Đồ án Nghiên cứu kỹ thuật lạnh

LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật lạnh là một ngành được phát triển trên 100 năm nay. Ngay từ những ngày đầu mới phát triển, các nhà khoa học đã thấy được tính ưu việt và khả năng ứng dụng rộng rãi vào đời sống con người trong rất nhiều lĩnh vực như: điều hòa không khí, bảo quản lạnh và lạnh đông thực phẩm và rất nhiều ngành kỹ thuật khác có liên quan. Với tốc độ phát triển ngày càng nhanh và đòi hỏi ngày càng cao của ngành công nghiệp thực phẩm, kỹ thuật lạnh lại thể hiện được tính ưu việt của mình trong quá trình bảo quản lạnh cũng như bảo quản lạnh đông thực phẩm, góp phần làm cho nguyên liệu thực phẩm sau khi được thu hái, đánh bắt có thể được bảo quản với thời gian lâu hơn mà chất lượng thì gần như không đổi. Cùng với sự phát triển kinh tế thì nhu cầu giao lưu thương mại giữa các nơi cũng ngày càng phát triển. Để phục vụ tốt cho việc giao lưu hàng hóa trong nước và ngoài nước, đặc biệt là đối với các sản phẩm lạnh đông, thì cần phải có các phương tiện vận tải lạnh. Được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là tàu thủy, tàu hỏa, ôtô và container lạnh. Những phương tiện này chính là cầu nối quan trọng của dây chuyền lạnh nối liền từ nơi sản xuất chế biến tới nơi bảo quản, trung chuyển, phân phối và tiêu dùng, không những góp phần làm cho sản phẩm được phân phối đều, rộng khắp mà còn là yếu tố quan trọng phát triển nền kinh tế. Đối với tàu thủy là phương tiện duy nhất, kinh tế nhất trong việc vận chuyển sản phẩm lạnh và đông lạnh giữa các châu lục. Cũng nhờ có tàu thủy mà có thể đánh bắt hải sản lâu ngày trên biển. Trên đất liền, giữa các địa điểm có đường sắt nối liền thì vận chuyển lạnh bằng tàu hỏa là kinh tế nhất nhưng thực tế khối lượng vận chuyển phải lớn mới kinh tế. Trên các đoạn đường không có đường sắt, giữa các kho lạnh phân phối và tiêu dùng hoặc giữa nơi đánh bắt và chế biến thì vận chuyển bằng ôtô và container là kinh tế nhất và tiện lợi nhất. ChươngI TỔNG QUAN I.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔI CHẤT LẠNH: I.1.1 Định nghĩa môi chất lạnh: Môi chất lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để bơm một dòng nhiệt từ một môi trường có nhiệt độ thấp đến một môi trường khác có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn được trong hệ thống là nhờ quá trình nén hơi. Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp còn quá trình thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao. I.1.2 Yêu cầu đối với môi chất lạnh: I.1.2.1 Tính chất hóa học: Không có hại với môi trường, không làm ô nhiễm môi trường. Phải bền vững về hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân hủy hoặc polime hóa. Phải trơ hóa học, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm. An toàn, không cháy và không nổ. I.1.2.2 Tính chất vật lý: Áp suất ngưng tụ không được quá cao để làm rò rỉ môi chất, giảm chiều dày vách thiết bị và giảm nguy hiểm do vỡ, nổ. Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển chút ít để hệ thống không bị chân không, tránh rò lọt không khí vào hệ thống. Nhiệt độ đông đặc phải lớn hơn nhiệt độ bay hơi nhiều. Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều. Nhiệt ẩn hóa hơi r và nhiệt dung riêng c của môi chất lỏng càng lớn, càng tốt nhưng chúng không đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng môi chất lạnh. Nhiệt ẩn hóa hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống càng nhỏ và năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn. Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt vì máy nén và thiết bị gọn nhẹ. Độ nhớt động càng nhỏ càng tốt vì tổn thất áp suất trên đường ống và các van giảm. Hệ số dẫn nhiệt l, hệ số tỏa nhiệt a càng lớn càng tốt vì thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ hơn. Sự hòa tan dầu của môi chất cũng đóng vai trò quan trọng trong sự vận hành và bố trí thiết bị. Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn có ưu điểm là quá trình bôi trơn tốt hơn, các thiết bị trao đổi nhiệt luôn được rửa sạch lớp dầu bám, quá trình trao đổi nhiệt tốt hơn, nhưng có nhược điểm là có thể làm giảm độ nhớt của dầu và tăng nhiệt độ bay hơi nếu tỉ lệ dầu trong môi chất lạnh lỏng ở dàn bay hơi tăng. Môi chất không hòa tan dầu có nhược điểm là quá trình bôi trơn khó thực hiện hơn, lớp dầu bám trên thành thiết bị và lớp trở nhiệt cản trở quá trình trao đổi nhiệt…ưu điểm của nó là không làm giảm độ nhớt dầu, không bị tăng nhiệt độ sôi… Môi chất hòa tan nước càng nhiều càng tốt vì tránh được tắc ẩm cho van tiết lưu. Phải không dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín. I.1.2.3 Tính chất sinh lý: Không được độc hại với người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp, không tạo các khí độc hại khi tiếp xúc với ngọn lửa hàn và vật liệu chế tạo máy. Phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện rò rỉ và có biện pháp phòng tránh, an toàn. Nếu môi chất không có mùi, có thể pha thêm chất có mùi vào để nhận biết nếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình lạnh. Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng bảo quản. I.1.2.4 Tính kinh tế: Giá thành phải rẻ, tuy nhiên phải đảm bảo độ tinh khiết yêu cầu. Dễ kiếm, nghĩa là việc sản xuất, vận chuyển, bảo quản dễ dàng. I.1.3 Lựa chọn môi chất lạnh: Từ những yêu cầu cần đạt được của một môi chất lạnh trong chu trình lạnh, ta chọn môi chất lạnh R22 (công thức hóa học: CHClF2) với các đặc điểm như sau: Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -40,80C Không ăn mòn các kim loại và phi kim chế tạo máy. Thuộc loại môi chất an toàn cháy nổ và không độc hại I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT: Vật liệu cách nhiệt có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trườn có nhiệt độ cao vào phòng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che. Yêu cầu của vật liệu cách nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt nhỏ. Khối lượng riêng nhỏ. Độ thấm hơi nước nhỏ. Độ bền cơ học và độ dẻo cao. Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vật liệu. Không cháy hoặc không dễ cháy. Không bắt mùi và không có mùi lạ. Không gây nấm mốc và phát sinh vi sinh vật. Không gây độc hại đối với sức khỏe con người. Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa… Gia công dễ dàng. Trên thực tế không có vật liệu cách nhiệt lý tưởng (thỏa các yêu cầu trên), do đó khi chọn vật liệu cách nhiệt cần phải lợi dụng triệt để ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất nhược điểm trong từng trường hợp ứng dụng cụ thể. Các vật liệu cách nhiệt từ các chất hữu cơ nhân tạo được sử dụng rất nhiều, chúng có tính cách nhiệt tốt như: polystirol, polyurethan, polyethilen… Hiện nay polystirol và polyurethan được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho các buồng lạnh có nhiệt độ đến -1800C. Thường bọt polystirol bị cháy nhưng cũng có loại không cháy do trộn các loại phụ gia chống cháy. Polyurethan có ưu điểm lớn hơn là tạo bọt mà không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗng hoặc giữa các tấm cách ẩm. Chính vì vậy mà polyurethan được sử dụng để cách nhiệt đường ống, tủ lạnh gia đình và thương nghiệp, ôtô...Do đó, ta chọn polyurethan làm vật liệu cách nhiệt cho thùng bảo ôn vì có những ưu điểm nêu trên. I.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH ẨM: Ẩm có thể xâm nhập vào thùng bảo ôn bằng các con đường: Mưa rơi trên bề mặt ngoài. Do vật liệu xây dựng của thùng bảo ôn có khả năng hút ẩm của không khí. Do nước trong không khí ngưng tụ trên bề mặt ngoài. Không khí là hỗn hợp của O2, N2, khí trơ và hơi nước. Nhiệt độ không khí càng cao thì áp suất riêng phần của hơi nước càng tăng nên áp suất riêng phần của hơi nước bên ngoài thùng bảo ôn sẽ lớn hơn trong thùng bảo ôn. Từ đó hơi nước có xu hướng luôn thâm nhập vào bên trong lớp cách nhiệt và do đó sẽ tăng tổn thất lạnh đồng thời làm cho vật liệu cách nhiệt mau hư hỏng. Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bị ẩm ướt bằng cách phủ lên mặt ngoài của vật liệu cách nhiệt 1 lớp như: bitum, keo, nhũ tương bitum, giấy dầu…Ta chọn bitum là lớp cách ẩm phủ lên bề mặt ngoài của lớp polyurethan về phía nhiệt độ cao hơn. I.4 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: Hệ thống lạnh với máy lạnh nén hơi một cấp , dàn lạnh bay hơi trực tiếp làm lạnh sản phẩm nhờ dàn quạt đối lưu cưỡng bức. Các chi tiết thiết bị trong hệ thống lạnh gồm có: Thiết bị hồi nhiệt. Bình tách lỏng. Van tiết lưu. Rơle nhiệt độ. Rơle áp suất thấp. Rơle áp suất cao. Bình chứa cao áp. Phin sấy lọc. Mắt ga. I.4.1 Giới thiệu sơ lược về các thiết bị, chức năng và sự bố trí trong hệ thống: Máy nén: dùng máy nén nửa kín do Nga sản xuất. Thiết bị bốc hơi: là loại thiết bị bốc hơi trực tiếp (loại chùm ống có cánh), đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió. Quạt hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua đai truyền. Thiết bị ngưng tụ: là loại chùm ống có cánh đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió, hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua đai truyền. Thiết bị hồi nhiệt: là loại ống xoắn ruột gà lồng trong ống nhằm quá nhiệt hơi hút ra khỏi giàn lạnh và quá lạnh tác nhân lạnh trước tiết lưu giúp nâng cao hiệu quả nhiệt động học của chu trình lạnh. Bình tách lỏng: được lắp trên đường hơi hút về máy nén trước thiết bị hồi nhiệt để bảo đảm hành trình khô cho máy nén và tiết lưu được lượng tác nhân nhiều nhất. Van tiết lưu: hệ thống dùng van tiết lưu nhiệt tự động dựa trên sự cảm ứng nhiệt độ của hơi ra khỏi thiết bị bốc hơi. Bình chứa cao áp: được bố trí về phía cao áp sau thiết bị ngưng tụ để chứa lỏng tác nhân lạnh sau ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưng tụ đồng thời dự trữ một lượng lỏng đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của hệ thống. Phin sấy lọc: được bố trí trên đường ống dẫn lỏng trước tiết lưu và trên đường dẫn hơi về máy nén nhằm loại ẩm và các tinh thể đá tạo thành, tránh hiện tượng tắc ẩm cho van tiết lưu và ẩm xâm nhập vào máy nén. Mắt ga: được bố trí trên đường dẫn lỏng sau bình chứa cao áp để kiểm tra lượng lỏng trong hệ thống. Rơle nhiệt độ: có nhiệm vụ điều khiển tự động quá trình đóng mở cho hệ thống hoạt động hoặc ngưng hoạt động nhằm ổn định nhiệt độ làm lạnh theo giá trị định trước. I.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Hơi tác nhân lạnh ra khỏi dàn lạnh vào bình tách lỏng để tách các giọt lỏng bị lôi cuốn theo. Phần lỏng tách được này lại tiếp tục được tiết lưu để sinh lạnh, phần hơi được qua bình hồi nhiệt để nâng nhiệt độ hơi thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt sau đó được hút về máy nén và được nén lên đến áp suất ngưng tụ qua thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ lại thành lỏng rồi được dẫn vào bình chứa cao áp. Lỏng từ bình chứa cao áp qua bình hồi nhiệt để quá lạnh tác nhân lạnh lỏng, qua phin sấy lọc rồi qua van tiết lưu để tiết lưu giảm áp và sôi trong dàn lạnh. Tác nhân lạnh sôi sẽ thu nhiệt của sản phẩm cần làm lạnh và trở thành hơi đi ra ngoài. Khi nhiệt độ thùng xe hạ xuống dưới mứa quy định thì rơle nhiệt độ sẽ ngắt mạch bộ ly hợp từ tính của máy nén, máy nén sẽ chạy không tải. Sau một khoảng thời gian nhiệt độ trong thùng xe tăng, rơle nhiệt độ lại đóng mạch bộ ly hợp từ tính của máy nén cho hệ thống hoạt động trở lại bình thường. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh của xe được mô tả trên sơ đồ sau: Chương II TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM II.1 XÁC ĐỊNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT: II.1.1 Kết cấu trần: d1 d1 d2 dCN d1 Trần của thùng bảo ôn có kết cấu như sau: Lớp cách nhiệt có bề dày: dCN. Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: d2. Hai lớp nhôm bọc bên ngoài bảo vệ có chiều dày: d1. Để đảm bảo cho kết cấu được vững chắc, có những thanh gỗ tăng cứng và liên kết giữa lớp nhôm bên trong và lớp bên ngoài. Tổng bề dày của kết cấu trần thùng xe bảo ôn được cho trong bảng sau (với d1 và d2 tự chọn): STT VẬT LIỆU d (m) l (W/mK) 1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8 2 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18 3 Lớp polyurethan cách nhiệt dCN 0,0325 4 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8 Sd 0,005 + dCN Bề dày lớp cách nhiệt dCN được xác định bằng công thức: (m) (*) lCN: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/mK K: hệ số truyền nhiệt của các vách bao che thùng bảo ôn, W/m2K. Trong khoảng nhiệt độ của thùng bảo ôn từ -300C đến -180C thì chọn K cho phép = 0,4 W/m2K. di, li: bề dày (m) và hệ số dẫn nhiệt (W/mK) của các lớp cách ly (trừ lớp cách nhiệt). ang: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt ngoài của vách bao che, W/m2K atr: hệ số tỏa nhiệt từ mặt ngoài của vách bao che đến không khí trong thùng bảo ôn, W/m2K Chọn atr = 8 (W/m2K) ang được tính theo công thức sau: w: vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s. Chọn w = 45km/h = 12,5 m/s, thế vào công thức ta có: (W/m2K) Thế vào công thức tính dCN ta có: Chọn dCN = 0,1 (m) = 10 (cm). Bọt polyurethan sẽ được phun vào khoảng trống giữa hai lớp nhôm bảo vệ sao cho đạt bề dày tính toán. Như vậy: tổng bề dày kết cấu của trần thùng bảo ôn là: Sd = d2 + dCN + 2d1 = 2x0,001 + 0,1 + 0,003 = 0,105 (m). II.1.2 Kết cấu vách bao che: dCN d1 d2 d1 Kết cấu của vách bao che thùng bảo ôn giống tương tự như kết cấu của trần như sau: Lớp cách nhiệt có bề dày: dCN. Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: d2. Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: d1. STT VẬT LIỆU d (m) l (W/mK) 1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8 2 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18 3 Lớp polyurethan cách nhiệt dCN 0,0325 4 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8 Sd 0,005 + dCN Để đảm bảo điều kiện cho không khí lạnh được đối lưu tốt trong thùng bảo ôn và đảm bảo cho kết cấu được vững chắc, lớp nhôm bảo vệ bên trong thùng bảo ôn có dạng sóng vuông và dọc theo vách có những thanh gỗ tăng cứng và liên kết giữa lớp nhôm bên trong và lớp bên ngoài. Bề dầy lớp cách nhiệt dCN  được tính theo công thức tương tự như công thức (*) ở trên: Ta chọn dCN = 0,1 (m) = 10 (cm) II.1.3 Kết cấu sàn thùng bảo ôn: d1 d3 d2 dCNN d3 d1 Sàn thùng bảo ôn có kết cấu như sau: Lớp cách nhiệt có bề dày: dCN. Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: d2. Hai lớp thép không rỉ có chiều dày: d3. Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: d1. Lớp nhôm bảo vệ bên trong của thùng bảo ôn có dạng sóng vuông để tăng khả năng chịu lực đồng thời giúp thoát nước dễ dàng. Để tăng cứng và khả năng chịu lực cho thùng, ta lắp thêm các thanh gỗ chịu lực và liên kết. STT VẬT LIỆU d (m) l (W/mK) 1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8 2 Thép không rỉ X25T 0,001 16,7 3 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18 4 Lớp polyurethan cách nhiệt dCN 0,0325 5 Thép không rỉ X25T 0,001 16,7 6 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8 Sd 0,007 + dCN Bề dày lớp cách nhiệt dCN tính theo công thức (*) với các thông số atr, ang và K tương tự như trên. Ta chọn dCN = 0,1 (m) = 10 (cm) Chiều dày từng phần của kết cấu bao che được cho trong bảng sau: STT Phần bao che d (m) 1 Trần 0,105 2 Vách 0,105 3 Sàn 0,107 Chiều dày của kết cấu bao che thùng bảo ôn không chọn theo chiều dày của từng phần mà chiều dày chung của tổng kết cấu bao che chọn theo phần kết cấu có chiều dày lớn nhất. Như vậy, chọn chiều dày của kết cấu bao che thùng bảo ôn d = 0,107 (m). II.2 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che ở trên được xác định lại bằng công thức như sau: Như vậy: Kth < Kcho phép = 0,4 (W/m2K) Kết cấu phải đảm bảo không đọng sương ở vách ngoài kết cấu bao che. Để đảm bảo không đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che phải thỏa điều kiện: 0,95: hệ số dự trư.õ ang: hệ số tỏa nhiệt về phía có nhiệt độ cao hơn, W/m2K. tng: nhiệt độ không khí bên ngoài thùng bảo ôn, 0C. ttr: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn, 0C. ts: nhiệt độ điểm sương của không khí bên ngoài, 0C. ts được xác định dựa vào nhiệt độ không khí bên ngoài và độ ẩm trung bình. Ta có các thông số khí tượng tại Thành phố Hồ Chí Minh như sau: + Nhiệt độ tuyệt đối: ttđ = 400C + Nhiệt độ tối cao trung bình tháng nóng nhất: ttc = 340C. (0C) + Độ ẩm trung bình: jtb = 75%. Từ tkk = 370C và jtb = 75%, dùng giản đồ I_d của không khí ẩm ta sẽ xác định được ts = 29,50C. Thế vào công thức ta có: (W/m2K) Như vậy: Kthực < Kđọng sương (0,31 < 4,028) Vách ngoài của kết cấu bao che không bị đọng sương. Kết cấu bao che của thùng bảo ôn với K = 0,31(W/m2K) và d = 0,107 (m) là hợp lý và có thể sử dụng để tính toán cho các bước tiếp theo. Chương III TÍNH TOÁN NHIỆT THÙNG BẢO ÔN Tính nhiệt của thùng bảo ôn là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào thùng bảo ôn. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa thùng bảo ôn và không khí bên ngoài. Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt thùng bảo ôn là để xác định năng suất của máy lạnh cần lắp đặt. III.1 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỦA CÁC KẾT CẤU BAO CHE: Để tiện cho việc tính toán và phù hợp với thực tế, ta chọn cá làm sản phẩm đại diện sẽ được vận chuyển và bảo quản trong thùng bảo ôn. Phụ tải thể tích thực tế của cá: qv = 0,4 tấn/m3. Thể tích chứa sản phẩm của thùng bảo ôn: (m3) Với G = 5 tấn: dung tích thực của thùng bảo ôn. (m3) Diện tích chứa sản phẩm của thùng bảo ôn: (m2) hsp: chiều cao của sản phẩm trong thùng bảo ôn. Chọn hsp = 1,8 (m). (m2) Diện tích thiết kế của thùng bảo ôn (diện tích thực tế chế tạo): (m2) b: hệ số xử dụng của thùng bảo ôn. Chọn b = 0,7 với thùng bảo ôn có Fxd < 50m2. (m2) Chọn Fxd = 10m2. Kích thước bề mặt trong của thùng bảo ôn là: 5(m) x 2(m) x 2(m). Kích thước bề mặt ngoài: 5,214(m) x 2,214(m) x 2,214(m). III.2 TÍNH TỔNG TỔN THẤT NHIỆT CỦA THÙNG BẢO ÔN: Dòng nhiệt tổn thất vào thùng bảo ôn Q được xác định bằng biểu thức: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Q1: tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh, W. Q2: tổn thất lạnh làm lạnh sản phẩm, W. Q3: tổn thất lạnh để thông gió, W. Q4: tổn thất lạnh trong vận hành, W. Vì chức năng chính của xe lạnh là vận chuyển và bảo quản trong khi vận chuyển các sản phẩm đã được làm lạnh đông từ trước nên ta có thể xem Q2 = 0 tức là không tính đến tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm. Đối với các sản phẩm rau quả thì cần tổn thất lạnh để thông gió còn các sản phẩm thịt cá thì không cần thiết. Như vậy Q3 = 0. Tổng tổn thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho thùng bảo ôn là: Q = Q1 + Q4, W. III.2.1 Tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh Q1: Q1 = Q1' + Q1'' + Q1''', W. Q1': tổn thất lạnh qua các vách và mái, W. Q1'': tổn thất lạnh qua sàn, W. Q1''': tổn thất lạnh do bức xạ, W. Tổn thất lạnh qua các vách Q1': Q1' = K.FV (tng - ttr). K: hệ số truyền nhiệt của vách và mái, W/mK. FV: diện tích tính toán của các vách và mái, m2. tng, ttr: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn, 0C. Tổng diện tích mặt ngoài của các vách và mái: Fn = (3 x 5,214 x 2,214) + (2 x 2,214 x 2,214) = 44,435 (m2). Tổng diện tích mặt trong của các vách và mái: Ft = (3 x 5 x 2) + (2 x 2 x 2) = 38 (m2). (m2). Q1' = 0,31 x 41,1 x (37 + 18) = 700,755 (W) . Tổn thất lạnh qua sàn thùng bảo ôn Q1'': Q2' = K.FV (tng - ttr). K: hệ số truyền nhiệt của sàn, W/mK. FV: diện tích tính toán của sàn, m2. tng, ttr: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn, 0C. Diện tích mặt ngoài của sàn thùng bảo ôn: Fn = 5,214 x 2,214 » 11,544 (m2). Diện tích mặt trong của sàn thùng bảo ôn: Ft = 5 x 2 = 10 (m2) (m2) Q1'' = 0,31 x 10,74 x (37 + 18) = 183,117 (W). Tổn thất lạnh do bức xạ Q1''': Q1''' = K.FV.qb [1] qb: Nhiệt độ dư đặc trưng của bức xạ mặt trời, K. Giá trị của qb được tra theo bảng trong tài liệu [1]. FV: bề mặt tính toán của vách bao che bị bức xạ mặt trời, m2. K: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m2K. Q1''' chỉ tính cho mái trên của thùng bảo ôn và phần vách có diện tích lớn nhất của thùng xe. Chọn vách có Fn = 5,214 x 2,214 = 11,544 (m2) ở hướng Đông (hoặc Tây) có qb = 30C = 3 + 273 = 278,3 (K) ứng với vách có màu sáng trắng và qb = 5,30C = 5,3 +273 = 278,3 (K) đối với mái bằng. Vậy Q1''' = 0,31 x (10,74 x 276 + 10,74 x 278,3) = 1845,5 (W). III.2.2 Tổn thất lạnh trong vận hành Q4: Tính tổn thất lạnh trong vận hành do vận hành quạt gió ở dàn lạnh để đối lưu cưỡng bức dòng không khí, phân phối đều không khí lạnh trong thùng bảo ôn. Q4 = b.Q1 [2] Đối với phòng có nhiệt độ từ -5 đến -200C thì chọn b = 0,3. Vậy Q4 = 0,3 x (700,755 + 183,117 + 1845,5) = 818,8 (W). Kết quả tính toán tổng tổn thất lạnh cho thùng bảo ôn được tổng hợp trong bảng sau: SST LOẠI TỔN THẤT Q (W) 1 Tổn thất qua vách và mái Q1'. 700,755 2 Tổn thất qua sàn Q1''. 183,117 3 Tổn thất do bức xạ Q1'''. 1845,5 4 Tổn thất do vận hành Q4. 818,8 5 Tổng tổn thất Q 3548,2 Khi tác nhân lạnh vận chuyển trong hệ thống sẽ bị tổn thất thêm 1 phần nữa, năng suất lạnh Q0 được tính như sau: (W) k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị. Đối với dàn lạnh trực tiếp: k = 1,07. b: hệ số thời gian làm việc, chọn b = 0,9. (W) = 4,2184 (kW) Hệ thống lạnh sử dụng máy nén độc lập để làm lạnh thùng bảo ôn nên Q0 = QMN = QDL = Qtính toán Chương IV TÍNH CHỌN MÁY NÉN IV.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC: IV.1.1 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân: Dàn ngưng trong hệ thống lạnh của thùng bảo ôn được giải nhiệt bằng không khí để tận dụng không khí có sẵn ngoài trời trong quá trình di chuyển và giảm được công chuyên chở thùng chứa nước và thiết bị làm mát nước giải nhiệt nếu dàn ngưng được giải nhiệt bằng nước. Nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân dùng không khí giải nhiệt được xác định bằng công thức: tk = tkkra + Dtk tk: nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân, 0C. tkkra: nhiệt độ không khí ra khỏi bình ngưng, 0C. Dtk: hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh ngưng tụ và không khí giải nhiệt. Dtk có giá trị trong khoảng 10 - 150C. Chọn Dtk = 100C; chọn độ chênh giữa nhiệt độ không khí vào và ra khỏi bình ngưng là 80C. Với nhiệt độ không khí vào ở Tp.HCM = 370C ta có: tk = 37 + 8 + 10 = 55 (0C). IV.1.2 Xác định nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh: Nhiệt độ sôi t0 của tác nhân lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau: t0 = tb - Dt0 [3] tb: nhiệt độ trong thùng bảo ôn. Dt0: hiệu nhiệt độ yêu cầu. Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp t0 < tb từ 8 - 130C. Như vậy, Dt0 có giá trị trong khoảng từ 8 - 130C. Chọn Dt0 = 80C ta có: t0 = -18 - 8 = -26 (0C). IV.1.3 Chọn chu trình lạnh: Để đảm bảo tối ưu chế độ làm việc, chọn chu trình lạnh 1 cấp nén có quá nhiệt hơi hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ. Chu trình được biểu diễn trên sơ đồ P_h của R22 như sau: 1' -1: Quá nhiệt hơi hút: Dtqn = th - t0, th: nhiệt độ hơi hút vào máy nén. 1 - 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P0 đến áp suất cao Pk, đẳng entropi. 2 - 2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa. 2' - 3': Ngưng tụ môi chất đẳng áp, đẳng nhiệt. 3' - 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp. 3 - 4: Quá trình tiết lưu đẳng entalpi ở van tiết lưu. 4 - 1': Quá trình bay hơi trong dàn bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt. Độ quá nhiệt trong hồi nhiệt của hơi hút đối với R22 = 200C => nhiệt độ hơi hút vào máy nén là: th = Dtqn + t0 = 20 - 26 = -6 (0C). Độ quá lạnh lỏng của tác nhân: Dtql = t3' - t3 được xác định như sau: Do quá trình quá nhiệt hơi hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ xảy ra trong thiết bị hồi nhiệt bằng cách cho tác nhân lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt với hơi tác nhân đi ngoài ống nên hơi lạnh sẽ nhận toàn bộ nhiệt lượng do chất lỏng nóng tỏa ra (giả sử không có tổn thất nhiệt). Như vậy ta có: h1 - h1' = h3' - h3 => h3 = h3' + h1' - h1. Tra bảng hoặc xác định trên đồ thị của R22 ta sẽ xác định được các giá trị h3', h1' và h1 từ t0, th và tk. Tính h3 theo công thức ở trên. Từ giá trị h3 xác định được, dựng một đường thẳng song song trục P và cắt đường song song trục h đi qua các điểm 2, 2', 3' trên giản đồ P_h. Giao điểm đó chính là điểm 3 cần tìm. Biết được vị trí điểm 3 ta sẽ biết được giá trị của t3. Thông số của các điểm cần tính toán trên chu trình lạnh đã xác định được được cho trong bảng sau: Điểm t (0C) P (bar) h (kJ/kg) v (dm3/kg) 1 -6 1,936 406,55 127,158 1' -26 1,936 394,45 116,300 2 120 21,635 477,8 15,197 3' 55 21,635 268,62 0,9449 3 45 21,635 256,52 4 -26 1,936 256,52 IV.2 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN: IV.2.1 Tính chọn máy nén: Q0MN = 4218,4 (W) = 4,2184 (kW) = 4,2184 (kJ/s). Năng suất lạnh riêng khối lượng: qo = h1' - h4 = 394,45 - 256,52 = 137,93 (kJ/kg). Năng suất khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất nén qua máy nén): (kg/s) Năng suất thể tích thực tế của máy nén: Vtt = mtt.v1 = 0,0306 x 127,158.10-3 » 0,0039 (m3/s). Hệ số cấp của máy nén: l = lc. ltl. lk. lw. lr [3] lc: hệ số tính đến thể tích chết. ltl: hệ số tính đến tổn thất nhiệt do tiết lưu. lw: hệ số tính đến tổn thất do hơi hút vào xi-lanh bị đốt nóng. lr: hệ số tính đến tổn thất do rò rỉ môi chất qua pittông, xi-lanh, secmăng và van từ khoang nén về khoang hút. Công thức trên có thể được viết gọn lại thành: l = li. lw' Trong đó: Lấy DP0 = DPk = 0,01 Mpa = 10000 Pa m = 1 đối với máy nén freon. C = 0,04: tỉ số thể tích chết. T0 và Tk: nhiệt độ tuyệt đối sôi và ngưng tụ của môi chất. Vậy l = li. lw' = 0,537 x 0,753 » 0,4044 Thể tích lý thuyết do pittông quét được: (m3/s) Hệ số lạnh của chu trình: Tỉ số nén: Chọn máy nén pittông IIБ14 1 cấp của Nga có: VltMN = 0,0111 (m3/s) Số xi-lanh: z = 2 Đường kính pittông: d = 67,5 (mm) Số vòng quay: n = 24 (vòng/s) Số lượng máy nén yêu cầu: Chọn Z = 1 máy nén. IV.2.2 Tính động cơ lắp sẵn: Động cơ lắp vào máy nén phải có đủ công suất để bù đắp cho tất cả các tổn thất xảy ra trong quá trình vận hành. Các tổn thất công suất được cho trong sơ đồ sau: Công nén đoạn nhiệt: Ns = mtt.l (kW) mtt: lưu lượng khối lượng qua máy nén, kg/s. l: công nén riêng, kJ/kg; l = h2 - h1. Ns = 0,0306 x (477,8 - 406,55) = 2,18025 (kW). Công nén chỉ thị: công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết. (kW) hi: hiệu suất chỉ thị, hệ số kể đến tổn thất trong. hi = lw' + b.to. Vậy: (kW) Công nén hiệu dụng Ne: công nén có tính đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy nén. Ne = Ni + Nms Với: Nms = Vtt.pms pms: áp suất ma sát riêng. Chọn pms = 0,049 MPa đối với máy nén freon thẳng dòng. Ne = 3 + 0,0039 x 0,049.103 » 3,2 (kW) Công suất điện: công suất đo được trên bảng đấu điện, có kể đến tổn thất truyền động. (kW) Hiệu suất truyền động của khớp, đai...htđ = 0,95. Hiệu suất động cơ: hel = 0,8 - 0,95. Chọn hel = 0,9. (kW) Công suất động cơ lắp đặt: Nđc Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn Nel. Chọn hệ số an toàn là 2,1 cho máy lạnh nhỏ do chế độ làm việc dao động lớn và điện lưới không ổn định. Nđc = 2,1 x Nel = 2,1 x 3,743 = 7,86 (kW). Chọn động cơ lắp sẵn cho máy nén có công suất động cơ Nđc = 8 (kW). Chương V TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ V.1 NHIỆT THẢI NGƯNG TỤ QK: Nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ Qk (kW) là nhiệt lượng mà nước làm mát hoặc không khí làm mát phải lấy đi. Qk = m.qk = m.(h2 - h3), kW. = 0,0306 x (477,8 - 256,52) = 6,77 (kW). V.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA DÀN NGƯNG TỤ: Bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng là một chùm ống lưỡng kim bố trí sole, bên trong là ống thép trơn, bên ngoài là ống có cánh tròn dạng cánh ren bằng nhôm với các thông số kỹ thuật như sau: Đường kính trong của ống thép: dtr = 0,021 (m). Đường kính chân cánh: dng = 0,028 (m). Đường kính cánh: D = 0,049 (m). Bề dày đầu cánh: dd = 0,6 (mm). Bề dày chân cánh: d0 = 1,1 (mm). Bước cánh: Sc = 3,5 (mm). Bước ống đứng: S1 = 0,052 (m). Bước ống dọc: S2 = 0,045 (m). Bước ống chéo: S2' = 0,052 (m). V.3 TÍNH CHỌN DÀN NGƯNG TỤ: Chọn độ chênh lệch nhiệt độ của không khí trong bình ngưng: Dt = 80C. Nhiệt độ không khí bên ngoài trong khi xe chuyển động: t1 = 370C. Nhiệt độ không khí khi ra khỏi bình ngưng: t2 = t1 + Dt = 37 + 8 = 450C. Nhiệt độ trung bình của không khí trong bình ngưng là: (0C) Các thông số của không khí ở 410C là: Ckk = 1 (kJ/kgK) rkk = 1,1245 (kg/m3) lkk = 2,767.10-2 (W/mK) nkk = 17,059.10-6 (m2/s) Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit Dttb: (0C) Lượng không khí cần thiết để giải nhiệt bình ngưng: (kg/s) Thể tích không khí giải nhiệt: (m3/s) V.3.1 Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía không khí: Nu = C.Cz.CS.j-mRen. Đối với chùm ống bố trí sole ta có: C = 0,32 và m = 0,5 Chọn số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí z = 4, ta tìm được hệ số Cz = 1. Cz là hệ số hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của số hàng ống z theo chiều chuyển động của dòng khí. Cz được tra trong tài liệu [1] theo bảng sau: Bố trí ống trong chùm ống Re Số hàng ống z 1 2 3 ³ 4 So le 12000 0,82 0,9 0,97 1 50000 0,75 0,88 0,97 1 Song Song 12000 1,4 1,3 1 1 30000 1,2 1,2 1 1 50000 1 1 1 1 Hệ số hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của sự bố trí giữa các ống trong chùm ống có cánh CS đối với ống bố trí sole được xác định bằng công thức sau: Diện tích cánh của 1m ống: Diện tích khoảng giữa các cánh của 1m ống: (m2/m) Tổng diện tích phần có cánh và không có cánh của 1m ống: F = FC + F0 = 0,06 + 0,752 = 0,812 (m2/m) Diện tích mặt trong của 1m ống: Ftr = p.dtr = 3,14 x 0,021 » 0,066 (m2/m) Diện tích mặt ngoài của 1m ống: Fng = p.dng = 3,14 x 0,028 » 0,088 (m2/m) Chiều dài quy ước: Chọn vận tốc của không khí trong bình ngưng wkk = 11,5 (m/s) ta có: Mật độ làm cánh bên ngoài: Số mũ n trong công thức tính Nu là: n = 0,6 x jng0,07 = 0,6 x 9,230,07 = 0,7. Thế vào công thức tính Nu ở trên ta có: Nu = C.Cz.CS.j-mRen = 0,32 x 1 x 1 x 9,23-05 x 235940,7 = 121,2 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí: (W/m2K) Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí quy đổi theo bề mặt ngoài: (W/m2K) [1] Với: Y = 0,85: hệ số kể đến sự truyền nhiệt không đều theo chiều cao cánh E: hiệu suất cánh, được xác định theo công thức: [1] Xác định E: Trong đó: lC = 203,5 (W/mK): hệ số dẫn nhiệt của cánh bằng nhôm. : bề dày trung bình của cánh. Chiều cao quy ước của cánh: h’ = h(1 + 0,35lnr) Với: h = 0,5(D – dng) Þ h’ = 0,5x(0,049 – 0,028)(1 + 0,35ln1,75) = 0,0126 (m) Þ Tích số: mh’ = 0,0126 x 33,4 = 0,421. Tra bảng trong tài liệu [1] ta được E = 0,944. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí quy đổi theo bề mặt ngoài: Mật độ dòng nhiệt về phía không khí theo bề mặt trong của ống: (W/m2) Dtv = tk – tv: độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ ngưng tụ và vách ngoài. Dtb: độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi chất ngưng tụ và môi trường làm mát. (m2K/W) dth = 0,002 (m): bề dày của thép. lth = 45,3 (W/mK): hệ số dẫn nhiệt của thép. dnh = 0,0015 (m): bề dày của ống nhôm. lnh = 203,5 (W/mK): hệ số dẫn nhiệt của nhôm. (m2K/W) V.3.2 Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía R22: Các thông số vật lý của R22 ở tk = 550C là: l = 72,84.10-3 (W/mK) m = 177.10-6 (Ns/m2) r = 1058,3 (kg/m3) n = 0,16725.10-6 (m2/s) Hệ số tỏa nhiệt về phía R22: Mật độ dòng nhiệt về phía R22: qatr = aa.Dtv = 2873,86.Dtv-0,25.Dtv = 2873,86.Dtv0,75 Giải hệ phương trình: Tìm Dtv sao cho thỏa mãn điều kiện: 2873,86.Dtv0,75 = 924,02(13,6 - Dtv) Dùng phương pháp lặp, ta tìm được Dtv = 4,305 (0C) Từ đó: qtr = 2873,86 x (4,305)0,75 = 8589 (W/m2) Diện tích bề mặt trong của bình ngưng: (m2) Tổng chiều dài ống của bình ngưng: (m) Chọn chiều dài của 1 ống là l = 0,8 (m) Tổng số ống trong bình ngưng: (ống). Bố trí ống trong bình ngưng thành 4 hàng ống, như vậy ta cần chọn số ống lớn hơn số ống yêu cầu một ít để đủ số ống bố trí theo số hàng ống đã chọn, chọn n = 18 ống. Số ống trên mặt chính diện sẽ cóù: (ống). V.4 TÍNH KIỂM TRA VẬN TỐC KHÔNG KHÍ: Diện tích cho không khí đi qua của 1m chiều dài ống có cánh: Tổng diện tích cho không khí đi qua tại tiết diện thu hẹp: Fkk = n’.l.fkk = 5 x 0,8 x 0,0189 = 0,0756 (m2) Vận tốc không khí: (m/s) So với vận tốc không khí ban đầu thì lệch: > 5(%). Như vậy vận tốc không khí ban đầu ta chọn là không hợp lý. Ta phải tiến hành chọn lại vận tốc không khí. Chọn wkk = 9,96 (m/s). Lặp lại quá trình tính toán đối với giá trị wkk mới: Nu = C.Cz.Cs.j-m.Ren = 0,32 x 1 x 1 x 9,23-0,5 x 204350,7 = 109,6 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía không khí: Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí quy đổi theo bề mặt ngoài: Mật độ dòng nhiệt về phía không khí theo bề mặt trong của ống: Với mật độ dòng nhiệt về phía R22 đã tính toán được ở trên, ta giải hệ phương trình: Dùng phương pháp lặp, ta tính được Dtv = 3,968 (0C) qtr = 2873,86 x 3,9680,75 = 8079,7 (W/m2) Diện tích bề mặt trong của bình ngưng: (m2) Tổng chiều dài ống trong bình ngưng: (m) Chọn chiều dài của 1 ống là l = 0,8 (m) Tổng số ống trong bình ngưng: (ống). Chọn n = 18 ống. Bố trí thành 4 hàng ống, số ống bố trí trên mặt chính diện: (ống). Vận tốc không khí: (m/s) So với vận tốc không khí ban đầu thì lệch: Lưu lượng thể tích của không khí với wkk = 9,96 (m/s). V’kk = 9,96 x 0,0756 = 0,753 (m3/s). Lưu lượng này ứng với độ gia nhiệt của không khí: (0C) Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng: t2’ = t1 + Dta’ = 37 + 8 = 45 (0C) Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: (0C) Dttb’ sai khác với Dttb ban đầu là: Như vậy: dàn ngưng có kích thước như đã tính toán được ở trên: Số ống trong dàn ngưng: 18 ống. Số hàng ống trong dàn ngưng: 4 hàng. Số ống ở mặt chính diện: 5 ống. Chiều dài một ống: 0,8 (m). Chương VI TÍNH CHỌN DÀN LẠNH Dàn lạnh là thiết bị để lấy nhiệt từ môi trường làm lạnh tuần hoàn giữa thiết bị bay hơi và đối tượng làm lạnh để nhận nhiệt và làm lạnh đối tượng cần làm lạnh. VI.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ ĐI VÀO VÀ RA KHỎI DÀN LẠNH: Chọn thông số của không khí đi vào dàn lạnh: t1vào = -17 (0C) j1 = 90 (%) d1 = j1.d1” Với d1”: độ chứa hơi của không khí bão hòa ở t10C. Tra giản đồ I_d của không khí ẩm ta được d1” = 1,01.10-3 (kg/kg). Þ d1 = 0,9 x 1,01.10-3 = 0,909.10-3 (kg/kg). h1 = hk1 + j1.h1” Với hk1 và h1”: entalpi của không khí khô và hơi nước bão hòa ở nhiệt độ t1 Þ h1 = -17,17 + 0,9 x 2,495 = -14,92 (kJ/kg). Chọn thông số của không khí đi ra khỏi dàn lạnh: t2ra = -19 (0C) j2 = 95 (%). d2 = j2.d2” Với d2”: độ chứa hơi của không khí bão hòa ở t2 0C. Tra giản đồ I_d của không khí ẩm ta được d2” = 0,85.10-3 (kg/kg) Þ d2 = 0,95 x 0,85.10-3 = 0,8075.10-3 (kg/kg) h2 = hk2 + j2.h2” Với hk2 và h2”: entalpi của không khí khô và hơi nước bão hòa ở nhiệt độ t2. Þ h2 = -19,18 + 0,95 x 2,09 = -17,19 (kJ/kg). VI.2 TÍNH CHỌN DÀN LẠNH: Tỉ số nhiệt ẩm: Vẽ đường cong e = f(tv) theo công thức và đường thẳng e = 22365 trên cùng một đồ thị để xác định nhiệt độ bề mặt dàn lạnh tv: Từ đồ thị, ta xác định được tv = -22,2 (0C). Bề mặt truyền nhiệt của dàn lạnh là chùm ống đồng bố trí song song có cánh phẳng bằng nhôm lồng vào ống: Đường kính ngoài của ống: dng = 0,012 (m). Đường kính trong của ống: dtr = 0,010 (m). Bước cánh: Sc = 0,004 (m). Bề dày cánh: dc = 0,0004 (m). Bước ống: S1 = 0,045 (m). S2 = 0,045 (m). Diện tích cánh của 1m ống: Diện tích khoảng giữa các cánh của 1m ống: (m2/m) Tổng diện tích mặt ngoài có cánh của 1m ống: F = F0 + FC = 0,956 + 0,0339 = 0,9899 (m2/m) Diện tích bề mặt trong của 1m ống: Ftr = p.dtr = 3,14 x 0,01 = 0,0314 (m2/m) Hệ số làm cánh: VI.2.1 Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía không khí: Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí với chùmống có cánh phẳng hình chữ nhật có thể xác định từ công thức: Trong đó: Đường kính tương đương: Chọn vận tốc không khí: w = 4,5 (m/s). Độ nhớt động học của không khí ở -17 (0C): n = 12,72.10-6 (m2/s). Chọn số cụm ống theo chiều chuyển động của không khí: z = 7. Chiều dài cánh theo chiều chuyển động của không khí: L = S2.z = 0,045 x 7 = 0,315 (m). Tỉ số: Số mũ n: Số mũ m: Hệ số C: C = A.B A: tra trong tài liệu [1] theo tỉ số L/dtđ. Với L/dtđ = 48,54 Þ A = 0,054. Vậy C = 0,054 x 0,809 = 0,0437 Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí: Hệ số dẫn nhiệt của không khí ở -170C: l = 0,023 (W/mK) (W/m2K) Hệ số tỏa nhiệt quy ước: x:hệ số tách ẩm: tv < 00C dt: bề dày lớp tuyết đóng trên bề mặt. Chọn dt = 0,005 (m). lt: hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết: lt = 0,2 (W/mK). Rc: tại chỗ tiếp xúc giữa cánh và ống: Rc = 0,005 (m2K/W). (W/m2K) Thông số m: lc: hệ số dẫn nhiệt của nhôm: lc = 203,5 (W/mK). Chiều cao quy ước của cánh: h’ = 0,5dng(r - 1)(1 + 0,35lnr) (m) Đối với cánh hình vuông: B = S1 = S2 = 0,045 (m) Þ h’ = 0,5 x 0,012 x (4,3 – 1)(1 + 0,35ln4,3) = 0,03 (m) Thông số: mh’ = 23,08 x 0,03 = 0,6924 Hiệu suất cánh: được tra theo bảng trong tài liệu [1] dựa vào tích số mh’. Với mh’ = 0,6924 Þ E = 0,8625. Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí quy đổi theo bề mặt trong của ống: (W/m2K) Y: hệ số kể đến sự truyền nhiệt không đều theo chiều cao cánh: Y = 0,85. (W/m2K) Mật độ dòng nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong của ống: qtr = aqtr(tkh – tv) = 457,71 x (-18 + 22,2) = 1922,4 (W/m2) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: (m2) Lượng không khí đi qua dàn lạnh: (kg/s) Thể tích không khí đi qua dàn lạnh: (m3/s) rkk ở -170C = 1,333 (kg/m3) Diện tích cho không khí đi qua: (m2). Diện tích bề mặt truyền nhiệt của 1 cụm ống: Số cụm ống trong dàn lạnh: (cụm) Chọn z = 7 cụm ống. Chiều dài ống trong một cụm ống: (m) Số hàng ống trong một cụm ống: K: tỉ số giữa chiều rộng và chiều cao của cụm ống. Chọn K = 2,33 Chọn m = 10. Với m = 10 thì: Chiều dài của một ống trong một cụm ống: (m) Chọn l = 1,2(m). VI.2.2 Xác định nhiệt độ sôi của R22 trong dàn lạnh: Để xác định nhiệt độ sôi của R22, chúng ta xác định mật độ dòng nhiệt về phía R22 qatr = f(t0) theo 1 số giá trị t0 cho trước. Dựng đường cong qatr = f(t0) và qatr = 1922,4 trên cùng một đồ thị. Từ giao điểm có được, ta xác định t0 của R22 trong dàn lạnh. Các đại lượng Nhiệt độ sôi t0, 0C -25 -26 -27 - Năng suất lạnh riêng q0 với điều kiện R22 đi vào dàn lạnh là chất lỏng bão hòa, tức là q0 = r, kJ/kg. 224,32 225,01 225,71 - Khối lượng riêng của R22 lỏng, kg/m3. 1366,12 1369,113 1372,118 - Vận tốc của R22 lỏng: (m/s) Với Q0 = 8,953(kJ/s) z = 7 dtr = 0,01 (m) 0,0532 0,053 0,0526 - Mật độ dòng nhiệt về phía R22: (W/m2) Với tv = -22,2 (0C) 1124 2475,75 4545,67 - Hệ số A xác định theo t0. 1,005 1,0325 1,06 Dựng đường cong qatr = f(t0) theo một vài giá trị tính toán được ở trên. q(W/m2) -25,73 t0 Þ t0 = -25,73 (0C) Như vậy dàn lạnh có các thông số như đã tính toán được ở trên. Chương ViI TÍNH THIẾT BỊ PHỤ VII.1 TÍNH BÌNH CHỨA CAO ÁP: Bình chứa cao áp được bố trí về phía cao áp nằm sau bình ngưng. Nó giải phóng bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng khỏi lớp chất lỏng, đồng thời cung cấp đồng đều một lượng lỏng cho van tiết lưu. Theo quy định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể tích của toàn bộ hệ thống dàn bay hơi trong hệ thống lạnh có bơm cấp môi chất lỏng từ trên và 60% thể tích trong hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới lên. Khi vận hành, mức lỏng của bình cao áp chỉ được phép choán 50% thể tích bình. Đối với các máy lạnh freôn: V = (1500 ¸ 2250).G.v G: lượng tác nhân đi qua bình chứa cao áp, kg/s. G = 0,0306 (kg/s) với điều kiện môi chất lỏng có lưu lượng không đổi trong toàn chu trình lạnh. v: thể tích riêng của chất lỏng ở nhiệt độ tk, m3/kg. v = 0,9449.10-3 (kg/m3) tại tk = 550C. Þ V = (1500 ¸ 2250) x 0,0306 x 0,9449.10-3 = 0,0434 ¸ 0,065 (m3/s) Chọn bình chứa có thể tích chứa V = 0,065 (m3/s). VII.2 TÍNH THIẾT BỊ HỒI NHIỆT: Trong bình hồi nhiệt diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa chất lỏng tác nhân lạnh đi từ bình chứa đến van tiết lưu và hơi tác nhân lạnh đi ra khỏi dàn lạnh. Bình hồi nhiệt có chức năng sau: Nâng cao hiệu quả nhiệt động học của chu trình lạnh. Làm quá lạnh chất lỏng của tác nhân lạnh để ngăn ngừa sự bốc hơi của chất lỏng trước khi vào van tiết lưu. Làm khô hơi ra khỏi dàn lạnh để tránh cho máy nén hút phải ẩm. Phụ tải nhiệt của bình hồi nhiệt: QHN = G.[x.(i2 – i’’) + (1 – x)(i2 – i’)] = G.(iw1 – iw2) = G.qHN G: lượng R22 đi qua bình hồi nhiệt, kg/s. i2: entalpi của hơi ra khỏi bình hồi nhiệt. i’, i’’: entalpi của freôn lỏng và của hơi freôn trên đường bão hòa P0 (T0), kJ/kg. iw1, iw2: entalpi của freôn lỏng khi vào và ra khỏi bình hồi nhiệt, kJ/kg. Giá trị của iw1 và iw2 ứng với giá trị h3’ và h3 trên chu trình lạnh. Þ qHN = iw1 – iw2 = h3’ – h3 = 268,62 – 256,52 = 12,1 (kJ/kg). Þ QHN = G.qHN = 0,0306 x 12,1 = 0,37026 (kW). Nhiệt độ của freôn lỏng khi ra khỏi bình hồi nhiệt: tw2 = t3 = 450C. Nhiệt độ của freôn lỏng khi đi vào bình hồi nhiệt: tw1 = tk = 550C. Nhiệt độ trung bình của freôn lỏng trong bình hồi nhiệt: (0C) Các thông số vật lý của R22 lỏng ở 500C như sau: v = 0,9226.10-3 (m3/kg) Þ r = 1084 (kg/m3). l = 75,415.10-3 (W/mK) m = 177.10-6 (NS/m2) Þ n = 0,1633.10-6 (m2/s) Cp = 1,4 (kJ/kg.K) Nhiệt độ trung bình của hơi quá nhiệt: (0C) Các thông số vật lý của hơi quá nhiệt ở tqn = -16 (0C) v = 121,748.10-3 (m3/kg) Þ r = 8,2137 (kg/m3). l = 8,41.10-3 (W/mK) m = 11,08.10-6 (NS/m2) Þ n = 1,35.10-6 (m2/s) Cp = 0,5954 (kJ/kg.K) Bình hồi nhiệt có ống xoắn trơn, bằng đồng, có đường kính: dtr = 0,01 (m), dng = 0,012 (m). Đường kính của cái lõi D1 phải chọn sao cho không nhỏ hơn 8.dng. Chọn D1 = 0,1 (m). Đường kính trong của thân bình hồi nhiệt D2 = 0,157 (m). Hai cuộn ống xoắn lồng vào nhau cách nhau 1,5 (mm) đồng thời cũng cách đều hai vách 1,5 (mm) mỗi phía. Các vòng tròn trên một cuộn xoắn cách đều nhau một khoảng bằng 5 (mm). Thể tích hơi quá nhiệt đi qua bình hồi nhiệt: (m3/s) = 0,00373 (m3/s) Diện tích hình vành khăn của bình hồi nhiệt: (m2) Diện tích choán chỗ của hai cuộn ống xoắn: (m2) Diện tích cho hơi quá nhiệt đi qua: Fh = FHN – Fx = 0,0115 – 0,009684 = 0,001816 (m2) Vận tốc hơi quá nhiệt chuyển động trong bình hồi nhiệt: (m/s) Trị số Re của hơi: Nu = C.Rem.Prn.ez Tính ở chế độ chảy quá độ đốivới chùm ống bố trí song song và xác định theo bảng trong tài liệu [1]. C = 0,27 m = 0,63 n = 0,36 ez = 1 với z ³ 4 Þ Nu = 0,27 x 182580,63 x 0,7850,36 x 1 = 119,74 Hệ số tỏa nhiệt về phía hơi quá nhiệt: (W/m2K) Thể tích freôn lỏng chuyển động trong ống: (m3/s) Vận tốc của freôn lỏng trong ống: (m/s) Với n = 2 là số ống xoắn làm việc song song. Đây là chế độ chảy rối cho nên: Nu = 0,021Re0,8Pr0,43e1 Vì e1 = 1. Þ Nu = 0,021 x 11696,260,8 x 3,30,43 x 1 = 63,04 Hệ số tỏa nhiệt về phía freôn lỏng khi chưa có hiệu chỉnh: (W/m2K) Hệ số hiệu chỉnh chuyển động xoắn ống: Rtb: bán kính uốn cong trung bình của hai cuộn ống xoắn: (m) Hệ số tỏa nhiệt về phía freôn lỏng sau khi đã hiệu chỉnh: aw = aw’.ex = 475,42 x 1,28 = 608,54 (W/m2K) Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt ngoài: (W/m2K) dv = 0,001 (m): bề dày của vách ống. lv = 383,8 (W/mK): hệ số dẫn nhiệt của vách ống bằng đồng. (W/m2K) Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: (0C) Diện tích truyền nhiệt của bình hồi nhiệt: (m2) Chiều dài ống đồng: Số vòng xoắn trên mỗi cuộn ống xoắn: (vòng) Chọn n = 3 (vòng) d1: đường kính trung bình của cuộn ống xoắn trong, m. d2: đường kính trung bình của cuộn ống xoắn ngòai, m. Chiều dài của mỗi cuộn ống xoắn là: l = n.dng + (n – 1).D = 3 x 12 + (3 -1 ) x 5 = 46 (mm). D = 5 (mm): khoảng cách giữa hai vòng xoắn. Như vậy thiết bị hồi nhiệt có các thông số đã được chọn và tính toán ở trên. VII.3 TÍNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN: Đường kính trong của ống dẫn được tính theo biểu thức: (m) G: lưu lượng tác nhân lạnh đi trong ống, kg/s. r: khối lượng riêng của tác nhân lạnh, kg/m3. w: vận tốc chuyển động của tác nhân lạnh, m/s. Tốc độ w có thể chọn như sau: Đường hút máy nén: w = 7 – 12 (m/s). Đường đẩy máy nén: w = 8 – 15 (m/s). Đường dẫn lỏng: w = 0,4 – 1 (m/s). VII.3.1 Ống dẫn hơi hút: Tại điểm 1: r = 7,864 (kg/m3). Chọn w = 9,5 (m/s). (m) Chọn dtr theo chuẩn = 25 (mm) VII.3.2 Ống đẩy: Tại điểm 2: r = 65,8 (kg/m3). Chọn w = 11,5 (m/s). (m) Chọn dtr theo chuẩn = 8 (mm) VII.3.3 Ống dẫn R22 lỏng: Tại điểm 3’: r = 1058,3 (kg/m3). Chọn w = 0,7 (m/s). (m) Chọn dtr theo chuẩn = 8 (mm) Chương ViiI TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH Bảng tính sơ bộ giá thành các chi tiết, thiết bị STT Chi tiết, thiết bị Đơn giá (triệu đồng) Số lượng (cái) Thành tiền (triệu đồng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Xe IZUZU Thùng bảo ôn Máy nén lạnh Động cơ điện Động cơ Diesel Thiết bị bốc hơi Thiết bị ngưng tụ Van tiết lưu Thiết bị hồi nhiệt Bình chứa cao áp Bình tách lỏng Phin lọc Quạt dàn lạnh Quạt dàn ngưng Bộ điều khiển tự động Các chi tiết khác Công lắp ráp 200 80 22 4 28 7 5 1,1 2 1.5 2 0,4 0,2 0,2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 200 80 22 4 28 7 5 1,1 2 1,5 2 0,4 0,4 0,4 20 1 2 Tổng cộng 376,8 KẾT LUẬN Dựa vào các kết quả tính toán ở trên ta có thể lựa chọn những thiết bị chính phù hợp với hệ thống để đưa vào hoạt động. Trong quá trình hoạt động, để đảm bảo tính an toàn và ổn định trong vận hành, ta còn phải tính đến phần kiểm tra an toàn hệ thống và tính tự động hóa cho hệ thống. Có như vậy thì hệ thống mới hoạt động an toàn, hiệu quả và đúng yêu cầu đặt ra của người thiết kế. Tuy vậy, trong khuôn khổ nội dung của đề tài, em không thể trình bày toàn bộ nội dung của phần này mà chỉ chú trọng vào phần tính toán và thiết kế hệ thống theo yêu cầu của đề tài được giao. Trong quá trình tính toán thiết kế, tuy đã tính đến các tổn thất cơ bản của hệ thống lạnh nhưng vần chưa đề cập đến những tổn thất lạnh có thể có vì đã được bỏ qua để quá trình tính toán được nhanh chóng và đơn giản hơn. Vì vậy, kết quả xác định được tuy không phải là chính xác tuyệt đối nhưng cũng đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của hệ thống. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do khả năng có hạn nên chắc chắn không thể tránh khỏi sai xót. Rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến quý báu để giúp đề tài hoàn thiện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, NXB Giáo dục 1994. [2] Nguyễn Văn Lục, Hướng dẫn đồ án môn học Máy và Thiết bị lạnh, ĐH Bách Khoa Tp.HCM 1993. [3] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB Khoa học Kỹ thuật 1999. [4] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, Môi chất lạnh, NXB Giáo dục 1998. [5] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, Bài tập kỹ thuật lạnh, NXB Giáo dục 1996. [6] Trần Đức Ba, Kỹ thuật lạnh đại cương, ĐH Bách Khoa Tp.HCM 1994. [7] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB Giáo dục 1994. [8] Nguyễn Đức Lợi, Kỹ thuật lạnh ứng dụng, ĐH Bách Khoa Hà Nội. [9] Trần Đức Ba – Phạm Văn Bôn, Công nghệ lạnh nhiệt đới, ĐH Bách Khoa Tp.HCM 1993. [10] Lê Chí Hiệp, Kỹ thuật điều hòa không khí, NXB Khoa học Kỹ thuật 1997. MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN……………………………………………………………………………………………………………………… 2 I.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔI CHẤT LẠNH……………………………………………………………………………… 2 I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT……………………………………………………………………… 3 I.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH ẨM……………………………………………………………………………… 4 I.4 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ………………………………………………………………………………… 4 CHƯƠNG II: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM……………………………………………………………………………… 6 II.1 XÁC ĐỊNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT………………………………………………………………… 6 II.2 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG……………………………………………………………………………… 9 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NHIỆT THÙNG BẢO ÔN…………………………………………………………… 10 III.1 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CÁC KẾT CẤU BAO CHE………………………………………… 10 III.2 TÍNH TỔNG TỔN THẤT NHIỆT CỦA THÙNG BẢO ÔN…………………………… 11 CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN MÁY NÉN………………………………………………………………………………………… 14 IV.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC……………………………………………………… 14 IV.2 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN……………………………………… 15 CHƯƠNG V: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ…………………………………………………………………… 19 V.1 NHIỆT THẢI NGƯNG TỤ……………………………………………………………………………………………… 19 V.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA DÀN NGƯNG…………………………………………… 19 V.3 TÍNH CHỌN DÀN NGƯNG………………………………………………………………………………………… 19 V.4 TÍNH KIỂM TRA VẬN TỐC KHÔNG KHÍ…………………………………………………………… 23 CHƯƠNG VI: TÍNH CHỌN DÀN LẠNH……………………………………………………………………………………… 26 VI.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ ĐI VÀO VÀ RA KHỎI DÀN LẠNH………………………………………………………………………………………………………… 26 VI.2 TÍNH CHỌN DÀN LẠNH…………………………………………………………………………………………… 26 CHƯƠNG VII: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ……………………………………………………………………………………………… 32 VII.1 TÍNH BÌNH CHỨA CAO ÁP……………………………………………………………………………………… 32 VII.2 TÍNH BÌNH HỒI NHIỆT……………………………………………………………………………………………… 32 VII.3 TÍNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN………………………………………………………………………………………… 35 CHƯƠNG VIII: TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH………………………………………………………………………………… 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO