. ϕ(τ)τn
4.3.2.Tớnh toõn thiết bị chưng cất nước
3 cánh nhỊn nhiệt bức xạ
4.3.2.Tớnh toõn thiết bị chưng cất nước
Chỳng ta cú thể phđn tớch đơn giản quõ trỡnh chưng cất nước của thiết bị theo sơ đồ hỡnh vẽ 4.2. Thực chất nếu phđn tớch chi tiết thỡ đđy ra quõ trỡnh rất phức tạp cú liớn quan đến quõ trỡnh truyền chất. Tuy nhiớn chỳng ta cú thể phđn tớch quõ trỡnh
đơn giản như sau:
Chỳng ta giả thiết rằng nước tiếp xỳc với bề mặt hấp thụ vă chỳng cựng chung nhiệt độ lă T, như hỡnh 4.18, nhiệt độ của tấm phủ lă T1, thỡ ta cú dũng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tớch giữa 2 bề mặt được xõc định theo cụng thức:
q = k(T- T1), (4.24) Dũng đi lờn với nhiệt độ T Tấm phủ cú nhiệt độ T1 Dũng đi xuống với nhiệt độ T1
Nước tiếp xỳc với mặt hấp thụ cú nhiệt độ T
Hỡnh 4.18. Miớu tả quõ trỡnh đối lưu trong thiết bị chưng cất nước.
Trong đú k lă hệ số truyền nhiệt (W/m2 K)
Bđy giờ chỳng ta biểu diễn quõ trỡnh đối lưu năy như tạo bởi 2 dũng khụng khớ (hỡnh 4.18), mỗi dũng cú lưu lượng khối lượng tương đương lă m (kg/m2h), một dũng thỡ chuyển động lớn cũn một dũng thỡ chuyển động xuống dưới. Nội năng của mỗi đơn vị khối lượng khụng khớ cú nhiệt độ T lă cT, nếu xem đặc tớnh của khụng khớ ở đđy như lă khớ lý tưởng thỡ c lă nhiệt dung riớng của khụng khớ. Dũng khớ núng rời khỏi bề mặt phớa dưới mang nội năng ở mức mcT, cũn dũng khớ lạnh mang nội năng ở mức cmT1. Như vậy dũng nhiệt trao đổi giữa cõc bề mặt bởi những dũng năy lă:
q = mc (T- T1). (4.25)
So sõnh cụng thức 4.24 vă 4.25 ta cú lưu lượng dũng khớ cú thể tớnh được lă:
mc = k hay m = k/c. (4.26)
Vớ dụ: với nhiệt dung riớng của khụng khớ lă c = 0.28 Wh/kgK, vă với trường hợp hệ số truyền nhiệt k = 4W/m2K, thỡ m = 14.3 kg/m2h.
Bđy giờ chỳng ta giả sử rằng dũng khụng khớ đối lưu chuyển động tương tự vă cựng tốc độ khi chỳng chứa đầy hơi ẩm. Sự giả thiết năy rất phổ biến khi phđn tớch quõ trỡnh truyền chất nhưng chỉ cú thể đỳng khi quõ trỡnh truyền chất xảy ra với tốc độ nhỏ.
Hơn nữa chỳng ta cú thể cho rằng khi khụng khớ rời khỏi mỗi bề mặt mang tổng lượng hơi nước phự hợp để cđn bằng với nhiệt độ tương ứng của bề mặt, ở trạng thõi cđn bằng thỡ trong một đơn vị thời gian cú bao nhiớu phđn tử nước rời khỏi bề
mặt mặt thoõng thỡ cũng cú bấy nhiớu phđn tử nước quay trở lại. Sau đú sự tập trung của cõc phđn tử lỏng hay hơi nước trong khụng khớ gần bề mặt mặt thoõng cũng đạt đến giõ trị cđn bằng vă gọi lă độ ẩm tương đối, w. Độ ẩm tương đối lă khối lượng của hơi nước trong 1kg khụng khớ, w phụ thuộc nhiều văo nhiệt độ, xem hỡnh 4.19
Tiếp theo, nếu ta miớu tả quõ trỡnh đối lưu bởi sự chuyển động đồng thời của 2 dũng khụng khớ, mỗi một dũng cú lưu lượng m trớn một đơn vị diện tớch, lượng nước vận chuyển ra ngoăi sẽ lă mw vă lượng nước văo trong lă mw1. Vậy lượng nước đi ra m(w – w1), đđy cũng chớnh lă lượng nước được sản xuất ra bởi thiết bị
lọc nước trong một đơn vị diện tớch bề mặt, M.
Tương tự như quõ trỡnh trao đổi nhiệt giữa 2 tấm phẳng ta cú thể viết phương trỡnh cđn bằng năng lượng trong thiết bị chưng cất cú dạng:
P = k (T-T1) + εσ (T4-T41) + m r(w-w1), (4.27)
Trong đú: P(W/m2) lă năng lượng bức xạ mặt trời đến, ε lă độđen của tổ hợp bề
mặt hấp thụ vă nước, r (Wh/kg) lă nhiệt hoõ hơi của nước.
Với r = 660 Wh/kg, ε = 1 vă độ chớnh nhiệt độ trung bỡnh của thiết bị khoảng 40K thỡ ta cú thể xõc định lượng nước sản xuất được của thiết bị cú thể xõc định theo cụng thức: M = (P-160)/660 (kg/m2h) (4.28) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 310 Nhiệt độ, K Đụ ỹ õ ứm tư ơng đụ ỳi, w 320 330 340 350 360 Hỡnh 4.19. Độẩm tương đối của khụng khớ ở õp suất khớ quyển.
ỞĐă Nẵng với cường độ bức xạ trung bỡnh P = 850 W/m2 thỡ từ cụng thức (4.28) ta tớnh được M = 1.0 kg/m2h hay với 6giờ nắng trong ngăy thỡ mỗi ngăy 1m2 bề mặt hấp thụ thiết bị sản xuất được M = 6kg nước.
Đối với cõc hệ thống lớn thường đặt cố định với diện tớch lớn thỡ cõc dũng năng lượng chủ yếu trong một thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời khi nú hoạt động cú thể biểu diễn như hỡnh 4.20.
Mục đớch của việc thiết kế một thiết bị chưng cất nước lă lăm sao cho nhiệt lượng dựng cho nước bay hơi Qbh lă lớn nhất. Quõ trỡnh truyền năng lượng bức xạ
mặt trời đờ được hấp thụđến bề mặt ngưng xảy ra bởi hơi nước, vă quõ trỡnh năy tỷ lệ thuận với nước ngưng thu được.Hơn nữa tất cả cõc phần năng lượng khõc truyền từđõy đến phần xung quanh phải hạn chế căng nhiều căng tốt.
G Qbx Qdl Qbx Qbh Qdl Qpxa Qhthu Qtrq Qhthu Qpxa Qra Qdat Qnuoc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hầu hết cõc dũng năng lượng cú thể được xõc định theo cõc nguyớn lý cơ bản, nhưng sự rũ rỉ vă cõc tổn thất qua cõc gúc cạnh rất khú xõc định vă cú thể gộp lại vă được xõc định bằng thực nghiệm bằng cõc thiết bị chưng cất thực tế. Sơ đồ mạng nhiệt của thiết bị chưng cất nước dạng bể tương tự như sơ đồ nhiệt của collector tấm phẳng nhưng cú 3 sự khõc biệt sau (hỡnh 4.21). Năng lượng truyền từ đõy đến tấm phủ
xảy ra bởi quõ trỡnh bay hơi-ngưng tụ
cộng thớm đối lưu vă bức xạ. Tổn thất phớa đõy chủ yếu lă quõ trỡnh truyền nhiệt xuống nền đất. Chiều sđu của nước trong thiết bị hay dung lượng của bể phải được xõc định trong tớnh toõn... Lượng nước ra chưng cất tớnh được từ quõ trỡnh bay hơi ngưng tụ truyền từ đõy
đến tấm phủ.
Sơ đồ nhiệt được trỡnh băy ở hỡnh 4.21, trong đú cõc nhiệt trở tương ứng với cõc dũng năng lượng hỡnh 4.20. (Cõc phần rũ rỉ, tổn thất qua cõc cạnh, nước văo vă ra khụng trỡnh băy ởđđy).
q Ta r,c-s qr,b-c qc,c-s c,b-c q r,c-s q qe Tc Tb Tg G τα Hỡnh 4.21. Sơđồ mạng nhiệt