Nguồnđiện được sản xuất ra từ các nguồn năng lượng mặt trời đangđược xem là sự bổ sung lý tưởng cho sự thiếu hụt điện năng.Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng các hệ thống lạnh để bảo quảnthực p
1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020 MƠ HÌNH HỆ THỐNG LẠNH MÁY ĐÁ CÂY, SẢN XUẤT ĐÁ THỰC TẾ CHẠY BẰNG HAI NGUỒN NĂNG LƯỢNG MODEL OF REFRIGERATION MACHINE SYSTEM, REAL STONE PRODUCTION RUN BY TWO ENERGY SOURCES SVTH: Trần Lê Nguyễn Vi, Lê Thạc Chiến1, Mai Đức Văn, Văn Anh Bằng2 1Lớp 17N1, Khoa Cơ khí , 2Lớp 17N2, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng GVHD: ThS Nguyễn Công Vinh Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Năng lượng yếu tố vô quan trọng cho Abstract - Energy is extremely important factor for the phát triển quốc gia Xã hội phát triển nhu cầu sử development of each nation The more society develops, the dụng lượng ngày cao Ở Việt Nam, tiềm để phát higher the demand for energy In Vietnam, the potential for solar triển lượng mặt trời ngày xã hội quan tâm Nguồn power development is of increasing social interest The electricity điện sản xuất từ nguồn lượng mặt trời produced from solar sources is considered an ideal complement xem bổ sung lý tưởng cho thiếu hụt điện to the power shortage Besides, the need to use refrigeration Bên cạnh nhu cầu sử dụng hệ thống lạnh để bảo quản systems for food preservation as well as ice production for thực phẩm sản xuất nước đá phục vụ nhu cầu sinh domestic needs is very large, while these are devices that hoạt lớn, thiết bị tiêu thụ nguồn điện consume huge power Therefore, to save energy, when the ice lớn Vì vậy, để tiết kiệm lượng, hệ thống lạnh máy đá machine runs cold, it will combine two sources of electric energy hoạt động kết hợp hai nguồn lượng điện từ lượng from solar energy and electricity At the same time, manufacturing mặt trời sinh điện Đồng thời, chế tạo mơ hình thực an experimental model to produce actual stone and assessing nghiệm để sản xuất đá thực tế đánh giá yếu tố ảnh factors affecting the performance of the system hưởng đến hiệu làm việc hệ thống Key words - Solar energy; ice; cold system; temperature; Từ khóa - Năng lượng mặt tời; nước đá; hệ thống lạnh; nhiệt process độ; chu trình Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh máy đá Đặt vấn đề Hình 2: Đồ thị thể điểm nút chu trình lạnh Với mong muốn hướng đến người dân sử dụng Theo hình dễ dàng thấy trình nguồn lượng để phục vụ sinh hoạt đời sống xảy theo thứ tự sau: 1’-1: q trình q nhiệt Chúng tơi nghiên cứu chế tạo mơ hình máy đá sản xuất đá thực tế chạy điện kết hợp với điện từ lượng mặt trời Sau chế tạo hoàn chỉnh mơ hình, tiến hành chạy thử nghiệm, đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến thời gian đông đá, lượng điện tiêu thụ trình hoạt động để đưa hướng giải khắc phục, để tiết kiệm lượng Đối tượng nghiên cứu máy đá công suất nhỏ, chuyên sản xuất nước đá ống, đá viên đá loại 12,5 kg, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày người Đây đề tài nghiên cứu ứng dụng, triển khai rộng rãi thực tế cao, phù hợp với khả nghiên cứu lý thuyết chế tạo mơ hình thực nghiệm sinh viên Nội dung nghiên cứu 2.1 Cơ sở lí thuyết Để tính tốn cơng suất lạnh hệ thống, chúng tơi đưa giả thiết ban đầu sau: - Năng suất lạnh 150 W - Thời gian làm đá từ 2,5 ÷ h - Mơi chất lạnh sử dụng R134a - Modun lượng mặt trời có sẵn Chu trình hệ thống lạnh máy đá cấp nén có lắp đặt thiết bị hồi nhiệt bao gồm thiết bị chính: Máy nén kín (MN); thiết bị ngưng tụ (TBNT); thiết bị bay (TBBH); van tiết lưu (VTL); thiết bị hồi nhiệt (TBHN) Trần Lê Nguyễn Vi, Lê Thạc Chiến, Mai Đức Văn, Văn Anh Bằng hạ áp thiết bị hồi nhiệt; 1-2: trình nén đoạn nhiệt - Năng suất lạnh riêng chu trình: mơi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao, nhiệt độ cao máy nén hơi; 2-3: trình ngưng tụ q0 = i1’ – i4 = 152 (kJ/kg) (3) đẳng nhiệt, đẳng áp thiết bị ngưng tụ thải nhiệt cho môi trường; 3-3’ trình lạnh lỏng cao áp - Năng suất nhiệt ngưng tụ riêng: thiết bị hồi nhiệt; 3-4: q trình tiết lưu đẳng entanpi mơi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp qk = i2 – i3 = 183 (kJ/kg) (4) suất thấp; 4-1’: trình bay đẳng áp đẳng nhiệt nhiệt độ áp suất thấp thu nhiệt môi trường cần làm - Công riêng: l = i2 – i1 = 31 (kJ/kg) (5) lạnh bể đá ε= q0 =152 =4,9 - Hệ số lạnh chu trình: l 31 (6) Nguyên lý làm việc hệ thống lạnh máy đá: Hơi hạ - Lượng thực tế hút vào máy nén: áp từ dàn bay hơi, máy nén hút nén lên áp suất cao (pk) nhiệt độ cao (tk) sau đưa vào dàn ngưng tụ Tại G= Q0 = , 120 =0 , 00078 môi chất lạnh nhả nhiệt cho môi trường làm mát q0 152 khơng khí nhờ quạt gió đối lưu cưỡng bức, trở thành lỏng (kg/s) (7) cao áp (pk) qua van tiết lưu Sau qua van tiết lưu môi chất giảm từ áp suất cao (pk) thành áp suất thấp - Nhiệt tỏa từ thiết bị ngưng tụ: (p0) thành lỏng hạ áp có nhiệt độ (t0) vào dàn bay Tại dàn bay hơi, môi chất lạnh nhận nhiệt tỏa từ Qk = G qk = 0,00078.183= 142 (W) (8) nguồn nhiệt bên bể đá nước khn đá, hóa máy nén hút Chu trình khép lại F - Diện tích dàn ngưng tụ (m2): k= Qk k k Δttk (9) 2.2 Tính tốn nhiệt cho hệ thống Trong đó: Δtt - độ chênh nhiệt độ trung bình logarit; kk - hệ số truyền nhiệt Lượng nhiệt tỏa từ thiết bị ngưng tụ nhiệt Độ chênh nhiệt độ trung bình hai môi chất, lượng thu vào từ dàn bay cộng với công tiêu thụ cho hai mơi chất có chuyển pha (sơi ngưng) máy nén Ở đây, tính tương ứng với 1kg mơi chất lạnh với thiết bị trao đổi nhiệt chiều ngược chiều qua thiết bị bay hơi, theo định luật nhiệt động ta có xác định sau: phương trình: Δttk= Δtt1−Δtt2 Δtt1 qk = l + q0 (1) ln Chỉ số hiệu làm lạnh lý thuyết xác định Δtt ; (0K) (10) tỷ số số nhiệt lượng nhận từ vật cần làm lạnh công tiêu thụ Với Δtt1, Δtt2 hiệu nhiệt độ hai môi chất vào khỏi thiết bị trao đổi nhiệt Do chọn độ q0 chênh nhiệt độ trung bình logarit Δtt = 60K kk = 15 W/ m2.K Kết tính tốn diện tích dàn ngưng tụ Fk = ε= l ; (2) 0,56 m2 Với: q0 - suất lạnh riêng (kJ/kg); qk - nhiệt lượng F - Diện tích dàn bay (m2): 0= Q0 k0 Δtt (11) môi chất nhả cho môi trường (kJ/kg); l - công tiêu thụ máy nén (kJ/kg) Nhiệt độ sôi môi chất chọn giá trị -150C, nhiệt Đối với dàn bay đối lưu cưỡng sử dụng độ ngưng tụ 450C; độ nhiệt Δttqn = 50C; độ mơi chất frn hiệu nhiệt độ trung bình freôn lạnh Δttqn = 50C; môi chất khảo sát R134a lỏng sôi ống khơng khí bên ngồi ống lớn hệ số truyền nhiệt k0 lớn ngược lại Theo tài Bảng 1: Thông số trạng thái điểm nút môi liệu chọn độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Δtt = 110K chất lạnh R134a hệ số truyền nhiệt k0 = W/m2.K Tính kết diện tích dàn bay F0 = 0,33m2 Điểm 1’ 3’ Nhiệt độ, 0C -15 -10 60 45 40 -10 2.3 Chế tạo mơ hình máy đá Áp suất, bar 3,50 3,50 14,8 14,8 14,8 3,50 Trên sở lý thuyết, tiến hành tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống lạnh sản xuất nước đá chạy Entanpi, kJ/kg 487 492 521 347 341 341 hai nguồn lượng mặt trời điện Ở trạng thái điểm 3’ có lạnh lỏng Mơ hình hệ thống gồm: Máy nén kín cơng suất 120 thiết bị hồi nhiệt điểm van tiết lưu W; dàn ngưng tụ điện tích 0,56m2; van tiết lưu tay; dàn thực Để khống chế nhiệt độ hai điểm chúng bay diện tích 0,33m2 Ngồi kèm theo thiết bị ta thay đổi lượng vào thiết bị hồi nhiệtvà điều chỉnh phụ: quạt gió; van nạp ga; rơ le nhiệt độ; đồng hồ đo áp van tiết lưu để áp suất bay mơi chất lạnh tương ứng với nhiệt độ Tính toán đại lượng sau: suất ; sạc điện; đồng hồ đo dòng điện… HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHĨM SRT NĂM HỌC 2019-2020 Hình 3: Sơ đồ thực tế hệ thống lạnh máy đá Hình 5: Thao tác thử kín - Hút chân không, khâu thứ hai nhằm hút hết Khi hệ thống hoạt động, nguồn điện từ pin lượng khơng khí tồn bên đường ống, đảm bảo cho hệ mặt trời qua sạc nạp vào bình ắc quy cấp thống không bị tắc ẩm nâng cao hiệu làm lạnh cho hai quạt gió Nguồn điện cấp cho máy nén hoạt động Vào ban ngày hệ thống ưu tiên dùng Hình 6: Thao tác hút chân khơng điện từ lượng mặt trời, không đủ lấy thêm - Nạp gas cho máy, khâu cuối cần phải điện lưới bù vào Vào ban đêm ngày trời đảm bảo nạp đủ ga cho máy, máy làm việc mưa, thiếu ánh nắng, hệ thống dùng điện lưới bình hiệu quả, làm lạnh nhanh, tiêu tốn diện Chú ý thường điều, trường hợp máy nạp thiếu gas thừa gas không tốt 2.4 Kết đạt Đã chế tạo mơ hình hệ thống lạnh máy đá hồn thành, chạy thử nghiệm đạt kết tốt Nhiệt độ bên bể đá đạt khoảng -100C, đá đơng hồn tồn Thời gian đơng đá trung bình khoảng tùy theo kích thước khn đá Hệ thống hoạt động ổn định, an toàn tự động Khi đạt nhiệt độ yêu cầu rơ le nhiệt độ ngắt, máy nén dừng hoạt động Pin lượng mặt trời cung cấp đầy đủ điện cho hai quạt gió hoạt động ổn định Hình 4: Mơ hình hệ thống lạnh máy đá Hình 7: Thao tác nạp gas Các thao tác q trình chế tạo mơ hình chạy Kết luận thử nghiệm Sau thời gian nghiên cứu lý thuyết chế tạo mô - Kiểm tra độ kín hệ thống, xem khâu hình thực nghiệm, nhóm tác giả thu số kết quan trọng định trình hoạt động Vì hệ sau: thống bị rị rỉ, khơng có gas khơng thể làm lạnh Trần Lê Nguyễn Vi, Lê Thạc Chiến, Mai Đức Văn, Văn Anh Bằng - Hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh máy đá - Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến thời gian đông đá - Chế tạo hồn thiện mơ hình máy đá tiến hành chạy thử nghiệm sản xuất đá thực tế - Kỹ tay nghề thân nâng cao - Biết sử dụng cụ đo đạc, biết sơ đồ đấu dây điện Bên cạnh việc đề tài làm được, số hạn chế sau: Hình 9: Đá sản xuất từ mơ hình - Trong trình chế tạo mơ hình lắp thêm thiết bị hồi nhiệt nhằm nâng cao hiệu làm lạnh tiết kiệm lượng Thực tế cho thấy lắp đặt thiết bị vào thời gian làm lạnh có giảm đáng kể Tuy nhiên, thiết bị chịu áp lực lớn hai vật liệu khác nên khó hàn, hệ thống bị xì ga, đề tài nghiên cứu tính toán phần lý thuyết Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận, Kỹ thuật lạnh ứng dụng Nhà xuất giáo dục, 2009 [2] Lê Nguyên Minh, Giáo trình nhiệt động kỹ thuật Nhà xuất Hình 8: Một số hình ảnh chế tạo mơ hình giáo dục, 2009 [3] Hồ Trần Anh Ngọc, Phan Quí Trà, Nguyễn Thị Hồng Nhung, - Để có đủ điện chạy máy nén, cần nhiều Giáo trình Kỹ thuật nhiệt Nhà xuất thông tin truyền thông, modun pin lượng mặt trời Tuy nhiên kinh phí hạn 2016 [4] Hồ Trần Anh Ngọc, Nguyễn Cơng Vinh, Giáo trình kỹ thuật chế nên chưa thực được, làm điển hình điều hịa khơng khí Nhà xuất Đà Nẵng chạy cho quạt gió [5] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở Nhà xuất giáo dục, 2007 [6] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1999