HỆ THỐNG LẠNH
XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NGƯNG TỤ
Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào dạng thiết bị ngưng tụ (TBNT) cũng như thông số của môi trường làm mát như nước, không khí (điều kiện khí hậu) địa phương lắp đặt hệ thống lạnh Như ta đã biết, nhiệt độ ngưng tụ giảm được một độ thì năng suất lạnh tăng khoảng 1,5%, điện tiêu thụ cũng giảm khoảng 1% Do đó việc chọn đúng TBNT giúp tối ưu hệ thống lạnh, tiết kiệm năng lượng, tăng độ tin cậy và tuổi thọ hệ thống
1.3.1 Bình ngưng giải nhiệt nước
Khi sử dụng bình ngưng giải nhiệt nước, phải phân biệt ba nguồn nước khác nhau là nước tuần hoàn, nước giếng và nước thành phố a Nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt
Nhiệt độ ngưng tụ của nước tuần hoàn trong hệ thống lạnh tháp giải nhiệt có thể được tính toán theo các công thức sau:- Nhiệt độ ngưng tụ bằng nhiệt độ nước vào bình ngưng cộng với chênh lệch nhiệt độ tối thiểu (1.3)- Nhiệt độ nước ra bình ngưng bằng nhiệt độ nước vào bình ngưng cộng với chênh lệch nhiệt độ vào/ra bình ngưng (1.4)- Nhiệt độ nước vào tháp bằng nhiệt độ nước ra tháp cộng với chênh lệch nhiệt độ tối thiểu (1.5)
Atmin - hiệu nhiệt độ tối thiểu, thường lấy Atmin (3 + 5) K, lấy trung bình 4 K
At,, - hiệu nhiệt độ nước vào và ra khỏi hình bay hơi thường lấy bằng 5 K
Bài 1.5 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ khi sử dụng tháp giải nhiệt theo điều kiện tính toán cho Hà Nội
Giải: Thay số vào phương trình (1.3) + (1.5) ta có:
Nhiệt độ nước ra khỏi tháp: tự = 34,5 + 3,5 = 385C
Nhiệt độ nước vào tháp: tựa = 38 + 5 = 439C
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tụ = 43 + 4 = 479C
Khi lựa chọn nhiệt độ nước ra khỏi tháp giải nhiệt cao hơn nhiệt độ ướt ban đầu là 3,5K (Atu = 3,5K), kích thước của tháp giải nhiệt sẽ lớn hơn khoảng 1,5 lần so với khi chọn Atu = 5K Điều này được thể hiện rõ hơn trong chương 7 của bài viết.
Bài 1.6 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ theo điều kiện tính toán cho TP HCM
Giải: Thay số vào phương trình (1.3) + (1.5) ta có: tụi = 33,5 + 3,5 = 479C; tụya = 37 + 5 = 429C; tụ = 42 + 4
Nhiệt độ ngưng tụ ở TP HCM thấp hơn Hà Nội 1 K do độ ẩm thấp hơn, giúp giải nhiệt nước bằng tháp giải nhiệt hiệu quả hơn Sử dụng nước giếng khoan sâu trên 6 m có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình năm Nước từ giếng khoan được bơm vào bình ngưng, sau đó được hồi xả xuống đất hoặc sử dụng cho mục đích khác, đảm bảo nguồn nước cấp đủ và ổn định.
Bài 1.7 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ thống lạnh có bình ngưng làm mát bằng nước giếng khoan tại Hà Nội
Giải: Tra bằng 1.1 ta có: tw" typ = 23,49C ằ 24°C (nước núng lờn chỳt ớt do bơm và môi trường ) tụ, = 249C + 5 K = 290C th 29°C + 4K = 33°C
Nhận xét: Tại Hà Nội, nếu sử dụng nước giếng khoan, nhiệt độ có thể giảm tới 14 K, so với sử dụng tháp giải nhiệt
Bài 1.8 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ thống lạnh có bình ngưng làm mát bằng nước giếng khoan tại TP HCM.
Giải: Tra bằng 1.1 ta có: tụi = 279C tựa = 279C + 5 K= 329C tụ = 325C + 4K = 36°C
Tại Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng nước giếng khoan có thể giảm nhiệt độ ngưng tụ đáng kể, khoảng 10 K so với sử dụng tháp giải nhiệt Tuy nhiên, nếu sử dụng nguồn nước từ thành phố, hồ, ao, sông, suối, khả năng giảm nhiệt độ sẽ không hiệu quả.
Nước làm mát t,°C | bình ngưng nếu h lấy từ mạng nước thành phố và cũng chỉ sử dụng một lần rồi thải bỏ hoặc tụi sử dụng cho mục ữ 3S TW đích khác KHÍ 5 „4,8 Xáo định nhiệt độ ngưng tụ dụng một lần nước khi sử dụng nước thành phó thành phố lấy tự
Bài 1.9 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ thống lạnh có bình ngưng làm mát bằng nước thành
Giải: Tra bằng 1.1 với tị = 37,2°C và œ = 83% có tự
Vay: tw1 = 34,5°C two = 34,5°C + 5K = 39,5°C tụ = 39,5°C + 4 K = 43,5°C (lấy tròn 44°C)
Nhận xét: So với dùng nước tuần hoàn, nhiệt độ ngưng tụ giảm được 2 K khi dùng nước thành phố
Bài 1.10 Hãy xác định nhiệt độ ngưng tụ cho hệ lạnh có hình ngưng làm mát bằng nước thành phố lắp đặt tại TP.HCM
Giải: Tra hình 1.1, với tị = 37,3°C, bị = 74% có tự 33,5°C
Vay: tự = ty = 33,5°C, lay chan 34°C twa = 34°C + 5K = 39°C ty = 39°C + 4K = 43°C
1.3.2 Dàn ngưng giải nhiệt gió
Hiệu nhiệt độ ngưng tụ thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố như quy mô hệ thống lạnh, vật liệu chế tạo và kiểu loại Đối với hệ thống nhỏ, trung bình và lớn, nhiệt độ ngưng tụ có thể dao động từ 7 độ Kelvin đến 15 độ Kelvin, thậm chí lên đến 17 độ Kelvin Chế tạo từ đồng, nhôm hoặc thép và có cấu trúc đàn ống xoắn tĩnh hoặc có quạt, ống có cánh hoặc kiểu tấm cánh cũng ảnh hưởng đến hiệu nhiệt độ ngưng tụ này.
Hiệu nhiệt độ ngưng tụ (%) cho biết mức độ chênh lệch giữa nhiệt độ không khí khô ngưng tụ và nhiệt độ không khí làm mát Khi hiệu nhiệt độ ngưng tụ càng cao, độ ẩm trong không khí càng lớn Ví dụ, hiệu nhiệt độ ngưng tụ 100% nghĩa là nhiệt độ không khí khô ngưng tụ bằng chính nhiệt độ không khí làm mát, chỉ ra rằng không khí đang bão hòa hơi nước.
(hình 1.6) Hình 1.6 Xác định nhiệt độ ngưng tụ dài ải nhiệt gió
Hi i in ngưng giải nhiệt gi
Đối với dàn ngưng quạt có ống xoắn của hệ thống lạnh công nghiệp, hiệu nhiệt độ ngưng tụ nên chọn trong khoảng 7 + 10 K Trong khi đó, đối với máy lạnh nhỏ hơn và dàn ngưng ống xoắn bằng đồng có quạt gió, hiệu nhiệt độ ngưng tụ phù hợp là 13 + 17 K.
K Đối với các máy điểu hoà không khí hai cụm, khoảng 15 K (nhiệt độ không khí vào dàn ngưng ví dụ
45°C + 19C và nhiệt độ ngưng tụ khoảng 509 + 19C),
Bài 1.11 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống lạnh công nghiệp lớn dàn ngưng giải nhiệt gió lắp đặt tại Hà Nội
Giải: Do đây là hệ thống lạnh công nghiệp lớn nên hiệu nhiệt độ ngưng tụ chọn là 8 + 10 K (lấy giá trị trung bình là 9 K) tự =t¡ + 9K = 37,2°C + 9 = 46,29C (lấy tròn 46°C)
Bài 1.12 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của một máy lạnh nhỏ dàn ngưng quạt lắp đặt tại Hà Nội
Giải: Do đây là hệ thống lạnh nhỏ, dàn ngưng bằng đồng, gió cưỡng bức nên chọn Ati = 13 + 17 K (chọn giá trị trung bình là 15 K) nên: tụ = tị + 15 K = 37,2 + 15 = 52,2°C (lấy tròn 52°C)
Nhiệt độ ngưng tụ trong hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu chi phí Máy lạnh có công suất lớn sở hữu nhiệt độ ngưng tụ thấp hơn đáng kể so với máy lạnh công suất nhỏ Đặc điểm này là một yếu tố cần cân nhắc khi thiết kế hệ thống lạnh nhằm đảm bảo hiệu quả làm mát và tiết kiệm năng lượng.
Tháp ngưng tụ còn được gọi là TBNT bay hơi Do dàn ngưng được bố trí ngay trong tháp ngưng nên nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp coi như bằng nhau (tự = tua) Như vậy nhiệt độ ngưng tụ sẽ chỉ cao hơn nhiệt độ (tự = tựa) khoảng 5 K hoặc: tựa = ta = tự + (3 + 5 K) ty = twa + Atmin = two + (3 + 5K), chon Amin = 4K
Bài 1.13 Xác định nhiệt độ ngưng tụ cho một máy lạnh có tháp ngưng tụ lắp đặt tại Hà Nội
Giải: Thay các giá trị đã biết vào quan hệ (1.8) ta co: ty = 34,5 + 3,5 K+ 4K = 420C
So với tháp giải nhiệt và bình ngưng, tháp ngưng tụ giúp giảm 5 K nhiệt độ ngưng tụ khi sử dụng nước tuần hoàn Dù vậy, tháp ngưng tụ lại tốn nhiều vật liệu chế tạo và chiếm nhiều không gian hơn Do đó, loại này phù hợp ứng dụng trong các hệ thống amoniac công nghiệp.
XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BAY HƠI
Nhiệt độ bay hơi phụ thuộc vào: Dạng thiết bị bay hơi; chất tải lạnh lỏng (làm lạnh gián tiếp) hoặc không khí (làm lạnh trực tiếp); chế độ vi khí hậu trong phòng lạnh (nhiệt độ và độ ẩm) Chế độ vi khí hậu này phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ của sản phẩm bảo quản giống như nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi ảnh hưởng rất mạnh đến năng suất lạnh và nhiệt tiêu thụ
Nhiệt độ bay hơi đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng trong hệ thống làm lạnh Khi nhiệt độ bay hơi tăng thêm một độ, công suất làm lạnh của máy tăng khoảng 4%, trong khi điện năng tiêu thụ giảm khoảng 1,5% Do đó, việc lựa chọn đúng nhiệt độ bay hơi là yếu tố cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh và tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng.
1.4.1 Chế độ bảo quản sản phẩm
Chế độ bảo quản sản phẩm đòi hỏi sự lựa chọn chính xác về nhiệt độ, độ ẩm, thông gió và tốc độ gió, ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian bảo quản và chất lượng của thực phẩm Các bảng khuyến cáo chế độ bảo quản cụ thể cho rau quả tươi, rau quả đóng hộp và các sản phẩm động vật được cung cấp theo tiêu chuẩn của Nga và Đức Trong trường hợp bảo quản thực phẩm sống dễ thở như rau, hoa và trái cây tươi, cần chú ý không làm nhiệt độ xuống quá thấp để tránh gây chết hoặc ngăn cản quá trình chín.
Bảng 1.1 Chế độ bảo quản rau quả tươi (Nga)
“Sản phẩm Ahiệt độ, “C: mae a * a ó
Dita xanh 10 : 4+6 thắng Đào 041 85590 # 4+6 thắng
29) * = † năm Đậu tưới 2 9% Mở 34 tuần
Khoai tây 3+10 $6 +90) * 6 9 thắng metas 0+2 #0 +90 : 1+2 tuần
-8 ” Đồng 4+ 10 thắng mm t0 * Mô 0,5 + 3 thân
Su hảo -140,5 8S +90 Mở 3+7 tuần Đứa 46 1+2 thắng
Hoa nồi chúng, Ves 85295 5 1+2 tuần
Hoa hồng as xo Tuân
Bảng 1.2 Chế độ và thời gian bảo quản đồ hộp rau quả (Nga)
Sản phẩm Bao bì pe KH fe fae, 96 | 22 quản tháng lCompot quả Hop sit tay déng hom 0+5 65 +75 8 lĐỏ hộp rau “ 0+5 65 +75 8
INude rau và nước quả |Chai đóng hòm
|Rau ngâm muối quả ngâm giám ÍThùng gỗ lớn 0+1 90 +95 10
Nắm ướp muôi ngâm giảm Thùng gỗ lớn 0+1 90 +95 8
(Quả sấy, nắm sấy lHòm, gói 0+6 65 +75 12
Rau say Hom, thing trong 026 65 +85 10 lLục cả vỏ Goi -1 75 +85 10
~ Thanh trùng trong hộp kín _ |Hộp sắt tây đóng hòm 2+20 §0 +85 345
~ Thanh tring Thùng gỗ lớn 10+ 15 80 +85 3
~ Thanh trùng trong hộp kín _ |Hộp sắt tây đóng hòm 0+20 80 + 85 3+5
~ Thanh trùng [Thùng gỗ lớn 10+15 80 + 85 3
IMut ngot (mit min, mitt nghién) ÍThùng gỏ lớn 0+2 80 + 85 2+6
Bảng 1.3 Chế độ bảo quản sản phẩm động
Sản phẩm TLDS set iat % oat nh
Thịt bo, hươu, nai, cờu ~05~0,5 82285 Dang 10 + 15 ngày
Thịt lợn tưới tép lạnh 80 + 85 R 10+ 12 thắng
Thit lon turn wop dong 18+ -23 80 12 thing
Thất đồng hộp kin 0+2 75 + BÚ z
Cá tươi ướp đã từ
30 đến 100% lượng cỏ ơ 100 Đụng 6+ 12 thang
Ca thu musi, say 2+4 75+80 Mở 12 tháng
Loon song 2+3 §5 ~ 100 * Vài tháng Ốc sông 2+3 §5 ~ 100 : Z
Tom niu chin 2-3 'Vài ngày
Bo muti ngan ngay 12415 75 ~§0 Mở 38 tuần
Bơ muối lâu ngày -124 T5 + 80 12 tuần
Bơ muỗi lâu ngày ~18~-20 75 + 8Ú 36 tuân
Sữa bắt đồng hộp 3 75 +80 Dong |3+6tháng
Sữa đặc có đường 0~10 75 ~§0 " 6tháng
Nhiệt độ bảo quản đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng trái cây, rau quả và các sản phẩm động vật Ví dụ, chuối xanh và cà chua xanh dễ bị sương giá ở nhiệt độ thấp hơn ngưỡng nhất định nên cần tránh bảo quản dưới mức nhiệt độ quy định Ngược lại, với các sản phẩm đông lạnh như rau quả đã kết đông hoặc các sản phẩm động vật đã giết mổ, nhiệt độ bảo quản càng thấp thì thời gian bảo quản càng dài và chất lượng sản phẩm sau bảo quản càng tốt Thịt bò, lợn, gia cầm, cá thường được bảo quản ở nhiệt độ tối thiểu -12°C, trong khi hình thức bảo quản lạnh sâu thông thường là ở khoảng -18 đến -24°C.
Thịt bò ở -189C có thể bảo quản được 2 năm, ở -78°C (CO; rắn thăng hoa) bảo quản được khoảng 100 năm và ở -196°C (nitơ lỏng sôi) có thể bảo quản được tới
1.4.2 Dàn bay hơi làm lạnh không khi trực tiếp Đối với dàn bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp đối lưu không khí tự nhiên hoặc cưỡng bức, hiệu nhiệt độ bay hơi At, thường lấy từ 8 + 10 K (hình 1.7) Hiệu nhiệt độ bay hơi có thể tính theo biểu thức:
Ato = tp— tọ (1.9) °C Nhiệt độ không khí tụ
Trong đó: Ay tạ là nhiệt độ
: Nhiệt độ bay hơi bay hơi; % =— % tụ là nhiệt độ 0 50 F> 100% phong lanh Hình 1.7 Xác định nhiệt độ bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp
Nhiệt độ bay hơi không phụ thuộc vào địa phương lắp đặt, chỉ phụ thuộc yêu cầu công nghệ bảo quản
Hiệu nhiệt độ Atạ của bộ trao đổi nhiệt có thể thay đổi để đáp ứng nhu cầu độ ẩm khác nhau Khi cần độ ẩm phòng cao, Atạ giảm xuống mức 5 - 6 K, giúp tăng diện tích trao đổi nhiệt Ngược lại, khi cần độ ẩm phòng thấp, Atạ tăng lên 13 - 15 K, dẫn đến diện tích trao đổi nhiệt giảm Mối quan hệ giữa Atạ và diện tích trao đổi nhiệt là tỷ lệ nghịch, tức là Atạ càng nhỏ, diện tích trao đổi nhiệt càng lớn.
Bài 1.14 Cho biết kho lạnh bảo quản cam có đàn bay hơi trực tiếp Hãy chọn nhiệt độ bay hơi phù hợp
Theo bảng 1.2, điều kiện bảo quản cam là nhiệt độ trực tiếp từ 0,5°C đến 2°C và độ ẩm 85% Chọn nhiệt độ buồng là 1°C và Ats = 7 K Do đó, nhiệt độ sôi được tính toán bằng biểu thức (1.9) là: tọ = 1°C + 7 K = 8°C.
Bài 1.15 Cho biết kho lạnh bảo quản thịt lợn lạnh đông có dàn bay hơi trực tiếp Hãy chọn nhiệt độ sôi phù hợp
Theo bảng 1.3, nhiệt độ bảo quản thịt lợn lạnh đông là từ -18 đến -23°C, nhiệt độ bảo quản được chọn là -20°C Độ ẩm bảo quản là 80 + 85% nên có thể chọn Ato = 10 K, từ đó nhiệt độ bay hơi là: ty = -20°C - 10 K = -30°C.
1.4.3 Bình bay hơi và dàn lạnh nước muối
Trong hệ thống lạnh, nước muối đóng vai trò là chất tải lạnh trung gian Do vậy, nhiệt lượng cần phải truyền từ kho lạnh sang nước muối, rồi từ nước muối sang môi chất lạnh đang sôi Bộ trao đổi nhiệt At thường bao gồm hai thành phần (hình 1.9).
Ats ứ = ty t Nhị i — Ato2 = thi 1 tụa to
Ato, 1 = i Nhiệt độ bay hơi tate thi -tmi = to
Atos = Hình 1.8 Xác định nhiệt độ sôi từ nhiệt độ ° phòng và nhiệt độ nước muối tmi — to = Ann = 3+5 K;
(8+10)K Hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra 4l, = t„,= l„¿ = 4 + 6 K;
Hiêu nhiệt đô không khi vào và ra Al, = tạ = tr = 4 + 8K.
Có thể chọn At,¡ như mục 1.4.2 (Dàn bay hơi làm lạnh không khi)
Bài 1.16 Cho biết nhiệt độ kho lạnh bảo quản nho
Mỹ là 19C, xác định nhiệt độ bay hơi ở bình bay hơi amoniac
Gidi: Chon At, = 7 K do cần độ ẩm cao
Chon At, = 8 K do 1a binh bay hơi amoniac
Và nhiệt độ bay hơi là tọ = tp — Ato = 1 ~ 15 =—14°C
Bài 1.17 Cho biết nhiệt độ kho lạnh bảo quản thịt lợn lạnh đông là -20°C có hệ thống lạnh amoniac gián tiếp qua nước muối Tỉnh nhiệt độ bay hơi
Giải: Chọn Ata; = 10 K do độ ẩm yêu cầu không cao
Nhiệt độ sôi sẽ là to =~20°C ~ 16 K = ~369C
Nhiệt độ sôi của hệ thống lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh thường thấp hơn hệ thống lạnh trực tiếp khoảng 8 - 10°C trong cùng điều kiện nhiệt độ buồng lạnh Tuy nhiên, hệ thống gián tiếp tiêu tốn năng lượng nhiều hơn hệ thống trực tiếp đến 30% điện năng Nhưng với ưu điểm về vận hành trong trường hợp có nhiều hộ tiêu thụ lạnh hoặc do yêu cầu an toàn đối với môi chất lạnh độc hại, hệ thống lạnh gián tiếp vẫn được sử dụng.
SO SÁNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC GIẢI PHÁP
Tiết kiệm năng lượng (TKNL) hệ thống lạnh và điều hòa không khí (ĐHKK) giúp bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí nhà kính, làm chậm quá trình nóng lên toàn cầu Hiệu suất năng lượng COP (Coefficient Of Performance) thể hiện mức độ TKNL Để so sánh TKNL, cần giả thiết các điều kiện khác nhau như thiết bị bay hơi, nhiệt độ buồng lạnh, nhiệt độ bay hơi, thiết bị ngưng tụ, nhiệt độ ngưng tụ Khi các điều kiện này thay đổi, TKNL cũng sẽ thay đổi khác nhau tùy theo giải pháp lựa chọn cho thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi.
1.5.1 Phương pháp so sánh TKNL
Chỉ so sánh TKNL giữa hai thiết bị cùng điều kiện, có thể là điều kiện chuẩn, điều kiện vận hành chuẩn hoặc các điều kiện gốc nào đó.
- Các điều kiện tiêu chuẩn (bảng 2.1) với nhiệt độ ngưng tụ, bay hơi, quá lạnh, quá nhiệt giống nhau
Trong các thử nghiệm tiêu chuẩn hiện hành, các máy điều hòa nhiệt độ phòng RAC đều áp dụng chung điều kiện thử nghiệm là: nhiệt độ không khí ngoài trời 35°C, nhiệt độ trong nhà 279C và nhiệt độ ướt trong nhà 19,5°C.
Để có được kết quả thử nghiệm chuẩn xác cho các máy điều hòa không khí (PAC), ngoài việc đảm bảo nhiệt độ môi trường giải nhiệt (không khí hoặc nước), nhiệt độ và độ ẩm trong phòng giống nhau, chúng ta cần tuân thủ thêm các điều kiện về lắp đặt Điều này bao gồm chiều dài đường ống ga và chênh lệch độ cao giữa dàn nóng và dàn lạnh cũng phải thống nhất.
Để đảm bảo tính nhất quán và chính xác trong quá trình thử nghiệm thiết bị làm lạnh nước (chiller), các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn như nhiệt độ nước vào, ra, nước lạnh vào, ra phải được tuân thủ giống nhau theo quy định của ARI 550/590.
- Nếu không, cần phải quy định các điều kiện gốc nào đó giống nhau Ví dụ điều kiện giải nhiệt (thời tiết) và điều kiện làm lạnh theo yêu cầu công nghệ là giống nhau Các bài tập sau đây sẽ để cập tới một số trường hợp đã nêu
1.5.2 So sanh TKNL theo COP cho trước
Bài 1.18 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7828:2013 quy định 5 cấp hiệu suất năng lượng cho máy điều hoa gia dung RAC (Room Air Conditioner) từ 1 sao (1”) đến 5 sao (5) lần lượt là 2,6; 2,8; 3,0; 3,2 và 3,4 Hãy so sánh tiết kiệm năng lượng giữa máy 1 sao và máy 5 sao
Giải: Khi có COP, ta có thể tính được chỉ số tiêu tốn điện năng PIC (Power Input per Capacity):
PIC = 1/COP = Điện năng tiêu thụ/ Năng suất lạnh hữu ích, kW/kW
PIC chính là hệ số nghịch đảo của COP Khi đã có
Ta sẽ giả thiết máy 1 sao tiêu tốn 100% điện năng và tính được % điện năng tiêu tốn của máy 5 sao Từ đó, dễ dàng so sánh hiệu suất năng lượng của máy 5 sao so với máy 1 sao.
Bảng 1.4 So sánh TKNL giữa máy ĐHKK RAC 1 và 5 sao theo TCVN 7828:2013
Tĩnh năng Mấy I saa May Š sao cop kW lạnh/kW điện 3,00 3,40
PIC = L/COP_ | kW điện/kW lạnh 0,3846 0/2941
So sánh '*% điện tiêu thụ 100 76,5
Kết luận: May 5° tidt kidm dirge 23,5% dign ning so vei may I+
1.5.3 So sanh TKNL cho cac giai phap giai nhiét khac nhau
Mục 1.3 đã giới thiệu cách xác định nhiệt độ ngưng tụ ở cùng điều kiện khí hậu, khi chọn các thiết bị và giải pháp ngưng tụ khác nhau Khi tính toán theo hướng dẫn ở mục 3.2, ta có thể lập được nhiệt độ ngưng tụ cho từng giải pháp TBNT khi thiết kế hệ thống lạnh cho Hà nội, Đà Nẵng và TP HCM như biểu điển trên bảng 1.5 Cẩn lưu ý là các số liệu trong bang 1.5 chỉ sử dụng để thiết kế hệ thống lạnh do yêu cầu có độ tin cậy cao Các giá trị nhiệt độ ngưng tụ có thể
+1K do chọn hiệu nhiệt độ tối thiểu cao hay thấp Hệ thống ĐHKK phải thiết kế theo TCVN 5687 + 2010 và có cách tính riêng
Bảng 1.5 Nhiệt độ ngưng tụ tính toán cho các giải pháp TBNT hệ thống lạnh cho Hà Nội, Đà Nẵng và
TP HCM khuyên dùng đình ngưng vdÝ Thả! ngưng Dân ngirng tủ |
|Dịa phương Thân giải | Xước giêng| Nước TP, hà, Với nước | ÂMdy lạnh |Âáy lạnh nhỏ và nhiệt khoan - |à, xơng, xuối tuẪn hồn |cưng nghiệp| thương nghiệt |
[Hà Nội IDA Nang [fP HCM 4T at 46 45 33 M để để 43 42 42 4l 4ó 4? 4$ %2 $3 st | | }
Bài 1.19 Tính toán TKNL cho hệ thống lạnh bảo quần rau quả lắp đặt tại Hà nội có cùng nhiệt độ bay hơi là 0°C nhưng với các giải pháp TBNT khác nhau như trong bảng 1.5
Giải: Như đã giải thích trong mục 4.6.1 tài liệu 1,
Theo hướng dẫn tại mục 4.6.1 của Tài liệu 1, có thể sử dụng COP của chu trình Carnot để xác định TKNL tương ứng Bảng 1.6 trình bày kết quả giải toán.
Bang 1.6 So sanh TKNL cho hé thong lanh bao quan rau quả lắp đặt tại Hà Nội, nhiệt độ sôi 0°C với các giải pháp TBNT khác nhau
Bình ngưng với Thấp ngưng |_ Đàn ngưng gió rite Thap giai] Nhắc | Nhắc TP, | ại mựợc | Má lạnh | Máy lạnh ' nhiệt | Bi | hổ 8® | win oan | cong | thương Khoan | sông, suỗi nghiệp | mghiệp
Nhiệt độ ngưng tụ 33 44 42 46319 | 52 Nhiệt độ bay hơi 0273 | 0913 | 0373 | 0973 | 0273
1.5.4 So sanh TKNL cho cac giai phap TBTDN khac nhau
Trong trường hợp này, chúng ta so sánh giữa hai hệ thống làm lạnh có nguồn nóng và nguồn lạnh giống nhau, nhưng sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) khác nhau Điều này dẫn đến sự thay đổi khác biệt ở cả nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ bay hơi giữa hai hệ thống.
Bài 1.20 Cho biết nhiệt độ nguồn nóng (môi trường bên ngoài) là 35°C, nhiệt độ nguồn lạnh (nhiệt độ buồng lạnh) là 5°C để bảo quản rau quả Với hai chu trình: a) Chu trình thực máy lạnh công nghiệp với hiệu nhiệt độ ở thiết bị trao đổi nhiệt At = 5 K; b) Chu trình thực máy lạnh thương nghiệp với hiệu nhiệt độ ở dàn ngưng là Aty = 15 K và ở dàn bay hơi là Ate = 10 K Hỏi chu trình b tiêu tốn năng lượng hơn chu trình a là bao nhiêu?
Giải: Ở đây ta cũng sử dụng chu trình Carnot để so sánh Các phần lời giải được trình bày trong bảng 1.7
Bảng 1.7 Lời giải bài 1.20 lu) Chủ trình Carutot l† thuyết b) Chú trình Carnor lý thuyết với|
Thông số Đơn vị | vải hiệu shiệt độ ở thiết bị higu nhiệt độ ở dàn ngưng 4h = trao đấi nhiệt Atyy = ŠK ._ 15ẹ và đàn bay hơi Ai, = 19 ẹ
|So sảnh điện tiêu thụ tú 100% | 140.3%
(Chị ink b tiêu lốn nang lượng cap hơn chu trình a đến 40,3%,
Chu trình Carnot b tuy tiêu thụ năng lượng cao hơn chu trình a đến 40,3% nhưng ghi điểm nhờ dàn ngưng và dàn bay hơi nhỏ gọn hơn, giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu Sự tương đồng của hai chu trình nằm ở việc chúng đều trao đổi nhiệt tại dàn ngưng và dàn bay hơi Tài liệu chỉ ra rằng khi hiệu nhiệt độ ngưng tụ tăng lên, diện tích trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống, dẫn đến giảm kích thước của dàn ngưng và dàn bay hơi Điều này cho thấy mối quan hệ nghịch đảo giữa chi phí đầu tư và hiệu suất năng lượng trong hệ thống làm lạnh, giúp người dùng cân nhắc bài toán tối ưu kinh tế để lựa chọn hiệu nhiệt độ tối ưu nhất.
MỞ ĐẦU
CARNOT NGUGC CHIEU
- Công nén riêng: f„ = Ên — fan, kJ/kg £,,: công tiêu thụ cho máy nén; fan: công hữu ích thu được may dan nd
~ Năng suất lạnh: Q„ = m qạ, kW
- Năng suất lạnh riêng: qọ = hạ - hạ, kJ/kg
- Lưu lượng môi chất qua máy nén: m = Q„/qo, kg/s.
Bài 2.1: Xác định hệ số lạnh, công nén riêng, công nén đoạn nhiệt của chu trình Carnot ngược chiều, cho biết:
- Nhiệt độ ngưng tụ tụ = 30°C (Ty = 303 K);
~ Nhiệt độ bay hơi tạ = ~15°C (Tạ = 258 K);
~ Năng suất lạnh Q„ = 100 kW, môi chất lạnh NHạ
Giải: Chu trình Carnot bao gồm:
2 - 3: ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp;
3 - 4: dãn nở đoạn nhiệt sinh ngoại công;
4 - 1: bay hoi dang nhiét, dang ap
Chu trình Carnot ngược chiêu là một hình chữ nhật trên đồ thị T-s Hệ số lạnh trong chu trình Carnot không phụ thuộc vào môi chất mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Theo đó, hệ số lạnh càng lớn thì hiệu suất làm lạnh của hệ thống càng cao.
Công nén riêng (ở đây bằng công nén trừ công hữu ích thu được ở máy dãn nở):
= Ns _ Qo-do _ i= hy _ hy —hy be m Q& & &
Tra bảng hơi bão hòa của NH: (hoặc đồ thị Igp-h), ta CÓ: hạ = h"(30°€) = 1783,0 kJ/kg hg = h’ (30°C) = 639,9 kJ/kg
Bài 2.2: Tính toán chu trình khô máy lạnh nén hơi một cấp, cho biết:
- Nhiệt độ bay hơi: tọ
= oc as Hình 2.2 Chu trình khô trên
- Môi chất lạnh: đồ th] Igp-h
Giải: Chu trinh khé trén 46 thi lgp-h duge biéu dién trén hinh 2.2
Trang thai các điểm nút chu trình tra được trên đồ thị: Điểm nút chụ trình ' 2 3 4 p, bar 2,37 HIẾN H68 2,37
Le 1s loa 0 1s h, kJfkg 1743 1980 640 640 vụ H kg ©, S07 - - 7
- Nang suat lanh riêng khối lượng: do" hy -hy = 1743 - 640 = 1103 kJ/kg
~ Hệ số lạnh của chu trình:
- Hiệu suất exergy (độ hoàn thiện của chu trình): v= €/€ =[(Tụ — Tọ)/ Tọ].e = (45/258).4,65 = 81,1%
~ Lưu lượng nền qua máy nén:
- Céng suat nén doan nhiét:
Nhận xét: So với chu trình Carnot thì hệ số lạnh giảm từ 5,73 xuống 4,65
2.3 CHU TRÌNH QUÁ LẠNH QUÁ NHIỆT
Bài 2.3: Xác định chu trình quá lạnh và quá nhiệt, cho biết:
~ Nhiệt độ quá nhiét tg, = -10°C;
- Nhiệt độ ngưng tụ tị = +30°C;
- Nhiệt độ quá lạnh tg) = +25°C;
Giải: Chu trình quá lạnh, quá nhiệt biểu điễn trên đồ thị lgp-h (hình 2.3) gồm các quá trình:
1-2:nên igP „ ab At, doan nhiét;
2 - 3: ngung tu dang áp, đẳng nhiệt;
3 ~ 4: tiết lưu đẳng entanpy h3 = tas Hinh 2.3 Chu trinh qua lanh, k quá nhiệt trên đồ thị Igp-h
4 ~ 1: bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt;
3'~ 3: quá lạnh lỏng trước van tiết lưu
Trạng thái các điểm nút chu trình NHạ:
'Phể tích riêng, mẺ/kg 0,507 | 0,518
~ Năng suất lạnh riêng: qọ =hị -hạ = 1743—615 = 1128 kJ/kg
~ Lưu lượng nén qua máy nén: m= Qo = 100 — 0 089 kg/s qo 1128
- Nhiệt thải ở bình ngưng: qự = hạ hạ = 1985 ~615 70 kJ/kg Qi = m.qy = 122,4 kW
Trong đó nhiệt thải ở thiết bị quá lạnh là: qại = hại -hạ = 640 ~ 615 = 25 kJ/kg
- Hiệu suất exergy: v=.$ - Ất — To), $ 1 98 ,9% & L5 258
~ Công suất hữu ích: Nạ = Nị + Nm;
Nins = Pms-Vet = Pmcdm.v¡ = 59.0,089.0,515 = 2,70 kW
Bài 2.4: Xác định chu trình quá lạnh, quá nhiệt, môi chất R12
Các điều kiện như bài 2.3
Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R12
- Năng suất lạnh riêng: do = hy —hg = 645 - 523 = 122 kj/kg
~ Lưu lượng nén qua máy nén:
- Nhiệt thải ra ở bình ngưng: dk = hạ—hạ = 647,5 ~ 523 = 151,5 kJ/kg Qy = M.qy = 0,82.151,5 = 124,2 kW
Trong đó nhiệt thải ra ở thiết bị quá lạnh: qại = hạ: — hạ = 6 kJ/kg Qại = m.qại = 5 kW
- Công nén riêng: £ =hạ-hị = 27 kJ/kg
N;=m.£ ",14kW - Công nén chỉ thị Nị = N;⁄“ni:
Tra nj theo tài liệu 1 với m = 7,45/1,83 = 4,07 duge tị = 0,74
~ Công suất hữu ích: Nạ = Nị + Ning
Bài 2.5: Xác định chu trình quá lạnh, quá nhiệt, môi chất R22
Các điều kiện khác như bài 2.3.
Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R22 ụ t 2 3 3 4
P bar 2,96 2.96 11,92 11,92 11,92 2.96 ức -18 30 25 -18 h, kJ/kg 600,7 T0% 742 $63,6 530 530 v, m°)'kE 0,078 0081 do = 169,7 kJ/kg m = 0,589 kg/s qự = 212 kJ/kg
Qy = 124,87 kW qại = 6 kJ/kg
Nị = 29,46 kW Nạ = 30,75 kW (Nụ; = 1,29 kW)
Bài 2.6: Xác định chu trình quá lạnh quá nhiệt
Các điều kiện khác như bài 2.3
Giải: Trạng thái các điểm nút chu trình R134a p, bar r 168 1,64 1 x T70 770 3
0,120 0.130 qo = 688,5 - 534,5 = 154 kJ/kg m = 100/154 = 0,649 kg/s qụ = 727 - 534,5 = 192,5 kJ/kg qại = 541,5 - 534,5 = 7 kJ/kg
9 r7-692,5 = 34,5 k]/kg Ng = 0,649.34,5 = 22,39 kw Nj = 22,39/0,74 = 30,26 kW Nạ= 32,5 kW
Bài 2.7: Máy nén lạnh 6AW95 của Nhà máy chế tạo thiết bị lạnh Long Biên, Hà Nội chế tạo theo mẫu máy MYCOM N6WA với các đặc tính sau: năng suất lạnh tiêu chuẩn theo lý lịch máy là 75.000 kcal/h, số xi lanh 6, đường kính xilanh 95 mm, hành trình pittông 76 mm, vòng quay trục khuỷu 1000 vòng/ph, công suất động cơ máy nén 33 kW
Để đánh giá chính xác hiệu suất, công suất động cơ và chu trình làm lạnh của hệ thống điều hòa không khí, cần tính toán dựa trên cả điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện mùa hè Đối với điều kiện mùa hè tại Hà Nội, cần sử dụng các thông số nhiệt độ ty = -15°C và tgn = -10°C.
Giải: Do sử dụng tháp ngưng, theo bài 1.10 có tự 42°, tạị = -37°C
Thông số các điểm nút chu trình tiêu chuẩn và theo điều kiện Hà Nội: g 1 2 at 3 4
4,°C -l§ = 108 30 25 -l§ p bar 237 2,37 11,68 11,68 11,68 2,37 h, kifkeg 1743 1760 1985 640 615 615 v, m'kg 0,507 0.515 tÓ -18 = 139 42 37 -15 p, bar 237 2,37 16,44 16,44 16,44 2,37 h, kJkg 1743 1760 2060 697 678 678 v, m'fkg 0,507 0,518 a) Chu trình tiêu chuẩn
~ Năng suất lạnh riêng: qọ = 1128 kJ/kg
~- Thể tích quét (lý thuyết) của máy nén: nd? m0,0952
Po Po Po Ty c - thể tích chết: c = 0,03 + 0,05; chọn c = 0,03;
Apo - hiệu áp suất 6 clapé hit: Ap, = 0,05 bar;
Apx - hiệu áp suất ở clapê đẩy: Ap; = 0,1 bar À=0,732
- Thể tích hút thực tế: tr” À.Vịy = 0,03941 m3/s - Lưu lượng nén qua máy nén: m = Vtt/v = 0,07652 kg/s
Như vậy năng suất lạnh cho trong catalog là phù hợp
~ Công suất nén đoạn nhiệt: £ =hạ —hạ = 225 k]/kg
- Công nén chỉ thị: n= nh 0,001.1, =0,83
Nhận xét: Công suất động cơ lắp đặt lớn gần gấp rưỡi công suất hữu ích tiêu chuẩn (33/23,07 = 1,43) b) Chu trình theo điều kiện mùa hè ở Hà Nội
~ Năng suất lạnh riêng: do = 1743 - 678 = 1065 kJ/kg
~ Thể tích quét lý thuyết:
- Thể tích hút thực tế:
~ Lưu lượng qua máy nén: m = 0,06844 kg/s
Như vậy, khi làm việc ở điều kiện mùa hè tại Hà Nội, năng suất lạnh giảm khoảng 15%
- Công nén đoạn nhiệt: £ = 300 kJ/kg
Công nén hữu ích tăng khoảng 20%
Bài 2.8: Máy nén lạnh 2AT125 của Nhà máy Long Biên, Hà Nội có đặc tính kỹ thuật sau (ghi trong lý lịch máy):
- Năng suất lạnh: Qạ = 25.000 kcal/h
- Đường kính xi lanh: đ = 125 mm - Hành trình pittông: s = 110 mm - Động cơ lắp đặt: Nạc = 14 kW
Hãy tính kiểm tra theo điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện mùa hè Hà Nội với TBNT là tháp ngưng
Giải: q) Điều kiện tiêu chuẩn
Vit = 0,02025 m3/s; A = 0,664 (vdic = 0,05 vi kiéu may nén cti)
Qo = 29,45 kW = 25.328 kcal/h (phù hợp với lý lịch)
N, = 5,87 kW; Ni= 7,07 kW Np = 7,87 kW b) Điều kiện mùa hè tại Hà Nội với TBNT là tháp ngưng À=0,558;N; = 5,87 kW Ver = 0,011295 m3/s; N; = 8,18 kW m = 0,02193 kg/s; Np = 8,85 kW Qo = 23,36 kW = 20,087 kcal/h
Nhận xét: Năng suất lạnh giảm khoảng 20% so với Q¿ trên mác máy
Bài 2.9: Máy nén amoniac MYCOM N4WB của Nhật có bốn xilanh, bố trí hình chữ V, đường kính xilanh 130 mm, khoảng chạy pittông 100 mm, vòng quay trục khuỷu 1200 vg/ph, thể tích quét lý thuyết 381,0 m/h. a) Hãy tính kiểm tra năng suất lạnh cho trong catalog Qạ = 164,9 KW ở tạ =~159 C và tụ = 35°C, Nẹ = 53,6 kw b) Hãy tính chu trình theo điều kiện mùa hè Hà Nội, TBNT là tháp ngưng
# Và sa + ` a) Thông số các điểm nút chu trình ki 1 2 $- 3 | 4
Tp, bat 237 2,37 13,51 13,51 13,51 | 2,37 h, klkr 1743 1760 2020 664 ood | 644 v, m kg 0515 | do = 1099 kj /kg
A= 0,620 Vit = 0,06589 m/s
m = Vịt /v = 0,127937 kg/s Q¿ = m.qạ = 140,6 kW (nhỏ hơn 15 % so với catalog)
Nếu cách chọn thể tích chết thực tế nhỏ hơn 0,05 như giả định ban đầu thì sự chênh lệch năng suất lạnh có thể là do nguyên nhân này Ví dụ, khi chọn c = 0,03, ] = 0,700 và Q, = 158,9 kW, kết quả tính toán chỉ nhỉnh hơn chút ít so với thông số trong catalog.
- Công nén đoạn nhiệt: £&0 kJ/kg N; =m £ = 33,26 kW
- Công nén chỉ thị: yj = 0,82
Nếu chọn c = 0,03 thi N, = 37,59 kW, N; = 45,84 kW vàN; = 50,23 kW nhỏ hơn 6,3% so với giá trị cho trong catalog b) Vận hành ở điều kiện mùa hè tại Hà Nội do = 1065 kJ/kg
Trong quá trình chọn động cơ cho máy, nên lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất thiết kế để đảm bảo an toàn Động cơ 65 kW được khuyến nghị để bù trừ các tổn thất phát sinh như truyền động đai, truyền động điện và trong trường hợp nhiệt độ bay hơi không ổn định hoặc điện áp dao động.
Bài 2.10: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một cấp cho môi chất R22 Các điều kiện như bài 2.3
Bài 2.11: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một cấp cho môi chất R134a Các điều kiện như bài 2.3
Bài 2.12: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một cấp cho môi chất R12 Các điều kiện như bài 2.3
Bài 2.13: Tính chu trình quá lạnh, quá nhiệt một cấp cho môi chất R502 Các điều kiện như bài 2.3.
Chu trình hồi nhiệt chỉ được ứng dụng với các môi chất freôn vì nó không mang lại hiệu quả kinh tế đối với amoniac Đặc điểm của chu trình là có một thiết bị trao đổi nhiệt trong (hồi nhiệt) để trao đổi nhiệt giữa lổng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh trước khi về máy nén Nhiệt thải ra ở chất lỏng Aha›s đúng bằng lượng nhiệt hơi lạnh thu vào Ah;›¡ Hiệu nhiệt độ tối thiểu của hồi nhiệt AT,in = 5 K nằm ở phía tạ tị Hình 2.4 biểu diễn chu trình hồi nhiệt trên đồ thị lgp-h lẹP
Hình 2.4 Chu trình hỗi nhiệt trên đồ thị lgp-h
Bài 2.14: Hãy xác định chu trình hồi nhiệt R12 với các điều kiện sau:
Trước hết, cần xác định thông số của điểm nút chu trình để xác định được thông số của 1' và 3' Các điểm còn lại cần tính toán qua hồi nhiệt để có được giá trị về nhiệt độ quá lạnh và quá nhiệt của các môi chất freon, thông số này không có trong bảng 1.1.
Cân bằng nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt ta có (hình 2.5)
Qiảng = mị.Cọị (tạ'—tz) “ Qhơi
= mp.Cyn(ti - ty) dom, =m, nén Cy (tạ: - tạ) = Cohn (ty - tị),
DoCy >> Cohn nén (ty - ty") > (tạ:— tạ)
Như vậy hiệu nhiệt độ bé nhất nằm ở phía trên của hổi nhiệt:
AT min = 5K=ty:—ty Vậy tị = tạ:~ 5 K= 30-~ 5 = 259C
Khi biết tạ, có thể xác định được hạ và qua đó tính được Ahq Do nhiệt tỏa từ lổng bằng nhiệt thu của hơi nên:
Nhờ Aha›a có thể xác định được điểm 3 và 4 Điểm 2 xác định qua điểm 1 và pạ Điểm nút chu trình: v 1 2 + 3 4 ie -15 25 80 30 4 -15
P, bur 1,83 1,83 TAS 1.45 TAS 183 hy klk 645 670 699 329 504 3 vom fk 0.113
~- Năng suất lạnh riêng: qọo =hị:— hạ = 141 kJ/kg
~ Lưu lượng nén qua máy nén: m = Qs/qo = 0,70922 kg/s
- Công nén riêng: £ =hạ—h; = 29 kJ/kg
- Hệ số lạnh: £=qo/£ = 4,86 - Hiệu suất exergy: v=e/e,=0,85
Bài 2.15: Tinh chu trinh héi nhiệt R12 với điểu kiện khí hậu mùa hè Hà Nội giả thiết với đàn ngưng làm mát bằng không khí với nhiệt độ ngưng tụ tụ = 47,8°C to =-15°C Q, = 100kw
Bài 2.16: Tính chu trình hồi nhiệt, môi chất R22 cho biết Q„ = 100 kW với điều kiện: a) tụ = 30°C, to = -15°C (điều kiện tiêu chuẩn) b) ty = 48°C, ty = -15°C (lam mat bang khéng khi, khí hậu mùa hè Hà Nội) c) ty = 42°C, ty = -15°C (thiét bị ngưng tụ là tháp ngưng, khí hậu mùa hè tại Hà Nội)
Bài 2.17: Tính chu trình hồi nhiệt, môi chất R134a với các điều kiện như bài 2.16
2.5 CHU TRÌNH VỚI MÁY NÉN
TRỤC VÍT
Bài 2.18: Máy nén một cấp trục vít NH: có thể đạt nhiệt độ bay hơi -30°C hoặc thấp hơn
Cho nhiệt độ ngưng tu 45°C va nhiệt độ bay hơi
-30°C, môi chất NHạ Hãy chứng minh là có thể thực hiện chu trình một cấp với máy nén trục vít nhưng không thể với máy nén pittông
Từ đồ thị Igp-h, với áp suất ngưng tụ pa = 17,8 bar và áp suất bay hơi po = 1,20 bar, tỷ số nén của máy nén trục vít là 14,8 Nhiệt độ cuối kỳ nén của máy nén trục vít là 75°C, trong khi của máy nén piston là 180°C.
Máy nén piston chỉ phù hợp với chu trình một cấp khi hệ số công suất thể tích lớn hơn 0,5 và nhiệt độ cuối kỳ nén không quá 140°C Khi tỷ số nén vượt quá 9, máy nén piston không đáp ứng được điều kiện trên và phải chuyển sang chu trình hai cấp Ngược lại, máy nén trục vít có thể sử dụng chu trình một cấp với tỷ số nén lên đến 20 (vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế) do nhiệt độ cuối kỳ nén thấp hơn so với máy nén piston.
Hình 2.6 Chu trình một cắp trục vít và phtông NH; biếu diễn trên đỏ thị igp-h
Bài 2.19: Tỉnh toán chu trình máy lạnh với máy nén trục vít kiểu tràn dầu có hồi nhiệt cho biết:
Nhiệt độ bay hơi tạ = ~409C;
Nhiệt độ ngưng tụ tụ = 30°C;
Theo lý thuyết máy nén trục vít, khi nhiệt độ quá nhiệt của hơi môi chất Atan bằng 35 K, nhiệt độ hơi hút vào máy nén trục vít sẽ đạt 59 độ C.
Nhiệt độ hơi ra khỏi thiết bị bay hơi tạ = tị: = ~409C
Do trao đổi nhiệt trong hồi nhiệt nên:
Ahin = Azs = 22 kJ/kg và có thể xác định được ha
Các thông số của các điểm nút chu trình giới thiệu trong bảng đưới: ÿ 1 2 2 3 3 4 afc —40 S8 108 75 30 "1 40 p, bar 1,05 1,08 192 | 11,92 11,92 11,92 1,05 h, kg 639 WW 782 758 317 “$15 415 v,mẺ/kg | 206 024 0,032 0.0285,
Nang suat lanh riéng: qe = hị:— hạ = 689 - 515 = 174 kJ/kg
Lưu lượng khối lượng nén qua máy nén:
Ta G | Tả 1,4368 kg/s 74 Năng suất thể tích thực của máy nén (thể tích hút)
Thé tich hut ly thuyét:
Hiệu suất thể tích A = 0,78 (đọc trên đồ thị hình
Figure 2.8, Volumetric efficiency of the screw compressor as a function of cone ratio x Figure 2.9, The dependence of efficiency on the cylinder diameter in the single-screw compressor.
1 = Dị = 200 my; cay = 31 ovis; y= 30%; £ = &; vít fraân vào tỉ số nên x va cdp nén hinh
R22; dầu XC-40 học ứ khắc nèhAu ——1i = = =fN
4= Miy nén nữa kín, eị = 25 mía: = 40°C: e&; R22; dẫn XC-40
Hiệu suất cơ học máy nền trục vít phụ thuộc vào hệ số ma sát trục vít và hệ số ma sát đáy rãnh; phụ thuộc vào tỉ số nâng và góc xoắn của trục vít; phụ thuộc vào tốc độ quay của trục vít Mômen cơ tĩnh phụ thuộc vào hệ số ma sát trục vít và hệ số ma sát đáy rãnh; phụ thuộc vào tỉ số nâng và góc xoắn của trục vít.
Céng nén doan nhiét riéng:
Công suất đoạn nhiệt của máy nén:
Công suất hiệu dụng: neo Nea] - 16] 9w Te 0,6
Ne tra dé thị hình 2.9 với mr = 11,4, €, = 5, đường nét liền
Công suất động cơ lựa chọn cần có công suất dự trữ thêm 5% + 10% so với công suất cần thiết Việc tính toán công suất cần thiết ở chế độ làm việc nặng nề nhất của máy là rất quan trọng, nhằm tránh tình trạng máy nén và động cơ phải hoạt động quá tải, dẫn đến hỏng hóc thiết bị hoặc cháy động cơ.
Ni = Ng/nj = Non = 161,9.0,89 = 144,1 kW
Tìm; tra trên đồ thị hình 2.10 với m = 11,4 vae, = 5
Hiệu suất chỉ thị: ni “` N
Hệ số lạnh lý thuyết: qe/#= 174/71= 2,45
Hệ số lạnh thực tế (hiệu dụng):
Lượng dầu phun vào máy nén trục vít phụ thuộc vào hệ thống bôi trơn, nơi dầu được đưa vào các điểm ma sát để làm mát từ phía hút trước khi thoát ra lỗ thoát Dầu phun vào máy nén cũng có chức năng tản nhiệt, góp phần làm tăng nhiệt độ hỗn hợp dầu và môi chất lạnh Ngoài ra, dầu còn đảm bảo khả năng làm kín các khoang hơi trong máy nén.
Lưu lượng dầu khi đó có thể xác định theo biểu thức:
Pq = 0,83.10? kg/m? - khối lượng riêng của dầu;
Ca = 2,18 kJ/kgK - nhiệt dung riêng của đầu;
Ata = 20 + 40 K - độ chênh nhiệt độ của đầu phun vào và ra khổi máy nén
Nhiệt độ tối ưu của dầu khi phun vào máy nén khoảng 30 - 40°C Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ dầu trong máy nén tăng thêm khoảng 20 - 40 K Nhiệt lượng mà dầu hấp thụ từ môi chất lạnh có thể tính toán bằng công thức sau:
Trong đó: hạ =h, q1+———- 782-711 = 81 | kJ/kg
Entanpy của môi chất lạnh sau khi nén có thể xác định trên đồ thị Igp-h ở điểm 2' Đổi với máy nén đã chọn, điểm 2' có thể nằm trong khoảng 60 + 909C Lấy nhiệt độ điểm 2' là 75°C ta có hạ: = 755 kJ/kg
Kết quả trên 5 + 10% Bởi vật cần phải kiểm tra lại lưu lượng đầu riêng phun vào máy nén:
- ma _ lưu lượng dầu 4 m _ lưu lượng R22 nén qua máy nén mụ = Vụ pạ = I,08.2,23.0,83 = 2,00 kg/s (ở đây lấy tăng 8%)
Kết quả thu được phù hợp với giá trị định hướng trên đồ thị qạ - x (hình 2.12) dạ = 1,39 kg/kp
Nhiệt qa lượng do dấu #48 La hấp thụ Qạ RITA cũng có thể xác 4 Là định được từ es phương trình 6 aa xác định cân 2 6 10 14 bằng năng Hình 2.12 Sự phụ thuộc của lưu lượng lượng của máy dâu riêng qu loại XA-30 vào tỉ só nén nén (tài liệu): Máy lạnh của Sakuna - Leningrad 1985
Để xác định nhiệt lượng thất thoát Qạ do rò rỉ dầu từ các gối đỡ và đệm kín (phía hút) của máy nén ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy, có thể áp dụng công thức:Qạ = 1,163 * 10^-5 * (p2 - p1) * H * Q,trong đó:- Q là lưu lượng dầu rò rỉ (m3/h);- H là tỷ lệ nhiệt lượng thất thoát do ma sát giữa các bề mặt làm kín;- p1, p2 là áp suất tuyệt đối trước và sau gối đỡ hoặc đệm kín (Pa).
Q,= Ne —m(hy: — hy) l+a a —hé s6 tinh dén su thai nhiét ttt may nén ra mdi trường bên ngoài, œ ~ 0,04 = 0,08
Nhiệt lượng xác định được bằng mối liên hệ trên là tổng nhiệt lượng thu vào từ môi chất lạnh trong quá trình nén từ trạng thái 1 đến 2' và nhiệt lượng mất mát do ma sát
Lưu lượng thể tích của dầu dùng để phun vào máy nén:
Lưu lượng đầu (có hệ số dự phòng 5%): mg = 1,05Vq.pq = 1,05.2,57.0,83 = 2,24 kg/s
Luu lugng dau riéng: mg 2,24 =1,5 kg/kg phù hợp với số liệu định hướng (hinh 2.11) m 1.436 mgs
Ngoài phần dầu tuần hoàn cần thiết cho máy nén trục vít như đã nêu trên, còn một phần dùng để cung cấp cho các ổ đỡ, bánh răng, thiết bị giảm tải và các vị trí khác có thể cần dầu bôi trơn trong máy nén.
CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN
HƠI HAI VÀ NHIỀU CẤP
Máy lạnh nén hơi một cấp chỉ làm việc hiệu quả trong một phạm vi (áp suất và nhiệt độ) nhất định Ví dụ, đối với máy nén amôniac, khi tỈ số áp suất m > 9, nhiệt độ cuối tầm nén quá cao gây cháy dầu, phân hủy amụniọc thành hyđro và nitơ, làm hồng mỏy nộn Cũn đổi với máy nén frêôn, khi m > 12 thì hiệu suất thể tích cũng như hiệu suất nén quá nhỏ nên khi đó phải chuyển sang chu trình máy lạnh hai và nhiều cấp có làm mát trung gian Đứng về mặt nhiệt động, áp suất trung gian tối ưu được xác định theo biểu thức:
Trong đó: Pg, Po, Ðụ lần lượt là áp suất trung gian, áp suất sôi và áp suất ngưng tụ.
3.1 ÁP SUẤT TRUNG GIAN TỐI ƯU
Bài 3.1 Xác định áp suất trung gian tối ưu trong chu trình máy lạnh hai cấp, hai tiết lưu làm mát trung gian hoàn toàn với các điều kiện: hệ số lạnh đạt được là lớn nhất, thể tích tổng cộng của cả hai máy nén là nhỏ nhất và cho trước tỉ số VụA/Vụyca (thể tích hạ áp thực/thể tích cao áp thực), cho biết:
- Nhiệt độ ngưng tụ tị 30°E;
- Nhiệt độ quá lạnh lỏng tại Hình 3.1 Chu trình biểu diễn trên
- Nhiệt độ quá nhiệt tạn = -40°C;
~ Năng suất lạnh Qạ = 100 kW.
Các máy nén hạ áp HA và cao áp CA là máy nén pittông
Chu trình máy lạnh hai cấp, hai tiết lưu có chu trình được mô tả trong hình 3.1 Các thông số trạng thái của chất lạnh tại các điểm nút của chu trình được trình bày trong bảng 3.1 và 3.2.
- Không có làm mát hơi nén cấp hạ áp nên điểm 3 trùng với 2
~ Làm mát hoàn toàn nền điểm 4 trùng với 8 (xem thêm hình 3.4)
Bảng 3.1 Các thông số trạng thái khi thay đổi áp
Zz suất trung gian ow ủ, ÀJ/kg ye ip Pop bar rae ng 7 7 Va wg
Bảng 3.2 Thông số trang thai của các điểm còn lai io p, bar h, kJkg vy, mike 0410 1690 293 Lôi s0 0410 1712 40 1 11,68 640 ce 30 6.7 168 622 25 hio= hy 18
Tiển hành tuần tự các phép tính chu trình lạnh:
~ Năng suất lạnh riêng: qo =hị:-hịo
- Công nén đoạn nhiệt riêng của cấp hạ áp (1) và cao áp (4): f¡ =hạ-hị tạ =hg=hạ
~ Lưu lượng nén qua máy nén hạ áp và cao áp:
Hạ áp: my = Qo/do
Cao ap: hạ — họ my = my.— "he —hy
(Tính mạ bằng cách cân bằng nhiệt và cân bằng chất ở bình trung gian (1))
~ Hệ số lạnh lỷ thuyết của chu trình:
Ng tNog mịếi tm¿#£¿ £ hy —hg ts hạ —h;
- Hiệu suất thể tích của máy nén được tính theo các công thức:
raat} Tg G16)
Thể tích chết cạ có thể xác định theo công thức thực nghiệm là 0,05 Hệ số làm việc của máy nén Ap = 0,05 bar, hệ số cản Ap = 0,1 bar, thể hiện hiệu áp đóng mở clapê hút và đẩy.
- Thể tích nén thực tế:
'Vụi = mịVị hạ =họ hạ =h;
~- Thể tích quét lý thuyết:
- Thể tích quét lý thuyết tổng (cả hai cặp):
Vụ = Vận + Yung =m] ++ mì > Vier © "hạ (8 Ay hgh,
~ Hiệu suất chỉ thị máy nén:
Thị “ae + bt, Ty Nis “1 + bh, Ty
(3.2b) Đối với máy nén amoniac thuận dòng b = 0,0001
Ngài = Vi Dạj lÂy pạc = 60 kPa
Nay = Vụs,Pm; lẤy pạ> = 60 kPa
Ne eh + Nat Ng Neg ha +Nenss Nụ
~Hé sé lanh hữu ích:
Noy +Noq Kết quả tinh toán giới thiéu trén bang 3.3
Giá trị đã tính toán giúp dựng được đồ thị biểu thị sự biến thiên của các đại lượng theo áp suất trung gian như hiệu ứng biến dạng £, độ lún sụt se và độ nghiêng >, thể hiện bằng các biểu thức: £ = f(Ptg), se = f(Ptg) và > = fpg).
5 h At | Nc ot as 423 4 5 6 jo
Hình 3.2 Sự phụ thuộc của s, &, p và ZV vào áp suắt trung gian
Các biến thiên được biểu diễn trên hình 3.2 Các giá trị tối ưu tìm được trên đồ thị:
Khi cho biết © có thể tìm được áp suất trung gian theo đường $ = f(prg)
Trong thiết kế người ta tính áp suất trung gian theo biểu thức:
Bảng 3.3 Kết quả tính toán sini =i 0 8 ? Tế ạt 3Ð | Hi | | 55 | Hộ | nà kg 6 136 205 29 351 da
Lk a Mỹ 267 135 138 3 mm, e's 00729 | 003 | 098 | 0086 | 0081 | 0082 ts, ke’s 0/0981 0.1017 0.1017 0.1114 0.1137 6.1213
9 0204 | 1262 [3236 | 7417 | 1803 | 6943 EVq, 107 mbls 1503 | $3 | 493 | 5432 | 7778 | 193 tụ 0917 | 04889 | 0881 0838 | 0817 | 029% ta 0729 | o772 | 0815 | 0/858 | 0001 | 094 Na kW 5⁄28 H6 | 1827 | 2718 | 3612 | 4638 Nu kW 38.0 4577 | moo | 258 | 1797 | 1165 Neat, KW i529 | ins | 256 | 3J2 | 42 116,72 Neve, KW H9 L407 666 3,87 245 1,68 Nu kW 20,57 | 2937 | 40,13 55.9 80,35 | 1631 Ny, KW mor | 5641 | 35 | 2971 | 142 | 173
3.2 CHU TRINH HAI CAP, HAI
TIET LUU LAM MAT TRUNG GIAN KHONG HOAN TOAN
Bài 3.2 Tính chu trình hai cấp, hai tiết lưu làm mát trung gian không hoàn toàn, cho biết:
Qo = 100 kW ty =-40°C tan" -35°C tụ = +42°C (tháp ngưng tụ) tại =0
Áp dụng định lý trạng thái khí lý tưởng, áp suất trung gian pụg được tính bằng bình phương trung bình của áp suất điểm sôi pạ ở hai trạng thái tạ và tụ: pụg = √(pạ.pạ) Từ bảng tra hơi bão hòa, ta tìm được áp suất điểm sôi tương ứng với nhiệt độ tạ = -40°C là pạ = 0,71934 bar và với nhiệt độ tụ = 425°C là pạ = 16,44 bar Thay các giá trị này vào công thức, ta được pụg = 3,44 bar Tiếp tục tra bảng hơi bão hòa với áp suất pụg = 3,44 bar, ta tìm được nhiệt độ tương ứng là tụy ≈ -6°C (lấy tròn -6°C).
Hình 3.3 Chu trình hai cắp làm mát trung gian không hoàn toàn, hai tiết lưu
NHA — Nên hạ áp; MTG = Làm mắt trung gian; N = Nên cao áp; NT = Ngưng tụ: TL ~ Van tiết lưu;
BIG = Binh trung gian; BH ~ Bay hơi
Bảng 3.4 Thông số các điểm nút chu trình m |7? |2 |3 |4 |šs |5 |7 |+®+ |? ]”m ate -40 | -35 | 70 | 42 | 32 | 153 | 42 | +6 | -ó | -6 | -0 h,kJ/kpg 1707 | 1719 | 1930 1&6§ | 1R4& | 2103 | 697 | 697 | 1754 | 473 | 473 vmJkp | 1,55 | l,62 0,40
Điểm 4 và 5 cần được tính toán vì chúng không dễ dàng xác định trực tiếp từ đồ thị hoặc bảng áp suất hơi bão hòa Trong khi đó, hầu hết các điểm khác có thể được xác định ngay bằng cách đọc đồ thị hoặc tham khảo bảng áp suất hơi bão hòa.
Điểm 4 trong đồ thị được xác định dựa trên cân bằng entanpy tại điểm trộn, điểm 5 được xác định dựa trên giá trị s = sa và pụ Các vị trí điểm 4 và 5 này sẽ được tính trong quá trình thiết lập chu trình lạnh.
- Năng suất lạnh riêng khối lượng: o = hy —hyo = 1707 - 473 = 1234 kJ/kg
- Lưu lượng qua nén hạ áp: ee ee qo 123 - Can bang nhiét va chat 6 binh trung gian: my.hy = mạ.hạ + mị.hạ Mg = M4-™My, do do: hg — hy 1754-473
- Xác định điểm 4 qua cân bằng entanpy ở điểm hoà trộn: mị hạ + mạhg = mị.hạ 2 m,h, +mghg hy = 1848 kI/kg m4
Đánh dấu điểm hy trên đồ thị (hy và pg), vẽ đường thẳng có phương trình pụ = const cắt đường pụ = const tại điểm 5 và tra được các giá trị sau: tạ = 329°C; te = 1539°C và hs = 2103 kJ/kg.
1¡ =hạ—hị = 1930-~ 1719 = 211 kJ/kg l¿ =h -h„ = 2103 ~ 1848 = 255 kJ/kg
Hạ áp: Nạị = mịÌ¡ = 17,09 kW Cao ap: Ngq = Mygly = 24,99 kW
Theo (3.2) rỊ;ị = 0,833 nig = 0,842 Nyy = 20,52 kW Nig = 29,68kW
~ Hệ số lạnh của chu trình: e=—— ~2/38
- Nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = hs —hg = 1406 kJ/kg Qy = My4.q, = 126,54 kW - Thể tích hút thực tế:
- Thể tích hút lý thuyết:
Lưu ý: Do nhiệt độ cuối tầm nén ts quá cao nên chu trình này không được ứng dụng trong thực tế
Bài 3.3 Tính chu trình tương tự bài 3.2 với tọ = -
Bai 3.4, Tinh chu trinh tuong tu bai 3.2 vdi ty = -
Sore, Bai 3.5 Tinh chu trinh tuong tu bai 3.2 vdi ty = - 60°C
3.3 CHU TRINH CAP HAI, HAI TIET LUU, LAM MAT TRUNG GIAN HOAN TOAN
Bài 3.6 Tính chu trình hai cấp NHạ, hai tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn, bình trung gian không có ống xoắn (hình 3.4) cho biết:
Hình 3⁄4 Chu trình hai cắp NH„, hai tiết lưu làm mắt trung gian hoàn toàn Giải: Từ tạ = -40°C xác định được:
Bảng 3.5 Thông số các điểm nút chu trình a 2 J | "8 | 3 6 7 j 9 | 10 t0 40 | -35 | T0 | 42 6 | D2 | 42 | -6 | -6 | -40 h kg | 1707 | 1719 | 1930 | lRóR | 1754 | t98à | 697 | 697 | 473 | 43 v„mjkg | liš | 162 0,387
- Nang suat lanh riéng: qo = 1234 kJ.kg
- Lưu lượng qua nén hạ áp: m, = 0,081 kg/s
- Lưu lượng qua nén cao áp: cân bằng entanpy ở bình trung gian: mah; + mịhạ = mịhạ + mạhạ hạ =h, mụ= mị vã 9 = 0,1069 kg/s gah,
- Công nén riêng và công nén đoạn nhiệt: Ê¡= 211 kJ/kg; £4 = 229 kJ/kg Nạ¡ = mị.Ê¡ = 17,09 kW; N;a = 24,48 kW
~ Hệ số lạnh của chu trình:
—Thé tich hut thuc té:
- Thể tích hút lý thuyết:
Ninsi = 7,87 kW Nms4 = 2,28 kW Nei = 28,39 kW Nạa = 31,35 kW
Bài 3.7 Tính chu trình tương tự bài 3.6 với tạ = -
Bài 3.8 Tính chu trình tương tự bài 3.6 với tạ = -
Bai 3.9 Tinh chu trinh tuong tự bài 3.6 với tạ = - 60°C,
3.4 CHU TRÌNH HAI CẤP BÌNH TRUNG GIAN CÓ ỐNG XOẮN
Bài 3.10 Tính chu trình hai cấp NH3, bình trung gian ống xoắn, các điều kiện giống như bài 3.2; môi chất NHạ
Hình 3.5 Chu trình hai cắp NH;, hai tiết lưu bình trung gian ng xoắn
TU ty = -40°C tra bảng được pọ = 0,71934 bar ty = +42°C có pụ = 16,44 bar
Từ po Va py C6 Peg = 3,44 bar và ty = -6°C
Bảng 3.6 Các điểm nút chu trình
Lk 40 a5 70 42 ob H2 a -6 -6 -2 40 bh, kikg | 1707 | 1719 | 1930 | 1868 | 1754 | 1983 | 697 | 697 | 473 | 490 | 490 vm/kp | 1,55 | 1,62 0,357
Qo = 1217 kJ/kg ; m, = 0,0822 kg/s my = 0,1085 kg/s;1, = 211 kJ/kg
14 = 299 kJ/kg; Ng, = 17,34 kW Ngq = 24,85 kW ;€ = 2,37 Vv = 0,836 ; Vity = 0,13316 m3/s Vita = 0,03873 m3/s ; Ay = 0,638
Nig = 29,51 KW; Ninsi = 7,99 kW Nins4 = 2,24 KW ; Noy = 28,81 kW
Bài 3.11 Tính chu trình tương tự bài 3.10 với tạ =
Bài 3.12 Tính chu trình tương tự bài 3.10 với tạ =
Bài 3.13 Tính chu trình tương tự bài 3.10 với tạ = -60°C
3.5 CHU TRINH HAI CAP, MOT TIET LUU CO HOI NHIET
Bài 3.14 Tính toán chu trình hai cấp, một tiết lưu có hồi nhiệt HN và quá trình lạnh lỏng QL nhờ van tiết lưu nhiệt TLN tiết lưu lỗng vào bình quá lạnh
(hình 3.6), môi chất R22, cho biết:
Hình 3.6 Chu trình hai cắp, hai tiết lưu, có quả lạnh lỏng QL và hồi nhiệt HN
Bảng 3.7 Thông số các điểm nút chu trình
Nhiệt độ cuối kỳ nén không quá cao là giả thiết rằng hơi môi chất sau hồi nhiệt có nhiệt độ 0°C Điều này giúp xác định được điểm 1 và điểm 2 của chu trình.
Từ Ahs_; xác định được điểm 7 Điểm 8 xác định qua Atmin trong bình quá lạnh Lấy từ At,min = 4 đo đó tg = 209C
— Năng suất lạnh riêng: qe = hịa—h¡¡ = 678 ~478 = 200 k]/kg
~ Lưu lượng qua nén hạ áp: mì = Qa/qo =0,5 kg/s
~ Lưu lượng mg bay hơi trong binh QL: mịa(hio — hạ) = mị(hị— hg) h, -h, -
- Lưu lượng qua nén cao áp: mạ =m\ + mịo = 0,55 kg/s - Entanpy của điểm 4 xác định qua việc cân bằng entanpy điểm hoà trộn: mh = myo-hyo = mạ hạ ke“ wee = 730 kJ/kg
6; =hạ—hị = 770-716 = 54 kJ/kg ®¿= hs —h„ = 782 — 730 = 52 kJ/kg
- Công nén chỉ thị: na= = 0,0025t, = a = 0,0025(-60) = 0,705
Nj, = 38,30 kW nu = —£+0,0025t,, = oe 0,0025(-24) = 0,762 T HT #303
Nai “ Vtt1-Pms; Pmc lấy 54 (= 39 + 69 kPa)
~ Hệ số lạnh lý thuyết: e= some = 1,80
Với t=Êh Pe = 57 ta số À.x.0/68
~ Thể tích hút lý thuyết hạ áp và cao áp:
Vier = Vita/Ay = 0,491 m3/s (1768 m3/h) Vita * Vitq/Ag = 0,102 m2/s (367 m3/h)
Bài 3.15 Tỉnh chu trình tương tự bài 3.14 với R12 và tạ =~409C
Bài 3.16 Tính chu trình tương tự bài 3.14 với R22 vaty =-50°C
Bài 3.17 Tỉnh chu trình tương tự bài 3.14 với R22
3.6 CAC LOAI CHU TRINH KHAC
Cac loai chu trinh khac nhu:
- Chu trinh hai cấp, hai tiết lưu, hai chế độ bay hơi;
- Chu trình ba cấp nén;
Trong bài viết này, chúng ta sẽ không đề cập đến các chu trình ghép như chu trình nén hơi và hấp thụ hoặc nén hơi và ejectơ Những loại chu trình này ít được sử dụng trong thực tế hoặc đã có ví dụ trong phần trước (1).
THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Bài toán thiết bị ngưng tụ (TBNT) chia làm hai dạng: bài toán thuận và bài toán ngược Bài toán thuận là thiết kế TBNT dựa trên tải nhiệt Qạ đã cho Ngược lại, bài toán ngược là kiểm tra xem TBNT sẵn có có phù hợp với ứng dụng cụ thể nào đó hay không bằng cách tính toán tải nhiệt Q.
Bài toán thuận còn gọi là bài toán thiết kế, xác định các thông số như lưu lượng Q, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F, cách bố trí ống trao đổi nhiệt, phương án tản nhiệt (bơm, quạt), lối vào/ra của môi trường làm mát, để thiết bị hoạt động hiệu quả.
Bài toán ngược là dạng bài toán được cho biết trước thông số cụ thể của thiết bị trao đổi nhiệt E (như diện tích trao đổi nhiệt, kích thước, hình dạng) và chỉ số nhiệt động của hai lưu chất trao đổi, yêu cầu xác định lưu lượng cần thiết để thiết kế thiết bị.
Hình 4.1 giới thiệu các bước tiến hành thiết kế một
BẰNG NHIỆT CƠ BẢN CỦA THIẾT BI NGUNG TU
4.1.1 Phuong trinh truyén nhiét va hiéu nhiệt độ trung bình logarit
Q¿, - tải nhiệt của TBNT, kW; k- hệ số truyền nhiệt, W/mˆ®K;
F - điện tích trao đổi nhiệt của TBNT, m2;
Atrp - hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K:
Atunx = Atmig Auuy In—2 rai
Atma„ - độ chênh nhiệt độ có giá trị lớn ở hai đầu
TBNT, K;
Atmin - độ chênh nhiệt độ có giá trị nhỏ ở hai đầu
Vì sao phương trình (4.1) không sử dụng hiệu nhiệt độ trung bình đại số mà là hiệu nhiệt độ trung bình logarit? Nếu quan sát các hình từ 1.3 đến 1.5, ta thấy các đường thay đổi nhiệt độ của nước và không khí làm mát được biểu diễn là các đường thẳng Nếu là các đường thẳng thì lấy hiệu nhiệt độ trung bình đại số là đúng, nhưng trong thực tế các đường đó là đạng đường logarit Vì ở phía TBNT có hiệu nhiệt độ lớn hơn, quá trình trao đổi nhiệt diễn ra mãnh liệt hơn nên đường cong có độ đốc lớn hơn và ở phía TBNT có hiệu nhiệt độ nhỏ hơn, ngược lại, quá trình trao đổi nhiệt diễn ra kém hơn; đường cong có độ đốc nhỏ hơn
Do đó hiệu nhiệt độ trung bình logarit được sử dụng để tính trong quan hệ (4.1).
[Eãc công thức cơ bản:
Diện tích trao đổi nhiệt (Q.AW) hoặc lưu lượng nước làm mát (G Ces) hoặc lưu lượng khí cần thiết cho quạt (atte) là các yếu tố quyết định công suất tản nhiệt của bộ trao đổi nhiệt Trong đó, Q.AW là diện tích bề mặt truyền nhiệt, G Ces là lưu lượng nước làm mát qua bộ trao đổi nhiệt, atte là lưu lượng không khí cần thiết để tản nhiệt bằng quạt.
1 Qe = m.g, (1 ~— lưu lượng ga lạnh, kg/s; năng suất nhiệt riêng khối lượng dụ, k(kg nếu tính từ chủ trình lanh}
[bài án thuận Cho Q,, kW, xe dint F,
‘Chon kiểu TBNT, chọn mỗi trường 1àm mắt, chọn loại ga lạnh NHỊ, R22
|aee ngược: Chơ trước TRNT (cho F, mu) xúc định Ql
[ONT eiai nhiệt nước | [rox giải nhiệt gió + nước| [ TBNT giải nhiệt giỏ |
Bink meme) (Finan Dinning | [Dâm nương Din ngung ng vỏ nằm wee! | kidu Panet | | ông lông Tháp ngưng quai kiểu tụng | [ẴÊ890đing T T "9061 | |gược dòng| T T lgyo&n T
[Nae định hiệu nhiệt độ trung bình logarit sự, 1 MV x
L- Xu định nhiệt độ ngưng tự ly, nhiệt độ nước vào THÍNT lại, ra baa, Rake eth Alay ™ th ~ bay Vib Abgig te ~ tạs (Hộe nhiệt độ khơng khi vào rà TBNT tại về lạ; đối với TBNT giải nhiệt giĩ, Stoo
|) đài oán đưm giản: Chọn hệ số truyền nhiệt k theo kinh nghiệm (bảng 4.1), tinh điện tích be miu trad]
Để đáp ứng nhu cầu của từng khách hàng, công ty TANT đã cho chế tạo sẵn ba kích cỡ bể trao đổi nhiệt, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu khác nhau về diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.
Bài toán phúc tạp đưa ra hệ số tỏa nhiệt phía hơi môi chất ngưng tụ và phía môi trường làm mát sau khi định mật độ dòng nhiệt phía hơi môi chất ngưng tụ và môi trường làm mát, thiết lập bộ phương trình: $\mu =N\Delta i_j$
Xiie định tnật độ đồng mbit gp = kM, Wein
[Ƒ Xác định điện tích trao đổi nhiệt E = Quy, m
|_ Hoặc xúc định năng suất nhiệt Q, = Fige kW [sai |
[ Xác định đường kính trong, ngoài của ông, xic] I _Kidsn tra Mịnh chiều dài ống và thiết kể định hình TBNT giam Bm] — "
Hình 4.1 Các bước tỉnh toán TENT
Bài 4.1 Hãy xác định hiệu nhiệt độ trung bình logarit Aty, của thiết bị ngưng tụ cho biết: tụ = 489C, tựa = 43°C, tự = 389C (hình 4.2)
Có thể tính toán hoặc tra đồ thị hình 4.3 (toán đồ xác định nhanh hiệu nhiệt độ trung bình logarit).
Bài 4.2 Do yêu cầu hạ nhiệt độ ngưng tụ đến mức tối thiểu để đảm bảo an toàn cho máy nén và thiết bị chọn Atmin = tụ - tự; = 3 K vẫn giữ nguyên độ chênh nhiệt độ qua nước ra và vào Atu = tựa — tự = 5 Ktính hiệu nhiệt độ trung bình logarit
Giải: Với nhiệt độ ngưng tụ 46°C:
Nhận xét: Khi ha nhiét 46 ngung tu tt 48°C xuéng 46°C phải tăng diện tích trao đổi nhiệt lên 7,1/5,1 1,39 lần
Bài 4.3 Do yêu cầu hạ nhiệt độ ngưng tụ xuống
Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tụ giảm từ 44°C xuống 41°C, trong khi nhiệt độ nước vào vẫn giữ nguyên ở 38°C Hiệu nhiệt độ trung bình logarit và diện tích trao đổi nhiệt tăng lên Để bù đắp cho sự gia tăng nhiệt độ này, lưu lượng nước làm mát cần được tăng so với các giá trị danh định ban đầu.
Giải: Ví dụ: Atmin = 4 K; Atmay = 12 K; Attp = 7,15 K, a) Atmin = 44-41 =3K
Atmax = 44— 38 = 6K Tra đồ thị hình 4.3 có Atyp = 4,4 K b) Diện tích trao đổi nhiệt của TBNT tăng 7,1 /4,4
= 1,61 lần c) Luu lugng nudc tang At,, /Aty = (43 - 38)/(41 -
4.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt phía môi chất lạnh
M: lưu lượng khối lượng khối chất lạnh tuân hoàn trong hệ thống, kg/s; qx = hạ - hạ: năng suất nhiệt riêng của 1 kg môi chat lanh, kJ/kg; hạ, hạ: entanpy của môi chất lạnh vào và ra TBNT, kJ/kg.
4.1.3 Phương trình cân bằng nhiệt phía môi trường làm mát
~ Đối với nước làm mát:
Qe = my Coe At, W (4.4) my: lu lugng khéi lugng nudc lam mat, kg/s;
Cpw? nhiét dung riéng đẳng áp của nước 4,186 kJ/kgK;
At = tựa — tựa: hiệu nhiệt độ nước làm mát, K; tự, tựa: nhiệt độ nước vào và ra TBNT, °C
~ Đối với không khí làm mát:
Q = mx Cpr Ath , W (4.5) mạ: lưu lượng khéng khi qua dan ngung, kg/s;
Cu nhiệt dụng riêng đẳng áp của không khí 1,100 kJ/kgK (ở 409€);
Atyy = tkka — tia: hiệu nhiệt độ không khí làm mát, K.
4.2 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT
Do TBNT chủ yếu cấu tạo từ loại ống hình trụ nền hệ số truyền nhiệt k được xác định theo biểu thức xác định hệ số truyền nhiệt cho dạng hình trụ cho 1 mét chiều dài ống ke————DỪ — — ,Wmk (4.6) ơ ˆ
THA, 2MAy dị MOQ a yy
Đường kính trong và ngoài của ống, hệ số tỏa nhiệt đối lưu bên trong và bên ngoài ống; hệ số dẫn nhiệt của lớp kim loại chế tạo, lớp sơn phủ bên ngoài, lớp cáu cặn và lớp dầu bên trong.
4.2.1 Bài toán đơn giản, tính toán hệ số truyền nhiệt k thực nghiệm Để xác định diện tích trao đổi nhiệt F trong phương trình (4.1) khi đã biết Qạ, ta sử dụng giá trị k theo thực nghiệm cho trong bảng 4.1
Bảng 4.1 Hệ số truyền nhiệt k thực nghiệm cho các dạng thiết bị ngưng tụ khác nhau, W/m2K
Miếu thiết bị ngưng te | ky Wm an Wi? Antiniay.k |
Binh agung dng vo niin gang amaning 700 + L000 3500 + 5200 546
~= nằm ngang fteên T0 3000 Se6 Đân ngưng tari 700 + 930 3500 + 4650 Set
Thấp ngưng: 400 + 700 1500 + 2100 3 Địìn ngưng không khí ân 340 + 300 #+l0
Bài 4.4 Xác định điện tích trao đổi nhiệt và kết cấu ống của tháp ngưng cho biét Q, = 200 kW, Ne = 77 kW, mdi chat amoniac
Giải: Tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
Theo bang 4.1 chon k = 600 W/m?K va Aty, = 3 K:
Chọn ống trao đổi nhiệt có đường kính Φ 57 x 3 cho diện tích trao đổi nhiệt của 1 mét chiều dài ống là Fị = π.d.l = 0,179 m²/m Từ đó, chiều dài ống cần thiết được tính toán theo công thức:
Nếu bố trí chiều dài ống là 4 m, có 15 hàng từ dưới lên thì chiều ngang sẽ có 15 hàng:
Bài 4.5 Xác định diện tích trao đổi nhiệt của dàn ngưng không khí cho biết Qụ = 100 kW
Trong hệ thống lạnh, cần lựa chọn một hoặc nhiều dàn ngưng tụ có diện tích trao đổi nhiệt bề ngoài (gồm bề mặt ống và cánh tản nhiệt) tối thiểu là 417 m2 Nếu hệ thống sử dụng nhiều dàn ngưng tụ thì cần ghép song song để giảm tổn thất áp suất và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thoát chất lỏng ngưng.
Với bài toán phức tạp, ta phải tiến hành xác định hệ số tỏa nhiệt phía trong ống và ngoài ống œ, dạ Bên trong ống có thể là phía nước làm mát (hình ngưng ống vỏ nằm ngang hoặc thẳng đứng) hoặc môi chất lạnh ngưng (tháp ngưng hoặc dàn ngưng giải nhiệt gió) Bên ngoài ống có thể là môi chất lạnh ngưng (đối với bình ngưng ống vỏ) hoặc không khí (đối với đàn giải nhiệt gió) cũng như nước và không khí (đối với tháp ngưng)
Hệ số truyền nhiệt chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố liên quan đến môi trường làm mát, bao gồm chế độ chuyển động, kích thước, độ nhớt, đặc tính vật lý của chất lỏng/khí, hình dạng, kích thước và vị trí trao đổi nhiệt Đối với môi chất ngưng, hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào đặc tính vật lý, kích thước, hình dạng, vị trí ngưng tụ và hiệu nhiệt độ giữa chất lỏng ngưng và bề mặt ngưng tụ.
THIẾT BỊ BAY HƠI
Cũng giống như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi (TBBH) cũng có hai dạng bài toán thuận và ngược
Bài toán thuận hay còn gọi là bài toán thiết kế, yêu cầu tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt và kết cấu của dàn trao đổi nhiệt, cũng như hệ thống quạt, dựa trên năng suất lạnh cần đạt (Qạt) và nhiệt độ bay hơi (tạ).
Bài toán ngược là bài toán kiểm tra lại năng suất lạnh Qn của một dàn bay hơi đã có sẵn để xem có thể áp dụng vào một trường hợp cụ thể nào đó hay không.
TOÁN ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BAY HƠI
Các phương trình tính toán đối với thiết bị bay hơi cũng tương tự như thiết bị ngưng tụ là:
5.1.1 Phương trình truyền nhiệt và hiệu nhiệt độ trung bình logarit
Q¿ - tải lạnh của dàn bay hơi, W; k~ hệ số truyền nhiệt, W/m2k;
F - diện tích trao đổi nhiệt, m?;
Atyp - hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K:
Atmax - độ chênh lệch nhiệt độ có giá trị lớn ở hai đầu TBBH, K;
Atmin - độ chênh lệch nhiệt độ có giá trị nhỏ ở hai đầu TBBH, K
5.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt phía môi chất lạnh
Lưu lượng môi chất lạnh qua dàn bay hơi quyết định năng suất lạnh của hệ thống: Qo = m.q.=m (hạ— hị) trong đó m là lưu lượng môi chất lạnh, q là năng suất lạnh riêng khối lượng, hạ và hị lần lượt là entanpy ra và vào của dàn bay hơi.
5.1.3 Phương trình cân bằng nhiệt phía chất tải lạnh
Chất tải lạnh thường gặp gồm nước, nước muối, glycol và không khí Bước tính toán tổng lượng cân bằng nhiệt (TBBH) tương tự như tổng lượng cân bằng nhiệt (TBNT) theo hình 4.1 Trong đó, lưu lượng là mụ (kg/s), nhiệt dung riêng đẳng áp là Cpụ (kJ/kgK), hiệu nhiệt độ vào và ra của chất tải lạnh là Atq.
5.1.4 Tính toán đơn giản theo hệ số k kinh nghiệm
Phương pháp tính toán giống như với thiết bị ngưng tụ và đã trình bày ở mục 7.5 (1) Bằng 5.1 giới thiệu k và atyp kinh nghiệm
Bảng 5.1 Truyền nhiệt k và hiệu nhiệt độ trung bình logarit Attp kinh nghiệm
Kieu thiết Bị bay hơi til ton by Wii (hi chú
Theo số liệu của Hiệp hội Lạnh Mỹ, hệ thống sử dụng môi chất R22 và R350 có khả năng tiết kiệm năng lượng tốt hơn so với hệ thống sử dụng môi chất R460 và R404 Hiệu suất của hệ thống R22 và R350 cao hơn 13-15% so với hệ thống R460 và R404.
Binh bay hơi ống xoẳn | NHÀ + fiêonnước muổi | 290+ 100 | k tinh theo bể mặt nhần phía trong dng Dan bay boi panen NHỊ + ftêouước muổi —' 460+ 580 | voi AQ, = SK
Dan dag tren trêu trần - | NHụkhông khí 98 60°C: bigt dudes han
(nunde mudifAdiding kt) | 7 ở ~2U%C nhiệt đồ buẳng lạnh Dân ông trơn áp tường |" 98414 ở 0°C nhiệt độ buông lạnh
Dần ẳng có cảnh - $1459 [00 * AemBK treo thin mit hang 42447 20°C") (nig độ bay hơi
Các nhà máy điện chạy than thường có nhiệt độ khói thải cao hơn nhiệt độ của nước biển khoảng 20-40°C Do đó, hiệu ứng hấp thụ nhiệt từ nước biển vào nguồn nước giải nhiệt chỉ có thể gây ra sự chênh lệch nhiệt độ thấp dẫn đến hiệu suất nhiệt động học thấp Trong khi các nhà máy điện chạy bằng khí thường thấp hơn nhiệt độ nước biển khoảng 20-40°C Điều này giúp tạo ra chênh lệch nhiệt độ lớn hơn dẫn đến hiệu suất nhiệt động học cao hơn Các nhà máy điện chạy bằng tuabin gió hoặc thủy điện thường sử dụng nước biển làm nguồn nước giải nhiệt.
5.2 BÌNH BAY HƠI ỐNG VỎ TRƠN
Bài 5.1 Bình bay hơi ống vỏ, ống trơn Hãy tính toán bình ống vỏ nằm ngang kiểu ngập cho biết:
Năng suất lạnh Qạ = 100 kW;
Nhiệt độ nước muối (brine) ra khỏi bình bay hơi tạ “~109C;
Giả thiết hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra bằng 4
Nhiệt độ nước muối khi vào bình bay hơi là: tbị = tọa + Atp = + 4 =-6°C
Hiệu nhiệt độ tối thiểu giữa nước muối và môi chất lạnh sôi được chọn là Atmin = 5 K, vì vậy nhiệt độ sôi là: to * the —Atmin = -10-5 =-15°C Hiệu nhiệt độ trung bình logarit trong bình bay hơi là:
Atmax “ti tp = 6 = (-15)=9K Atmin = tat =-10-(-15)=5K
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống làm lạnh, nhiệt độ đông đặc của dung dịch muối phải thấp hơn nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là -15°C Do đó, nhiệt độ đông đặc tối thiểu cần đạt được là -25°C Phù hợp với yêu cầu này là dung dịch muối CaCl2 với nồng độ khối lượng 23,8%, có nhiệt độ đông đặc -25,7°C.
Tính chất vật lý của nước muối ở nhiệt độ trung bình -8°C:
Nhiét dung riéng C, = 2,910 kJ/kgK
Hệ số dẫn nhiệt À = 0,526 W/mK Độ nhớt động v = 4,374.10-Ê m?/s
Bề mặt trao đổi nhiệt có các thông số đặc tính cơ bản sau: Ống thép trơn, kéo liền, đường kính trong d; = 0,02 m, đường kính ngoài dạ = 0,025 m
Với tốc độ nước muối đi trong ống uy = 1,5 m/s, sd ống trong một lối là:
Chọn 15 ống, khi đó tốc độ thực của nước muối là:
= — 4 = 1,48 m/s ny dy Cy py -Aty,
Re V 4.374.105 g67 là chế độ chảy quá độ
Hệ số aa hiệu chỉnh chế độ quá độ tại Re = 6767 Hệ số tỏa nhiệt cho nước muối dựa trên bề mặt bên trong ống.
Mật độ dòng nhiệt phía nước muối: qeằ = = “Ä26.6.Ati,
Trong đó re = 0,8.10° m°K/W là giá trị định hướng tổng trở dẫn nhiệt của vách, cặn bẩn, cin dau i
Mật độ dòng nhiệt phía môi chất lạnh, lấy chuẩn (quy đổi) theo bể mặt trong ống cho NHạ
Déi vdi R22 (theo phugng trinh (5.40)) [13]:
(m = tỉ số giữa áp suất bay hơi và áp suất tới hạn đối với
Độ nhám trung bình tuyệt đối của bề mặt các thanh ống trong chùm ống là 3,0 Hệ số kế đến ảnh hưởng của dãy ống trong chùm ống được xác định theo đồ thị 5.24 [13], với Qrn = 3000 W/m2 thì e = 1,7.
Giải hai hệ phương trình cho NHạ và R22 trên đổ thị ta được (hình 5.1): Đối với NH3: qr; = 3450 W/m? Đối vdi R22: qpi = 3600 W/m?
Như vậy, điện tích trao đổi với hai môi chất đó là: F
Sử dụng loại mặt sàng bố trí lỗ so le kiểu tam giác đều, bước ống S = 1,3d,:
Tỉ số chiều đài ống trên đường kính vỏ: k=l⁄D=5+7
Khi đó, số lượng ống bố trí trên đường chéo của hình lục giác đều là:
1/3 ne = 0,75 h đị.ks Đổi với NHạ:
Hình 5.1 Giái hệ phương trình bằng phương pháp đỏ thị xác định mật độ dòng nhiệt trong bình bay hơi ông vỏ kiểu ngập Đối với R22:
Nếu chừa lại phần trên không bố trí ống để thoát hơi thì chọn n = 15 Đường kính vỏ:
Tổng số ống là: n= F n.d; Đối với NHạ: ny = —— 5,4ống r0,02.4 Đối với R22: n, = ai 0,6ống 7.0,02.4
Số lối: got ny Đối với NHạ:
NHạ: nị = 120 ống R22: nị = 120 ống
Trên mặt sàng, cần phải bố trí một cách khéo léo để mỗi lối đều có 15 ống và các gân chia lổi trên nắp không quá phức tạp
Thông số kỹ thuật của bình bay hơi ống vỏ sẽ là: Đường kính ống: đị= 0,02 m; dạ = 0,025m Đường kính vỏ: Dị = 0,50 m; Dạ = 0,516 m (dày 8 li) Tổng số ống: nị = 120 ống
Số lối: z = 8 lối Số ống trong một lối: nị = 15 ống/lối Chiều đài ống: l = 4000 mm
Diện tích trao đổi nhiệt: F¡ = 30,16 mˆ
5.3 BÌNH BAY HƠI ỐNG VỎ CÓ
CÁNH
Bài 5.2 Bình bay hơi ống vỏ ống có cánh
Hãy tính toán bình bay hơi ống vỏ nằm ngang kiểu ngập, ống có cánh cho biết:
Nhiệt độ nước muối ra khỏi bình bay hơi ty = -
Hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra:
Atpia = 4K= tọị — tọa Nhiệt độ nước muối vào: tụ; = -6°C Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: tạ = -15°C
Hiệu nhiệt độ trung bình:
Nhiệt độ đông đặc của nước muối t; = -25ĐC, chọn nước muối CaCl; nồng độ 23,8% kg/kg Các thông số vật lý giống bài trên
Bề mặt trao đổi nhiệt sử dụng ống đồng với các cánh tản nhiệt được chế tạo theo kiểu lăn hoa Ống có đường kính ngoài 20 mm, đường kính trong 13,3 mm và bước cánh xoắn là 1,5 mm Các cánh có góc nghiêng 309, chiều dày cánh tại đỉnh là 0,4 mm và đường kính ở vị trí đỉnh cánh và đáy cánh lần lượt là 20,6 mm và 17,6 mm Tỷ số giữa diện tích bề mặt ngoài của ống có cánh so với diện tích bề mặt trong của ống là 3,8.
Số ống trong một lối khi tốc độ nước muối là wy 1,5 m/s:
Lấy nị = 34 ống, khi đó tốc độ thực của nước muối là: oy = —~2 — =1,48 ms
Ee= od; _ 1,48.0,0133 = 4500 vụ - 4.374.106 Với giá trị đó, dong chảy nằm ở vùng quá độ.
Trong đó: €gq = 0,78 voi Re = 4500
Hệ số tỏa nhiệt phía trước muối:
Mật độ dòng nhiệt phía nước muối: drb—————=———*——u.6.At, W/m”
Trong do: a =0,5.107 m’K/W 1a tré nhiét cha vach và lớp cặn bẩn i Đối với R22:
= 568.2,964°"*.1.At,'**3,8 = 3520.At, 82 W/mẺ Giải hệ phương trình trên đồ thị (hình 5.2).
Hình 5.2 Giải hệ phương trình bằng đồ thị
Diện tích bể mặt truyền nhiệt yêu cầu:
Tỉ số chiều dai/dudng kính: k= 126 D
Số ống bố trí trên đường chéo hình lục giác đều:
Chọn n = 15 ống Đường kính trong của mặt sàng:
1= k.Dị = 6.0,405 = 2,43 m chọn ] = 3m Số lối: ye md¡ìn, - m0,0133.3.34 =4,05 lối, chọn 4 lối
Tổng số ống nị = 4.34 = 136 ống
Diện tích truyền nhiệt thực:
Bình bay hơi R22 có kích thước và đặc tính cơ bản Sau:
Vỏ ngoài Dị = 0,430 m, day 8 mm, D, = 0,446 m
Diện tích trao đổi nhiệt: F¡ = 17,04 m2 Tổng số ống: 136
Số ống trong một lối: 34 Bai 5.3 Các điều kiện giống như bài 5.2
Hãy tính toán nhiệt và tính toán thiết kế bình kiểu ngập, ống có cánh
Thiết bị chọn giống như R22 nhưng chiều dài tăng 3,5 m để đủ diện tích truyền nhiệt: F¡ = 19,88 m2,
Bài 5.4 Bình bay hơi, ống vỏ kiểu tưới
Hãy tính bình bay hơi ống vỏ kiểu tưới nằm ngang, môi chất R22 Các điều kiện cho như bài 1:
Năng suất lạnh Q¿ = 100 kW; Nhiệt độ nước muối ra khỏi bình bay hơi tụa = ~10°C
Các đặc tính của ống trao đổi nhiệt bao gồm ống đồng trơn với đường kính ngoài øa = 18 mm và đường kính trong øi = 15 mm Các điều kiện về nhiệt độ và nước muối lựa chọn tương tự bài 5.1.
Số ống trong một lối ở téc dd nude mudi wy = 1,5 m/s n= 4Q, tt = ————— = 26,3 ống
Chọn nị = 26 ống, khi đó tốc độ thực là œụ; = 1,52 m/s
Trị số Nusselt ở chế độ quá độ ứng với Re = 5213 của lỏng là:
Nu = 0,021 Re9.8,pr0⁄4,z + 0,021.5513%8 29,56%43.0,845 = 74,93 Trong d6 €gq 1a hé số quy đổi ứng với chế độ chảy quá độ
Hệ số tỏa nhiệt phía nước muối:
Hệ số truyền nhiệt phía môi chất lạnh sôi phụ thuộc vào đặc tính dòng chảy thành màng trên bề mặt chùm ống nằm ngang Khi chế độ sôi màng biến khi qg < qg, (mật độ dòng nhiệt khi bắt đầu sôi), áp dụng công thức sau:
C - hệ số phụ thuộc vào tính chất môi lạnh:
R22: C = 9800; R12: C = 7800; R113: C = 5600 r- mật độ phun mưa, mỶ/(ms);
Nếu qp > qp,; sử dụng công thức:
C¿ - hệ số phụ thuộc môi chất và nhiệt độ sôi
Chọn mật đệ phun mưa r = 0,3.10~4 m3/(m.s)
Mật độ dòng nhiệt khi bắt đầu sôi: qp, = Cị.1004995 (2) Po a 076
C; - hệ số phụ thuộc vào môi chất Cq gị¿ = 18;
Cy p11 = C1,R113 * 13,8 Po - áp suất chất lỏng, bar
Mật độ đòng nhiệt khi sôi màng ở Ate = Atp = 6,8 K pi = C2”? po? Ato?” = 5,577 2,9699 73 , 6,827 =
Trong đó €¿ = 55 (R22 sôi ở~159C) Hệ số tỏa nhiệt trung bình, quy đổi theo điện tích bên trong ống:
Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo điện tích bên trong ống: ky $y oo 720604 Win’K ch ba yj À¡ dự; 2628
Diện tích truyền nhiệt cần thiết:
Fi= cu „ WOO gạo mĩ k, At, 266,4.6,8
Số ống bố trí trên đường chéo lục giác đều khi k 1⁄D=6:
1/3 1/3 ne = 0,75 (43) -075{ #2) = 22,3; chon 23 j-K.s Đường kính vỏ: Dị = ng.s = 23.0,0235 = 0,5405 chọn 0,55 m.
Tổng số ống của chùm ống: nụ tg Hs ine rd,l 7.0,015.3,3
Số lối: goth, 13,7 lối; chọn 14 lỗi n, 26
Số ống thực tế nạ = z mị = 14.26 = 364 ống
Bài 5.5 Điều kiện cho ống như bài 5.4 Môi chất
Trả lời: des = 442.595 W/m? gi = 37.915 W/m? pi = 348 W/m?K k, = 222 W/m?K Fj = 66,4 m2? nị = 23,7 chọn 23; nị = 428 ống
5.4 BÌNH BAY HƠI ỐNG VỎ MÔI CHẤT SÔI TRONG ỐNG
Bài 5.6 Bình bay hơi ống vỏ môi chất sôi trong ống
- Tính toán thiết kế bình ngưng ống vỏ loại môi chất sôi trong ống làm lạnh nước pha nhằm cung cấp nước lạnh trong công nghệ chế biến sữa.
Lưu lượng nước cần làm lạnh m„„ = 1,5 kg/s
Nhiệt độ nước vào: tụ = 12%C
Từ lưu lượng nước tính ra năng suất lạnh yêu cầu:
Qo = My Cy (tw1 —tw2) = 1,5.4,187 (25 ~ 10) = 92,4 kW
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: ty = tựa — Atmin = 1Ô— 5 = 5ÓC
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit:
Atmax —Alinin 20-5 15 In Atmax nh 1,3863
Hệ số tỏa nhiệt phía nước, quy đổi theo diện tích bề mặt ngoài của ống, khi dòng nước chảy vòng ngang qua ống:
Trị số Reynolds khi dòng nước chẩy qua tiết diện với tốc độ uy; = 0,3 m/s
Các thông số vật lý của nước ở nhiệt độ trung bình
A= 0,593 W/mK v= 1,081.10-6 m2/s Pr = 7,635 Cp = 4,185 kJ/kgK
G Reg = 10? + 2.105 (trường hợp bài toán này)
Các hệ số của phương trình tính Nusselt xác định được: m =0,6
8, _ 0,026 vua b a=-—-=———=l,3 a, 0,02 là bước ngang tương đổi 6 b= ` = re = 1,125 là bước dọc tương đối của chùm ống Giá trị tiêu chuẩn Nusselt:
Hệ số tỏa nhiệt: agi Nua Ì 128,7.0,593 = 3816 Wim?K ad, 0,02
Mật độ dòng nhiệt phía nước:
At At wa = ——*— = —* = 1312 Atw - ; HH i ——+0,5.102 3816
Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh R22 đi trong ống có bố trí cánh phía trong ống phụ thuộc vào tốc độ khối lượng của môi chất và giá trị qp Với qp > 3000, sử dụng công thức 5.48 để tính mật độ dòng nhiệt: dra#= A?'(p.ð) 5 đ95A tậ”.
5S wiki cid Fi tee vi Z À 5
Hệ số cánh B= E lay bang 2,52: ống đồng 10 kênh trong ống dạ = 20 mm a Đối với R22 ở 5°C A = 1,395;p = 1268 kg/mỶ d = 0,003 mm đường kính tương đương của kênh bên trong ống
Tốc độ của môi chất lạnh lấy định hướng u = 0,1 m/s
Khi đó, số ống trong một lối là:
LỄ q0 f@p 107.1,1724.0,1.1268 X,1 ống; chọn 58 ống trong đó: qo - năng suất lạnh riêng khối lượng ở tạ = 5°C, ty
= 30°C môi chất R22: do = hy hg = 707 — 537 = 107 kJ/kg; f= 1,1724.10-
* m2 - tiết điện hữu ích của kênh
Như vậy: qgạ = 1,39522(0,1.1268)02(1,1724.10- 405.2 52,AL ga = 6023,6.At,”:°