CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN PHỤ TẢI LẠNH
3.2 Tính tốn nhiệt hệ thống cấp đơng IQF
3.2.1 Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che
Tổn thất qua kết cấu bao che của các buồng cấp đơng có thể tính theo cơng thức truyền nhiệt thơng thường:
Q1=k.F.∆t PT 3.7
F - tổng diện tích 6 mặt của buồng cấp đông, m2
∆t = tkkn- tkkt PT 3.8
tkkn – nhiệt độ khơng khí bên ngồi ℃
Thường tủ cấp đông đặt trong khu chế biến, có nhiệt độ khá thấp do có điều hịa khơng khí, lấy tkkn = 20÷ 22℃
tkkt – nhiệt độ khơng khí bên trong cấp đơng k – hệ số truyền nhiệt, W/m2K
3.2.2 Tổn thất do làm lạnh sản phẩm
Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm được tính theo cơng thức sau: Q2=E.Ct1−t2
3600
PT 3.9
Q2 – nhiệt tổn thất do làm lạnh sản phầm, kW E – năng suất kho cấp đông, kg/h
t1, t2 – nhiệt độ của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và ra, J/kg Ta lấy t1=-6oC (theo tài liệu [1] trang 112)
C – nhiệt dung riêng của cá (tra bảng 4.3 trang 114 tài liệu [1], lấy theo cá béo), kJ/kgK
3.2.3 Tổn thất do động cơ điện
3.2.3.1. Do động cơ quạt
Quạt dàn lạnh đặt ở trong buồng cấp đơng nên dịng nhiệt do các động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức:
Q31=1000n.N PT 3.10
Q31 – nhiệt tổn thất do động cơ quạt, W N – công suất động cơ của quạt, kW n – số quạt của buồng cấp đông.
3.2.3.2. Do động cơ băng tải gây ra
Động cơ băng tải nằm ở bên ngồi buồng cấp đơng, biến điện năng thành cơ năng làm chuyển động băng tải. Trong quá trình băng tải chuyển động sinh cơng và tỏa nhiệt ra mơi trường bên trong buồng. Có thể tính tổn thất nhiệt do động cơ băng tải gây ra như sau:
Q32= 1000η.N2 PT 3.11
Q32 – nhiệt tổn thất do động cơ băng tải, W η – hiệu suất của động cơ băng tải
N2 – công suất điện động cơ băng tải, kW
3.2.4 Tổn thất do lọt khí bên ngoài vào
Đối với các buồng cấp đơng IQF, trong q trình làm việc do các băng tải chuyển động vào ra nên ở các cửa ra vào phải có một khoảng hở nhất định. Mặt khác khi băng tải vào ra buồng cấp đơng nó sẽ cuốn vào ra một lượng khí nhất định, gây ra tổn thất nhiệt. Tổn thất nhiệt này có thể tính như sau:
Q4=Gkk.Cpkk(t1-t2) PT 3.12
Cpkk – nhiệt dung riêng trung bình của khơng khí trong khoảng -40÷ 20oC, kJ/kgK t1, t2 – nhiệt độ khơng khí bên ngồi và bên trong buồng.
Việc tính tốn Gkk thực tế rất khó nên có thể căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa vào ra để xác định Gkk một cách gần đúng, như sau:
Gkk= ρkk.ω.F PT 3.13
Gkk – lưu lượng khơng khí, kg/s
ρkk – khối lượng riêng của khơng khí, kg/m3
ω – tốc độ chuyển động của băng tải, m/s
F – tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải, m2.
Diện tích khoảng hở được xác định căn cứ vào khoảng hở giữa băng tải và chiều rộng của nó, thơng thường khoảng hơ khoảng 35 ÷ 50mm
3.2.5 Kết quả tính tốn của buồng cấp đơng IQF
3.2.5.1. Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che
Bảng 3.11:Kết quả tính tốn Q1 buồng IQF
k W/m2K F m2 tkkn℃ tkkt ℃ ∆t ℃ Q1 kW
0,21 458,24 20 -32 52 5,00
3.2.5.2. Tổn thất do làm lạnh sản phẩm
Bảng 3.12:Kết quả tính tốn Q2 buồng IQF
E kg/h t1 ℃ t2 ℃ C kJ/kgK Q2 kW
1200 -6 -32 2,94 25,48
3.2.5.3. Tổn thất do vận hành
Q4=Q41+Q42
Q41: tổn thất do động cơ điện lấy bằng điện năng tiêu thụ → Q41=2*24=48 kW Q42: tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Q42=Gkk.Cpkk(t1-t2) PT 3.14
Gkk – lưu lượng khơng khí lọt, kg/s;
Cpkk =1.005 kJ/kgK: nhiệt dung riêng trung bình của khơng khí trong khoảng -40÷
20℃
t1, t2 – nhiệt độ khơng khí bên ngồi và bên trong buồng.
Việc tính tốn Gkk thực tế rất khó nên có thể căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa vào ra để xác định Gkk một cách gần đúng, như sau:
Gkk= ρkk.ω.F
ρkk=1.205 kg/m3 khối lượng riêng của khơng khí ở 20 ℃ ;
ω=thời giancấpđơngchiềudài băng tải=1615=0.64 m/phút =0.01 m/s – tốc độ chuyển động của băng tải
F=2*chiều rộng băng tải*khoảng hở = 2*3.3*0.035=0.231 m2 – tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải (đối với 1 máy)
Diện tích khoảng hở được xác định căn cứ vào khoảng hở giữa băng tải và chiều rộng của nó, thơng thường khoảng hơ khoảng 35 ÷ 50mm
Bảng 3.13:Kết quả tính tốn Q42 buồng IQF
Cpkk
kJ/kgK t1 ℃ t2 ℃ kg/mρkk 3 ω m/s F m2 Gkk kg/s Q42 kW
1.005 20 -32 1.205 0.018 0.462 0.0099 0.51
→ Tổng nhiệt tải: ∑Q = Q1 + Q2 + Q41 + Q42 = 3,16+25,48+48+0,51= 79 kW
3.2.5.4. Tính Phụ tải cho thiết bị và máy nén
- Phụ tải của thiết bị:
QTB= ∑Q = 79 kW
- Phụ tải của máy nén (tài liệu [1] trang 120):
QMN =100%Q1 + 100%Q2 + 60%Q4 PT 3.15
Kết quả được tổng hợp ở bảng sau:
Bảng 3.14 Kết quả tính tốn Q cho thiết bị và máy nén của thiết bị cấp đông
Q1 (kW) Q2(kW) Q4(kW) ∑Q(kW) QMN(kW) QTB(kW) Thiết bị
cấp đông 5,00 25,48 48,51 79 59,92 79
3.3 Tính tốn nhiệt cho phịng bảo quản
Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mơi trường bên ngồi và bên trong kho lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao trần theo công thức:
Q1 = Q11 + Q12
Tổn thất do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài và trong buồng lạnh:
Q11 = kt.F.(t1 – t2), W PT 3.16
Trong đó: kt: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu, W/ m K; F: Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m; t1: Nhiệt độ của mơi trường bên ngồi, oC; t2: Nhiệt độ khơng khí bên trong buồng lạnh, oC.
Tổn thất do bức xạ nhiệt trực tiếp từ mặt trời (bề mặt tường ngoài mái kho lạnh)
Q12 = k1.F. Δt12, W PT 3.17
Trong đó: k1: Hệ số truyền nhiệt thực của vách ngồi, W/ m K; F: Diện tích nhận bức xạ trực tiếp của Mặt trời, m;
Δt12: Hiệu nhiệt độ dư, đặc trưng ảnh hưởng bức xạ mặt trời vào mùa hè, oC.
Ở đây, ta bỏ qua dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời trực tiếp. Do kho lạnh được bố trí bên trong xưởng nên khơng tiếp xúc trực tiếp với mặt trời.
Do hành lang, buồng đệm có cửa thơng với bên ngồi nhiệt độ hành lang buồng đệm bằng 70% nhiệt độ bên ngoài cịn đối với nền do khơng tiếp xúc trức tiếp với khơng khí nên khơng bị tổn thất.
Q11 = kt.Ft.(0,7t1-t2) PT 3.18
∑Q2: Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra. Sản phẩm đưa vào buồng gia lạnh buồng kết đơng khơng có bao bì nhưng sản phẩm đưa vào buồng bảo quản lạnh và bảo quản đơng thường kèm theo bao bì như hộp cáctơng, thùng gỗ, khay. . Do đó, Q2 gồm hai thành phần:
Q21 do sản phẩm tỏa ra Q22 do bao bì tỏa ra.
∑Q3: Dịng nhiệt do thơng gió buồng lạnh.
Các buồng bảo quản lạnh dù thở hay khơng thở thường vẫn được thơng gió 3 – 5 lần/ ngày, trong khi buồng bảo quản đơng thì khơng thơng gió.
∑Q4: Dịng nhiệt do vận hành (tài liệu [1] trang 116).
Các dòng nhiệt vận hành Q4 gồm nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng Q41, do người làm việc Q42, do các động cơ điện làm việc Q43, dòng nhiệt do mở cửa Q44.
Q41 = A.F (W) PT 3.19
A: Nhiệt toả do chiếu sáng trên 1m2, W/ m2. F: Diện tích của sàn buồng lạnh hoặc kho lạnh, m2
Q42 = 350.n (W) PT 3.20
350: Nhiệt tỏa do một người lao động nặng, 350W/ người
n: Số người lao động trong buồng, diện tích nhỏ hơn 200 m2 lấy n=2-3
1000: Hệ số chuyển đổi từ kW ra W N: Công suất động cơ, kW
η: Hiệu suất động cơ
Q44 = B.F (W) PT 3.22
B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/ m2 F: Diện tích buồng lạnh, m2
Sử dụng các cơng thức trên, ta thành lập bảng giá trị tính tốn cho dịng nhiệt qua từng phịng làm lạnh
3.3.1 Tính nhiệt cho phịng bảo quản đơng
3.3.1.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che
Bảng 3.15 Kết quả tính tốn Q11 cho buồng bảo quản đông
tt Vách ma mb W/mk2K mF2 t1 oC t2 oC Q kW Q11 kW Buồng 1 vách 1 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.89 3.21 vách 2 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.45 vách 3 12 6 0.280 72 -18 -18 0.89 vách 4 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.45 trần 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.89 nền 12 6 0.222 72 15.04 -18 0.35 Buồng 2 vách 1 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 2.32 vách 2 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 vách 3 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 vách 4 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 trần 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.63 nền 12 6 0.222 72 15.04 -18 0.35 Buồng 3 vách 1 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 2.32 vách 2 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 vách 3 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 vách 4 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 trần 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.63 nền 12 6 0.222 72 15.04 -18 0.35 Buồng 4 vách 1 12 6vách 2 6 6 0.2800.280 7236 26.32 -18-18 -18 0.630.32 2.32 vách 3 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63
vách 4 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 trần 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.63 nền 12 6 0.222 72 15.04 -18 0.35 Buồng 5 vách 1 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 2.32 vách 2 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 vách 3 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 vách 4 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 trần 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.63 nền 12 6 0.222 72 15.04 -18 0.35 Buồng 6 vách 1 12 6 0.280 72 -18 -18 0.63 3.08 vách 2 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.32 vách 3 12 6 0.280 72 20 -18 0.63 vách 4 6 6 0.280 36 26.32 -18 0.27 trần 12 6 0.280 72 26.32 -18 0.63 nền 12 6 0.222 72 15.04 -18 0.35 tổng 15.56
3.3.1.2. Dòng nhiệt do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời
Dịng nhiệt do bức xạ bằng khơng do vách panel không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên Q12 = 0 (kW)
Vậy, Q1 = Q11 + Q12 = 15,56 (kW)
3.3.1.3. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.
Với buồng bảo quản lạnh đơng:
Q21=M ×(h1−h2)×τ ×10003600(kW) PT 3.23
Trong đó:
h1: là entanpi của sản phẩm trước khi đưa vào buồng bảo quản đông với nhiệt độ t1 = -8oC (theo tài liệu [1] trang 112) (kJ/kg)
h2: là entanpi của sản phẩm sau khi đưa vào buồng bảo quản đông, h1 h2 tra trong bảng 4-2 tài liệu [1] trang 110 (kJ/kg)
M: năng suất nhập vào buồng bảo quản đông trong một ngày đêm. Lấy bằng 6% dung tích buồng.
M=0,06.800=48(24th)
τ: thời gian làm lạnh (h), τ=24h.
Bảng 3.16 Kết quả tính tốn Q21 buồng bảo quản đông
M t1 h1 t2 h2 Q21
(t/24h) (oC) (kJ/kg) (oC) (kJ/kg) (kW) Buồng bảo
quản đông 48 -8 42,3 -18 5 20,72
3.3.1.4. Dịng nhiệt do bao bì tỏa ra
Q22=Mb.Cb(t1−t2).τ1000.3600,kW PT 3.24
Trong đó:
Mb – khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm, t/ngày đêm Cb – nhiệt dung riêng của bao bì, J/kgK (trang 113 tài liệu [1]) t1, t2 – nhiệt độ trước và sau khi làm lạnh của bao bì oC
τ – thời gian làm lạnh sản phẩm, h
Khối lượng bao bì chiếm 10 ÷ 30% khối lượng hàng (bìa cactong) →Mb = M.20% = 6,4 (t/24h)
Bảng 3.17 Kết quả tính tốn Q22 buồng bảo quản đơng
Mb t1 t2 Cb Q22 (t/ 24h) (oC) (oC) (J/kgK) (kW) Buồng bảo quản đông 9,6 -8 -18 1460 1,62 → Q2 =Q21 + Q22 = 20,72 + 1,62 = 22,34 (kW)
3.3.1.5. Dịng nhiệt do thơng gió. Dịng nhiệt do thơng gió.
ƩQ3 = Mk(h1 – h2) PT 3.25
Do đây là kho lạnh bảo quản cá nên không cần thông gió: Q3= 0
3.3.1.6. Dịng nhiệt do vận hành.
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 Trong đo:
Q41= A.F (W)
Với: A là nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng, đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m2
n là số người làm việc trong buồng, chọn n=2 Q43 = 1000N (W)
N là công suất động cơ điện, kW buồng bảo quản lạnh, đơng N=1÷4 kW (tham khảo tài liệu [1])
Chọn N=1 kW Q44 = B.F (W)
F là diện tích buồng
B là dịng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2
Dòng nhiệt riêng khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng là 6m ta tra được B = 12 W/m2 (bảng 4-4 trang 117 tài liệu [1])
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 (kW)
Bảng 3.18 Kết quả tính Q4 cho buồng bảo quản đông
A (W ) F (m2) Q41 (kW) n (người) Q42 (kW) N (kW) Q43 (kW) B Q44 (kW) Q4 (kW) 1 buồng 1,2 72 0,0864 2 0,7 1 1 12 0,864 2,65 6 buồng 15,90
3.3.1.7. Tính Phụ tải cho thiết bị và máy nén
- Phụ tải của thiết bị:
QTB= ∑Q = Q1 + Q2 + Q4 - Phụ tải của máy nén:
QMN =100%Q1 + 100%Q2 + 60%Q4 Kết quả được tổng hợp ở bảng sau:
Bảng 3.19 Kết quả tính tốn Q cho thiết bị và máy nén buồng BQĐ
Q1 (kW) Q2(kW) Q4(kW) ∑Q(kW) QMN(kW) QTB(kW) Buồng bảo
quản đơng 15,56 22,34 15,90 53,80 47,44 53,80
3.3.1 Tính nhiệt cho phịng bảo quản lạnh
Bảng 3.20 Kết quả tính tốn Q11 cho buồng bảo quản lạnh Vách (ma ) b (m) (W/m2K)k F (m2 ) t1 (oC) (oC)t2 (kW)Q (kW)Q11 Buồn g 1 Vách 1 12 6 0.490 72 26.32 5 0.75 2.51 Vách 2 6 6 0.490 36 26.32 5 0.38 Vách 3 12 6 0.490 72 5 5 0.00 Vách 4 6 6 0.490 36 26.32 5 0.38 Trần 12 6 0.490 72 26.32 5 0.75 Nền 12 6 0.356 72 15.04 5 0.00 Buồn g 2-8 Vách 1 12 6 0.490 72 5 5 0.00 1.76 Vách 2 6 6 0.490 36 26.32 5 0.38 Vách 3 12 6 0.490 72 5 5 0.00 Vách 4 6 6 0.490 36 26.32 5 0.38 Trần 12 6 0.490 72 26.32 5 0.75 Nền 12 6 0.356 72 15.04 5 0.00 Buồn g 9 Vách 1 12 6 0.490 72 5 5 0.00 2.51 Vách 2 6 6 0.490 36 26.32 5 0.38 Vách 3 12 6 0.490 72 26.32 5 0.75 Vách 4 6 6 0.490 36 26.32 5 0.38 Trần 12 6 0.490 72 26.32 5 0.75 Nền 12 6 0.356 72 15.04 5 0.00 Tổng 9 buồng 17.36
3.3.1.2. Dòng nhiệt do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời
Dịng nhiệt do bức xạ bằng khơng do vách panel không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên Q12=0 (kW)
Vậy, Q1 = Q11 + Q12 = 17,36 (kW)
3.3.1.3. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.
Với buồng bảo quản lạnh:
Q21=M ×(h1−h2)× 1000
τ ×3600(kW) Trong đó:
h1: là entanpi của sản phẩm trước khi đưa vào buồng bảo quản lạnh với nhiệt độ t1 = 8oC (theo tài liệu [1] trang 112) (kJ/kg)
M: năng suất nhập vào buồng bảo quản đơng trong một ngày đêm. Lấy bằng 6% dung tích buồng.
M=0,06.1200=72(24th)
τ: thời gian làm lạnh (h), τ=24h.
Bảng 3.21 Kết quả tính tốn Q21 cho buồng bảo quản lạnh
M t1 h1 t2 h2 Q21
(t/24h) (oC) (kJ/kg) (oC) (kJ/kg) (kW) Buồng bảo
quản lạnh 72 5 265 5 265 0
3.3.1.4. Dịng nhiệt do bao bì tỏa ra
Q22=Mb.Cb(t1−t2).24.36001000 (W)
Trong đó:
Mb – khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm, t/ngày đêm Cb – nhiệt dung riêng của bao bì, J/kgK
t1 , t2 – nhiệt độ trước và sau khi làm lạnh của bao bì oC τ – thời gian làm lạnh sản phẩm, h
Khối lượng bao bì chiếm 10 ÷ 30% khối lượng hàng (bìa cactong) →Mb = M.20% = 72.20% = 14,4 (t/24h) Bảng 3.22:Kết quả tính tốn Mb t1 t2 Cb Q22 (t/24h) (oC) (oC) (J/kgK) (kW) Buồng bảo quản lạnh 14,4 5 5 1460 0 → Q2 =Q21 + Q22 = 0 + 0 = 0 (kW)
3.3.1.5. Dịng nhiệt do thơng gió.
ƩQ3 = Mk(h1 – h2)
Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên khơng cần thơng gió: Q3= 0
3.3.1.6. Dòng nhiệt do vận hành.
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 Trong đo:
Với: A là nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng, đối với