CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.3. Tầng trên môi chất lạnh R134a
3.3.2. Tính tốn, thiết lập thơng số các điểm nút
Trang 31
Bảng 3. 4: Thông số trạng thái của chu trình tầng dưới mơi chất R134a
Điểm nút t (oC) p (bar) h (kJ/kg) s (kJ/kg.K) v (m3/kg) Trạng thái
1 2 3,14 400 1,72 0,0645 Hơi bão hịa khơ
1’ 12 3,14 410 1,76 0,0675 Hơi quá nhiệt
2 52 9,89 434 1,76 - Hơi quá nhiệt
3 39 9,89 256 1,18 0,00086 Lỏng bảo hòa
3’ 29 9,89 240 1,13 - Lỏng chưa sôi
4 2 3,14 240 1,14 - Hơi bão hòa ẩm
5 2 3,14 256 1,21 - Hơi bão hịa ẩm
TH1: Tính tốn có sử dụng hồi nhiệt:
- Năng suất lạnh riêng:
q0(R134a) = h1 – h4 = 400 – 240 = 160kJ/kg - Công máy nén riêng:
l2 = h2 – h1’ = 434 – 410 = 24 kJ/kg - Công suất nhiệt riêng:
qk(R134a) = h2 – h3 = 434 – 256= 178 kJ/kg - Lưu lượng mơi chất tuần hồn qua hệ thống: m2 = 𝑄0(𝑅134𝑎)
𝑞0(𝑅134𝑎) = 2,467
160 = 0,015 kg/s
Trang 32 - Thể tích hút thực tế Vtt (R134a):
Vtt (R134a) = m2 . v1’ = 0,015. 0,0675 = 1,01×10-3 m3/s - Cơng máy nén lạnh:
N2 = m2 . l2 = 0,015 . 24 = 0,36 kW - Công suất nhiệt:
Qk(R134a) = m2 . qk(R134a) = 0,015 . 178 = 2,67 kW - Hệ số lạnh của chu trình:
ε2 = 𝑄0(𝑅134𝑎)
𝑁2 = 2,467
0,36 = 6,8
TH2: Trường hợp khơng sử dụng hồi nhiệt:
Ta có: qo’ = h1 – h5 = 400 – 256 = 144 (kJ/kg) l’ = h2 – h1’ = 434 - 410 = 24 (kJ/kg) ε2’ = 𝑞𝑜′ 𝑙′ =144 24 = 6 < 6,8
Vậy sử dụng hồi nhiệt sẽ có hệ số làm lạnh cao hơn.
3.3.3. Chọn thiết bị cho hệ thống a. Chọn động cơ máy nén a. Chọn động cơ máy nén
Ta chọn máy nén gián tiếp thông qua mối liên hệ giữa công suất điện của động cơ máy nén và công nén đoạn nhiệt của máy nén.
Công suất điện của động cơ máy nén được xác định theo công thức 7–25 tài liệu [50]:
Ndc = k.Nel = k.𝑁
𝜂
Trong đó:
+ k: hệ số làm việc an toàn. k = (1,1 ÷ 2,1), chọn k = 1,1 do máy hoạt động ổn định.
+ N: Công nén đoạn nhiệt của máy nén.
Trang 33 + ηi: hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế khơng phải là q trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được xác định theo công thức 7–21 tài liệu [50]:
ηi = 𝑇0
𝑇𝑘 + 0,001. 𝑡0 = 2+273
39+273 + 0,001. 2 = 0,88
+ ηe: Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,95.
+ ηtđ: Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén kín truyền động trực tiếp nên chọn ηtđ = 1.
+ ηel: Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel = 0,95. Thay các hệ số hiệu suất vào ta được:
η = 0,88.0,95.1.0,95 =0,79
Vậy công suất điện của động cơ máy nén R134a: Nđc = 1,1 . 𝑁
𝜂 = 1,1 . 0,36
0,79 = 501 W
Kết luận: Với thể tích hút thực tế Vtt (R134a) = 1,01×10-3 m3/s và cơng suất động cơ máy nén Nđc = 501 W. Vậy ta chọn máy nén có cơng suất 3/4HP R134a NEK6214Z, có các thơng số như sau là đáp ứng được hệ thống thiết kế:
- Điện áp hoạt động: 208 – 230 V AC/ 50Hz – 1 pha. - Môi chất làm việc: R134a.
- Giới hạn áp suất làm việc: 20,2 bar.
Với máy nén R134a 3/4HP, qua tính tốn xác định lại các giá trị như sau: - Năng suất lạnh Q0 (R134a) = 2,467 kW.
- Công suất nhiệt Qk (R134a) = 2,67 kW. - Công máy nén lạnh: N(R134a) = 0,36 kW.
- Lưu lượng mơi chất tuần hồn trong hệ thống: m2 = 0,015kg/s.
b. Tính chọn thiết bị ngưng tụ
Môi chất lạnh vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt từ hơi quá nhiệt sau khi ra khỏi máy nén thành lỏng cao áp rồi đưa vào van tiết lưu. Thiết bị giải nhiệt cũng được phân chia thành nhiều loại, nhưng chủ yếu là phân loại theo môi trường giải nhiệt
Trang 34 như: khơng khí, nước, các chất khác… Ở đây, ta sử dụng loại thiết bị ngưng tụ giải nhiệt khơng khí đối lưu cưỡng bức.
Diện tích trao đổi nhiệt của dàn ngưng khơng khí được xác định theo công thức 8–1 và 8–4 trang 260 – 261 tài liệu [50].
F = 𝑄𝑘
𝑘.∆𝑡𝑡𝑏
Trong đó:
F: Diện tích trao đổi nhiệt dàn bay hơi (m2).
k: Hệ số truyền nhiệt, W/m2.k.
Qk = 2,467 kW: Cơng suất nhiệt của chu trình.
Δttb: Độ chêch lệch nhiệt độ trung bình lgarit. Ta có:
- Nhiệt độ môi chất vào dàn ngưng: t1’ = 52°C. - Nhiệt độ môi chất ra dàn ngưng: t1’’= 39°C.
Giả thiết:
- Sử dụng dàn ngưng giải nhiệt cho máy nén 1HP để giải nhiệt cho máy nén 3/4HP.
- Nhiệt độ khơng khí vào thiết bị ngưng tụ: t2’= tmt = 29°C. Ta chọn nhiệt độ khơng khí ra thiết bị ngưng tụ: t2’' = 32°C.
Trang 35 Quá trình trao đổi nhiệt của dàn ngưng của mơi chất R134avà khơng khí được miêu tả như hình 3.5. Từ đó suy ra:
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lgarit theo cơng thức trang 282 tài liệu [50]:
ttb = ∆𝑡𝑚𝑎𝑥− ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑙𝑛∆𝑡𝑚𝑎𝑥 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 Với: - Δtmax= t1’ – t2’’ = 52 – 32 = 20°C. - Δtmin = t1’’ – t2’ = 39 – 29 = 10°C.
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lgarit của thiết bị là: ttb = ∆𝑡𝑚𝑎𝑥− ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑙𝑛∆𝑡𝑚𝑎𝑥 ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = 20 − 10 𝑙𝑛20 10 = 14,43 K
Hệ số truyền nhiệt k tra theo bảng 8-6 tài liệu [50] ta có: k = 30 W/m2.K Như vậy, diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng:
F𝑅134𝑎 = 𝑄𝑘
𝑘.∆𝑡𝑡𝑏 =2,467.1000
30 .14,43 = 5,69 m2