Mục đích thí nghiệm Khảo sát quá trình tự động hĩa của tháp giải nhiệt bằng khơng khí với các chế độ giả lập: - Sự tự động đĩng ngắt của bơm khi mức nước trong tháp giải nhiệt xuống dướ
Trang 1I TRÍCH YẾU
1 Mục đích thí nghiệm
Khảo sát quá trình tự động hĩa của tháp giải nhiệt bằng khơng khí với các chế độ giả lập:
- Sự tự động đĩng ngắt của bơm khi mức nước trong tháp giải nhiệt xuống dưới mức yêu cầu, hoặc khi bơm hoạt động quá tải
- Khảo sát sự đĩng, mở của van điện từ khi trở lực trên đường ống tăng quá mức cho phép
- Khảo sát sự tự động đĩng ngắt của thiết bị gia nhiệt bằng bộ điều khiển nhiệt độ khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ cài đặt
Khảo sát hiệu quả của quá trình giải nhiệt với tháp giải nhiệt bằng khơng khí là tác nhân
2 Dụng cụ, thiết bị
Sơ đồ thiết bị tự động hóa tháp giải nhiệt
CHÚ THÍCH:
SV1 : Van điện từ 1 Lvi : Bộ báo mực nước trong
tháp
T 1 : Bộ điều khiển nhiệt độ nước ra F : Quạt cấp không khí giải
Trang 2T c 2 : Bộ điều khiển nhiệt độ nước
vào
Fli : Bộ hiển thị lưu lượng gió
3 Nội dung thí nghiệm
A Điều khiển từ Panel :
+ Tình huống giả lập 1: Nước trong tháp giải nhiệt bị cạn và mức nước không
đạt yêu cầu cần thiết
- Mở van xả đáy của tháp để xả bỏ nước trong tháp Quan sát sự thay đổi
bảng báo mức Lv i trên tủ điều khiển
- Ghi nhận mức Lv i khi bơm ngừng hoạt động
- Đóng van xả đáy Tiến hành cấp nước lại cho tháp Quan sát sự thay đổi
bảng báo mức Lv i trên tủ điều khiển
+ Tình huống giả lập 2: Quá áp và áp suất làm việc của bơm vượt quá giới hạn
cho phép Đồng hồ áp kế P i chỉ áp suất vượt quá mức quy định
- Đóng van để tăng áp suất làm việc của bơm Quan sát sự thay đổi áp suất
làm việc của bơm trên đồng hồ áp kế P i à Ghi lại giá trị áp suất khi van SV 2 hoạt động
- Mở van để giảm áp suất làm việc của bơm Quan sát sự thay đổi áp suất
làm việc của bơm trên đồng hồ áp kế P i và Ghi lại giá trị áp suất khi van SV 2 dừng hoạt động
+ Tình huống giả lập 3: Thay đổi nhiệt độ của nước tuần hoàn trước khi vào
tháp
- Thay đổi nhiệt độ cài đặt cho nước tuần hoàn trước khi vào thápvà quan
sát quá trình hoạt động của bộ gia nhiệt nước (H) và sự thay đổi nhiệt độ của nước (Tc 2)
+ Tình huống giả lập 4: Oån định nhiệt độ của nước tuần hoàn
- Chỉnh số vòng quay của quạt trong khoảng 501 vòng/phút, nhiệt độ Tc 2 =
40oC à Quan sát sự thay đổi nhiệt độ Tc 1 của nước ra khỏi tháp (vào bơm)
- Vẽ đồ thị giá trị Tc 1 Tc 2 thay đổi theo thời gian
- Vẽ đồ thị giá trị (Tc 2 -Tc 1) thay đổi theo số vòng quay của quạt Tần số thay đổi trong khoảng khảo sát [500 ÷ 1000] vòng/phút, bước nhảy 100 vòng/phút, nhiệt độ
cài đặt Tc 2 = 40oC
+ Tình huống giả lập 5: Giả lập khi bơm bị quá tải.
B Điều khiển từ PC
Lặp lại các tình huống giả lập tương tự như quá trình điều khiển từ PANEL
Trang 34 Phương pháp thí nghiệm
Đầu tiên, nước trong tháp giải nhiệt ở nhiệt độ T1 được bơm P qua bộ gia nhiệt H để nâng đến nhiệt độ T2 rồi được tuần hoàn trở lại tháp, phía trong tháp
cĩ bố trí lớp đệm Tại đây, nước được tiếp xúc với không khí, giải nhiệt Khơng khí được cung cấp nhờ quạt F, và làm nguội xuống nhiệt độ T1
5 V ận hành
Bước 1: Mở van cấp nước đến hệ thống.
Bước 2: Kiểm tra hệ thống:
- Kiểm tra quạt xem dây truyền động có bị đứt hay gặp sự cố nào không?
- Kiểm tra vị trí các đầu dò nhiệt độ có nằm đúng vị trí hay không?
- Kiểm tra dây truyền tín hiệu giữa tủ điều khiển và máy tính có bình thường hay không?
Bước 3: Bật CB tổng (bên trong tủ điện), đèn POWER sáng.
Bước 4: Chọn chế độ chạy: xoay RUN MODE đến vị trí PANEL (điều khiển
hệ thống thông qua các phím bấm trên mặt tủ điện) hoặc PC (điều khiển hệ
thống từ máy tính)
II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
II.1 Số liệu thơ
A Điều khiển bằng Panel
1) Chế độ giả lập 1:
Tháo nước trong tháp ra bằng van xã đáy, khi mức nước xuống tới mức 2 bơm tự động ngắt
Đĩng van lại, nước trong tháp dân lên đến mức 3 bơm tự động hoạt động trở lại
2) Ch ế độ giả lập 2:
• Khi khĩa van tay, tổn thất áp suất trên đường ống tăng, kim áp kế quay sang phải khi kim áp kế chỉ đến giá trị P = 33 PSI, van SV2 tự động mở
• Khi mở van tay, tổn thất áp suất trên đường ống giảm, kim áp kế quay trở lại vị trí ban đầu (từ phải sang trái) Khi kim áp kế đạt giá trị P = 19 PSI, van SV2 tự động đĩng
3) Chế độ giả lập 3
Áp suất tiến hành thí nghiệm P= 2kg/cm2
Trang 44) Ch ế độ giả lập 4
Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ T c1 , T c2 với số vịng quay của quạt là 501 vịng/phút
T c1 39.7 39.7 39.6 39.5 39.4 39.2 39.1 38.9 38.7 38.5 38.3 38.2
T c2 42.9 42.7 42.5 42.4 42.2 42 41.8 41.6 41.1 41.2 41 40.4
Chế độ vòng quay quạt vq = [500 – 1000] (vòng/phút), bước nhảy 100 (vòng/phút)
B Điều khiển từ PC :
Chỉ tiến hành chế độ giả lập 4
Chế độ lưu lượng gió Qq = 100 (m3/h)
Quan hệ giữa vòng quay quạt và lưu lượng gió
Lưu lượng quạt
Trang 5Panel ( vịng/p) 787 825 839 867 875 914 998 1006
II.2 Xử lí số liệu:
A Điều khiển từ Panel :
Đồ thị 1 : Khảo sát nhiệt độ của dịng nước ra và vào tháp khi chưa khởi động quạt
Đồ thị 2 Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh ở chế độ vòng quay quạt
vq = 501 (vòng/phút)
Đồ thị 3 : Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh ở chế độ vòng quay quạt
vq = [500 – 1000] (vòng/phút)
Đồ thị khảo sát nhiệt độ dịng nước ra và vào tháp khi chưa khởi
động quạt
Nước ra Nước vào
Khảo sát nhiệt độ dịng vào và ra tháp khi khởi động quạt với tốc độ
501 vịng/phút
dịng ra Dịng vào
Trang 6B Điều khiển từ PC :
Đồ thị 4 : Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh theo thời gian ở chế độ lưu lượng
gió Qq = 100 (m3/h)
Đồ thị 5 : Khảo sát sự phụ thuộc của số vịng quay quạt vào lưu lượng giĩ
Dịng ra Dịng vào
Dịng ra Dịng vào
Trang 7III BÀN LUẬN
- Theo lý thuyết khi thiết bị đun nĩng đạt đến nhiệt độ cài đặt của Tc2 thì thiết bị
tự động ngắt, nhưng trong bài thí nghiệm, nhiệt độ hiển thị của Tc2 tới 42oC (trong khi đĩ ta cài đặt là 40oC) thiết bị đun nĩng mới tự ngắt Điều này cĩ thể giải thích là do độ nhạy của đầu dị, nên cĩ sự trễ
- Từ đồ thị 1 ta nhận thấy, nhiệt độ dịng nước ra và vào là gần bằng nhau Điều đĩ cho thấy, khi quạt khơng hoạt động, tháp giải nhiệt hầu như khơng cĩ tác dụng
- Khi ta sử dụng quạt, nhiệt độ của dịng nước ra cĩ giảm nhưng khơng đáng kể, chứng tỏ hiệu quả giải nhiệt khơng cao
- Một điều nghịch lý cĩ thể thấy khi tiến hành thí nghiệm, khi tăng tốc độ của quạt,
lẽ ra nhiệt độ của dịng nước ra phải giảm, nhưng lại xảy ra điều ngược lại Điều này cĩ thể được giải thích như sau, dịng nước vào được đi qua lớp đệm, tại đây, dịng nước tiếp xúc với khơng khí, nĩ trao đổi nhiệt và bay hơi Khi nước bay hơi, nĩ thu nhiệt, làm cho nhiệt độ của dịng nước giảm xuống:
Khi vận tốc tăng, thời gian tiếp xúc của nước với dịng khí giảm
Dịng khí sẽ đẩy dịng nước ngược lên trên gây ra hiện tượng tầng sơi trong lớp đệm
Phần khơng gian phía trên tháp giải nhiệt quá nhỏ, lượng nhiệt bị tích tụ ở đây, một phần nĩ làm giảm hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt giữa dịng khí và dịng nước vào
Dịng nước khơng được phân bố đều lên trên lớp đệm, cĩ xuất hiện một số chỗ dịng nước chảy thành dịng qua lớp đệm
IV TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 5:
• Hoạt động của bơm (bơm chất lỏng) bị khống chế bởi các yếu tố sau:
- Lưu lượng của dịng lưu chất Trong bài thí nghiệm, khi mức nước giảm xuống mức 2, mực nước thấp hơn đường hút của bơm, bơm sẽ hút khí nếu nĩ vẫn cịn vận hành
- Tổn thất áp suất trên đường hút và đường đẩy Nếu chúng quá lớn, bơm sẽ bị quá tải, dẫn đến hư bơm
- Chiều cao cột hút và cột đẩy Bơm chỉ cĩ thể hoạt động với chiều cao của cột hút
<= 10 mH2O
- Nhiệt độ của dịng nước chạy qua bơm
Trang 8• Một số phương pháp cĩ thể sử dụng để tránh sự hoạt động quá tải của bơm:
- Dùng van điên từ nhận tín hiệu áp suất trên đường đẩy Khi áp suất trên đường đẩy tăng quá giá trị cài đặt, van điện từ sẽ tự động mở Dịng nước sẽ chạy qua đường ống này, tổn thất áp suất giảm xuống
- Dùng thiết bị nhận tín hiệu trực tiếp từ bơm, khi bơm rơi vào trạng thái hoạt động quá tải, nĩ sẽ tự ngắt, khơng cho bơm hoạt động
Câu 6:
• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt diễn ra trong tháp giải nhiệt:
- Lưu lượng dịng khí vào tháp
- Dạng lỏng tiếp xúc với dịng khí:
Cho lỏng vào ở dạng dịng từ trên chảy xuống dưới
Lỏng được phun thành giọt nhỏ
Lỏng được cho chảy màng trong các ống trao đổi nhiệt
Lỏng được cho chảy qua lớp đệm
- Thể tích của tháp, đặc biệt là phần khơng gian phía trên
- Chiều cao của lớp đệm trong tháp
- Cách sắp xếp vật liệu đệm
- Khoảng cách từ đường vào của dịng khí tới lớp đệm
• Một số phương pháp để ổn định quá trình giải nhiệt nước và nâng cao hiệu suất trao đổi nhiệt của hệ thống:
- Thể tích tháp phải đủ lớn (cần tính tốn để biết được đường kính cần thiết cho tháp giải nhiệt)
- Chiều cao lớp đệm, cách sắp xếp vật liệu đệm sao cho diện tích tiếp xúc của dịng nước và dịng khí là lớn nhất và tránh hiện tượng xuất hiện nước chảy trực tiếp từ trên xuống thành dịng
- Dịng nước phải được phun đều lên lớp đệm
- Dịng khí từ dưới lên cũng phải được phân bố đều khi đi qua lớp đệm
Câu 7
• Thiết bị điều khiển Tc2 bị hỏng, nhiệt độ liên tục tăng, cĩ thể là do bộ phận tự ngắt của thiết bị, khi nhiệt độ của thiết bị đun nĩng H vượt giá trị cài đặt, khơng hoạt động Trong trường hợp này, ta phải ngắt thiết bị H bằng tay
• Hướng nâng cấp thiết thiết bị điều khiển Tc2:
Bộ phận điều khiển cơng tắc đĩng ngắt phải tốt
Lắp thêm một thiết bị điều khiển cĩ chức năng giống như Tc2
Câu 8
Trong quá trình làm thí nghiệm khơng cĩ xảy ra những sự cố nào
Cách bố trí và sắp xếp thiết bị hợp lý
Cĩ một thắc mắc nhỏ đĩ là sự tương thích của nhiệt độ dịng vào và dịng ra khi điều khiển bằng PANEL và điều khiển bằng PC
V TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) File tài liệu hướng dẫn bài tự động hóa tháp giải nhiệt.
2) Các quá trình và thiết bị truyền khối, TS Trịnh Văn Dũng.
3) Bơm, quạt, máy nén, Hồng Minh Nam.
