courant : Ici, le flux d’air se déplace vers le haut, s’opposant directement au mouvement descendant de l’eau chaude. Cette configuration maximise l’efficacité de l’échangeur de chaleur en raison de la différence de température accrue entre l’air et l’eau.

Les tours de refroidissement sont utilisées dans de nombreux secteurs industriels, notamment :

• les centrales électriques
• les applications de tours de refroidissement HVAC dans les grands immeubles de bureaux
• les installations de traitement chimique
• les usines de traitement du gaz naturel
• les usines de transformation des aliments
• la production pharmaceutique

Il est essentiel de comprendre les types de tours de refroidissement et leurs exigences opérationnelles précises pour sélectionner et entretenir des systèmes de tours de refroidissement efficaces.

Pour qu’une tour de refroidissement fonctionne efficacement, il est essentiel d’optimiser la distribution de l’eau. Les débitmètres à ultrasons y contribuent en mesurant la vitesse à laquelle l’eau circule dans le système. Ces mesures permettent d’ajuster les vannes et les pompes, ce qui conduit à une distribution homogène de l’eau dans l’ensemble de la tour de refroidissement. Un débit d’eau bien réparti permet d’améliorer les performances thermiques et de réduire les « points chauds », ce qui maintient le système en équilibre.

Une mesure précise du débit est essentielle pour :

• une répartition uniforme de l’eau
• une réduction des inefficacités thermiques
• un travail efficace de la tour de refroidissement

L’équilibrage hydraulique des tours de refroidissement est essentiel pour obtenir des performances optimales.
Il existe deux types principaux de tours de refroidissement : les tours à circuit ouvert et les tours à circuit fermé.

• Les tours de refroidissement à circuit ouvert exposent l’eau en circulation directement à l’air ambiant, ce qui rend l’eau de refroidissement sujette à la contamination et aux débris.
  Le maintien d’un niveau d’eau adéquat au-dessus des buses de la tour de refroidissement empêche l’entrée d’air, la formation de tourbillons et la cavitation dans les pompes, ce qui peut entraîner de graves dommages et des inefficacités du système. Un bon équilibrage implique le réglage des vannes situées sur le pont de remplissage plutôt qu’au niveau du bassin de la tour, afin d’éviter la cavitation et de garantir des niveaux d’eau constants.
• Les tours de refroidissement en circuit fermé séparent l’eau de l’air ambiant en la faisant circuler dans des tuyaux, tandis qu’une autre série d’eau est pulvérisée sur ces tuyaux pour les refroidir.
  Il est essentiel de vérifier régulièrement la propreté des canalisations et l’intégrité des buses de pulvérisation, car les buses bloquées ou les tuyaux encrassés réduisent considérablement les performances du système.

Les débitmètres à ultrasons sont inestimables dans ces scénarios, car ils fournissent des mesures précises et en temps réel du débit d’eau, essentielles pour maintenir un équilibrage hydraulique optimal, garantir la fiabilité du système et identifier rapidement tout problème afin de prendre des mesures correctives.

Le fonctionnement efficace des tours de refroidissement réduit considérablement la consommation d’énergie d’une installation. L’utilisation de débitmètres à ultrasons pour réguler précisément le débit d’eau verticalement dans les tours à tirage mécanique, les tours à tirage forcé et les tours de refroidissement à tirage induit permet de minimiser la consommation d’énergie en optimisant les performances des pompes. Cette précision contribue au développement durable en réduisant la consommation de ressources, l’impact sur l’environnement et les coûts d’exploitation.

Avantages directs en termes d’efficacité énergétique :

• Réduction du fonctionnement de la pompe
• Réduction des coûts énergétiques
• Impact environnemental réduit

Les débitmètres à ultrasons détectent avec précision les écarts mineurs entre les débits, ce qui permet d’effectuer des ajustements en temps voulu. Sans une mesure précise du débit, il serait difficile d’équilibrer des systèmes complexes tels que les tours de refroidissement à flux croisés ou à contre-courant.
Les systèmes de tours de refroidissement correctement équilibrés fonctionnent plus efficacement, prolongeant la durée de vie des composants critiques tels que les éliminateurs de dérive, les échangeurs de chaleur et les bassins des tours de refroidissement.

Les systèmes de contrôle intelligents utilisent des données en temps réel pour automatiser les réglages dans les tours de refroidissement. Ces systèmes comprennent des débitmètres à ultrasons et des instruments de contrôle avancés qui travaillent ensemble pour maintenir les débits et les températures souhaités. En surveillant en permanence les conditions et en procédant à des ajustements précis, ces systèmes évitent les sur-refroidissements et les sous-refroidissements inutiles.

• Ajustements en temps réel pour un débit et une température optimaux
• Prévention des inefficacités dans la distribution de l’énergie thermique

Les débitmètres à ultrasons fournis par Fuji Electric représentent l’excellence technologique avec une précision, une fiabilité et une facilité d’intégration supérieures, améliorant ainsi l’efficacité opérationnelle des différents systèmes de tours de refroidissement.

L’analyse des données est essentielle pour évaluer les performances des tours de refroidissement, ce qui permet aux opérateurs de prendre des décisions éclairées concernant la maintenance, les produits chimiques de traitement de l’eau et les systèmes de filtration des flux latéraux. Les données de mesure du débit, en particulier celles des débitmètres à ultrasons de haute précision, permettent de mieux comprendre l’efficacité des processus de transfert de chaleur, le fonctionnement des bassins d’eau chaude et les conditions des bassins d’eau froide.

Les solutions de débitmètres à ultrasons de Fuji Electric fournissent aux opérateurs des données précises et exploitables, optimisant le travail des tours de refroidissement et assurant une maintenance proactive pour gérer les conditions difficiles telles que les vitesses élevées de l’air sortant et l’air de décharge saturé.

Grâce à une meilleure gestion de l’énergie, les tours de refroidissement efficaces permettent aux industries qui dépendent de systèmes de refroidissement à grande échelle de réaliser d’importantes économies financières. En utilisant des débitmètres à ultrasons pour l’équilibrage hydraulique, les entreprises réduisent leur consommation d’énergie. Cette diminution a un impact direct sur les aspects économiques, ce qui se traduit par une baisse des coûts d’exploitation.

Sur le plan environnemental, les tours de refroidissement efficaces jouent un rôle essentiel dans les opérations durables. Les tours à haut rendement énergétique consomment moins d’énergie, ce qui se traduit par une réduction des émissions de gaz à effet de serre provenant des centrales électriques. Ces efforts en faveur du développement durable sont essentiels pour les entreprises qui souhaitent répondre aux exigences réglementaires et aux attentes de la société en matière de changement climatique.

Outre ces avantages, les débitmètres à ultrasons contribuent à la protection de la santé en réduisant le risque de développement de la bactérie Legionella. Un contrôle précis du débit et de la température permet d’éviter la stagnation et les conditions thermiques qui favorisent la croissance bactérienne, réduisant ainsi le risque de légionellose dans les environnements industriels.

Avantages économiques :

• Des opérations rentables : La réduction de la consommation d’énergie permet de réaliser des économies immédiates sur les factures d’électricité.
• Réduction de la maintenance : La précision des mesures de débit permet de réduire l’usure et, par conséquent, les coûts de maintenance.

Avantages pour l’environnement :

• Émissions de gaz à effet de serre : Diminution de la demande d’électricité, ce qui réduit les émissions au niveau de la source de production d’électricité.
• Opérations durables : Soutient les objectifs généraux de l’entreprise en matière de développement durable.

Avantages pour la santé et la sécurité :

• Réduction du risque de légionellose : un meilleur contrôle des conditions de l’eau limite la croissance bactérienne.
• Amélioration de la conformité : Prise en compte des normes d’hygiène et des réglementations sanitaires dans les systèmes de refroidissement.

La mise en place de débitmètres à ultrasons dans les tours de refroidissement ne se limite pas à l’obtention d’un système hydraulique équilibré. Elle englobe l’efficacité économique, la responsabilité environnementale et la protection de la santé publique. Les entreprises doivent tenir compte de tous ces aspects pour réussir sur un marché responsable et concurrentiel.

Dans le passé, l’équilibrage des tours de refroidissement – en particulier dans les systèmes complexes ou à grande échelle – reposait en grande partie sur des essais et des erreurs.

Les opérateurs étaient confrontés à de nombreux défis :

• Mesures imprécises ou peu fiables du débit d’eau
• Ajustements et recalibrages manuels nécessitant beaucoup de temps
• Refroidissement incohérent, entraînant des inefficacités thermiques
• Consommation d’énergie plus élevée en raison d’un mauvais équilibrage
• Dégradation accélérée des pompes et des composants du système

Ces obstacles ont gravement affecté l’efficacité du système, augmenté les coûts de maintenance et empêché un contrôle efficace du climat dans les installations.

Le débitmètre à ultrasons Time-Delta-C – FSV de Fuji Electric a transformé notre approche de l’équilibrage. Il utilise des ondes sonores pour fournir des mesures précises et en temps réel du débit sans perturber l’écoulement de l’eau. Cette technologie non invasive a permis d’éliminer les conjectures dans l’équilibrage des tours de refroidissement.

Au cours d’un projet dans une grande installation industrielle utilisant des tours à circuit ouvert et à circuit fermé, les incohérences de performance ont constitué un problème majeur. Les débits étaient inégaux d’une tour à l’autre, ce qui avait un impact sur l’efficacité globale du système.

Des débitmètres à ultrasons Time Delta-C ont été installés à des points stratégiques – systèmes de pulvérisation, entrées de remplissage et alimentation des bassins. Les débitmètres ont identifié des disparités significatives, révélant qu’une tour du système en boucle ouverte avait un débit nettement inférieur.

Armés de données fiables, les positions des vannes de remplissage et les vitesses des pompes ont été affinées et ajustées. Le suivi en temps réel a permis de voir facilement l’impact de chaque changement. Cela a permis d’assurer une distribution équilibrée sur l’ensemble du réseau et d’éliminer les points chauds problématiques.

Cette approche a permis d’améliorer considérablement les performances du système, de réduire la consommation d’énergie et de diminuer les besoins de maintenance. Ces résultats ont été obtenus grâce aux données de débit précises et en temps réel fournies par le débitmètre à ultrasons clamp-on Time Delta-C – FSV.

Les débitmètres à ultrasons tels que le débitmètre Time-Delta-C – FSV ont modifié la façon dont l’équilibrage des tours de refroidissement est géré. Dans un cas, une mesure précise a transformé un travail d’essai et d’erreur en une tâche fluide, basée sur des données. Les performances du système se sont améliorées, la consommation d’énergie a baissé et les besoins de maintenance ont diminué. Aujourd’hui, cette technologie est une pierre angulaire de notre boîte à outils pour la gestion des systèmes de tours de refroidissement.