BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NHIỆT ĐỘNG

Máy nén hút hơi bão hòa khô sau khi đi ra khỏi thiết bị bay hơi có áp suất P1 và nén lên áp suất cao P2,, hơi ở áp suất cao, nhiệt độ cao được đi qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt cho nước

Tên sinh viên: Lưu Hoàng Hà

MSSV: 20214653 Lớp: Nhiệt 06 K66

Mã lớp thí nghiệm: 735346

Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Xuân Tuấn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

Hà Nội, 2023

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM NHIỆT ĐỘNG

BÀI 1-2: PHÂN TÍCH NHIỆT ĐỘNG CHU TRÌNH LẠNH

VÀ BƠM NHIỆT CỦA THIẾT BỊ

I Mục đích thí nghiệm:

- Giải thích nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt sử dụng chu trình nén hơi

- Nắm vững và xác định một số thông số đặc trưng của chu trình: Các thông số

đo áp suất P0, Pk nhiệt độ T0, Tk,…

- Xây dựng chu trình trên đồ thị LgP-h

- Tính toán cân bằng nhiệt, xác định hệ số làm lạnh ε, hệ số bơm nhiệt φ theo chu trình và so sánh với giá trị tính được thông qua phép đo trực tiếp, giải thích

lí do khác biệt

- Đánh giá hiệu quả năng lượng của từng quá trình tương ứng

II Tổng quan về bơm nhiệt:

- Máy bơm nhiệt (Heat pump ) là 1 thiết bị hoạt động theo

nguyên lý

Nhiệt động lực học nhằm mục đích vận chuyển nhiệt lượng từ môi

trường này sang môi trường khác

- Một máy bơm nhiệt thông thường cho phép nhiệt lượng di chuyển

theo 1 chiều cố định từ “nóng” sang “lạnh” hoặc ngược lại, ví

dụ như

lò sưởi, tủ lạnh Loại máy bơm nhiệt cho phép điều chỉnh và lựa chọn

chiều của nhiệt lượng được gọi là Máy bơm nhiệt thuận nghịch

- Ưu điểm của máy bơm nhiệt:

+ Sử dụng năng lượng hiệu quả, tiết kiệm điện lên đến 75%

-80% so

với các phương pháp sản xuất nước nóng khác

+ Có không khí là có nước nóng, không phụ thuộc vào thời tiết nắng,

mưa, gió, tuyết làm nóng nước trong mọi thời tiết

+ An toàn và bảo vệ môi trường, không gây ô nhiễm

+ Vận hành tự động, tiết kiệm chi phí vận hành

+ Không sử dụng điện đốt trực tiếp

+ Hệ thống dành cho hộ gia đình có công suất sản xuất nước nóng nhỏ

hơn, phục vụ cho các căn hộ, gia đình …

+ Công suất lớn cung cấp trung tâm nước nóng, phục vụ ăn

uống cho

khách sạn, nhà cao tầng, nhà máy, bệnh viện, chung cư, trung tâm thể

thao, bể bơi, sân vườn v.v …

+ Sử dụng nước nóng với chi phí thấp nhất, giảm chi phí tối đa cho hệ

thống

+ Thiết bị chính được nhập khẩu từ các nước hàng đầu trên thế giới

+ Sự giám sát chặt chẽ từ các chuyên gia cao cấp trên thế

III Mô tả thiết bị và chu trình:

- Thiết bị gồm 4 bộ phận chính:

Máy nén,dàn ngưng (còn gọi là thiết bị ngưng tụ), thiết bị tiết lưu (van tiết lưu)

và dàn bay hơi (còn gọi là thiết bị hóa hơi) được mắc nối tiếp với nhau Máy nén hút hơi bão hòa khô sau khi đi ra khỏi thiết bị bay hơi có áp suất P1 và nén lên áp suất cao P2,, hơi ở áp suất cao, nhiệt độ cao được đi qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt cho nước và ngưng tự thành tráng thái lỏng, lỏng khi đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ được đưa đến van tiết lưu, khi qua van tiết lưu trở thành hơi ẩm có áp suất P0, hơi ẩm được đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt từ không khí trở thành hơi bão hoà khô sau đó lại được máy nén hút và bắt đầu thực hiện một chu trình mới

Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, quạt, máy bơm, cảm biến nhiệt, rơ le bảo vệ áp suất cao, đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ của môi chất, màn hình hiển thị lưu lượng, màn hình hiển thị nhiệt độ, đồng hồ đo công suất điện

IV Trình tự thí nghiệm

- Tìm hiểu sơ đồ thiết bị thí nghiệm, chức năng và nguyên lí làm việc của cá

thiết bị

- Bật máy

- Bật bơm, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

- Bật quạt, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

- Bật máy nén, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu

- Kể từ lần bật máy nén, cứ 5 phút 1 lần ghi số liệu các lần đo vào bảng ( Nhiệt

độ tại cái điểm, áp suất đầu vào và đầu ra máy nén, công suất điện )

- Khi máy chạy đến lúc các thông số ổn định thì dừng đo

- Tắt máy nén, tắt quạt, tắt bơm

*Lý do mở máy nén cuối cùng: vì nếu quạt không hoạt động tốt thì môi chất không chuyển từ hởi bão hoà ẩm tới hơi bão hoà được Có nghĩa là vẫn sẽ còn 1 phần nước, mà nước vào máy nén sẽ xảy ra vấn đề

V Thí nghiệm và xử lí số liệu:

- Nhiệt độ của từng giai đoạn được xác định như sau:

+ T1: Nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén ở trạng thái hơi quá nhiệt

+ T2: Nhiệt độ môi chất ra khỏi bình ngưng ở trạng thái lỏng bão hoà

+ T3: Nhiệt độ môi chất ra khỏi van tiết lưu ở trạng thái hơi bão hoà ẩm

+ T4: Nhiệt độ môi chất ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái hơi bão hoà khô

+ T5: Nhiệt độ nước vào bình ngưng

+ T6: Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

+ T7: Nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi (Không đo được)

+ T8: Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn bay hơi

- Áp suất đầu vào máy nén P1 dư

- Áp suất đầu ra máy nén P2 dư

- Công suất điện: L

Bảng số liệu:

Lần

đo

5

-7.7 21.7 23.9 27

2

22

3

17

4

1.2 6.9 153.1

8

-5.3 21.7 24.0 28

8

22

4

16

9

1.4 7.0 153.17

4

-4.0 21.9 24.2 29

5

22

8

17

0

1.6 7.1 153.19

0

-3.2 21.8 24.2 29

8

22

7

17

0

1.6 7.3 153.2

3

-2.6 22.0 24.3 30

1

22

6

17

0

1.7 7.3 153.3

6

-2.3 21.7 24.5 30

3

23

0

16

5

1.7 7.5 153.3

8

-2.1 22.0 24.6 30

5

22

6

16

5

1.8 7.5 153.3

0

-1.9 22.3 24.7 30

7

22

8

16

7

1.8 7.5 153.4

9 80.9 32 -1.8 22.1 21.7 30

8

21

8

16

8

1.8 7.5 153.4 Lưu lượng nước: Vn = 70l/h

Nhận xét:

-Nhiệt độ T1 tăng với độ chênh lệch lớn nhất sau 10 lần đo (64.5°C với 80°C)

-Nhiệt độ T2 và T4 tăng nhẹ sau 10 lần đo

-Nhiệt độ T5, T6, T7, T8 có độ biên thiên trong khoảng ~1°C

-Từ lần đo thứ 5, áp suất P1, P2 về cơ bản đã ổn định

-Công suất điện tăng nhẹ so với lúc đầu, nhưng độ tăng không đáng kể

Ta sẽ dùng số liệu ở lần đo thứ 10 do lúc này máy đã có sự ổn định

Đồ thị trạng thái LgP-h

Điểm đầu Thiết bị đi qua Điểm sau

1 (hơi quá nhiệt) Bình ngưng tụ

Đẳng áp, hạ nhiệt bằng phương pháp để môi chất chuyển từ hơi sang long

2 (lỏng bão hoà)

2 (lỏng bão hoà) Van tiết lưu

Đẳng nhiệt, hạ áp qua thiết bị van tiết lưu

3 (hơi bão hoà ẩm)

3 (hơi bão hoà ẩm) Giàn bay hơi

Đưa môi chất được cấp nhiệt qua hệ thống quạt, đẳng áp

4 (hơi bão hoà, hoặc hơi quá nhiệt)

4 (hơi bão hoà,

hoặc hơi quá nhiệt)

Máy nén Nén đoạn nhiệt môi chất, tư đó nhiệt độ môi chất tang lên

1 (hơi quá nhiệt)

Các thông số trạng thái ở các vị trí ( Tính cho lần đo thứ 10)

- Môi chất lạnh sử dụng là :R12

- Do áp suất đo được trên máy là áp suất dư nên khi tính toán cần cộng thêm áp

suất không khí (pkk= 1 bar )

Lưu lượng nước làm mát : Vn= 70 ( l/h) => Gn = 70 (kg/h) = 0.011 (kg/s )

-Trạng thái 1: P1=Pkk+P1 dư=7.5+1= 8.5 bar ; T=T1= 80℃

-Trạng thái 2: P1=P2=8.5 bar ; T=T2= 32.5 ℃

-Trạng thái 3: P3=P4= 1+1.7= 2.7 bar ; T=T3= -2.1 ℃

-Trạng thái 4: P4=P3=2.7 bar ; T=T4= 22.3℃

Tra đồ thị thông số nhiệt động của R12 tại các vị trí 1,2,3,4 ta được :

h1=400 kJ/kg ; h2=h3=223kJ/kg ; h4= 353 kJ/kg

- Hệ số làm lạnh : εc =

h4−h3

h1−h4 = 353−223400−353 = 2.77

- Hệ số bơm nhiệt : φc=εc+1=3.77

- Công suất trao đổi nhiệt với nước tại thiết bị ngưng tụ:

Qk=mτCp(T6-T5)=0.011× 4174 × (31.5−24.5)=321.40

- Công suất tiêu thụ điện năng của máy nén :

N=(154.34−154.16)× 1000× 360030 ×60 =360 W

Hệ số bơm nhiệt hiệu dụng

φh= Qk N = 321.4360 =0.89

Vậy giá trị của hệ số làm lạnh hiệu dụng εh, hệ số bơm nhiệt hiệu dụng φh của thiết bị nhỏ hơn so với hệ số tính toán của chu trình

Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau là do sai số trong quá trình đo công suất của máy nén, do quá trình nén là không thuận nghịch, hao tổn do ma sát, do động cơ của máy nén có hiệu suất <100% nên không thể chuyển hoàn toàn điện thành công,…

- Giải thích hiện tượng có bọt khí : do trong quá trình thiết kế thiết bị không

thể loại bỏ toàn bộ không khí ra khỏi đường ống nên có sự xuất hiện của các bọt khí trong đường ống mặc dù môi chất ở trạng thái lỏng

VI Nhận xét của bản thân

Qua buổi thí nghiệm, em đã nhận biết được nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt, giải mã quy trình công nghệ của thiết bị trong phòng thí nghiệm, tính toán và so sánh giữa lí thuyết và thực tế

BÀI 3: TÌM HIỂU SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ CHU TRÌNH CỦA BƠM NHIỆT ỨNG DỤNG TRONG SẤY LẠNH

I Mục đích thí nghiệm

- Hiểu được sơ đồ của thiết bị, cấu tạo, nguyên lí hoạt động của chu trình bơm nhiệt ứng dụng trong sấy lạnh

- Vận hành máy sấy lạnh

- Hiểu rõ các quá trình trong chu trình bơm nhiệt

- So sánh chu trình bơm nhiệt sấy lạnh và đun nước nóng

II Tổng quan về sấy lạnh

Trong đời sống, để có thể bảo quản được các loại lương thực, thực phẩm, để tránh được các tác nhân gây hại như nấm mốc, vi khuẩn ta cần phải sấy nó trước khi đem đi lưu trữ hoặc phân phối ra thị trường Thực chất sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật cần sấy đến một độ ẩm nhất định nào đó mà ở độ ẩm đó các tác nhân gây hại như nấm mốc, vi khuẩn không thể phát triển được Qua đó chúng

ta có thể bảo quản được lâu dài mà vẫn giữ lại được các đặc tính, mùi vị, hương

vị như ban đầu Có hai biện pháp sấy cơ bản là sấy nóng và sấy lạnh Sấy nóng

là biện pháp tách nước ra khỏi vật cần sấy ở điều kiện nhiệt độ cao để nước bay hơi hết ra ngoài ví dụ như hệ thống sấy than trước khi đưa vào lò hơi Tuy nhiên đối với các loại lương thực, thực phẩm nếu sấy ở nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi các đặc tính, hương vị của nó Vì thế cần phải sử dụng đến biện pháp sấy lạnh

Sấy lạnh là một phương pháp sấy sử dụng chu trình ngược chiều để khử ẩm của tác nhân sấy và dung tác nhân sấy đó để tách ẩm ra khỏi vật cần sấy Tác nhân sấy thường là không khí

A.Cơ sở lý thuyết và thực tế:

- Phương pháp sấy ở đây là tạo độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy nhờ giảm

độ chứa ẩm d, khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt vào môi trường có thể trên dưới nhiệt độ môi trường

- Nước ta có khí hẩu nóng ẩm, vì thế máy sấy lạnh là công nghệ đặc biệt phù hợp với các loại nông sản, thực phẩm, đảm bảo chất lượng cũng như hành phần dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị cho sản phẩm Ngoài ra công nghệ này có nhiều ưu điểm khác như: hút ẩm không làm tang nhiệt độ môi trường, sấy khô các sản phẩm không cho phép làm khô trong nhiệt độ cao…

B.Nguyên lý hoạt động:

- Nguyên lý hoạt động của máy sấy lạnh cơ bản giống máy lạnh thông thường

Nó chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng bơm nhiệt và máy lạnh Máy lạnh chỉ dung nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi để giảm nhiệt độ môi trường, còn bơm nhiệt lại sử dụng nhiệt ở dàn ngưng tụ Nhưng cơ bản hai loại đều có thiết bị giống nhau

- Máy sấy lạnh có tác nhân sấy xử lý tách ẩm trước khi vào buồng sấy Nguyên tắc tách ẩm tác nhân sấy sử dụng dàn lạnh của máy lạnh đển làm giảm nhiệt độ của tác nhân sấy dưới nhiệt độ điểm sương để bốc hơi nước trong không khí ẩm ngưng tụ thành nước và lấy ra ngoài Phần tác nhân sấy sau khi tách ẩm được gia nhiệt lại bởi dàn nóng của máy lạnh rồi tiếp tục đưa vào buồng sấy thực hiện quá trình sấy

- Tóm lại, cơ sở của phương pháp này được thực hiện bằng cách giảm độ ẩm tương đối trong không khí để tạo ra chênh lệch áp suất giữa hơi nước trong không khí và trong tác nhân sấy Bằng cách náy độ ẩm sẽ tách ra khỏi tác nhân sấy ra ngoài không khí Khi làm lạnh không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương, hơi bão hòa ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra ngoài không khí Không khí sau đó sẽ đi qua dàn nóng sấy khô vật liệu.( Không khí từ ngoài môi trường được đi qua hệ thống bơm nhiệt có 2 thiết bị ngưng tụ ( bình ngưng và dàn ngưng ) và 1 dàn bay hơi để đảm bảo cho không khí sau khi được quạt hút hút vào buồng sấy sẽ là không khí có độ khô cao và nhiệt độ thích hợp.)

C Chu trình và một số hình ảnh của thiết bị:

a Chu trình nước giải nhiệt

• Nước được bơm từ tháp giải nhiệt đưa vào bình ngưng

• Nước đi vào bình ngưng sẽ nhận nhiệt và nóng lên,

• Nước đi ra bình ngưng sẽ được đưa quay trở lại tháp giải nhiệt và

thực hiện quá trình trao đổi nhiệt tại tháp cho tới khi đạt tới thông số nhiệt độ cài đặt và được chứa trong tháp đó sau đó được bơm trở lại bình ngưng để thực hiện chức năng giải nhiệt

b Chu trình của không khí

• Không khí được đưa vào giàn lạnh tại đây nhiệt độ giàn lạnh thấp hơn

nhiệt độ đọng sương nên hơi nước trong không khí bị ngưng tụ, khiến độ chứa hơi và nhiệt độ không khí giảm xuống nhưng độ ẩm tương đối cao .Qua giàn lạnh thì độ chứa hơi đạt yêu cầu kỹ thuật

• Không khí đi ra giàn lạnh 2 thì đi vào giàn ngưng tụ 1, tại đây không khí

có nhiệt độ thấp làm nhiệm vụ giải nhiệt một phần cho môi chất Không khí được cấp nhiệt tới nhiệt độ sấy, độ ẩm tương đối giảm xuống, không khí đạt yêu cầu kỹ thuật

• Không khí sau khi qua giàn ngưng thì độ ẩm đã giảm xuống được đưa

qua buồng sấy dải nhiệt độ thấp rồi cho thổi vào tác nhân sấy nhận ẩm

trong các vật cần sấy Và tiếp tục chu trình

c Chu trình môi chất lạnh

• Máy nén nén đoạn nhiệt môi chất lên nhiệt độ cao và áp suất cao

• Môi chất ra khi máy nén đi vào bình ngưng tụ 2 được giải nhiệt bằng

nước và bình ngưng tụ 1 được giải nhiệt bằng không khí, làm cho môi

chất ngưng tụ xuống dạng lỏng và có áp suất cao

• Môi chất sau khi ra khỏi bình ngưng được đưa vào van tiết lưu để làm

giảm nhiệt độ xuống thấp

• Môi chất được đưa vào giàn lạnh( giàn bay hơi), tại đây không khí được tuần hoàn khi đi qua dàn lạnh có nhiệt độ thấp nên hơi nước trong không khí bị ngưng tụ lại nên làm giảm độ ẩm của không khí , môi chất nhận

nhiệt từ khôngkhí nên bay hơi và tiếp tục đi vào máy nén để tiếp tục chu trình

d Chu trình của tác nhân sấy

Quạt hút tác nhân sấy về qua cửa hút đi qua phin lọc và đi tới dàn bay hơi, tại dàn bay hơi tác nhân sấy được sử lý nhiệt ẩm ( làm lạnh tách ẩm) tác nhân sấy sau khi được sử lý nhiệt ẩm có quấn theo các giọt nước ngưng tụ lại trên bề mặt dàn bay hơi sẽ được tấm chẳn nước chắn toàn bộ những giọt nước

Tác nhân sấy khi ra khỏi thiết bị bay hơi chưa đạt tới thông số công nghệ cài đặt sẽ được đưa tới giàn ngưng tụ phụ để xử lý tiếp ( quá trình sấy cấp 1) Tác

nhân sấy sau khi được sấy cấp 1 sẽ có thông số bằng với thông số công nghệ cài đặt và được quạt vận chuyển tới buồng sấy,

Tại buồng sấy tác nhân sấy sẽ trao đổi nhiệt ẩm với vật cần sấy ( quá trình nhận nhiệt, tăng ẩm), tác nhân sấy sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật cần sấy sẽ được quạt hút về qua cửa hút và thực hiện vòng tuần hoàn tiếp theo

* Một số hình ảnh hệ thống:

III Nhận xét của bản thân

Qua tìm hiểu, em đã biết được một thiết bị trong thực tế được vận hành như thế nào Đây không chỉ là một buổi thí nghiệm đơn thuần mà còn giúp em có thể hiểu được về chu trình của máy bơm nhiệt trong sấy lạnh cũng như ứng dụng các chu trình ấy trong công nghiệp như thế nào

THE END!