כמתואר בתרשים הסמוך של מגדל בזרימה נגדית, מים נשאבים מבריכת מגדל הקירור דרך צינורות הפצה אל התהליך וה במתקן תעשייתי. המים הקרירים סופגים חום מתהליכים חמים שצריכים להיות מקוררים וחוזרים אל מגדל הקירור (C). המים החמים חוזרים לחלק העליון של מגדל הקירור ומחלחלים כלפי מטה על חומר המילוי בתוך המגדל. אוויר עולה דרך המגדל במקרה זה בזרימה מאולצת על ידי מאווררים גדולים בראש המגדל. מפגש זה בין אוויר למים גורם למים להתאדות (E) ולכמות קטנה להיסחף מחוץ למגדל כטיפות יחד עם האוויר והרוח (W). המים שהתקררו בשל תהליך הסעת החום באידוי מתנקזים לבריכת המים הקרים בתחתית המגדל ומשם נשאבים חזרה שוב אל המעבים. המלחים המומסים במים אינם מתאדים ולכן נשארים במגדל, במים שלא התאדו. תופעה זו גורמת לעלייה בריכוז המלחים במי קירור, וכדי למנוע ריכוז מלח גבוה במים (העלול ליצור נזקים למגדל, לצנרת ולמעבים), חלק מהמים שנזרק מהמגדל נשטפים למערכת השפכים (D) - מי שטיפה. מי תוספת ממקור המים הזמין (M) מסופקים למגדל כדי לפצות על אובדן המים שהתאדו, אובדן המים שנסחפו עם הרוח ומי השטיפה.
מאזן המים במגדל הקירור מתואר כדלהלן:
formula_1
כיוון שמלח לא נפלט באידוי ניתן להגדיר את מאזן הכלוריד כדלהלן:
formula_2
ולכן:
formula_3
אם נשתמש במשוואת מאזן חום פשוטה במגדל קירור:
formula_4
ולכן:
formula_5
ככלל אצבע ניתן לקבוע שקצב האידוי במגדל קירור E שווה ל-1% מזרם הסחרור של המים לכל 5 מעלות צלזיוס של קירור.
בהיעדר נתונים מהיצרן לגבי פיזור טיפות ברוח ניתן להניח את ההנחות הבאות:
מחזורי התרכזות.
מחזורי התרכזות מייצגים את ההצטברות של מינרלים מומסים במי קירור המסוחררים במגדל. פליטה של חלק מהמים במחזור (Blowdown) משמשת בעיקר כדי לשלוט בהצטברות של מינרלים אלה.
הכימיה של מי התוספת למגדל, לרבות כמות המינרלים המומסים, יכולה להשתנות במידה רבה בין מקור מים אחד למשנהו. לעיתים גם מים ממקור אחד אינם אחידים בהרכבם הכימי. מי תוספת נמוכים במינרלים מומסים כגון אלה ממאגרי מים עיליים (אגמים, נהרות וכו') נוטים להיות קורוזיים למתכות. מי תוספת מאספקת מים בקרקע (כגון בארות) הם בדרך כלל גבוהים יותר במינרלים, ונוטים לשקוע במגדל, בצנרת ובמערכות ולייצר שכבת אבנית. הגדלת כמות המינרלים הנמצאים במים על ידי אידוי וריכוז יכול להפוך את המים לפחות קורוזיים לצנרת; עם זאת, רמות מוגזמות של מינרלים יכולות לגרום לבעיות הנובעות משקיעת אבנית.
ככל שמספר מחזורי ההתרכזות גדלים וריכוז המלחים במים עולה מעל לרמה מסוימת, המים אינם יכולים להכיל עוד מלחים מומסים בתוכם ומתחילה התגבשות של מוצקים בתמיסה. התגבשות זו שוקעת על המילוי במגדל בצנרת ובמחליף חום ופוגעת ביעילותם ואף יכולה לסתום מעברים צרים בהם. לכן, בהפעלת המגדל ישנה חשיבות לניטור ובקרת מחזורי ההתרכזות במי המגדל.
מחזורי התרכזות במגדלי קירור בדרך כלל נעים בין 3 ל-7, אבל לרוב זה תלוי במקור המים הזמין. למשל בארצות הברית משתמשים גם במים שיש להם רמות משמעותיות של מוצקים מומסים. מצד השני, אחד ממקורות המים הגדולים בניו יורק הוא מקור מי גשמים הנמוך למדי במינרלים; כשבמגדלי קירור בעיר לעיתים קרובות אפשרו להגיע עד 7 או יותר מחזורי התרכזות.
כיוון שמחזורי התרכזות גבוהים במגדל משמעותם פחות צורך במי תוספת, במקומות שהמים יקרים או אינם זמינים יהיו יותר השקעות לטיפול מים על מנת להגדיל ככל הניתן את מחזורי ההתרכזות.
טיפול במי מגדל.
בנוסף לאתגר מחזורי התרכזות המלחים במגדל, מי המגדל מהווים בית גידול פורה לאצות ולמיקרואורגניזם, בהם חיידקים כדוגמת חיידקי מחלת הלגיונרים. לכן, לעיתים קרובות יועץ מקצועי לטיפול במים מנתח את ההרכב הכימי של מי התוספת ותנאי ההפעלה של מגדל הקירור וממליץ על טווח מתאים למחזורים של ריכוז בהפעלת המגדל ועל תוכנית טיפול שתכלול לעיתים שימוש בחומרים לטיפול במים, טיפול מקדים כמו ריכוך מים, התאמת ערך הגבה - pH, וטכניקות אחרות היכולות להשפיע על הטווח של מחזורי ריכוז וכן על התנאים הביולוגיים במים.
חבית פוגז
חבית פוגז (באנגלית Flame Fougasse) היא סוג של מוקש שעם הפעלתו העיף דלק בוער ככדור אש לעבר המטרה. בפועל זו הייתה חבית מתכת סטנדרטית שמכילה 220 ליטר. שמשה כאמצעי חבלה לעצירת ופגיעה ברכבים שונים בתקופת מלחמת העולם השנייה. היא הייתה אמצעי זול וזמין לפגיעה בשיירות. הרעיון התבסס על הנחה שרכב או שריון שנע בציר מסוים, יהיה חייב להאט או לעצור במקומות מסוימים ושם להציב את הנשק הזה.
הרעיון הומצא על ידי מחלקת ההגנה של חברת הדלק הבריטית "פטרוליום" כאמצעי הגנה בשנת 1940 כאשר שררה באי הבריטי חרדה, מפני פלישה גרמנית. חברת הדלק הבריטית ייצרה בשנת 1940 כאמצעי חירום כנגד פלישת שריון גרמני כ- 50.000 חביות שהוצבו ב-7000 אתרים שונים. מאוחר יותר הוספו כ- 2000 חביות במספר אתרים נוספים בסקוטלנד. למרות שהחביות לא הופעלו באנגליה. הן הופעלו על ידי הכוחות הבריטים מאוחר יותר ביוון.
ב- 1941 פיתחו הרוסים יורקי אש שפעלו על עיקרון דומה, אותו העתיקו והפעילו גם הגרמנים בחזית הרוסית ובחזית האיטלקית.
לאחר מלחמת העולם השנייה, נעשה שימוש בחביות פוגז בעימותים שונים כולל מלחמת קוריאה ומלחמת וייטנאם.
רקע היסטורי לפיתוח.
בעקבות הנסיגה מדנקירק ב-1940, נוצר באנגליה מחסור חמור באמצעי לחימה ובמיוחד במוקשים נגד טנקים. כמויות גדולות מאוד של מוקשים ננטשו בצרפת. מצד שני היו באנגליה מאגרי דלק גדולים שנאגרו כדי לשלוח לחילות באירופה. מוריס האנקי ששימש כשר בלי תיק, היה הראשון שהגה את הרעיון לעשות שימוש במאגרי דלק אלה כנשק הגנתי. הוא הצטרף כחבר בוועדה המיניסטריאלית להגנה אזרחית באנגליה שם העלה לראשונה את הרעיון לעשות שימוש בדלק בוער למטרות הגנתיות. הוא העלה את הרעיון בפני ועדת הפיקוח על הדלק וכן בפני ראש המטה הצבאי הכללי. ב-5 ביוני הורה צ'רצ'יל להתחיל בניסיונות על מנת ליישם את הרעיון. מחלקת הדלק והלחימה (PWD) הוקמה בראשותו של סיר דונלד באנקס שתפקידה היה לנהל ולקדם את הפרויקט. תוך זמן קצר הצטרף אליה ויליאם הווארד ליואנס שהתפרסם מהמצאתו בתקופת מלחמת העולם הראשונה של מכשיר היורה פצצות של גז ודלק שהתפרסם בשם הפרוג'קטור של ליוואנס. (Livens Projector).
הפרוג'קטור של ליוואנס היה סוג של מרגמה פשוטה ופרימיטיבית שהייתה קבורה באדמה וירתה מטענים במשקל של 14 ק"ג שהכילו חומר נפץ, שמן או גז רעיל.
הייחוד של נשק זה היא פשטותו וזמינותו שאפשרו להפתיע את האויב בהפעלת מאות כני שיגור כאלה בו זמנית.
הניסיונות השונים שנערכו הובילו לבסוף למיכל מתכת בעל תכולה של 180 ליטר, שנקבר כולו באדמה פרט לפתח העליון שלו. מתחת לצד הקבור הונח מטען חומר נפץ. הפעלת האמצעי, ייצרה סילון אש ברוחב של 3 מטר ואורך של 27 מטרים. אמצעי זה התבסס למעשה על הפוגז הישן מתקופת המאה ה-16.
ב- 20 ביוני 1940 הוצג נשק הפוגז בפני קלמנט אטלי ראש מפלגת הלייבור וכן בפני מייג'ור ג'נרל לארדט. בשלב ראשון התערובת הייתה של % 40 אחוז בנזין ו- % 60 נפט טבעי. בהמשך הוכנסו כמויות קטנות של זפת, גבס ודלק שנקרא: 5B.
בדגמי הראשונים הותקנו כמויות קטנות של חומר נפץ בפתח החבית כדי להצית את התערובת ומטענים גדולים מאחוריהן כדי להעיף את תכולתן.
תוספת חשובה הייתה ההמצאה להוסיף לתערובת שביבי מגנזיום שנותרו ממכונות לעיבוד שבבי שאפשרו את הצתת התערובת ללא הוספת מטען מיוחד להצתתה. הסגסוגת כללה % 90 מגנזיום ו- % 10 אלומיניום.
בסופו שך תהליך הפיתוח יצאו הבריטים עם 3 דגמים שונים: הפוגז הבטיחותי, הדמיגז והמדלג הקפצן.
בדגם הראשון הבטיחותי, הוצבה החבית במאוזן על הקרקע כאשר רק צד אחד הקדמי גלוי. שאר החבית כוסתה כולה באדמה. בצדה האחורי הונח במאונך צינור שקצהו התחתון הגיע למרכז המכסה האחורי של החבית וקצהו העליון היה מעל פני האדמה עם מכסה להגנה נגד מים. דרך צינור זה עברו חוטי חשמל שהתחברו למטען הדף שהוצב בחלקו התחתון של הצינור מאחורי החבית. מטען ההדף כלל אמונל שהופעל על ידי מרעום שהוצת באופן חשמלי על ידי בטריה של 120 וולט.
היתרון של מערך זה שאפשר התקנת מטעני ההדף באופן מיידי עם הידיעה על בוא הסכנה וכך נמנע הצורך להשאיר את המטענים ולסכן ציבור אזרחי שעובר במקום.
ניסיונות שנערכו הוכיחו שהאש תגרום לכל רכב שיעבור במקום להפסקת פעולת המנוע תוך כ- 7 שניות עקב מחסור בחמצן.
דגם שני: "חבית הדמיגז" - זה היה דגם מופשט של הראשון בו הוצבה החבית בצורה אפקית כאשר מטען ההדף הונח מתחתה בצד הרחוק מהדרך. הפעלת המטען גרמה להצתת התערובת ולפיזורה על הדרך הסמוכה על שטח של כ- 30 מטר רבוע.
דגם שלישי: "קופצן מעל גדר חיה"- החבית מולאה בתערובת והוצבה במאונך. מתחת לחלקה התחתון בצד הרחוק מהדרך הונח מטען שהביא להצתת והעפת החבית על תכולתה מעל לגדר חיה בגובה של 4.5 מטרים ולמרחק של כ- 10 מטרים.
הפעלה.
שלוש שיטות הפעלה שנות התפתחו בתקופת מלחמת העולם השנייה. שיטה אחת בה מועפת החבית כולה תוך כדי הצתת תכולתה לעבר המטרה. שיטה שנייה בה מוצתת תכולת החבית ומועפת ככדור אש לעבר המטרה. בשיטה הראשונה הטווח קצר ואילו בשנייה הגיעו בניסיונות להעפת התכולה ככדור אש לטווח העולה על 100 מטרים.
שיטה שלישית בה נותרת החבית קבורה באדמה ומוסתרת ורק הנוזל שבה מוזרק לעבר כוחות האויב. בשיטה זו נעשה שימוש רב פעמי בחביות המיוחדות.