Pbl lạnh bảo quản thịt lợn cấp Đông 2 5 tấn, trữ Đông 55 tấn

2.3.2/ Bố trí : Kho lạnh đặt trong nhà có mái che CHƯƠNG 3 : TÍNH CÁCH NHIỆT KHO LẠNH Chương này nhằm xác định chiều dày lớp cách nhiệt của kết cấu phòng lạnh theohệ số truyền nhiệt tố

TỔNG QUAN

Nhiệm vụ thiết kế được giao

- Sản phẩm bảo quản: Thịt lợn.

- Công suất cấp đông: E = 2,5 tấn/mẻ

- Công suất trữ đông: E U tấn

- Địa điểm lắp đặt: Huế

Hệ thống lạnh cấp đông

1.2.1 Mục đích của lạnh cấp đông :

Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó như:

-Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm

-Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc

-Trong y tế: chế biến và bảo quản thuốc

-Trong công nghiệp hoá chất

-Trong lĩnh vực điều hoà không khí Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm Tuy nhiên để có thể giữ cho thực phẩm được lâu dài nhằm cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân,thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ cho thực phẩm ở 1 nhiệt độ thấp (-18 0 C ÷ - 40 0 C) Bởi vì ở nhiệt độ càng thấp thì các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài.

1.2.2 Các kiểu lạnh cấp đông :

Kho cấp đông gió thường được sử dụng để cấp đông hải sản và sản phẩm thực phẩm trong công nghiệp chế biến Quy trình cấp đông sử dụng gió lạnh cưỡng bức bằng dàn lạnh tạo luồng không khí nhiệt độ thấp, sau đó hệ thống quạt gió đẩy luồng khí này đến mọi khu vực trong kho nhằm cấp đông sản phẩm.

 Tủ cấp đông:Tủ cấp đông gió được sử dụng chủ yếu để cấp đông các sản phẩm đông rời với khối lượng nhỏ nên phù hợp với các xí nghiệp trung bình và nhỏ Tủ cấp đông gió sử dụng phương pháp cấp bông bằng gió lạnh cưỡng bức tương tự với kho lạnh cấp đông gió Về cơ bản, thiết kế kho lạnh cấp đông gió và tủ cấp đông gió có nhiều điểm tương tự.

 Cấp đông IQF- Individual Quick Frozen (cấp đông nhanh từng cá thể tức là đặt từng cá thể vào trong môi trường có nhiệt độ từ -40 o C đến -35 o C và sau dưới 30 phút mà nhiệt độ trung tâm của cá thể đó đạt -18 o C)

- Chọn hầm đông gió vì tủ cấp đông chủ yếu là nhập ngoại, có công suất nhỏ còn IQF loại vì chủ yếu dùng trong ngành thủy sản(tôm, cá v.v.)

Hệ thống lạnh trữ đông

-Mục đích : Nhằm bảo quản sản phẩm trong thời gian chờ được tiêu thụ, không bị hư hỏng hay giảm chất lượng.

-Thường sử dụng hầm trữ gió cưỡng bức.

Các dữ liệu cho trước

- Công suất cấp đông : 2,5 tấn /mẻ

- Nhiệt độ vào cấp đông của sản phẩm: t 1 = 18 0 C

- Nhiệt độ ra cấp đông của sản phẩm:

+ Nhiệt độ tâm sản phẩm: -12 0 C

+ Nhiệt độ bề mặt sản phẩm: -18 0 C

+ Nhiệt độ trung bình sản phẩm: -15 0 C

- Nhiệt độ phòng cấp đông: t f = -35 0 C

- Công suất trữ đông : 55 tấn

- Nhiệt độ phòng trữ đông : t f = -18 0 C

1.5.3/ Thông số khí hậu : ( theo bảng 1.1, trang 7, TL2, đối với địa phương…)

- Nhiệt độ môi trường : tn = 37,3 0 C

- Độ ẩm môi trường: φn = 73% [TL 2 / trang 8]

TÍNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH

Phòng cấp đông

2.1.1/ Các dữ liệu cho trước :

+ Công suất cấp đông : 2,5 tấn /mẻ.

Phân tích : Tùy thuộc vào nhu cầu tải lạnh và khả năng dự phòng mà chọn số lượng phòng cấp, trữ đông cho phù hợp Phụ thuộc vào công suất , khả năng thu mua sản phẩm.

+ Thể tích của thịt lợn : VCT = 2,5/gv ; m 3 gv : hệ số định mức chất tải , gv =0,17 T/m 3 ( theo trang 31 , TL2)

+ Chiều cao chất tải : hCT : m

Xếp hàng thủ công, kho lạnh nhỏ , chọn hCT = 2m để đảm bảo an toàn lao động, thuận tiện cho việc bốc dỡ sản phẩm sau này.

+ Chiều cao trong của phòng : htr = hCT + ∆h

∆h : Chiều cao phòng kể đến lối đi của gió Chọn ∆h = 1m.

+ Diện tích thịt lợn FCT = VCT/hCT = 14,705 /2 = 7,352 m 2

+ Diện tích lạnh cần xây dựng của nền phòng lạnh :

Fn= FCT /βF =7,352/0,5,705 m 2 βF là hệ số sử dụng diện tích , do kể đến lối đi, diện tích đặt thiết bị ( theo bảng 2-5, trang 34, TL2 với diện tích buồng lạnh < 20 m 2 ).

+ Diện tích trong của mỗi phòng : Ftr = Fn/n ,705 m 2 ( 1 phòng)

+ Chọn kích thước các cạnh bên trong phòng : rộng 3,6 m, dài 3,6 m ( bội số của 1,2 m; bề rộng phổ biến của 1 tấm panel)

Phòng trữ đông

+ Công suất trữ đông : 55 tấn

Phân tích : (Tương tự phòng cấp đông)

+ Thể tích thịt lợn : VCT = 55/gv ; m 3 gv : hệ số định mức chất tải , gv =0,45 T/m 3 ( theo bảng 2-4 trang 32 , TL2)

+ Chiều cao chất tải : hCT ; m Xếp hàng thủ công , chọn hCT = 2m để đảm bảo an toàn lao động, thuận tiện cho việc bốc dỡ sản phẩm sau này.

+ Chiều cao trong của phòng : htr = hCT + ∆h

∆h : Chiều cao phòng kể đến lối đi của gió Chọn ∆h = 1m.

+ Diện tích thịt lợn FCT = VCT/hCT = 122,22 /2 = 61,11m 2

+ Diện tích trong tổng của nền phòng lạnh : Fn = FCT /βF = 61,11/0,73= 83,71 m 2 βF là hệ số sử dụng diện tích , do kể đến lối đi, diện tích đặt thiết bị ( theo bảng 2-5, trang 34, với diện tích buồng lạnh 20 m 2 -100 m 2 ,TL2).

+ Diện tích trong của mỗi phòng : Ftr = Fn/n ,71/2= 41,85 m 2 ( 2 phòng)

+ Chọn kích thước các cạnh bên trong phòng : rộng 6 m, dài 7,2 m ( bội số của 1,2 m; bề rộng phổ biến của 1 tấm panel)

Bố trí mặt bằng kho lạnh

- Hạn chế tổn thất lạnh ra ngoài môi trường bằng cách :

+ Các phòng lạnh phải đặt kề nhau thậm chí là chung tường

CẤP ÐÔNG TRỮ ÐÔNG TRỮ ÐÔNG

- 18OC + Các phòng lạnh phải đặt trong xưởng có mái che ( để tránh bức xạ mặt trời ).

- Dây chuyền công nghệ : sản phẩm không đi chồng chéo

- Có thể mở rộng khi tăng công suất.

2.3.2/ Bố trí : ( Kho lạnh đặt trong nhà có mái che )

TÍNH CÁCH NHIỆT KHO LẠNH

Phòng cấp đông

+ Nhiệt độ phòng cấp đông : t = -35 0 C.

+ Thông số không khí ngoài trời : tn = 37,3 0 C , φn = 73%

3.1.2/ Tính cách nhiệt tường phòng : a/ Yêu cầu, kết cấu:

-Tường ngăn giữa hai phòng lạnh có nhiệt độ bằng nhau cũng phải được cách nhiệt như tường bao ( phòng khi có một phòng ngưng làm việc).

-Phải cân đối giữa chi phí , chiều dày lớp cách nhiệt với lượng nhiệt tiết kiệm được.

- Chiều dày lớp cách nhiệt của các tường được chọn bằng nhau và bằng chiều dày của bề mặt có điều kiện khắc nghiệt nhất

-Phải đảm bảo không đọng sương (đảm bảo tiện nghi).

- Hình vẽ minh họa tường panel :

1 Tol ( Thép ) có gân tăng cứng

2 Foam (Polyurethane cứng) δ cn 0,041 Tra bảng 3-1 trang 81 tài liệu [2]

- Chiều dày lớp cách nhiệt được tính theo hệ số truyền nhiệt tối ưu : δcn=λcn [ 1 k − ( α 1 ng + ∑ i=1 n δ λ i i + α 1 tr ) ] , [m] (trang 85, TL2)

+ ktư : nhiệt độ phòng cấp đông là tf = -35 0 C nằm trong khoảng -40 0 C -> -30

0C, ktư =0,19 (theo bảng 3.3, trang 84, TL2).

+ α ng : 23,3 [W/mK] ( theo bảng 3.7, trang 86 , TL2 ).

+ α tr : 10,5 [W/mK] (theo bảng 3.7, trang 86 , TL2 và trong phòng đối lưu cưỡng bức mạnh nên chọn α = 10.5 W/mK)

Do chuẩn hóa chiều dày tấm cách nhiệt, chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt phải tuân theo quy chuẩn (chọn chẵn 10, lẽ chỉ được chọn 75, 125) và phải bằng hoặc lớn hơn chiều dày đã xác định Trong trường hợp này, chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt là δtt cn = 0,3 [m] Dựa vào δcn tt, hệ số truyền nhiệt thực tế có thể được tính theo công thức: ktt = 1/(α1/λ1 + ∑n=1n(δi/λi) + δcn/λcn + α2/λ2) = 0,4557 [W/m²K].

= 0,134 ,[W/ m 2 K] c/ Kiểm tra nhiệt độ đọng sương:

-Nước là một chất dẫn nhiệt rất tốt, 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 tt : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m 2 K];

- k s :hệ số truyền nhiệt lớn nhất để tường ngoài không bị đọng sương, [W/ m 2 K];

: hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao che, 1

#,3 [W/m 2 K]; -tf : nhiệt độ trong buồng lạnh,tf = -35 [ 0 C];

- t n : nhiệt độ môi trường ngoài, t n = 37,3 [ 0C];

- t s = 33,5[ 0 C] nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độ và độ ẩm môi trường

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng cấp đông.

3.1.3/ Tính cách nhiệt cho trần phòng cấp đông: a/ Yêu cầu , kết cấu :

- Chiều dày lớp cách nhiệt xác định theo hệ số truyền nhiệt tối ưu: δcn=λcn [ 1 k − ( α 1 ng + ∑ i=1 n δ λ i i + α 1 tr ) ] , [m] (trang 85, TL2)

+ ktư : Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng cấp đông là -35 0 C Tra theo bảng (3-3) trang 84, tài liệu [2] với nhiệt độ phòng là -35 0 C tính cho mái bằng Hệ số truyền nhiệt tối ưu của trần kho lạnh được lấy lên 10% so với k của mái bằng: ktư= 0,17 x 1,1 = 0,187 [W/m 2 K];

+ α ng : 23,3 [W/mK] ( theo bảng 17, trang 86 , TL2 ).

+ α tr : 10,5 [W/mK] (theo bảng 17, trang 86 , TL2 và trong phòng đối lưu cưỡng bức mạnh nên chọn α = 10.5 W/mK)

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:  tt cn = 0,3 m

2 Foam (Polyurethane cứng) δ cn 0,041 Tra bảng 3-1 trang 81 tài liệu

09:2013/BXD Ứng với δ cn tt ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktt 1

= 0,134 ,[W/ m 2 K] c/ Kiểm tra nhiệt độ đọng sương:

- Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66, tài liệu [1].

: hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao che, 1

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên trần phòng cấp đông.

3.1.4/ Tính cách nhiệt cho nền phòng cấp đông : a/ Yêu cầu, kết cấu:

- Đối với nền kho lạnh có nhiệt độ âm sâu để đề phòng trường vì một lí do nào đó cách nhiệt không đảm bảo, nhiệt độ ngoài của vách nền dưới âm độ làm đóng băng nước ở dưới nền giãn nở gây phá vỡ kết cấu kho lạnh Do đó đối với kho lạnh có nhiệt độ âm sâu thì nên kho lạnh phải được sưởi ấm.

Ở những quốc gia có khí hậu ôn đới và hàn đới thường sử dụng hơi nước hoặc dầu nóng để sưởi ấm sàn nhà Tuy nhiên, đối với các nước nhiệt đới như Việt Nam, chỉ cần thông gió tự nhiên là đủ để làm ấm sàn nhà.

2 Foam (Polyurethane cứng) δ cn 0,041 Tra bảng 3-1 trang

+ Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của nền tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [2] có : α 1 = 7 [W/m 2 K] (vì gia nhiệt, thuận theo đối lưu tự nhiên)

+ Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [2] có: α 2= 10,5 [W/m 2 K];

+ Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng cấp đông là -35 0 C Tra theo bảng (3-

6 trang 84, TL2) với nhiệt độ phòng là -35 0 C < -30 0 C Hệ số truyền nhiệt tối ưu của nền có sưởi: ktư= 0,2 [W/m 2 K];

Thế số vào tính được chiều dày lớp cách nhiệt nền phòng cấp đông: δ cn =0,041 [ 0,2 1 − ( 1 7 + 0,001 58 + 0,001 58 + 10,5 1 ) ] =0,195 [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:  tt cn = 0,2 m Ứng với  tt cn tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktt 1

1 α 1 + ∑ n=1 n δ i λ i + δ cn λ cn + 1 α 2  ktt = 0,195 [W/m 2 K]; c/ Kiểm tra nhiệt độ đọng sương: Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66, tài liệu [1].

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của nền phòng cấp đông.

Phòng trữ đông

+ Nhiệt độ phòng trữ đông : tf = -18 0 C.

+ Thông số không khí ngoài trời : tn = 37,3 0 C , φn = 73%

3.2.2/ Tính cách nhiệt tường phòng : a/ Yêu cầu, kết cấu :

-Tường ngăn giữa hai phòng lạnh có nhiệt độ bằng nhau cũng phải được cách nhiệt như tường bao ( phòng khi có một phòng ngưng làm việc).

-Phải cân đối giữa chi phí , chiều dày lớp cách nhiệt với lượng nhiệt tiết kiệm được.

- Chiều dày lớp cách nhiệt của các tường được chọn bằng nhau và bằng chiều dày của bề mặt có điều kiện khắc nghiệt nhất

-Phải đảm bảo không đọng sương (đảm bảo tiện nghi).

- Hình vẽ minh họa tường panel :

- Chiều dày lớp cách nhiệt được tính theo hệ số truyền nhiệt tối ưu : δcn=λcn [ 1 k − ( α 1 ng + ∑ i=1 n δ λ i i + α 1 tr ) ] , [m] (trang 85, TL2)

+ ktư : nhiệt độ phòng trữ đông là tf = -18 0 C (-20 0 C < tf < 15 0 C) nên ta có ktư =0,224 (theo bảng 13, trang 84, TL2).

+ α tr : 9 [W/mK] (theo bảng 17, trang 86 , TL2 , bề mặt trong buồng đối lưu cưỡng bức vừa phải nên α tr = 9 W/mK )

Thực tế chiều dày các tấm cách nhiệt đề được quy chuẩn Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn (chọn chẵn 10, lẻ chỉ được chọn 75,125 ) với điều kiện phải bằng hoặc lớn hơn chiều dày đã xác định Ở đây chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt là:  tt cn = 0,2 [m]; Ứng với  tt cn ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế:

2 Foam (Polyurethane cứng) δ cn 0,041 Tra bảng 3-1 trang 81 tài liệu

[W/ m 2 K] c/ Kiểm tra nhiệt độ đọng sương :

- Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 87, tài liệu [2].

: hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao che, 1

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng trữ đông.

3.2.3/ Tính cách nhiệt trần phòng trữ đông : a/ Yêu cầu , kết cấu :

2 Foam (Polyurethane cứng) δ cn 0,041 Tra bảng 3-1 trang

- Chiều dày lớp cách nhiệt xác định theo hệ số truyền nhiệt tối ưu: δcn=λcn [ 1 k − ( α 1 ng + ∑ i=1 n δ λ i i + α 1 tr ) ] , [m] (trang 85, TL2)

+ ktư : Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ phòng trữ đông là -18 0 C Tra theo bảng (3-3) trang 63, tài liệu [1] với nhiệt độ phòng là -18 0 C tính cho mái bằng Hệ số truyền nhiệt tối ưu của trần kho lạnh được lấy lên 10% so với k của mái bằng: ktư= 0,22 x 1,1 = 0,242 [W/m 2 K];

+ α tr : 9[W/mK] (theo bảng 17, trang 86 , TL2 và trong phòng đối lưu cưỡng vừa nên chọn α = 9 W/mK)

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:  tt cn = 0,2 m Ứng với δ cn tt ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktt 1 1 α 1 + ∑ n=1 n δ i λ i + δ cn λ cn + 1 α 2  ktt = 0,198 ,[W/m 2 K] c/ Kiểm tra nhiệt độ đọng sương: Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 87, tài liệu [2].

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của trần phòng trữ đông.

3.2.4/ Tính cách nhiệt nền phòng trữ đông : a/ Yêu cầu, kết cấu : (tương tự phòng cấp đông) b/ Tính toán :

+ Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của nền tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [2] có : α 1 = 7 [W/m 2 K] ( thuận theo đối lưu tự nhiên)

+ Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [2] có: α 2= 9 [W/m 2 K];

Đối với thiết kế phòng trữ đông có nhiệt độ bảo quản là -18°C, dựa theo bảng nhiệt độ phòng (bảng 3-6, trang 84, tài liệu 2), nhiệt độ phòng thích hợp là -35°C < -30°C Theo đó, hệ số truyền nhiệt tối ưu của nền nhà có hệ thống sưởi là 0,22 [W/m²K].

Thế số vào tính được chiều dày lớp cách nhiệt nền phòng cấp đông: δ cn =0,041 [ 0,22 1 − ( 1 7 + 0,001 58 + 0,001 58 + 1 9 ) ] = 0,176 [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:  tt cn = 0,2 m Ứng với  tt cn tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: ktt 1 1 α 1 + ∑ n=1 n δ i λ i + δ cn λ cn + 1 α 2  ktt = 0, 194 [W/m 2 K]; c/ Kiểm tra nhiệt độ đọng sương: Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66, tài liệu [1].

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của nền phòng trữ đông

TÍNH NHIỆT KHO LẠNH

Kho cấp đông

4.1.1/ Các dữ liệu cho trước:

+ Công suất cấp đông : 2000 kg/mẻ.

+ Nhiệt độ sản phẩm vào , ra : t1 = 18 0 C , t2 = -15 0 C ( tâm -12 0 C ).

+ Nhiệt độ phòng cấp đông : t = -35 0 C.

+ Địa điểm lắp đặt : Huế

+ Nhiệt độ môi trường : tn = 37,3 0 C

4.1.2/ Tổn thất lạnh tính cho một phòng lạnh : Qo = Q1 + Q2 + Q4

A/ Tổn thất lạnh do đối lưu qua kết cấu bao che : Q1 = : Q1 dl = ∑ki.Fi.∆ti

- Q1 dl : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ, được xác định bằng công thức: Q1 dl = ∑ki Fi.∆ti , [W].

- Q1 bx: 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 nên Q1 bx = 0.

Vậy: Q1 = : Q1 dl = ∑ki.Fi.∆ti , [W]

- 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 3 Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 84 tài liệu [2].

 Đối với tường ngăn giữa buồng cấp đông và trữ đông có:

 Đối với tường ngăn DA với hành lang tra bảng 3-4, trang 84, tài liệu [2] bằng phương pháp nội suy ta được kDA=0.265[W/m 2 K].

- Fi: Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m 2

- ∆ti: Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ môi trường bên ngoài và nhiệt độ trong buồng lạnh, o C.

 Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với môi trường ngoài:

 Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với phòng đệm:

+ Độ chênh nhiệt độ giữa phòng cấp đông với phòng trữ đông qua tường ngăn là :

Chiều cao tính toán phòng lạnh là: tính từ mặt nền đến mặt trên của trần cấp đông : htt = 3,3 m.

Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau :

Vậy tổn thất lạnh qua kết cấu bao che:

B/ Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì :

- Q2 sp: Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm.

- Q2 bb: Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì.

Ta có công thức tính ∑Q2 sp :

- G : Công suất cấp đông, 2000 [kg]

- i1: Entanpi của thịt Heo khi đưa vào Ở nhiệt độ 18 0 C, tra bảng (4-2) trang

110 tài liệu [2] ta có: i1 = 266,22 kJ/kg.

- i2: Entanpi của thịt Heo khi đưa ra Ở nhiệt độ -15 0 C, tra bảng (4-2) trang

110 tài liệu [2] ta có: i2 = 12,2 kJ/kg.

- τ h thời gian cấp đông cho 1 mẻ thịt

Ta có công thức tính tổn thất lạnh do bao bì:

- Gb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm, [tấn] Do khối lượng bao bì chiếm tới (10 ÷ 30) % khối lượng hàng (trang 113 tài liệu [2]) và bao bì bằng kim loại nên lấy bằng 30% khối lượng sản phẩm Gb0%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 đầu vào của sản phẩm: 18 0 C

- t2: Nhiệt độ đầu ra của bao bì lấy bằng nhiệt độ của phòng cấp đông: -35 0 C

- τ = 11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ sản phẩm

11 x 3600 = 0,36kW Vậy tổng tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì là:

C/ Tổn thất lạnh do vận hành :

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:

- Q41: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng phòng lạnh.

- Q42: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng.

- Q43: Tổn thất lạnh do các động cơ điện.

- Q44: Tổn thất lạnh do mở cửa.

Ta đi tính lần lượt từng tổn thất có trong công thức trên.

Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q 41

Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng Q41 được tính theo công thức (4-17) trang 115 tài liệu [1] ta có:

- A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m 2 diện tích buồng Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m 2 theo trang 115 tài liệu [2].

Dòng nhiệt do người tỏa ra: Q 42

Dòng nhiệt do người toả ra Q42 được tínhtheo công thức (4-18) trang 115 tài liệu [2] ta có:

- 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc 350W/ người.

- n là số người làm việc trong phòng Vì phòng có diện tích < 200 m 2

Do đó dòng nhiệt do người toả ra là:

Tổn thất lạnh do các động cơ điện: Q 43

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:

- η i : Hiệu suất của động cơ

+ η i = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng

+ η i = η dc : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh.

- Ni : Công suất của động cơ điện [kW]. Đối với phòng cấp đông chọn công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=2 tấn/mẻ là: N 0 [W]

Do đó tổn thất lạnh do động cơ điện:

( η=1 vì chọn động cơ đặt trong phòng ).

Tính dòng nhiệt khi mở cửa: Q 44

Dòng nhiệt khi mở cửa Q44 được tính theo công thức (4-20) trang 116 tài liệu [2]

B: là dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m 2 ] Tra bảng (4-4) trang 117 đối với phòng cấp đông có diện tích F= 3.6x3.6 = 12.96 m 2 < 50 m 2 ta có: B = 32 W/m 2

F= 3.6x3.6 m 2 : diện tích buồng Do đó dòng nhiệt khi mở cửa Q44 được tính như sau:

Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành Q4 là:

4.1.3/ Tổn thất lạnh của phòng cấp đông: Đối với hệ thống lạnh cấp đông thì tổng tổn thất nhiệt cấp cho phòng này là:

4.1.4/ 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 Qo 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:

- 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 -35 0 C nên nhiệt độ dàn bay hơi ta chọn t0= - 35 0 C, vậy chọn k = 1,085 (trang 121 tài liệu [2])

- 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 121 tài liệu [2])

Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:

Phòng trữ đông

4.2.1/ Các dữ liệu cho trước:

+ Sản phẩm bảo quản: Thịt heo

+ Nhiệt độ phòng cấp đông: tf = -18 0 C

+ Địa điểm lắp đặt: Huế

+ Nhiệt độ môi trường: tn = 37,3 0 C

4.2.2/ Tổn thất lạnh tính cho một phòng lạnh : Qo = Q1 + Q2 + Q4

Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1

- Q1 dl : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ, được xác định bằng công thức:

- Q1 bx : 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 nên Q1 bx = 0.

Vậy: Q1 = Q1 dl = ∑ki.Fi.∆ti , [W]

- 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 3 Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 84 tài liệu [2]

- Đối với tường ngăn giữa 2 buồng trữ đông có : kGF = 0,58 W/m 2 K

- Đối với tường ngăn giữa buồng cấp đông và trữ đông CD có: kCD=0,47 [W/m 2 K].

- Đối với tường ngăn DE,EF,FK với hành lang tra bảng 3-4, trang 84, tài liệu [2] bằng phương pháp nội suy ta được kDE = kEF = kFK =0.29 [W/m 2 K].

- Fi : Diện tích bề mặt kết cấu, [m 2 ]

- ∆ti : Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong

- Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với môi trường ngoài : ∆tHK = ∆tCG= ∆tGH = tn− tf = 37.3− (−18) = 55,3 0 C.

- Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với phòng đệm:

∆tED=∆tEF=∆tEK = 0,7( tn− tf) = 0,7[37,3− (−18)] = 38,71 0 C.

- Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa 2 phòng trữ đông :

- Chiều cao tính toán phòng lạnh là: tính từ mặt nền đến mặt trên của trần cấp đông: htt = 3,2 m

Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau:

B.Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì : Q2 Đối với phòng trữ đông thì Q2 = 0 đó là do nhiệt độ thịt đưa vào phòng trữ đông là -15 0 C nhiệt độ thịt khi ra khỏi phòng là -12 0 C, như vậy còn 3 0 C ta dùng để làm lạnh cho bao bì.

Tổn thất lạnh do vận hành: Q4

Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng Q41, do người làm việc trong phòng Q42, do các động cơ điện Q43 và do mở cửa Q44:

- Q41: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh, [W].

- Q42 : Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng, [W].

- Q43 : Tổn thất lạnh do các động cơ điện, [W].

- Q44 : Tổn thất lạnh do mở cửa, [W].

Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q 41

Q4 1 được tính theo công thức (4-17) trang 115 tài liệu [2] ta có:

- A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m 2 diện tích buồng Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1.2 W/m 2

Dòng nhiệt do người toả ra: Q 4 2

Q4 2 được tính theo công thức (4-18) trang 115 tài liệu [2] ta có:

- 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 < 200 m 2 => chọn n 2

Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q 4 3 :

Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần:

Một phần điện năng tiêu thụ của động cơ biến đổi thành nhiệt năng tỏa ra môi trường Vì vậy, nếu động cơ được đặt trong phòng lạnh, nhiệt lượng tỏa ra này sẽ gây tổn thất một phần giá 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:

Trong đó: - η i : Hiệu suất của động cơ

+ η i = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng+ η i = η dc : 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 lạnh có công suất E% tấn/mẻ.

Ta có thể tính công suất động cơ điện của mỗi phòng trữ đông với công suất là 25 tấn/mẻ chọn động cơ có công suất 400 W ( con số kinh nghiệm)

=> Tổn thất lạnh do động cơ điện

(η=1 chọn đông cơ đặt trong phòng)

Tính dòng nhiệt khi mở cửa: Q 4 4

Dòng nhiệt khi mở cửa Q4 4 được tính theo công thức (4-20) trang 116 tài liệu [2]

B: là dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m 2 ] Tra bảng (4-4) trang 117 đối với phòng trữ đông có diện tích F= 6 x 7,2 = 43,2 m 2 < 50 m 2 ta có: B = 22 W/m 2

F= 6 x 7,2 m 2 : diện tích phòng Do đó dòng nhiệt khi mở cửa Q4 4 được tính như sau:

Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành Q4 là:

4.2.3/ Tổn thất lạnh của kho trữ đông :

Tổn thất nhiệt của hệ thống là:

Trong trường hợp các phòng lạnh đặt cạnh nhau, hệ số giảm nhiệt do tổn thất lạnh qua vách ngăn giữa các phòng lạnh được coi là không đáng kể Do đó, khi tính toán tải nhiệt cho các phòng lạnh này, hệ số giảm nhiệt được lấy bằng 0,9 (0,85 ÷ 0,9).

 (0,5÷0,75) hệ số tổn thất không đồng thời về vận hành của ∑Q4, mà ở đây chỉ hoạt động tối đa 2 phòng trữ đông nên chọn 0,75.

4.2.4/ Công suất lạnh của máy nén:

Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho phòng Qo 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:

- k: hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh. Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ phòng là -18 0 C nên nhiệt độ dàn bay hơi ta chọn t0= - 18 0 C, vậy chọn k = 1,058 (trang 121 tài liệu [2])

- 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 121 tài liệu [2])

Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:

LẬP CHU TRÌNH & TÍNH CHỌN MÁY NÉN

Kho cấp đông

+ Nhiệt độ phòng cấp đông : tf = -35 0 C.

+ Thông số không khí ngoài trời : tn = 37,7 0 C ; φn = 73%.

+ Công suất lạnh yêu cầu của máy nén : Q0 MN = 19623 W.

5.1.2/ Lập chu trình : a/ Phân tích chọn môi chất lạnh :

Chọn môi chất lạnh là R22 vì dùng R22 để hạn chế rủi ro cháy nổ

Do mật độ dân cư đông đúc quanh khu vực lắp đặt hệ thống, nằm sát khu công nghiệp, việc đảm bảo sức khỏe cho con người là ưu tiên hàng đầu Vì vậy, cần lựa chọn môi chất R22 là loại môi chất không độc hại, đảm bảo an toàn cho người dân trong khu vực Việc sử dụng môi chất R22 giúp giảm thiểu nguy cơ về sức khỏe do rò rỉ môi chất, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Sản phẩm thịt lợn hiện có giá thành rất cao nên nếu môi chất rò rỉ gây hỏng hoặc giảm chất lượng sản phẩm sẽ gây thiệt hại rất lớn, đặc biệt là trong tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp như hiện nay thì nhu cầu và vai trò của bảo quản thực phẩm rất cao, R22 không làm hỏng thực phẩm nếu rò rỉ. b/ Phân tích chọn môi trường làm mát và nhiệt độ của môi trường làm mát tw :

- Địa điểm lắp đặt là ở thành phố, không khó khăn về nguồn nước và có nhiệt độ trung bình của không khí không quá thấp, và nhiệt độ nước luôn thấp hơn nhiệt độ không khí nên để đảm bảo điều kiện tiện nghi ta chọn nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt làm môi trường làm mát.

- Nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ : tw = 0,5x( tw1 + tw2) tw1 = tư + (3 ÷ 4) = 32,5 + (3 ÷ 4) 6 0 C ; t ư : Nhiệt độ nhiệt kế ướt tra theo đồ thị I-d (hình 1.3, trang 10, TL2). tw2 = tw1 + (4 ÷ 6 ) = 41 0 C.

2 = 38,5 0 C. c/ Tính nhiệt độ (áp suất) ngưng tụ: tK = tw + (4  10) 0C = 43 0 C (chọn 4,5 vì môi trường làm mát là nước)

=> Tra bảng hơi bão hòa của R22 (bảng A-8, TL [3]) với tk = 43 0 C ta được: pk = 16,49 bar. e/ Tính nhiệt độ, áp suất bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10) 0 C = -35 – (4 ÷10) =(-45 ÷ -39) 0 C

Chọn to = -45 0 C do môi trường trong kho lạnh là không khí ,tra bảng hơi bão hoà của R22 ( bảng A-8 tài liệu [3]) ta có: p0 = 0,8301 bar d/ Chọn cấp của chu trình :

Tỉ số nén của chu trình : π= 0,8301 16,49 = 19,86 (>12)

 Ta chọn chu trình máy nén lạnh 2 cấp

Xác định áp suất trung gian tối ưu được chọn sao cho tỷ số nén các cấp là bằng nhau: k tg tg o p p p  p

Tra bảng hơi bão hòa R22 trang 81 tài liệu [3] với ptg = 3,8 bar, thì ttg = -8 0 C f/ Phân tích chọn chu trình lạnh :

Do tỉ số nén > 12 nên ta có thể chọn hoặc là chu trình máy nén lạnh hai cấp làm mát trung gian hoàn toàn hoặc máy lạnh hai cấp làm mát trung gian hoàn toàn, bình trung gian có ống trao đổi nhiệt. Ở đây trở lực của dàn rất lớn nếu dùng chu trình làm mát trung gian hoàn toàn thì lỏng cấp cho thiết bị bay hơi ở áp suất trung gian nên không đảm bảo năng suất lạnh Vì vậy ta chọn chu trình máy lạnh hai cấp làm mát trung gian hoàn toàn, bình trung gian có ống trao đổi nhiệt g/ Tính độ quá nhiệt tqn, độ quá lạnh tql.

- Chọn độ quá nhiệt ∆tqn= 25 0 C do đối với hệ thống lạnh freon, nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể đạt rất cao

-Môi chất lạnh lỏng được quá lạnh trong ống xoắn Nhiệt độ không được hạ xuống nhiệt độ trung gian vì tồn tại hiệu nhiệt độ trao đổi nhiệt không thuận nghịch của ống xoắn nên chọn nhiệt độ lỏng trong ống xoắn t6 = ttg+ 3 = -5 0 C

5.1.3/ Tính toán chu trình : a Xây dựng chu trình, lập bảng và xác định thông số vật lý tại các điểm nút:

NCA: Máy nén cao áp

NHA: Máy nén hạ áp

HN: Thiết bị hồi nhiệt

* Thông số vật lý tại các điểm nút :

(*) Tra thông số từ Fundamentals of Engineering Thermodynamics 9th Edition by Michael J Moran, Howard N Shapiro, Daisie D Boettner and Margaret B Bailey

(1), (7), (8), (9), (10) bảng A7; (6) bảng A8: hơi bão hòa R22

(4),(2), (3),(5) bảng A9:hơi quá nhiệt R22 b Tính toán chu trình :

+ Xét 1 kg môi chất đi qua thiết bị bay hơi : α : lượng hơi khô tạo thành do van tiết lưu 1 β : lượng hơi khô tạo thành do làm mát trung gian hoàn toàn hơi nén γ : lượng hơi khô tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp (5).

-Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt ra môi trường ta có : γ= i 5 −i 6 i 3 −i 7 = 98,28−38,76

+ Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp :

+ Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp :

GCA = ( 1+ α + γ +β ) GHA = (1+ 0,19 + 0,281+ 0,175).0,102 = 0,168 kg/s+ Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi q0 = i1’– i6’ = 230,9 - 38,6 = 192,3 kJ/kg + Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ:

Qk = GCA ( i4- i5) = 0,168 ( 284 – 98,28) = 31 kW + Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình quá lạnh ống trao đổi nhiệt qql = i5 – i6 = 98,28– 38,6 = 59,7 kJ/kg + Công nén máy hạ áp

LNHA = GHA.( i2 –i1 ) = 0,102.( 286,5 – 246) = 4,1 kW + Công nén máy cao áp

LNCA = GCA.( i4 –i3 ) = 0,168.( 284 –246,9) = 6,2 kW + Công nén cho cả chu trình

L = LNHA +LNCA =4,1 +6,2 = 10,3 W + Hệ số làm lạnh ε = Q 0

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

- Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp:

- Thể tích hút thực tế qua máy nén cao áp:

Có tỉ số nén : π= p p tg

= 3,8 0,83 = 4,56 Tra đồ thị hình 4.7 trang 64 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ1 = λ2 = 0,76.

Thể tích hút lý thuyết:

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

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

Khi chọn 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 lạnh tiêu chuẩn:

Theo bảng (7-1) trang 219 tài liệu [2] chọn chế độ lạnh đông 2 cấp R22 thì có các thông số sau: t0 = -35 0 C => p0 = 1,325 bar tk = 30 0 C => pk = 11,9 bar tqn = - 20 0 C tql = 25 0 C Suy ra áp suất trung gian của chu trình: p tg = √ p 0 p k = √ 1,325.11,9=3,97

=> ttg = - 8 0 C -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 90,34– 190,43 = 199,91 kJ/kg

- Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn q v tc = q 0 tc v v tc = 199,91 0,1665 00,66 kJ / kg

- Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Π = p p tg

Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,87

- Năng suất lạnh riêng thể tích q v = q 0 v 1 ' = 193,93

- Năng suất lạnh tiêu chuẩn

Như vậy, ta chọn máy nén pittong MYCOM hai cấp nén cho R22 có kí hiệu F42A2 bảng 7-4 trang 224, tài liệu [2] với tk = 30 o C và to = -35 o C có năng suất lạnh tiêu chuẩn:

Q 0tc MN = 38kW > Q0tc lắp đặt

- Số máy nén lắp đặt : Z= Q 0 tc

5.1.5/ Tính chọn động cơ máy nén :

Công suất động cơ điện kéo máy nén :

Hiện nay,điện áp tương đối tốt, độ ổn định cao nên ta chọn 1,2

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 = T0/Tk+ 0,001.t0 = (-35+273)/(43+273)+ 0.001.(-35) = 0,75 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 = 0,95 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang

Vậy công suất động cơ kéo máy nén:

Kho trữ đông

5.2.1/ Các dữ liệu cho trước

+ Nhiệt độ phòng cấp đông: tf = -18 0 C.

+ Thông số không khí ngoài trời: tn = 37,3 0 C, φn s%.

+ Công suất lạnh yêu cầu của máy nén: Q0 MN = 8,505 kW.

5.2.2/ Lập chu trình : a Phân tích chọn môi chất lạnh , chọn môi trường làm mát : Để giảm chi phí đầu tư và thuận tiện cho việc sửa chữa kho lạnh cấp trữ đông được chọn chung một môi chất lạnh là R22,và chung môi trường làm mát là làm mát bằng tháp giải nhiệt nước nên có chung thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang

+ Nhiệt độ nước khi vào bình là: tw1 = tư + (3÷4) 0 C

Với: tư là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn 37,3 0 C và độ ẩm φ = 73% ,ta có: tư = 33 0 C

=> tw1 = 33 + (3÷4) 0 C = 36 0 C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: tw2 = tw1 + (2÷6) 0 C -Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên: tw2 = tw1 + 5 0 C = 36 + 5 = 41 0 C + Nhiệt độ của môi trường làm mát : tw ¿ 41+36

2 = 38,5 0 C b Tính nhiệt độ ( áp suất ) ngưng tụ : tk = tw + ( 4 ÷ 10 ) 0 C = 38,5 + 4,5 = 43 0 C

- Chọn ∆tk = 4,5 0 C vì môi trường làm mát là nước Tra bảng hơi bão hoà của R22 ( trang 98 tài liệu [3]) ta có: pk = 16,4 bar c Tính nhiệt độ ( áp suất ) bay hơi : t0 = tf – ( 4 ÷ 10 ) 0 C = -18 – 10 =-28 0 C

Chọn to = -28 0 C do môi trường trong kho lạnh là không khí ,tra bảng hơi bão hoà của R22 ( trang tài liệu [2]) ta có: p0 = 1,78 [bar]. d Phân tích chọn cấp chu trình lạnh :

Tỉ số nén của chu trình : π= 16,4 2,02 = 8,12 ( t1 = tK – 5 0 C = 38 0 C Phương trình cân bằng nhiệt : i3 – i3’ = i1 – i1’ => i3’

5.2.3/ Tính toán chu trình: a Xây dựng chu trình, lập bảng và thông số tại các điểm nút:

HN: Thiết bị Hồi nhiệt

1-2 :quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén

2-3’ :quá trình ngưng tụ đẳng áp ở bình ngưng

3’-3 :quá trình quá lạnh trong bình hồi nhiệt

3-4 :quá trình tiết lưu trong van tiết lưu nhiệt

4-1’ :quá trình bay hơi đẳng áp ở dàn bay hơi

1’-1 :quá trình hồi nhiệt trong bình hồi nhiệt

Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt đẳng áp của lỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt (1’) rồi được hút về máy nén nén đoạn nhiệt lên áp suất cao (2), sau đó qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (3) rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ áp trở thành lỏng quá lạnh (4) qua van tiết lưu giảm áp xuống áp suất bay hơi (5) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt đẳng áp đẳng nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, hoá hơi và chu trình cứ thế tiếp tục.

* Lập bảng : Điểm Trạng thái t

P (bar) i (kJ/kg) v (m 3 ) s (kJ/kgK)

(*) Tra thông số từ Fundamentals of Engineering Thermodynamics 9th Edition by Michael J Moran, Howard N Shapiro, Daisie D Boettner and Margaret B Bailey

(1), (7), (8), (9), (10) bảng A7; (6) bảng A8: hơi bão hòa R22

(4),(2), (3),(5) bảng A9:hơi quá nhiệt R22 b Tính toán chu trình:

-Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0=i1’-i4#8,6 -54,93,7 kJ/kg

- Lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống :

- Công suất nhiệt của thiết bị ngưng tụ:

-Công cấp cho chu trình :

Q0 MN = 8,505 kW. t0 = -28 0 C tk = 43 0 C a Thể tích hút thực tế

Có tỉ số nén : π= pk/p0= 16,4/1,78=9,2 Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,6 c Thể tích hút lý thuyết

Chọn máy nén piston MYCOM 1 cấp có ký hiệu F2WA2 , với các số liệu cho trong bảng 7-2 trang 222 tài liệu [2] như sau:

Thể tích hút lý thuyết: Vlt = 71 m 3 /h

Loại xy lanh kiểu đứng, máy nén hở d Số lượng máy nén :

+Khối lượng thực phẩm trong kho trữ đông là rất lớn và thời gian bảo quản có thể rất dài, dễ xuất hiện rủi ro hỏng máy hoặc gặp sự cố,nếu gặp sự cố, thiệt hại sẽ rất lớn, để đảm bảo năng suất lạnh, ta chọn hai máy, tránh tình trạng máy nén chạy không đủ tải hoặc hư hỏng làm ảnh hưởng tới thực phẩm.

Để đề phòng trường hợp máy nén bị ngập lỏng, có thể sử dụng máy nén khác để thực hiện xử lý ngập lỏng nghiêm trọng bằng cách dùng máy nén khỏe hút hơi máy nén bị ngập lỏng.

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]

Hiện nay chất lượng điện đã rất tốt, độ ổn định cao nên chọn hệ số an toàn =1,2

Suy ra: Ndc = 1,2.Nel = 1,2 L η 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 = T0/Tk+ 0,001.t0 = (-25+273)/(43+273)+ 0.001.(-25) = 0,760 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 = 0,95 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 171 tài liệu [1]

Suy ra : η = 0,76.0,92.0,95.0,9 = 0,598 Vậy công suất động cơ kéo máy nén:

CHƯƠNG 6 : TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI

NHIỆT VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ

Tính toán các số liệu, đặc tính kỹ thuật và độ tiện nghi để chọn những loại thiết bị hợp lý nhất cho hệ thống, đảm bảo tính thống nhất cho hệ thống lạnh

Thiết bị ngưng tụ

6 1.1 Phân tích chọn kiểu thiết bị :

- Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang vì đây là loại thiết bị ngưng tụ có phụ tải nhiệt lớn (qF = 4500 ÷ 5500 W/m 2 ) => Tiêu hao ít kim loại, thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn.

- Dễ vệ sinh về phía nước làm mát, ít chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ của thời tiết.

- Khu vực lắp đặt yêu cầu không được ẩm ướt

1 Áp kế dưới áp kế có ống xi phông

4 Đường vào hơi cao áp

5 Đường dự trữ hoặc đường xả khí không ngưng

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

7 Nắp phân chia để tạo lối đi cho dòng nước

8 Đường ra của lỏng cao áp

9,10 Đường ra và vào của nước làm mát.

11 Ống đồng có cánh trao đổi nhiệt

- Đây là thiết bị ngưng tự giải nhiệt bằng nước

-Hơi môi chất đi vào phía trên đỉnh bình qua đường 4, bao phủ toàn bộ bề mặt ngoài của chùm ống trao đổi nhiệt nhả nhiệt cho nước chuyển động cưỡng bức bên trong ống, ngưng lại thành lỏng chảy xuống dưới, đi ra khỏi thiết bị

- Phụ tải nhiệt yêu cầu :

Qk=Qk CĐ+Qk TĐ= 31 +12 = 43 kW

Đối với phụ tải nhiệt riêng qF, theo bảng 8-6 trang 263 tài liệu [2], đối với bình ngưng ống vỏ nằm ngang chạy bằng Freon, giá trị thích hợp là qF = 3600 W/m2K.

- Diện tích bề mặt truyền nhiệt F:

3600 = 12 m 2 Theo bảng 8-3 trang 250 tài liệu [2] ,chọn bình ngưng KTP-12

+ Đường kính ống vỏ : D = 377 mm

- Lượng nước tiêu tốn làm mát bình ngưng

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

∆tw – Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ

Thiết bị bay hơi

6.2.1 Phân tích chọn kiểu thiết bị :

Sử dụng thiết bị bay hơi kiểu dàn bay hơi freon bởi chỉ thiết bị này mới làm lạnh trực tiếp được chất khí (không khí), tránh hiện tượng lỏng đi trong ống đóng băng gây nứt vỡ ống Vệ sinh dễ dàng về phía đối tượng cần làm lạnh (không khí) Nhiệt độ làm lạnh đồng đều.

1 Đường lỏng tiết lưu vào dàn

2 Búp chia thẳng đưunsg hướng lên trên , đoạn trước búp chia phải dài tối thiểu 300mm để trở lực cân bẳng với lực ly tâm

3 Ống chia phải có chiều dài bằng nhau và tránh tạo sai lệch về trở lực cục bộ

4 Ống trao đổi nhiệt ( ống đồng có cánh về phía chất khí vì chất khí có hệ số trao đổi nhiệt thấp hơn)

8 Bẫy dầu để hút được dầu về máy nén

9 Đường ra của hơi hạ áp

- Đây là thiết bị bay hơi làm lạnh chất khí kiểu không ngập

- Lỏng freon tiết lưu vào phía trên giàn , nhờ búp chia và các ống chia , nên được chia đều cho các vỉ ống , vào trong các ống trao đổi nhiệt , nhật nhiệt của chất khí hoặc lỏng chuyển động tự nhiên hoặc cưỡng bức bên ngoài ống , khi đi đến đoạn cuối ống thì phải hóa hơi hạ áp hoàn toàn, theo ống góp dưới đi ra khỏi thiết bị. -Phụ tải tải nhiệt riêng qF:

+ 1400-1600 W/m 2 đối với làm lạnh chất lỏng

+ 140-230 W/m 2 đối với làm lạnh không khí tự nhiên

+ 170 – 340 W/m 2 đối với làm lạnh không khí cưỡng bức

Hệ thống dàn bay hơi cho phòng cấp đông :

Phòng cấp đông có Q0 = 16,277 kW

Với qF là phụ tải nhiệt riêng của thiết bị dàn bay hơi freon làm lạnh không khí cưỡng bức qF = 250 W/m 2

Tra bảng 8-14 trang 297 tài liệu [2] chọn 4 dàn quạt kiểu 2B020 có diện tích bề mặt Fd = 20 m 2

- Số lượng quạt mỗi dàn : 2

- Kích thước phủ bì: Dài = 630 mm

Hệ thống dàn bay hơi cho phòng trữ đông :

Phòng trữ đông 1 có: Q 0 Ι = 3,679 kW

Phòng trữ đông 2 có: Q 0 ΙΙ = 3,556 kW

Diện tích bề mặt trao đổi nhịêt của dàn được xác định theo công thức

Với qF là phụ tải nhiệt riêng của thiết bị dàn bay hơi freon làm lạnh không khí cưỡng bức qF = 250 W/m 2

 Tra bảng 8-14 trang 297 tài liệu [2] chọn mỗi phòng 1 dàn quạt kiểu 2B020 có diện tích bề mặt Fd = 20 m 2

- Số lượng quạt mỗi dàn : 2

- Kích thước phủ bì: Dài = 630 mm

Kích thước các đường ống

* Tốc độ dòng chảy thích hợp của hệ thống lạnh R22 tra theo bảng 10.3 trang 243, tài liệu [1] :

Trường hợp ứng dụng ω- Tốc độ (m/s) Đường hút của máy 8 Đường đẩy của máy 10 Đường dẫn lỏng của máy 0,6

Từ công thức (10.7) trang 241 tài liệu [1] : ω= 4 V π d d

Trong đó : ω : Tốc độ dòng chảy (m/s)

V: Lưu lượng thể tích môi chất lạnh trong ống (m 3 /s) d : Đường kính trong của ống.

 Tính d của các đường ống trong hệ thống :

+ Phòng lạnh cấp đông : Ống hút của máy nén hạ áp : d = 67 mm Ống đẩy của máy nén hạ áp : d = 61 mm Ống hút của máy nén cao áp: d = 40 mm Ống đẩy của máy nén cao áp : d = 36 mm

 Tra theo bảng 10.1 và 10.2 về các loại ống cho máy lạnh freon :

Chọn ống đồng D70 làm ống hút và ống đẩy của máy nén hạ áp

Chọn ống đồng D40 làm ống hút và D32 ống đẩy của máy nén cao áp

+ Phòng lạnh trữ đông : Ống hút của máy : d = 35 mm Ống đẩy của máy : d = 31 mm

 Tra theo bảng 10.1 và 10.2 về các loại ống cho máy lạnh freon :

Chọn ống đồng D32 làm ống hút và ống đẩy của máy nén

Bình tách dầu

Để đảm bảo quá trình truyền nhiệt hiệu quả tại các thiết bị trao đổi nhiệt (như thiết bị ngưng tụ, bay hơi), cần loại bỏ dầu ra khỏi đường hơi nén của môi chất Dầu bám bẩn trên bề mặt truyền nhiệt sẽ cản trở quá trình trao đổi, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt Do đó, việc loại bỏ dầu khỏi đường hơi nén là cần thiết để duy trì hiệu quả truyền nhiệt tối ưu.

- Vị trí đặt sau máy nén trước thiết bị ngưng tụ.

6.4.2 Phân tích chọn kiểu thiết bị :

- Bình tách dầu có nhiều kiểu nhưng phổ biến nhất là bình tách dầu kiểu cơ khí; bình tách dầu kiểu cơ khí gồm hai loại :

+ Bình tách dầu kiểu khô

+ Bình tách dầu kiểu ướt

- Vì freon cần 1 khoản thời gian để hòa tan dầu , nếu dùng kiểu ướt , trường hợp có nhiều máy nén mà chỉ 1 bình tách dầu kiểu ướt , freon sẽ hòa tan trên đường đi về bình tách dầu, ta dùng bình kiểu khô để tách dầu hiệu quả hơn vì mỗi máy nén có 1 bình , tách dầu ngay khi ra khỏi máy nén Dầu tách ra được chảy về máy nén.

1,3 : Đường vào và ra của hơi môi chất

4 : Nón chắn dầu( thường là 3 nón )

5 : Miệng phun ngang , tránh hơi thổi thẳng vào van phao ở phía dưới, đảm bảo sự đóng kín của van phao.

- Dầu được tách ra khỏi luồng hơi nén nhờ 3 nguyên nhân :

+ Dòng hơi đi từ ống nhỏ ra bình to, vận tốc giảm đột ngột ,lực quán tính giảm, dưới tác dụng của trọng lực , các hạt dầu có lớn rơi xuống

Nhờ lực ly tâm khi dòng nước xoáy, các hạt dầu nặng hơn nước sẽ va chạm với thành bình, làm mất vận tốc đột ngột rồi rơi xuống dưới tác động của trọng lực.

+ Do va vào các nón chắn 4, dòng hơi bị mất vận tốc đột ngột các hạt dầu được giữ lại và rơi xuống dưới.

- Lưu lượng khối lượng môi chất qua bình (Chính là lưu lượng môi chất ra khỏi 2 máy nén )

- Thể tích riêng trạng thái hơi qua bình tách dầu, đây chính là trạng hơi về bình ngưng tụ

+ Cấp đông: v1= 0,287 m 3 /kg + Trữ đông : v1= 0,165 m 3 /kg

- Lưu lượng thể tích đi qua bình

- 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

Thiết bị hồi nhiệt

- Quá nhiệt hơi hạ áp trước khi hút về máy nén để tránh thủy kích.

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

1&3: Đường ra và vào của hơi hạ áp

2 : Lõi sắt bịt hai đầu nhằm để hướng đường đi của dòng hơi tiếp xúc với ống xoắn (6) và vừa làm tăng tốc độ của dòng hơi nhằm tăng cường quá trình trao đổi nhiệt.

4&5: Đường ra và vào của lỏng cao áp.

Hơi hạ áp đi vào phía trên của bình trao đổi nhiệt với lỏng cao áp đi trong ống xoắn trở thành hơi quá nhiệt được hút về máy nén.Hơi ra phải được lấy từ phía dưới để hút dầu về máy nén.Lỏng cao áp đi trong ống xoắn ngược với chiều dòng hơi để tăng cường úa trình trao đổi nhiệt.

Bình này được bọc cách nhiệt.

Bình trung gian

- Làm mát trung gian hoàn toàn hơi giữa hai cấp nén để giảm công nén và nhiệt độ cuối tầm nén

- Tách lỏng ra khỏi luồng hơi hút về máy nén để tránh hiện tượng thủy kích

- Quá lạnh lỏng cao áp trước khi tiết lưu để giảm tổn thất lạnh do tiết lưu ( chỉ có ở bình trung gian có ống trao đổi nhiệt )

1.Đường vào của hơi nén trung áp, bịt đầu ra và khoan lỗ xung quanh thân ống phần ngập trong lỏng để chia nhỏ dòng hơi, tang cường hiệu quả làm mát.

2 Đường lỏng cao áp tiết lưu vào binh, được tiết lưu thẳng trực tiêp vào ống 1 để làm mát tốt hơn Nghiêng 1 góc 45 0 để giảm trở lực.

3 Đường ra của hơi trung áp

4 Các nón chắn ( thường là 2 nón )

5 Ống thuỷ tối và van phao

9 Đường dự trữ để tháo lỏng ra khỏi binh khi cần sửa chữa

10 Đường ra lỏng cao áp

* Bình được bọc cách nhiệt trừ ống thủy tối

Bình chứa cao áp

- Cấp lỏng ổn định cho các van tiết lưu

- Để chứa lỏng của các thiết bị khác trong hệ thống lạnh khi sửa chữa thiết bị đó.

- Vị trí : Sau thiết bị ngưng tụ , trước van tiết lưu

3 : Vào của của lỏng cao áp

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

5 : Đường xả khí không ngưng , vì là hệ thống dùng môi chất freon nặng hơn không khí nên chỉ là một ống trên đỉnh bình thường

6 : Đường ra của lỏng cao áp nếu ra ở dưới không cần ống hút.

8 : Van kính thủy sáng có viên bi

* Không có đường xả dầu và rốn dầu vì freon hòa tan dầu

- Tính thể tích lỏng môi chất trong thiết bị trong thiết bị bay hơi :

 Chọn bình chứa cao áp theo bảng 8-17 trang 310 ,TL [2], chọn bình 0,4PB

Tiêu đề	Pbl lạnh bảo quản thịt lợn cấp Đông 2 5 tấn, trữ Đông 55 tấn
Người hướng dẫn	PTS. Nguyễn Thành Văn
Chuyên ngành	Kĩ thuật Lạnh
Thể loại	Đồ án môn học

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	681,71 KB