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
Khi sử dụng nước tuần hoàn (hệ thống lạnh có tháp giải nhiệt) thì nhiệt độ ngưng tụ có thể tính toán như sau (hình 1.3): tự = tựa + Atmin (1.3) tựa “= tụy + Atv (1:4) twa = ty + Atmin (1.5) Trong do: tụ - nhiệt độ ngưng tụ, °C; tựi - nhiệt độ nước vào bình ngưng (hoặc ra khỏi tháp); tựa - nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng (hoặc vào tháp);
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
(Thông thường khi chọn nhiệt độ nước ra khỏi tháp cao hơn nhiệt độ ướt 3,5 K (Atu = 3,5) K thì kích thước của tháp giải nhiệt phải lớn hơn khoảng 1,5 lần so với khi chọn Atu = 5 K (xem chương 7))
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
Nhận xét: Nhiệt độ ngưng tụ tại TP HCM thấp hơn ở Hà Nội 1 K do độ ẩm ở TP HCM thấp hơn ở Hà Nội Độ ẩm không khí càng thấp càng thuận lợi cho việc giải nhiệt nước bằng tháp giải nhiệt. b, Sử dụng nước giếng khoan Nước giếng khoan lấy từ độ sâu > 6 m có nhiệt độ bằng nhiệt độ trung bình năm (cột 3 bảng E1) Nước giếng khoan được bơm cấp cho bình ngưng một lần hồi xả vào lòng đất hoặc đưa đi sử dụng vào việc khác, như vậy tụ = tạp (hình 1.4)
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
Nhận xét: Tại TP HCM, nếu dùng nước giếng khoan, nhiệt độ ngưng tụ cũng có thể giảm được 10 K, so với sử dụng tháp giải nhiệt c Sit dụng nước thành phố, hô, ao, sông, suối
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
Tùy theo quy mô của hệ thống lạnh (cỡ nhỏ, trung bình, lớn ), tùy theo vật liệu chế tạo (đồng, nhôm hoặc thép), tùy theo kiểu loại (đàn ống xoắn tĩnh hoặc có quạt, ống có cánh hoặc kiểu tấm cánh ) mà hiệu nhiệt độ ngưng tụ có thể xê dịch từ 7 + 15 K, thậm chí đến 17 K
Hiệu nhiệt t°CÍ Nhiwqdông mgt độ ngưng tụ là % An bs độ chênh lệch tz giữa nhiệt độ 1= LÍ — Nhiệt độ không khí khô ngưng tụ và nhiệt độ không : n : Fom 3 khí lam mát 0 $0 100%
(hình 1.6) Hình 1.6 Xác định nhiệt độ ngưng tụ dài ải nhiệt gió
Hi i in ngưng giải nhiệt gi
(1.7) Đối với hệ thống lạnh công nghiệp và dàn ngưng quạt có ống xoắn, hiệu nhiệt độ ngưng tụ chọn khoảng 7 + 10 K Đối với các máy lạnh nhỏ và dàn ngưng ống xoắn bằng đồng có quạt gió, chọn 13 + 17
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)
Nhận xét: Cùng là giải nhiệt gió tại Hà Nội nhưng nhiệt độ ngưng tụ của các máy lạnh lớn thấp hơn đáng kể so với máy lạnh nhỏ, hiệu nhiệt độ ngưng tụ nằm trong bài toán tối ưu về kinh tế khi thiết kế hệ thống lạnh, ở đây không trình bày
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
Nhận xét: So với việc sử dụng bình ngưng và tháp giải nhiệt, nếu sử đụng tháp ngưng tụ, nhiệt độ ngưng tụ có thể giảm đến 5 K, với nước tuần hoàn Tuy nhiên, tháp ngưng tiêu tốn nhiều vật liệu chế tạo hơn và cổng kềnh hơn Nên được tru tiên ứng dụng cho 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
Khi nhiệt độ bay hơi tăng thêm được một độ, năng suất lạnh của máy có thể tăng thêm khoảng 4% và điện tiêu tốn giảm khoảng 1,5% Do đó việc lựa chọn nhiệt độ bay hơi phù hợp là rất quan trọng để tiết kiệm năng lượng
1.4.1 Chế độ bảo quản sản phẩm
Chế độ bảo quản sản phẩm là vấn đề khá phức tạp và đã được nghiên cứu rất nhiều Nó luôn thay đổi theo điều kiện, tính chất sản phẩm, phương pháp làm lạnh và bảo quản Việc chọn đúng chế độ bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, thông gió (hoặc không thông gió), tốc độ gió trong buồng, số lần thay đổi không khí sẽ làm tăng đáng kể thời gian bảo quản sản phẩm với chất lượng dinh dưỡng, mùi vị, màu sắc cao của sản phẩm bảo quản Các bảng 1.1 đến 1.3 giới thiệu các chế độ bảo quản cho rau quả tươi, rau quả đồ hộp và các sản phẩm động vật theo tiêu chuẩn của Nga và phụ lục E4 giới thiệu chế độ bảo quần theo tài liệu của CHLB Đức Đối với các sản phẩm sống có thở như rau, hoa, quả tươi, không được đưa nhiệt độ xuống thấp hơn quy định, vì có thể làm chết rau quả hoặc rau quả không chín được nữa
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 ảnh hưởng đến chất lượng và thời gian bảo quản của nông sản Nông sản nên được duy trì nhiệt độ phù hợp để tránh hư hỏng Ví dụ, chuối xanh và cà chua xanh bị hư hỏng khi bảo quản lạnh quá; còn nông sản đã đông lạnh hoặc động vật đã giết mổ thì bảo quản càng lạnh thì thời gian bảo quản càng lâu và chất lượng càng tốt Thịt bò, lợn, gia cầm và cá thường được bảo quản ở nhiệt độ tối thiểu ~12°C, thông thường từ -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 có thể lấy giảm xuống đến 5 : 6 K khi cần độ ẩm phòng cao và tăng lên 13 + 15 K khi cần độ ẩm phòng thấp Hiệu At¿ càng nhỏ (5 + 6 K) thì điện tích trao đổi nhiệt càng lớn và ngược lại At, cang lớn thì điện tích trao đổi nhiệt càng nhỏ, chỉ tiết xin xem chương 7 tài liệu [4]
Bài 1.14 Cho biết kho lạnh bảo quản cam có đàn bay hơi trực tiếp Hãy chọn nhiệt độ bay hơi phù hợp
Giải: Theo bảng 1.2, bảo quản cam có đàn bay hơi trực tiếp ở nhiệt độ 0,5 + 2°C và độ ẩm 85% Chọn nhiệt độ buồng là 19C và Ats = 7 K Như vậy nhiệt độ sôi tính toán theo biểu thức (1.9) sẽ là: tọ = 19C~ 7 K=~69C
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
Giải: Theo bảng 1.3, nhiệt độ bảo quản thịt lơn lạnh đông là từ -18 đến -23°C, chọn nhiệt độ bảo quản là -20°C Độ ẩm bảo quản là 80 + 85% nên có thể chọn Ato = 10 K, vậy nhiệt độ bay hơi là: ty = -20°C - 10 K = -30°C
1.4.3 Bình bay hơi và dàn lạnh nước muối
Nước muối là chất tải lạnh trung gian nên phải mất thêm một hiệu nhiệt độ trung gian nữa từ buồng lạnh đến nước muối và từ nước muối đến môi chất lạnh sôi At, sẽ 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
Nhận xét: Với cùng điều kiện nhiệt độ buồng lạnh giống nhau, nếu sử dụng hệ thống lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh, nhiệt độ sôi thường thấp hơn so với đàn lạnh trực tiếp khoảng 8 + 100°C Nếu đánh giá về TKNL thì hệ thống gián tiếp tiêu tốn năng lượng nhiều hơn hệ thống trực tiếp đến 30% điện năng Nhưng vì có 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 nên vẫn được sử dụng.
SO SÁNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC GIẢI PHÁP
Như chúng ta đã biết, tiết kiệm năng lượng (TKNL) ngày nay là vô cùng quan trọng đối với hệ thống lạnh và hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) vì nó giúp bảo vệ môi trường sống, giảm phát thải khí nhà kính, làm chậm quá trình nóng lên của Trái Đất và biến đổi khí hậu toàn cầu TKNL liên quan chặt chế đến hệ số lạnh z và hệ số lạnh lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó các thiết bị trao đổi nhiệt như thiết bị ngưng tụ (TBNT) và thiết bị bay hơi (TBBH) đóng vai trò cơ bản Hệ số lạnh ngày nay được biết đến bằng tên tiếng Anh rất thông dụng trong TCVN là hiệu suất năng lượng COP (Coefficient Of Performance), và từ đây chúng ta cũng sử dụng COP để so sánh TKNL cho các hệ thống lạnh và ĐHKK Để trực quan, đầu tiên ta so sánh TKNL khi chọn các giải pháp TBNT khác nhau, khi đó ta phải giả thiết thiết bị bay hơi là giống nhau, nhiệt độ buồng lạnh là giống nhau và nhiệt độ bay hơi cũng là giống nhau Sau đó để so sánh TKNL khi chọn các giải pháp TBBH khác nhau ta phải giả thiết TBNT là giống nhau và nhiệt độ ngưng tụ là giống nhau Sau đó cỏ thể so sánh TKNL khi có các giải pháp TBNT và TBBH khác nhau khi có các điều kiện giải nhiệt và làm lạnh phòng thay đổi
1.5.1 Phương pháp so sánh TKNL
Chỉ có thể so sánh TKNL giữa hai thiết bị ở các điều kiện giống nhau, như các điều kiện tiêu chuẩn, ở các điều kiện vận hành chuẩn hoặc các điều kiện lấy làm gốc nào đỏ, ví dụ:
- Các điều kiện tiêu chuẩn (bảng 2.1) với nhiệt độ ngưng tụ, bay hơi, quá lạnh, quá nhiệt giống nhau
- Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của các máy điều hòa phòng RAC hiện nay với nhiệt độ không khí ngoài trời 35°C, trong nhà 279C, nhiệt độ ướt trong nhà 19,5°C giống nhau
- Các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của các máy PAC, ngoài nhiệt độ môi trường giải nhiệt (không khí, nước), nhiệt độ và độ ẩm trong phòng như đã nêu giống nhau còn phải kèm theo các điều kiện về lắp đặt như chiều đài đường ống ga, chênh lệch độ cao giữa hai đàn nóng lạnh cũng phải giống nhau
~ Các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của chiller làm lạnh nước hoặc làm lạnh chất tải lạnh lỏng như nhiệt độ nước giải nhiệt vào, ra, nước lạnh vào, ra , phải giống nhau (thường lấy theo 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
PIC ta sẽ giả thiết là máy 1 sao tiêu tốn 100% điện năng tương đổi và sẽ tính được % điện năng tiêu tốn của máy 5 sao Qua đó có thể đễ đàng so sánh được TKNL của máy 5 sao so với 1 sao Bài giải được trình bày đơn giản trên bảng 1.4
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,
Giải: Như đã giải thích trong mục 4.6.1 tài liệu 1, ta có thể sử dụng COP của chu trình Carnot để xác định TKNL tương đổi Bài giải được trình bày trong bang 1.6
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
Trường hợp này ta so sánh khi môi trường giải nhiệt (nguồn nóng) và môi trường lạnh (nguồn lạnh) là giống nhau nhưng do có các giải pháp thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) khác nhau nên cả nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ bay hơi đều thay đổi không giống nhau.
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%,
Nhận xét: So sánh ở bằng trên là so sánh giữa hai chu trình Carnot nhưng cũng có thể kết luận cho hai chu trình thực tế vì có thể coi chúng là đồng dạng chỉ khác nhau At ở dàn ngưng và dàn bay hơi Chu trình b tiêu tốn năng lượng cao hơn chu trình a đến 40,3% nhưng lại có ưu điểm là dàn ngưng và dàn bay hơi đều nhỏ hơn nên giá đầu tư ban đầu sẽ rẻ hơn Có thể chứng mỉnh như sau: Vì Qọ = k.F.Aty› không đổi, nên khi giả thiết k là giống nhau mà hiệu nhiệt độ ngưng tụ tăng ba lần (từ 5 K lên 15 K) thì điện tích trao đổi nhiệt F sẽ giảm được ba lần Nghĩa là đàn ngưng chu trình b chỉ bằng 1/3 dàn ngưng của chu trình a Có thể suy luận tương tự cho đàn bay hơi Ta có thể thấy với cùng công suất máy, đầu tư ban đầu lớn (đàn to hơn) có thể tiết kiệm được điện năng tiêu thụ khi vận hành và ngược lại Đây chính là bài toán tối ưu về kinh tế để tìm được hiệu nhiệt độ tối ưu khi giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ 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
Hình 2.1 Chu trình Carnot ngược chiêu thị T-s (hình 2.1), chu trình Carnot là một hình chữ nhật Hệ số lạnh không phụ thuộc môi chất mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ:
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
Hãy tính kiểm tra năng suất lạnh, công suất động cơ theo điều kiện tiêu chuẩn và tính chu trình lạnh theo điều kiện mùa hè Ha NGi: ty = -15°C, 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)
Sự khác nhau về năng suất lạnh này có thể do thể tích chết thực tế nhỏ hơn 0,05 như đã chọn một cách tự ý Nếu chọn c = 0,03; ] = 0,700 va Q, = 158,9 kW thì chỉ nhồ hơn chút ít so với 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
Động cơ cho máy bay hơi là Q = 148,5 kW để cung cấp công suất thực hiện N = 50,43 kW, công suất của tua bin là N = 54,54 kW và công suất máy bơm là N = 40,55 kW Do có các tổn thất trên đường truyền động và do điện áp nguồn dao động, nên chọn động cơ công suất Q = 65 kW để đảm bảo an toàn cho máy.
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:
Giải: Trước hết phải xác định thông số của điểm nút chu trình, Có thể dễ dàng xác định được các thông số của 1' và 3' Các điểm còn lại cần tính toán qua hồi nhiệt chứ không thể lấy các giá trị về nhiệt độ quá lạnh và quá nhiệt của các môi chất freôn cho trong bang 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
Hình 2.6 giới thiệu chu trình một cấp máy nén trục vít và pittông NH biểu diễn trên đồ thị Igp-h Tra dé thị hoặc bảng hơi bão hòa của NH¿ được pạ = 17,8 bar, po = 1,20 bar Ty sé nén mt = py/Po = 17,8/1,2 14,8 Nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén trục vít là 759C, của máy nén pittông là 180°C
Có hai điều kiện để sử dụng chu trình một cấp là hệ số cấp hay hiệu suất thể tích A phải đủ lớn để đảm bảo tính kinh tế và nhiệt độ cuối tầm nén không được quá cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn (làm lão hóa đầu) và làm giảm tuổi thọ thiết bị Đối với NHạ và máy nén pittông, hiệu suất thể tích phải > 0,5 và nhiệt độ cuối tầm nén không nên vượt quá 126°€ là nhiệt độ phân hủy của NHạ thành Nạ và Hạ Tuy nhiên vì nhiệt độ cuối tầm nén của NHạ là rất cao nên nhiệt độ cuối tầm nén cho phép lên đến 140°C Từ hai điều kiện trên, theo kinh nghiệm đối với NHạ, máy nén pittông, khi tỷ số nén “ pụu/po > 9 thì phải chuyển sang chu trình hai cấp nén Trong trường hợp này, máy nén pittông không đáp ứng cả hai điểu kiện trên nên không thể thực hiện Đối với máy nén trục vít, tỷ số nén cho phép lên tới Tr = 20 (vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế) và nhiệt độ cuối máy nén trục vít vì chu trình một cấp đơn giản hơn rất nhiều so với chu trình hai cấp Giả sử với rr = 20 ta tính được pạ = 17,8 / 20 = 0,89 Và với áp suất bay hơi này ta có thể đạt nhiệt độ bay hơi tới —3 5°C ˆ ⁄
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;
Giải: Theo lý thuyết của máy nén trục vít, lấy nhiệt độ quá nhiệt của hơi môi chất Atan = 35 K, khi đó nhiệt độ hơi hút vào máy nén trục vít là tị = 59C
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
Hình 2.8, Hiệu sult thể tích ở của máy nén trục Hình 2.9, Sự nhụ thuộc eùa hiệu suắt chỉ vit phụ thuộc vào tÌ số nón x Profl rắng acximet iii ry Wi All ei A ray eo to
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
Hình 2.10, Sự phụ thuộc của hiệu suắt hiệu Hình 2.11, Sự phụ thuộc của hiệu dụng đối với máy nên trục vÍt mmonlae vào SuẤT cơ te, Vio tì số nên ¡r về œ khắc nÌưn/
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 chọn cần có 5 + 10% công suất dự trữ Cần tính toán công suất cần thiết ở chế độ làm việc nặng nề nhất của máy để để phòng máy nén và động cơ phải làm việc ở chế độ quá tải dẫn đến hỏng máy, 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):
Lưu lượng dầu phun vào máy nén trục vít phụ thuộc vào hệ thống bôi trơn Hệ thống này đưa dầu vào các vị trí ma sát để bôi trơn, sau đó thải dầu ra khỏi máy nén Dầu phun vào máy nén cũng mang theo nhiệt để tăng nhiệt độ hỗn hợp dầu và môi chất lạnh Ngoài ra, dầu còn đóng vai trò 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 nằm trong khoảng 30 + 40°C, Độ tăng nhiệt độ của dầu trong máy nén lấy khoảng 20 + 40 K Nhiệt lượng do dầu thu từ môi chất lạnh Qạ có thể xác định như 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
Trong trường hợp dầu từ các gối đỡ và đệm kín (phía hút) của máy nén và ảnh hưởng đến quá trình làm việc của nó thì nhiệt lượng Qạ có thể xác định theo biểu thức sau:
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 quan hệ trên bao gồm cả lượng nhiệt thu từ môi chất lạnh theo quá trình nén 1 - 2' và cả lượng nhiệt tổn that do ma sat h ,1kW
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 lượng dầu cần thiết tuần hoàn trong máy nén trục vít đã xác định ở mục trên, một phần dầu khác còn được cấp tới các gối đỡ, bánh răng, thiết bị giảm tải và các vị trí có thể cần tới đầu của 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 được biểu diễn trên hình 3.1 Thông số của trong chu trình máy lạnh hai cấp, hai tiết lưu làm các điểm nút chu trình giới thiệu trên bang 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)
Py Po Po T hoặc có thể xác định theo các công thức thực nghiệm khác Ở đây lấy thể tích chết cạ = cạ = 0,05, App = 0,05 bar và Ap = 0,1 bar là 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
Từ các giá trị đã tính toán có thể dựng được đồ thị biểu diễn sự biến thiên của các đại lượng theo áp suất trung gian như: £= f(Ptg); se = f(Ptg); > = fpg) va
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
Giải: Từ tạ = -40°C tra bằng hơi bão hoà được pạ 0,71934 bar, tương tự tụ = 425C được pạ = 16,44 bar Áp suất trung gian pụg = Ípy.pạ = 3,44 bar TY pig 3,44 bar tìm được tụy = =5,8°C, lấy tròn -69C.
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
Hầu hết các điểm đều có thể xác định được ngay trên đồ thị (hoặc tra từ bảng áp suất hơi bão hoà), chỉ có điểm 4 và 5 là phải tính toán:
Entanpy của điểm 4 xác định qua cân bằng entanpy ở điểm hoà trộn và điểm 5 được xác định qua s s = sa và pụ Các điểm 4 và 5 sẽ được tỉnh trong quá trình tính 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
Danh dau diém hy trén dé thi (hy va pg), vé sq const cắt pụ = const tại điểm 5 và tra được các giá trị sau: tạ = 329C; te = 1539C 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
/ |J2|3| 4 |$S|6]7 | # |9 | mm]! ĐC o | 84 |30 | 36 |109 | 30 | 1) | (-20) | -23,8 | -23,8 | -60 | -60 h,kJ&p | 716 Tĩu | 733 T30 |782 |437 | 499 | 4?8 | 478 ú96 | 478 | 678 vụ /kg | 0,668 mm Để nhiệt độ cuối tầm nén tạ không quá cao, giả thiết hơi môi chất sau hồi nhiệt có nhiệt độ O°C, ta 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;
- Chu trình ghép (nén hơi và hấp thụ; nén hơi và êjectơ ) là các loại chu trình ít gặp trong thực tế hoặc đã có ví dụ ở (1) nên ở đây không đề cập.
THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Có hai đạng bài toán tỉnh thiết bị ngưng tụ (TBNT) là bài toán thuận và bài toán ngược Bài toán thuận là bài tính toán thiết kế TBNT khi cho trước tải nhiệt Qạ, còn bài toán ngược là đã có sẵn một TBNT cụ thể và tién hanh tinh Q; dé kiểm tra xem có phù hợp với một ứng dụng nào đó không:
~ Bài toán thuận còn được gọi là bài toán thiết kế, cho biết Qạ, tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F, cách bố trí ống trao đổi nhiệt, cách tẳn nhiệt bơm, quạt, lối ra vào của môi trường làm mắt
~ Bài toán ngược còn gọi là bài toán kiểm tra, cho biết TBNT cụ thể có điện tích trao đổi nhiệt E, với toàn bộ kích thước, hình dang cu thể, cần xác định Qụ
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:
QckEAt là diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị truyền nhiệt, thường được biểu thị bằng m2 Đơn vị này cho biết mức độ tiếp xúc giữa lưu chất nóng và lạnh, ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt của thiết bị Diện tích trao đổi nhiệt càng lớn thì khả năng truyền nhiệt càng cao.
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]
Mỗi nhiệt yeu cdu, chon ag tao dh nhiệt, sip xp bé tri TANT hoge chon TBNT da chế tạo sẵn ba tích bể mặt trao đôi đạt yêu cầu
) Bài tadn phúc aip: Tỉnh hệ số tôa nhiệt phía hơi môi chất ngưng tụ và phía môi trường làm mắt sau €4 lúc định mật độ dàng nhiệt phía hơi môi chất ngưng tụ và mỗi trường làm snất, thiết kập bộ phương trình: nụ =NAI,)
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
44°C, nhiệt độ nước ra xuống 419C Nhiệt độ nước vào giữ nguyên 38°C Tính: a) Hiệu nhiệt độ trung bình logarit; b) Diện tích trao đổi nhiệt tăng lên; c) Luu lugng nước làm mát tăng so với các giá trị danh định
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
Trong đó: dị - đường kính trong của ống, m; dạ - đường kính ngoài của ống, m; œ, dạ - hệ số tỏa nhiệt đối lưu phía trong và phía ngoài ống, W/mˆ2K; À; - hệ số dẫn nhiệt của lớp kim loại chế tạo, lớp sơn phủ bên ngoài, lớp cáu cặn và lớp dầu bên trong , W/mK.
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:
Giả sử chọn ống trao đổi nhiét co dudng kinh @ 57 x 3 ta sẽ có điện tích trao đổi nhiệt của 1 mét chiều đài ống là Fị = n.d.1 = 0,179 m?/m Vậy chiều dài cần thiết của ống là:
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
Ta phải chọn một hoặc nhiều đàn ngưng tụ có đủ điện tích trao đổi nhiệt bên ngoài (gồm cả bề mặt ống và cánh tản nhiệt) bằng hoặc lớn hơn 417 m2 Nếu là nhiều dàn thì phải ghép song song để giảm tổn thất áp suất và dễ thoát 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)
Như ta đã biết, hệ số tỏa nhiệt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Về phía môi trường lam mat, a phụ thuộc vào chế độ chuyển động như tốc độ, kích thước, độ nhớt (đại điện là sé Reynolds), tính chất vật lý của chất lỏng hay chất khí và hình dạng, kích thước, vị trí trao đổi nhiệt Về phía môi chất ngưng tu, a phụ thuộc vào tính chất vật lý, kích thước, hình dạng, vị trí ngưng tụ cũng như 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 là thiết kế gồm các yêu cầu đầu vào như năng suất lạnh Qạ, nhiệt độ bay hơi tạ Từ đó thiết kế tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, cấu trúc dàn và quạt.
~ Bài toán ngược còn gọi là bài kiểm tra, cho trước một dàn bay hơi (đã có sẵn), cần tính toán kiểm tra lại năng suất lạnh Q„ để trả lời câu hỏi xem có ứng dụng vào một trường hợp cụ thể nào đó được 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
Qo = m.q.=m (hạ— hị), W (5.3) m ~ lưu lượng môi chất lạnh qua bay hơi, kg/S; do - nang suất lạnh riêng khối lượng, kJ/kg; hạ, hị - entanpy ra và vào đàn bay hơi, kJ/kg
5.1.3 Phương trình cân bằng nhiệt phía chất tải lạnh
Chất tải lạnh có thể là chất lồng như nước, nước muối, glycol hoặc không khí mụ, Cpụ, Atq lần lượt là lưu lượng (kg/s), nhiệt dung riêng đẳng áp (kJ/kgK) và hiệu nhiệt độ vào và ra của chất tải lạnh Các bước tính toán TBBH cũng giống như trình bày trên hình 4.1 cho TBNT Sau đây giới thiệu cách tính TBBH trên các ví dụ cụ thể
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
Hơi bốc hơi của dung dịch nước muối có thể đo bằng bình hủy hơi ông Vỏ Bình có thể sử dụng dung dịch nước muối có nồng độ 460g/lít, 230g/lít hoặc 350g/lít Bình hủy hơi ông Vỏ có thiết kế đặc biệt có cánh khuếch tán trên bề mặt, giúp đẩy nhanh quá trình bốc hơi.
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
Dain ẳng có cánh te 48456 [ooo | thấp hơn nhiệt reo trần hai hằng : 40644 620°C *) dG bubng 10K) Dân quạt lạnh R22/không khí hoặc H6 ở -4Ú*C "(nhiệt độ bay hơi amoniacfkhong khí hoặc | ¡2g ở-2ữ*C "| thấp hơn nhiệt nước muổi/khụng khớ mm 4-15 "ẽ độ buồng I0 K)
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 và muối và môi chất lạnh sôi chọn là At,min = 5 K, như vậy nhiệt độ sôi la: to * the —Atmin = -10-5 =-15°C Hiéu nhiét dé trung binh logarit trong binh bay hoi la:
Atmax “ti tp = 6 = (-15)=9K Atmin = tat =-10-(-15)=5K
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là -15°C, như vậy phải chọn dung dịch có nhiệt độ đông đặc thấp hơn 10 K để đảm bảo an toàn nghĩa là nhiệt độ đông đặc - 25°C Chọn dung dịch muối CaCl; nồng độ khối lượng là 23,8% có nhiệt độ đông đặc -25,7°C (phụ lục 4)
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
Trong đó aa là hệ số hiệu chỉnh tính đến chế độ quá độ ở Re = 6767 Hệ số tỏa nhiệt phía nước muối lấy chuẩn theo bề mặt trong của 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
R rR -tisé giữa chiều cao tuyệt đối trung bình của các š ~ấ ae ns eet š a mô trên bề mặt nhám của ống thép, lấy bằng 3,0 zm e— hệ số kế tới ảnh hưởng của dãy ống trong chùm ống và được xác định theo đồ thị 5,24 [13], e = 1,7 cho Qrn = 3000 W/m?
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 có các đặc tính cơ bản sau: Ống trong là loại ống đồng có các cánh chế tạo theo kiểu lăn hoa đường kính 20 x 3 mm, B = Fa/Fi 3,8, đường kính trong của ống dị = 13,3 mm, đường kính ở vị trí có cánh d; = 20,6 mm, đường kính ở vị trí lõm đại = 17,6 mm, bước cánh se = 1,5 mm, chiều dày cánh tại đỉnh cánh 6 = 0,4 mm, góc giữa các cánh œ = 309
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 điều kiện về nhiệt độ cũng như các điều kiện nước muối chọn như bài 5.1 Đặc tính của ống trao đổi nhiệt: Ống đồng trơn, đường kính ngoài dạ = 18 mm, đường kính trong d, = 15 mm
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 tỏa nhiệt phía môi chất lạnh sôi được xác định tùy theo đặc tính dòng chảy thành màng trên bề mặt chùm ống nằm ngang Ở chế độ sôi màng biến khi qg < qg, ; (mật độ đòng nhiệt khi bắt đầu sôi), sử dụng công thức:
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
Hãy tính toán thiết kế bình bay hơi ống vỏ, môi chất sôi trong ống để làm lạnh nước dùng để làm lạnh trong công nghệ sản xuất, cho biết:
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 Có nhiều công thức tính phụ thuộc vào tốc độ khối lượng œp của môi chất và giá trị qp Giả thiết ở đây qp > 3000, do đó chọn công thức 5.48 [13] để tính: 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,”:°