In queste macchine, l’acqua da raffreddare attraversa per gravità la torre, cedendo parte del suo contenuto calorico all’aria atmosferica, per scambio diretto.
Tale trasferimento di calore avviene in parte per convezione (o per calore sensibile) tra acqua calda ed aria fredda (provocando un aumento della temperatura dell’aria), ma soprattutto sfruttando il calore latente di evaporazione di una parte di acqua che passa nell’aria sotto forma di vapore acqueo.

L’evaporazione avviene a causa della differenza di pressione del vapore acqueo, nello strato limite d’aria a contatto diretto con l’acqua e la pressione del vapore dell’aria ambiente, procedendo fino al coincidere delle due pressioni.

Tale condizione si verifica quando la temperatura dell’acqua e dello strato limite raggiungono la temperatura del bulbo umido dell’aria. Risulta quindi evidente che teoricamente la temperatura del bulbo umido è la minima temperatura che l’acqua può raggiungere.

Il flusso di aria che viene utilizzato nelle torri evaporative può essere ottenuto in diversi modi, naturalmente per convezione o artificialmente con l’ausilio di ventilatori. Quando si utilizzano i ventilatori, si possono avere diverse geometrie costruttive, che determinano la tipologia di torre, indotta o forzata.

Dal punto di vista energetico, la torre evaporativa è una macchina che ha un ottimo rapporto fra l’energia elettrica installata e l’energia termica che smaltisce e quindi si presta benissimo per smaltire notevoli quantità di calore fino a temperature intermedie. Tali prerogative, la rendono assolutamente vincente, in diversi settori applicativi, dove i processi non necessitano di raffreddamenti spinti in ordine di temperatura, ma sicuramente di importanti quantità di calore da eliminare.

Si tratta di una particolare versione della torre di raffreddamento per impianti industriali e civili, che sfrutta lo stesso principio di smaltimento di calore che avviene nella torre evaporativa abituale. La differenza principale è che il circuito evaporativo non è quello del raffreddamento delle utenze, che sono invece raffreddate in un circuito interamente chiuso.
Il fluido da raffreddare è introdotto in una batteria di tubi di scambio termico, che viene investita e spruzzata da acqua del circuito di raffreddamento evaporativo. Nella fattispecie il fluido da raffreddare può essere acqua oppure soluzioni incongelabili od oleose, fino addirittura ad olii idraulici direttamente.

L’evaporazione di una parte di acqua in ricircolo asporta il calore da smaltire unitamente allo scambio diretto dell’aria.

Utilizzando la medesima filosofia, si possono condensare direttamente nello scambiatore i fluidi refrigeranti dei gruppi frigoriferi (tipicamente ammoniaca), evitando il doppio passaggio termico previsto dal sistema torre evaporativa aperta e condensatore.

Tale soluzione può presentare dei vantaggi interessanti rispetto alle soluzioni che prevedano l’impiego di torri aperte unitamente a scambiatori, in ordine di dimensioni di ingombro, compattezza e facilità di gestione, essendo una soluzione in unico monoblocco.