Máy đo nhiệt độ tiếp xúc kiểu K ,J Extech 421509

Trang 53

Hình 4. 15:Đồng hồ đo nhiệt độ có đầu dị DS-1

Đồng hồ đo nhiệt độ như Hình 4.15 có đầu dị DS-1 dùng để đo các điểm nút của chu trình CO2 có các thơng số kĩ thuật như sau:

 Model: DS-1.

 Hiển thị thời gian: 1:00 đến 12:59.

 Dải nhiệt độ đo: -500C (-580F) ~ +700C (1580F).

 Sai số: ± 10C.

 Độ phân giải hiển thị: ˃ -200C là 0,10C; ≤ -200C là 1.00C.

 Nguồn cấp: DC 1.5V no.7 AAA.

 Kích thước: 117,5×30×27,2 mm.

 Kích thước màn hình LCD: 33×12 mm.

 Chiều dài dây đo: 1,5 m.

4.3.3. Thiết bị đo lưu lượng

Thiết bị đo lưu lượng được thiết kế dựa trên nguyên lý phân tán nhiệt và đo chính xác lưu lượng thể tích của mơi chất mà khơng phụ thuộc vào nhiệt độ. Thiết bị đo cảm biến có hai cảm biến nhiệt độ điện trở bạch kim như Hình 4.16.

Trang 54 Thơng số đặc trưng của thiết bị đo lưu lượng:

 Nhiệt độ làm việc: -400C – 450C.

 Áp suất làm việc: 40 bar.

 Nguồn cấp: DC 24V, AC 220V.

 Độ ẩm tương đối: 20 – 90%.

 Sai số:  1  2,5%.

Hình 4. 16: Thiết bị đo lưu lượng CO2

Thiết bị đo lưu lượng mơi chất R134a kiểu Turbine flow meter như Hình 4.17. Thông số kỹ thuật của Turbine flow meter:

 Model No: DGTT-015S.

 Hãng sản xuất: DIGITAL FLOW CO., LTD.

 Xuất xứ: KOREA.

 Độ chính xác: ±0.5%.

 Áp suất làm việc tối đa: 500 Kg/cm2.

 Nhiệt độ chất lỏng và môi trường xung quanh: -40 đến 80 0C.

 Phạm vi tốc độ dòng chảy: 400-5.000 L/H.

 Đơn vị xung: 0,0027 L/P (361 P/L).

Trang 55

Hình 4. 17: Thiết bị đo lưu lượng mơi chất R134a

4.3.4. Ampe kìm

Ampe kìm dùng để đo dòng điện của máy nén tầng cao R134a và tầng thấp CO2

như Hình 4.18.

Thơng số kỹ thuật đặc trưng:

 Thang đo điện áp tối đa: 600V.

 Thang đo dòng điện AC tối đa: 400A.

 Thang đo nhiệt độ: (-200C) – (+600C).

 Độ chính xác:  2%.

Hình 4. 18: Ampe kìm

4.3.5. VOM

VOM là một thiết bị dùng để đo và kiểm tra tình trạng hoạt động hiện tại của các thiết bị điện cũng như các nguồn điện áp cấp cho hệ thống và các thiết bị điện sử dụng trên hệ thống. Thiết bị đo như Hình 4.19.

Trang 56 Thông số kỹ thuật đặc trưng:

 Thang đo điện áp DC, AC tối đa: 1000V.

 Thang đo điện trở: 1500×10K.

 Độ chính xác: 2%.

Các dụng cụ đo và sai số của các thiết bị dùng trong hệ thống được tổng hợp trong Bảng 4.1.

Bảng 4. 1: Tổng hợp các dụng cụ đo và sai số

STT TÊN THIẾT BỊ HÌNH ẢNH SAI SỐ

1 Bộ số hóa tín hiệu áp suất 0,05%

2 Đồng hồ đo áp suất chân sau ±1,5%

3 Đồng hồ đo nhiệt độ ±2℃

Trang 57

4 Máy đo nhiệt độ tiếp xúc kiểu K, J

Extech 421509 ±0,05%

5 Đồng hồ đo nhiệt độ có đầu dị DS-

1 10C

6 Thiết bị đo lưu lượng CO2  1  2,5%

7 Thiết bị đo lưu lượng R134a ±0,5%

8 Ampe kìm  2%

Trang 58

CHƯƠNG 5: CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

Mơ hình thực nghiệm được vận hành trong điều kiện môi trường là 29oC, sử dụng bộ trao đổi nhiệt kênh micro để cho môi chất R134a ở tầng cao giải nhiệt cho môi chất CO2 ở tầng thấp. Quá trình chạy máy diễn ra liên tục sao cho phòng đạt nhiệt độ yêu cầu là -20oC.

Hệ thống thí nghiệm này được vận hành theo 2 trường hợp:

- Trường hợp 1, thiết bị tiết lưu tầng thấp CO2 sử dụng van tiết lưu đầu ống 10mm. - Trường hợp 2, thiết bị tiết lưu tầng thấp CO2 sử dụng van tiết lưu đầu ống 6mm. Các thông số như nhiệt độ, áp suất lưu lượng được lấy tại thời điểm đạt nhiệt độ phịng. Sử dụng các thơng số sau khi thu được lúc chạy máy để tiến hành tính tốn kết quả thực nghiệm.

5.1. Tính tốn kết quả thực nghiệm cho trường hợp 1

Vận hành máy trong trường hợp 1 ở chế độ van tiết lưu 10, thời gian phòng đạt được nhiệt độ yêu cầu là -20oC là 95 phút. Lưu lượng môi chất CO2 đi qua máy nén được đo đạc trong trường hợp 1 này 0,012 kg/s = 43,8kg/h. Hệ thống vận hành liên tục cho tới khi đạt được nhiệt độ yêu cầu.

5.1.1. Thông số điểm nút tầng thấp CO2

Các thông số điểm nút thể hiện trên hình 5.1 cho tầng thấp CO2 thể hiện ở bảng 5.1.

Trang 59

Bảng 5. 1: Thông số điểm nút tầng thấp CO2

Điểm nút t (0C) p (bar) h (kJ/kg) Trạng thái

1 -26 17 437 Hơi bão hịa khơ

1’ -10 17 454 Hơi quá nhiệt

2 55 43 497 Hơi quá nhiệt

3 8 43 217 Lỏng bão hòa

4 -28 15 217 Hơi bão hòa ẩm

- Năng suất lạnh riêng:

q0 = h1 – h4 = 437 - 217 = 220 (kJ/kg) - Công nén riêng:

l = h2 – h1’ = 497 – 454 = 43 (kJ/kg) - Công suất nhiệt riêng:

qk = h2 – h3 = 497 – 217 = 280 (kJ/kg) - Năng suất lạnh của hệ thống:

Q0 (CO2) = m1 . q0 = 0,012. 220 = 2,64 (kW) - Công nén của máy nén:

N(CO2) = m1 . l = 0,012. 43 = 0,516 (kW) - Công suất nhiệt:

Qk(CO2) = m1 . qk = 0,012. 280 = 3,36 (kW) - Hệ số lạnh của chu trình:

ε =𝑄0(𝐶𝑂2)

𝑁(𝐶𝑂2) = 2,64

0,516 = 5,1

Trang 60

5.1.2. Thơng số điểm nút tầng cao R134a

Hình 5. 2: Đồ thị lgp-h của chu trình tầng cao R134a

Các thơng số thực nghiệm và các điểm nút ở hình 5.2 cho tầng cao R134a được thể hiện ở bảng 5.2.

Bảng 5. 2: Thông số điểm nút tầng cao R134a

Điểm nút t (0C) p (bar) h (kJ/kg) Trạng thái

1 3 3,3 402 Hơi bão hịa khơ

1’ 24 3,3 417 Hơi quá nhiệt

2 62 9,0 445 Hơi quá nhiệt

3 36 9,0 251 Lỏng bão hòa

3’ 32 9,0 246 Lỏng chưa sôi

4 1 3,0 246 Hơi bão hòa ẩm

- Năng suất lạnh riêng:

q0(R134a) = h1 – h4 = 402 – 246 = 156 (kJ/kg) - Công nén riêng:

l2 = h2 – h1’ = 445 – 417 = 28 (kJ/kg) - Công suất nhiệt riêng:

qk(R134a) = h2 – h3 = 445 – 251 = 194 (kJ/kg) - Năng suất lạnh của hệ thống:

Trang 61 Q0(R134a) = Qk(CO2) = 3,36 (kJ/kg)

- Lưu lượng mơi chất tuần hồn qua hệ thống: m2 = 𝑄0(𝑅134𝑎)

𝑞0 = 3,36

156 = 0,022 kg/s - Công suất nhiệt:

Qk(R134a) = m2 . qk = 0,022. 194 = 4,27 (kW) - Công nén của máy nén:

N(R134a) = m2 . l2 = 0,022. 28 = 0,616 (kW) - Hệ số lạnh của chu trình:

ɛ = 𝑄0(𝑅134𝑎)

𝑁(𝑅134𝑎) = 3,36

0,616 = 5,5

Vậy hệ số làm lạnh tầng cao R134a có thể đạt được ở giá trị 5,5.

5.2. Tính tốn kết quả thực nghiệm cho trường hợp 2

Vận hành máy trong trường hợp 2 ở chế độ van tiết lưu 6, thời gian phòng đạt được nhiệt độ yêu cầu là -20oC là 55 phút. Lưu lượng môi chất đi qua máy nén CO2 được đo đạt trong trường hợp 2 là 0,013 kg/s = 46,8 kg/h. Hệ thống vận hành liên tục cho tới khi đạt được nhiệt độ yêu cầu.

5.2.1. Thông số điểm nút tầng thấp CO2

Các thơng số thực nghiệm và hình 5.3 cho tầng thấp CO2 được thể hiện ở bảng 5.3.

Trang 62

Bảng 5. 3: Thông số điểm nút tầng thấp CO2

Điểm nút t (0C) p (bar) h (kJ/kg) Trạng thái

1 -25 17 437 Hơi bão hịa khơ

1’ -12 17 450 Hơi quá nhiệt

2 46 40 487 Hơi quá nhiệt

3 5,5 40 217 Lỏng bão hòa

4 -28 15 217 Hơi bão hòa ẩm

- Năng suất lạnh riêng:

q0 = h1 – h4 = 437 - 217 = 220 (kJ/kg) - Công nén riêng:

l = h2 – h1’ = 487 – 450 = 37 (kJ/kg) - Công suất nhiệt riêng:

qk = h2 – h3 = 487 – 217 = 270 (kJ/kg) - Năng suất lạnh của hệ thống:

Q0 (CO2) = m1 . q0 = 0,013. 220 = 2,86 (kW) - Công nén của máy nén:

N(CO2) = m1 . l = 0,013. 37 = 0,481 (kW) - Công suất nhiệt:

Qk(CO2) = m1 . qk = 0,013. 270 = 3,51 (kW) - Hệ số lạnh của chu trình:

ε =𝑄0(𝐶𝑂2)

𝑁(𝐶𝑂2) = 2,86

0,481 = 5,9

Trang 63

5.2.2. Thông số điểm nút tầng cao R134a

Các thông số thực nghiệm và các điểm nút ở hình 5.4 cho tầng cao R134a được thể hiện ở bảng 5.4.

Bảng 5. 4: Thông số điểm nút tầng cao R134a

Điểm nút t (0C) p (bar) h (kJ/kg) Trạng thái

1 -2 2,9 398 Hơi bão hịa khơ

1’ 17 2,9 414 Hơi quá nhiệt

2 57 8,6 439 Hơi quá nhiệt

3 35 8,6 251 Lỏng bão hòa

3’ 31 8,6 244 Lỏng chưa sôi

4 -5 2,5 244 Hơi bão hòa ẩm

- Năng suất lạnh riêng:

q0(R134a) = h1 – h4 = 398 - 244= 154 (kJ/kg) - Công nén riêng:

l2 = h2 – h1’ = 439 – 414 = 25 (kJ/kg) - Công suất nhiệt riêng:

qk(R134a) = h2 – h3 = 439 – 251 = 188 (kJ/kg)

Trang 64 - Năng suất lạnh của hệ thống:

Q0(R134a) = Qk(CO2) = 3,51 (kJ/kg)

- Lưu lượng mơi chất tuần hồn qua hệ thống: m2 = 𝑄0(𝑅134𝑎)

𝑞0 = 3,51

154 = 0,022 kg/s - Công suất nhiệt:

Qk(R134a) = m2 . qk = 0,022 . 188 = 4,13 (kW) - Công nén của máy nén:

N(R134a) = m2 . l2 = 0,022 . 25 = 0,55 (kW) - Hệ số lạnh của chu trình:

ɛ = 𝑄0(𝑅134𝑎)

𝑁(𝑅134𝑎) = 3,51

0,55 = 6,3

Vậy hệ số làm lạnh tầng cao R134a có thể đạt được ở giá trị 6,3.

5.3. Nhận xét và đánh giá

Hiệu suất làm lạnh (COP) của hệ thống trong trường hợp 1 sử dụng van tiết lưu 10 là:

COP = 𝑄0(𝐶𝑂2)

𝑁𝑅134𝑎+ 𝑁𝐶𝑂2 = 2,64

0,616+0,516 = 2,3

Hiệu suất làm lạnh (COP) của hệ thống trong trường hợp 2 sử dụng van tiết lưu 6 là:

COP = 𝑄0(𝐶𝑂2)

𝑁𝑅134𝑎+ 𝑁𝐶𝑂2 = 2,86

0,55+0,56 = 2,5

Qua các giá trị tính tốn được, kết hợp với chương 3, lập bảng so sánh các giá trị nhiệt động so với lý thuyết và so với 2 trường hợp như bảng 5.5 và bảng 5.6.

Nhận xét:

- Trong cả hai trường hợp, hệ thống đều vận hành và đạt được nhiệt độ phòng yêu cầu là -20oC. Tuy nhiên, ở trường hợp 2, hệ thống vận hành ở chế độ van tiết lưu 6, phòng đạt nhiệt độ yêu cầu là 55 phút, nhanh hơn 40 phút so với trường hợp 1 dùng chế độ van tiết lưu 10.

Trang 65

Bảng 5. 5: Bảng nhiệt độ, áp suất ngưng tụ và bay hơi

to (oC) tk (oC) Sai số po (bar) pk (bar) Sai số

Lý thuyết CO2 -30 7 14,3 41,7 R134a 2 39 3,14 9,89 Trường hợp 1 CO2 -28 8 10C 15 43 ±1,5% R134a 1 36 ±2℃ 3 9 0,05% Trường hợp 2 CO2 -28 5,5 10C 15 40 ±1,5% R134a -5 35 ±2℃ 2,5 8,6 0,05% Từ Bảng 5.5, rút ra được các nhận xét:

+ Nhiệt độ bay hơi của môi chất CO2 thực tế cao hơn so với nhiệt độ bay hơi của lý thuyết là 2oC. Với môi chất R134a, nhiệt độ bay hơi của mơi chất thấp hơn so với tính tốn lý thuyết. Trường hợp 1 thấp hơn 1oC, trường hợp 2 thấp hơn 7oC.

+ Nhiệt độ ngưng tụ ở chu trình CO2 trong trường hợp 1 cao hơn lý thuyết 1oC, trường hợp 2 thấp hơn 1,5oC. Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất R134a thực tế thấp hơn lý thuyết 2oC trong trường hợp 1 và 3oC trong trường hợp 2.

+ Áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ của môi chất R134a trong 2 trường hợp nhỏ hơn so với tính tốn lý thuyết.

+ Độ chênh lệch nhiệt độ của môi chất vào và ra bộ trao đổi nhiệt:

 Trường hợp 1: đối với mơi chất R134a có độ chênh lệch là 2oC, đối với mơi chất CO2 có độ chênh lệch là 47oC.

 Trường hợp 2: đối với mơi chất R134a có độ chênh lệch là 3oC, đối với mơi chất CO2 có độ chênh lệch là 40,5oC.

+ So sánh 2 bảng thông số điểm nút trong 2 trường hợp (Bảng 5.2 và Bảng 5.4), độ quá nhiệt trong trường hợp 1 là 21K, lớn hơn trường hợp 2 với độ quá nhiệt là 19K. Độ quá nhiệt trong cả 2 trường hợp đều lớn hơn so với lý thuyết.

+ Thiết bị có sai số dẫn đến có sự chênh lệch lưu lượng, nhiệt độ và áp suất. - Qua q trình tính tốn thực tế, lập bảng so sánh với kết quả tính tốn lý thuyết (Bảng 5.6), ta nhận thấy rằng:

Trang 66

Bảng 5. 6: Bảng so sánh các thơng số tính tốn trong lý thuyết và thực tế

Chu trình Thơng số

Lý thuyết Trường hợp 1 Trường hợp 2 CO2 R134a CO2 R134a CO2 R134a Lưu lượng (kg/s) 0,00904 0,015 0,012 0,022 0,013 0,022

Công nén (kW) 0,378 0,36 0,516 0,616 0,481 0,55 Năng suất lạnh (kW) 2 2,467 2,64 3,36 2,86 3,51

Hệ số làm lạnh 5,3 6,8 5,1 5,5 5,9 6,3

COP 2,7 2,3 2,5

+ Đối với chu trình CO2, cơng nén cao hơn so với tính tốn lý thuyết, trường hợp 1 cao hơn 36,5%, trường hợp 2 cao hơn 27,2%. Đối với chu trình R134a, cơng nén ở trường hợp 1 cao hơn 71,1%, ở trường hợp 2 cao hơn 52,7%.

+ Hệ số làm lạnh của hệ thống trong trường hợp 1 thấp hơn 3,7%, tuy nhiên ở trường hợp 2 cao hơn 11,3%.

+ Năng suất lạnh thu được so với lý thuyết cao hơn, trong trường hợp 1 là 1,3 lần và trong trường hợp 2 là 1,4 lần.

+ Chỉ số COP trong trường hợp 1 thấp hơn 15% và trong trường hợp 2 thấp hơn hơn là 7,4%.

Đánh giá:

+ Với vị trí lắp đặt của thiết bị đo lưu lượng là ở sau dàn bay hơi và trước máy nén. Lượng môi chất đi ra khỏi van tiết lưu có vận tốc dịng chảy lớn hơn so với lý thuyết. Tuy nhiên, lượng môi chất đi qua thiết bị đo lưu lượng có sự chênh lệch khơng đáng kể một phần là do sai số của thiết bị đo lưu lượng tại thời điểm phòng đạt nhiệt độ yêu cầu.

+ Do lưu lượng môi chất từ dàn bay hơi đi về máy nén lớn hơn lưu lượng môi chất đi qua máy nén do đó máy nén sẽ tốn công hơn để nén lượng môi chất, dẫn đến tốn thêm thời gian, làm ảnh hưởng đến chỉ số COP của hệ thống.

+ Năng suất lạnh của trường hợp 2 lớn hơn trường hợp 1. Do nhiệt độ bay hơi của tầng R134a giảm nên nhiệt độ ngưng tụ của môi chất CO2 cũng cao hơn nên năng suất lạnh cũng cao hơn.

Trang 67 + Độ quá nhiệt lớn làm gia tăng công nén máy nén R134a có thể làm ảnh hưởng tới tuổi thọ của máy nén, ảnh hưởng tới năng suất lạnh của hệ thống, đồng thời làm COP của hệ thống giảm.

+ Bộ trao đổi nhiệt làm việc tốt, hơi môi chất R134a đi vào bộ trao đổi nhiệt giải nhiệt tốt cho môi chất CO2 đạt được giá trị ngưng tụ thấp hơn tính tốn lý thuyết. + Ở cả 2 trường hợp, nhiệt độ phòng đều giảm từ nhiệt độ 29oC xuống -20oC. Tuy nhiên ở chế độ van tiết lưu 6 của trường hợp 2, nhiệt độ phòng giảm xuống nhanh hơn ở chế độ van tiết lưu 10 của trường hợp 1 là 40 phút và chỉ số COP cũng cao hơn trường hợp 1 là 1,09 lần cho nên vận hành hệ thống khi dùng van tiết lưu 6 sẽ giúp hệ thống hoạt động tốt hơn.

Trang 68

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6.1. Kết luận

Qua quá trình thực hiện đề tài, kết quả mà nhóm chúng em đã đạt được gần như mục tiêu đã đề ra bao gồm: đưa ra được các kết quả tính tốn và thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng R134a/CO2 dùng các bộ trao đổi nhiệt compact, xác định được COP cho hệ thống ghép tầng này và đánh giá hiệu quả của mơ hình hệ thống lạnh ghép tầng so với tính tốn lý thuyết.

Kết quả thực nghiệm thu được trong quá trình vận hành thực tế ở trường hợp 2 thu được đạt giá trị tốt hơn trường hợp 1.

Năng suất lạnh đạt được: Qo = 2,86kW. COP đạt được: 2,5.

Thời gian đạt nhiệt độ yêu cầu: 55 phút.

Các thông số thực nghiệm đều gần phù hợp với kết quả tính tốn lý thuyết. Các kết quả thực nghiệm này sẽ là dữ liệu có giá trị thực tiễn, góp phần giúp ích cho các