TT Lớp vật liệu Độ dày mm Hệ số dẫn nhiệt W/m.K 1 Lớp tôn 0,5 ÷ 0,6 45,3 2 Lớp polyurethan Vách tủ Cửa tủ 0 150 125 0,018 ÷ 0,020 3 Lớp tơn 0,5 ÷ 0,6 45,3
3.1.1. Tổn thất nhiệt qua cửa tủ do chênh lệch nhiệt độ
Ta có hệ số truyền nhiệt qua cửa là kc= 1 1 α1+∑δλii+α12 = 1 1 23,3 +2×0,6×10 -3 45,3 +125×10 -3 0,019 +10,51 =0,15 W/m2.K (3.4)
Mà kích thước của cửa tủ đơng 2400 x 2000 mm vậy suy ra: F2cửa = W x H = 2.4 x 2 x 2= 9,6 m2
3.1.2. Tổn thất qua vách do chênh lệch nhiệt độ
Ta có hệ số truyền nhiệt của vách là: kv= 1 1 α1+∑δλii+α12 = 1 1 23,3 +2×0,6×10 -3 45,3 +150×10 -3 0,02 +10,51 =0,13 W/m2.K (3.5)
Tính diện tích của vách tủ đơng đó Fv
Mà tủ đơng gió là hình hộp chữ nhật nên vách được chia làm 6 mặt trong đó có 5 mặt là vách mà mặt trước để lắm cửa.
Vậy tổng Fv = F2vach + Fvtruoc + Fvsau + Fvtren + Fvduoi Tính F2v
F2v=(H×L)×2=(2,7×2,4)×2=12,96 m2 (3.6) Tính Fvsau
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị Tính Fvtruoc Fvtruoc=(H×W) - (2×4,8)=(2,7×6) - (2×4,8)=6,6 m2 (3.8) Tính Fvtren Fvtren=W×L=6×2,4=14,4m2 (3.9) Tính Fvduoi Fvduoi=W×L=6×2,4=14,4m2 (3.10)
Vậy suy ra tổng diện tích của Fv là:
Fv= F2v+Fvtruoc+Fvsau+Fvtren+Fvduoi=12,96+6,6+16,2+14,4×2 =64,36 𝑚2 (3.11) Vậy tổng tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q1
Q1=[kv×Fv+kc×Fc]×Δt=[0,13×64,36+0,15×9,6]×(37,7-(-35)) = 712,9 W (3.12)
3.2. Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm 𝐐𝟐
Tổn thất Q2 bao gồm:
- Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21
- Tổn thất do làm lạnh khay và giá cấp đông Q22 - Tổn thất do các thiết bị trong tủ tỏa nhiệt ra Q23
3.2.1. Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21
Tổn thất nhiệt do sản phẩm mang vào được tinh theo công thức sau: Q21= M×(i1 - i2)
τ , W
(3.13)
Trong đó :
M – Khối lượng hàng trong một mẻ, kg.
i1 – i2: Entanpi ở sản phẩm đầu vào và đầu ra khỏi tủ, J/kg.
Sản phẩm đã qua chờ đông lấy nhiệt độ đầu vào t1 = 10 ÷ 12 ℃. Lấy 12 ℃ Nhiệt độ trung binh đầu ra của các sản phẩm lấy cấp đông phải đạt -18 ℃
τ – Thời gian câp đông của một mẻ, Giây/mẻ. Thời gian cấp đông nằm trong khoảng 2,5 ÷ 3,5 tùy thuộc theo sản phẩm. Theo đề tài thì ta lấy 3h suy ra 3 x 3600 = 10800 s. Tra Entanpi đầu vào và đầu ra của thịt.
Tra tài liệu Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi Bảng 4.2 Entanpi của sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, ℃, kJ/kg Trang 81 Ta tra được i1 và i2 Của sản phẩm là Thịt bò i1 = 270,8 kJ/kg i2 = 4,6 kJ/kg Vậy suy ra Q21 Q21=M×i1 - i2 τ =480× 270,8 - 4,6 3×3600 =11,83 W (3.14)
Tổn thất nhiệt do làm lạnh khay cấp đông được xác định theo công thức: Q22=MkhCp×(t1-t2)
τ , W
(3.15)
Trong đó
Mkh – Tổng khối lượng khay câp đông, kg;
Cp – Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, J/kg.K t1, t2 - Nhiệt độ khay trước và sau cấp đông, ℃
t1: Đầu vào của khay là 37,7 ℃ t2: Đầu ra của khay là -35 ℃
Đối với loại tủ đơng gió thường sủ dụng khay cấp đơng loại 4kg với các thông số giống như ở kho cấp đông.
Mà đối với tủ đơng gió thường sủ dụng khay cấp đơng loại 4kg, như vậy ta có 20 khay như đã tính trong 1 ngăn thì khối lượng khay là 80kg
Mặt khác ta có 6 ngăn để đựng vật liệu nên: MKhay=80×6=480 kg
Mà khay được làm từ nhôm nên nhiệt dung riêng của nhôm là: Cp=0,921 kJ/kg vậy Q22: Q22=MkhCp×(t1 - t2) τ =480× 0,921×(37,7 - (-35)) 3×3600 =2,99 W (3.16)
3.2.3. Tổn thất do các thiết bị trong tủ tỏa nhiệt ra Q23
Cũng như tủ cấp đông tiếp xúc, Khi tính nhiệt tủ đơng gió cần tính ln các tổn thất nhiệt do làm lạnh các thiết bị bên trong tủ, tổn thất đó được tính như sau:
Q23=∑mi×Cpi×Δt τ , W
(3.17)
Trong đó:
mi – Khối lượng thiết bị thứ i, kg;
Cpi – Nhiệt dung riêng của thiết bị thứ i, J/kg.K;
Δt – Độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau cấp đông, oK; τ - Thời gian làm việc của 1 mẻ cấp đông, giây;
Mà các thiết bị trong tủ khi tỏa nhiệt được làm mát ngây lập tức bởi vì các thiết bị được đặt trong tủ đơng gió với nhiệt độ trong tủ là -35 oC nên sẽ được làm mát. Cho nên không bị tổn thất.
Q23 = 0
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Q2=11,83+2,99=14,82W
3.3. Tổn thất nhiệt do làm lạnh khơng khí trong tủ 𝑸𝟑
Nhiệt tổn thất do khơng khí trong tủ được tính như sau:
Q3=2×GKK×(i1-i2) kj (3.18) Trong đó:
GKK: Khối lượng của khơng khí khơ ứng với lượng khơng khí trong thể tích tủ [kg]; i1, i2: entalpi của khơng khí lúc bắt đầu và kết thúc q trình lạnh đơng [kJ/kg]
Số “2” là xem tồn bộ khơng khí trong tủ lúc đầu đã bị thay thế khi mở cửa châm nước khuôn (tránh hiện tượng mất nước và cháy lạnh bởi nhiệt độ âm sâu).
Entalpi của khơng khí vào tủ đơng:
i1=t1+(2500+2t1)×d1 (3.19) Với: Khơng khí vào tủ đơng là khơng khí từ phịng chế biến có t1, φ1:
t1 = 37,70C φ1 = 77%
Tra trạng thái (37,70C, 77%) trên đồ thị i – d, ta tìm được d1 = 0,03 kJ/kg i1=37,7+(2500+2.37,7)×0,03=114,96 kJ/kg
Khối lượng khơng khí khơ trong tủ: GKK= (P - Pn) RKK.TKK.VKK (3.20) Với: P: Áp suất khí quyển P = 9,81×104 N/m;
RKK: Hằng số khí của khơng khí khơ RKK = 287,5 J/kg.K;
TKK: Nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí khơ TKK = 37,7 + 273 =310,7 0K;
VKK: Thể tích khơng khí khơ trong tủ m3; Pn: Áp suất riêng phần của hơi nước N/m.
Tra bảng i – d ứng với t1 = 37,70C, φ = 55%, ta có Pn = 2,61×103 N/m Ta có: VKK=23×Vt Vt: thể tích trong của tủ [m3] Vt=6 × 2,4 × 2,7=38,88 m3 VKK=2 3×38,88 =25,92 m3
GKK=9,81×10
4 - 2,61×103
287,5×310,7 ×25,92=27,70 kg
Entalpi của khơng khí trong cuối q trình làm đơng:
i2=t2+(2500+2t2)×d2 (3.21) Với: Tra bảng khơng khí ẩm ta thấy độ ẩm của khơng khí ở trạng thái bão hịa ứng với t2 = −180C, ta có:
d2max = 0,00012 < d1
Ta lấy d2 = d2max = 0,00012 kJ/kg
i2=−18+(2500+2×(−18))×0,00012=−17,7 kJ/kg Q3=2×27,70×(114,96-(-17,7))=7349,36 kJ Thời gian làm việc mỗi mẻ là 3 giờ:
Q3=7349,36
3.3600 =0,68kW = 680W
(3.22)
3.4. Tổn thất do động cơ quạt 𝑸𝟒
Dịng nhiệt do động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức:
Q4=1000×n×N, W (3.23) Trong đó:
1000 – Hệ số chuyển đổi từ Kw ra W; N – Công suất động cơ điện, kW;
Tổng công suất của động cơ điện lắp đặt trong buồng lạnh lấy theo thực tế thiết kế. Nếu khơng có các số liệu trên có thể lấy số liệu giá trị định hướng sau đây.
Buồng kết đông N = 8 ÷ 16 kW.
Ta lấy Cống suất động cơ điện trong buồng tủ kết đông là 8 kW n – Số quạt của tủ đơng gió.
Thường các dàn lạnh của tủ đơng gió mỗi ngăn có 2 quạt. Mỗi quạt có 2 buồng, có tất cả 8 quạt ở 6 ngăn. Công suất mỗi quạt nằm trong khoảng 0,75 ÷ 1,5 kW suy ra: Ta chọn công suất quạt ta chọn là: 0,8 kW
Vậy Q4 là:
Q4=1000×n×N=1000×(0,8×8)×8=51200, W
3.5. Tổn thất do mở cửa 𝑸𝟓
Trong quá trình vận hành các kho cấp đông, người vận hành trong nhiều trường hợp cần phải mở cửa vào kiểm tra hàng, các thiết bị nên khơng khí xâm nhập vào gây ra tổn thất nhiệt. Lượng nhiệt do mở cửa rất khó xác định. Có thể xác định lượng nhiệt mở cửa giống như kho lạnh như sau:
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Trong đó:
B – Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m F – Diện tích tủ, m2
Theo tài liệu Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi Bảng 4.4 – Tài liệu [1] – Trang 87 thì: