THIẾT kế tủ ĐÔNG GIÓ NĂNG SUẤT 1500KG mẻ để cấp ĐÔNG THỊT bò

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐÔNG LẠNH THỰC PHẨM 2 1.1 Khái niệm về cấp đông

Mục đích của quá trình lạnh đông

Làm lạnh đông thực phẩm và các sản phẩm khác như huyết, chất kháng sinh, kén tằm nhằm tăng thời gian bảo quản, cho phép lưu trữ từ 5 đến 20 tháng so với chỉ 15-20 ngày khi bảo quản thông thường Việc này không chỉ đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu cho sản xuất và tiêu dùng mà còn cần thiết cho việc bảo quản thực phẩm quý như rau, quả tươi và thịt cho các tàu đánh cá hay nghiên cứu khoa học ở các vùng xa xôi như Nam Cực và Bắc Cực Ngoài ra, làm lạnh đông còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế biến thực phẩm, như trong kỹ thuật sấy thăng hoa và tăng hiệu suất ép rau quả, đồng thời giúp duy trì các tính chất vốn có của sản phẩm như trong sản xuất đá và kem.

Ý nghĩa của cấp đông và bảo quản thực phẩm

Năm 1745, nhà bác học người Nga Lômônôxốp đã trình bày trong luận án nổi tiếng "Bàn về nguyên nhân của nóng và lạnh" rằng nhiệt độ cao thúc đẩy nhanh chóng các quá trình sống và thối rửa, trong khi nhiệt độ thấp làm chậm lại những quá trình này.

Sự biến đổi của thực phẩm diễn ra nhanh chóng ở nhiệt độ từ 40 o C đến 50 o C, vì đây là mức nhiệt lý tưởng cho hoạt động của các enzyme phân giải trong thực phẩm và vi sinh vật Ngược lại, ở nhiệt độ thấp, các phản ứng hóa sinh trong thực phẩm bị ức chế, với mỗi 10 o C giảm đi, tốc độ phản ứng giảm từ 1/2 đến 1/3 Mặc dù nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến các enzyme phân giải, nhưng chúng không bị tiêu diệt hoàn toàn.

Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0°C, hầu hết các hoạt động của enzyme bị ngưng trệ Tuy nhiên, một số enzyme như Lipaza, Tripsin và Catalaza vẫn có thể tồn tại ở nhiệt độ -191°C mà không bị phá hủy Mặc dù vậy, khi nhiệt độ càng thấp, khả năng phân giải của các enzyme này giảm mạnh.

Khi nhiệt độ giảm tốc độ của phản ứng giảm là do:

- Cấu trúc tế bào bị co rút

- Độ nhớt dịch bào tăng

- Sư khuếch tán nước và các chất tan của tế bảo giảm

- Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm

Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản và khả năng hoạt động độc lập, giúp chúng chịu lạnh tốt Hầu hết các tế bào này không bị chết khi nước bên trong chưa bị đóng băng.

Tế bào động vật có cấu trúc và chức năng phức tạp, liên quan chặt chẽ đến sự sống, do đó chúng có khả năng chịu lạnh kém Phần lớn tế bào động vật sẽ chết khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4°C so với thân nhiệt bình thường Nguyên nhân chính dẫn đến cái chết của tế bào động vật là do sự tăng độ nhớt và sự phân lớp của các chất tan trong cơ thể.

Một số loài động vật có khả năng tự điều chỉnh hoạt động sống khi nhiệt độ thay đổi, giúp giảm thiểu nhu cầu năng lượng trong điều kiện môi trường không thuận lợi Khi nhiệt độ tăng, hoạt động sống của chúng sẽ phục hồi, điều này rất hữu ích trong việc vận chuyển động vật, đặc biệt là thủy sản tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt và giảm chi phí vận chuyển.

Các công nghệ lạnh đông thực phẩm

Hiện nay có rất nhiều công nghệ để làm lạnh đông thực phẩm, ở nước ta sử dụng phổ biến các công nghệ lạnh đông sau:

- Kho cấp đông gió (Air Blast Freezer)

- Tủ cấp đông tiếp xúc (Contact Freezer)

- Hệ thống cấp đông dạng rời, có băng chuyêng IQF

+ Hệ thống cấp đông có băng chuyền cấp đông thẳng

+ Hệ thống cấp đông có băng chuyền dạng xoắn

+ Hệ thống cấp đông siêu tốc

- Hệ thống cấp đông nhúng N 2 lỏng

Ngoài ra, còn có một số công nghệ làm đông khác như: làm đông thực phẩm trong không khí lạnh, sử dụng hỗn hợp đá và muối để đông lạnh, và làm đông bằng nước muối lạnh.

❖ Làm đông thực phẩm trong không khí lạnh

Thực phẩm được làm lạnh bằng không khí có nhiệt độ âm sâu thông qua quá trình đối lưu cưỡng bức qua bề mặt Quá trình này diễn ra thông qua trao đổi nhiệt đối lưu, giúp duy trì độ tươi ngon và an toàn cho thực phẩm.

- Sản phẩm cấp đông có thể dạng block hoặc rời, nhưng thích hợp nhất là dạng rời

- Không khí có nhiệt dung riêng nhỏ nên giảm nhiệt độ nhanh

Khi tiếp xúc mà không gây ra các tác động cơ học, thực phẩm sẽ giữ nguyên hình dáng và kích thước, từ đó đảm bảo tính thẩm mỹ và khả năng tự bảo vệ cao.

- Hoạt động liên tục, dễ tự động hóa sản xuất

- Thực phẩm dễ bị khô do bay hơi nước bề mặt và dễ bị oxy hóa do tiếp xúc nhiều với khí 𝑂 2

Các sản phẩm được đặt trên khay và được giữ chặt giữa các tấm lắc cấp đông Những tấm lắc kim loại bên trong có thiết kế rỗng cho phép môi chất lạnh lưu thông, giúp đạt được nhiệt độ bay hơi lý tưởng.

Nhiệt độ trong quá trình đông lạnh đạt từ -40 đến -45 độ C, giúp tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt khi tiếp xúc với các tấm lắc lạnh Nhờ đó, thời gian làm đông được rút ngắn đáng kể so với phương pháp đông lạnh khối trong kho cấp đông gió.

Thực phẩm được vận chuyển trên băng chuyền và được làm lạnh nhanh chóng bằng nitơ lỏng với nhiệt độ bay hơi cực thấp, đạt -196 độ C Quá trình này giúp đông lạnh thực phẩm trong thời gian ngắn, bảo đảm giữ nguyên chất lượng và độ tươi ngon.

❖ Làm đông bằng hỗn hợp đá và muối

Phương pháp này được áp dụng tại những khu vực không có điện để vận hành máy lạnh Khi muối được hòa vào nước đá, nó tạo ra một hỗn hợp có khả năng làm lạnh hiệu quả Tùy thuộc vào tỷ lệ muối pha trộn, hỗn hợp này có thể đạt được các mức nhiệt độ khác nhau.

- Đơn giản, dễ thực hiện

- Nhiệt độ hỗn hợp tạo ra không cao cỡ -12 C 0

- Giảm trọng lượng và giảm phẩm chất bề mặt

- Khả năng bảo quản trong thời gian ngắn và chỉ có thực phẩm tươi sạch.

Xử lý sản phẩm thủy sản sau khi lạnh đông

1.5.1 Mạ băng sản phẩm đông Ý nghĩa: Mạ băng là quá trình làm đóng băng một lớp nước đá trên bề mặt sản phẩm Việc mạ băng có tác dụng sau:

- Lớp băng có tác dụng bảo vệ thực phẩm chống oxy hóa các thành phần dinh dưỡng do tiếp xúc với không khí

- Chống quá trình thăng hoa nước đá trong thực phẩm

- Làm đẹp các sản phẩm

- Trữ thêm lạnh cho thực phẩm để bảo quản lâu dài

Phương pháp mạ băng sản phẩm

Có hai phương pháp mạ băng: Nhúng trong nước lạnh và phun nước lên bề mặt sản phẩm

Phương pháp nhúng mang lại sự đồng đều và thẩm mỹ cao, dễ thực hiện nhưng có nhược điểm là tiêu tốn nhiều nước lạnh Sau một vài lần nhúng, nước sẽ bị nhiễm bẩn và cần phải được thay thế Nhiệt độ của nước nhúng thường dao động từ 3 đến 5 độ C.

Phương pháp phun yêu cầu thực hiện từ nhiều phía với hệ thống điều khiển tự động hoạt động nhịp nhàng giữa các khâu Tuy nhiên, việc phun mặt dưới của sản phẩm không được mạ, do đó cần áp dụng các biện pháp bổ sung để đảm bảo chất lượng.

Người ta thường áp dụng hai phương pháp nhúng và phun để mạ sản phẩm Trong quá trình phun, sản phẩm sẽ di chuyển vòng xuống máng chứa nước, giúp cả hai mặt đều được mạ băng: mặt trên được mạ nhờ phun, trong khi mặt dưới được mạ từ nước trong máng Phương pháp này đảm bảo độ đồng đều cho cả hai mặt, đồng thời lượng nước sử dụng không nhiều và sự mất mát nhiệt không đáng kể.

Sau khi làm ướt bề mặt sản phẩm, nước từ thực phẩm sẽ kết tinh tạo thành lớp băng bám chặt Để tăng cường lớp băng, không nên kéo dài thời gian mạ băng mà nên thực hiện nhiều lần, xen kẽ với việc làm lạnh thực phẩm Để mạ đều, cần thực hiện nhiều lần và tránh để các lớp thực phẩm tiếp xúc với nhau Độ dày của lớp mạ băng tối thiểu là 0,3mm.

Sau khi mạ băng xong do nhiệt độ sản phẩm tăng nên người ta đưa vào tái đông lại lần nữa để làm lạnh thực phẩm

1.5.2 Bao gói thực phẩm Để bảo vệ, bảo quản và làm tăng thẩm mỹ thực phẩm, sau cấp đông thực phẩm được chuyển sang khâu đóng gói bao bì Đây là khâu hết sức quan trọng làm tăng giá trị thực phẩm, thu hút khách hàng và quảng bá sản phẩm Bao bì phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây:

Để bảo quản sản phẩm hiệu quả, cần phải đảm bảo kín để tránh tiếp xúc với không khí, điều này giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa Đồng thời, sản phẩm cũng phải được bảo vệ khỏi sự thâm nhập của hơi ẩm hoặc thoát ẩm Thông thường, sản phẩm được bao bọc bên trong bằng bao nylon và bên ngoài là thùng carton tráng sáp.

Sau khi thực phẩm được cấp đông, chúng cần trải qua các bước như mạ băng và đóng gói, dẫn đến việc mất một phần nhiệt Do đó, trước khi bảo quản, người ta thường sử dụng thiết bị tái đông để hạ nhiệt độ, nhằm nâng cao hiệu quả bảo quản.

Các hệ thống lạnh

Hình 1.1 Tủ đông tiếp xúc

Tủ đông tiếp xúc là thiết bị lý tưởng để cấp đông các mặt hàng dạng block, với cấu trúc gồm nhiều tấm lắc có thể điều chỉnh khoảng cách từ 50 đến 105mm nhờ vào ben thủy lực Kích thước tiêu chuẩn của các tấm lắc là 2200L × 1250W × 22D (mm), trong khi các tủ cấp đông lớn từ 2000kg/mẻ trở lên sử dụng tấm lắc có kích thước 2400L × 1250W × 22D (mm) Sản phẩm được cấp đông được đặt trong các khay và đặt trực tiếp lên tấm lắc hoặc mâm cấp đông, mỗi mâm chứa 4 khay Việc đặt trực tiếp lên tấm lắc giúp hạn chế nhiệt trở dẫn, mang lại hiệu quả cấp đông tốt hơn.

Ben thủy lực nâng hạ các tấm lắc trên tủ cấp đông, với piston và cần dẫn làm từ thép không gỉ đảm bảo vệ sinh Hệ thống có bộ phận đối đầu cho truyền động bơm thủy lực, giúp ép các tấm lắc khi cấp đông để khay tiếp xúc tối đa với tấm lắc Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra hiệu quả khi các tấm lắc chứa dịch lỏng ở nhiệt độ -40°C đến -45°C Hệ thống tủ lạnh tiếp xúc được cấp dịch bằng bơm dịch, cho phép môi chất chuyển động vào các tấm lắc dưới dạng cưỡng bức, nâng cao hệ số trao đổi nhiệt Thời gian cấp đông cho mỗi mẻ chỉ mất từ 3 đến 3,5 giờ.

Bên trong tủ, cùm ben đóng vai trò là giá nâng và ép các tấm lắc, giúp giữ cho chúng không di chuyển nhờ vào các tấm định hướng tựa lên thanh định hướng trong quá trình chuyển động Tủ còn được trang bị ống góp cấp lỏng và hơi, với các ống nối mềm bằng cao su chịu áp lực cao, bên ngoài có lớp inox bảo vệ Khung sườn tủ được chế tạo từ thép chịu lực và gỗ để tránh cầu nhiệt, trong khi vật liệu bên trong tủ được làm bằng thép không gỉ, đảm bảo vệ sinh thực phẩm Cấu trúc cửa tủ bằng nhựa mềm có thể cuốn lại khi thao tác xếp khay, giúp kín không gian tủ trong quá trình cấp đông.

Tấm lắc trao đổi nhiệt bằng nhôm đúc mang lại độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn vượt trội, với khả năng tiếp xúc hiệu quả từ hai mặt Tủ được trang bị nhiệt kế giúp theo dõi nhiệt độ bên trong trong suốt quá trình vận hành.

Sản phẩm được đặt trong khay nhôm và sắp xếp trên các tấm trao đổi nhiệt của tủ đông, cho phép quá trình trao đổi nhiệt diễn ra hiệu quả Nhiệt được truyền từ sản phẩm qua mặt dưới khay đến các tấm trao đổi nhiệt, đồng thời gió từ hệ thống quạt với công suất và vận tốc lớn hai bên cũng hỗ trợ quá trình này Nhờ vào hệ thống quạt gió mạnh mẽ, hệ số trao đổi nhiệt với bề mặt sản phẩm được tăng cường, dẫn đến thời gian cấp đông ngắn hơn nhờ vào việc truyền nhiệt tiếp xúc đồng thời ở cả hai mặt khay.

- Tủ cấp đông bán tiếp xúc với phương pháp cấp dịch bằng bơm tuần hoàn

- Tủ đông bán tiếp xúc có thêm giàn lạnh giúp giảm thời gian cấp đông

- Sản phẩm cấp đông đa dạng: Thủy hải sản, thịt…

- Không có ben thủy lực,các tấm plate đặt cố định

1.6.2 Thiết bị kết băng kiểu băng chuyền IQF

Có nhiều loại băng chuyền như băng chuyền phẳng, băng chuyền lới, băng chuyền xoắn ốc và băng chuyền cho hàng nông sản Sản phẩm thô sau khi được vệ sinh và chế biến sẽ được đưa vào băng chuyền để bắt đầu công đoạn luộc Thiết bị luộc sản phẩm là băng chuyền thép cách nhiệt, sử dụng hơi bão hòa ở nhiệt độ 100°C với tốc độ có thể điều chỉnh Sau khi ra khỏi băng chuyền, sản phẩm được làm nguội bằng hệ thống vòi phun nước đã được xử lý vi sinh và sau đó qua băng chuyền rung để làm ráo nước Tại thiết bị cấp đông nhanh, sản phẩm được làm nguội bằng vòi phun hơi sương nước lạnh (nhiệt độ từ 2 đến 5°C) Cuối cùng, sản phẩm được đưa vào phòng tải đông và được bọc lớp băng mỏng bảo vệ Việc sử dụng công nghệ IQF có những ưu và nhược điểm riêng.

Hình 1.2 Hệ thống cấp đông IQF

Băng chuyển cấp đông dạng xoắn sở hữu những đặc điểm ưu việt, với thiết kế các lớp băng chống lên nhau, điều này không thể tìm thấy ở các loại máy xoắn truyền thống khác.

Hệ thống này thiết lập một khu vực cấp đông kín, đảm bảo quy trình cấp đông liên tục, nâng cao tính vệ sinh và chất lượng thực phẩm, đồng thời đạt công suất tối đa.

- Thiết kế tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm bởi sản phẩm đi trong thiết bị hầu như là kín

Khi vận chuyển trong thiết bị, kích cỡ lưới không đồng đều, với ô lưới gần tấm quay nhỏ hơn ô lưới xa tấm quay Điều này gây khó khăn trong việc tính toán và lựa chọn kích cỡ lưới phù hợp.

- Giá thành cao hơn so với các thiết bị băng chuyền thẳng

Tủ đông gió là thiết bị lý tưởng cho các xí nghiệp nhỏ và trung bình, giúp cấp đông sản phẩm đông rời với khối lượng nhỏ Thiết bị này sử dụng công nghệ làm lạnh bằng gió cưỡng bức, có cấu tạo và hình dáng tương tự như tủ đông tiếp xúc Bên trong tủ được trang bị các cụm dàn lạnh, quạt gió và hệ thống giá để đặt các khay chứa hàng Các sản phẩm như tôm, cá phile được đặt trên khay với lớp mỏng và được làm lạnh nhanh chóng nhờ gió tuần hoàn với nhiệt độ rất thấp.

35 0 C, do đó thời gian làm lạnh ngắn Phương pháp cấp dịch cho tủ đông gió là từ bình chống tràn theo kiểu ngập dịch

- Cấp dịch: Phương pháp cấp dịch, ngập lỏng từ bình chống tràn

- Xả băng: Bằng nước nhờ hệ thống bơm riêng

- Kiểu cấp đông: Đông gió cưỡng bức

- Nhiệt độ sản phẩm cấp đông: 10 đến 12 0 C

- Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cấp đông: - 18 0 C

- Nhiệt độ tâm của sản phẩm sau cấp đông: - 12 0 C

- Thời gian cấp đông: 1 đến 2 giờ/mẻ (tùy sản phẩm)

- Sản phẩm cấp đông: Thịt bò

Tủ đông gió có cấu tạo dạng tủ chắc chắn, có thể dễ dàng vận chuyển đi nơi khác khi cần Tủ có cấu tạo như sao:

Vỏ tủ được cách nhiệt bằng lớp polyurethan dày 150mm với mật độ khoảng 40 ÷ 42kg/m3 và hệ số dẫn nhiệt λ Các lớp bao bọc bên trong và bên ngoài của vỏ tủ được làm từ inox 0,6 mm, đảm bảo độ bền và hiệu quả cách nhiệt tối ưu.

Tủ có thiết kế hai buồng hoạt động độc lập, mỗi buồng trang bị hai cánh cửa nhiệt cách nhiệt kiểu bản lề, kích thước 800 x 2000 x 125 mm Cánh tủ được làm từ inox dày 0,6 mm và có điện trở sấy chống đóng băng, cùng với bản lề và tay khóa bằng inox Roăng làm kín có khả năng chịu lạnh cao, đảm bảo hiệu suất hoạt động Khung vỏ tủ được gia công từ thép chịu lực, mạ kẽm, và gỗ chống cầu nhiệt tại các vị trí quan trọng, mang lại độ bền và hiệu quả sử dụng cao.

Dàn lạnh có thể bao gồm 1 hoặc 2 dàn hoạt động độc lập, được thiết kế với ống, cánh tản nhiệt và vỏ bằng thép nhúng kẽm nóng hoặc inox Dàn lạnh thường được lắp đặt trên sàn tủ và có hệ thống xả băng bằng nước Hệ thống đường ống xả băng và máng hứng nước được làm từ thép mạ kẽm để đảm bảo độ bền Động cơ quạt được thiết kế chống ẩm ướt, sử dụng cánh quạt hướng trục và được bảo vệ bằng lồng chắc chắn Ngoài ra, lồng quạt và máng hứng nước còn được trang bị điện trở chống đóng băng, giúp duy trì hiệu suất hoạt động ổn định.

Giá đỡ khay cấp đông được thiết kế với nhiều tầng, mỗi ngăn đều có một giá đỡ riêng biệt Khoảng cách giữa các tầng được tính toán hợp lý, giúp việc đưa khay cấp đông vào và ra dễ dàng hơn, đồng thời đảm bảo lưu thông gió hiệu quả trong quá trình hoạt động của máy.

Tủ đông gió với thiết kế 1500kg/mẻ là giải pháp lý tưởng để cấp đông sản phẩm thịt bò sau chế biến, đặc biệt phù hợp với các xí nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam Thiết bị này giúp rút ngắn thời gian cấp đông, mang lại hiệu quả cao trong việc bảo quản thực phẩm Việc lựa chọn thiết kế này cho ứng dụng thực tế là cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thịt bò.

- Thời gian cấp đông nhanh, tiết kiệm điện năng và đảm bảo chất lượng sản phẩm

- Các bề mặt tủ được làm bằng thép không gỉ

- Cách nhiệt bằng panel polyurethane foam

- Buồng đông được chia làm các ngăn riêng biệt Mỗi ngăn có hai cửa để vào hoặc ra hàng dễ dàng

Nhiệm vụ đồ án

1.7.1 Các thông số thiết kế, tài liệu ban đầu

Sản phẩm cấp đông : Thịt bò dạng cục

Nhiệt độ cấp đông vào sản phẩm: 10 0 C

Nhiệt độ đầu ra sản phẩm : -18 0 C

Nhiệt độ tâm sản phẩm : -12 0 C

Nhiệt độ cấp đông : -35 0 C Điều kiện khí hậu Đà Nẵng

Thành phố Đà Nẵng, từ bảng 1-1, trang 8, tài liệu [1], ta có

Bảng 1.1 các thông số về nhiệt độ và độ ẩm Địa

Mùa Đông Mùa Hè Mùa đông Đà Nẵng 25.6 37.7 14.9 77 86

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TỦ

Kích thước tủ cấp đông gió

0,35 = 4,29𝑚 3 (2.1) gv: hệ số tải thực, t/m 3

Theo Bảng 2.3 - Tài liệu [1] – Trang 28, tủ đông có năng suất 1500kg/mẻ và chọn gv = 0,35t/m³ Với năng suất 1,5 tấn/mẻ, chiều cao phủ bì của tủ thường là 3000mm, do đó chiều cao trong tủ là 2700mm Chiều cao cho kênh gió hoặc treo dàn lạnh khoảng từ 500mm đến 800mm, dẫn đến chiều cao chất tải còn lại khoảng từ 1900mm đến 2200mm Cuối cùng, chiều cao được chọn là 2000mm.

Hệ số chất tải được tính toán dựa trên 50% dung tích thực của kho, do 50% còn lại được sử dụng cho việc lắp đặt dàn lạnh và các kênh hướng gió chính Do đó, diện tích thực bên trong kho là F = 2Fct = 4,29 m².

Bảng 2.1 Kích thước tủ đông

Năng suất Kích thước ngoài

Số lượng ngăn cấp đông của tủ cấp đông gió có thể dao động từ 2 đến 8 ngăn, với mỗi ngăn có khả năng chứa từ 50 đến 250kg thực phẩm.

- Mỗi ngăn có sức chứa 250kg

- Kích thước bên trong 1 ngăn:

2.1.2 Kích thước cửa tủ Đối với mỗi ngăn sẽ có 1 cửa tủ Cửa tủ có cấu tạo là 2 tấm inox dày 0,6 mm, được bọc cách nhiệt, ở giữa là lớp polyurethan dày 125mm Cánh cửa tủ có trang bị điện trở sấy chống đóng băng, bản lề, tay cầm inox và gioăng làm kín có khả năng chịu nhiệt cao Để đảm bảo kín và không có đọng sương trên bề mặt cửa, ta chọn sơ bộ kích thước cửa Dày x Rộng x Cao 5 x 2400 x 2000 (mm)

2.1.3 Xác định số khay sản phẩm

Chọn kích thước khay sản phẩm (tùy thuộc vào từng loại sản phẩm) đối với đề tài để bảo quản thịt bò nên ta chọn:

Dài x Rộng x Cao x Dày = 725 x 480 x 60 x 2 (mm) Để đảm bảo gió lạnh tuần hoàn qua các sản phẩm đặt trên các khay, ta chọn bước kệ để khay 80mm

Chọn kích thước khung kệ đựng hàng:

Trong đó chân kệ cao 300mm

Số tầng trên kệ bỏ khay sản phẩm: n= 1700

80 −1 tầng (2.3) Vậy số khay để sản phẩm là 20 khay, vật liệu làm khay bằng nhôm có chiều dày 2mm

Tính cách nhiệt cách ẩm

Dòng ẩm có ảnh hưởng tiêu cực đến vật liệu và khả năng cách nhiệt, dẫn đến việc giảm tuổi thọ của chúng Sự hiện diện của độ ẩm có thể làm hỏng hiệu suất cách nhiệt và làm mất đi khả năng bảo vệ nhiệt Do đó, cấu trúc cách nhiệt cần phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe để đảm bảo hiệu quả và độ bền lâu dài.

Kết cấu cách nhiệt cách ẩm phải có độ bền vững, chắn chắn chịu được va đập và khả năng dẫn nhiệt, dẫn ẩm là nhỏ nhất

Chịu được tải trọng bản thân và hàng hóa xắp xếp hoặc treo trên giá treo ở tường và trần

Phải chống được ẩm xâm nhập từ ngoài và và bể ngoài không được đọng sương

Phải đảm bảo cách nhiệt tốt, giảm chi phí đầu tư cho máy lạnh và vận hành

Phải chống được cháy nổ và đảm bảo an toàn

Thuận tiện cho việc bốc dở và sắp xếp hàng hóa kinh tế

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo các điều kiện sau đây

Hệ số truyền nhiệt k phải nằm trong vùng cho phép

Chọn chiều dày lớp cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất, chiều lớp

Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k: k= 1 α1 1 +∑δ i λ i + 1 α 2

Hệ số truyền nhiệt (k) được đo bằng W/m².K, trong khi độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt (δi) tính bằng mm Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (λi) cũng được xác định bằng W/m.K Hệ số tỏa nhiệt ngoài tường (α1) và hệ số tỏa nhiệt đối lưu bên trong tủ (α2) đều có đơn vị là W/m².K.

Tra bảng 3.7 – Tài liệu[1] – Trang 65, chọn: α 1 #,3 W/m 2 K α 2 ,5 W/m 2 K

2.2.1 Tính hệ số truyền nhiệt qua vách

Chúng tôi đã chọn vách tủ sử dụng các panel tiêu chuẩn với độ dày nhiệt polyurethane là 150mm và hệ số dẫn nhiệt λ là 0,02 W/m.K Bên ngoài, vách tủ được bọc bằng 2 lớp tôn có độ dày 0,6mm và hệ số dẫn nhiệt λ là 45,3 W/m.K.

Hình 2.1 Cấu tạo lớp tủ Bảng 2.2 Thông số Panel của vách

Lớp Vật liệu Độ dày panel 𝛿

Ta có hệ số truyền nhiệt của vách là: k v = 1 α1 1 +∑δ i λ i + 1 α 2

2.2.2 Tính hệ số truyền nhiệt qua cửa

Khi chọn panel cửa, cần đảm bảo kích thước tiêu chuẩn với chiều dày lớp cách nhiệt polyurethane là 125mm và hệ số dẫn nhiệt λ là 0,019 W/m.K Ngoài ra, panel cũng nên có 2 lớp tôn bọc 2 mặt với chiều dày 0,6mm và hệ số dẫn nhiệt λ là 45,3 W/m.K để đảm bảo hiệu quả cách nhiệt tốt nhất.

Bảng 2.1 Bảng thông số panel của cửa

Lớp Vật liệu Đọ dày panel 𝛿

Ta có hệ số truyền nhiệt của cửa là: k c = 1

2.2.3 Kiểm tra đọng sương Để vách không bị đọng sương thì hệ số truyền nhiệt phải thỏa mản điều kiện sau: k≤k s =0,95×α 1 ×t 1 -t s t 1 -t 2 Trong đó: k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m 2 K] ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m 2 K] t1: nhiệt độ không khí bên ngoài tủ t2: nhiệt độ không khí bên trong tủ ts: nhiệt độ đọng sương ứng với trạng thái không khí bên ngoài tủ

Mà: α1 = 23,3 là hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của vách tủ, t1 = 37,7 ℃ là nhiệt độ môi trường bên ngoài, ts = 33 ℃ là nhiệt độ đọng sương của môi trường Theo đồ thị 1.1 - [1] – Trang 9 với nhiệt độ 37,7 ℃ và độ ẩm 77%, t2 = -35 ℃ là nhiệt độ bên trong tủ đông gió.

TÍNH TOÁN TỔN THẤT CHO HỆ THỐNG

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che 𝑸𝟏

Dòng nhiệt qua kết cấu bao che của tủ cấp đông được xác định là tổng hợp các dòng nhiệt mất mát qua tường, trần và nền Sự mất mát này xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong tủ, cùng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời tác động lên tường và trần.

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của tủ bao gồm:

- Tổn thất qua vách do chênh lệch nhiệt độ

- Tổn thất nhiệt qua cửa tủ do chênh lệch nhiệt độ

Kết cấu bao che của tủ bao gồm vách và cửa tủ, với độ dày cách nhiệt của chúng khác nhau Do đó, tổn thất nhiệt Q1 cần được phân chia thành hai phần riêng biệt cho vách tủ và cửa tủ trong trường hợp tổng quát.

Diện tích bề mặt vách và cửa (Fv, Fc) được tính bằng mét vuông (m²), trong khi sự chênh lệch nhiệt độ (Δt) giữa nhiệt độ không khí ngoài tường (tKK N) và nhiệt độ không khí bên trong kho cấp đông (tKK T) được xác định theo công thức Δt = tKK N - tKK T Nhiệt độ bên trong kho cấp đông được duy trì ở mức -35℃ Hệ số truyền nhiệt qua vách và cửa tủ (kv, kc) được đo bằng watt trên mét vuông và độ K (W/m².K).

Hệ số truyền nhiệt của vách và cửa tủ được xác định theo công thức: k= 1

(3.3) α1 – Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài tường α1 = 23,3 W/m 2 K α2 – Hệ số tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bước mạnh bên trong tủ, lấy α2 = 10,5 W/m 2 K

Bảng 3.1 Các lớp cách nhiệt tủ đông gió

TT Lớp vật liệu Độ dày mm

Lớp polyurethan Vách tủ Cửa tủ

3.1.1 Tổn thất nhiệt qua cửa tủ do chênh lệch nhiệt độ

Ta có hệ số truyền nhiệt qua cửa là k c = 1

Mà kích thước của cửa tủ đông 2400 x 2000 mm vậy suy ra:

3.1.2 Tổn thất qua vách do chênh lệch nhiệt độ

Ta có hệ số truyền nhiệt của vách là: k v = 1

Tính diện tích của vách tủ đông đó Fv

Mà tủ đông gió là hình hộp chữ nhật nên vách được chia làm 6 mặt trong đó có 5 mặt là vách mà mặt trước để lắm cửa

Vậy tổng Fv = F2vach + Fvtruoc + Fvsau + Fvtren + Fvduoi

Vậy suy ra tổng diện tích của Fv là:

F v = F 2v +F vtruoc +F vsau +F vtren +F vduoi ,96+6,6+16,2+14,4×2 d,36 𝑚 2 (3.11) Vậy tổng tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q1

Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm 𝐐𝟐

- Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21

- Tổn thất do làm lạnh khay và giá cấp đông Q22

- Tổn thất do các thiết bị trong tủ tỏa nhiệt ra Q23

3.2.1 Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21

Tổn thất nhiệt do sản phẩm mang vào được tinh theo công thức sau:

M – Khối lượng hàng trong một mẻ, kg i1 – i2: Entanpi ở sản phẩm đầu vào và đầu ra khỏi tủ, J/kg

Sản phẩm đã qua chờ đông lấy nhiệt độ đầu vào t1 = 10 ÷ 12 ℃ Lấy 12 ℃

Nhiệt độ trung bình đầu ra của sản phẩm cấp đông cần đạt -18 ℃, với thời gian cấp đông cho mỗi mẻ dao động từ 2,5 đến 3,5 giờ, tùy thuộc vào loại sản phẩm Theo nghiên cứu, thời gian cấp đông được xác định là 3 giờ, tương đương với 10,800 giây Ngoài ra, cần tra cứu entanpi đầu vào và đầu ra của thịt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Tra cứu tài liệu Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi, đặc biệt là Bảng 4.2, cho thấy entanpi của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, được đo bằng ℃ và kJ/kg Qua đó, chúng ta có thể xác định các giá trị i1 và i2.

Của sản phẩm là Thịt bò i1 = 270,8 kJ/kg i2 = 4,6 kJ/kg

3.2.2 Tổn thất do làm lạnh khay và giá cấp đông Q22

Tổn thất nhiệt do làm lạnh khay cấp đông được xác định theo công thức:

Mkh – Tổng khối lượng khay câp đông, kg;

Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông được ký hiệu là Cp (J/kg.K), trong đó t1 và t2 lần lượt là nhiệt độ khay trước và sau khi cấp đông, với t1 là 37,7 ℃ và t2 là -35 ℃ Đối với loại tủ đông gió, thường sử dụng khay cấp đông có trọng lượng 4kg, với các thông số tương tự như ở kho cấp đông.

Tủ đông gió thường sử dụng khay cấp đông loại 4kg, với 20 khay trong một ngăn, tổng khối lượng khay đạt 80kg.

Mặt khác ta có 6 ngăn để đựng vật liệu nên:

Mà khay được làm từ nhôm nên nhiệt dung riêng của nhôm là:

3.2.3 Tổn thất do các thiết bị trong tủ tỏa nhiệt ra Q23

Khi tính toán nhiệt độ cho tủ đông gió, cần lưu ý đến các tổn thất nhiệt phát sinh từ việc làm lạnh các thiết bị bên trong tủ Những tổn thất này cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả làm lạnh tối ưu.

Trong đó: mi – Khối lượng thiết bị thứ i, kg;

Cpi – Nhiệt dung riêng của thiết bị thứ i, J/kg.K; Δt – Độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau cấp đông, o K; τ - Thời gian làm việc của 1 mẻ cấp đông, giây;

Các thiết bị trong tủ được làm mát ngay lập tức khi tỏa nhiệt, nhờ vào việc đặt trong tủ đông gió với nhiệt độ -35 o C Điều này giúp đảm bảo rằng các thiết bị không bị tổn thất nhiệt.

Vậy tổn thất do làm lạnh sản phẩm là Q2

Tổn thất nhiệt do làm lạnh không khí trong tủ 𝑸𝟑

Nhiệt tổn thất do không khí trong tủ được tính như sau:

GKK là khối lượng không khí khô tương ứng với lượng không khí trong thể tích tủ, tính bằng kg Các tham số i1 và i2 đại diện cho entalpi của không khí ở thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình lạnh đông, được đo bằng kJ/kg.

Khi mở cửa để châm nước vào khuôn, không khí trong tủ lạnh sẽ bị thay thế hoàn toàn, giúp tránh hiện tượng mất nước và hiện tượng cháy lạnh do nhiệt độ âm sâu.

Entalpi của không khí vào tủ đông: i 1 =t 1 +(2500+2t 1 )×d 1 (3.19)

Với: Không khí vào tủ đông là không khí từ phòng chế biến có t1, φ1: t1 = 37,7 0 C φ1 = 77%

Tra trạng thái (37,7 0 C, 77%) trên đồ thị i – d, ta tìm được d1 = 0,03 kJ/kg i 1 7,7+(2500+2.37,7)×0,034,96 kJ/kg

Khối lượng không khí khô trong tủ:

RKK: Hằng số khí của không khí khô

TKK: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí khô

VKK: Thể tích không khí khô trong tủ m 3 ;

Pn: Áp suất riêng phần của hơi nước N/m

Tra bảng i – d ứng với t1 = 37,7 0 C, φ = 55%, ta có Pn = 2,61×10 3 N/m

Vt: thể tích trong của tủ [m 3 ]

Entalpi của không khí trong cuối quá trình làm đông: i 2 =t 2 +(2500+2t 2 )×d 2 (3.21)

Với: Tra bảng không khí ẩm ta thấy độ ẩm của không khí ở trạng thái bão hòa ứng với t2 = −18 0 C, ta có: d2max = 0,00012 < d1

Ta lấy d2 = d2max = 0,00012 kJ/kg i 2 =−18+(2500+2×(−18))×0,00012=−17,7 kJ/kg

Thời gian làm việc mỗi mẻ là 3 giờ:

Tổn thất do động cơ quạt 𝑸𝟒

Dòng nhiệt do động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức:

1000 – Hệ số chuyển đổi từ Kw ra W;

N – Công suất động cơ điện, kW;

Tổng công suất của động cơ điện trong buồng lạnh được xác định dựa trên thiết kế thực tế Trong trường hợp không có số liệu cụ thể, có thể tham khảo các giá trị định hướng sau đây.

Ta lấy Cống suất động cơ điện trong buồng tủ kết đông là 8 kW n – Số quạt của tủ đông gió

Các dàn lạnh của tủ đông gió thường được trang bị 2 quạt cho mỗi ngăn, với tổng cộng 8 quạt cho 6 ngăn Công suất của mỗi quạt dao động từ 0,75 đến 1,5 kW.

Ta chọn công suất quạt ta chọn là: 0,8 kW

Tổn thất do mở cửa 𝑸𝟓

Trong quá trình vận hành kho cấp đông, việc mở cửa để kiểm tra hàng hóa là điều cần thiết, nhưng điều này có thể dẫn đến việc không khí xâm nhập và gây ra tổn thất nhiệt Lượng nhiệt mất mát khi mở cửa rất khó xác định, nhưng có thể ước lượng tương tự như cách tính toán cho kho lạnh.

B – Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m

Theo tài liệu Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi Bảng 4.4 – Tài liệu [1] – Trang 87 thì:

Bảng 3.2 Dòng nhiệt riêng và diện tích buồng khi mở tủ kết đông gió Tên buồng

Vậy tổn thất do mở cửa Q5:

Tổng tổn thất nhiệt của tủ đông gió là Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN

Chọn môi chất và môi trường giải nhiệt

4.1.1 Chọn môi chất lạnh Ở đây ta chọn môi chất R134a cho tủ cấp đông vì R134a có các đặc điểm sau:

Tên gọi: Tetrafloetan Ưu điểm:

- Không ăn mòn kim loại

- R134a là môi chất bền vững về mặt hóa học

R134a không gây nổ, nhưng khi gặp nhiệt độ cao, nó phân hủy thành các chất độc hại như HF Vì vậy, cần nghiêm cấm sử dụng các vật liệu có nhiệt độ bề mặt cao trong phòng máy để đảm bảo an toàn.

- Không hòa tan được nước, do đó có thể tách nước ra khỏi R134a bằng các chất hút ẩm thông thường

- Khi rò rỉ không làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh

- Không gây hại cho môi trường ( tầng ozone )

- Hiện tại còn đắt tiền

- Khi rò rỉ khó phát hiện: R134a không màu, không mùi, không vị

R134a có độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn không khí, điều này cho phép nó rò rỉ qua các khe hở mà không khí không thể thâm nhập Tuy nhiên, độ nhớt của R134a lớn hơn nitơ, vì vậy khi thực hiện thử kín, cần sử dụng nitơ khô.

4.1.2 Chọn môi trường giải nhiệt

Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt vì so với không khí thì giải nhiệt bằng nước có những ưu điểm sau:

- Hệ số toả nhiệt cao hơn giải nhiệt tốt hơn, nhanh hơn

- Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết

Thông số

Công suất lạnh của máy nén được tính theo công thức:

K: là hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh Theo trang 92 tài liệu [1], đối với nhiệt độ cấp đông 𝑡 𝑓 = -18 0 C nên bằng phương pháp nội suy ta có, k = 1,058 b: hệ số kể đến thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh Dự tính kho làm lạnh làm việc khoảng 22h/ngày đêm ➔chọn b=0,9 theo trang 92 tài liệu [1] vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:

Năng suất làm lạnh yêu cầu máy nén Q 0 MN = 55,32 kw

Nhiệt độ đối tượng cần làm lạnh: t = - 18 0 C

Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt:

Nhiệt độ nước khi vào bình là t w1 = t ư + (3 ÷ 4) 0 C (4.2)

Với 𝑡 ư là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với 𝑡 𝑛 = 37,7 0 C và độ ẩm φ= 77%, ta có t ư ≈ 32 0 C t w1 = 32 + (3 ÷ 4) 0 C = 36 t w2 = t w1 + (2 ÷ 6) 0 C (4.3)

Ta chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t w2 = t w1 + 5 0 C = 36 + 5 = 41

Chọn nhiệt độ ngưng tụ: 𝑡 𝑘 t w = t w1 + t 2 w2 = 36+41 2 = 38,5 (4.4) t k = t w + (4-10) 0 C = 38,5 + 4,5 = 43 (4.5)

Chọn vì môi trường làm mát là nước Tra bảng hơi bão hoà R134a ta có áp suất ngưng tụ p k bar

Chọn nhiệt độ bay hơi

Tra bảng bơi bão hoà R134a ta có áp suất bay hơi p 0 = 1,05 bar

Tính toán chu trình

4.3.1 Chọn cấp của chu trình π=p k p o = 11

Tuy nhiên hệ thống làm lạnh tới -18 0 C nên ta chọn 2 cấp nén để quá trình tiết lưu dễ dàng, nâng cao hiệu quả làm lạnh

Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp, với áp suất trung gian:

Tra bảng hơi bão hoà R134a với áp suất 3,39 bar ta được t tg = 4,2 0 C

Để tối ưu hóa hiệu suất cho phòng cấp đông, chu trình máy lạnh 2 cấp với bình trung gian (BTG) và ống trao đổi nhiệt là lựa chọn phù hợp Hệ thống dàn bay hơi trong phòng cấp đông có trở lực lớn, nên việc sử dụng BTG làm mát hoàn toàn sẽ không cung cấp đủ áp suất cho thiết bị ngưng tụ, dẫn đến giảm hiệu suất của thiết bị bay hơi Do đó, việc áp dụng chu trình máy lạnh 2 cấp với BTG và ống trao đổi nhiệt là cần thiết để duy trì hiệu suất tối ưu.

4.3.3 Chọn nhiệt độ quá nhiệt, quá lạnh

Nhiệt độ quá lạnh của máy nén freon là 35°C, dẫn đến độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn rất cao do nhiệt độ cuối tầm nén thấp Trong các máy nén freon, độ quá nhiệt này được đạt được thông qua thiết bị hồi nhiệt.

Với môi chất freon R134a, độ quá nhiệt hơi hút t = -25 + 25 = 0 0 C

4.3.4 Xây dựng đồ thị và lập thông số các điểm nút

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 2 cấp sử dụng thiết bị hồi nhiệt

Nguyên lý làm việc của hệ thống bắt đầu khi hơi (1) qua bộ hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt (1’), sau đó được hút về máy và hạ áp nén đoạn nhiệt lên áp suất trung gian (2) Tiếp theo, hơi được sục vào bình trung gian và làm mát hoàn toàn thành hơi bão hòa khô (3) Hỗn hợp hơi bão hòa khô này được hút về máy nén cao áp và nén đoạn nhiệt lên áp suất ngưng tụ Pk (4) Cuối cùng, hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt cho môi trường làm mát và ngưng tụ thành lỏng cao áp (5) Tại đây, lỏng cao áp sẽ được chia thành hai dòng.

Dòng khí nhỏ đi qua van tiết lưu TL1, giảm áp suất xuống mức trung gian và đi vào bình trung gian, nơi được tách thành hơi bão hòa khô và lỏng Lượng hơi bão hòa khô cùng với hơi tạo thành từ quá trình làm mát hơi nén trung gian và quá trình quá lạnh lỏng trong ống trao đổi nhiệt sẽ được hút về máy nén cao áp.

Phần lớn lỏng còn lại được đưa vào ống trao đổi nhiệt, nơi nhiệt độ giảm xuống (6) Sau đó, lỏng (6) đi qua van tiết lưu 2 (TL2), giảm áp xuống áp suất bay hơi (6') và vào thiết bị bay hơi Tại đây, lỏng nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh, chuyển hóa thành hơi bão hòa khô (l') Chu trình này sẽ tiếp tục diễn ra.

Bảng 4.1 Thông số các điểm nút Thông số Điểm

Chu trình được tính toán cho 1kg môi chất lạnh đi qua thiết bị bay hơi

Tính lượng hơi khô tạo thành do làm quá lạnh 1kg lỏng cao áp: γ=i 5 -i 6 i 3 -i 7 &1-248

Tính lượng hơi khô tạo thành do làm mát trung gian hoàn toàn 1kg hơi nén trung áp: β=i 2 -i 3 i 3 -i 7 A6-400

Lượng hơi khô tạo thành do van tiết lưu 1 α = (γ+ β)× i i 5' -i 7

Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi: q 0 = i 1' -i 6' = 382– 262= 120kJ/kg (4.11)

Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ: q k = (1+ α + γ +β) × (i 4 -i 5 ) (4.12)

Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp:

Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp:

G CA = (1+ α + γ +β) × G HA = (1+ 0,05+ 0,06 + 0,08) ×0,46 = 0,54 kg/s (4.14) Công suất nhiệt của thiết bị ngưng tụ:

Q K = G CA × (i 4 - i 5 ) = 0,54× (425 – 261) = 88,56 kW (4.15) Công nén máy nén hạ áp:

L NHA = G HA × (i 2 - i 1 ) = 0,46× (416- 388) = 12,88 kW (4.16) Công nén máy nén cao áp:

L NCA = G CA × (i 4 - i 3 ) =0,54× (425 – 400) = 13,5 kW (4.17) Công nén cho cả chu trình

Tính chọn máy nén và động cơ

❖ Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp và cao áp:

Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp:

V HA tt = G HA × V 1 = 0,46× 0,19×10 -3 = 0,08×10 -3 m 3 /s (4.20) Thể tích hút thực tế qua máy nén cao áp:

Hệ số cấp máy nén của máy nén hạ áp và máy nén cao áp:

Tỉ số nén: π HA =p tg p 0 =3,39

Tra đồ thị hình 7-4 – trang - 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại, ta có hệ số cấp λ HA = 0,84

Tỉ số nén: π CA = p k p tg = 11

Thể tích hút lý thuyết (thể tích quét pitton) của máy nén hạ áp và máy nén cao áp

- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén hạ áp:

- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén cao áp:

Khi lựa chọn máy nén 2 cấp với thể tích hút lý thuyết là 0,84 = 0,03 × 10 −3 m³/s, chúng ta không thể xác định thể tích hút lý thuyết tổng thể của máy nén, mà chỉ biết thể tích hút lý thuyết cho từng cấp Do đó, cần chọn chu trình lạnh quy chuẩn và xác định máy nén phù hợp cho chu trình này để áp dụng trong hệ thống lạnh thực tế.

Xác định chu trình lạnh tiêu chuẩn:

Theo bảng (7-1) trang 172 tài liệu [1] chọn chế độ lạnh đông 2 cấp freon thì có các thông số sau: t 0 = -35℃

Suy ra áp suất trung gian của chu trình: p tg =√p k× p o =√7,6×2,65 =4,48 bar t tg = 12℃=> t 6 = 12+ 3 ℃

Bảng 4.2 Bảng thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn:

Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q 0 tc =i

1' tc- i 6 tc = 375– 220 = 155 kJ/kg (4.26) Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: q v tc =q 0 tc v 1' tc = 155

Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn

Có tỉ số nén: π= p tg p 0 = 4,48 2,65 =1,7 Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λtc = 0,87

Năng suất lạnh riêng thể tích: q v =q 0 v 1' = 152

Năng suất lạnh tiêu chẩn Q 0 tc :

Ta sử dụng phần mềm bitzer để chọn máy nén

Phần mềm thiết kế và tính toán công suất máy nén của hãng Bitzer cung cấp giao diện tiếng Việt dễ sử dụng Đây là công cụ hữu ích cho những ai cần lựa chọn sản phẩm máy nén phù hợp với nhu cầu cá nhân hoặc yêu cầu của chủ đầu tư Người dùng có thể tính toán công suất hoặc chọn model máy nén hiệu quả nhất dựa trên thông số đã tính toán.

Hình 4.4 Giao diện chính phần mềm BITZER

Ta sử dụng máy nén piton nữa kín loại 2 cấp

Sau đó nhập các thông số tương ứng

Hình 4.6 Kết quả thông số máy nén

=> Chọn Z = 1 máy nén hai cấp cho R134a

Hình 4.7 Bản vẽ chi tiết máy nén

Công suất động cơ diện kéo máy được tính theo công thức (7-25) trang 171 tài liệu [1]

N dc = (1,1÷2,1) *N el Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xu ống phập phù nên chọn hệ số an toàn là 2,1

Với 𝑁 𝑒𝑙 là công suất đo được trên bảng bản đấu điện có kể đến tổn thấy truyền động khớp, đai, …

L công nén của máy nén Ƞ tổn thất năng lượng trong máy nén là ≈ 0,59 đối với hệ thống lạnh này

TÍNH THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ

Tính chọn thiết bị ngưng tụ

Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang có nước làm mát tuần hoàn để tối ưu hiệu suất Thiết bị này có phụ tải nhiệt từ 4500 đến 5500 W/m², giúp tiết kiệm kim loại và mang lại thiết kế gọn nhẹ, chắc chắn Nhờ vào hệ thống làm mát bằng nước, thiết bị ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi thời tiết và có nhiệt độ ngưng tụ thấp, từ đó nâng cao năng suất lạnh và dễ dàng vệ sinh hệ thống nước làm mát.

Hình 5.1 Cấu tạo bình ngưng tụ

3 Đường vào hơi cao áp

5 Đường dự trữ hoặc đường xả khí không ngưng

6,8 Đường xả khí và xả bẩn về phía nước làm mát

7 Nắp bình là nắp phẳng

9 Đường ra của lỏng cao áp

10 Các ống trao đổi nhiệt

11, 12 Đường vào và ra của lỏng cao áp

Hơi cao áp đi vào bình ngưng từ phía trên qua đường 4, chiếm đầy không gian bên trong Tại đây, hơi nhả nhiệt cho nước làm mát đang chuyển động cưỡng bức trong ống, dẫn đến quá trình ngưng tụ thành lỏng qua đường 10 và thoát ra ngoài.

5.1.4 Tính chọn thiết bị ngưng tụ

Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ:

Diện tích bề mặt truyền nhiệt F

Theo công thức (8-4) trang 216 tài liệu [1]

Theo bảng 8-3, trang 204 tài liệu [1] ta chọn bình ngưng với các thông số:

Bảng 5.1 Thông số bình ngưng

Diện tích bề mặt ngoài,m 2 Đường kính ống vỏ, mm

Số ống Tải nhiệt max, kw Số lối

Tính chọn thiết bị bay hơi

Chọn dàn bay hơi đối lưu cưỡng bức

Hình 5.2 Dàn bay hơi Chú thích:

1- Đường vào của lỏng môi chất

2- Búp chia để phân phối lỏng vào dàn, có bao nhiêu dàn thì búp chia có bấy nhiêu lỗ Búp chia thường đặt thẳng đứng như hình vẽ để phần phối đều cho các dàn thông qua các lỗ chia

3- Các ống chia: phải có độ dài bằng nhau và tránh sai lệch trở kháng cục bộ

4- Các ống trao đổi nhiệt, dùng ống đồng trơn Chiều dài vỉ dàn tối đa 20m

6- Bẫy dầu: khi dầy đầy bẫy dầu sẽ được hút về máy nén

7- Đường ra của hơi hạ áp

5.2.3 Nguyên lý làm việc Đây là thiết bị hay hơi kiểu không ngập làm lạnh chất khí chuyển động cưỡng bức bên ngoài ống

Freon lỏng được dẫn vào dàn lạnh từ phía trên thông qua búp chia và các ống chia, sau đó được phân phối đều cho các ống trong thiết bị trao đổi nhiệt Tại đây, nó nhận nhiệt từ chất khí chuyển động đối lưu cưỡng bức bên ngoài ống Khi đi đến đoạn cuối của vỉ, Freon lỏng sẽ được hóa hơi hoàn toàn và được thu gom qua ống góp để ra ngoài.

5.2.4 Tính chọn thiết bị bay hơi

Phòng cấp đông: chính là tủ cấp đông

Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi: Q 0 = 55,32kw

Chọn phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi: q F = 300 w/m 2

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

Tra bảng 8-14 trang 251 tài liệu [1] ta chọn 5 dàn quạt kiểu 2B020

Diện tích bề mặt ngoài: 20 m 2

Kích thước phủ bì, mm: 630×765×465

Các thiết bị phụ

- Để cấp lỏng ổn định cho van tiết lưu

- Để chứa lỏng môi chất từ các thiết bị khác về khi sửa chữa hệ thống

Vị trí: đặt sau thiết bị ngưng tụ và trước van tiết lưu

Hình 5.3 Bình chứa cao áp

1 Áp kế, dưới áp kế có ống xiphông để chống rung cho kim áp kế

2 Van an toàn, dưới van an toàn có van chặn để cô lập khi sửa chữa hoặc khi van an toàn mất tác dụng

3 Đường vào của lỏng cao áp

4 Đường cân bằng với thiết bị ngưng tụ để lỏng từ bình ngưng chảy xuống bình chứa dễ dàng

5 Đường dự trữ hoặc làm đường xả khí không ngưng

6 Ống thuỷ sáng để quan sát mức lỏng trong bình

7 Đường ra của lỏng cao áp

❖ Tính toán bình chứa cao áp:

Ta chọn hệ thống lạnh môi chất Freon chảy từ trên xuống nên thể tích chứa được tính theo công thức 8 -13, trang 260, tài liệu [1] ta có:

Với: Hệ số an toàn là 1,2

V CA : Thể tích bình chứa cao áp

V d : Thể tích hệ thống dàn bay hơi Đối với dàn bay hơi Freon, chọn ống đồng đường kính là 0,018 m, dày 0,001m (trang

251 tài liệu [1] => đường kính ngoài của ống là d = 0,019 m

Chọn số ống trong dàn là 12, mỗi ống dài 2,5 m => Tổng chiều dài của các ống là:

Thể tích hệ thống dàn bay hơi:

Chọn bình chứa cao áp nằm ngang theo bảng 8-17 trang 264 tài liệu [1], ta chọn bình 0.4PB với các thông số:

Thể tích bình V= 0,4 m 3 Đường kính ngoài Da= 800 mm

Mục đích chính của việc tách dầu khỏi luồng hơi nén là để ngăn chặn dầu bám bẩn lên các bề mặt truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, như thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi Điều này rất quan trọng vì sự hiện diện của dầu có thể cản trở quá trình truyền nhiệt, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Vị trí của bình tách dầu: đặt sau máy nén và trước bình ngưng tụ

Hình 5.4 Bình tách dầu Chú thích:

1,3-Đường vào và ra của hơi cao áp

Tính toán bình tách dầu

Chỉ tính chọn bình tách dầu kiểu khô cho máy nén 2 cấp Đường kính ống: theo tài liệu [2] trang 123 ta có: d=√ 4V h πϖ (5.6)

 :tốc độ môi chất ở ống nối vào bình tách dầu

Chọn  = 18 [m/s] (theo tài liệu [2] trang 123)

V h : thể tích thực tế của môi chất ra khỏi máy nén Đối với bình tách dầu dùng cho tủ cấp đông:

Chọn 1 bình loại bình 65-MO

65: chỉ đường kính ống nối vào đầu đẩy máy nén;

5.3.3 Thiết bị tách khí không ngưng

Nhằm loại khí không ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ để tăng diện tích trao đổi nhiệt

Hình 5.5 Thiết bị tách khí không ngưng Chú thích:

1 - Đường ra của hơi hạ áp

2- Đường vào của hỗn hợp khí không ngưng và hơi cao áp

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

Hơi cao áp và khí không ngưng từ thiết bị ngưng tụ được đưa vào không gian giữa hai ống nhả nhiệt, nơi môi chất lạnh ở dạng lỏng cao áp được tiết lưu vào ống trong (3) Hơi cao áp sẽ ngưng tụ thành lỏng và chảy xuống dưới, qua van tiết lưu (4) trở lại ống trong, trong khi khí không ngưng tụ sẽ được xả ra ngoài qua đường (5).

Làm mát trung gian hoàn toàn hơi trung áp giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh giúp giảm công nén và hạ nhiệt độ cuối tầm nén cho máy nén cao áp.

- Tách lỏng, tách dầu ra khỏi hơi trung áp hút về máy nén cao áp

- Làm quá lạnh lỏng cao áp trước khi tiết lưu để giảm tổn thất lạnh do tiết lưu

1 Đường vào của hơi nén trung áp

2 Đường lỏng cao áp tiết lưu vào bình

3 Đường ra của hơi trung áp

5 Ống thuỷ tối và van phao

9 Đường tháo lỏng ra khỏi bình

10 Đường ra lỏng cao áp

Diện tích truyền nhiệt của thiết bị trung gian

Với: Q tg – Công suất nhiệt trao đổi ở bình trung gian

Q ql : Công suất nhiệt quá lạnh của môi chất trước tiết lưu

Q lm : Công suất nhiệt làm mát trung gian

Q lm = G CA × (i 2 -i 3 ) = 0,66× (570,61-511,29) = 39,15 kW (5.10) Suy ra:

Q tg = 3,25 + 39,15 = 42,4kW q F – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ q F = i 4 -i 5 = 543,6 – 268,66 = 274,94 W/m 2 (4.11)

274,944,22 m 2 (4.12) Đường kính trong bình trung gian:

V: Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút của cấp nén cao áp

V = G CA ×V 3 = 0,52×45,1×10 -3 = 23,45×10 -3 m 3 /s (4.14) ω: Tốc độ gas trong bình, chọn ω = 0.5 m/s

D = √ 4×V π×ω= √ 4×23,45×10 -3 π×0,5 = 0,24 m Chọn bình trung gian đã được chế tạo sẵn (Tra bảng 8-19 trang 266-Tài liệu [1])

❖ Mục đích: Để giải nhiệt cho nước làm mát thiết bị ngưng tụ và máy nén

Hình 5.7 Tháp giải nhiệt Chú thích:

3 Dàn phun nước gồm 2 ống khoan lỗ nghiêng một góc 450 đối nhau được gắn vào một ổ xoay để khi phun nước được quay tròn tưới đều trên toàn bộ thiết bị

4 Bộ phận làm tươi nước nhằm làm tăng hiệu qủa làm mát

5 Van phao cấp nước bổ sung (để bù lượng hơi nước bị gió cuốn ra ngoài)

6 Đường vào của nước được làm mát

8 Đường ra của nước được làm mát bơm đến thiết bị ngưng tụ

Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ là Qk = 238,47 kW, tương đương với 61,1 tấn Theo tiêu chuẩn CTI, 1 tấn nhiệt tương đương với 3900 kcal/h Do đó, lượng nước tuần hoàn cần thiết được xác định dựa trên các thông số này.

Với: C- Nhiệt dung riêng của nước C = 4,19 kJ/kg.K ρ- Khối lượng riêng của nước ρ = 1000 kg/𝑚 3

△t w – Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, K

Tra bảng 8- 22 trang 272 tài liệu [1] chọn tháp giải nhiệt FRK60 với các thông số

Bảng 5.2 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản tháp RINKI

Lưu lượng nước định mức 13 l/s

Chiều cao tháp 2417 mm Đường kính tháp 1910 mm Đường kính ống nối dẫn vào 100 mm Đường kính ống nối dẫn ra 100 mm Đường chảy tràn 25 mm Đường xả 25 mm

Lưu lượng quạt gió 420 m 3 /ph Đường kính quạt gió 1200 mm

Khối lượng 238 kg Độ ồn 57 dBA

- Quá nhiệt dòng hơi hút về máy nén nhằm tránh hiện tượng thủy kích

- Qúa lạnh lỏng cao áp trước khi vào tiết lưu nhằm giảm tổn thất lạnh do tiết lưu

- Thiết bị được đặt sau thiết bị bay hơi, trước máy nén

1, 3 - Đường ra và vào của hơi hạ áp

Ống trụ bịt hai đầu giúp hướng toàn bộ dòng hơi tiếp xúc với ống xoắn (6), đồng thời tăng tốc độ dòng hơi để cải thiện quá trình trao đổi nhiệt.

4, 5 - Đường ra và vào của lỏng cao áp

Hơi hạ áp đi vào phần trên của bình trao đổi nhiệt, trong khi lỏng cao áp chảy qua ống xoắn, tạo ra hơi quá nhiệt được hút về máy nén Để hút dầu về máy nén, hơi ra cần được lấy từ phía dưới.

Bình này được bọc cách nhiệt

Hình 5.9 Bình chứa hạ áp

1 - Ống góp bắt van phao

2 - Ống dịch tiết lưu vào

3 -Ống lắp áp kế và van AT

5 - Hơi hút về máy nén

Bình chứa hạ áp trong hệ thống lạnh freon có cấu tạo gồm thân trụ và hai nắp elip, với cổ bình ở phía trên có chức năng tách lỏng và ống hút hơi dẫn về máy nén Phía dưới thân bình là rốn bình, nơi thu gom và hồi dầu trong hệ thống freon.

Bình chứa hạ áp có 03 van phao bảo vệ, các van phao được lắp trên ống góp 1 Bảo vệ mức cực đại, mức trung bình và mức cực tiểu

Do làm việc ở nhiệt độ thấp nên bình chứa cao áp được bọc cách nhiệt polyurethan dày khoảng 150 ÷ 200 mm, ngoài cùng bọc inox bảo vệ

Bình chứa hạ áp có các nhiệm vụ chính sau:

Chứa dịch môi chất nhiệt độ thấp để bơm cấp dịch ổn định cho hệ thống lạnh

Trong các hệ thống lạnh, việc tách lỏng dòng gas hút về máy nén là rất quan trọng Khi sử dụng bơm cấp dịch lượng lỏng sau dàn bay hơi, nếu chỉ dùng bình tách lỏng thì không thể tách hết lượng lỏng, dễ dẫn đến tình trạng ngập lỏng Do đó, lỏng được đưa trở về bình chứa hạ áp, nơi lỏng rơi xuống dưới và hơi phía trên được hút về máy nén, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Khi lựa chọn thiết bị cho hệ thống, cần xem xét các loại như bơm cấp dịch, bơm nước, van một chiều, van chặn, van tiết lưu và van điện từ Việc chọn lựa nên dựa trên đường kính của hệ thống ống nối để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của toàn bộ hệ thống.

VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG

Vận hành

Nếu tủ mới được xả đá, trước khi vào hàng phải đảm bảo tủ khô ráo

- Kiểm tra không để vật lạ sót lại trong tủ thí dụ như dụng cụ, khay, dẻ lau…

- Chuyển khay hàng cấp đông vào giá đựng khay Khay sắp xếp sao cho đảm bảo thông thoáng gió thổi giữa các sản phẩm như trong thiết kế

- Kiểm tra bảo đảm các khay không có người trong khoang

- Kiểm tra xác nhận hệ thống đã sẵn sàng cấp lạnh

- Bật cầu dao cấp điện cho tủ

- Cắt cấp dịch cho dàn lạnh

- Đợi 1 thời gian để dàn lạnh rút hết dịch Thời gian dài ngắn phụ thuộc vào công suất hệ thống cấp lạnh

- Ngắt cấp điện cho tủ điện của tủ

- Tắt cầu dao điện của tủ điện tủ trước khi xả băng

- Mở van điện từ cấp nước xả băng

- Trong quá trình xả băng phải để cửa mở để nước thoát

- Thời gian xả băng (khoảng 30 phút) tùy thuộc vào nhiệt độ và lưu lượng nước xả băng

Sử dụng phương pháp phun nước áp lực thấp để vệ sinh Sử dụng nước đã được xử lí vi sinh theo quy định

Các bước vệ sinh như sau:

- Sử dụng chất tẩy rửa

- Phun sạch bằng nước sau khi sử dụng chất tẩy rửa

- Phun sạch bằng nước sau khi sử dụng phương pháp vô trùng

- Làm khô dàn lạnh, buồng và sàn

Ngừng hoạt động tủ thời gian dài

Khi tủ không được sử dụng trong thời gian dài cần phải tiến hành các bước sau đây:

- Ngắt nguồn điện cung cấp cho tủ

- Tủ phải được vệ sinh kĩ càng

- Cửa tủ nên để mở để thông thoáng

- Trong thời gian này nên tiến hành công việc bảo trì