thí nghiệm chuyên đề

Thí nghiệm chuyên đề I. TRÍCH YẾU 1. Mục đích thí nghiệm Khảo sát q trình tự động hóa của tháp giải nhiệt bằng khơng khí với các chế độ giả lập: - Sự tự động đóng ngắt của bơm khi mức nước trong tháp giải nhiệt xuống dưới mức u cầu, hoặc khi bơm hoạt động q tải. - Khảo sát sự đóng, mở của van điện từ khi trở lực trên đường ống tăng q mức cho phép. - Khảo sát sự tự động đóng ngắt của thiết bị gia nhiệt bằng bộ điều khiển nhiệt độ khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ cài đặt. Khảo sát hiệu quả của q trình giải nhiệt với tháp giải nhiệt bằng khơng khí là tác nhân. 2. Dụng cụ, thiết bò Sơ đồ thiết bò tự động hóa tháp giải nhiệt. CHÚ THÍCH: SV 1 : Van điện từ 1 Lv i : Bộ báo mực nước trong tháp SV 2 : Van điện từ 2 P : Bơm tuần hoàn T c 1 : Bộ điều khiển nhiệt độ nước ra F : Quạt cấp không khí giải Trang 1 Thí nghiệm chuyên đề nhiệt T c 2 : Bộ điều khiển nhiệt độ nước vào Fl i : Bộ hiển thò lưu lượng gió P i : Áp kế H : Bộ gia nhiệt nước 3. Nội dung thí nghiệm A. Điều khiển từ Panel : + Tình huống giả lập 1: Nước trong tháp giải nhiệt bò cạn và mức nước không đạt yêu cầu cần thiết. - Mở van xả đáy của tháp để xả bỏ nước trong tháp. Quan sát sự thay đổi bảng báo mức Lv i trên tủ điều khiển. - Ghi nhận mức Lv i khi bơm ngừng hoạt động. - Đóng van xả đáy. Tiến hành cấp nước lại cho tháp. Quan sát sự thay đổi bảng báo mức Lv i trên tủ điều khiển. + Tình huống giả lập 2: Quá áp và áp suất làm việc của bơm vượt quá giới hạn cho phép. Đồng hồ áp kế P i chỉ áp suất vượt quá mức quy đònh. - Đóng van để tăng áp suất làm việc của bơm. Quan sát sự thay đổi áp suất làm việc của bơm trên đồng hồ áp kế P i à Ghi lại giá trò áp suất khi van SV 2 hoạt động. - Mở van để giảm áp suất làm việc của bơm. Quan sát sự thay đổi áp suất làm việc của bơm trên đồng hồ áp kế P i và Ghi lại giá trò áp suất khi van SV 2 dừng hoạt động. + Tình huống giả lập 3: Thay đổi nhiệt độ của nước tuần hoàn trước khi vào tháp - Thay đổi nhiệt độ cài đặt cho nước tuần hoàn trước khi vào tháp và quan sát quá trình hoạt động của bộ gia nhiệt nước (H) và sự thay đổi nhiệt độ của nước (Tc 2 ). + Tình huống giả lập 4: n đònh nhiệt độ của nước tuần hoàn - Chỉnh số vòng quay của quạt trong khoảng 501 vòng/phút, nhiệt độ Tc 2 = 40 o C à Quan sát sự thay đổi nhiệt độ Tc 1 của nước ra khỏi tháp (vào bơm). - Vẽ đồ thò giá trò Tc 1 Tc 2 thay đổi theo thời gian. - Vẽ đồ thò giá trò (Tc 2 -Tc 1 ) thay đổi theo số vòng quay của quạt. Tần số thay đổi trong khoảng khảo sát [500 ÷ 1000] vòng/phút, bước nhảy 100 vòng/phút, nhiệt độ cài đặt Tc 2 = 40 o C. + Tình huống giả lập 5: Giả lập khi bơm bò quá tải. B. Điều khiển từ PC Lặp lại các tình huống giả lập tương tự như quá trình điều khiển từ PANEL Trang 2 Thí nghiệm chuyên đề 4. Phương pháp thí nghiệm Đầu tiên, nước trong tháp giải nhiệt ở nhiệt độ T 1 được bơm P qua bộ gia nhiệt H để nâng đến nhiệt độ T 2 rồi được tuần hoàn trở lại tháp, phía trong tháp có bố trí lớp đệm. Tại đây, nước được tiếp xúc với không khí, giải nhiệt. Khơng khí được cung cấp nhờ quạt F, và làm nguội xuống nhiệt độ T 1 . 5. V ận hành Bước 1: Mở van cấp nước đến hệ thống. Bước 2: Kiểm tra hệ thống: - Kiểm tra quạt xem dây truyền động có bò đứt hay gặp sự cố nào không? - Kiểm tra vò trí các đầu dò nhiệt độ có nằm đúng vò trí hay không? - Kiểm tra dây truyền tín hiệu giữa tủ điều khiển và máy tính có bình thường hay không? Bước 3: Bật CB tổng (bên trong tủ điện), đèn POWER sáng. Bước 4: Chọn chế độ chạy: xoay RUN MODE đến vò trí PANEL (điều khiển hệ thống thông qua các phím bấm trên mặt tủ điện) hoặc PC (điều khiển hệ thống từ máy tính). II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM II.1. Số liệu thơ A. Điều khiển bằng Panel 1) Chế độ giả lập 1: Tháo nước trong tháp ra bằng van xã đáy, khi mức nước xuống tới mức 2 bơm tự động ngắt. Đóng van lại, nước trong tháp dân lên đến mức 3 bơm tự động hoạt động trở lại. 2) Ch ế độ giả lập 2: • Khi khóa van tay, tổn thất áp suất trên đường ống tăng, kim áp kế quay sang phải. khi kim áp kế chỉ đến giá trị P = 33 PSI, van SV 2 tự động mở. • Khi mở van tay, tổn thất áp suất trên đường ống giảm, kim áp kế quay trở lại vị trí ban đầu (từ phải sang trái). Khi kim áp kế đạt giá trị P = 19 PSI, van SV 2 tự động đóng. 3) Chế độ giả lập 3 Áp suất tiến hành thí nghiệm P= 2kg/cm 2 t (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T c1 32.4 32.7 33.1 33.6 34.1 34.6 35.2 35.7 36.3 36.9 T c2 32.3 32.6 33 33.7 34.2 34.8 35.5 36 36.7 37.2 10 11 12 13 14 37.4 37.8 38.2 38.6 39 37.9 38.5 39 39.4 40 Trang 3 Thí nghiệm chuyên đề 4) Ch ế độ giả lập 4 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ T c1 , T c2 với số vòng quay của quạt là 501 vòng/phút t(min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 T c1 39.7 39.7 39.6 39.5 39.4 39.2 39.1 38.9 38.7 38.5 38.3 38.2 T c2 42.9 42.7 42.5 42.4 42.2 42 41.8 41.6 41.1 41.2 41 40.4 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 38.1 38 37.9 37.7 37.6 37.5 37.4 37.3 37.3 37.3 37.3 39 39 39 39 38.6 40 40 40 40 40 40 Chế độ vòng quay quạt v q = [500 – 1000] (vòng/phút), bước nhảy 100 (vòng/phút). v q ( v/p) 500 600 700 800 900 1000 T c1 37.3 37.1 37.7 37.6 37.6 37.5 T c2 40 40 40 40 39.2 39.1 B. Điều khiển từ PC : Chỉ tiến hành chế độ giả lập 4 Chế độ lưu lượng gió Q q = 100 (m 3 /h). t ( s) 0 1 2 3 4 5 6 T c1 43 43.1 43.5 44 44.2 44.5 44.9 T c2 46.7 47 47.5 48 48.1 48.6 49 7 8 9 10 11 12 13 14 15 45.1 45.2 45.3 44.6 45.8 45.9 46 46.1 46.1 49.1 49.4 49.3 49.7 49.7 49.8 49.8 50 50 Quan hệ giữa vòng quay quạt và lưu lượng gió. Lưu lượng quạt PC(m 3 /h). 100 110 120 130 140 150 160 170 Trang 4 Thí nghiệm chuyên đề Panel (vòng/p) 787 825 839 867 875 914 998 1006 T c1 46.1 46.5 46.6 46.7 46.4 46.5 46.3 46.2 T c2 50 50 50 50 49.8 49.7 49.7 49.6 II.2. Xử lí số liệu: A. Điều khiển từ Panel : Đồ thị 1 : Khảo sát nhiệt độ của dòng nước ra và vào tháp khi chưa khởi động quạt Đồ thị 2 Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh ở chế độ vòng quay quạt v q = 501 (vòng/phút). Đồ thị 3 : Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh ở chế độ vòng quay quạt v q = [500 – 1000] (vòng/phút) Trang 5 Đồ thị khảo sát nhiệt độ dòng nước ra và vào tháp khi chưa khởi động quạt Nước ra Nước vào Khảo sát nhiệt độ dòng vào và ra tháp khi khởi động quạt với tốc độ 501 vòng/phút dòng ra Dòng vào Thí nghiệm chuyên đề B. Điều khiển từ PC : Đồ thị 4 : Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh theo thời gian ở chế độ lưu lượng gió Q q = 100 (m 3 /h). Đồ thị 5 : Khảo sát sự phụ thuộc của số vòng quay quạt vào lưu lượng gió. Trang 6 Dòng ra Dòng vào Dòng ra Dòng vào Thớ nghieọm chuyeõn ủe III. BAỉN LUAN - Theo lý thuyt khi thit b un núng t n nhit ci t ca Tc 2 thỡ thit b t ng ngt, nhng trong bi thớ nghim, nhit hin th ca Tc 2 ti 42 o C (trong khi ú ta ci t l 40 o C) thit b un núng mi t ngt. iu ny cú th gii thớch l do nhy ca u dũ, nờn cú s tr. - T th 1 ta nhn thy, nhit dũng nc ra v vo l gn bng nhau. iu ú cho thy, khi qut khụng hot ng, thỏp gii nhit hu nh khụng cú tỏc dng. - Khi ta s dng qut, nhit ca dũng nc ra cú gim nhng khụng ỏng k, chng t hiu qu gii nhit khụng cao. - Mt iu nghch lý cú th thy khi tin hnh thớ nghim, khi tng tc ca qut, l ra nhit ca dũng nc ra phi gim, nhng li xy ra iu ngc li. iu ny cú th c gii thớch nh sau, dũng nc vo c i qua lp m, ti õy, dũng nc tip xỳc vi khụng khớ, nú trao i nhit v bay hi. Khi nc bay hi, nú thu nhit, lm cho nhit ca dũng nc gim xung: Khi vn tc tng, thi gian tip xỳc ca nc vi dũng khớ gim. Dũng khớ s y dũng nc ngc lờn trờn gõy ra hin tng tng sụi trong lp m. Phn khụng gian phớa trờn thỏp gii nhit quỏ nh, lng nhit b tớch t õy, mt phn nú lm gim hiu qu ca quỏ trỡnh trao i nhit gia dũng khớ v dũng nc vo. Dũng nc khụng c phõn b u lờn trờn lp m, cú xut hin mt s ch dũng nc chy thnh dũng qua lp m. IV. TR LI CU HI Cõu 5: Hot ng ca bm (bm cht lng) b khng ch bi cỏc yu t sau: - Lu lng ca dũng lu cht. Trong bi thớ nghim, khi mc nc gim xung mc 2, mc nc thp hn ng hỳt ca bm, bm s hỳt khớ nu nú vn cũn vn hnh. - Tn tht ỏp sut trờn ng hỳt v ng y. Nu chỳng quỏ ln, bm s b quỏ ti, dn n h bm. - Chiu cao ct hỳt v ct y. Bm ch cú th hot ng vi chiu cao ca ct hỳt <= 10 mH 2 O. - Nhit ca dũng nc chy qua bm. Trang 7 Thí nghiệm chuyên đề • Một số phương pháp có thể sử dụng để tránh sự hoạt động q tải của bơm: - Dùng van điên từ nhận tín hiệu áp suất trên đường đẩy. Khi áp suất trên đường đẩy tăng q giá trị cài đặt, van điện từ sẽ tự động mở. Dòng nước sẽ chạy qua đường ống này, tổn thất áp suất giảm xuống. - Dùng thiết bị nhận tín hiệu trực tiếp từ bơm, khi bơm rơi vào trạng thái hoạt động q tải, nó sẽ tự ngắt, khơng cho bơm hoạt động. Câu 6: • Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trao đổi nhiệt diễn ra trong tháp giải nhiệt: - Lưu lượng dòng khí vào tháp. - Dạng lỏng tiếp xúc với dòng khí:  Cho lỏng vào ở dạng dòng từ trên chảy xuống dưới.  Lỏng được phun thành giọt nhỏ.  Lỏng được cho chảy màng trong các ống trao đổi nhiệt.  Lỏng được cho chảy qua lớp đệm. - Thể tích của tháp, đặc biệt là phần khơng gian phía trên. - Chiều cao của lớp đệm trong tháp. - Cách sắp xếp vật liệu đệm. - Khoảng cách từ đường vào của dòng khí tới lớp đệm. • Một số phương pháp để ổn định q trình giải nhiệt nước và nâng cao hiệu suất trao đổi nhiệt của hệ thống: - Thể tích tháp phải đủ lớn (cần tính tốn để biết được đường kính cần thiết cho tháp giải nhiệt). - Chiều cao lớp đệm, cách sắp xếp vật liệu đệm sao cho diện tích tiếp xúc của dòng nước và dòng khí là lớn nhất và tránh hiện tượng xuất hiện nước chảy trực tiếp từ trên xuống thành dòng. - Dòng nước phải được phun đều lên lớp đệm. - Dòng khí từ dưới lên cũng phải được phân bố đều khi đi qua lớp đệm. Câu 7 • Thiết bị điều khiển Tc 2 bị hỏng, nhiệt độ liên tục tăng, có thể là do bộ phận tự ngắt của thiết bị, khi nhiệt độ của thiết bị đun nóng H vượt giá trị cài đặt, khơng hoạt động. Trong trường hợp này, ta phải ngắt thiết bị H bằng tay. • Hướng nâng cấp thiết thiết bị điều khiển Tc2:  Bộ phận điều khiển cơng tắc đóng ngắt phải tốt.  Lắp thêm một thiết bị điều khiển có chức năng giống như Tc2. Câu 8 Trong q trình làm thí nghiệm khơng có xảy ra những sự cố nào. Cách bố trí và sắp xếp thiết bị hợp lý. Có một thắc mắc nhỏ đó là sự tương thích của nhiệt độ dòng vào và dòng ra khi điều khiển bằng PANEL và điều khiển bằng PC. V. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) File tài liệu hướng dẫn bài tự động hóa tháp giải nhiệt. 2) Các q trình và thiết bị truyền khối, TS Trịnh Văn Dũng. 3) Bơm, quạt, máy nén, Hồng Minh Nam. Trang 8 . Thí nghiệm chuyên đề I. TRÍCH YẾU 1. Mục đích thí nghiệm Khảo sát q trình tự động hóa của tháp giải nhiệt bằng khơng khí. các tình huống giả lập tương tự như quá trình điều khiển từ PANEL Trang 2 Thí nghiệm chuyên đề 4. Phương pháp thí nghiệm Đầu tiên, nước trong tháp giải nhiệt ở nhiệt độ T 1 được bơm P qua. THÍCH: SV 1 : Van điện từ 1 Lv i : Bộ báo mực nước trong tháp SV 2 : Van điện từ 2 P : Bơm tuần hoàn T c 1 : Bộ điều khiển nhiệt độ nước ra F : Quạt cấp không khí giải Trang 1 Thí nghiệm chuyên