- 3
2.6.1 Giới thiệu về phần mềm EES 6 4-
EES là tờn viết tắt của từ tiếng Anh: Engineering Equation Solver. Đõy là phần mềm được GS.A.S.Klein và GS.Beckman xõy dựng từ năm 1996. Chức năng cơ bản của phần mềm này là giải một tập hợp cỏc phương trỡnh đại số, phương trỡnh vi phõn, phương trỡnh với cỏc biến phức tạp, tối ưu húa, nội suy tuyến tớnh, khụng tuyến tớnh và cỏc chức năng về đồ họa khỏc. Cỏc phiờn
hệ điều hành Macintosh của hóng Apple và cho cỏc hệ điều hành Windows của hóng Microsoft.
Cú hai sự khỏc biệt lớn giữa phần mềm EES và cỏc phần mềm giải phương trỡnh bằng phương phỏp số hiện cú. Đú là, đầu tiờn, EES tự động nhận diện và nhúm cỏc phương trỡnh lại với nhau. Đặc điểm này làm đơn giản húa cỏc quy trỡnh cho người sử dụng và đảm bảo rằng lời giải luụn được tiến hành ở hiệu suất tối ưu. Thứ hai, EES cung cấp kốm theo nhiều hàm toỏn học và nhiều hàm tớnh chất nhiệt vật lý rất hữu ớch đối với cỏc tớnh toỏn kỹ thuật, đặc biệt là đối với cỏc bài toỏn trong lĩnh vực nhiệt - lạnh. Chẳng hạn như, khi muốn tớnh toỏn bất cứ một trong cỏc thụng số nào của hơi nước, ta chỉ việc nhập hai thụng số cơ bản của hơi nước như nhiệt độ t, ỏp suất p và một lời gọi thụng số cần tớnh, phần mềm sẽ tự động tớnh toỏn được bất cứ một tớnh chất nhiệt động nào của nú. Khả năng này cú thể được ỏp dụng cho hơn 60 mụi chất khỏc như: N2, CH4, NH3, cỏc mụi chất lạnh, khụng khớ ẩm,... [28].
Thư viện cỏc hàm toỏn học và cỏc hàm tớnh chất nhiệt động của EES là khỏ bao quỏt. Một tớnh năng ưu việt khỏc của phần mềm EES là hỗ trợ người sử dụng viết cỏc hàm và chương trỡnh con giống như cỏc hàm và chương trỡnh con được viết ở trong ngụn ngữ Pascal và Fortran. EES cũng cho phộp người dựng viết cỏc module của cỏc chương trỡnh EES. Cỏc hàm, cỏc chương trỡnh con và cỏc module cú thể được lưu như cỏc file thư viện và chỳng sẽ được đọc một cỏch tự động khi EES khởi động. Cỏc hàm và cỏc chương trỡnh con được viết bằng cỏc ngụn ngữ lập trỡnh bậc cao như Pascal, C, C++
hoặc Fortran cú thể liờn kết được với EES bằng cỏch sử dụng khả năng của thư viện liờn kết động (Dynamic Library Link - DLL).
Phần mềm EES đặc biệt hữu ớch đối với cỏc bài toỏn thiết kế cú một hoặc nhiều biến cần xỏc định. Khả năng này của phần mềm được thực hiện giống như việc thực hiện đối với một bảng tớnh. Người sử dụng nhận dạng cỏc biến độc lập bằng việc nhập cỏc giỏ trị của chỳng vào cỏc ụ trong bảng. Sau đõy là một số chức năng chớnh của phần mềm [28].
Hỡnh 2.3: Cỏc mụi chất đƣợc sử dụng trong phần mềm EES
2.6.2 Chƣơng trỡnh tớnh toỏn hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh
Dựa vào cỏc quan hệ tớnh toỏn lý thuyết về năng lượng - exergy và sử dụng phần mềm EES như đó trỡnh bày ở trờn, đó tiến hành xõy dựng chương trỡnh tớnh toỏn hiệu quả làm việc của hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh BK - BSH 1.4. Chương trỡnh cú khả năng tớnh toỏn một cỏch nhanh chúng hiệu suất exergy, hệ số hiệu quả năng lượng COP, cỏc tổn thất exergy trong hệ thống. Ngoài ra, chương trỡnh cũn cú thể vẽ được cỏc đồ thị nhằm đỏnh giỏ một cỏch trực quan ảnh hưởng của cỏc thụng số bất kỳ đến hiệu quả làm việc của hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh.
Một số giao diện chớnh của chương trỡnh được trỡnh bày như sau:
Hỡnh 2.5: Giao diện chƣơng trỡnh tớnh toỏn hiệu quả hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh bắp cải
Trờn hỡnh 2.5, cú thể thấy giao diện của chương trỡnh gồm cú hai phần. Phần đầu tiờn, chương trỡnh yờu cầu người dựng nhập cỏc thụng số đầu vào (Input) như: nhiệt độ của mụi chất lạnh tại cỏc điểm nỳt của chu trỡnh bơm nhiệt, nhiệt độ, độ ẩm của khụng khớ, cụng suất điện mỏy nộn, quạt, tốc độ giú trong hệ thống, lưu lượng mụi chất lạnh. Sau khi nhập đầy đủ cỏc thụng số
trờn, người sử dụng ấn nỳt Caculate ở bờn trỏi màn hỡnh, lập tức cỏc kết quả (Output) tớnh toỏn sẽ được hiện ra ở bờn dưới. Cỏc kết quả tớnh toỏn gồm cú: cụng suất lạnh, cụng suất nhiệt, hiệu suất exergy, hệ số hiệu quả năng lượng COP, cỏc tổn thất exergy.
2.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Thụng qua những nghiờn cứu khoa học của cỏc tỏc giả trong và ngoài nước, cú thể thấy rằng phương phỏp exergy được ỏp dụng rất rộng rói và hiệu quả trong việc giải quyết bài toỏn phõn tớch hiệu quả làm việc của cỏc hệ thống nhiệt – lạnh. Do vậy, việc sử dụng phương phỏp này để nghiờn cứu hiệu quả làm việc của hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh là hợp lý và thỏa đỏng.
Việc sử dụng chương trỡnh tớnh toỏn hiệu quả làm việc hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh đó rỳt ngắn đỏng kể thời gian tớnh toỏn của người dựng trong việc giải quyết bài toỏn tớnh toỏn hiệu quả của một hệ thống nhiệt - lạnh. Hơn thế, việc xõy dựng được chương trỡnh tớnh toỏn này cũng sẽ mở ra triển vọng giải quyết được rất nhiều cỏc bài toỏn phõn tớch, đỏnh giỏ hiệu quả của cỏc hệ thống khỏc trong kỹ thuật núi chung và trong lĩnh vực nhiệt - lạnh núi riờng.
CHƢƠNG 3: NGHIấN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG SẤY LẠNH BƠM NHIỆT
3.1 THIẾT BỊ BƠM NHIỆT SẤY LẠNH BK - BSH 1.4
Hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh đa năng BK - BSH 1.4 là sản phẩm của Dự ỏn Ươm tạo Cụng nghệ 2005 - 04. Đõy là hệ thống bơm nhiệt nguyờn khối, cú thể di chuyển được, phự hợp với quy mụ sản xuất nhỏ hoặc thử nghiệm ở cỏc cơ sở nghiờn cứu, giảng dạy. Thể tớch buồng sấy là 1 m3, cú thể sấy 15 – 30 kg nguyờn liệu một mẻ sấy và mỏy đươc điều khiển tự động hoàn toàn, cụng suất điện tiờu thụ của mỏy nộn là 1,4 kW. Mụi chất lạnh sử dụng là R22.
Nguyờn lý làm việc của mỏy hỳt ẩm và sấy đa năng BK- BSH 1.4: - Hơi mụi chất lạnh sau khi được mỏy nộn nộn lờn ỏp suất ngưng tụ pk, nhiệt độ tk, được chia ra làm hai dũng. Dũng mụi chất thứ nhất cú lưu lượng m1 được đưa vào dàn ngưng ngoài (DNN), ngưng tụ lại thành lỏng. Sau đú lượng lỏng này đi vào bỡnh chứa cao ỏp (CA), qua phin lọc (FL) để tỏch ẩm, tỏch cặn bẩn và chảy qua van tiết lưu nhiệt cõn bằng ngoài (TLN) để giảm ỏp suất từ pk xuống ỏp suất p0. Dũng mụi chất thứ hai cú lưu lượng m2 được đưa vào dàn ngưng trong (DNT), ngưng tụ thành lỏng và được giảm ỏp ở van tiết lưu nhiệt cõn bằng ngoài. Hai dũng mụi chất với ỏp suất p0 trộn lẫn với nhau và chảy vào dàn bay hơi (BH). Hơi mụi chất sinh ra ở dàn bay hơi được mỏy nộn hỳt về, kết thỳc chu trỡnh cũ và tiếp tục một chu trỡnh mới.
- Khụng khớ được quạt ly tõm tạo lưu động tuần hoàn trong hệ thống sấy lạnh. Khi được quạt ly tõm hỳt qua dàn bay hơi, thải nhiệt cho mụi chất lạnh nờn nhiệt độ giảm xuống, ẩm ngưng đọng, độ chứa hơi giảm nhưng độ ẩm tương đối tăng. Sau khi được làm lạnh, khụng khớ chuyển động qua dàn ngưng tụ trong, nhận nhiệt từ mụi chất ở đõy. Khụng khớ sau khi qua dàn ngưng tụ trong tăng nhiệt độ, độ ẩm thấp sẽ được đưa vào buồng sấy để làm khụ vật liệu. Khi sấy xong, khụng khớ cú độ ẩm cao được quạt hỳt qua dàn bay hơi, tiếp tục một chu trỡnh mới.
3.1.1 Một số thụng số của thiết bị
Hỡnh ảnh của mỏy hỳt ẩm và sấy lạnh đa năng BK - BSH 1.4 được thể hiện ở hỡnh 3.1.
Hỡnh 3.1: Hỡnh ảnh thiết bị bơm nhiệt sấy lạnh BK – BSH 1.4
- Kớch thước buồng sấy: L x W x H = 1100 x 1000 x 1030 mm
- Kớch thước giàn lạnh: L x W x H = 500 x 400 x 250 mm
- Kớch thước giàn ngưng ngoài: L x W x H = 550 x 520 x 100 mm
- Kớch thước giàn ngưng trong: L x H x H = 440 x 420 x 130 mm
- Kớch thước tủ điện: L x W x H = 600 x 400 x 170 mm. Trong tủ điện gồm cú cỏc aptomat, rơ le, đồng hồ điều chỉnh thời gian chạy thời gian nghỉ, bờn ngoài cú cỏc cụng tơ đo điện tiờu hao của mỏy.
- Kớch thước xe gũng: L x W x H = 950 x 900 x 800 mm, xe gũng được làm bằng khung sắt cú cỏc rónh để khay sấy.
- Kớch thước khay sấy: L x W x H = 370 x 300 x 100 mm. Được chế tạo bằng khung nhụm và lưới sắt.
Trong đú: L: chiều dài, W: chiều rộng, H: chiều cao
- Hai bờn giàn lạnh cú 2 cửa bypass với diện tớch tối đa là: 0,076 m2 và 0,054 m2.
3.1.2 Sơ đồ nguyờn lý hệ thống điện
Để đảm bảo cho hệ thống bơm nhiệt - sấy lạnh hoạt động an toàn, hiệu quả, một hệ thống điều khiển tự động quỏ trỡnh làm việc của mỏy và hệ thống đú được thiết kế lắp đặt cựng cỏc dụng cụ đo kiểm, khống chế.
- Trỡnh tự bật mỏy.
Để vận hành hệ thống, đầu tiờn ta bật cụng tắc chuyển mạch sang vị trớ ON và sau đú ấn nỳt khởi động START (hỡnh 3.3). Lỳc này mạch điều khiển được cấp điện và việc duy trỡ nguồn nuụi mạch điều khiển được thực hiện bởi tiếp điểm thường mở DF5 của rơle trung gian DF5. ỏp suất hỳt bỡnh thường DF3 cú điện, cỏc rơle trung gian DF3, DF5 được cấp điện nờn cỏc tiếp điểm thường mở của chỳng sẽ ở trạng thỏi đúng cũn cỏc rơle trung gian DF2, DF4 chưa được cấp điện nờn cỏc tiếp điểm thường đúng của chỳng vẫn giữ nguyờn trạng thỏi đúng. Rơle thời gian TM1 được cấp điện và sau khoảng thời gian đặt là 1 phỳt thỡ tiếp điểm TM1 của nú mới đúng mạch cấp nguồn cho rơle trung gian DF_comp. Ngay lập tức cụng tắc tơ K1 cũng được cấp nguồn và cỏc tiếp điểm K1 của nú đúng mạch động lực (hỡnh 3.3) cấp nguồn cho động cơ mỏy nộn hoạt động.
- Điều khiển thời gian chạy mỏy.
Việc điều khiển thời gian chạy mỏy được khống chế bởi rơle thời gian TM3. Sau khoảng thời gian 1 tiếng thỡ tiếp điểm thường đúng TM3 ngắt nguồn cung cấp cho cụng tắc tơ K1, cắt nguồn cung cấp cho động cơ mỏy nộn, cũn tiếp điểm thường mở TM3 thỡ đúng mạch điện cấp nguồn cho rơle thời gian TM4. Sau khoảng thời gian đặt 10 phỳt, tiếp điểm thường đúng TM4 sẽ ngắt nguồn cung cấp cho rơle thời gian TM3, làm cho cỏc tiếp điểm của rơle thời gian TM3 trở về trạng thỏi ban đầu, tiếp điểm TM4 cũng trở về
trạng thỏi thường đúng của nú. Động cơ mỏy nộn được cung cấp điện trở lại và rơle thời gian TM3 lặp lại chu trỡnh đếm thời gian của nú.
- Điều khiển quạt cấp giú.
Sau khi tiếp điểm thường mở DF1 đúng mạch điện cho cụng tắc tơ K2, tiếp điểm tự duy trỡ K2 đúng. Lỳc này hoạt động của mạng quạt cấp giú khụng cũn phụ thuộc vào DF1 mà chỉ phụ thuộc vào hai tiếp điểm thường đúng TM2 và DF2. Khi thực hiện chế độ xả băng, tiếp điểm thường đúng DF2 mở ngắt nguồn cung cấp điện cho cụng tắc tơ K2. Khi tắt mỏy tiếp điểm TM2 sẽ cắt nguồn cung cấp điện cho cụng tắc tơ K2, quạt dừng.
Hỡnh 3.2: Sơ đồ mạch điện động lực
- Trình tự tắt máy.
Khi ấn nỳt STOP, rơle trung gian DF1 và DF_comp sẽ bị mất nguồn cung cấp điện, mỏy nộn sẽ dừng ngay lập tức. Do bị mất nguồn cung cấp điện nờn tiếp điểm thường đúng K1 sẽ đúng mạch và đốn đỏ sỏng. Tiếp điểm DF1 cũng trở về trạng thỏi đúng, rơle thời gian TM2 được cấp nguồn. Sau khoảng thời gian đặt trước cỡ 1 phỳt, tiếp điểm TM2 sẽ mở, ngắt nguồn cung cấp điện cho cụng tắc tơ K2 và quạt ngừng chạy.
1~ 1~ 1~
K1 K2 DF_comp K3
B A
E
Comp Fan2 Fan1
T rỡ n h t ử ù t a ột m a ựy DF4 9 1 3,5 m in 1hour 1 9 B A GL3 YL1 RL2 YL3 S ử ù c o ỏ a ựp su a ỏt ca o HP DF6 GL2 COS DF3 DF2 11 7 K3 DF2 YL2 3 2 1 HS DF4 DF1 12 7 Humidist a t ẹ ie àu k h ie ồn v a n ủ ie ọn t ử ứ X a ỷ b a ờn g SV Thermost a t Thermost a t TS1 TS2 1 2 4 3 4 1 2 3 4 8 5 TM2 DF2 2 10 42 10 6 K2 DF1 43 8 5 TM4 7 2 TM3 TM4 2 7 TM3 5 8 GL1 RL1 K1 A1 A2 8 5 TM3 5 DF-co m p 9 DF2 8 6 9 DF3 5 9 DF6 5 DF1 14 13 A B ON ON OFF A2 A1 32 31 2 7 9 1 13 14 2 7 13 14 5 9 LP K2 Q u a ùt ca ỏp g io ự ẹ ie àu k h ie ồn t h ụ ứi g ia n ch a ùy m a ựy TM2 1 min DF1 K1 DF5 T rỡ n h t ử ù b a ọt m a ựy ẹ ie àu k h ie ồn a ựp su a ỏt n g ử n g t u ù S ử ù c o ỏ a ựp s u a ỏt th a ỏp 1 min TM1 DF_ com p TM1 ST O P DF5 STA R T A B B A
Hỡnh 3.3: Sơ đồ mạch điện điều khiển
Cỏc tiếp điểm A, B được lấy nguồn từ aptomat tổng.
Ký hiệu:
OCR – rơle nhiệt, SV – van điện từ, Comp – mỏy nộn, TS – bộ điều khiển nhiệt độ, F – quạt, HS – bộ điều khiển độ ẩm, E – điện trở xả băng,
LP – rơle ỏp suất thấp, DF – rơle trung gian, HP – rơle ỏp suất cao, TM – rơle thời gian, K – cụng tắc tơ, RL – đốn đỏ, START – nỳt khởi động, YL –
đốn vàng, STOP – nỳt dừng mỏy, GL – đốn xanh, COS – cụng tắc chuyển mạch
3.1.3 Cỏc chức năng của BK-BSH 1.4
Mỏy BK - BSH 1.4 là một hệ thống bơm nhiệt cú thể thực hiện được nhiều chức năng như:
- Chức năng sấy lạnh - Chức năng hỳt ẩm - Chức năng làm lạnh
- Chức năng điều hoà khụng khớ
3.2 PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
3.2.1 Cụng tỏc chuẩn bị
Để đảm bảo quỏ trỡnh thớ nghiệm được an toàn, chất lượng, số liệu thớ nghiệm được chớnh xỏc, cụng tỏc chuẩn bị ban đầu là hết sức quan trọng. Trước khi tiến hành giai đoạn thớ nghiệm sấy bắp cải, em đó thực hiện cỏc cụng việc sau:
- Kiểm tra lại toàn bộ tỡnh trạng của mỏy BK-BSH 1.4:
Kiểm tra cỏc thiết bị, bộ phận của hệ thống như: mỏy nộn, dàn ngưng trong, dàn ngưng ngoài, dàn bay hơi, cỏc động cơ quạt, van, tủ điện điều khiển, cỏc đồng hồ hiển thị…
Thay thế đồng hồ hiển thị nhiệt độ do đồng hồ cũ đó bị hỏng
Khắc phục, sửa chữa hệ thống mỏy do mỏy chạy được một khoảng thời gian rồi ngắt. Dũ lại vị trớ của cỏc cảm biến, đỏnh dấu lại trờn nỳm vặn
Sau khi kiểm tra, sửa chữa xong cho mỏy hoạt động khụng tải để kiểm tra sự ổn định của mỏy
- Kiểm tra sự rũ lọt khụng khớ:
Khi mỏy đó hoạt động ổn định, trước khi tiến hành thớ nghiệm, cụng việc khụng thể thiếu là kiểm tra sự rũ lọt khụng khớ. Đặc điểm của sấy bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp là nhiệt độ và độ ẩm khụng khớ sau sấy nhỏ nờn phải
- Chuẩn bị thớ nghiệm:
Trờn cơ sở nghiờm cứu về bơm nhiệt sấy lạnh ở cỏc chương trước, để tiến hành thớ nghiệm đảm bảo cỏc thụng số thớ nghiệm, chế độ thớ nghiệm, em đó xõy dựng trước số thớ nghiệm, cỏc chế độ thớ nghiệm cụ thể ở từng giỏ trị tTNS, GVLS, uTNS, BP cụ thể. Với mục đớch của luận văn, nghiờn cứu xỏc định cấu trỳc hợp lý của hệ thống sấy lạnh để tăng khả năng tỏch ẩm của dàn lạnh