Khảo sát phụ tải hệ thống

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Khảo sát phụ tải hệ thống

2.1.1. Nhiệt lượng cần để duy trì nhiệt độ thực phẩm, Q1

Khi đưa thực phẩm nóng vào thùng để vận chuyển thì nhiệt độ thực phẩm trong khoảng từ 40C đến 50C. Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ bên trong thùng phải đảm bảo duy trì cao hơn nhiệt độ của thực phẩm lúc ban đầu là từ 5 – 10C. Khi đó hệ thống ống nhiệt phải đảm bảo duy trì nhiệt độ của thực phẩm ổn định trong khoảng thời gian làm việc. Nhiệt lượng cần để duy trì nhiệt độ thực phẩm, Q1 được tính như sau:

1 tp. tp.( f1 tp), kJ

Q m C t t (2.1)

Trong đó: mtp: Khối lượng thực phẩm cần giữ ấm, kg Ctp: Nhiệt dung riêng của thực phẩm, kJ/(kg.K) tf1: Nhiệt độ bên trong thùng, C

ttp: Nhiệt độ thực phẩm khi đưa vào thùng, C

Nhiệt dung riêng của thực phẩm có thể tra cứu theo các tài liệu có sẵn.

Bảng 2.1 Các thông số nhiệt vật lý của thực phẩm [10]

Thực phẩm Độ ẩm

%

Protein

%

Chất béo

%

Carbon- hydrate

%

Chất xơ

%

Tro

%

Nhiệt dung riêng trên điểm kết

đông kJ/kg.K

Nhiệt dung riêng dưới điểm kết

đông kJ/kg.K Cá ngừ 68,09 23,33 4,90 0,0 0,0 1,18 3,43 2,19 Thịt bò nạc 75,91 20,20 2,87 0,0 0,0 1,08 3,65 2,09

Gà 65,99 18,60 15,06 0,0 0,0 0,79 4,34 3,32

Vịt 48,50 11,49 39,34 0,0 0,0 0,68 3,06 2,45

Gà tây 70,40 20,42 8,02 0,0 0,0 0,88 3,53 2,28 Thịt heo

nạc

72,63 19,55 7,14 0,0 0,0 1,02 3,59 2,20

2.1.2. Nhiệt lượng cần để duy trì nhiệt độ thùng, Q2

Đây là thành phần nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của thùng từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ ổn định trong quá trình hoạt động. Nhiệt lượng này có thể được tính theo:

2  kk. pkk.( f1 f2), kJ

Q m C t t (2.2)

Trong đó nhiệt độ thùng lúc đầu xem như bằng với nhiệt độ môi trường, khối lượng không khí trong thùng được tính theo thể tích thùng và các thông số của không khí được tra theo nhiệt độ trung bình tính toán. Thực tế với thể tích thùng không quá lớn thì phần nhiệt lượng này cũng không quá cao, đôi khi được bỏ qua trong quá trình tính toán.

2.1.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường

Trong hệ thống ống nhiệt tận dụng nhiệt thải từ xe máy, tổn thất nhiệt ra môi trường bao gồm hai thành phần là tổn thất nhiệt từ thùng đựng sản phẩm ra môi trường, Q31 và tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn ra môi trường, Q32 do việc cách nhiệt không tốt.

a. Tổn thất nhiệt từ thùng ra môi trường, Q31

Thành phần tổn thất nhiệt này được tính theo quá trình truyền nhiệt qua vách phẳng, xét đến hai yếu tố dẫn nhiệt qua vách và tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên bên trong và ngoài thùng. Vách thùng gồm có 2 nhựa và 1 lớp cách nhiệt, vì độ dày của 2 lớp nhựa quá bé nên khi tính toán xem như là vách phẳng một lớp cách nhiệt. Mặc khác, để đơn giản hóa tính toán tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên, có thể chọn các hệ số tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên bên trong và ngoài thùng theo các thông số thực nghiệm từ các tác giả đã công bố.

Hệ số truyền nhiệt qua vách phẳng:

2

1 1 2

1 , W/m .K

1  1

   



 

v n

i

i i

k (2.3)

Tổn thất nhiệt từ thùng ra môi trường trong khoảng thời gian :

31  . .(n f1 f2). , kJ

Q k F t t (2.4)

b. Tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn, Q32

Tổn thất nhiệt này phụ thuộc vào hệ số tỏa nhiệt khi sôi của môi chất, khi tính toán người ta đưa chúng về dạng truyền nhiệt đường, thể hiện qua hệ số truyên nhiệt đường như sau:

3 2

1 2 1 3 2 2 3

1 , W/m.K

1 1 1 1

ln ln

2 2

   



  

l

s

k d d

d d d d

(2.5) Trong đó hệ số tỏa nhiệt khi sôi của môi chất có thể được tính theo mật độ dòng nhiệt và áp [6]:

0,5 0,7 2

3, 45. , W/m K

s  p q (2.6)

với: p: áp suất bão hòa của môi chất khi sôi, bar q: mật độ dòng nhiệt, W/m2.

Hoặc có thể tính hệ số tỏa nhiệt khi sôi theo các công thức thực nghiệm được trình bày trong mục 2.2.1.

Tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn môi chất trong khoảng thời gian :

32 . .l od.(h f2) , kJ

Q k F t t (2.7)

2.1.4. Một số vấn đề khác liên quan a. Kích thước bình bay hơi

Thể tích của bình bày hơi có thể tính toán được theo phụ tải và mật độ dòng nhiệt truyền từ khói sang môi chất. Tuy nhiên, do phần đầu ống khói xe (cổ ống bô) có đường kính 22mm, chiều dài tối đa 200mm và bị vướng cần khởi động nên chỉ có thể lắp bình bay hơi với chiều dài tối đa 150mm và đường kính ngoài tối đa 70mm.

Vậy có thể thiết kế bình bay hơi với kích thước như sau:

Chiều dài của bình bay hơi: 150 mm

Đường kính ống lớn của bình bay hơi: 67 mm Đường kính ống nhỏ của bình bay hơi: 28 mm b. Kích thước dàn ngưng

Để tính toán được kích thước của dàn ngưng cần tính được chiều dài của đường ống cần thiết và cách bố trí ống trong dàn ngưng. Chiều dài này phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt:

2 1

.( ), m

 

ng ng

ng h f

F Q

k t t (2.8)

Trong đó hệ số truyền nhiệt với ống trơn và ống có cánh được xác định theo các công thức sau:

2

1

1 , W/m K

1  1

  



 

ng

od

od ng

k (2.9)

, W/m K2

1 0, 25.

 



ng ng

c c

k k

h s

(2.10) Với hc và sc là chiều cao và bước cánh trao đổi nhiệt trong dàn ngưng.

Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng được trình bày trong mục 2.1.2 hoặc có thể xác định theo công thức sau:

 

3 4 2

w

0, 72 . . , W/m K

. .( )

   

 

 



l l l g

ng

l od h

r g

d t t (2.11)

Công suất cần thiết của dàn ngưng:

. , W

 

ng ng

Q Q (2.12)

Hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt có thể chọn lựa theo các tài liệu có sẵn.