Tính tốn, thiết kế

d. Phương pháp Cleland và Earle

2.4.3. Tính tốn, thiết kế

a. Kích thước mơ hình

Theo [20] kích thước và khối lượng các miếng cá tra fillet nằm trong phạm vi như sau:

Bảng 2.11 Kích thước cá tra fillet [20]

Stt Khối lượng, [gam] Dày d, [mm] Rộng W, [mm] Dài L, [mm] W/L d/L 1 85,5-124,5 10-14 60-80 150-200 0,35-0,4 0,06-0,067 2 124,5-199,5 14-16 80-90 200-250 0,32-0,35 0,06-0,064 3 199,5-256,5 16-18 90-110 250-270 0,32-0,33 0,064-0,067 4 256,5-313,5 18-21 110-120 270-290 0,37-0,38 0,072-0,104 5 >320 >24 120-130 280-300 0,37-0,38 0,085-0,089

Theo bảng trên, có 6 kích cỡ cá với khối lượng lần lượt là: 85; 124,5; 199,5; 256,5; 313,5; 320. Chọn kích thước và khối lượng của mỗi kích cỡ kết hợp với số khay dự kiến thiết kế là 3 khay để tính số miếng cá và số khay cần thiết, từ đó ta có kết quả tính trung bình:

Bảng 2.12 Kết quả tính khay chứa cá tra fillet

1 2 3 4 5 6

Trung bình Năng suất [gam] 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 Khối lượng 1 miếng

cá [gam] 85,5 124,5 199,5 256,5 313,5 320 216,58 Số miếng cá cần thiết 23 16 10 8 6 6 9 Chiều dài [mm] 150 200 250 270 290 300 243,33 Chiều rộng [mm] 60 80 90 110 120 130 98,33 Chiều dày [mm] 10 14 16 18 21 24 17,17 Số khay cần thiết 3 3 3 3 3 3 3 Số miếng cá trên 1 khay 8 6 4 3 2 2 3

Các miếng cá được bố trí trong tủ đơng như sau:

Hình 2.13 Bố trí các miếng cá trong mơ hình

Theo cách bố trí trên, kích thước bên trong của tủ cấp đông sẽ là: Chiều dài: L = 3.98,33 + 2.150 + 2.100 = 795 mm. chọn L = 800 mm

Chiều rộng: W = 1.243,33 + 200 + 100 + 50 = 593,33 mm. chọn W = 600 mm Chiều cao: H = 3.10 + 4.100 = 430 mm. chọn H = 600 mm

Kích thước phủ bì của tủ đông:

Với chiều dày tấm panel cách nhiệt là 200mm thì kích thước phủ bì của tủ sẽ là: Chiều dài: L = 800 + 400 = 1200 mm

Chiều rộng: W = 600 + 400 = 1000 mm Chiều cao: H = 600 + 400 = 1000 mm

b. Năng suất lạnh của mơ hình

Phụ tải nhiệt của hệ thống kho lạnh được tính như sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W

Trong đó:

Q1 - Dịng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của kho lạnh, W Q2 - Dịng nhiệt do sản phẩm toả ra trong q trình xử lý lạnh, W

Q3 - Dòng nhiệt do khơng khí bên ngồi mang vào khi thơng gió buồng lạnh, W Q4 - Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh, W

Q5 - Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hơ hấp (thở) chỉ có ở các kho lạnh bảo quản rau quả, W

Với đặc điểm của mơ hình cấp đơng là năng suất rất bé, dùng để cấp đông cá nên các đại lượng Q3, Q5 được xem bằng 0. Như vậy:

Q = Q1 + Q2 + Q4, W

Nhiệt lượng truyền qua kết cấu bao che

Dàn lạnh 200 150 150 50 100 200 200 100 100 100 100 1200 100 10 10 00 1000

Đối với tủ đơng mơ hình được đặt trong phịng thí nghiệm nên dịng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do bức xạ được bỏ qua. Dòng nhiệt truyền qua các vách của tủ đơng được tính theo cơng thức sau: Q1 = k.F.t, W

Trong đó:

Hệ số truyền nhiệt qua vách tủ đông:

Theo [1], đối với các tủ đơng có diện tích nhỏ hơn 50 m2, hệ số truyền nhiệt được chọn theo vùng I, tức là k = 0,47 W/(m2.K).

Diện tích kết cấu bao che, F:

F = 2.L.W + 2.W.H + 2.L.H = 2.0,6.0,45 + 2.0,6.0,6 + 2.0,6.0,45 = 1,8 m2 Chênh lệch nhiệt độ bên ngoài và bên trong: t = 30 – (-40) = 70C

Vậy: Q1 = 0,47.1,8.70 = 59,22 W

Nhiệt lượng do sản phẩm tỏa ra

1 2 2 ( ) =M H H (W) Q  −

Trong đó: Khối lượng sản phẩm cấp đông, M = 2 kg.

Enthalpy của cá tra fillet ở nhiệt độ ban đầu và sau khi cấp đông:

Theo [1], enthalpy của cá tra fillet có thể chọn theo loại cá béo như sau: - ở nhiệt độ sản phẩm trước cấp đông 12C: H2 = 290,0 kJ/kg - ở nhiệt độ sản phẩm sau cấp đông -18C: H2 = 5,0 kJ/kg

Thời gian cấp đơng: theo tính tốn bằng cơng thức của Pham, thời gian cấp đông cho cá tra fillet ở nhiệt độ và vận tốc khơng khí -40C và 5m/s là 2370 giây. Chọn các cơ sở này để làm dữ liệu thiết kế, sau đó sẽ tiến hành các thí nghiệm để đánh giá lại các kết quả này và thiết kế lại một mơ hình hồn chỉnh.

Vậy: 2 2(290 5).1000 240 (W) 2370

Q −

= =

Nhiệt lượng do thiết bị trong buồng tỏa ra

Trong mơ hình này, chỉ lắp đặt 01 quạt dàn lạnh với công suất 100W nên nhiệt lượng do thiết bị tỏa ra, Q4 = 100 W.

Tổng phụ tải nhiệt của tủ đông: Q = 59,22 + 240 + 100 = 399,22 W Năng suất lạnh của máy nén được tính theo cơng thức:

0 . , W mn k Q Q b =

Trong đó: Q – Tổng nhiệt lượng tiêu tốn, W.

k – Hệ số tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. b – Hệ số thời gian làm việc.

Hệ số k có thể tra bảng sau đây, những giá trị nào khơng có trong bảng có thể dùng phương pháp nội suy để tìm.

Hệ số thời gian làm việc phụ thuộc vào thời gian làm việc thực tế của hệ thống trong một ngày đêm (24 giờ) và nhiệt độ bay hơi ở dàn lạnh. Tuy nhiên, với các hệ thống lạnh có cơng suất nhỏ thì hệ số thời gian làm việc của không lớn hơn 0,7.

Bảng 2.13 Hệ số k phụ thuộc vào nhiệt độ bay hơi ở dàn lạnh[1]

Nhiệt độ bay hơi của môi

chất lạnh ở dàn lạnh, t0 (C) - 40 - 30 - 10 0

Hệ số k 1,1 1,07 1,05 1,0

Năng suất lạnh thực tế của tầng thấp áp:

Chọn hệ số k = 1,1 và b = 0,7 (với hệ thống lạnh nhỏ và làm việc ở nhiệt độ -40C)

0 . 1,1.399, 22 627,3(W) 0,7 LT k Q Q b

= = = . Do năng suất tương đối nhỏ nên chọn năng suất

lạnh của tầng hạ áp là 1,0 kW để thiết kế. Năng suất lạnh của tầng cao áp:

Giả sử tổn thất nhiệt từ bộ trao đổi nhiệt ống lồng ống (ống dẫn môi chất của tầng cao áp đi bên ngồi, ống dẫn mơi chất của tầng hạ áp đi bên trong) là 30% thì năng suất lạnh tầng cao áp: 0HT LT(1 0,3) 1,3. 0LT(1 LT) (W)

k

Q =Q + = Q +COP