Thiết kế hệ thống lạnh cấp trữ đông thịt heo sử dụng MC NH3

0C. Tra bảng 3-3 trang 63 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -18 0C tính cho vách bao ngoài. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,22 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn = 0,047[ = 0,191 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,2 m . Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế : ktd = = 0,21 W/m2K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có : α1= 23,3 W/m2K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có : α2= 10,5 W/m2K - Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0C. Tra bảng 3-3 trang 63 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -35 0C tính cho vách bao ngoài. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,19 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn = 0,047[ = 0,23 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,3 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktd = = 0,146 W/m2K 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt. Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường. Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66 , tài liệu[1]. k ≤ ks = 0,95.α1, [W/m2K] Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m2K] - ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m2K] - α1=23,3 W/m2K : hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che - tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C - tn= 38,2 0C : nhiệt độ môi trường ngoài - ts =32,50C nhiệt độ đọng sương của môi trường , tra theo đồ thị I - d với nhiệt độ môi trường t1=38,20C và độ ẩm φ =72% a. Phòng trữ đông Phòng trữ đông có tf = -180C Suy ra: ks= 0,95.23,3.= 2,25 W/m2K Mà có ktđ = 0,21 < ks = 2,25 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng trữ đông Phòng cấp đông Phòng cấp đông có tf = -350C Suy ra: ks= 0,95.23,3.= 1,72 W/m2K Mà có kcđ = 0,146 < ks = 1,72 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng cấp đông. §2.2 Tính cách nhiệt trần kho lạnh 1. Kết cấu và các thông số của nó Lớp Vật liệu δ [m] λ [W/m2K] 1 Vữa trát xi măng 0,015 0,9 2 Bê tông cốt thép 0,1 1,5 3 Vữa trát xi măng 0,015 0,9 4 Bitum 0,002 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Polystiron δcn 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Lưới mắt cáo,vữa mắc cao 0,02 0,9 9 Móc sắt 2. Tính toán a Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có : α1= 23,3 W/m2K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3 -7 trang 65,tài liệu[1] có: α2=9 W/m2K - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18 0C. Tra bảng 3-3 trang 63, tài liệu[1] với nhiệt độ phòng -18 0C tính cho mái bằng . Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,218 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn = 0,047[ = 0,193 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn . Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,2 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế : ktd = = 0,21 W/m2K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có : α1= 23,3 W/m2K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có : α2= 10,5 W/m2K - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0C. Tra bảng 3-3 trang 63 tài liệu[1] với nhiệt độ phòng -35 0C tính cho mái bằng .Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,17 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn = 0,047[ = 0,254 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,3 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktd = = 0,146 W/m2K 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt. Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường. Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66 tài liệu [1]. k ≤ ks = 0,95.α1, [W/m2K] Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m2K] - ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m2K] - α1= 23,3 W/m2K : hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che - tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C - tn = 38,20C : nhiệt độ môi trường ngoài - ts = 32,5 0C : nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độ môi trường t1= 38,20C và độ ẩm φ =72% a. Phòng trữ đông Phòng trữ đông có tf = -180C Suy ra: ks = 0,95.23,3. = 2,25 W/m2K Mà có ktđ = 0,21 < ks = 2,25 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của trần phòng trữ đông b. Phòng cấp đông Phòng cấp đông có tf = -350C Suy ra : ks= 0,95.23,3.= 1,72 W/m2K Mà có kcđ = 0,146 < ks = 1,72 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của trần phòng cấp đông. §2.3 Tính cách nhiệt nền kho lạnh Kết cấu và các số liệu của nó Lớp Vật liệu δ [m] λ [W/m2K] 1 Đất nền 2 Bê tông sỏi 0,1 1,4 3 Vữa trát xi măng 0,015 0,9 4 Bitum 0,002 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Polystiron ? 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Bê tông cốt thép 0,1 1,5 9 Vữa trát 0,02 0,9 10 Ống PVC 11 Ụ đỡ bê tông Tính toán Đối với nền có sưởi thì ta chỉ cần tính các lớp phía trên lớp có sưởi. Cụ thể ở đây trong lớp bê tông sỏi thường nguời ta thi công với chiều dày 300 mm. Nhưng do có sưởi nền bằng khí trời nên chiều dày tính toán khoảng 100 mm tính từ mép trên ống thông gió đến lớp vữa trát (3) do đó xem α1= ∞ a. Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có: α2=9 W/m2K - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18 0C. Tra bảng 3 - 6 trang 64 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -18 0C tính cho nền có sưởi. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua nền có sưởi : ktư = 0,226 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δcn = 0,047[ = 0,192 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: = 0,2 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktd = = 0,217 W/m2K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có : α2 = 10,5 W/m2K - Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0C. Tra bảng 3 - 6 trang 64 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -35 0C tính cho mái bằng . Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : ktư = 0,17 W/m2K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng cấp đông: δcn = 0,047[ = 0,261 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là : = 0,3 m Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: kcd = = 0,149 W/m2K §2.4 Bố trí cách nhiệt cho kho lạnh Đối với tường ngăn giữa 2 phòng lạnh có nhiệt độ âm như nhau vẫn phải cách nhiệt với chiều dày như tường bao ngoài. Nhưng phải phân lớp cách nhiệt ra 2 bên như hình dưới: CHƯƠNG 3: TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH - Chương này nhằm tính tổng tổn thất nhiệt của kho lạnh . Để từ đó tính ra công suất yêu cầu của máy lạnh. - Tổn thất lạnh từ kho lạnh ra môi trường được xác định theo biểu thức: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , [W] Trong đó: Q1: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che, [W] Q2: Tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm và bao bì, [W] Q3: Tổn thất lạnh do thông gió. Tổn thất này chỉ có đối với các phòng lạnh có phát sinh nguồn hôi thối hoặc các chất độc hại. Ở đây sản phẩm bảo quản là thịt heo đã qua chế biến nên không cần phải thông gió buồng lạnh => Q3=0 Q4: Tổn thất lạnh do vận hành , [W] Q5: Tổn thất lạnh do sản phẩm thở (Rau, hoa quả…), ở đây sản phẩm là thịt heo => Q5 = 0 => Tổn thất lạnh của kho lạnh thiết kế được tính theo công thức: Q = Q1 + Q2 + Q4 , [W] - Các số liệu và cách bố trí buồng 5660 A D B C E F G H K 4540 4000 4810 4000 4440 5220 4440 4000 4000 1220 CĐ (-35°C) TĐ (-18°C) TĐ (-18°C) §3.1 Tính nhiệt cho phòng cấp đông Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q Trong đó: Q : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Q: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do bức xạ mặt trời. Vì kho lạnh có thiết kế thêm 1 mái che nắng mưa ở phía trên trần kho lạnh, do đó bức xạ từ mặt trời vào kho lạnh là không có => Q= 0 Vậy: Q1 = Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với: - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa buồng cấp đông và trữ đông có : kBC = 0,47 - Fi : Diện tích bề mặt kết cấu bao che, [m2] - ∆ti : Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong. Độ chênh nhiệt độ giữa các vách ngăn được tính theo nhiệt độ định hướng . Cụ thể độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với phòng đệm: ∆tDC = 0,7( tn - tf) = 0,7(38,2 + 35) = 51,240C Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông và phòng trữ đông là : ∆tBC = 0,6( tn - tf) = 0,6(38,2 + 35) = 43,92 (0C) - Chiều cao tính toán phòng lạnh là: htt = 3,46 m Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau : Kết cấu Kích thước, [m x m] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường AB 4,54 x 3,46 0,146 73,2 167,9 Tường AD 4,81 x 3,46 0,146 73,2 177,9 Tường BC 4,0 x 3,46 0,146 43,92 88,7 Tường CD 4,0 x 3,46 0,146 51,24 103,5 Nền 4,0 x 4,0 0,149 73,2 174,5 Trần 4,0 x 4,0 0,146 73,2 171 Tổng 883,5 2. Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2 Ta có : Q2 = Q+ Q, [W] Trong đó: Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm. Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì. Tính Q: Ta có công thức tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm : Q= , [kW] Với : - G : Công suất cấp đông , [t] - i1: Entanpi của thịt Heo khi đưa vào. Ở nhiệt độ 180C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] ta có : i1 = 266,2 kJ/kg - i2: Entanpi của thịt Heo khi đưa ra . Ở nhiệt độ -150C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] ta có : i2 = 12,2 kJ/kg - τ =11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ thịt => Q= = 19,242 kW = 19242 W b. Tính Q: Ta có công thức tính tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì : Q= , [kW] Với: - Gb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm,[t]. Do khối lượng bao bì chiếm tới (10 ÷ 30)% khối lượng hàng (trang 84 tài liệu [1]) và bao bì bằng kim loại nên lấy bằng 30% khối lượng sản phẩm Gb=30%G. Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì, đối với bao bì bằng kim loại thì Cb =0, 45kJ/kg.K (trang 84 tài liệu [1]) t1: Nhiệt độ đầu vào của bao bì lấy bằng nhiệt độ đầu vào của sản phẩm t2: Nhiệt độ đầu ra của bao bì lấy bằng nhiệt độ của phòng cấp đông τ = 11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ sản phẩm => Q= = 0,542 kW = 542 W Vậy tổng tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì là: Q2= 19,242 + 0,542 = 19,784 kW = 19784 W 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qđược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F : diện tích phòng lạnh , [m2] F = 4x4=16 m2 - A : Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng . Đối với phòng bảo quản lạnh có A = 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .16 = 19,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n : số người làm việc trong phòng . Vì phòng có diện tích chọn n = 2 Q= 350.2 = 700 W c.Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần: + Một phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh. + Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…). Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh. Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ + = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng + = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng cấp đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E = 2 tấn/mẻ là : N = 4x2,2 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đông với công suất là 3 tấn/mẻ là: N= = 13,2kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= η.N= 1.13,2 = 13,2 kW ( η = 1 chọn động cơ đặt trong phòng ) Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B - dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2] . Tra bảng (4 - 4) trang 87 – Tài liệu 1 - đối với phòng cấp đông có diện tích F= 16 m2 < 50 m2 ta có : B = 32 W /m2 F= 4x4m2: diện tích buồng => Q= 16. 32 = 512 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 19,2 + 700 + 13200 + 512 = 14431,2 W 4. Tính nhiệt kho lạnh Đối với hệ thống lạnh cấp đông thì tổng tổn thất nhiệt cấp cho phòng này là: Q = Q1 + Q2 + Q4 = 883,5 + 19784 + 14431,2 = 35098,7 W = 35,1 kW 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho phòng Q. Nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống. Bên cạnh đó thì máy nén không thể vận hành liên tục 24h trong 1 ngày được vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất mỏi làm hỏng máy nén. Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau: Q0 = Trong đó : k - hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là -350C nên nhiệt độ dàn bay hơi ta chọn t0= - 400C , vậy chọn k = 1,1 (trang 92 tài liệu [1]) b - hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q0 = = 42898 W §3.1 Tính nhiệt cho phòng trữ đông 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q= Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với: - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa 2 buồng trữ đông có: kGF = 0,58 W/m2K - Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2] - ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong. Độ chênh nhiệt độ giữa các vách ngăn được tính theo nhiệt độ định hướng. + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với phòng đệm: ∆tEF = 0,7( tn - tf) = 0,7(38,2 + 18) = 39,340C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa 2 phòng trữ đông : ∆tGF = 0,6( tn - tf) = 0,6(38,2 + 18) = 33,720C - Chiều cao tính toán phòng lạnh là : htt = 3,46 m Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Phòng trữ đông : BEFG Kết cấu Kích thước, [m x m] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường BG 4 x 3,46 0,21 56,2 163,3 Tường GF 5,22 x 3,46 0,21 33,72 127,9 Tường EF 4 x 3,46 0,21 39,34 114,3 Tường EC 1,22 x 3,46 0,21 39,34 34,9 Tường BC 4x3,46 0,21 33,72 98 Nền 4 x 5 0,21 56,2 236 Trần 4 x 5 0,217 56,2 243,9 Tổng 1018,3 Phòng trữ đông : GFKH Kết cấu Kích thước, [m x m] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường GH 4,44 x 3,46 0,21 56,2 181,3 Tường GF 5,22 x 3,46 0,21 33,72 127,9 Tường HK 5,66 x 3,46 0,21 56,2 231,1 Tường FK 4,44 x 3,46 0,21 39,34 126,9 Nền 4 x 5 0,21 56,2 236 Trần 4 x 5 0,217 56,2 243,9 Tổng 1147,1 2. Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì Q2: Đối với phòng trữ đông thì Q2 = 0 đó là do nhiệt độ thịt đưa vào phòng trữ đông là – 150C , nhiệt độ thịt khi ra khỏi phòng là -120C, như vậy còn 30C ta dùng để làm lạnh cho bao bì 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qdược tính theo công thức (4 -17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 4x5 = 20 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A = 1,2 W/m2 => Q= 1,2 . 20 = 24 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4 - 18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng ,vì phòng có diện tích chọn n = 2 Q= 350.2 = 700 W Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần: + Một phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh. + Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…). Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh. Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ + = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng + = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng trữ đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E = 20 tấn/mẻ là : N = 4 x 0,75 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đôngvới công suất là 25 tấn/mẻ là: N= = 3,75 kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= η.N= 1.3,75= 3,75 kW = 3750 W ( η = 1 chọn đông cơ đặt trong phòng ) Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4 - 4) trang 87 đối với phòng trữ đông có diện tích F= 20 m2 < 50 m2 ta có : B = 22 m2 F= 6x6m2: diện tích buồng => Q= 20.22 = 440 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 24 + 700 + 3750 + 440 = 4914 W 4. Tính nhiệt kho lạnh. a. Đối phòng trữ đông BEFG Q = Q + Q4 = 1018,3 + 4914 = 5932,3 W b. Đối với phòng trữ đông FGHK Q = Q + Q4 = 1147,1 + 4914 = 6061,1 W 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Ta thấy rằng ở 2 phòng trữ đông І và ІІ đều có cùng 1 chế độ làm việc. Về nguyên tắc ta có thể sử dụng mỗi phòng một 1 hệ thống lạnh riêng biệt. Tuy nhiên làm như thế là tốn kém thêm 1 máy nén, tốn thêm nhiều thiết bị hơn, không tiện trong việc vận hành. Vậy ta chọn 1 hệ thống lạnh chung cho cả 2 phòng trữ đông. Tổn thất nhiệt của hệ thống là: = ++ 0,7. Ta lấy 0,7.là do có sự không đồng thời về vận hành. Mà ở đây chỉ có 2 phòng trữ đông nên chọn 0,7.. => = + 0,7. =Q + Q + 0,7.2.Q4 = 1018,3 + 1147,1 + 0,7.2.4914 = 9045 W Vậy công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là: Q0 = Trong đó: k - hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là -180C nên nhiệt độ dàn bay hơi ta chọn t0= - 230C , vậy chọn k = 1,063 (trang 92 tài liệu [1]) b - hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q0 = = 10683,15 W CHƯƠNG 4: LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN Chương này nhằm nhằm xây dựng và tính toán chu trình lạnh của hệ thống để từ đó tính ra công suất nhiệt yêu cầu của các thiết bị trong hệ thống lạnh và tính chọn máy nén. §4.1 Chọn môi chất Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh là NH3 vì nó có nhiều ưu điểm như : Rẻ tiền, không hoà tan dầu bôi trơn , tan vô hạn trong nước nên không có khả năng đóng băng gây tắc nghẽn hệ thống . Amoniac là chất không màu nhưng nó có mùi khai nên rất dễ phát hiện khi rò rỉ . Ưu điểm lớn nhất so với Freon là nó không phá huỷ tầng Ôzôn . Bên cạnh đó thì Amoniac còn có 1 số nhược điểm : NH3 là chất rất độc, hít nhiều có thể xỉu, hoặc có thể gây tử vong. Dễ gây cháy nổ . Ở nồng độ (16 ÷ 25)% thể tích không khí sẽ gây nổ. Khi xì hở làm hỏng sản phẩm. Khi ẩm thì ăn mòn kim loại màu như : Cu, Zn và hợp kim của chúng. Nhưng các nhược điểm này ta có thể hạn chế được . Do đó chọn NH3 là phù hợp. §4.2 Hệ thống lạnh cho phòng trữ đông І. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu Q0 = 10683W = 10,683 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 180C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình là: t = tư + (3÷4)0C Với: tư - là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị I - d với tn= 38,20C và độ ẩm φ = 72% , ta có: tư = 33,50C => t = 33,5 + 3 = 36,50C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = t + 5 0C = 36,5 + 5 = 41,5 0C ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -18 – (4 ÷10) = - (22÷28)0C Chọn to = -240C tra bảng hơi bão hoà của NH3 ta có áp suát bay hơi là : p0 = 1,6 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷10)0C = (36,5 + 41,5)/2 + 4 = 430C Chọn ∆tk = 4 0C vì môi trường làm mát là nước . Tra bảng hơi bão hoà của NH3 trang 322 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là : pk = 16,9 bar 3. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình : Л = = = 10,56 < 12 Vậy chọn chu trình máy nén 1 cấp 4. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình lạnh cho phòng trữ đông là chu trình máy lạnh 1 cấp dùng bình tách lỏng . Mặc dù là chu trình này bị lệch ra khỏi chu trình Cacno làm cho hệ số lạnh giảm xuống. Nhưng ngược lại nó tránh được hiện tượng ẩm về máy nén gây ra hiện tượng thuỷ kích làm hỏng máy nén. Và tất nhiên ta cũng không thể dùng chu trình máy lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt . Bởi vì nếu sử dụng chu trình này thì nhiệt độ cuối tầm nén sẽ rất cao có thể gây ra hiện tượng cháy dầu bôi trơn làm hỏng máy nén. 5. Chọn độ quá lạnh, độ quá nhiệt - Chọn độ quá nhiệt ∆tqn = (3 - 5)0C do tổn thất nhiệt trên đường ống từ bình tách lỏng đến đầu hút của máy nén . Suy ra: th = t0 + 4 = -24 + 4 = -200C - Chọn độ quá lạnh ∆tql = 00C 6. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút a. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 1 cấp dùng bình tách lỏng MN: Máy nén NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi BTL: Bình tách lỏng b. Đồ thị c. Lập bảng thông số các điểm nút T/số Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] S [kJ/kg.K] 1’ Bão hoà khô -24 1,6 0,73 1651 9,16 1 Hơi quá nhiệt -20 1,6 0,74 1659 9,18 2 Hơi quá nhiệt 157,7 16,9 0,1185 2030,3 9,18 3 Nước sôi 43 16,9 0,0022 625 4,882 4 Hơi bão hòa ẩm -24 1,6 0,175 625 5,039 7. Xác định lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống G = = = = 0,0104 kg/s 8. Nhiệt lượng nhả ra tại thiết bị ngưng tụ Qk = G.qk = G.(i2 – i3) = 0,0104.(2030,3 - 625) = 14,6 kW Để làm cơ sở cho việc tính chọn thiết bị ngưng tụ. 9. Công cấp cho chu trình L = G.l = G.(i2 – i1) = 0,0104.( 2030,3 – 1659) = 3,86 kW Để làm cơ sở cho việc tính chọn động cơ máy nén. 10. Tính chọn công suất lạnh - Công suất lạnh phòng trữ đông: Q = 5932,3 kW Q= 6061,1 kW - Công suất lạnh của máy nén lạnh trong phòng trữ đông Q0 = 10,683 kW 11. Hệ số làm lạnh ε = = = 2,76 Ш. Chọn máy nén 1.Chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế Vtt = G. v1 = 0,0104. 0,73 = 0,0076 m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 10,56 . Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,52 c. Thể tích hút lý thuyết Vlt = = = 0,015 m3/s Chọn máy nén piston MYCOM 1 cấp có ký hiệu N2WA , với các số liệu cho trong bảng 7-2 trang 175 tài liệu [1] như sau: Số xi lanh : 2 Thể tích hút lý thuyết: Vlt = 0,0197 m3/s Loại xy lanh kiểu đứng, máy nén hở d. Số lượng máy nén ZMN = = 0,76 Chọn Z = 1 máy 2. Chọn động cơ kéo máy Công suất động cơ điện kéo máy nén được tính theo công thức (7-25) trang 171 tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η- Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với: ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 170 tài liệu [1] : ηi = + 0,001.t0 = + 0.001.(-24) = 0,764 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,95 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 171 tài liệu [1] Suy ra : η = 0,764.0,95.0,98.0,9 = 0,64 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 2,1.= 12,7 kW §4.3 Hệ thống lạnh cho phòng cấp đông І. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu Q0 = 42898 W = 42,9 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 350C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình là: t = tư + (3÷4)0C Với: tư - là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị I - d với tn= 38,20C và độ ẩm φ = 72%, ta có: tư = 33,50C => t = 33,5 + (3÷4)0C = 36,50C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = t + 50C = 36,5 + 5 = 41,50C ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -35 – (4 ÷10) = - (39 ÷ 45)0C Chọn to = - 400C tra bảng hơi bão hoà của NH3 ta có áp suất bay hơi là : p0 = 0,72 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷10)0C = (36,5 + 41,5)/2 + 4 = 430C Chọn ∆tk = 40C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của NH3 trang 322 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,9 bar 3. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 23,47 > 12 Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp , với áp suất trung gian được chọn tối ưu sao cho tỉ số nén bằng nhau giữa các cấp. Vậy áp suất trung giancủa chu trình: Ptg = = = 3,5 bar Suy ra : ttg = -5,20C 4. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình lạnh cho phòng cấp đông là chu trình lạnh 2 cấp dùng bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt. Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong phòng cấp đông khá lớn (> 0,3kg/cm2). Nếu dùng bình trung gian làm mát hoàn toàn thì có thể hệ số làm lanh cao hơn nhưng áp suất trung gian không đủ mạnh để cấp đủ lỏng cho dàn bay hơi 5. Chọn độ quá lạnh, độ quá nhiệt - Chọn độ quá nhiệt ∆tqn= 50C do hơi bão hoà khô nhận nhiệt từ môi trường khi đi từ bình tách lỏng về khoang hút của máy nén . Suy ra: th = t0 + 5 = - 40 + 5 = - 350C - Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn trao đổi nhịêt của bình trung gian lớn hơn nhiệt độ lỏng trong bình trung gian khoảng 30C. Khi đó nhiệt độ lỏng trong ống xoắn trao đổi nhiệt . t6 = - 5,2 + 3 = - 2,20C 6. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút a. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh NCA: Máy nén cao áp NHA: Máy nén hạ áp NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi BTG: Bình trung gian b. Đồ thị c. Lập bảng thông số các điểm nút Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] S [kJ/kg.K] 1’ Bão hoà khô -40 0,72 1626 1 Hơi quá nhiệt -35 0,72 1,59 1637 9,45 2 Hơi quá nhiệt 66 3,5 1844,7 9,45 3 Hơi bão hoà khô - 5,2 3,5 0,35 1672 8,87 4 Hơi quá nhiệt 110 16,9 0,1 1907 8,87 5 Lỏng sôi 43 16,9 625 5’ Hơi bão hoà ẩm -5,2 3,5 625 7 lỏng sôi -5,2 3,5 403 6 lỏng chưa sôi - 2,2 16,9 410 6’ Hơi bão hoà ẩm - 40 0,72 410 7. Tính toán chu trình a. Xét 1kg môi chất qua thiết bị bay hơi - Tính lượng hơi tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp đi trong ống trao đổi nhiệt γ = = = 0,17 kg - Tính lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn 1kg hơi trung áp β = = = 0,136 kg - Lượng hơi tạo thành khi đi qua van tiết lưu α = (γ +β ).() = (0,17 + 0,136) . = 0,065 kg b. Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp GHA = = = 0,035 kg/s c. Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp GCA = ( 1+ α + γ +β ). GHA = (1+ 0,065 + 0,136 + 0,17).0,035 = 0,048 kg/s d. Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi q0 = i’1 – i’6 = 1626 - 410 = 1216 kJ/kg c. Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ: qk = ( 1+ α + γ +β ). ( i4 - i5) = (1+ 0,065 + 0,136 + 0,17).( 1907 – 625) = 1757,6 kJ/kg Suy ra: Q = qk.GCA = 1757,6.0,048 = 84,4 kW f. Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình quá lạnh ống trao đổi nhiệt qql = i5 – i6 = 625 – 410 = 215 kJ/kg g. Công nén máy hạ áp LNHA = GHA.( i2 – i1 ) = 0,035.( 1844,7 – 1637) = 7,3 kW h. Công nén máy cao áp LNCA = GCA.( i4 – i3 ) = 0,048.( 1907 – 1672) = 11,28 kW i. Công nén cho cả chu trình L = LNHA +LNCA = 7,3 + 11,28 = 18,58 kW k. Hệ số làm lạnh ε = = = 2,3 h. Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = = = 784,5 kJ/kg Ш. Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó 1. Tính chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp và cao áp V = GHA .v1 = 0,035. 1,59 = 0,056 m3/s V = GCA .v3 = 0,048.0,35 = 0,017 m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 4,86 . Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có : λ1 = λ2 = 0,75 c. Thể tích hút lý thuyết V = = = 0,075 m3/s V = = = 0,023 m3/s Chọn 1 máy nén 2 cấp như vậy ta không thể biết được thể tích hút lý thuyết của loại máy nén này là bao nhiêu , mà chỉ biết thể tích hút lý thuyết trong từng cấp của máy nén. Do đó ta chọn chu trình lạnh quy chuẩn và xác định máy nén cho chu trình lạnh quy chuẩn đó làm máy nén chạy trong hệ thống lạnh thực tế. - Xác định chu trình lanh tiêu chuẩn : Theo bảng (7-1) trang 172 tài liệu [1] chọn chế độ lạnh đông 2 cấp NH3 thì có các thông số sau: t0 = - 400C => p0 = 0,72 bar tk = 350C => pk = 13,5 bar tqn = - 300C tql = 300C Suy ra áp suất trung gian của chu trình: Ptg = = = 3,1 bar => ttg = - 80C Suy ra: t6 = - 8 + 3 = -50C Bảng thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn : Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] 1’ Bão hoà khô -40 0,72 1,55 1626 5 Lỏng sôi 35 13,5 583 6 Lỏng chưa sôi -5 13,5 396 6’ Hơi bão hoà ẩm - 40 0,72 396 - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q0tc = i- i= 1626 – 396 = 1230 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn qVtc = = = 793,5 kJ/kg - Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Có tỉ số nén : Л = = = 4,33 . Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,78 - Năng suất lạnh tiêu chẩn Q0tc Q0tc = Q0 . = 42,9. = 45,13 kW Chọn máy nén pitton MYCOM Amoniac N42B có năng suất lạnh tiêu chuẩn Q = 49,78 kW ( = 42,8.1000 kcal/h ) > Q0tc lắp đặt - Số máy nén lắp đặt: Z = = = 0,9 => Chọn Z = 1 máy 2.Chọn động cơ cho máy nén Công suất động cơ điện kéo máy nén được tính theo công thức (7-25) trang 171tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η - Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với : ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 170 tài liệu[1] : ηi = + 0,001.t0 = + 0.001.(-40) = 0,7 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,92 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 171 tài liệu[1] Suy ra : η = 0,7.0,95.0,98.0,9 = 0,59 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 2,1.= 31,5 kW CHƯƠNG 5 : TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ §5.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 1. Chọn thiết bị ngưng tụ Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang có nước làm mát tuần hoàn. Bởi vì loại thiết bị này có phụ tải nhiệt khoảng 4500÷5500 W/m2 nên nó ít tiêu hao kim loại , thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn. 2. Mục đích của thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ dùng để ngưng hơi nén từ máy nén thành lỏng cao áp trước khi qua van tiết lưu vào dàn bay hơi 3. Cấu tạo 1. Áp kế 2. Van an toàn 3. Đường cân bằng 4. Đường vào hơi cao áp 5.Đường dự trữ hoặc đường xả khí không ngưng 6,7. Đường xả khí và xả bẩn về phía nước làm mát 8. Rốn dầu 9. Đường xả dầu 10. Đường ra của lỏng cao áp 11. Ống thép trao đổi nhiệt 12, 13. Đường ra và vào của nước làm mát 4. Nguyên lý làm việc Đây là TBNT làm mát bằng nước, chuyển động cưỡng bức bên trong ống Hơi cao áp đi vào phía trên đỉnh bình bao phủ toàn bộ bề mặt ngoài của ống TĐN , nhả nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức bên trong ống , ngưng tụ lại thành lỏng chảy xuống dưới ra ngoài. 5. Tính chọn thiết bị ngưng tụ - Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ : Qk = Q+ Q= 22,4 + 84,4 = 106,8 kW - Nhiệt độ nước vào: t = 360C - Nhiệt độ nước ra: t= 410C - Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 430C - Hiệu nhiệt độ : ∆tmax = tk - t = 43 - 36 = 70C ∆tmin = tk - t = 43 - 41 = 20C - Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb = = = 40C Đối với hệ số truyền nhiệt k ta tra bảng 8 - 6 trang 217 tài liệu [1] với bình ngưng ống vỏ nằm ngang Amoniac, chọn k = 900 W/m2K - Diện tích bề mặt truyền nhiệt F: Fk = = = 29,7 m2 Theo bảng 8 -1 trang 203 tài liệu [1] chọn bình ngưng KTF25 với các thông số: Đường kính D = 500 mm Rộng B = 810 mm Dài L = 3430 mm Số ống n = 144 ống Cao H = 910 mm - Lượng nước tiêu tốn làm mát bình ngưng Vn = Với: C - Nhiệt dung riêng của nước C = 4,19 kJ/kg.K ρ - Khối lượng riêng của nước ρ = 1000 kg/m3 ∆tw – Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ ∆tw = t w2 - t w1 = 41- 36 = 50C Suy ra : Vn = = 0,0051 m3/s §5.1 Tính chọn thiết bị bay hơi 1. Chọn thiết bị bay hơi Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức . Vì nó được sử dụng để làm lạnh trực tiếp không khí mà không cần phải làm lạnh gián tiếp qua các chất tải lạnh . Hơn nữa loại này dễ vệ sinh và tránh được hiện tượng nứt ống do chất lỏng đóng băng 2. Mục đích của thiết bị bay hơi Dùng để tải nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh ra ngoài 3. Cấu tạo 1. Đường lỏng tiết lưu vào dàn 2. Đường hơi môi chất ra khỏi dàn 3. Các ống góp 4. Đường xả dầu 5. Quạt 6. Ống thép trao đổi nhiệt 4. Nguyên lý làm việc. Lỏng môi chất tiết lưu vào dàn theo ống góp dưới ngập 1 phần dàn bay hơi nhận nhiệt của chất khí chuyển động đối lưu cưỡng bức qua dàn, hoá hơi rồi theo ống góp trên ra ngoài 5. Tính chọn thiết bị bay hơi a.Hệ thống dàn bay hơi cho phòng cấp đông Phòng cấp đông có Q0 = 42,9 kW Nhiệt độ phòng : tf = - 350C Lấy nhiệt độ vào dàn lạnh là : tf1 = -340C Lấy nhiệt độ ra dàn lạnh là : tf2 = -360C Diện tích bề mặt trao đổi nhịêt của dàn được xác định theo công thức F = Với: k - Hệ số truyền nhiệt của dàn quạt phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất NH3 , được xác định theo bảng trang 252 tài liệu [1] với nhiệt độ sôi của NH3 là t0 = - 400C. Ta có k = 11,6 W/m2K ∆t - Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb = = = 40C Hiệu nhiệt độ : ∆tmax = tf1 - t0 = - 34 + 40 = 60C ∆tmin = tf2 - t0 = - 36 + 40 = 40C Suy ra: ∆ttb = = 4,930C Suy ra: F = = 750 m2 Tra bảng 8 -13 trang 249 tài liệu [1] chọn 3 dàn quạt BOП - 230 có diện tích bề mặt Fd = 230 m2 Có bước cánh 17,5 mm sức chứa NH3 = 60 lit b.Hệ thống dàn bay hơi cho phòng trữ đông Phòng trữ đông 1 có : Q = 5932,3 W Phòng trữ đông 2 có : Q = 6061,1 W Nhiệt độ phòng : tf = - 180C Lấy nhiệt độ vào dàn lạnh là : tf1 = -170C Lấy nhiệt độ ra dàn lạnh là : tf2 = -190C Diện tích bề mặt trao đổi nhịêt của dàn được xác định theo công thức F = Với: k - Hệ số truyền nhiệt của dàn quạt phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất NH3, được xác định theo trang 252 tài liệu [1] với nhiệt độ sôi của NH3 là t0 = -240C. Ta có k = 12,56 W/m2K ∆t-Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb = Hiệu nhiệt độ : ∆tmax = tf1 - t0 = -17 + 24 = 70C ∆tmin = tf2 - t0 = - 19 + 24 = 50C Suy ra: ∆ttb = = 60C Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh đặt trong phòng lạnh 1: FІ = = = 78,7 m2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh đặt trong phòng lạnh 1: FІІ = = = 80,4 m2 Ta thấy FІ ≈ FІІ Nên chọn 1 loại dàn quạt có ký hiệu là BOП - 100 với các thông số : Diện tích bề mặt F = 100 m2 Bước cánh 17,5 mm Sức chứa NH3 30 lit Quạt : Số lượng 2 cái Đường kính 600 mm Công suất 1,1/1,5 kW Lưu lượng 1,38/2,07 m3/s Vòng quay 16,7/25 vg/ph §5.3 Tính chọn thiết bị phụ 1. Bình chứa cao áp a. Mục đích - Bình chứa cao áp mục đích để cấp lỏng ổn định cho van tiết lưu. Chỉ có trong hệ thống lạnh trung bình và lớn - Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ chứa lỏng từ các thiết bị khác về khi sửa chữa hệ thống b. Cấu tạo 1. Áp kế 2. Van an toàn 3. Đường vào của lỏng cao áp 4. Đường cân bằng 5. Đường dự trữ 6. Ống thuỷ sáng 7. Rốn dầu 8. Đường xả dầu 9. Đường lỏng cao áp tới van tiết lưu c. Tính chọn bình chứa cao áp Bình chứa cao áp đặt dưới thấp cấp lỏng cho các dàn ở trên cao. Nên theo công thức 8 – 14 trang 260 tài liệu [1] ta có VCA = = 145. Vd Với : VCA – Thể tích bình chứa cao áp Vd – Thể tích hệ thống dàn bay hơi Vd = 3. 0,06 + 2.0,03 = 0,24 1,2 – Hệ số an toàn Suy ra : VCA = 1,45. Vd = 1,45. 0,24 = 0,348 m3 Chọn Bình chứa cao áp chuẩn theo bảng 8-17 trang 264 tài liệu [1], ta chọn bình 0,4PB với các thông số : Thể tích bình V= 0,4 m3 Đường kính trong Di= 406 mm Đường kính ngoài Da= 426 mm Chiều dài L = 3620 mm Chiều cao H = 570 mm 2. Bình tách lỏng a. Mục đích Tách các giọt lỏng khỏi luồng hơi từ dàn bay hơi hút về máy nén , tránh hiện tượng thuỷ kích làm hỏng máy nén. b. Cấu tạo Có 2 loại: * Bình tách lỏng kiểu ướt * Bình tách lỏng kiểu khô Bình tách lỏng kiểu khô Bình tách lỏng kiểu ướt 1.Hơi vào từ dàn bay hơi 2.Áp kế 3. Đường ra hơi hạ áp 4,5. Nón chắn 6.Cụm van phao và ống thuỷ tối 7. Đường xả lỏng 8. Đường lỏng tiết lưu vào bình c. Nguyên lý làm việc: Lỏng được tách nhờ 3 nguyên nhân: - Giảm vận tốc đột ngột của dòng khi khi đi từ ống nhỏ ra bình to làm lực quán tính giảm và dưới tác dụng của trọng lực các giọt lỏng nặng rơi xuống. - Do lực ly tâm khi ngoặt dòng các giọt lỏng nặng bị văng ra và đập vào thành bình và rơi xuống. -Do sự mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn. Các giọt lỏng nặng được giữ lại và rơi xuống đáy bình. d. Tính chọn bình tách lỏng * Tính chọn bình tách lỏng kiểu ướt Bình tách lỏng kiểu ướt được sử dụng trong các dàn bay hơi ở phòng cấp đông vì loại này có thể khống chế được mức lỏng trong dàn bay hơi làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt - Lưu lượng khối lượng môi chất qua bình (Chính là lưu lượng môi chất vào máy nén hạ áp) : G = GHA = 0,035 kg/s - Thể tích riêng trạng thái hơi qua bình tách lỏng, đây chính là trạng hơi hút của máy nén hạ áp : v1= 1,59 m3/kg - Lưu lượng thể tích đi qua bình V = G.v1 = 0,035.1,59 = 0,056 m3/s - Để tách được lỏng ra khỏi dòng hơi trong bình thì tốc độ của dòng hơi đủ nhỏ cỡ khoảng 0,5m/s trang 170 tài liệu [2], => ω = 0,5 m/s - Đường kính trong của bình Di = = = 0,378 m Vậy chọn bình tách lỏng có kí hiệu 70-0Ж ( Theo bảng 18-8 trang 265 tài liệu [1] ) có: Đường kính ngoài: Da = 426 mm Đường kính trong : Di = 406 mm Chiều cao : H = 1750 mm * Tính chọn bình tách lỏng kiểu khô Bình tách lỏng kiểu khô được sử dụng trong các dàn bay hơi ở phòng trữ đông vì công suất các dàn lạnh này bé, chỉ yêu cầu cấp lạnh ổn định. Do đó ta chọn loại này vì nó có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và không chiếm diện tích mặt bằng . - Lưu lượng khối lượng môi chất qua bình G = Gtđ = 0,0104 kg/s - Thể tích riêng trạng thái hơi qua bình tách lỏng, v1= 0,74 m3/kg - Lưu lượng thể tích đi qua bình V = G.v1 = 0,0104.0,74 = 0,0077 m3/s - Để tách được lỏng ra khỏi dòng hơi trong bình thì tốc độ của dòng hơi đủ nhỏ cỡ khoảng 0,5m/s trang 170 tài liệu [2] , => ω = 0,5 m/s - Đường kính trong của bình : Di = = = 0,14 m Vậy chọn bình tách lỏng có kí hiệu 70-0Ж ( Theo bảng 18 - 8 trang 265 tài liệu [1] ) có: Đường kính ngoài: Da = 426 mm Đường kính trong : Di = 406 mm Chiều cao : H = 1750 mm 3. Bình tách dầu a. Mục đích Để tránh dầu bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt ( thiết bị ngưng tụ , bay hơi….) làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Vị trí của bình tách dầu : đặt sau máy nén và trước bình ngưng tụ b. Cấu tạo Có 2 loại: * Bình tách dầu kiểu ướt * Bình tách dầu kiểu khô Bình tách dầu kiểu khô Bình tách dầu kiểu ướt 1.Hơi vào từ đầu đẩy máy nén 2. Van an toàn 3. Đường ra hơi cao áp 4,5. Nón chắn 6. Phao 7. Đường xả dầu c. Nguyên lý làm việc: Dầu được tách nhờ 3 nguyên nhân: - Giảm vận tốc của dòng khi đi từ ống nhỏ ra ống to làm lực quán tính giảm và dưới tác dụng của trọng lực các hạt dầu nặng rơi xuống - Do lực ly tâm khi ngoặt dòng các hạt dầu nặng bị văng ra va đập vào thành bình rơi xuống - Do sự mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn. Các hạt dầu nặng được giữ lại và rơi xuống đáy bình d. Tính chọn bình tách dầu : Chỉ tính chọn bình tách dầu kiểu ướt Bình tách dầu kiểu ướt được sử dụng trong các dàn bay hơi ở phòng cấc đông vì loại này có thể khống chế được mức lỏng trong dàn bay hơi làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt - Lưu lượng khối lượng môi chất qua bình (Chính là lưu lượng môi chất ra khỏi 2 máy nén ) G = G + GTĐ = 0,048 + 0,0104 = 0,0584 kg/s - Thể tích riêng trạng thái hơi qua bình tách dầu, đây chính là trạng hơi về bình ngưng tụ . v1= 0,1 m3/kg - Lưu lượng thể tích đi qua bình V = G.v1 = 0,0584.0,1 = 0,00584 m3/s - Để tách được lỏng ra khỏi dòng hơi trong bình thì tốc độ của dòng hơi đủ nhỏ cỡ khoảng 0,5m/s trang 170 tài liệu [2], => ω = 0,5 m/s - Đường kính trong của bình Di = = = 0,122 m 4. Bình gom dầu a. Mục đích Để tránh nguy hiểm khi xả dầu từ các thiết bị có áp suất quá cao ra ngoài. Và để dễ thao tác thu hồi dầu từ các thiết bị có áp suất chân không b. Cấu tạo 1. Đường vào của dầu 2. Đường cân bằng; 3. Áp kế 4. Đường xả dầu c. Nguyên lý làm việc - Để xả dầu từ 1 thiết bị nào đó về bình gom thì chúng ta thao tác sao cho áp suất trong bình gom dầu thấp hơn áp suất của thiết bị cần xả bằng cách mở van 2 - Để xả dầu từ bình gom ra ngoài có 2 trường hợp: + Áp suất trong bình gom quá cao: Mở van 2 để áp suất trong bình chỉ cao hơn khí quyển 1chút + Áp suất trong bình chân không: Thì ta mở van xả dầu ở bình tách dầu để nâng cao áp suất trong bình lên cao hơn áp suất khí quyển 1 chút - Bình này chỉ làm nhiệm vụ trung gian để xả dầu ra ngoài cho thuận tiện và an toàn nên không cần ống thuỷ để xem mức dầu . d. Tính toán bình chứa dầu Chọn bình chứa dầu có ký hiệu 150CM ( là loại bình tiêu chuẩn bé nhất trong phạm vi tài liệu [1] ở bảng 8 - 20 trang 267 ) với các thông số sau : DxS = 159 x 4,5 mm ; B = 600 mm ; H = 770 mm 5. Bình trung gian a. Mục đích Mục đích của bình trung gian là để làm mát trung gian hoàn toàn hơi trung áp giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh nhiều cấp, đồng thời tách lỏng, tách dầu ra khỏi hơi trung áp và quá lạnh lỏng trước trước khi tiết lưu b. Cấu tạo 1.Đường vào của hơi nén trung áp 2. Đường lỏng cao áp tiết lưu vào bình 3. Đường ra của hơi trung áp 4. Các nón chắn 5. Óng thuỷ tối và van phao 6. Phin lọc 7. Ống xoắn TĐN 8. Đường xả dầu 9. Đường tháo lỏng ra khỏi bình 10. Đường ra lỏng cao áp 11. Van an toàn 12. Áp kế 13. Lỗ cân bằng c. Tính chọn bình trung gian Ta có thể tính chọn bình trung gian theo các bước được trích trong trang 306÷308 tài liệu [3]: - Diện tích truyền nhiệt của thiết bị trung gian Ftg = Với : Qtg – Công suất nhiệt trao đổi ở bình trung gian Qtg = Qql + Qlm Qql : Công suất nhiệt quá lạnh của môi chất trước tiết lưu Qql = GHA.( i5 - i6 ) = 0,035(625 – 410) = 7,525 kW Công suất nhiệt làm mát trung gian Qlm = GCA.( i2 - i3 ) = 0,048(1844,7 – 1672) = 8,3 kW Suy ra : Qtg = 7,525 + 8,3 = 15,825 kW qF – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ qF = i4 – i5 = 1907 – 625 = 1282 W/ m2 Suy ra : Ftg = == 12,34 m2 - Đường kính trong bình trung gian Di = Trong đó: V- Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút của cấp nén cao áp V = GCA. v3 = 0,048. 0,35 = 0,0168 m3/s ω – Tốc độ gas trong bình, chọn ω = 0,6 m/s Suy ra: Di = = = 0,189 m Chọn bình trung gian đã được chế tạo sẵn, có ký hiệu 40пC3 với các thông số kỹ thuật + Đường kính ngoài: Da = 426 mm + Đường kính trong: Di = 406 mm + Đường kính ống xoắn TDN: d = 70 mm + Chiều cao bình: H = 2390 mm + Diện tích bề mặt ống xoắn F0x = 1,75 m2 + Thể tích bình V = 0,22 m3 6. Tính chọn tháp giải nhiệt a. Mục đích Để giải nhiệt cho nước làm mát thiết bị ngưng tụ và máy nén . b. Nguyên lý làm việc Nước nóng từ thiết bị ngưng tụ đi vào tháp và được tưới đều trên toàn bộ diện tích tháp nhờ ống tưới nước 3. Sau đó nước làm tơi nhờ bộ phận làm tơi nứơc 4 nhả nhiệt cho gió chuyển động cưỡng bức từ dưới lên, nguội về trở lại nhiệt độ ban đầu chảy xuống máng và được bơm trở lại thiết bị ngưng tụ . Lượng nước hao hụt do cuốn theo gió và 1 phần nước bốc hơi được bổ sung qua đường van phao 5 . c. Cấu tạo Tháp giải nhiệt 1. Quạt hút ; 2. Bộ phận tách nước ; 3. Dàn tưới nước ; 4. Bộ phận làm tơi nước 5. Vỏ bảo vệ ; 6. Máng chứa nước; 7. Phao cấp nước bổ sung; 8. Đường dẫn nước d. Tính chọn tháp giải nhiệt: Ta có phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk = 106,8 kW. Ta quy năng suất lạnh ra ton . Theo tiêu chuẩn CTI 1 ton nhiệt tương đương 3900 kcal/h Qk = 106,8 kW = kcal/h = 91827 kcal/h = 23,54 ton Tra bảng 8 - 22 trang 272 tài liệu [1] chọn tháp giải nhiệt FRK25 với các thông số : + Lưu lượng nước định mức 5,4 l/s + Chiều cao tháp 1932 mm + Đường kính tháp 1400 mm + Đường kính ống nối dẫn vào 80 mm + Đường kính ống nối dẫn ra 80 mm + Đường chảy tràn 25 mm + Đường kính ống van phao 15 mm + Lưu lượng quạt gió 200 m3/ph + Đường kính quạt gió 760 mm + Mô tơ quạt 0,75 kW + Khối lượng tĩnh 97 kg 7 .Thiết bị tách khí không ngưng: a. Mục đích: Nhằm loại khí không ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ để tăng diện tích trao đổi nhiệt. b. Cấu tạo: Chú thích : 1 - Đường ra của hơi hạ áp nhưng trước khi về máy nén phải qua bình hồi nhiệt để tránh hiện tượng thuỷ kích. 2- Đường vào của hỗn hợp khí không ngưng và hơi cao áp được lấy từ bình chứa cao áp và thiết bị ngưng tụ 3 -Đường lỏng cao áp tiết lưu vào ống trong. 4- Đường tiết lưu của lỏng cao áp ngưng tụ. 5 -Đường xả khí không ngưng. c. Nguyên lý làm việc: Hỗn hợp hơi cao áp và khí không ngưng từ thiết bị ngưng tụ qua bình chứa cao áp được đi vào không gian giữa hai ống nhả nhiệt cho môi chất lạnh là lỏng cao áp tiết lưu vào trong ống trong (3) .Hơi cao áp được ngưng lại thành lỏng chảy xuống dưới và qua van tiết lưu (4) vào lại trong ống trong. Khí không ngưng tụ lại phía trên qua đường (5) xả ra ngoài. 8. Các thiết bị khác Chọn các thiết bị khác bao gồm : Van 1 chiều, van chặn, van tiết lưu, van diện từ ta có thể chọn theo đường kính của hệ thống đường ống nối chúng . Tài liệu tham khảo 1- Nguyễn Đức lợi - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh 2- Nguyễn Đức lợi, Phạm Văn Tuỳ - Bài tập kỹ thuật Lạnh 3- Võ Chí Chính - Hệ thống máy và thiết bị lạnh 4 - Nguyễn Đức lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận - Kỹ thuật lạnh ứng dụng