Quá trình lạnh

4.1. Lạnh đông

4.1.1. Khái niệm cơ bản

Quá trình lạnh là q trình thu nhiệt từ nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp rồi truyền cho vật có nhiệt độ cao hơn. Cần phải tiêu tốn cơng bên ngồi.

Kỹ thuật làm lạnh thường được dùng trong hấp thụ, sấy thăng hoa, tách khí, bảo quản thực phẩm…

Phân loại q trình lạnh:

- Lành lạnh ơn độ/lạnh đông: từ nhiệt độ thường đến -100°C - Làm lạnh dưới -100°C

- Lạnh thâm độ: từ -100°C đến -231°C - Lạnh băng thâm độ: 40 đến 0,3 K - Siêu lạnh thâm độ: đến 0,00002 K

4.1.2. Cơ sở nhiệt động của q trình lạnh đơng

1 - 2: nén đoạn nhiệt hơi tác nhân lạnh nhiệt độ hơi thay đổi từ T0 – T, tiêu hao công L1.

2 - 3: ngưng tụ đẳng nhiệt tác nhân lạnh, nhiệt lượng Q tỏa ra môi trườn xung quanh.

3 - 4: giãn đoạn nhiệt lỏng tác nhân lạnh, nhiệt độ cuối là T0, sinh công L0.

4 - 1: bay hơi lỏng tác nhân lạnh, thu nhiệt Q0 của nguồn lạnh.

Tác nhân lạnh thu nhiệt của nguồn lạnh, entropi giảm đi một lượng: Q0 /T0

Tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa nhiệt cho

nguồn nóng, Entropi của nguồn nóng tăng lên một lượng: Q0

+ L1𝐿𝑇0

0

Công tiêu hao cần thiết cho máy lạnh:

L = Q0(𝑇− 𝑇0

39 Lượng nhiệt Q0 do tác nhân lạnh thu vào gọi là năng suất của máy lạnh.

 Biểu đồ T-S của quá trình làm lạnh

Năng suất lạnh biểu diễn bởi diện tích 1- 4 - 5 – 6.

Lượng nhiệt do tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa ra cho nguồn nóng ở nhiệt độ T biểu diễn bởi diện tích 2- 3 - 5 - 6

Hiệu số giữa hai diện tích là cơng tiêu hao L biểu diễn bởi diện tích 1-2-3-4

Hệ số lạnh (hiệu quả làm việc của máy lạnh).  = 𝑄0 𝐿 = 𝑄0 𝑄− 𝑄0 = 𝑇0(𝑆1− 𝑆2) 𝑇(𝑆1− 𝑆2)−𝑇0(𝑆1− 𝑆2) = 𝑇0 𝑇− 𝑇0

4.1.3. Chu trình lý tưởng của máy lạnh nén hơi.

Chu trình Carno nghịch được coi là chu trình lý tưởng cho máy lạnh nén hơi.

Máy nén hút hơi ẩm tử thiết bị bay hơi có nhiệt độ T0 và áp suất P0

Hơi được nén tới áp suất P và nhiệt độ T. Hơi tác nhân lạnh được đưa vào thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ thành lỏng.

Tác nhân lạnh sau ngưng tụ được đưa vào máy giãn đến ap suất P0, nhiệt độ T0 Tác nhân lạnh ra khỏi máy giãn đi vào thiết bị bay hơi, hút vào máy nén và lặp lại từ đầu.  = 𝑄0 𝐿 = 𝑄0 𝑄− 𝑄0 = 𝑖1− 𝑖4 𝑖2− 𝑖1 = 𝑖1− 𝑖3 𝑖2− 𝑖1

4.1.4. Chu trình thực của máy lạnh

Chu trình thực khác với chu trình lý tưởng - Thay máy giãn bằng van tiết lưu

40 - Nén quá nhiệt : 1’-2’

- Làm lạnh hơi quá nhanh - Ngưng tụ : 2-3

- Làm quá lạnh : 3-3’

- Giãn qua van tiết lưu 3’-4’’’ - Hệ số lạnh:

 = 𝑄0

𝐿 = 𝑖1′− 𝑖4"

𝑖2′− 𝑖1′ = 𝑖1′− 𝑖3′ 𝑖2′− 𝑖1′

- Năng suất lạnh: Q0 = G(i1 – i3’), W

- Công tiêu hao lý thuyết: L = Q0 – Q = G(i2’ – i1’), W.

- Lượng nhiệt tác nhân lạnh cấp cho nguồn nóng: Q = G(i2’ + i3’), W. - Năng suất lạnh: Q0 = Vnqv = Vn1(i1 – i3’), W.

- Công suất máy lạnh: N = 1000𝐿 = 𝑄0

1000 kW

- Hiệu suất chung của máy lạnh:  = ickcddc