THIẾT KẾ THỂ TÍCH & DIỆN TÍCH THÙNG BẢO ÔN

Trang 1

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN1.1.MÔI CHẤT LẠNH R134a:

Môi chất lạnh R134a có công thức CH2F - CF3 là môi chất lạnh có chỉ số phá huỷ tầng ozon bằng 0, dùng để thay thế cho R12 ở dãy nhiệt độ cao và trung bình, đặc biệt trong điều hoà không khí Ở dãy nhiệt độ thấp R134a không có những đặc tính thuận lợi, hiệu quả năng lượng thấp

Trong hệ thống điều hoà không khí thường dùng loại dầu bôi trơn polyalkylenglycol hoà tan hoàn toàn trong môi chất R134a

PAG-R134a phù hợp với hầu hết các kim loại, hợp kim, và phi kim loại chế tạo máy, trừ kẽm, nhôm, magie, chì ,hợp kim nhôm với thành phần magie lớn hơn 2% khối lượng

R134a có chỉ số làm nóng địa cầu bằng 90% của R12 và cũng có nhiều đặc tính giống R12 như :

 Không cháy nổ

 Không độc hại, không ảnh hưởng xấu đến cơ thể sống

 Tương đối bền vững hoá và nhiệt

 Có các tính chất tốt với kim loại chế tạo máy

 Có tính chất nhiệt động và vật lý phù hợp

1.2 Ô TÔ LẠNH:

Tuỳ thuộc vào tải trọng và công dụng ô tô lạnh có thể chia thành các loại như sau: loại tải trọng nhẹ (0.5-1.5 tấn) sử dụng trong nội thành, loại tải trong trung bình (2.5-5 tấn) được sử dụng trong nội thành và giữa các thành phố, loại tải trong nặng (8 -22 tấn) được sử dụng giữa các thành phố và có thể giữa các quốc gia

Ô tô lạnh thường có cấu tạo như sau: đối với tải trọng nhẹ thì phần đầu kéo và buồng lạnh là một khối thống nhất; đối với loại tải trọng trung bình và lớn thì có đầu kéo riêng và buồng lạnh được đặt trên rơ mooc 2 cầu với hệ thống lạnh độc lập, còn đối với tải trọng lớn thì có đầu kéo riêng và buồng lạnh được đặt trên loại rơ mooc 1 cầu

Ô tô lạnh có thân bằng gỗ hoặc bằng kim loại được cách nhiệt cẩn thận và đặt trên khung xe Nhiệt độ bên trong buồng lạnh có thể đạt từ +12 đến -200C Ô tô lạnh dùng để vận chuyển các loại thực phẩm làm mát thì có lớp cách nhiệt bình thường với hệ số truyền nhiệt không lớn hơn 0.7W/m2K, còn nếu vận chuyển các loại thực phẩm đông lạnh thì phải được cách nhiệt tốt hơn với hệ số truyền nhiệt không lớn hơn 0.4W/m2K Ô tô lạnh cũng được cách nhiệt bằng vật liệu mốp xốp

1.3 HỆ THỐNG LẠNH TRÊN Ô TÔ LẠNH:

Hệ thống lạnh trên ô tô lạnh với tải trọng trung bình và nhẹ thường bao gồm những thiết

bị sau:

 Máy lạnh nén hơi

 Dàn lạnh bay hơi trực tiếp làm lạnh sản phẩm nhờ dàn quạt đối lưu cưỡng bức

 Dàn nóng giải nhiệt bằng quạt gió

 Van tiết lưu

 Thiết bị hồi nhiệt

 Bình chứa cao áp

Trang 2

 Phin sấy lọc.

 Mắt ga

 Rơle nhiệt độ

 Rơle áp suất thấp

 Rơle áp suất cao

Chức năng, cấu tạo của các thiết bị:

 Máy nén: hút hơi ra khỏi dàn lạnh nhằm duy trì áp suất không đổi trong bình bốc hơi

và nén hơi đến áp suất ngưng tụ trong dàn nóng Thường dùng máy nén nửa kín

 Dàn lạnh: dùng để làm lạnh không khí Thường dùng loại dàn lạnh làm lạnh trực

tiếp, có cánh tản nhiệt loại cánh phẳng, đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió Quạt hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua đai truyền

 Dàn nóng: dùng để truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh cho môi trường giải nhiệt

Thường dùng là loại chùm ống có cánh tản nhiệt dạng cánh phẳng, đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió, hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua đai truyền

 Van tiết lưu: để tiết lưu chất lỏng tác nhân lạnh từ áp suất ngưng tụ đến áp suất sôi

và điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống dùng

 Thiết bị hồi nhiệt: dùng để trao đổi nhiệt giữa lỏng tác nhân từ bình chứa đến van

tiết lưu và hơi tác nhân lạnh đi ra khỏi dàn lạnh nhằm tận dụng nhiệt để quá nhiệt hơi hút Thường dùng là loại ống xoắn ruột gà lồng trong ống

 Bình chứa cao áp: được bố trí về phía cao áp sau thiết bị ngưng tụ để chứa lỏng tác

nhân lạnh sau ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưng tụ đồng thời dự trữ một lượng lỏng đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của hệ thống

 Phin sấy lọc: được bố trí trên đường ống dẫn lỏng trước tiết lưu và trên đường dẫn

hơi về máy nén nhằm loại ẩm và các tinh thể đá tạo thành, tránh hiện tượng tắc ẩm cho van tiết lưu và ẩm xâm nhập vào máy nén

 Mắt gas: là kính quan sát lắp trên đường lỏng (sau phin sấy) để quan sát dòng chảy

của môi chất lạnh

 Rơle nhiệt độ: có nhiệm vụ điều khiển tự động quá trình đóng mở cho hệ thống hoạt

động hoặc ngưng hoạt động nhằm ổn định nhiệt độ làm lạnh theo giá trị định trước

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Máy nén hút hơi ở áp suất thấp, nhiệt độ thấp từ thiết bị hồi nhiệt nén lên tới nhiệt độ và áp suất cao rồi đẩy hơi môi chất lạnh này vào thiết bị ngưng tụ Tại thiết bị ngưng tụ hơi môi chất lạnh được giải nhiệt bởi không khí và ngưng tụ thành lỏng Lỏng môi chất lạnh được đưa vào bình chứa cao áp Từ bình chứa cao áp lỏng được đưa vào thiết bị hồi nhiệt và trao đổi nhiệt với hơi môi chất đến từ dàn lạnh để thành lỏng quá lạnh Lỏng quá lạnh được đưa qua phin sấy lọc để loại trừ các tạp chất cơ học và ẩm Lỏng này tiếp tục được đưa qua van tiết lưu, qua đó áp suất được giảm đột ngột từ áp suất cao (áp suất ngưng tụ) đến áp suất thấp (áp suất bốc hơi) Lỏng áp suất thấp này được đưa vào thiết bị bốc hơi, ở đó lỏng môi chất lạnh thu nhiệt của buồng trữ đông để sôi và hoá hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp Hơi ra khỏi thiết bị bốc hơi qua thiết bị hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt và tiếp tục được máy nén hút trở lại rồi tiếp tục một chu trình kín

Trang 3

nén sẽ chạy không tải Sau một khoảng thời gian nhiệt độ trong thùng xe tăng, rơle nhiệt độ lại đóng mạch bộ ly hợp từ tính của máy nén cho hệ thống hoạt động trở lại bình thường.

Trang 4

CHƯƠNG II:

THIẾT KẾ THỂ TÍCH & DIỆN TÍCH THÙNG BẢO ÔN

Ta chọn sản phẩm lạnh đông cần bảo quản và vận chuyển là bắp cải

 Định mức thể tích sản phẩm: gv = 0,3 tấn/m3 [2]

 Thể tích sản phẩm chứa trong thùng bảo ôn: 5 16,67

0,3

sp v

G V g

 Diện tích sản phẩm trong thùng bảo ôn:

16,67

9, 261,8

sp sp sp

V F h

Với: hsp là chiều cao của sản phẩm trong thùng bảo ôn Chọn hsp = 1,8 (m)

 Diện tích thực cần thiết kế cho thùng bảo ôn:

9, 260,85

sp l F

F F

β

= = =10,88(m2) Với βF là hệ số sử dụng của thùng bảo ôn Chọn βF = 0,85 với thùng bảo ôn có

Fl <20m2

 Thùng xe chuẩn theo thiết kế của Công ty kỹ nghệ lạnh Seaprodex Saigon Searefico với năng suất 5 tấn có kích thước bề mặt ngoài:

5,000(m) x 2,350(m) x 2,150(m)

=> kích thước bề mặt trong của thùng bảo ôn là:4,790(m)x2,140(m) x1,938(m)

=>Fl =4,790x2,140=10,25 có thể xem≈10,88(m) nên thoả yêu cầu.

 Vậy thùng bảo ôn có kích thước như thùng xe chuẩn của Công ty kỹ nghệ lạnh Seaprodex Saigon Searefico:

dài x rộng x cao5,000(m) x 2,350(m) x 2,150(m)

Trang 5

CHƯƠNG III:

TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM

3.1 TÍNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT

3.1.1 Trần:

Với:

 δ1: bề dày lớp nhôm bảo vệ trong và ngoài

 δ2: bề dày lớp Bimut cách ẩm

 δcn: bề dày lớp cách nhiệt mốp xốp làm từ polyurethan

Trần được gia cố vững chắc bằng những thanh gỗ liên kết

 Bề dày tự chọn và hệ số dẫn nhiệt cho trong bảng sau:

3 Lớp polyurethan cách nhiệt δcn 0,0325

 λcn: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/mK

 K: hệ số truyền nhiệt trên 1m2 bề mặt của các vách bao che thùng bảo ôn, W/m2K Trong vận chuyển sản phẩm lạnh đông thì hệ số K không lớn hơn 0,4W/m2K

 δi, λi: bề dày (m) và hệ số dẫn nhiệt (W/mK) của các lớp cách ly (trừ lớp cách nhiệt)

 αng: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt ngoài của vách bao che, W/m2K

 αtr: hệ số tỏa nhiệt từ mặt trong của vách bao che đến không khí trong thùng bảo ôn, W/m2K Chọn αtr = 8 (W/m2K) [1]

 αng được tính theo công thức sau:

ω

αng = 4 , 9 + 15 , 1

Với ω: vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s

Chọn ω = 45km/h = 12,5 m/s, thế vào công thức ta có:

δ1

δ1δ2δCN

Trang 6

3 58 5 12 1 15 9

 δcn: bề dày lớp cách nhiệt mốp xốp làm từ polyurethanĐể đảm bảo vách được vững chắc người ta dùng những tấm nhôm sóng vuông và gia cố bằng những thanh gỗ liên kết

Bề dày tự chọn và hệ số dẫn nhiệt cho trong bảng sau:

(W/mK)

1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8

2 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18

Trang 7

 δ3: bề dày lớp thép không rỉ

 δcn: bề dày lớp cách nhiệt mốp xốp làm từ polyurethan

Để tăng cứng người ta dùng những tấm nhôm dạng sóng vuông và gia cố bằng những thanh gỗ chịu lực Đồng thời dạng sóng vuông giúp thoát nước dễ dàng

Bề dày tự chọn và hệ số dẫn nhiệt cho trong bảng sau:

2 Thép không rỉ X25T 0,001 16,7

3 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18

Bề dày từng phần của kết cấu bao che được cho trong bảng sau:

3.2 KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG:

Để đảm bảo không đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che phải thỏa điều kiện:

 αng: hệ số tỏa nhiệt về phía có nhiệt độ cao hơn, W/m2K

 tng: nhiệt độ không khí bên ngoài thùng bảo ôn, 0C

 ttr: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn, 0C

 ts: nhiệt độ điểm sương của không khí bên ngoài, 0C

Trang 8

 Hệ số truyền nhiệt thực tính theo tường (do Kth (vách/trần) > Kth (sàn) nên nếu vách/trần thoả biểu thức (1) thì sàn cũng thoả):

 Do Kth < Ks nên vách ngoài của kết cấu bao che không bị đọng sương

Tỉnh thành Nhiệt độ cao nhất(0C) Độ ẩm%

Mùa hè Mùa đông

Trang 9

CHƯƠNG IV:

TÍNH TỔN THẤT NHIỆT THÙNG BẢO ÔN

Tổng dòng nhiệt tổn thất :

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 +Q5

Với:

 Q1: tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh, W

 Q2: tổn thất lạnh làm lạnh sản phẩm, W

 Q3: tổn thất lạnh để thông gió, W

 Q4: tổn thất lạnh trong vận hành, W

 Q5: tổn thất lạnh do sản phẩm hô hấp, W

Ô tô lạnh chỉ vận chuyển sản phẩm đã được làm lạnh đông từ trước nên không tính đến tổn thất do làm lạnh sản phẫm Q2 = 0

Do không có sự thông dòng không khí nóng từ bên ngoài vào buồng lạnh nên không có tổn thất lạnh để thông gió Q3 = 0

Dòng nhiệt Q5 chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản rau quả hô hấp đang trong quá trình sống, ô tô lạnh bảo quản ở nhiệt độ -180C nên không có quá trình hô hấp Q5=0

 Vậy tổng thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho thùng bảo ôn là:

1: tổn thất lạnh do bức xạ, W

4.1.1.Dòng nhiệt tổn thất qua các vách và trần Q '

1 :

Q'

1 = K.FV (tng - ttr)

Với :

 K: hệ số truyền nhiệt của vách và trần

 FV: diện tích tính toán của các vách và mái, m2

 tng : nhiệt độ không khí bên ngoài

 ttr : nhiệt độ không khí bên trong buồn lạnh

 Tổng diện tích mặt ngoài của các vách và mái:

Trang 10

 tmax :nhiệt độ cực đại ở nước ta = 390C

 ttr: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn= -180C

 K: hệ số truyền nhiệt của sàn, (K=0,31W/mK)

 Fs: diện tích tính toán của sàn, m2

 tng, ttr: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn, 0C

 Diện tích mặt ngoài của sàn thùng bảo ôn:

 K: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m2K

 ∆tC :hiệu nhiệt độ đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào mùa hè

 FV: diện tích vách bao che bị bức xạ mặt trời, m2

Chỉ tính cho vách có diện tích lớn nhất và phần mái:

 Vách: Fv=5,0x2,15=10,75m2,

 Mái: Fm=5,0x2,35=11,75m2

 Đối với mái màu sáng: ∆tCm=160C,

 Vách màu sáng và hướng chiếu nắng phía tây chịu tổn thất nhiều nhất :

∆tCv =80C [2]

 Vậy:

Q1''' = 0,31x(10,75x8 + 11,75x16)= 84,94 (W)

4.2 DÒNG NHIỆT TỔN THẤT TRONG VẬN HÀNH:

Tính tổn thất lạnh trong vận hành do dùng động cơ điện, quạt gió và do thất thoát khi mở cửa:

Q4 = β.Q1 [2]

Với:

Q1 là tổn thất lạnh qua kết cấu bao che

Đối với phòng lạnh thương nghiệp và đời sống chọn β = 0,4

 Vậy: Q4 = 0,4 x (810,685 + 221,65 + 84,94 ) = 446,91(W)

Trang 11

Kết quả tổng tổn thất lạnh:

1 Tổn thất qua vách và mái Q1' 810,685

3 Tổn thất do bức xạ Q1''' 84,94

4 Tổn thất do vận hành Q4 446,91

Khi tác nhân lạnh vận chuyển trong hệ thống sẽ bị tổn thất thêm 1 phần nữa, năng suất lạnh Q0 được tính như sau: Q0 = k b.Q (W)

x

- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén độc lập để làm lạnh thùng bảo ôn nên Q0 = QMN

Trang 12

CHƯƠNG V:

TÍNH CHỌN MÁY NÉN

5.1.CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC:

5.1.1.Nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh:

t0 = tb - ∆t0 [3]

Với :

 tb: nhiệt độ trong thùng bảo ôn

 ∆t0: hiệu nhiệt độ yêu cầu Đối với thiết bị lạnh thương nghiệp và đời sống ngày nay hiệu nhiệt độ chọn từ 8-130C Chọn ∆t0 = 80C

t0 = -18 - 8= -26 (0C)

5.1.2.Nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân:

Các ô tô lạnh thường tận dụng vận tốc gió do xe chuyển động để giải nhiệt dàn ngưng Nhiệt độ ngưng tụ (tk) của hơi tác nhân giải nhiệt bằng không khí được xác định bằng công thức:

tk = tkkra + ∆tk

Với :

 tkkra: nhiệt độ không khí ra khỏi bình ngưng, 0C Chọn độ chênh giữa nhiệt độ không khí vào và ra khỏi bình ngưng là 80C Nhiệt độ không khí vào ở trung bình trên toàn đất nước = 37,30C

 ∆tk: hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh ngưng tụ và không khí giải nhiệt

∆tk có giá trị trong khoảng 10 -:- 150C Chọn ∆tk = 100C;

 Vậy :

tk = 37,3 + 8 + 10 = 55,3 (0C)

5.1.3.Độ quá nhiệt, quá lạnh :

Chọn độ quá nhiệt của hơi hút đối với R134a = 200C (freon)

th = t0 +∆tqn= -26 +20= -6(0C)

Trong thiết bị hồi nhiệt lượng nhiệt quá lạnh bằng lượng nhiệt quá nhiệt trao đổi:

h1 - h1' = h3' - h3 => h3 = h3' + h1' - h1

11' h

h 33'

h

h 11'

33' h

P o , t o

, t k k P P

4

1' 1

Trang 13

Trong đó:

 1' -1: Quá nhiệt hơi hút: ∆tqn = th - t0, th: nhiệt độ hơi hút vào máy nén

 1 - 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P0 đến áp suất cao Pk, đẳng entropi

 2 - 2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa

 2' - 3': Ngưng tụ môi chất đẳng áp, đẳng nhiệt

 3' - 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp

 3 - 4: Quá trình tiết lưu đẳng entalpi ở van tiết lưu

 4 - 1': Quá trình bay hơi trong dàn bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt

Tra bảng ta có:[7]

5.2 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN:

5.2.1.Tính chọn máy nén:

2,39097133

MN tt

Q m

 λc: hệ số tính đến thể tích chết

 λtl: hệ số tính đến tổn thất nhiệt do tiết lưu

 λw: hệ số tính đến tổn thất do hơi hút vào xi-lanh bị đốt nóng

 λr: hệ số tính đến tổn thất do rò rỉ môi chất qua pittông, xi-lanh, secmăng và van từ khoang nén về khoang hút

Công thức trên có thể được viết gọn lại thành:

0 0

P P P P

P P C P

P

k k k

tl c

Trang 14

 C = 0,04: tỉ số thể tích chết.[3]

1 1

273 47,3

k

T T

−

=+ =0,7711[2]

Vậy: λ = λi λw' = 0,455 x 0,7711≈ 0,3508

Thể tích lý thuyết do pittông quét được:

0, 003780,3508

tt lt

V V

λ

= = ≈0,01078(m3/s) Hệ số lạnh của chu trình:

k P P

 Chọn máy nén pittông IIБ14 1 cấp của Nga có:

VltMN = 0,0111(m3/s)Số xi-lanh: z = 1Đường kính pittông: d = 67,5 (mm)Số vòng quay: n = 24 (vòng/s)Số lượng máy nén yêu cầu:

0,010780,0111

lt MN ltMN

V Z

V

Chọn Z = 1 máy nén

5.2.2 Tính động cơ lắp sẵn:

Động cơ lắp vào máy nén phải có đủ công suất để bù đắp cho tất cả các tổn thất xảy ra trong quá trình vận hành Các tổn thất công suất được cho trong sơ đồ sau:

Trang 15

Tổn thất trong η i

 m tt: lưu lượng khối lượng qua máy nén, kg/s

 l h= −2 h1' :công nén riêng, kJ/kg;

N N

Trang 16

 Công suất điện: công suất đo được trên bảng đấu điện, có kể đến tổn thất truyền động.

el tđ

e el

N N

η

Với :

 Hiệu suất truyền động của khớp, đai ηtđ = 0,95

 Hiệu suất động cơ: ηel = 0,8

2,0877

2,7470,95 0,8

el N

x

 Công suất động cơ lắp đặt: Nđc

Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn Nel Chọn hệ số an toàn là 2,1 cho máy lạnh nhỏ do chế độ làm việc dao động lớn và điện lưới không ổn định

Nđc = 2,1 x Nel = 2,1 x 3,743 = 5,76877 (kW)

Chọn động cơ lắp sẵn cho máy nén có công suất động cơ Nđc = 6 (kW)

Trang 17

TÍNH CHỌN DÀN LẠNH

6.1.THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ ĐI VÀO VÀ RA KHỎI DÀN LẠNH:

 Chọn thông số của không khí đi vào dàn lạnh:

 hk1 và h1”: entalpi của không khí khô và hơi nước bão hòa ở nhiệt độ t1

 Chọn thông số của không khí đi ra khỏi dàn lạnh:

80750109090

19179214

3 3

2 1