6 turnuri de răcire

8/10/2019 6 Turnuri de Rcire

1/54

Turnuri de rcire


2/54


3/54

Exploatarea unui turn de racire (Centrala termica cu injectiea gazelor de ardercurtate )


4/54


5/54

Evolutia istoric a turnuri de racire cu tiraj natural

Dispozitive tehnice de rcireau aparut prima oara la sfrsitul secolului al 19-

lea. Forma bine-cunoscuta hiperbolica a turnurilor de rcirea fost introdusa dectre doi ingineri olandezi, Van Iterson si Kuyper, care au construit n 1914primul turn hiperboloidal de 35 m. Pn n anii 1930, cand au fost realizateturnuri de nltimi de 65 m. Primele structuri mai inalte de 100 m au fostturnurile de la statia de mare putere Marnham n Marea Britanie. Azi cele mai

nalte turnuri de rcire, situate la mai multe centrale electrice nucleare dinFranta, ajung lanltimi de aproximativ 170 de metri.


6/54

ClasificareTurnurile de rcire ar putea fi clasificate pe baza tirajului si modelulului decurgere. Fiecare tip de turn de rcire are avantajele si dezavantajele sale

proprii, asa ca selectia propriu-ziseste bazatpe functionarea sistemului. nplus, selectia materialelor turnului de rcire este de asemenea importanta.Turnurile de rcire tind s fie corodate datorita contactului direct cu apa decieste necesar alegerea corespunztoare a materialului sau tratareasuplimentar a apei pentru a mentine apoi turnul de rcire n conditii de

sigurant.Dimensionare unui turn de rcirese poate face prin metode grafice.Existmai multi factori importanti care guverneaz functionarea unui turn deracire:- Temperaturile uscatsi umeda aerului- Temperatura apei calde

- Eficienta de contact ntre aer si ap, n termeni de coeficient de transfer demasvolumetrica si timpul de contact ntre aer si ap- Uniformitatea de distributie a fazelor n cadrul turnul- Coborirea de presiune a aerului- Temperatura dorita apei rcite


7/54

Aerul poate intra in turn condus de un gradient de densitate (tiraj natural), arputea sfie mpins n turn (tiraj fortat) de la bazsau atras n turn (tiraj indus)cu ajutorul unui ventilator.Turnurile de rcirear putea fi clasificate dupa urmtoareleconsiderente:1. Dacexistcontact direct sau indirect2. Mecanismul utilizat pentru a oferi fluxul de aer necesar3. Cilerelative ale fluxului de aer si de ap4. Materialele principale de constructie5. Tipul mediului de transfer de clduraplicat6. Forma fizica turnului


8/54

Clasif icarea dup a modul de cons truct ieTip pachetAcest tip de turnuri de rcire este preasamblat si poate fi transportat ncamioane. Capacitatea turnurilor de tip pachet este limitata i din acest motiv,ele sunt de obicei preferate de faciliti cu cerinede reducere mica atemperaturii, cum ar fi instalaiile de prelucrare a produselor alimentare, fabricitextile, cldiri cum ar fi spitale, hoteluri, mall-uri, etc. Datorit utilizarii intensiven zonele urbane, controlul nivelului de sunet este o problem relativ maiimportanta pentru turnuri de racire de tip pachet.

Tip ridicat in amplasamentTurnurile de racire de tip ridicat in amplasament sunt, de obicei, de preferatepentru centralele electrice, fabrici de prelucrare de oel, rafinrii de petrol,fabrici petrochimice. Aceste turnuri sunt mai mari n dimensiuni comparativ cuturnuri de rcire de tip pachet.


9/54

Clasificarea bazat pe metoda transferului de cldurTurn de rcire umed

ntr-un turn de rcire natural "umed", apa nclzit este distribuit uniform princanale i conducte de umplere.Apa se prelinge prin foile de condensare i vinen contact cu aerul mai rece n ascensiune. Apare rcirea prin evaporare si aparacita este apoi colectat n bazinul de ap pentru a fi reciclata n condensator.Diferena in densitate dintre aer cald de interior i aer rece de afara creeaztiraj natural n interior. Acest flux ascendent de aer cald, care duce la un fluxcontinuu de aer proaspat prin prizele de aer n turn, este protejat mpotrivaturbulenelor atmosferice de coaja de beton armat. nveliul turnului de rcire

este susinut de o grind cu zbrele sau cadru de coloane care genereaza zonade admisie a aerului pe la fundaia turnului.


10/54

Turn de rcireuscatSunt turnuri de rcire care funcioneaz pe baza de rcire prin convecie. nacest caz, distribuiaapei, umplerea ibazinul de apsunt nlocuite printr-unsistem de conducte nchis n jurul admisiei aerului, asemntoare,de fapt, cuun radiator gigantic auto. n timp ce turnurile de racire uscate sunt superioaredin punct de vedere al protecieimediului, eficiena lor termiceste de numaiaproximativ 30% din ce-a a turnurilor comparabile umede. Dac gazele deardere se cur prin tehnologia de splare, ele sunt frecvent evacuate natmosfer de ctre fluxul ascendent al turnului de rcire. Acest lucrueconomiseterenclzireagazelor de ardere curateiconstruirea unei cosul

de fum

Racitor fluid (fluid cooler)

Acest turn trece fluidul de lucru printr-un pachet de tuburi, pe care apcurateste pulverizat i se induce un tiraj de catre un ventilator. Randamentul de

transfer de cldurrezultat este mult mai aproape de cel al unui turn de racireumeda, cu avantajul oferit de un racitor uscat de a proteja fluidul de lucru de laexpunerea la mediu icontaminare.


11/54


12/54

Turnul cu tiraj natural

Turnul de rcire cu tiraj natural sau hiperbolic face uz de diferena detemperatur ntre aerul nconjurtor i aerul mai cald din interiorul turnului.Cum aerul cald se ridicprin turn, aerulproasptrece este tras n turn printr-un

sistem de admisie de la partea de jos.Doi factori sunt responsabili pentru crearea tirajului natural:- o cretere a temperaturii i umiditii aerului n coloana reduce densitateaacestuia, i- viteza vntului la partea de jos turnului.

Datoritaspectului turnului, ventilatorul nu este necesar. Dar, n unele cazuri,cteva ventilatoare sunt instalate n partea de jos pentru a spori debitul de aer.Acest tip de turn se numeteturn cu tiraj natural asistat de ventilatoare.Forma hiperbolica este utilizatdin urmtoarelemotive:- pot fi montate anumite sisteme n zona largdin partea de jos a carcasei;

- introducerea de aer devine lin ndreptat spre centru din cauza formei deperete, producnd un tiraj puternic ascendent;- aceastformasigurrezistenstructuralistabilitate mai mare a peretelui.


13/54

Cderede presiune pe turn este sczuti viteza aerului de mai sus depachetare variazde la 1-1,5 m/s. Turnul de beton este sprijinit pe un setcoloane de beton armat. Betonul este utilizat pentru peretele turnurilor cuo nlime de pn la 200 m. Aceste turnuri de rcire sunt utilizate n

principal pentru reducerile de cldurmari, deoarece structurile de betonde mari dimensiuni sunt scumpe.

Fig (a) Turnul de racire in flux incrucisat i (b) turnul de racire cu tiraj in flux natural


14/54

Turn de rcirecu tiraj mecanicDatorita formei lor imense, dificultilorde construcieide cost, turnurile cutiraj natural au fost nlocuite n multe instalaii de turnuri cu tiraj mecanic.Turnurile cu tiraj mecanic au ventilatoare mari pentru a forta sau trage aer prin

apa circulat. Apa cade pe suprafetele de umplere, ceea ce ajut la cretereatimpului de contact dintre api aer. Randamentele de rcireale turnurilor cutiraj mecanic depind de diversi parametri; cum ar fi diametrul ventilatorului iviteza de operare, rezistenade umplere a sistemului, etc


15/54

2 Componentele unui turn de rcire natural

Componenta cea mai important a unui turn de rcirenatural este un inveligigant, tip turn. Acest nveli este susinut de coloane diagonale, meridionale

sau verticale gzduindsi zona de admisie a aerului. Coloanele, din beton armatde inalt rezistenta, fie sunt prefabricate sau turnate in situ, in cofraje de otel(Figura 5).


16/54

Dup ridicarea coloanelor i inelului marginii inferioare, este asamblatcofrajulpaitoriincepe construirea treptata turnului de rcire.Betonulproasptioelulde armare sunt furnizate la site-ul de lucru de ctre

o macara centralancoratlaprilerealizate din coaj,isunt plasate inpai

de turnare depnla 2 m nlime

Dup realizarea rezistentei dorite, cofrajele sunt ridicate pentru

urmtoareapasire.

P i d bili b l i i f i i fi i


17/54

Pentru a spori durabilitatea betonului i pentru a oferi acoperire suficientpentru armare, grosimea peretelui turnului de rcirenu trebuie sfie mai micde 16 la 18 cm. Coaja n sine ar trebui s fie suficient de rigidizat de ctregrinzile marginale superioar i inferioar. n scopul obinerii unei rezistene

suficiente mpotriva instabilitii, turnurile de rcire mari pot fi ntrite prininele suplimentare interne sau externe. Aceste elemente de rigidizare pot servi,de asemenea, ca un instrument de reparare sau reabilitare.Turnuri de rcire umede au un bazin de apa cu o priz de ap rece la baza.Acestea sunt structuri mari, capabile scirculepnla 50 m

3/s de apa.

t i di i t i l t l i t t t d i l


18/54

onstrucia din interiorul turnului este o structur cadru convenional,ntotdeauna prefabricata. Suporta sistemul de distributie al apei, un sistem deonducte, duzele de pulverizare, i sistemul de umplere. Deseori capcane deurgere sunt aplicate pe suprafeele superioare de umplere pentru a menine

ierderile de apascendenta sub 1%. n cele din urm,elementele deproteciempotriva zgomotului n jurul admisiei reduc zgomotul cauzat de scurgereaontinua a apei.


19/54

Degradari i cedariAzi turnuri de racire cu tiraj natural suntsigure i durabile dac sunt proiectate iconstruite corect.

Trebuie recunoscut faptul c acest nivel denalt calitate a fost atins doar cu leciilenvate dup ce o serie de turnuri s-auprbuitsau deteriorat puternic.Desi turnurile de racire au fost pentru multedecenii cele mai mari structuri tip carcasaexistente, proiectarea i construca lor a fostrealizata pur i simplu urmind existentele"regulilor recunoscute ale miestriei", care

niciodatnu a avut n vedere construciiledeacest tip si scara. Acest lucru s-a schimbatradical n urma cedarilor de la Ferrybridge n1965. Pe 1 noiembrie 1965, trei dintre optturnuri de rcire de 114m s-au prbuit n

timpul unei furtuni de gradul 12 Beaufortntr-un mod evident identic.

i i d t id t t l f l d l t il


20/54

n civaani de acest accident spectaculos, fenomenul de rspunsal turnurilorde rcirea fost studiat n detaliu, iau fost dezvoltate concepte de sigurancunorme de proiectare mbuntite.Aceste activiti internaionale de cercetare au luat amploare dup apariia

defeciunilorconstatate la Ardeer (Marea Britanie) n 1973, Bouchain (Frana)n 1979, si FiddlersFerry (Marea Britanie) n 1984, cazul din urmafiindnmod clar influenaefectele dinamice ide stabilitate.n studierea acestor cedari, se pot recunoatecelpuinpatru condiiicomune:1.Viteza maxima vntului de proiectare a fost de multe ori subestimata, astfel

ca marja de siguranpentru incarcarile din vnt a fost insuficient.2. Efectele de grup care duc la viteze ale vntului mai mari iinfluenacrescutaa vortexului pe turnurile din aval au fost neglijate.3. Mari regiuni ale peretilor au fost armate ntr-un singur strat central (n doudireciiortogonale), sau armarea in dublu strat a fost insuficient.

4. Turnurie nu au avut grinzi superioare de margine sau cele existente au fostprea slabe pentru rigidizarea structurii mpotriva aciunilordinamice a vntului.


21/54

Geometrie

Principalele elemente ale unui turn de rcire sub forma unui hiperboloid derotaiesunt

Aceasta forma se ncadreazn clasa structurilor cunoscute sub numele de cochiliisubiri. Seciunea transversal descrie profilul ideal a unei carcase generate derotirea unui hiperboloid R f(Z) dupa axa vertical(Z). Coordonata Z se msoardela gt n timp ce z este msuratde la baz. Toate dimensiunile n planul RZ sunt

specificate pe o suprafa de referin, teoretic zona mediana a carcasei, dar esteposibil de asemenea suprafaainterioarsau exterioar. Dimensiunile se refera apoila aceast suprafa utilizind grosimea. Exist mai multe variante posibile peaceasta geometrie, cum ar idealizarea ca un con-toroid, cu un con superior iinferior conectate printr-un segment toroidal, douhiperboloide cu diferite curburi

conectate la gt, i un offset al curbei care descrie coaja peretelui de la axa derotaie.

El t i t t l jii i l d l l d l b d


22/54

Elemente importante ale cojii includ coloanele de la baza, care prevddeschiderile necesare pentru aer; buiandrugul, care este fie un element discretsau mai des o parte ngroat a cojii, care este proiectat pentru a distribuireacunile concentrate de coloane n peretele cojii; perete coaj sau voal, care

poate fi de diferite grosimi i ofer incinta; i cornia, care asemanatorbuiandrugului poate fi discreta sau o parte ngroatde perete conceputa pentrua ntripartea de sus mpotriva ovalizarii.Ecuaiacurbei generatoare este datde

unde b este o dimensiune caracteristic a coaj, care poate fi evaluate prin

n cazul n care curbele superioare i inferioare sunt diferite. Dimensiunea beste legat de panta asimptotei la hiperbola generata prin


23/54

ncarcriTurnurile de rcire hiperbolice pot fi supuse la o varietate de condiii dencrcare. Cel mai frecvent, aceste sunt ncrcaripermanente (dead loads) (D),la vant (W), cutremur (E), variaiide temperatur(T), incarcari de executie (C),

i de stabilizare (S). Pentru dimensionarea elementelor turnurilor de rcire,efectele diverselor condiii de incarcare trebuie s fie luate i combinate, nconformitate cu coduri sau standarde aplicabile.

Incarcarile permanente const din greutatea proprie a peretelui iechipamentelor.

ncrcarea eolian este extrem de importanta in designul turnului de rcirepentru mai multe motive. Mai nti de toate, cantitatea de armatura, dincolo deun nivel minim prescris, este adesea controlat de diferena neta dintreintinderea cauzata de vnt i compresiunea sarcinilor permanente i, prinurmare, este deosebit de sensibila la variaiile de tensiune. n al doilea rnd,

presiunea cvasistatica asupra peretelui este sensibila la variaia pe vertical avitezei vntului, aacum este pentru majoritatea structurilor, i,de asemenea, la

variaiacircumfereniala vntului n jurul circumferintei turnului, ceea ce estes ecific cor urilor cilindrice.

n timp ce variaia pe vertical este n mare msur o funcie de condiiile


24/54

n timp ce variaia pe vertical este n mare msur o funcie de condiiileclimatice regionale i de neregulitatile de suprafa a solului, variaiacircumferentiala este puternic dependent de proprietile de rugozitate alesuprafeeiperetelui. Exist,de asemenea, efecte suplimentare ale vntului, cum

ar fi de aspirare intern,amplificarea dinamica, iconfigurarea de grup.Presiunea externa vntului care acioneazn orice punct de pe suprafaacojiieste calculata ca

n careq (z) = presiunea de viteza efectiv la o nlime z deasupra nivelului soluluiH () = coeficientul de distribuie pe circumferin a presiunii externe avntului

1 + g = factorul de rspuns de rafalg = factorul de vrfq(z) ar trebui s fie obinute de la codurile sau standardele aplicabile.

Distribuia pe circumferin a presiunii vntului


25/54

Distribuia pe circumferin a presiunii vntuluise noteaza cu H () i este prezentata n figura

Regiunile cheie sunt meridianul din vnt, =0,aspiraia laterala maxim, 70, i aspiraiaspate, 90. Aceste curbe au fost determinate

prin msurtori de laborator i de teren nfunciede parametrul rugozitatii k/a aacum searatn figura 14.11, n care k este nlimeadecoast i a este distana medie ntre coastemsurata la aproximativ 1/3 din nlimeaturnului.

Rugozitatea suprafeei k/a i aspiraia maxima laterala.

Se reine faptul c coeficientul de a lungul meridianului din vint H() reflect


26/54

Se reine faptul ccoeficientul de-a lungul meridianului din vint H() reflectpresiunea aa-numita de stagnare n timp ce aspiraia laterala este afectatasemnificativ de rugozitatea suprafeei k/a. Forele meridionale din perete i,

prin urmare armarea de oel necesar sunt foarte sensibile la H(). La rndul

lor, costurile de construcie sunt afectate. Astfel, proiectarea coastelor, sauelementele alternative de rugozitate, sunt un element important. Ecuaiilepentru diferite curbe i valorile tabulare sunt prezentate n tabelul 14.1, laintervale de 5.

Distribuia pe circumferin a presiunii externe din vint poate fi prezentata ntr-

un alt mod care accentueaza importana asimetriei. Dac distribuia H.() estereprezentat ntr-o serie Fourier cosinusoidala de forma

coeficienii Fourier An pentru o distribuie similar cu a curbei pentru K1 3 sunt


27/54

coeficieniiFourierAnpentru o distribuiesimilarcu a curbei pentru K1.3 suntdupcum urmeaz:n An0 .0.3922; 1 - 0.2602; 2 - 0.6024; 3 - 0.5046; 4 - 0.1064; 5 .0.0948;

6 .0.0186; 7 - 0.0468

Modurile reprezentative sunt prezentate n figura

Componente armonice ale deplasarii radiale.

Modul n = 0 reprezint expansiunea i contracia uniform de circumferin n timp ce


28/54

Modul n 0 reprezintexpansiunea icontraciauniformde circumferin,n timp cen = 1 corespunde ndoirii tip grinda dupa o axa diametrala rezultnd n translareaseciunii transversale. Modurile mai mari n> 1 sunt caracteristice carcasei n sensul cacestea produc deformaiiondulate n jurul seciuniitransversale, fara nici o translatienet. CoeficieniiFourier relativ mari asociati cu n = 2,3,4,5 indic faptul c o parte

semnificativa ncrcariiva provoca deformriale carcasei n aceste moduri. La rndullor, forelelocale corespunztoaresunt semnificativ mai mari si nu ar produce dect unrspunstip grind.Pentru a ineseama de condiiileinterne din turn n timpul funcionrii,este opracticcomunadugarea unui coeficient de aspiraieaxisimetric intern H = 0,5 la coeficienii

presiunii externe H (). Din punct de vedere al reprezentriiin serie Fourier, acest lucruar spori A0 la -0.8922. Amplificarea dinamica a presiunii de viteza efectiv estereprezentata de parametrul g n Ecuaia 14.5. Acest parametru reflect partea derezonana rspunsuluistructurii ipoate fi maximum 0.2, n funciede caracteristiciledinamice ale structurii. Atunci cnd baza lui q (z) include o poriunedinamica, (1 + g)

este de obicei luatca 1.0.Turnurile de rcire sunt adesea construite n grupuri i n apropiere de alte structuri,cum ar fi cosuri de fum sau centrale termice, care pot fi mai mari dect turnul n sine.Atunci cnd distanadintre turnuri este mai mica dect 1,5 ori diametrul bazei sau de 2ori diametrul gtului, sau atunci cnd alte structuri inalte sunt n apropiere, presiuneavntului raportata la orice singur turn poate fi modificata n formiintensitate. Astfelde efecte pot genera creteridramatice n ncrcarede vnt.

ncrcarcarile din cutremur pe turnurile de rcire hiperbolice sunt produse


29/54

ncrcarcariledin cutremur pe turnurile de rcire hiperbolice sunt produseprin miscari ale solului transmise de la fundatie prin coloanele de susinereibuiandrug n coaj. Dac miscarea de baz se presupune a fi uniform peverticalipe orizontal,efectele circumferenialesunt axial simetrice (n = 0)

i respectiv antisimetrice (n = 1). n direcia meridionala, magnitudinea idistribuia forelor induse de cutremur este funcie de masa turnului iproprietile dinamice ale structurii (frecvenele naturale i de amortizare),precum i de acceleraiaprodus de cutremur la baza structurii. Cea maiadecvat tehnica de determinare a sarcinilor aplicate de un cutremur de

proiectare pentru carcasa i componente este metoda spectrului de raspuns,care, la rndul su, necesit o analiz in vibraii proprii pentru a evaluafrecvenele naturale. Este comun utilizarea spectrului elastic cu 5% dinamortizarea critic. Stlpii de susinere i fundaia sunt critice pentru aceastcondiiede ncrcareiar trebui sfie modelate n detaliu.

Variaiile de temperatur de pe turnuri de rcire rezult din dou surse:


30/54

Variaiile de temperatur de pe turnuri de rcire rezult din dou surse:condiiilede funcionareiincalzirea solara pe una din fee. Condiiiletipice deoperare sunt o temperaturexterioarde -15 C itemperaturinterna de 30 C.Acesta determina un efect axial simetric. Pentru soare este adecvat un gradient

de temperatura de 25 C constant pe nlimeidistribuit ca ojumtatede undn jurul unei jumtati din circumferina. Aceasta ncrcare ar necesita oexpansiune Fourier n forma ecuaiei 14.6 i componente armonice mai mari,n> 1, care urmeazsfie luate n considerare.

Incarcarile de executie sunt, n general, cauzate dedispozitivele de fixare ale cofrajelor pasitoare, deancorele macaralei turn, precum i de echipamente

pentru transport de materiale.Aceste incarcari trebuie sfie luate n considerare pe

partea de perete existenta la faza de construcie.

Tasari neuniforme ca urmare a diferitelor rigiditatiale subsolului pot fi un considerent. Astfel de efectear trebui s fie modelate prin considerarea

interaciuniidintre fundaieisol.

M t d d li


31/54

Metode de analiz

Peretii subiripot rezista ncrcarilorexterne prin forelecare acioneazparalelcu suprafaa cojii, forele care acioneaz perpendicular pe suprafaa cojii, imomente. n timp ce analiza de carcase poate fi formulata n cadrul teoriei tri-

dimensionalde elasticitate, existteorii care sunt reduse bidimensional isuntexprimate n termeni de intensitate de forimoment. Aceste intensitisunt nmod tradiional bazate pe o suprafa de referin, n general, suprafaamediana, isunt foreleimomentele pe unitate de lungime a elementului dinmijlocul suprafeei pe care acioneaz. Acestea sunt numite rezultante detensiuni i respectiv cupluri de tensiuni, si sunt asociate cu cele trei direcii:circumfereniale1, meridionale 2inormale 3.

n figura, rezultantele tensiunilor de intindere,n11 i n22, rezultantele tensiunilor de forfecareplane, n12= n21, precum irezultantele tensiunilortransversale de forfecare, q

12=q

21, sunt prezentate

n diagrama din stnga impreuna cucomponentele de ncrcare aplicat n direciicircumferentiala, meridionala, i normala, p1;

p2,, p3. Cuplurile de tensiuni de ncovoiere, m12im21, icuplurile de tensiuni de torsiune, m12=m21, sunt prezentate n diagrama din dreapta,

mpreun cu deplasrile v1, v2 iv3 n direciilerespective.

arcase e su t r u u arcu te au ost concepute s rez ste a ncrcar ap cate n pr mu


32/54

arcase e su t r u u arcu te au ost concepute srez ste a ncrcarap cate n pr mund prin forele de intindere i forfecare n "planul" suprafeei cojii (starea deembran), spre deosebire de forfecari transversale imomente de incovoiere itorsiune

are predomin n plci plane ncrcate normal pe suprafa (starea de ncovoiere).ceast metodologie (care are avantajul de a fi static determinata) a fost foarte util

entru epoca pre-computer ia permis ca multe placi curbe mari, subtiri, inclusiv turnurilee rcire, s fie raional concepute i economic construite. Deoarece condiiile carerebuie s fie puse la graniele carcasei, pentru a asigura starea de membrana nu sunntotdeauna realizabile, trebuie s fie luate n considerare incovoieri ale carcasei.ncovoierea nsoitoare se limiteaz de multe ori la regiuni nguste din vecintate

ranielori altor discontinuiti care pot avea doar un efect minor asupra proiectarii densamblu, cum ar fi ngroarealocali/sauconsolidarea suplimentar.n prezent utilizarea teoriei de membrana pentru analiza a astfel de placi subiri se maiace doar pentru proiectare preliminara, metoda elementului finit fiind larg acceptata ctandard de tehnica contemporan. Aacum este de multe ori cazul, un mai mare nivel depecificitate este de cele mai multe ori necesar. n consecin,un model poate evolua pri

ai multe etape, incepand cu o versiune relativ simpl, care permite predimensionaretructurii, la versiuni mai sofisticate, care pot reprezenta fenomene, cum ar fi secvenadeolaps progresiv al peretelui construit n diverse scenarii de ncrcarestaticidinamic,fectele marginale ale etapelor progresive ale construciei, influena mediului,mbtrnirea i deteriorarea structurii etc. Tehnicile descrise n urmtoarele alineate

ormeaz o progresie ierarhica de la relativ simplu la foarte complex, n funcie de

n modelarea carcasei turnului de racire folosind metoda elementului finit, exist un


33/54

n modelarea carcasei turnului de racire folosind metoda elementului finit, exist unnumrde opiuni. Pentru perete se pot utiliza elemente inelare, elemente triunghiulare,sau elemente patrulatere (in prezent sunt foarte populare elementele plane curbe subtiridegenerate din elemente solide tri-dimensionale utilizate att n forma inelara cit ipatrulatera).

Regiunea coloanelor de la baza structurii prezint o provocare special de modelare.Pentru analiza static,limita de jos este adesea idealizata ca un suport uniform la nivelulbuiandrugului. Apoi, o parte din carcasa inferioara i coloanele este considerata ntr-oanaliz ulterioar pentru a ine cont de aciunile concentrate ale coloanelor, care potptrunde doar pe o distan relativ scurt n perete. Pentru analiza dinamic, este

important s se includ regiunea coloan, mpreun cu voalul n model. Un elementplac curba echivalent s-a dovedit util n acest sens, cnd elementele inelare suntfolosite pentru a modela peretele. Poate fi, de asemenea, de dorit s se includ uneledintre elementele de fundaie,cum ar fi o grinda inelara debazichiar piloti de sprijinntr-un model dinamic sau de fundare.

Metoda analizei statice liniare sebazeazpe teoria clasica incovoierii placilor subtiri.Rezultatele unei astfel de analize sunt tensiuni si momente definite pe toatsuprafaacarcasei i deplasrile nsoitoare. Analiza este bazata pe geometria iniial,comportamentul liniar elastic al materialului i o lege liniar cinematic. Unelerezultatele reprezentative ale acestor analize pentru un turn de rcire mare suntprezentate n cele ce urmeaza pentru unele dintre condiiile de ncrcare importantediscutate n seciuneaprecedent.


34/54

Proiect pentru geometria unui turn de racire de 200m

Modelul cu elemente finite utilizat considerperetele care urmeazs fie construit lapartea de sus a coloanelor (nu reflectefectul reaciunilorconcentrate ale coloanelor).De asemenea, n considerare analizelor n condiiile de ncrcare individuale, trebuiereamintit faptul c efectele trebuie s fie factorizate i combinate pentru a produce

valori de proiectare.


35/54

Forelecircumferentiale n11G si forele mediane n22Gpentru incarcari permanente.

Rezultatele analizei ncrcarilorpermanente indic faptul cperetele este ntotdeauna

sub compresiune n ambele direcii,cu excepiaunei tensiuni circumferenialemici npartea de sus. Aceasta este o caracteristicde dorit a acestei forme geometrice.


36/54

Forelecircumferentiale n11W Forele mediane n22W Forelede forfecare n12Wpentru incarcari de vnt

n figurile anterioare sunt prezentate rezultatele unei analize de vantcvasistatice folosind K1.0. Sunt prezente tensiuni mari in ambele direcii:mediana si circumfereniala. Regiunile de tensiune se pot extinde pe o distanconsiderabil de-a lungul circumferinei de la meridianul de sub vnt, iamploarea forelor este puternic dependent de distribuia selectat. Spredeosebire de corpurile cu contur ne hidrodinamic, unde amploarea forei deintindere de-a lungul meridianul ar fi n esen o funcie de momentul dersturnare,corpurile de tip cilindric sunt de asemenea, puternic influenatededistribuia circumferenial a presiunii aplicate, n funcie de rugozitatea

suprafeei. Efectul major al forelorde forfecare este la nivelul buiandruguluin zona unde acestea sunt transferate n coloanele.


37/54

Efectele interne de aspiraie sunt semnificative numai n direciacircumferentiala.Pentru cazul temperaturii de serviciu principalele efecte sunt ncovoiere nregiunea inferioara peretelui.

Forelecircumferentiale n11Ssi Forele mediane n22Saflate sub aspirare intern.

Momente circumferentiale de ncovoiere m11Tsi Momente dencovoiere mediane m22Tsub temperatura de serviciu.

Analiza carcasei turnurilor de racire hiperbolice la instabilitate sau flambaj este


38/54

Analiza carcasei turnurilor de racire hiperbolice la instabilitate sau flambaj esteun subiect complex, n principal ca urmare a influenei imperfeciunilor, iarcaracterul betonului armat il face chiar mai dificil. n timp ce ecuaiilecare ilreglementeaz pot fi generalizate pentru a trata instabilitatea prin utilizarea

relaiilor neliniare tensiuni-deplasari i, prin urmare, introducerea matricei derigiditate geometric, corelaia dintre rezultatele soluiei analitice i cedareaposibila a unui turn de rciredin beton armat este discutabil. Cu toate acestea,se obinuieate s se analizeze peretii turnurilor de rcire sub o combinatienefactorizatde sarcini permanente, plus vant, plus aspirare intern.

Modelul flambajului peretilor turnului cu grinda inelara superioara

Sunt disponibile diagrame de interaciune calibrate din studiile experimentale


39/54

Sunt disponibile diagrame de interaciune calibrate din studiile experimentalebazate pe flambaj. n plus, exist metode empirice bazate pe teste in tunelulaerodinamic, care iau n considerare o fixare impotriva flambajului la margineasuperioarn fiecare etapde construcie. Aceste formule suntproporionalecu

h/R i sunt convenabile pentru stabilirea unui grosimi corespunztoare. Dacsigurana la flambaj este evaluata pe baza unei astfel de analize liniare laflambaj sau a unei investigaii experimentale, factorul de siguranta la flambaj

pentru parametrii de materiale realiste ar trebui sdepeasc5.0. n prezent,utilizarea de analize de flambaj ar trebui s se limiteze la dimensionarea

preliminar,deoarece proceduri mai raionalebazate pe analiza neliniara au fostdezvoltate pentru a preziceprbuireacoji de beton armat.Progresele n analiza betonului armat au produs capacitatea de a analiza carcaselund n considerare compoziiastraturilor de seciunetransversal.

Model stratificat pentru placa subtire din beton armat

Utilizind proprieti realiste de materiale pentru oel i beton, inclusiv pentru


40/54

Ut d p op et ea ste de ate a e pe t u oe beto , c us v pe t urigidizarea tensionala (transferul tensiunilor de intindere locale de la armaturcatre betonul dintre fisuri prin interfata beton-otel) in forma prezentata ndiagramele urmatoare, relaii de ncrcare-deformare pot fi construite pentru

combinaii de ncrcari. Aceste relaii avanseaza din faza de liniar elastic lafisurarea iniialaa betonului pina la rspndireafisurilorpnla colaps.

Legea materialului elasto-plastic pentru oel Module de elasticitate aditionale datorate rigidizarii tensionale

Rezultatele dintr-un studiu neliniar sunt prezentate n figurile urmatoare.


41/54

p gGeometria peretelui este datn figura 1, factorul la vant este plotat mpotrivadeplasarii maxime laterale la partea de sus a peretelui n figura 2, iar formadeformatpentru sarcina de cedare e data n figura 3. De asemenea, modelul de

fisurare corespuzator cedarii iniialea armaturii este indicat n figura 4.

Geometria i grosimea peretelui Diagrama for-deplasare pentru combinaia de incrcari D + W


42/54

Plotarea deplasarilor de perete pentru combinaia de incrcariD + W: factorul de ncrcare = 1:83.

Modelul de fisurare pe faa exterioar a carcasei pentrucombinaia de sarcin D + W: factor de ncrcare = 1:54.

Pentru pereti de beton armat, acest tip de analizofero evaluare realista capacitii

peretilor de acest tip mpotriva ncrcarilor extreme. De asemenea, evalurile dedurabilitate pot fi realizate prin acest concept, prin care n special regiunile slabe iinpericol de fisurare pot fi identificate iconsolidate.Este posibil s se obin o estimare a factorului de ncrcare al vntului , dinrezultatele unei analize liniar elastice, chiar i printr-un calcul bazat pe teoria

membrana. Aceastestimare se calculeazca ncrcarede fisurare pentru perete sub ocombinaie de D + W i se bazeaz pe ideea c armatura poate aduga numai ocantitate modesta de capacitatea turnului dincolo de ncrcarede fisurare.Procentul de armare din perete este adesea controlat de un procent minim specificatmajorat cu cel necesar pentru a rezista tensiunii nete datorate combinatiilor de incarcare

factorizate. De aceea, sarcina de fisurare reprezintcea mai mare parte din capacitateafinala a turnului.

Analiza dinamica turnurilor de racire este de obicei asociata cu proiectarea la


43/54

pforeleinduse de cutremur. Abordarea cea mai eficienteste metoda spectruluide rspuns, dar o analiza time history poate fi adecvat n cazul n care suntincluse neliniaritati. Pentru carcase mari, este de multe ori investigat rspunsul

dinamic datorat vntului, celpuinpentru a determinapoziiileliniilor nodale idomeniile de vibraiiintense. n orice caz, primul pas este acela de a realiza oanaliz de vibraii libere. Aceast analiz reprezintmoduri de vibraie liberasociate cu fiecare frecvennatural,f, sau inversa sa, perioada naturala T, ca

produs al unui mod circumferenialproporionalcu sin nsau cos niun mod

longitudinal de-a lungul axei z. Unele rezultate reprezentative sunt indicate pefigurile.

Frecvenele naturale pentru rigiditati diferite de cornisapentru turnul de rcire analizat

Moduri naturale de vibraii normalizate pentru turnul dercire analizat

Se noteaza cfrecvenelenaturale scad cu incrementul npnce un minim este


44/54

patins dupcare cresc, un comportament tipic pentru peretii cilindrici subtiri. Deasemenea, rigiditatea cornisei tinde sa ridice frecvenaminim,ceea ce este dedorit pentru rezistenala vnt in rafale. Longitudinal, efectul rigiditatii cornisei

este semnificativ numai pentru moduri impare.n special pentru efectele cutremurelor, numai primul mod particip ntr-oanalizliniarpentru micareaorizontaluniforma bazei ivalorile respective

pentru n = 1 ar trebui sfie introduse n spectrul rspunsde proiectareSunt prezentate in continuare rezultatele la o analiza seismic a unui turn de

racire

Spectrul de raspuns seismic


45/54

Rspunsul seismic n primul si n al doilea mod axial si suprapunerea primelor doua modurilor axiale

Turnul de racire considerat este supus la oexcitaie de baz orizontala, conducnd la o

participare a primului mod circumferenial(n= 1). O analiz a spectrului de raspunsdetermina deplasarea lateral a axei turnului,forelemediane n22, si forelede forfecare n12aa cum se arat in figurile indicate. ngeneral, peretii de turn de rcires-au dovedita fi n mod rezonabil rezistenti la excitaiiseismice dar, evident, regiunea cea mai criticeste legturadintre coloane ibuiandrug.

Proiectarea i detalierea componentelor


46/54

Proiectarea i detalierea componentelor

Elementele structurale ale turnului ar trebui s fie construite cu un beton derezistenta adecvata urmind dispoziiile din codurile i standardele aplicabile.

Proiectarea retetei ar trebui s reflecte condiiile de plasare a betonului i amediului extern iintern al turnului. Perete trebuie sfie de o grosime care sa

permita ca doustraturi de armare n direciiperpendiculare sfie acoperite deun minim de 3 cm de beton i nu trebuie s fie mai mic de 16 cm.Consideraiilede flambaj menionaten seciuneaanterioars-au dovedit a fi un

criteriu de convenabil i,evident, acceptabil pentru stabilirea grosimii minime aperetelui, sub rezerva unei analize neliniare.

Formula

unde:E = modulul de elasticitate, a fost folosita pentru a estima presiunea critica de flambaj

a peretelui qc.

Apoi, h (z) este selectat pentru a oferi un factor de sigurande celpuin


47/54

p , ( ) p g p 5.0 raportat la presiunea maximde-a lungul meridianului din vint, q (z)(1 + g). De asemenea, corniaar trebui saiba o rigiditate minimde

unde:Ixeste momentul de inerie al seciunii transversale nefisurate pe directia axei verticale.

Forme tipice de seciunea transversal a cornisei

Elementele turnului de rciretrebuie sfie ntritecu bare de oel,astfel nct spreia


48/54

forele de intindere i momente care decurg din combinaia de control a gruparilorncrcarilorfactorizate. Peretii pot fi dimensionati ca seciunitransversale rectangularesupuse unor foreaxiale ide ndoire. In general trebuie sfie utilizata n pereioplasdubl de armare, n direciile meridionale i circumferiniale. n fiecare direcie,

straturile interioare i exterioare ar trebui s fie, n general, aceleai, cu excepiaapropierii de margini, unde incovoierea poate necesita oplasasimetrica.Este de preferat a localiza armare circumferenialn exteriorul armarii meridionale, cuexcepia apropierii de buiandrug, unde consolidarea meridionala ar trebui s fie peexterior pentru a stabiliza barele circumfereniale. Un segment tipic puternic armat de

buiandrug, aratind si ancorarea armaturii coloanei n perete, este descris n figura:

Un rezumat al celor mai importante valori minime de construcie pentru perete


49/54

Un rezumat al celor mai importante valori minime de construcie pentru pereteeste dat n figura:

Barele nu trebuie s fie mai mici dect 8mm in diameteru i,pentru bare meridionale,nu mai mici de 10 mm. Mai mult, un minim de 0,35 la 0,45%, n funciede fisurareaadmisibil,ar trebui sfie utilizate n fiecare direcie. Acoperirea minim,aacum sa

menionatmai sus, ar trebui sfie 3 cm, distanamaximdintre barele ar trebui sfie de20 cm, iar racorduri ar trebui sse repartizeazdupcum se specificn codurile saustandardele aplicabile. O ateniedeosebitar trebui acordatpentru mbinrin zone detraciune.

Coloanele de sprijin ar trebui s fie n mod ideal proportionate pentru forele il l l di li b


50/54

momentele calculate dintr-o analiz n care acestea sunt reprezentate ca membrediscrete, folosind combinaiide incarcari corespunztoare. Dacregiunea coloanei nu afost modelata discret, ci mai degrab printr-o aproximare continua, coloanele pot fiproporionate s reziste la forele tributare factorizate i momente de la interfaa cu

buiandrugul, calculate din analiza peretelui. Lungimea efectivpoate fi luat ca unitara.O atenie deosebit ar trebui s fie ndreptata spre jontarea barelor coloanelor cind oretea tensionala este prezent. Deoarece bare de dimensiuni mari vor fi implicate,racorduri sudate sunt recomandate n astfel de regiuni.Se pot adauga rigidizari circumferentiale discrete peretelui pentru a creste stabilitatea

sau pentru a restaura capacitatea pierduta din cauza fisurarii sau altor deteriorrii.Astfel de rigidizri pot fi, n general, incluse ntr-un model cu elemente finite alperetelui iar trebui sfie proportionate pentru forelecalculate de o astfel de analiz.Excentricitatile de rigidizare raportate la axa circumferenial ar trebui luate nconsiderare atunci cnd elementele de rigidizare sunt doar pe o parte a peretelui.Fundaiile trebuie s fie proporionate pentru forele factorizate induse de reactiunilecoloanelor, sau de forele calculate n cazul n care fundaia este inclus n model cuperetele icoloanele.Detalierea de armare i acoperirea trebuie s fie n conformitate cu codurile saustandardele aplicabile.

Mai multe forme mbuntite pentru fundatiile turnurilor de rcire au fost sugerate.i i i i i l l i i di iil d l if i


51/54

Figura 1prezintun picior inelar plat potrivit pentru condiiilede sol uniforme, n timpce figura 2prezinto fundaiefascicul de grinzi inelare rigide adecvata pentru condiiilede sol non-uniforme n jurul circumferintei. Un exemplu de fundatie izolata pe roca debazesteprezentatn figura 3.

Constructie


52/54

Toleranelepentru pereti de turnuri de rcirenalte din beton au fost dezbtutede maimuliani ivalorile rezonabile trebuie sia n considerare ceea ce este realizabil iceeace este msurabil. Trebuie remarcat ca modele de elemente finite sunt capabile de a

analiza atit structura construita, precum iconcepiade configurare, astfel nct efecteleanumitor nereguli aprute n timpul construciei,sau chiar cele descoperite mai trziu,pot fi studiate cantitativ i,uneori, corectate.Se recomand ca grosimea peretelui real s nu fie mai mica dect grosimea deproiectare i sa nu depeasc aceast grosime cu mai mult de 10%. Imperfeciunilesuprafeei mediane a peretelui nu trebuie s depeasc o jumtate din grosimeaperetelui sau 10 cm. Abaterile de la geometria de proiectare care apar n timpulconstruciei trebuie s fie corectate treptat, limitind schimbrile unghiulare n oricedireciela 1,5%. Capetele de coloana ar trebui sfie n tolerante de 0.005 ori nlimeacoloanei sau 6,0 cm fata depoziiade proiectare, istructurile fundaieide ar trebui sfie, de asemenea, n 6,0 cm fata de locul de proiectare.

Sistemele de cofrare ischelele sunt, n general, proprietatea si sunt furnizate de ctreconstructor. Influenalor asupra calitiiperetelui este de cea mai mare importan. ngeneral, sistemul trebuie sfie conceput pentru a oferi siguranapersonalului la operarei pentru a produce o structur solid. Platformele de lucru trebuie s fie proiectatepentru ncrcari reale, precum i schele utilizate pentru transportul continuu al

materialului trebuie sfie proiectate iconstruite inndseama de sarcinile care rezult.

Legturile i mbinrile ntre uniti individuale de schele trebuie s fie proiectate it it t i i d d t d l tf l t i d i


53/54

construite pentru a aciona independent, n caz de colaps, astfel nct pierderea uneiunitati sa nu afecteze unitileadiacente.n plus, cel puindoudispozitive independente de siguranar trebui s fie prezentepentru a preveni colapsul.

Peretele trebuie s fie conceput pentru a rezista la sarcinile de ancorare ale schelei,bazat pe rezistenta betonului care este de ateptatsfie disponibila cind ancorele suntncrcate. Monitorizarea continua rezistentei betonului n timpul procesului de ridicareeste esenial. Peretii turnurilor de rciresunt supuse la un mediu relativ sever a lungulvietii lor, care poate acoperi mai multe decenii, ingrijire specialtrebuie sfie luata n

scopul de a oferi o structurdurabil.Turnul este supus incarcarilor fizice produse de vnt, temperatur, umiditate careacioneaz pe betonul care poate fi inca n proces de uscare i ntrire. Pe durata devia, structura poate fi expusa la aciunea de nghe sever n stare saturata, atacurichimice din cauza substanelornocive n atmosferi n apivapori de ap, atacuribiologice datorate microorganismelor,

i, eventual, atacuri chimice suplimentare din

cauza gazelor de ardere curatereintroduse.

Betonul trebuie sfie din materiale de naltcalitate. Acesta ar trebui s


54/54

aiburmtoareleproprieti:_ Inalta rezistenta la atacuri chimice_ naltrezistentimpurie

_ naltdensitate structurala_ Inalta rezistenta la inghetFinisajul suprafeei trebuie s fie calitativ i suprafaa trebuie s fienetedifrsegregari. Bulele de aer mai adnci de 4mm, neregularitatineintenionate ale suprafeei la rosturi trebuie s fi evitate. nveliultrebuie s fie acoperit cu un agent de ntrireoferind un efect mare de

blocare ilungdurabilitate.Citeva sisteme de acoperire unicomponente (bazate pe acrilat sau

poliuretan) sau bicomponente (rasini epoxidice) sunt aprobate la nivel

mondial isunt ntr-un proces de mbuntirecontinu. De cea mai mareimportanpentru orice acoperire este omogenitatea filmului aplicat ntre 200 microni pentru unicomponente i 300 pentru sisteme

bicomponente, deoarece durabilitatea acoperirii complete este

6 turnuri de răcire

Documents