c11 chu trinh may lanh

KHÁI QUÁT Máy lạnh dùng để thực hiện nhận nhiệt của vật để làm lạnh vật và nhả nhiệt cho môi trường để giải nhiệt thiết bị.. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐỒ THỊ IV I II III 1 2 2 Nhiệt lượng thả

CHƯƠNG 11 CHU TRÌNH MÁY LẠNH

1 KHÁI QUÁT

Máy lạnh dùng để thực hiện nhận nhiệt của vật (để làm lạnh vật) và nhả nhiệt cho môi trường (để giải nhiệt thiết bị) Theo định luật nhiệt động thứ hai thì nhiệt không thể tự phát truyền từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao, muốn thực hiện được quá trình truyền nhiệt nhiệt lượng từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao thì phải tiêu tốn một lượng công Vì thế máy lạnh thuộc loại chu trình nhiệt động ngược chiều

Gọi q0 là nhiệt lượng nhận vào từ vật

qk là nhiệt lượng thải ra môi trường xunh quanh

w là công cấp cho máy lạnh

Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta luôn có:

qq

qw

2 CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 1 CẤP

2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐỒ THỊ

IV I

II

III

1

2 2

Nhiệt lượng thải ra môi trường trong quá trình ngưng tụ qk được thực hiện nhờ chất tải nhiệt là không khí hoặc nước

Giải nhiệt bằng không khí  gọi là dàn ngưng hay dàn nóng

Giải nhiệt bằng nước  gọi là bình ngưng

II_ Van tiết lưu: Làm giảm đột ngột lỏng bảo hòa có áp suất cao ở trạng thái 3 thành hơi bão hòa ẩm có áp suất thấp ở trạng thái 4 Quá trình này gọi là quá trình tiết lưu i = i

III_ Thiết bị bốc hơi: Môi chất lạnh trong thiết bị bốc hơi có áp suất thấp sẽ sôi và lấy nhiệt từ phỏng lạnh có chứa sản phẩm, quá trình này là quá trình sôi đẳng áp ở áp suất p0

Làm lạnh không khí  gọi là dàn bốc hơi hay dàn lạnh

Làm lạnh nước  gọi là bình bốc hơi

IV_ Máy nén: Làm nhiệm vụ nén hơi có áp suất thấp ở trạng thái 1 thành hơi quá nhiệt ở trạng thái 2 có áp suất cao và tiêu hao 1 lượng công w, quá trình này là quá trình nén đoạn nhiệt

Môi chất lạnh (tác nhân lạnh, gas lạnh): là chất môi giới sử dụng trong máy lạnh để thu nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường xung quanh Môi chất lạnh tuần hoàn trong hệ thống lạnh nhờ máy nén

 Qui định về cách ký hiệu môi chất lạnh freon:

R XYZ

R: viết tắt của chữ Refrigerant

X = số nguyên tử cácbon – 1 (nếu X = 0  khỏi ghi)

vậy R22 có công thức phân tử là CHClF2

X = 2 – 1 = 1

Y = 2 + 1 = 3

X = 4

 R134a (các đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt)

Đối với các môi chất lạnh vô cơ: vì công thức hóa học của các chất vô cơ đơn giản nên ít khi sử dụng ký hiệu Tuy nhiên có một số nước quy định kí hiệu cho các môi chất vô cơ như R717 là NH3, R718 là H2O, R729 là không khí …

Tác nhân lạnh và tầng Ozone: Dưới tác động của các tia bức xạ mặt trời, các khí CFC, HCFC bị phân hủy để phóng thích các nguyên tử Clo tự do, các nguyên tử Clo tự do lại có khả năng phá vỡ các mối liên kết của phân tử ozone để tạo nên khí oxi và Clo

2.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Môi chất lạnh sau khi ra khỏi TBNT ở trạng thái 3 được đưa vào van tiết lưu để giảm áp suất, nhiệt độ và ra khỏi van tiết lưu ở trạng thái 4, sau đó nó được đưa vào TBBH để nhận nhiệt và biến đổi đến trạng thái 1, hơi ở trạng thái 1 được hút vào máy nén và được nén lên đến trạng thái 2, quá trình ngưng tụ ở TBNT sẽ làm hơi biến đổi từ trạng thái 2 đến 4 và chu trình cứ thế lặp đi lặp lại

Gọi GR là lưu lượng tác nhân lạnh tuần hoàn trong máy (kg/s);

Công cần cấp cho máy nén:

4 1

0

0 0

ii

i

iQQ

QW

]Wh[W

]Btu[QEER 0

EER = 3,412COP

3 CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 1 CẤP MỞ RỘNG

3.1 CHU TRÌNH QUÁ LẠNH

1

23

Bố trí thêm thiết bị quá lạnh lỏng sau thiết bị ngưng tụ

Quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ

Do lỏng môi chất tỏa nhiệt ra môi trường trên đoạn ống từ thiết bị ngưng tụ đến thiết bị tiết lưu

Về mặt tính toán nhiệt động thì tính giống như chu trình đơn giản, trong đó các thông số điểm 3’ tra theo bảng bão hòa từ nhiệt độ t3’ (do điểm 3’ nằm rất gần đường lỏng bão hòa)

Δq0

Δq0

Δtql

3.2 CHU TRÌNH QUÁ NHIỆT

i

lgp

1

23

Mục đích: để đảm bảo máy nén không hút lẫn lỏng

Biện pháp quá nhiệt:

Sử dụng van tiết lưu nhiệt

Do tải lạnh quá lớn và thiếu lỏng cấp cho thiết bị bay hơi

Do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi đến máy nén

3.2 CHU TRÌNH HỒI NHIỆT

Là chu trình vừa quá lạnh vừa quá nhiệt bằng cách dùng bình hồi nhiệt

Phương trình cân bằng năng lượng tại bình hồi nhiệt: i1’ – i1 = i3 – i3’

1

23

1'

Δtqn

4 TÍNH TỐN VỀ PHÍA CÁC CHẤT TẢI NHIỆT LẠNH

(NƯỚC, KHƠNG KHÍ)

Sử dụng phương trình cân bằng nhiệt

Đối với bình ngưng giải nhiệt nước hay bình bay hơi làm lạnh nước thì:

Qthiết bị = Qn = GnCpnt, kW Trong đĩ

Qthiết bị - năng suất bình ngưng hay bình bốc hơi, kW

Qn - nhiệt lượng nước nhận vào hay nhả ra, kW

Gn – lưu lượng nước qua thiết bị, kg/s

Cpn - nhiệt dung riêng của nước, kJ/kg.K

t

 - độ chênh nhiệt độ của nước qua nhiệt bị

Đối với bình dàn ngưng giải nhiệt bằng khơng khí hay dàn bay hơi làm lạnh khơng khí thì:

Qthiết bị = Qk = GkI, kW Hoặc Qthiết bị = Qk = GkCpkt khi khơng khí qua dàn lạnh khơng bị tách nước

5 BÀI TẬP

 Khảo sát một máy lạnh một cấp làm việc ở các điều kiện sau:

- Tác nhân lạnh là HCFC-22

- Hơi tác nhân lạnh đi vào máy nén có trạng thái bão hòa khô ở nhiệt độ

a Năng suất lạnh và công lý thuyết cấp cho máy nén trong hai trường hợp lần lượt ứng với t1 = 10o C và t1 = 5o C Trình bày các nhận xét có

liên quan

b Vẽ đồ thị logp-i tương ứng

 Khảo sát máy lạnh có máy nén hơi loại một cấp Cho biết:

- Tác nhân lạnh là R-22

- Trạng thái tác nhân lạnh ở đầu ra của thiết bị ngưng tụ (trạng thái 3) là

lỏng sôi ở áp suất 22 bar

- Trạng thái tác nhân lạnh ở đầu vào của máy nén (trạng thái 1) là bão hòa khô ở nhiệt độ 50 C

- Năng suất lạnh của máy lạnh là 50000 Btu/h

Xác định năng suất nhả nhiệt của thiết bị ngưng tụ

 Để giảm ẩm cho 1 công trình dân dụng từ nhiệt độ t1, độ ẩm tương đối 1 đến trạng thái t3, độ ẩm tương đối 3 người ta làm như sau: đầu tiên cho không khí thổi qua dàn lạnh của 1 máy lạnh, sau đó không khí tiếp tục được cho qua

1 điện trở như hình vẽ:

a) Biểu diển quá trình trên đồ thị t - d và I – d

b) Tính lượng nước tách ra Gn (kgnước/s)

c) Tính năng suất lạnh của dàn lạnh Qo (kW) và công suất điện trở QR (kW)

Qo

t1 = 27,5oC

%80

d) Cho biết hệ số làm lạnh của máy lạnh là 3,5 Tính công suất máy nén W Cho áp suất khí quyển là 1bar Giải bằng phương pháp tính toán

 Một máy lạnh một cấp có năng suất lạnh 1,5Btu/h hoạt động với các thông số sau:

Tác nhân lạnh R-22

Nhiệt độ sôi to = 0oC

Aùp suất ngưng tụ Pk = 14 bar

Hơi hút vào máy nén là hơi bảo hoà, tác nhân lạnh trước khi vào van tiết lưu ở trạng thái lỏng bảo hoà

1) Biểu diển chu trình trên đồ thị T – S Xác định các thông số tại các điểm đặc trưng

2) Tính năng suất thiết bị ngưng tụ và công suất máy nén (kW)

3) Thiết bị ngưng tụ được làm mát bằng không khí Cho biết nhiệt độ và độ ẩm không khí vào dàn ngưng là 25oC, 75% Nhiệt độ không khí ra khỏi dàn ngưng và lưu lượng không khí cần thiết

4) Để tăng năng suất lạnh người ta quá lạnh R-22 một khoảng ql4oC Tính năng suất lạnh sau khi quá lạnh

 Khơng khí ẩm lưu lượng 50g/s trướ c khi vào dàn la ̣nh của 1 máy lạnh cĩ nhiệt

đơ ̣ 30o

C, đợ ẩm 80% Máy lạnh cĩ hệ số làm lạnh là 3,5; năng suất thiết bi ̣ ngưng

tụ là 4kW

Xác định:

1) Cơng suất máy nén

2) Nhiệt đơ ̣ khơng khí ra khỏi dàn la ̣nh

3) Lượng nước (kg) tách được trong 30 phút

Được dùng đồ thị khơng khí ẩm để giải Cho áp suất khí quyển là 1 bar

8.5 GIẢI BÀI TẬP

1)

2)

d (g/kgkkkhô)

3) Điểm 1 : là trạng thái hơi bão hòa khô

Tra bảng “TCNĐ của NH3 ở trạng thái bão hòa” với t1= –100C:

i1 = i” =398,67 kcal/kg

s1 = s”=2,1362 kcal/kg.K Điểm 2: là trạng thái hơi quá nhiệt:

pk = pđh+ pkt =13+1 =14 at

12: quá trình nén đoạn nhiệt s2 = s1 = 2,1362 kcal/kg.K

Tra bảng “TCNĐ của hơi quá nhiệt NH3” ở p2=14 at, s2=2,1362

kcal/kg.K ta được:

t2 = 1000C i2=451,96 kcal/kg

Điểm 3: là trạng thái lỏng bão hòa

Tra với p = 14 at ta được :

t3 =35,60C i3 = i’=140,39 (Kcal/kg)

Điểm 4: là trạng thái hơi ẩm :

34: quá trình tiết lưu  i4 = i3 = 140,39 (Kcal/kg)

Trạng thái

Tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo t = 150CPhmax=0,017041 bar

Độ chứa hơi :

kgkkk/

kg,

,,

,,,

PP

P,

d

h

h

0064300170410

601

0170410

606220622

t

I1  1 1 2500193 1 15000643 250019315 3125

d2 = d1= 6,3 g/kgkk (quá trình gia nhiệt)

 , t  ,  ,  , kJ/kgkkd

IIVIIG

8602531454621360012000

1 2 1

 , ,  , , kg/s

,i

860

3 2

iiGlG

N lc lc

41018646739896451047

0

1 2

8 , 50

p3=8,741 at; i3 = i’ =122,38 kcal/kg

Điểm 2: là trạng thái hơi quá nhiệt

p

kcal/kg.K2,1532

ss

3 2

3812212397

1 2

4 1

,,

,

,i

i

i

il

s1=s2 =2,0459 kcal/kg.K

9593 0 1362 2

9593 0 0459 2

, ,

,

, 's

"

s

's s

x

Ct

i3=i’=122,38 kcal/kg

Điểm 4: i4=i3=122,38 kcal/kg

Trạng thái

Lượng môi chất tuần hoàn:

 , ,  , , kg/si

i

N

18649137493405

50

1 2

qG

Q0  lc 0  lc 1 4 0385 37491122 38 4186407

b Năng suất giải nhiệt của bình ngưng:

i i  ,  , ,  , kWG

qG

Qn  lc N  lc 2  3 0385 4059312238 4186 457

c Hệ số làm lạnh:

14 8 50

407 0

N

Q l

ss

barp

77101

16

1 2

2 70 16 741,84

3 42 16 551,98 3’ 35 13,532 542,88

4 -15 9,966 542,88

a Công suất nén:

i i   , ,  , kWG

lG

qG

60

11

4 1 0

c Hệ số làm lạnh:

6 3 79 7

5 28 0

,

, N

Q l

ss

barp

74091

10

2 2

ss

barp

74091

20

2 2

2 i2’=736,79 kJ/kg

Điểm 3:

8688375280970650

4 1 0

3752809706

1 2

4 1 0

,,

,

,,

ii

i

ilq

iiG

6370835640970650

4 1 0

8356409706

1 2

4 1 0

,,

,

,,

ii

i

i'l

'q

' '

ss

barp

76291

22

1 2

2

 s2=s1=1,7629 (KJ/kgđộ)

Điểm 3: có thể xem như trạng thái lỏng bão hòa và có nhiệt độ tương ứng

t3=400C, tra được i3=i’=549,36 kJ/kg

Khi lỏng ra khỏi bình ngưng không được quá lạnh

a/ Công suất của máy nén:

i i   , ,  , kWG

N  2  1 1 74716700 42 4674b/ Năng suất lạnh:

i i   , ,  kWG

Q0   1 4' 1 700 42570 46 130Hệ số làm lạnh:

78 2 42 700 16 747

46 570 42 700 1

2

4 1

, ,

,

, i

i

i

i l

QN   2  3' 1 74716570 46 1767

Khi lỏng ra khỏi bình ngưng được quá lạnh xuống nhiệt độ 40 0 C:

a/Công suất của máy nén: N=46,74kW

b/ Năng suất lạnh:

i i   , ,  kWG

Q0   1 4 1 700 4254936 151Hệ số làm lạnh:

23 3 42 700 16 747

36 549 42 700 1 2

4 1

, ,

, ,

i i

i i l

ss

at,p

p

15322

33510

1 2

3

2 i2=446,6 kcal/kg

Điêm3’: có thể xem như trạng thái lỏng bão hòa và có nhiệt độ tương ứng

t3’=200C, tra bảng ta được i3’ = i’=122,38 kcal/kg

4 -15 2,41 122,38 Hệ số làm lạnh:

5 5 12 397 6 446

38 122 12 397 1 2

4 1

, ,

,

, i

i

i

i l

ii

Qq

Q

38122123971864

290

4 1

0 0

N0252 446 639712 12 48 522



Năng suất giải nhiệt bình ngưng:

i i  ,  , ,  kWG

QN   2  3 0252 4466128 09 336

kJ/kg.K2,3561

i i  ,  , ,  , kWG

Q0   1 4 003 279 2517397 37

b/ Nhiệt thải của bình ngưng:

i i  ,  , ,  , kWG

QK   2  3 003 3116217397 413

c/ Công suất tiêu hao của máy nén:

i i  ,  , ,  , kWG

Nmn   2 1 003 31162279 25 097

25  C -10  C

30  C T

S

3' 3

at,pp

o '

'

0

9662

p3 =11,895 at; i3=i’=133,84 kcal/kg

Điểm 3’: rất gần trạng thái lỏng bão hòa:

s

s

at.p

p

' 21582

89511

1 2

3

2 i2=453,4 kcal/kg

Điểm 4: i4=i3’=128,09 kcal/kg

Trạng thái

t (0C) p (at) i (kcal/kg) s (kcal/kg.K)

1 -10 2,966 398,67 2,1362 1’ 0 2,966 404,91 2,1582

2 100 11,895 453,4 2,1582

3 30 11,895 133,84 1,1165 3’ 25 10,225 128,09 1,0976

4 -10 2,966 128,09 1,1076 Năng suất lạnh riêng:

 , ,  , kJ/kgi

i

q0  1 4  39867128 09 41861133

Năng suất giải nhiệt bình ngưng:

 , ,  , kJ/kgi

i

qN  2 3  453413384 4186 1338

Công suất tiêu hao máy nén:

 , ,  , kJ/kgi

i

lmn  2  1'  453 440491 4186 203

Hệ số làm lạnh:

58 5 91 404 4 453

09 128 67 398 1

2

4 1

, ,

,

, i

i

i

i l

T

25  C

1' 4

S 1

3 3'

2

Điểm 1:

pp

o '

'

10

50931

i

iiiiqq

' '

' '

ql qn

914025

2799929664

158

1 1 3 3

3 3 1 1

ss

bar6,5406p

p

1 2

2 65 6,5406 326,27 2,4223

3 25 6,5406 158,64 1,8657 3’ 6,5 3,8068 140,9 1,8044

4 -20 1,5093 140,9 1,8096

Năng suất lạnh riêng:

kg/kJ,,

,i

i

q0  1 4 279 25140913835

Năng suất giải nhiệt bình ngưng:

kg/kJ,,

,i

i

qN  2 3 326 2715864167 63

Công suất tiêu hao của máy nén:

kg/kJ,,

,i

i

lmn  2  1' 326 27296 992928

Hệ số làm lạnh:

73 4 99 296 27 326

9 140 25 279 1

2

4 1

, ,

,

, i

i

i

i l

30  C

25  C

1' 4

S 1

3 3'

at,pp

o '

'

5

9662

1

1

1 i1’=401,93 kcal/kg; s1’=2,1472 kcal/kg.K

Điểm 3:

p3 =11,895 at; i3=i’=133,84 kcal/kg

Điểm 3’: rất gần trạng thái lỏng bão hòa:

s

s

at.p

p

' 21472

89511

1 2

3

2 i2=450,43 kcal/kg

Điểm 4: i4=i3’=128,09 kcal/kg

Trạng thái

t (0C) p (at) i (kcal/kg) s (kcal/kg.K)

1 -10 2,966 398,67 2,1362 1’ -5 2,966 401,93 2,1472

2 95 11,895 450,43 2,1472

3 30 11,895 133,84 1,1165 3’ 25 10,225 128,09 1,0976

4 -10 2,966 128,09 1,1076 Lưu lượng tuần hoàn của lưu chất:

 , ,  , , kg/si

i

Q

1018640912867398

273000

3 4

QN   2  3 0241 450 4313384 4186319

 BÀI 8.22

5  C -10  C

bar,

pp

o '

'

5

19152

s

s

bar,

pp

' 23832

65449

1 2

3

2 i2=321,39 kJ/kg

Điểm 4: i4=i3’=163,64 kJ/kg

Trạng thái

t (0C)

P (bar)

i (KJ/kg) s (KJ/kgđộ)

1 -10 2,1915 283,85 2,3497 1’ 5 2,1915 292,91 2,3832

2 64 9,6544 321,39 2,3832

3 40 9,9644 173,97 1,9144 3’ 30 7,4806 163,64 1,8815

4 -10 2,1915 163,64 1,8929 Thể tích quét của piston:

n z S

D

2

0226 0 60

1450 6

10 50 10

63 4 60

,v

02260

3 1

QN lt N lt

34650 3

40 97 173 39 321 2733 0

3 2

pp

o '

'

5

5523

s

s

bar,

pp

' 18032

31515

1 2

4 -10 3,552 536,57

Năng suất lạnh riêng:

 12 

0 4