Dans une tour de refroidissement, l'eau chaude et humidifiée est distribuée uniformément via un système de distribution d'eau dédié, échangeant de la chaleur avec l'air sec à l'intérieur de la tour. Ce processus implique le flux de molécules d'eau à haute-température vers l'air à basse-pression, accompagné d'un transfert de chaleur direct de l'air-à-de l'eau et d'un transfert de chaleur par évaporation. Cela dissipe efficacement la chaleur perdue et refroidit l’eau.
Examinons de plus près le principe de refroidissement dans une tour de refroidissement circulaire à contre-courant. Tout d'abord, l'eau chaude est pressurisée par une pompe à eau et distribuée via une série de tuyaux et de buses jusqu'au système de distribution d'eau de la tour de refroidissement. Ici, de petits trous dans les conduites de distribution d'eau distribuent l'eau chaude uniformément jusqu'au remplissage. De l'air sec et à faible-humidité pénètre ensuite dans la tour par la grille d'entrée d'air située en bas, qui est entraînée par un ventilateur. Lorsque l'eau chaude traverse le remplissage, elle forme un film d'eau qui échange de la chaleur avec l'air. A ce stade, l'air chaud et humidifié est extrait du haut de la tour, tandis que l'eau de refroidissement s'égoutte dans le bassin inférieur puis retourne à l'unité principale par un tuyau de sortie.
Il est important de noter que l’air entrant dans la tour est généralement sec et à basse température. Dans cet environnement, il existe une différence significative de concentration en molécules d’eau et de pression cinétique entre l’eau et l’air. Lorsque le ventilateur fonctionne, la pression statique à l’intérieur de la tour force les molécules d’eau à s’évaporer continuellement dans l’air, les convertissant en vapeur d’eau. Cela réduit l'énergie cinétique moyenne des molécules d'eau restantes, abaissant ainsi la température de l'eau en circulation.
De plus, le processus de refroidissement par évaporation n'est pas affecté par le fait que la température de l'air (c'est-à-dire la température du bulbe sec) soit supérieure ou inférieure à la température de l'eau. Tant que les molécules d’eau continuent de s’évaporer dans l’air, la température de l’eau continue de baisser. Cependant, il est important de comprendre que l’évaporation de l’eau de l’air n’est pas définitive. Lorsque l’air en contact avec l’eau atteint la saturation, toute évaporation supplémentaire est impossible et l’équilibre dynamique est atteint. À ce stade, le nombre de molécules d’eau qui s’évaporent est égal au nombre de molécules qui reviennent de l’air vers l’eau, et la température de l’eau reste constante. Par conséquent, plus l’air en contact avec l’eau est sec, plus l’évaporation se produit facilement et donc plus la température de l’eau diminue facilement.
