4.3. Tính tốn chu trình bơm nhiệt máy lạnh
4.3.6. Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt khơng khí)
* Công dụng:
Thiết bị ngưng tụ của bơm nhiệt có cơng dụng gia nhiệt cho khơng khí trước khi vào buồng sấy từ trạng thái bão hòa sau dàn lạnh đến nhiệt độ và độ ẩm yêu cầu trong quá trình sấy. Việc sử dụng dàn ngưng của bơm nhiệt để thay thế cho thiết bị gia nhiệt sẽ làm giảm chi phí điện năng của hệ thống, qua đó làm giảm chi phí lắp đặt và vận hành của hệ thống sấy dùng bơm nhiệt.
Từ nguồn https://hoangbach.vn/dan-trao-doi-nhiet/dan-ngung-tu-dan-nong.html?
fbclid=IwAR1NL, ta chọn loại dàn ngưng giải nhiệt bằng khơng khí đối lưu cưỡng bức.
Cấu tạo của thiết bị như hình vẽ sau:
Do môi chất là Freon R22 nên ta chọn ống đồng cánh nhôm để làm ống dẫn môi chất trong dàn ngưng. Dựa vào công suất dàn bay hơi của bơm nhiệt: Qk = 111 kW. Ta chọn hai dàn ngưng có cùng thơng số:
Công suất : 30Hp Năng sấy lạnh : 60 Kw Model: FNF – 60/210
Kích thước : 1390*220*1330 mm
4.3.7. Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh không khí)
Dàn bay hơi có tác dụng nhận nhiệt của khơng khí chuyển động bên ngồi dàn làm nhiệt độ khơng khí giảm xuống dưới nhiệt độ đọng sương để tách một phần ẩm của khơng khí trước khi vào dàn bay hơi đồng thời hóa hơi mơi chất chuyển động bên trong dàn lạnh từ trạng thái lỏng đến trạng thái hơi bão hòa.
* Chọn loại dàn bay hơi
Dàn bay hơi ở đây có tác dụng làm lạnh khơng khí nên ta chọn loại dàn bay hơi làm lạnh khơng khí đối lưu cưỡng bức. Cấu tạo của dàn như hình vẽ trên. Do làm lạnh khơng khí đến điểm sương nên dàn bay hơi có máng hứng nước ngưng ở dưới. Cấu tạo của dàn bay hơi như hình vẽ trên.
Từ nguồn: http://vattulanh.vn/san-pham/dan-lanh-cong-nghiep-meluck/, với Q0 = 111,1 kW
Ta chọn dàn lạnh DL112/634A có thơng số:
Năng suất lạnh: 112 kW
Số quạt: 02 quạt 600w-380v
4.4. Chọn Đường ống dẫn môi chất [2]
4.4.1. Đường ống đẩy
* Lưu lượng thể tích mơi chất qua ống đẩy:
m3/s. * Tốc độ môi chất trong ống đẩy:
Theo bảng 10-1 trang 345 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi: Tốc độ dịng chảy thích hợp, với mơi chất R22, ωh=(8 – 15) m/s. Ta chọn ωh= 15 m/s.
* Đường kính trong của ống:
dtd = √4.Vd
π ωh = (m)
Dựa vào bảng 10-2 trang 346 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi, các loại đường ống cho máy lạnh Freôn ta chọn loại ống có thơng số:
Đường kính trong: dt = 40,5 mm. Đường kính ngồi: dn = 45 mm.
4.4.2. Đường ống hút
* Lưu lượng thể tích mơi chất qua ống hút:
Vd = G.v1’ = = 0,073m3/s.
* Tốc độ môi chất trong ống hút:
* Đường kính trong của ống:
dtd = = 0,089 m.
Dựa vào bảng 10-2 trang 346 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi, các loại đường ống cho máy lạnh Frn ta chọn loại ống có thơng số:
Đường kính trong: dt = 100 mm. Đường kính ngồi: dn = 111 mm.
4.5. TÍNH TỐN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT
4.5.1. Tính tốn đường ống dẫn tác nhân sấy.
- Theo sơ đồ bố trí của hệ thống, ta cần phải chế tạo hệ thống dẫn khơng khí từ quạt vào buồng sấy. Diện tích mặt cắt được xác định theo cơng thức :
- F=V
ω , m2
- Trong đó : - F : Diện tích tiết diện đường ống dẫn, m2 - - V : Lưu lượng khơng khí trong đoạn ống, m3/s. - - ω: Tốc độ khơng khí trong ống, m/s.
- * Chọn ω:
- Để lựa chọn tốc độ gió thích hợp là một bài tốn kinh tế kỹ thuật phức tạp. Bởi vì: - - Khi chọn tốc độ lớn thì đường kính ống nhỏ, chi phí cho đầu tư thấp, tuy nhiên trở
lực của hệ thống lớn và độ ồn do khí động của dịng khơng khí cao.
- - Khi chọn tốc độ thấp thì đường kính ống lớn, chi phí cho đầu tư lớn, khó khăn cho lắp đặt nhưng độ ồn giảm. Để phù hợp với hệ thống ta chọn tốc độ gió trong kênh dẫn gió là 8 m/s.
Trong chương 3 ta đã tính tốn được lưu lượng khơng khí tuần hồn trong 1 giây là Gkk = 2,16 kg/s. Với nhiệt độ trung bình trong buồng sấy là 37,5 0C, tra bảng phụ lục 25 – Thông số vật lý của khơng khí khơ - trang 424 – Giáo trình Lý thuyết, tính tốn và thết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành, ta có ρ = 1,137 kg/m3. Khi đó ta có:
V = Gρkk = m3/s
Vậy: F = Vω = = 0,23 m2 * Đường kính ống dẫn khơng khí:
= 0,54 m. Ta chọn đường kính ống dẫn là d = 550 mm.
*Xác định chiều dài đường ống:
Chiều dài toàn bộ đường ống l, m được xác định dựa vào sơ đồ bố trí hệ thống. Theo tính tốn sơ bộ thì chiều dài tổng cộng đường ống gió của hệ thống từ bộ xử lý khơng khí đến miệng thổi vào buồng sấy khoảng l = 3m.
4.5.2. Tính tốn trở lực của hệ thống
a) Tổn thất áp suất trên đường ống gió
* Tổn thất ma sát:
Tổn thất ma sát được tính theo cơng thức 10-7 – trang 353- Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nguyễn Đức Lợi
Trong đó: +λ- Hệ số tổn thất ma sát.
+ l - Chiều dài ống. l = 3m + d – Đường kính trong tương đương của ống, d = 0,55m + ω- Tốc độ khơng khí trong ống. ω= 8 m/s.
+ ρ - Khối lượng riêng của khơng khí tại nhiệt độ 40 0C.
Tra bảng Phụ Lục 25 – Thơng số vật lý của khơng khí khơ – Trang 424 – Giáo trình Lý thuyết, tính tốn và thết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành , ta có thơng số của khơng khí tại 40 0C là:
b) ρ = 1,128 kg/m3; ν= 16,96.10-6 m2/s.
Khi đó: Re =
ω.d
ν = = 2,59.105.
Với ống mỏng bề mặt trong láng, tiết diện tròn và Re > 105 thì:
c) λ = = 0,014
Vậy: ΔPms = λ .l . ρ .ωd.2 2 = 0,0140,55.3.1,128.8.2 2 = 2,75 mmH2O * Tổn thất cục bộ ΔPcb
Hệ thống đường ống gió gồm có:
+ 2 cút cong tiết diện trịn 4 đốt với góc cong 900. Trang 360 ,ta được ξ=0,27
+ 1 van điều chỉnh gió tiết diện trịn. Trang 360 ,ta được ξ=0,19
+ 1 côn mở rộng từ ống dẫn ra buồng sấy. Trang 360 với góc α từ 45 – 900 thì
ξ=0,9−1. Ta chọn ξ=0,9 .
Tổn thất cục bộ được tính theo cơng thức:
. Vậy tổng tổn thất trên đường ống gió:
d) ΔP1 = = 2,75 + 87,7 = 90,46 mmH2O
b) Tổn thất qua các thiết bị của hệ thống
Tính ΔP2: trở lực của thiết bị lọc bụi, buồng xử lý khơng khí, buồng sấy.
Trở lực của thiết bị lọc bụi tùy theo từng kiểu lọc bụi khác nhau mà trở lực của nó khác nhau. Trong hệ thống này do mật độ bụi không nhiều nên ta chọn thiết bị lọc bụi đơn giản là bộ lọc bụi kiểu lưới. Theo mục 9.2.2.5 - Thiết bị lọc bụi kiểu lưới - trang 196/[25] thì trở lực của lưới lọc nằm trong khoảng 30 ¿40 Pa. Ta chọn trở lực của lưới sử dụng trong hệ thống sấy này bằng 35 Pa = 3,57 mmH2O
Trở lực của buồng sấy cũng phụ thuộc vào kiểu buồng sấy, cách bố trí sản phẩm sấy, mật độ sấy… mà trở lực của buồng sấy là lớn hay nhỏ và người ta xác định trở lực theo kinh nghiệm. Hệ thống sấy này chọn trở lực buồng sấy bằng 5 mmH2O.
Trở lực qua buồng xử lý khơng khí được tính theo cơng thức:
ΔP'=(30÷70)ρ.2ω2
, mmH2O
Với ω= 2 m/s ta chọn trở lực qua buồng xử lý khơng khí là 68 mmH2O.
Vậy mmH2O.
Như vậy tổng tổn thất trở lực của hệ thống là:
ΔP = ΔP1 + ΔP2 = 90,46 + 76,57 = 298,3 mmH2O =2925,33 Pa
4.5.3. Chọn quạt [1]
Theo Giáo trình Lý thuyết, tính tốn và thết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành, ta có năng suất của quạt N là:
N=k Vρ0ΔP
3600.102.ρ.ηq;kW Trong đó: V - lưu lượng ở nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy, m3/h
ΔP - tổng cột áp quạt phải thực hiện, mmH2O
k - hệ số dự phòng, k =(1,1 ¿1,2). Chọn k = 1,1 ηq - hiệu suất của quạt, ηq=(0,4÷0,6) . Chọn ηq=0,6
ρ0 - khối lượng riêng của khơng khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3
ρ0=1,293kg/m3
ρ - khối lượng riêng của khơng khí ở nhiệt độ trung bình TNS, kg/m3
Thay số: 11,52 (Kw)
Từ năng suất quạt N=11,52 (Kw), lưu lượng V và cột áp ΔP theo https://ifan.com.vn/san-
pham/quat-ly-tam-cao-ap-926a-96.html
Model : 5A
Năng suất quạt: V =6349 m3/h
Cột áp của quạt:
Công suất động : N = 15 kW Số vòng quay: n = 2930 Vg/ph
CHƯƠNG 5 Tính thời gian hồn vốn và bản vẽ thiết kế 5.1. Thời gian hoàn vốn
Thời gian hoàn vốn của thiết bị phụ thuộc vào giá thành của thiết bị, giá thành của sản phẩm sấy, giá thành mua nguyên liệu, giá thành điện năng, thuê nhân công,…
* Theo giá thành của thị trường hiện nay giá của một gói chuối sấy có khối lượng 250g dao động trong khoảng 43.500 VNđ ( đã tính đến đóng gói mặt hàng )
Nhóm em chọn giá chuối sấy loại 250g sẽ là 43.500 VNđ, như vậy giá của 1 kg mít sấy sẽ là:
Ts = 43.500.4 = 174.000 VNđ
Tmẻ = Ts.G2 = 164.000x50 = 8.200.000 VNđ
Theo thực tế, để mua 1kg chuối tươi trên thị trường giá sàn à 15.000 đồng/kg . Năng suất của buồng sấy là 200 kg/mẻ. Tuy nhiên, phần thịt ăn được của trái chiếm khoảng 90 – 95% trọng lượng quả [3]. Ta xem phần thịt ăn được chiếm 90%. Như vậy, giá thành mua nguyên liệu để sấy mẻ là:
TNL = 200¿15000¿100/90 = 3.333.333 VNđ/mẻ
Khoản đầu tư ban đầu để xây dựng hầm sấy, mua quạt, máy nén, dàn ngưng và chi phí cho bảo dưỡng sữa chữa trong quá trình sấy, tổng vốn đầu tư cho tồn bộ buồng sấy ước tính đạt P = 300 triệu VNđ.
Bảng 5.1 : Số liệu vật tư cần cho máy sấy lạnh
Sản phẩm Số lượng Giá tiền Công suất
Gas R22 1 1.600.000 VNĐ -
Dàn ngưng tụ 2 Liên hệ 120 KW
Dàn bay hơi 1 Liên hệ 112 KW
Máy nén 1 40.000.000 VNĐ 46,9 KW Quạt ly tâm 1 22.000.000 VNĐ 15 KW Khởi động từ 3 450.000 VNĐ - Aptomat 1 1.425.000 VNĐ - Bảo vệ mất pha 1 1.830.000 VNĐ - Đèn báo 3 45.000 VNĐ -
Máy đo nhiệt độ và độ ẩm
khơng khí 1 662.000 VNĐ - Nút nhấn 3 21.000 VNĐ - Ống đồng 4 720.000 VNĐ - Dây điện 2 652.000 VNĐ - Thi công lắp đặt 2 1.540.000 VNĐ/tuần -
* Tiền nhân công 1 người là: 180 000 VNđ/1người
Số công nhân phục vụ: 2 người chia làm 1 ca tối, mỗi ca 8 tiếng. Vậy chi phí cho nhân công là: 180 000 x 2 = 360.000 VNđ/1mẻ
* Chi phí điện năng gồm các thiết bị: máy điều hòa, quạt, đèn chiếu sáng. Giá điện công nghiệp:
Bảng 5.2: Giá điện bán lẽ của tập đoàn EVN
Chí phí điện năng để sấy 1 mẻ là : ( chủ yếu vào ca tối từ 22 h đến 6 h ) (Tổng điện năng tiêu thụ) x (Giá điện 1kWh) x (Thời gian sấy) = (294 x 970 x 6)+(294x1.536 x4,163)= 3.590.024 VNđ/mẻ Tổng chi phí cho một mẻ sấy là:
Tcp =3.333.333 + 3.590.024 + 360.000 = 7.283.357 VNđ/1mẻ * Lãi suất thu được sau mổi mẻ sấy là:
T = Tmẻ - Tcp = 8.200.000 – 7.283.357 = 916.643 VNđ. Lãi suất năm mà hệ thống đem lại:
Trên thực tế, Chuối thu hoạch quanh năm. Nếu hệ thống dùng để sấy chuối trong khoảng thời gian đó hoạt động liên tục thì 1 năm có thể sấy Mít trong khoảng 365 ngày. Mổi ngày có thể sấy được mẻ (thời gian sấy 1 mẻ là 11 tiếng). Do đó:
* Khấu hao tài sản cố định của hệ thống trong 1 năm là: i = 10%.
Xem giá trị còn lại của hệ thống là 0 VNđ (Các thiết bị hết giá trị sử dụng) và thu nhập hàng năm là đều.
Ta có cơng thức tính thời gian hồn vốn:
0 = -P + A(P/A, i%, Tp) = - P + A. (1+i)TP−1 i.(1+i)TP Ta rút ra: Tp=ln A A-P.i ln(1+i)= ln 334 334−365.0,01 ln(¿1+0,01)¿ = 0,97 năm
Vậy thời gian hoàn vốn của hệ thống khi làm việc không gặp trở ngại là 0,97 năm
KẾT LUẬN
*Trên cơ sở những phân tích, so sánh và những tính tốn thiết kế trên, ta có thể rút ra những kết luận sau:
_Để sấy 200 kg chuối với độ ẩm vật liệu 80% cho ta sản phẩm đầu ra 50kg ,độ ẩm vật liệu 20% Thì ta cần 10,163 h sấy nhiệt độ trong buồng sấy cần đạt 400C
_Thời gian hồi vốn nhanh chỉ 11 tháng là hồi vốn , lãi suất hằng năm thu được cao 334 triệu VNđ
_ Với hệ thống sấy Chuối đã thiết kế, ta có thể dùng để sấy các sản phẩm hoa quả khác tương tự như: Mít, Xồi,... trong khi Chuối chưa đến mùa thu hoạch nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục để nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống cũng như đảm bảo và nâng cao thu nhập cho người công
_Đối với hệ thống sấy lạnh việc tính tốn, thiết kế dựa nhiều vào các công thức lý thuyết, được cho trong nhiều tài liệu khác nhau. Song việc tính tốn chưa nêu hết các khía cạnh khác, ngun liệu sấy là chuối khơng có nhiều tài liệu tham khảo và nhóm khơng có kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi sai số trong q trình thiết kế. Để có thể thiết kế được chính xác ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra và chọn chế độ làm việc tối ưu nhưng do thời gian hạn hẹp nên nhóm khơng thể làm đầy đủ thực nghiệm.
Tài liệu tham khảo
[1] PGS.TS Bùi Trung Thành (2011) .GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ,TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY
[2] PGS.TS Nguyễn Đức Lợi (2005).Bài giảng : HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
[3FAOSTAT, 'Prodstat Crops: Tổ Chức Lương Thực Thực Phẩm Thế Giới', (2005). [4] Võ Long Hải ,Bài giảng truyền nhiệt và tính tốn q trình trao đổi nhiệt
[5] https://www.evn.com.vn/c3/evn-va-khach-hang/Bieu-gia-ban-le-dien-9-79.aspx [6] https://ifan.com.vn/san-pham/quat-ly-tam-cao-ap-926a-96.html