Principio di funzionamento
Il meccanismo fondamentale è l'evaporazione parziale dell'acqua di circolazione a contatto con un flusso d'aria. Quando una piccola frazione dell'acqua (tipicamente il 1-3% della portata circolante) evapora, sottrae dal liquido il calore latente di vaporizzazione (circa 2.450 kJ/kg a 20 °C), abbassando significativamente la temperatura del resto della massa liquida. L'efficacia del processo dipende dalle condizioni psicrometriche dell'aria in ingresso - in particolare dalla temperatura di bulbo umido (wet-bulb temperature, Twb) - e non dalla temperatura di bulbo secco. Questo è il motivo per cui le torri evaporative sono intrinsecamente più efficienti dei condensatori ad aria in climi con bassa umidità relativa, e perché è teoricamente impossibile raffreddare l'acqua al di sotto della Twb dell'aria entrante (che rappresenta il limite asintotico del processo).
Classificazione e configurazioni
Le torri si classificano in base al flusso relativo di aria e acqua: nelle torri a flusso controcorrente (counter-flow) l'aria risale dal basso verso l'alto mentre l'acqua scende dall'alto verso il basso, massimizzando il gradiente di temperatura e quindi l'efficienza di scambio. Nelle torri a flusso incrociato (cross-flow) l'aria attraversa orizzontalmente il riempimento mentre l'acqua scende per gravità. Rispetto alla motricità dell'aria, si distinguono le torri a tiraggio naturale - tipiche delle grandi centrali termoelettriche, riconoscibili per le caratteristiche forme iperboloidi in cemento armato alte decine di metri - dalle torri a tiraggio meccanico, dove uno o più ventilatori assiali (in configurazione induced draft o forced draft) forzano il flusso d'aria attraverso il corpo della torre.
Gestione della qualità dell'acqua e legionella
La concentrazione dei solidi disciolti nell'acqua di torre aumenta progressivamente per effetto dell'evaporazione: il rapporto tra la concentrazione nell'acqua di circolazione e quella nell'acqua di reintegro prende il nome di cicli di concentrazione (CoC). Per controllare l'accumulo di sali e prevenire lo scaling, si esegue il blowdown (o purge): una frazione dell'acqua concentrata viene scaricata e sostituita con acqua fresca di reintegro (make-up). La gestione microbiologica è un aspetto di assoluta criticità sanitaria: le condizioni di temperatura (tipicamente 20-40 °C) e la presenza di nutrienti nel bacino della torre rappresentano un ambiente favorevole alla proliferazione di Legionella pneumophila, agente eziologico della legionellosi. La normativa italiana (Circolare delMinistero della Salute, linee guida SNPA) e le norme europee (ASHRAE 188, EN 13741) impongono piani di gestione del rischio legionella che includono monitoraggio microbiologicoperiodico, trattamenti biocidi (cloro, biossido di cloro, perossido di idrogeno con argento) e controllo del drift eliminator, il dispositivo che abbatte il trascinamento di aerosol verso l'esterno della torre.
Vantaggi
Le torri evaporative permettono un raffreddamento efficiente dei processi industriali con consumi energetici contenuti. Offrono elevate prestazioni termiche, continuità operativa e ottimizzazione dei consumi idrici, contribuendo a migliorare l’efficienza complessiva degli impianti industriali e HVAC.
