Torre di raffreddamento · The Last Codex

Una torre di raffreddamento raffredda l’acqua tiepida che esce dai condensatori di una centrale o di una fabbrica facendola cadere attraverso una corrente d’aria: una piccola parte evapora e porta via il calore. L’acqua raffreddata torna al condensatore. Una prima torre di legno a tiraggio di camino, opera di Hans Joachim Balcke, fu provata a Norimberga nel 1894, e l’alto guscio iperboloide di cemento arrivò dai Paesi Bassi durante la prima guerra mondiale.

Che cos’è

Una macchina o una turbina a vapore a condensazione ritrasforma in acqua il vapore di scarico in un condensatore, e il condensatore ha bisogno per questo di un flusso costante di acqua fredda. Dove un fiume o un lago non può fornirla tutta, l’impianto usa una torre di raffreddamento: l’acqua tiepida del condensatore viene pompata nella torre e distribuita su un pacco di riempimento; cade attraverso una corrente d’aria e si raccoglie, raffreddata, in una vasca sul fondo, da cui torna al condensatore.

Le grandi torri delle centrali sono gusci di cemento armato, larghi alla base, più stretti sopra e leggermente svasati in cima, poggiati su una corona di pilastri sottili. Funzionano senza ventilatori: l’aria vi sale da sola. Le torri più piccole di fabbriche, ospedali e uffici sono cassoni in cui dei ventilatori spingono l’aria. In entrambi i casi la maggior parte del calore se ne va con il vapore acqueo che sale dalla cima.

Come funziona

Una torre di raffreddamento quadrata a forma di cassone, senza la parete anteriore, con un ventilatore in un breve camino in cima, feritoie a lamelle sui lati da cui entra l’aria, un pacco di scambio a griglia al centro e acqua che gocciola in una vasca sotto In una torre a tiraggio meccanico un ventilatore in cima aspira l’aria attraverso l’acqua che cade.

Per evaporare l’acqua ha bisogno di molto calore, e lo prende all’acqua che resta. Una torre di raffreddamento sfrutta questo fenomeno su grande scala. Degli ugelli spargono l’acqua tiepida sul pacco di scambio, strati di lastre o listelli che la dividono in veli sottili e gocce perché la superficie più ampia possibile incontri l’aria. Nelle torri in controcorrente l’aria sale contro l’acqua che cade; in quelle a flussi incrociati attraversa il pacco di lato. I separatori di gocce, file di deflettori sopra gli ugelli, trattengono la maggior parte delle goccioline fini che l’aria porterebbe via.

In una torre a tiraggio naturale, gli spruzzatori e il pacco occupano solo la parte più bassa del guscio, poco sopra le aperture d’aria, e il resto è un camino vuoto. L’aria che ha attraversato il pacco è più calda e più umida di quella esterna, e quindi più leggera. Sale nel guscio come il fumo in un camino e richiama aria fresca dalle aperture alla base. La doppia curvatura dell’iperboloide irrigidisce il sottile guscio di cemento contro il suo stesso peso e contro il vento, così che una torre molto grande richiede relativamente poco materiale.

L’acqua che evapora lascia dietro di sé i sali che vi erano disciolti, e questi si concentrano sempre più a ogni passaggio nella torre. Per evitare che formino incrostazioni, si scarica regolarmente una parte dell’acqua, lo spurgo, e acqua di reintegro la sostituisce, insieme a quella evaporata e a quella persa sotto forma di goccioline.

Come si fa

Una grande bottiglia di plastica trasparente senza fondo, capovolta su alcuni sassi in una bacinella e riempita senza pressare di spugnette di plastica per pentole, una caraffa che versa acqua tiepida nella parte alta, aperta, un tappo con piccoli fori in basso e un termometro nella bacinella L’acqua tiepida versata in una bottiglia riempita esce più fresca in basso.

Una bottiglia di plastica trasparente e alcune spugnette di plastica per pentole bastano per un modellino che funziona. Chiedete a un adulto di tagliare il fondo di una grande bottiglia di plastica e di fare qualche forellino nel tappo. Mettete la bottiglia capovolta su tre sassi in una bacinella, in modo che l’aria possa entrare tra i sassi e il collo, e riempitela senza pressare con le spugnette. Riempite una caraffa di acqua tiepida del rubinetto, non più calda di quanto la mano sopporti comodamente, e misuratene la temperatura.

Versate lentamente l’acqua sul riempimento e leggete la temperatura dell’acqua nella bacinella appena la caraffa è vuota. Ripetete con la bottiglia vuota e poi con le spugnette e un piccolo ventilatore a pile che soffia dal basso. Più ampia è la superficie su cui l’acqua si distribuisce e più aria passa, più l’acqua esce fresca, e la differenza è maggiore in una giornata secca che in una umida.

Avvertenze di sicurezza. Usate solo acqua tiepida, mai calda o bollente, per evitare scottature. Vicino all’acqua usate solo un ventilatore a pile, mai un apparecchio collegato alla rete. Il bordo tagliato della bottiglia può essere tagliente: lo taglia un adulto e lo copre con nastro adesivo. Nell’acqua tiepida stagnante può crescere la legionella, il batterio che causa la legionellosi quando se ne respirano le goccioline: non spruzzate l’acqua nell’aria, svuotate bacinella e bottiglia subito dopo la prova, sciacquatele e lasciate asciugare tutto.

Storia ed evoluzione

Una macchina a vapore a condensazione richiede moltissima acqua di raffreddamento, e non tutte le fabbriche e le prime centrali elettriche avevano un fiume a portata di mano. L’ingegnere tedesco Hans Joachim Balcke fu il primo a raffreddare quest’acqua in una torre che aspirava l’aria per tiraggio di camino, e nel 1894 fondò a Bochum un’impresa per costruirla. Secondo il Polytechnisches Journal, la prima di queste torri, rozzamente costruita in legno, entrò in funzione in prova nel 1894 nel cortile della società elettrica Schuckert, a Norimberga. Nelle torri descritte dalla rivista nel 1897, l’acqua tiepida entrava in alto in un camino di legno e cadeva su numerosi ripiani a persiana, mentre l’aria che essa riscaldava saliva e richiamava aria fredda dal basso.

Un cilindro metallico chiodato, ritto su corte gambe, aperto in cima e tagliato per mostrare all’interno tegole messe di taglio su tre ripiani forati, un tubo che alimenta un tubo forato posto di traverso sulla cima, che bagna le tegole, una vasca d’acqua sul fondo, e un ventilatore alla base che soffia aria verso l’alto Una torre degli anni Novanta dell’Ottocento: un camino metallico riempito di tegole, in cui un ventilatore soffia aria verso l’alto attraverso l’acqua che cade.

Nel 1896 ingegneri americani descrissero torri con ventilatore. Nella centrale elettrica Edison di Brooklyn, una torre era costruita come un alto camino metallico riempito di tegole. L’acqua calda dei condensatori veniva distribuita in cima e scendeva gocciolando tra le tegole, mentre un ventilatore in basso vi soffiava aria verso l’alto. L’acqua usciva dal fondo abbastanza fredda da tornare ai condensatori, raffreddata soprattutto per evaporazione.

Durante la prima guerra mondiale, gli ingegneri olandesi Frederik van Iterson e Gerard Kuypers brevettarono una torre di raffreddamento in cemento armato le cui pareti si restringevano verso il centro e si allargavano di nuovo verso l’alto. Questi gusci, che richiamano l’aria senza ventilatori e richiedono poco materiale per le loro dimensioni, divennero le torri di raffreddamento abituali delle grandi centrali a carbone e nucleari. Le torri a tiraggio meccanico, con ventilatori, servono fabbriche, raffinerie e la climatizzazione dei grandi edifici.

Poiché mettono a contatto acqua tiepida e aria e liberano goccioline fini, le torri di raffreddamento possono diffondere la legionella. Focolai di legionellosi sono stati ricondotti a esse, e la pulizia e la disinfezione regolari delle torri, con separatori di gocce che trattengono le goccioline, sono il modo abituale di prevenirli.