Raffronto tra torre di raffreddamento e raffreddatore adiabatico

Quando si parla di “raffreddamento industriale”, o anche in ambito “refrigerazione/condizionamento”, viene spesso lanciato il messaggio secondo il quale un raffreddatore adiabatico può sostituire nella funzione e nelle prestazioni una torre evaporativa, motivando questa possibilità con una serie di vantaggi a “senso unico” verso il sistema adiabatico.

Ad avviso di MITA Cooling Technologies, che produce entrambi i sistemi, è opportuno fare un po’ di chiarezza in merito a questa affermazione.

—

Di Giorgio Lorenzetti, Consulente Tecnico

1. Raffreddatore adiabatico ed evaporativo: alcune definizioni

Per rispondere in modo obiettivo ai quesiti sotto riportati, è bene dare un cenno relativamente al principio di funzionamento dei due sistemi di raffreddamento in esame, che sono totalmente differenti tra loro e che di seguito sintetizziamo:

• Raffreddatore Adiabatico: sfrutta il calore sensibile, ovvero il principio secondo il quale due corpi a temperatura differente messi a contatto (nella fattispecie l’aria e le alette della batteria alettata), si scambiano calore producendo una diminuzione della differenza iniziale di temperatura tra i due corpi medesimi. L’entità finale della differenza di temperatura dipende da quanta superficie di batteria alettata viene in contatto con l’aria, nonché dalla massa e dalla temperatura di quest’ultima che, come detto sopra, dipende dall’efficienza del sistema di umidificazione .
• Raffreddatore Evaporativo: sfrutta il calore latente, ovvero il principio secondo il quale il cambiamento di fase di un fluido (nella fattispecie l’acqua da raffreddare che in parte evapora) toglie energia sotto forma di calore al fluido rimanente. Nello specifico, il “calore latente di evaporazione” è l’energia massima corrispondente al passaggio di un fluido (l’acqua) dallo stato liquido a quello di vapore.

Da quanto sopra, risulta evidente un aspetto fondamentale che differenzia i due sistemi e che è, di fatto, la vera “discriminante” nell’indirizzare la scelta verso l’uno o verso l’altro: l’utilizzo di acqua.

Nel sistema adiabatico, infatti, l’acqua viene utilizzata unicamente per raffreddare l’aria che investe la batteria alettata, pertanto il relativo consumo non è in alcun modo legato alla quantità di calore da dissipare ma solo all’efficienza del sistema di umidificazionein relazione alla massa d’aria che lo attraversa.

Peraltro, nel sistema adiabatico questa necessità si verifica solo ed unicamente nelle giornate più calde del periodo estivo, limitando quindi l’utilizzo di acqua a quando strettamente necessario.

Su questo aspetto, poi, è importante porre attenzione a come viene gestita l’acqua utilizzata per l’umidificazione dell’aria. Si va, infatti, dasistemi che utilizzano acqua osmotizzata e nebulizzata tramite ugelli e pompe ad altissima pressione, a sistemi che utilizzano acqua a perdere distribuiti su pacchi umidificatori in cellulosa impregnata, ad altri ancora che bagnano ad intermittenza pacchi in PVC floccato e che recuperano l’acqua provvedendo a spurghi e/o ricambi temporizzati senza richiedere alcun costoso trattamento.

Nell’economia di gestione di questo punto, vanno valutate con attenzione implicazioni impiantistiche e costi derivanti.

Nel sistema evaporativo, al contrario, l’utilizzo d’acqua è pressoché costante nell’arco dell’anno ed è strettamente legato alla quantità di calore da dissipare, nella misura di circa 1 litro ogni 600 Kcal circa. L’utilizzo d’acqua origina diverse problematiche che, come sopra detto, possono influenzare la scelta: costo a parte, che può variare da zona a zona, occorre tenere in considerazione anche i costi legati al trattamento dell’acqua di reintegro, alla formazione di fastidioso (quanto innocuo) pennacchio di vapore nella stagione fredda o alla eventuale formazione di ghiaccio, ma soprattutto le possibili implicazioni a livello igienico-sanitario che la presenza di acqua comporta negli impianti idrotermosanitari ed industriali e che vanno gestite rispettando le linee guida dettate dall’Eurovent a tale proposito.

In conclusione, come è normale ogni sistema ha i suoi aspetti a favore e quelli contro, diventa quindi fondamentale esaminare le esigenze oggettive del cliente nel loro complesso, per essere in grado di poter proporre la soluzione tecnica più confacente al fabbisogno del cliente.

Di seguito, proponiamo una serie di quesiti ricorrenti ai quali abbiamo cercato di rispondere nel modo più obbiettivo possibile ed esclusivamente dal punto di vista tecnico.

2. Un raffreddatore adiabatico può sempre sostituire una torre evaporativa?

Dipende da diversi fattori che vanno attentamente valutati, tra i quali principalmente due:

• Potenzialità termica da dissipare. In linea di massima, per potenze di singola unità fino ad 1 MW e con alcuni “distinguo” legati alle prestazioni offerte, i due sistemi possono essere proposti l’uno in alternativa all’altro. Potenze più elevate comporterebbero macchine di dimensioni tali, o più macchine, da rendere antieconomico il sistema adiabatico.
• Temperatura richiesta per il fluido in uscita. Sulla base dei rispettivi principi di funzionamento sopra citati, nei raffreddatori adiabatici, dove si procede al raffreddamento forzato dell’aria mediante immissione di acqua, l’efficienza del sistema di umidificazione condiziona enormemente il limite inferiore raggiungibile dal fluido che, comunque, difficilmente può eguagliare quello di una torre evaporativa a meno di impiegare superfici di scambio notevoli.

Detto quanto sopra, non è quindi automatico che si possa sempre ed indistintamente proporre un sistema adiabatico in luogo di un sistema evaporativo: ci sono dei limiti di potenzialità termica e nelle prestazioni che vanno tenuti in debito conto.

3. Un raffreddatore adiabatico ha la stessa efficienza di una torre evaporativa?

L’efficienza di un sistema adiabatico è strettamente legata a quella del sistema di umidificazione dell’aria che si sceglie di adottare, nonché alla sua modalità di utilizzo. Tenuto conto che questa dipende dalla velocità con la quale l’aria attraversa il sistema di umidificazione e considerando che lo scambio sensibile-ad aria è meno efficiente di quello latente-ad umido, risulta chiaro che in assoluto non è difendibile l’affermazione secondo la quale un raffreddatore adiabatico può sostituire a pari condizioni di efficienza una torre evaporativa.

Per aumentare le performances del sistema di umidificazione è necessario ridurre la velocità dell’aria mentre, se si aumenta quest’ultima, se ne riduce l’efficacia di umidificazione ed inoltre aumentano esponenzialmente le perdite di carico sul lato aria: la classica “coperta corta”…

Nei sistemi evaporativi, per contro, è il volume d’aria movimentato attraverso il pacco di scambio a determinare l’efficienza del sistema (più alta la velocità, più performante il sistema) e non tanto la sua temperatura che, anzi, permette approach tanto più piccoli quanto più elevata è la temperatura al bulbo umido.

4. Un raffreddatore adiabatico può garantire le stesse performances di una torre evaporativa, in termini di temperature raggiungibili?

Sulla base di quanto sopra, appare subito chiaro che sistemi di natura funzionale e contenuti progettuali differenti, hanno ciascuno condizioni operative ottimali proprie che non sono sovrapponibili.

Chiedere quindi ad un sistema ad aria, benché adiabatico, di operare alle stesse condizioni di un sistema evaporativo è una forzatura concettuale non indifferente.

5. Bisogna diffidare dei messaggi ingannevoli che equiparano i raffreddatori adiabatici alle torri evaporative

MITA Cooling Technologies lo sa, e per questo è in grado di proporre al cliente entrambe le soluzioni a seconda della sua reale esigenza.

Detto tutto quanto sopra, i sistemi adiabatici dovrebbero intendersi come “complementari” a quelli evaporativi e non alternativi agli stessi in senso stretto. MITA li produce entrambi, pertanto è nella posizione migliore per poter suggerire al cliente la miglior proposta sulla base della problematica corrente, condividendo con lo stesso obbiettivi e limiti che si vogliono raggiungere.