Máy và thiết bị lạnh t1

CÁC LOẠI MÁY LẠNH THÔNG DỤNG Có nhiều phương pháp làm lạn h khác n hau, mỗi phương pháp làm lạn h có nguyên lý làm việc và sơ đổ th iế t bị riêng.. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh nén hơi MN -

NGUYỄN ĐỨC LỢI - PHẠM VĂN TÙY

MÁY

v à THIẼT Bj LẠNH

NGUYỄN ĐỨC LỢI - PHẠM VĂN TÙY

LÒI NÓI ĐẰU

C ùng vói công cuộc đổi m ói công nghiệp hóa, hiện đại hóa đ á t nước,

kỹ th u ậ t lạnh đ a n g p h á t triển rát m ạ n h m ẽ ỏ Việt N am Tủ lạnh, m ảy kem,

m áy đá, m áy đièu hòa n h iệt độ đ ã trỏ nên quen thuộc trong đời sống hàng ngày Các m á y và th iết bị lạnh công nghiệp p hục vụ trong các ngành chế biến thực p h ẩ m , bia, rượu, sợi dệt, in án, thuốc lả, diện tử, vi điện tử, thông tin, viễn thông, bưu chính, y tế, th ề dục th ể thao, du lịch củng đa n g p h á t huy tác d ụ n g thúc d ẩ y m ạ n h m ẽ nên k in h tế d i lén.

So n g song với sự p h á t triển kỹ thuật, việc p h á t triền đội ngủ cán bộ khoa học kỹ th u ậ t và công n h â n lành nghè củng đ ã được N g h ị quyết Trung ương 2 d in h hướng và chỉ rõ : "Phát triển giáo dục, đào tạo và khoa học công nghệ là quốc sách hàng đàu n h ầ m nâng CCLO d ãn trí, dào tạo nhăn lực, bồi dưỡng nh ă n tài, p h á t h u y nguồn lực con 'người, là kháu đ ộ t p h á đ ể tiến vào thời kỳ mói Dáy là sự nghiệp của Đảng, của Nhà, nước và của toàn dãn, của từ ng g ia đ ìn h và m ỗi công dán".

Đ ể đáp ứng nhu cầu cáp bách trên chúng tôi đã biên soạn giáo trình

"Máy và th iết bị lạ n h ” d ù n g cho chương trĩn h dào tcỊO Cao dà n g và Công nhãn Điện lạnh.

K hác với giáo trìn h "Kỹ th u ậ t lạ n h cơ sỏ" N X B GD 1996 (in lần 4)

d ù n g cho các trường Đ ại học k ỹ th u ậ t, giáo trĩn h "Máy và T h iế t bị lạnh"

kh ô n g đ i sâu vào lý th u yế t tin h toán m à đ i sâu giới thiệu k ế t cáu, cáu tạo, nguyên lý là m việc, p h ư ơ n g p h á p vận hành, d u y tu, bảo dưỡng, sửa chữa, lự a chọn th iế t bị p h ù hợp n h ằ m cung cấp cho học viên các kiến thức thực tế cơ bản v ì m á y lạ n h d ề có th ề n ấ m bất và ứ ng d ụ n g tốt n h ấ t trong thực tể.

L ầ n tái bản này chúng tôi bổ sung thêm p h ầ n 1.4 (chương 1) : nhắc lại các kiến thức ca bản của kỹ th u ậ t nhiệt, v ì vậy các kiến thức được trĩn h bầy

dễ hiểu, đơn giản, các h ìn h vẽ p h ầ n lón là nguyên lý hoạt động và là hìn h ảnh, ph ố i cảnh, cảc tín h toán củng rát đơn giản, ngắn gọn chủ yếu theo các giá trị k in h nghiệm , đ ịn h hướng.

Giáo trĩn h chủ yếu d ù n g đ ể giảng dạy trong các trường Cao đảng, Cử nhăn, Công nhân Điện lạnh Giáo trìn h này củng cỏ th ể d ù n g làm tài liệu

th a m khảo rát tốt cho sin h viên các trường Đại học kỹ thuật, các kỹ sư, cán

bộ khoa học kỹ th u ậ t và công nh â n vận hành lấp ráp sửa chữa m áy và thiết

bị lạ n h của tấ t cả các ngành đ a n g có liên q u a n tới lạnh Do m áy lạ n h nén hơi đ a n g được s ử d ụ n g chủ yếu hiện n a y nên g iá o trìn h này củng kh ô n g giới th iệu m á y lạ n h h ấp th ụ ejêctơ, nén k h í và c h ỉ đ i sâu giởi thiệu về m á y

8222393 ; N R 7165860.

X in trâ n trọng cảm ơn.

C á c t á c g i ả

độ th ấ p do các m ạch nước ng ẩm n h iệ t độ th ấ p chảy qua.

Các tra n h vẽ trê n tư ờ n g tro n g các kim tự th á p Ai cập cách đây 2500 -ỉ- 3000 năm đã mô tả cảnh nô lệ q u ạ t các bình gốm xốp cho nước bay hơi làm m á t không khí.Cách đây 2000 n ăm người Ấn Độ và T ru n g Quốc đã biết trộ n muối vào nước hoặc nước đá đ ể tạo n h iệ t độ th ấ p hơn

Tuy nhiên, kỹ th u ậ t lạn h hiện đại mới chỉ b ắ t đ ầ u từ th ế kỷ 18 và 19 với các sự kiện nổi b ậ t :

1750-1755 : Giáo sư \V.Cullen đ ã làm cho nước tro n g cốc đ ặ t tro n g m ột quả

chuông th ủ y tin h hóa đá nhờ h ú t chân không tro n g quả chuông.1761-1764 ; J Black p h á t hiện n h iệt ẩn ngư ng tụ và n h iệ t ẩn hóa hơi

1780 : C louet và M onge lẩn đ ầu tiê n hđa lỏng khí SO2

1810 : Leslie ch ế tạo m áy lạn h hấp th ụ H 2O/ H 2SO4

1823 ; P a rad a y s công bố công trìn h về hóa lỏng khí

1824 : C a rn o t khám phá định lu ậ t n h iệ t động II

1834 : P e rk in s đ ăn g ký bằn g p h á t m inh vể m áy lạn h nén hơi đầu tiê n trê n

th ế giới H ỉn h 1.1 giới th iệ u m áy lạ n h đầu- tiê n chạy b ằ n g e te do

1835 : T h ilo rer hóa rá n khí CO2 (đá khô).

1842-1843 : M ayer và Jo u le kh ám p h á đ ư ơ n g lư ợ n g n h iệ t c ủ a công (đ ịn h lu ậ t

n h iệ t đ ộ n g I)

1845 : G orrie c h ế tạo m áy nén khí đ ầu tiên

1852 : Thom son (Kelvin) p h á t m inh r a bơm nhiệt

1856-1859 : H a rriso n hoàn th iệ n m áy lạn h nén hơi môi c h ấ t etylete

1858 : T ầu hỏa lạn h chở thực phẩm đ ầ u tiê n h o ạ t động ở Mỹ

1859 : C arré p h á t m inh m áy lạn h hấp th ụ N H 3/ H 2O đầu tiên

1861 : M ort và Nicolle xây dự ng m áy kết đông th ịt đ ầ u tiê n ở Sydney

1865 : Xây dự ng kho lạnh đầu tiê n ở Mỹ

1869 : A ndrew lẩ n đ ầ u tiê n c ắ t nghĩa vê điểm tới hạn

1869 : H am m ond chuyên chở th ịt tươi tro n g to a tẩ u hỏa lạnh

1871 : T ellier c h ế tạo m áy lạn h nén hơi chạy m etyl ete đ ẩu tiên

1873 : V an d e r W aals công bố phương trìn h trạ n g thái

1874 : Linde chế tạo m áy lạn h nén hơi N H 3 đ ẩ u tiên

1874 : P ic te t c h ế tạo m áy lạn h nén hơi SO2 đ ầu tiên

1876 : T ellier tổ chức tầ u th ủ y lạnh đầu tiê n chở th ịt đông lạnh xuyên

lục địa

1878-1882 : Xây dựng các kho lạnh đông cỡ lớn đẩu tiên ở Mỹ, Anh và Achentina

1884 : T ẩu hỏa điều hòa không khí đ ầ u tiê n k h án h th à n h chạy tu y ến đường

B a ltim o re - Ohio

1895 : Linde chế tạo m áy hóa lỏng không khí đẩu tiên

1904 ; M ollier xây dự ng đổ th ị h - s và Igp- h

1906 ; N e rn s t p h á t hiện Định lu ậ t n h iệ t đpng th ứ III

1908 : K am erlỉngh O nnes htía lỏng heli (4K)

1910 : L eiblanc chế tạo m áy lạn h ejectơ đẩu tiên

1911 : C a rrie r đ ặ t n ề n m đng đầu tiên cho kỹ th u ậ t điểu hòa không khí

1930 : Sản x u ấ t freôn công nghiệp

1944 : Điều hòa không khí trê n m áy bay ở Mỹ ; r a đời m áy lạn h hấp thụ

H 20/L iB r ở Mỹ

1954 : Chu trìn h S tirlin g dù n g H 2 hoặc N 2 tạo n h iệ t độ -150 H- -2 5 0 °c

1959 ; Chu trình máy lạnh nén khí GIFFORD và MC MAHON (-2 2 0 H— 260°C)

1960 : Máy n é n trụ c vít được sử dụng tro n g kỹ th u ậ t lạnh

1986 : Siêu dẫn ở n h iệ t độ cao (BEDNORZ và M UELLER)

1987 : N ghị định M ontreal cấm các íreôn làm suy giảm tầ n g ozôn như

R l l , R12, R13B1, R I 13, R I 14, R I 15

1989 : Tạo được n h iệt độ 1.10“ ^K ở B eyreuth

Đ ể chứng m inh sự đa d ạ n g trê n con đường p h á t triể n kỹ th u ậ t lạnh, ở đây giới

th iệu m ột m áy lạn h nén hơi kiểu kín môi c h ấ t SO2 (hình 1.2) do h ã n g Singrũn và

Brow n Bovery (Mỹ) chế tạo

H ình 1.3 giới th iệ u m áy lạn h đó

dùng sức người đ ể vận hàn h ở Ấn

Độ làm lạnh nước muối đ ể làm

kem và đá vào k h o ản g năm 1912

N gày nay, kỹ th u ậ t lạn h hiện

đại đã tiế n n h ữ n g bước r ấ t xa, cd

trìn h độ khoa học kỹ th u ậ t ngang

với các n g àn h khoa học kỹ th u ậ t

khác P h ạm vi n h iệ t độ ngày càng

được mở rộng Con người đ an g dần

d ần tiế n tới n h iệ t độ không tu y ệt

đối P h ía n h iệ t độ cao của th iế t bị

ngưng tụ, cđ th ể đ ạ t tới 100°c

phục vụ cho các m ục đích sấy,

sưỏi, th a n h trù n g , triệ t khuẩn,

chuẩn bị nước ntíng Đây là các

ứng dụ n g của bơm n h iệ t góp p hần

th u hổi n h iệ t th ải, tiế t kiệm n ă n g

lượng sơ cấp Công s u ấ t m áy được

mở rộng từ các m áy lạn h nhỏ tro n g

phòng th í nghiệm đến các tổ hợp

h à n g triệ u W att ở các tru n g tâm

điểu tiế t không khí,

H iệu s u ấ t m áy tă n g lên, chi

phí vật tư và chi phí n ă n g lượng

cho m ột đơn vị lạn h giảm , tu ổ i thọ

và độ tin cậy tăn g Mức độ tự động

hda cũng tả n g lên rõ rệ t N hữ ng

th iế t bị lạn h tự động htía hoàn

to àn đang d ầ n d ầ n th a y th ế các

th iế t bị th ao tá c b ằn g tay

a - bình ngưng ; b - đổi trọng ; c - nưóc làm mát,

d - dầu bôi trơn, d - chi tiết gạt dầu ; f - s o ^ ngưng tụ ;

g - bình bay hơi ; h - nước muối thân máy quay cùng bánh

đà trục khuỷu, riêng xilanh đứng, pitlông chuyển động lên xuổng do trục khuỳu quay.

H ìn h 1.3 Máy kem, máy đá (h.1,2) chạy bằng súc người

vi kh u ẩn gây ra Nước ta có khí hậu n h iệ t đới ntíng và ẩm nên quá trìn h ôi th iu thực phẩm xảy r a càng n h a n h chtíng

Đ ể bảo qu ản thự c phấm , ngoài các phương pháp sấy khô, phtíng xạ, bao bi, xử lý khí phương pháp làm lạn h tỏ r a ctí r ấ t nhiểu ưu điểm như ít làm giảm ch ất lượng

m ầu sác, m ùi vị th ự c phẩm tro n g nhiều th áng, th ậm chí nhiều năm bảo quản

B ảng 1.1 giới th iệu thời h ạ n bảo qu ản của m ột số loại th ự c phẩm theo n h iệ t độ bảo quản.

Sấy thăng hoa

S ản phẩm sấy đ ầ u tiên được k ết đông xuống - 20 °c sau đó được sấy bằn g cách

h ú t chân không nên c h ất lượng sản phẩm hầu như được giữ nguyên vẹn Khi sử dụng sản phẩm được tá i hấp th ụ nước và giữ nguyên được trạ n g th á i b a n đ ẩ u cả vê ch ất lượng, m ầu sác, m ùi vị do giá th à n h sấy th ă n g hoa r ấ t đ ắ t nên ít được ứ n g dụng cho thự c phẩm m à chủ yếu cho n g àn h y, dược

Công nghiệp hóa chất

ứ n g d ụ n g q u an trọ n g n h ấ t tro n g công nghiệp hóa c h ấ t là việc htía lỏng và tách khí như công nghiệp sả n x u ấ t khí clo, am oniắc, carbonic, su n íu rơ , clohydric, các loại khí đốt, khí sinh học, khí th iê n nhiên ; ho'a lỏng và tách không khí

H óa lỏng và tác h khí từ không khí là ng àn h công nghiệp co' ý ng h ĩa r ấ t to lớnđối với ngàn h luyện kim, ch ế tạo m áy và các ngành kinh t ế khác kể cả y học và sinh,học ô x y và nitơ được sử dụng ở nh iều lĩnh vực khác n h a u như hàn, c ắ t kim loại, sản

x u ấ t ph ân đạm , làm c h ấ t tả i lạnh •các loại khí trơ nh ư heli, argon được sử dụng tro n g nghiên cứu v ậ t lý, tro n g công nghiệp hóa c h ấ t và sả n x u ấ t bóng đèn Kỹ th u ậ t lạn h cũng hỗ trợ đắc lực tro n g các công nghệ sả n x u ấ t vải, sợi, tơ, cao su n h â n tạo, phim ảnh n h iệ t độ đtíng vai trò q u a n trọ n g tro n g các phản ứng ho'a học nên người

ta còn sử d ụ n g lạnh đ ể điều kh iển tốc độ p h ả n ứ ng hóa học

Điều hòa không khí

Đ iều hòa không khí công nghiệp và tiệ n nghi ngày nay là không th ể th iếu và thực

sự đang p h á t triể n r ấ t m ạnh mẽ Các yêu cẩu nghiêm n g ặ t vể n h iệ t độ, độ ẩm và

8

th à n h p h ẩ n không khí tro n g các quy trìn h công nghệ sả n x u ấ t nh ự vải sợi, in ấn, thuốc lá, điện tử, vi điện tử, m áy tính, q u an g học, cơ khí chính xác n h ấ t th iế t phải

có điều hòa không khí

Các dịch vụ n h ư khách sạn, du lịch cũ n g không th ể th iế u điều hòa tiệ n nghi và

tấ t cả các n g à n h y tế, th ể dục th ể thao, giao th ô n g vận tải, vui chơi giải tr í cũng không th ể th iế u được điều hòa không khí

N gày nay, kỹ th u ậ t lạn h đ ã th â m nh ập và hỗ trợ cho h à n g tră m ng àn h kinh tế khác n h a u và chúng ta có th ể kh ẳn g định rằ n g đ ể xây dự ng m ột nước Việt N am giấu

m ạn h với n ể n công nghiệp hiện đại chúng ta không th ể không quan tâ m đến việc xây dựng và p h á t tr iể n n g à n h lạn h và ng àn h điểu hòa không khí

1.3 CÁC LOẠI MÁY LẠNH THÔNG DỤNG

Có nhiều phương pháp làm lạn h khác n hau, mỗi phương pháp làm lạn h có nguyên

lý làm việc và sơ đổ th iế t bị riêng N hiểu phương pháp làm lạn h chỉ có ý nghĩa vể

m ặ t lý th u y ết, nh iều m áy lạn h chỉ ứng dụ n g tro n g phạm vi phòng thí nghiệm , chỉ cđ

m ột số ít phương pháp làm lạn h có ý nghĩa thự c tế và được ứ n g dụ n g rộng rãi tro n g sản x u ấ t và đời sống tro n g đđ có m áy lạn h nén hơi, m áy lạn h hấp th ụ , m áy lạnh ẹịectơ, m áy lạn h nén khí và m áy lạn h n h iệt điện Máy lạn h nén hơi là loại được sử

d ụ n g nhiều n h ấ t, chính vì vậy giáo trìn h này d à n h riê n g để giới th iệu về m áy lạnh nén hơi, tuy nhiên ph ần này sẽ giới th iệu sơ lược về các loại m áy lạn h đã nêu

1.3.1 Máy lạnh nén hơi

Định nghĩa : Máy lạn h nén hơi là loại m áy lạnh có m áy nén cơ đ ể h ú t hơi môi

c h ấ t có áp su ấ t th ấ p và n h iệ t độ th ấ p ở th iế t bị bay hơi và nén lên áp su ấ t cao và

n h iệ t độ cao đẩy vào th iế t bị ngưng tụ Môi

c h ấ t lạn h tro n g m áy lạn h nén hơi cđ biến

đổi p h a (bay hơi ở th iế t bị bay hơi và

n g ư n g tụ ở th iế t bị n g ư n g tụ ) tro n g chu

tr ìn h m áy lạnh

Cấu tạo : H ình 1.4 giới th iệu sơ đổ th iế t

bị của m áy lạn h nén hơi

Máy lạn h n én hơi bao gồm 4 bộ p hận

chính là m áy nén, th iế t bị ngư ng tụ, van

tiế t lưu và th iế t bị bay hơi C húng được nối

với n h a u b ằn g đường ống th eo th ứ tự như

biểu diễn trê n hình vẽ Môi c h ấ t lạn h tu ầ n

hoàn và biến đổi pha tro n g hệ th ố n g lạnh

Các quá trìn h cơ bản bao gổm :

1 - 2 ; Q uá trìn h n é n đoạn n h iệ t hơi sinh

ra ở th iế t bị bay hơi ;

2 - 3 : Q uá trìn h ngư ng tụ hơi ở áp su ấ t

cao và n h iệ t độ cao ;

Ilìn h 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh nén hơi

MN - máy nén ; NT - thiết bị ngUng tụ ;

TL - van tiết lưu bình NT được làm mát

thu lượng lạnh Q của môi trường trực tiếp hoặc gián tiép qua nước muối.

3 - 4 : Q uá trìn h tiế t lưu đ ẳng en ta n p y ;

4 - 1 : Q uá trìn h bay hơi ở áp su ấ t th ấ p và n h iệt độ th ấ p tạo r a hiệu ứng lạnh.Các loại môi c h ấ t th ư ò n g là am oniac và các loại freôn Tùy theo môi c h ấ t sử d ụ n g tro n g m áy m à hệ th ố n g có đặc điểm riên g và cẩn m ột số th iế t bị phụ riêng

ứ n g dụng : Được ứ n g dụ n g rộng rãi tro n g t ấ t cả các n g à n h kinh tế.

1.3.2, Máy lạnh hấp thụ

Định nghĩa : Máy lạn h hấp th ụ là m áy lạn h sử dụ n g n ă n g lượng d ạ n g n h iệ t để

h oạt động Máy lạn h hấp th ụ có các bộ phận ngưng tụ, tiế t lưu và bay hơi giống m áy lạnh nén hơi R iêng m áy n én cơ được th ay

b ằng m ột hệ th ố n g bình hấp th ụ , bơm

du n g dịch, bình sinh hơi và tiế t lưu dung

dịch H ệ th ố n g th iế t bị này chạy b ằng

n h iệt n ă n g (như hơi nước, bộ đốt nđng)

thự c hiện chức n ă n g như m áy nén cơ là

"hút" hơi sinh r a từ bình bay hơi và "nén"

lên áp s u ấ t cao đẩy vào bình ngưng tụ

nên được gọi là m áy nén n h iệt (hình 1.5)

Cấu tạo : H ình 1.5 mô t ả nguyên lý

cấu tạo của m áy lạn h hấp th ụ Các th iế t

bị ngưng tụ , tiế t lưu, bay hơi và các quá

trìn h 2 -3 , 3 -4 , 4 -1 giống như m áy lạn h

nén hơi R iêng m áy n én n h iệt cd các th iế t

bị bình hấp th ụ , bơm d u n g dịch, b ìn h sinh

hơi và van tiế t lưu dưng dịch bố trí như

trê n hình 1.5 Ngoài môi c h ấ t lạnh, tro n g

hệ th ố n g còn ctí d u n g dịch hấp th ụ làm

nhiệm vụ đư a môi c h ấ t lạn h từ vị trí 1

đến vị trí 2 D ung dịch sử dụ n g th ư ờ n g

là am oniac/ nước và nước/ litibrom ua

Ilình 1.5 Sơ đổ nguyên lý máy hấp thụ

SH - bình sinh hơi ; HT - binh hấp thụ ; BDD - bơm dung dịch ; TLDD - tiết lưu dung dịch ; các kí hiệu khác giống h.1.4 Binh hấp thụ đưỢc làm mát bằng nước và thải ra một lượng nhiệt A ; Bình sinh hơi được gia nhiệt bằng hơi nước và tiêu thụ một lượng nhiệt Q^.

Hoạt động : D ung dịch loăng tro n g bình hấp th ụ có khả n ă n g hấp th ụ hơi môi ch ất

sinh ra ở bình bay hơi để trở th à n h du n g dịch đậm đặc Khi dung dịch trở th à n h đậm đặc sẽ được bơm du n g dịch bơm lên bình sinh hơi ở đây du n g dịch được gia n h iệt đến n h iệt độ cao (đối với du n g dịch am oniac/nước khoảng 130°C) và hơi am oniac sẽ

th o á t r a khỏi du n g dịch đi vào bình ngưng tụ Do am oniac th o á t ra, d u n g dịch trở

th à n h dung dịch loãng, đi q u a van tiế t lưu dung dịch vể bình hấp th ụ tiếp tụ c chu kỳ mới ở đây, do vậy có hai vòng tu ầ n hoàn rõ rệt

H ìn h 1.6 Sơ đồ nguyÊn lý máy lạnh

nén khí.

1.3.3 Máy lạnh nén khí

Định nghĩa : Máy lạnh nén khí là loại m áy lạn h cổ m áy nén cơ n h ư n g môi chất

d ù n g tro n g chu trìn h không th ay đổi tr ạ n g th ái, luôn ở th ể khí Máy lạn h nén khí cđ

th ể có hoặc không có m áy d ãn nở

Cấu tạo : H ìn h 1.6 mô t ả sơ đổ nguyên lý

của m áy lạn h nén khí co' m áy d ân nở Các th iế t

bị chính gổm ; m áy nén khí, bình làm m á t tru n g

gian, m áy d ân nở và buổng lạnh Môi c h ấ t thư ờ ng

là không khí và chu trìn h là chu trìn h hở

Hoạt động : Máy n én và m áy dãn nở th ư ờ n g

là kiểu tu rb in , láp trê n m ột trụ c C ần tiêu tốn

m ột công n é n đ ể h ú t khí từ buồng lạn h 1 nén

lên áp s u ấ t cao và n h iệt độ cao ở trạ n g th á i 2

sau đó đưa vào làm m á t ở bình làm m á t nhờ th ả i

n h iệt cho nước làm m át Sau khi đã làm m á t khí

nén được đư a vào m áy d ãn nở và được d ã n nở

xuống áp s u ấ t th ấ p và n h iệ t độ th ấ p rồi được

phun vào buổng lạnh Q uá trìn h d ãn nở tro n g m áy

dãn nở co' sinh ngoại công có ích Sau khi th u

n h iệ t của môi trư ờ n g cần làm lạnh, khí lại được h ú t vể m áy n é n tiếp tụ c chu trìn h lạnh

ứ n g dụng : Máy lạn h nén khí được sử dụ n g h ạ n chế tro n g m ộ t số công trìn h điều

hòa không khí, n h ư n g được sử dụ n g rộng rãi tro n g kỹ th u ậ t lạn h sâu cryo d ù n g để hđa lỏng khí

1.3.4 Máy lạnh ejectơ

Định nghĩa : Máy lạnh ejectơ là m áy lạn h m à q u á trìn h nén hơi môi c h ấ t lạn h từ

áp su ấ t th ấ p lên áp s u ấ t cao được thự c hiện nhờ ejectơ G iống như m áy lạn h hấp thụ,

m áy nén k iểu ejectơ cũng là kiểu "máy nén nhiệt", sử d ụ n g động n ă n g của dòng hơi

để nén dòng môi c h ấ t lạnh

Cấu tạo : H ìn h 1.7 Mô tả cấu tạo m áy lạn h ejectơ hơi nước.

Hoạt động : Hơi có áp s u ấ t cao và

n h iệ t độ cao sinh r a ở lò hơi được dẫn vào ejectơ T rong ống phun, th ế n ă n g của hơi biến th à n h động n ă n g và tốc

độ chuyển động của hơi tă n g lên cuốn theo hơi lạn h tạo ra sinh ra ở bình bay hơi H ỗn hợp của hơi công tác (hơi nóng) và hơi lạn h đi vào ống tă n g

áp, ở đây áp s u ấ t hỗn hợp tă n g lên

do tốc độ hơi giảm H ỗn hợp hơi được đẩy vào bình ngư ng tụ Từ bình ngưng

tụ, nước ngư ng được chia làm 2 đường,

ph ẩn lớn được bơm nén về lò hơi còn

m ột p h ầ n nhỏ được tiế t lưu trở lại bình bay hơi đ ể bay hơi làm lạn h c h ất

H ìn h 1.7 Nguyôn lý cấu tạo của máy lạnh ejectơ hơi nước.

11

tải lạnh là nước Máy lạnh ejectơ cđ 3 cấp áp s u ấ t Pjj >P|^ > p là áp s u ấ t hơi công tác, áp s u ấ t ngưng tụ và áp s u ấ t bay hơi.

ứng dụng : Thường được sử dụng để điều hòa không khí đặc biệt tại các xí nghiệp

ctí nguồn hơi thừa, rihiệt th ải có th ể tậ n dụng được

H iệu ứng n h iệt điện do P e ltie r p h á t

1.3.5 Máy lạnh nhiệt điện

Định nghĩa : Máy lạn h n h iệt điện là m áy lạnh sử dụ n g cặp n h iệ t điện tạo lạnh

theo hiệu ứng n h iệt điện hhy hiệu ứng P eltier

hiện năm 1934 : N ếu cho dòng điện 1 chiều đi

qua vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác

n h a u nối tiếp n h a u th ì m ột đ ầu nối nóng lên

và m ột đẩu nối lạnh đi

Cấu tạo : H ình 1.8 Mô tả cấu tạo của cặp

nhiệt điện

Hoạt động : Khi bố trí các cặp kim loại bán

dẫn khác tín h với các th a n h đổng có cánh tả n

n h iệt như hình 1.7 và cho dòng điện 1 chiều

chạy q u a m ột p hía sẽ lạn h đi với n ă n g s u ấ t lạnh

Qo và m ột phía sẽ nóng lên với n ă n g s u ấ t n h iệt

Qr N ếu đổi tiếp điểm điện, nguồn ntíng và

nguồn lạn h cũng đổi theo

ứ n g dụng : Máy lạn h n h iệ t điện thư ờ ng co'

n ă n g su ấ t lạn h r ấ t nhỏ (Q < 100W) và chỉ được

sử dụng tro n g phòng th í nghiệm T ủ lạn h n h iệt

điện cũng hay được sử dụng tro n g dịch vụ du

lịch, y t ế với hai chức n ă n g làm lạnh và sưởi

ấm với nguồn điện acquy ôtô r ấ t tiệ n lợi

H ìn h 1.8 Nguyên lý cáu tạo của máy lạnh

1 - đổng thanh có cánh tàn nhiệt phía nóng ;

2, 3 - cặp kim loại bán dẫn khác tính ;

4 - đổng thanh có cánh làn nhiệt phía lạnh ;

5 - nguổn điện 1 chiêu.

1.4 NHẮC LẠI CO S ỏ KỸ THUẬT NHIỆT

n h iệt lượng và công vv

Cho đến đầu th ế kỉ 18 người ta vẫn còn cho rằ n g n h iệ t là m ột loại v ậ t c h ấ t không

cđ trọ n g lượng Khi đưa n h iệ t vào m ột v ậ t nào đđ, v ậ t đđ sẽ ndng lên và ngược lại khi rú t n h iệt ra th ì v ật đđ sẽ nguội đi ở Việt N am nói riên g và phương Đông (T ru n g Quốc) nói chung, người ta coi n h iệ t (hỏa) là m ột tro n g n ăm "nguyên tố" (kim , mộc, thủy, hỏa, thổ) để cấu tạo nên vũ trụ Đ ến giữa và cuối th ế kỉ 18 các n h à bác học

vỉ đại của N ga : Lôm ônôxốp và Ý B ernoulli đ ã xác định được bản c h ấ t của n h iệt là

sự vận động của các ph ân tử vô cùng bé (nguyên tử và p hân tử) của v ật chất Từ đó

lý th u y ế t cơ sở về n h iệt được hình th à n h và p h á t triể n n h a n h chóng đư a đến các cuộc12

cách m ạn g làm th a y đổi to àn th ế giới, tiê u b iểu là m áy hơi nước, tu rb in hơi nước, động cơ đốt tro n g , m áy lạnh và bơm nhiệt

1 4 0130120

Đ/e/n nưvc sõi

N hiệt độ b iểu th ị trạ n g th á i n h iệ t của v ậ t c h ấ t là nó n g hoặc lạnh N h iệ t độ chính

là m ức độ vận động hoặc ru n g động tru n g bình của các ph ân tử tro n g nội bộ v ậ t c h ất

ở thời điểm đó C àng làm lạn h v ậ t c h ấ t th ì m ức độ ru n g động các p h â n tử càng nhỏ

đi N ếu làm lạn h v ậ t c h ấ t đến n h iệt độ - 2 7 3 ,15°c th ì t ấ t cả các ru n g động ph ân tử

sẽ biến m ất N h iệ t độ t = -2 7 3 ,1 5 °C được gọi là "nhiệt độ không tu y ệ t đối"

H ệ đơn vị quốc t ế SI sử dụng n h iệ t độ bách p h â n Celsius (°C) và n h iệ t độ Kelvin (K) 0°c ứng với n h iệt độ củ a nước đá đ an g ta n còn 100°c ứng với nước nguyên ch ất

đ a n g sôi, ở điều kiện tiêu chuẩn (áp s u ấ t p = l a t m = 1,01325 b a r =760 m m H g) T rong

kỹ th u ậ t người t a th ư ờ n g sử dụ n g n h iệ t độ K elvin K kí hiệu T(K) OK ứng với nhiệt

độ không tu y ệ t đối 0K = -273,15°c, do đó TK = t° c + 273,15.

H ệ đơn vị Anh - Mỹ sử d ụ n g n h iệt độ F a h re n h e it (°F) 1°F = 5 /9 ° c vàO ”C ứng

với 32 °F, 100 ° c ứn g với 212° F Tính chuyển đổi theo công thứ c :

n h iệ t dung

13

hiệt dong' thệ răn

Nhiệtdungrmg

Nhiệt lư’ựng ã

Đ ể h iểu rõ khái niệm trạ n g th ái rắn , lỏng và hơi của v ậ t c h ấ t ta lấy nước làm

ví dụ N ếu cđ m ột cục nước đ á ở th ể rắ n và cấp n h iệ t cho nđ, cục nước đ á sẽ nóng dẩn lên và đến 0 °c nd

hđa lỏng hoàn toàn,

nước lại b ắ t đ ầ u tâ n g

n h iệt độ Tới 100“C

nước b ắt đầu sôi N ếu

cấp n h iệt tiếp tụ c nước

sẽ tiếp tụ c sôi ở n h iệt

độ không đổi S au khi

sôi hết, nếu tiếp tục

- P h a hơi (hoặc th ể hơi, th ể khí) không có th ể tích n h ấ t định và khồng có hình dán g cố định C húng co' th ể bị nén lại hoặc dân nở r a tùy theo không gian cho trước Lực tư ơ ng tá c giữa các phân tử nhỏ Cđ th ể hòa trộ n dễ dàng vào nhau

Á p suất

Ấp s u ấ t là lực tá c dụ n g của v ật c h ấ t lên m ột đơn vị diện tích của th à n h bình chứa Đơn vị đo của áp s u ấ t là N/m^ N goài ra người ta còn sử d ụ n g nhiều đơn vị đo khác như atm osphe v ậ t lí, atm osphe kỹ th u ậ t, bar, m m cột nước, m m cột th ủ y ngân,

T o rr hoặc kG/ cm^ Đơn vị đo theo hệ SI là P ascal (1 Pascal = IN/m ^) và bội số như

k P a (103 P a), b a r (10^ Pa), và M Pa (10^ Pa)

B ảng 1.2 Giới th iệ u cách tín h n h ữ n g đơn vị đo áp s u ấ t khác nh au r a đơn vỊ

đo M Pa

h/h/ẹtdi/ng thẽ’hhg

14

BẨNG 1.2 Q u an h ệ d ơ n vị M P a v à c á c đ ơ n vị k h á c

- Khi ta đ ặ t m ột v ật rắ n (hỉnh 1.1 la ) lên m ột diện tích th ì áp s u ấ t sẽ phân đêu trê n diện tích đó

- Khi ta chứa nước tro n g bình th ì áp s u ấ t dưới đáy bình bằng nh au như ng áp

s u ấ t ở th à n h bên tă n g d ầ n đều theo chiều cao cột nước (h l l l b )

c)

Ilìn h 1.11 Áp suất cùa các vậl rắn, lỏng, hơi lẽn Ihành bình.

- Khi nén hơi (hoặc khí) vào m ột bình kín, hơi sẽ tá c dụ n g lên mọi phía th àn h bỉnh với giá tr ị áp s u ấ t giống nhau (giống như quả bóng bay)

T rong kỹ th u ậ t có m ột số khái niệm áp s u ấ t như sau : áp s u ấ t khí quyển (atm osphe),

áp s u ấ t chân không, áp s u ấ t dư và áp s u ấ t tu y ệt đối H ình 1.12 biểu diễn khái niệm các loại áp s u ấ t khác nhau

Ghi nhớ :

- Á p su á t tu yệt đối thư ờ ng được

tín h to án từ áp s u ấ t khí quyển, áp su ấ t

dư hoặc chân không theo công thứ c ;

Pjj = Pb Pư (trư ờ n g hợp lớn hơn

chữ u , m ột đẩu kín chân không, tro n g

có th ủ y ngân hoặc nước M ột atm ôsphe

vật lí (1 atm ) được biểu th ị qua cột

thủy ngân cao 760m m trê n m ặ t nước

fuị/ẹf đỏi)

H ình 1.12 Các khái niệm vé áp suđl.

15

biển ở 0°c N ếu diện tích ống hình chữ u là lcm ^ th ì trọ n g lượng cột thủy ngân là l,033kG tư ơ ng đương với cột nước 10,33 m ét diện tích ống hình chữ u lcm ^, và ở

4°c.

Áp s u ấ t atm osphe kỹ th u ậ t (at) được quy định cho cột th ủ y ng ân 735,5m m và cột nước đúng lOm ở điều kiện trê n

- Áp su á t chăn kh ô n g được đo b ằng chân không kế (vacum et)

- Á p su ấ t d ư được đo b ằ n g áp kế (m anom et) Ctí loại áp k ế đo được cả áp su ấ t

dư và áp suí^'' c h ân không gọi là áp chân không k ế (m ano - vacum et) (h 1.13)

H ìn h 1.13 a) áp kế ; b) chân không kế ; c) áp chân không kế.

Thể tích riềng và khối lượng riêng

T hể tích riên g của m ột v ậ t là tỉ số của thê’ tích trê n khối lượng của nó T h ể tích riên g kí hiệu là V, đơn vị m^/kg

V n p

m ’ kg

V =

V - th ể tích của vật, m^

m - khối lượng của vật, kg

Khối lượng riê n g là giá trị nghịch đảo của th ể tích riêng

Khối lượng riê n g kí hiệu là />, đơn vị kg/m^

f = y ’ kg/™

Do p là số nghịch đảo của V nên p v = 1.

Nhiệt lượng và nhiệt dung riêng

N hiệt lượng là số lượng n ăn g lượng ở dạn g n h iệ t có th ể làm th ay đổi nhiệt độ hoặc trạ n g th ái (pha) của m ột vật

N hư đã biết, ngày nay ta định nghĩa n h iệ t là n ă n g lượng của n h ữ n g chuyển động hỗn độn của các p h ầ n tử vô cùng nhỏ của v ật chất Đốt nđng m ột v ậ t lên nghĩa là

ta cấp n h iệt làm cho các chuyển động của phân tử v ật đó tă n g lên và khi làm lạnh

m ột vật, ngược lại ta làm cho chuyển động của các phân tử giảm đi

N hiệt lượng để làm no'ng hoặc làm lạn h m ột v ật đo' được kí hiệu là Q, đơn vị là (Jun) hoặc k J (kilôdun)

16

Đ ịnh ng h ĩa m ột đơn vị n h iệt J (Jun) :

- Jo u l (J) là m ột đơn vị n ă n g lượng (n h iệt hoặc công) M ột công có đơn vị 1J

được th ự c hiện khi có m ột lực IN dịch chuyển m ột v ậ t đi 1 m ét theo hướng lực Một

n ă n g lượng 1J cũ n g được thự c hiện khi m ột dòng điện lA chạy qua dây dẫn với điện

th ế IV và q u a thời gian 1 giây

N hư vậy u = 1 N m = 1 Ws = 10"^.0,278 kWh

l k J = 1000JTrước đây, n h iệt lượng còn có đơn vỊ là calo

M ột calo (cal) là n h iệ t lượng cần th iế t đ ể n â n g n h iệ t độ của 1 gam nước từ 13,5°c

T h í d ụ : Đ un 5kg nước từ n h iệ t độ 20°c lên 70°c cần m ột n h iệt lượng là :

N hiệt du n g riê n g được kí hiệu b ằn g c và có đơn vị cũ là kcal/kg°C, nay theo hệ

SI là kJ/kgK N hư vậy, n h iệ t du n g riên g của nước Cj^ o ~ ^ kcal/kg°C

Sau đây là n h iệ t du n g riên g của m ột số c h ấ t rắ n và c h ấ t lỏng khác (xem bản g 1.3)

- N hiệt lượng Q cẩn th iế t đ ể n â n g n h iệ t độ của m ột v ật cđ khối lượng m từ nh iệt

độ t | lên n h iệ t độ Í 2 được xác định b àn g công thứ c :

Q = m c At ; k J hoặc kcal (Ik c a l = 4,187 kJ)

At = Ì2 - tjtro n g đđ

Thí dụ

Giải :

Q - n h iệ t lượng cẩn th iế t cấp cho vật, k J ;

m - khối lượng của v ật , kg ;

c - n h iệt d u n g riê n g của vật, kJ/kgK ;

At - hiệu n h iệ t độ trư ớc và sau khi cấp n h iệt, K

- Khi làm nguội hoặc làm lạnh m ộ t v ật t a cũng tiế n hàn h tư ơ ng tự như vậy như ng Q m an g dấu âm

Đ ể đốt nóng 5kg th ép từ n h iệt độ 20°c lên 70°c cẩn bao nhiêu n h iệt lượng :

N hiệt du n g riê n g không phải cố định m à phụ thuộc vào n h iệ t độ T rong khoảng

n h iệt độ tín h toán, thư ờ ng người ta phải lấy n h iệ t'd u n g riê n g tru n g bình Tuy nhiên

có th ể tín h gần đ ú n g bằng các giá trị n h iệ t dung đã cho N h iệt d u n g riên g của c h ấ t khí không n h ữ n g phụ thuộc vào n h iệ t độ m à còn phụ thuộc vào áp s u ấ t và th ể tích nên tín h to án r ấ t phức tạp, ta sẽ x ét đến ở p h ần sau

Nhiệt ẩn nóng chảy và nhiệt ẩn bay hơi

N hư đã nêu, n h iệ t lượng khi cấp vào hoặc rú t r a từ m ột v ậ t có th ể làm cho v ật

đó th ay đổi n h iệ t độ hoặc trạ n g thái

Đ ể h iểu rõ các khái niệm n h iệ t ẩ n nóng chảy và bay hơi ta q u a n s á t lại q u á trìn h biến đổi của Ik g nước đá

- 2 0 ”C, khi cấp vào 10 kcal,

n h iệt độ tă n g lên 0 °c Tiếp

tục cấp n h iệ t nước đá b ắ t

đẩu htía lỏng Khi cấp

th êm 80 kcal nước đá hóa

lỏng hoàn toàn Q uá trìn h

hóa lỏng này có n h iệ t độ

không th ay đổi là t = 0° c

Tiếp tục cấp n h iệt, n h iệt

độ nước tă n g lên, cấp thêm

đủ 100 kcal, nước sẽ nóng

Biên đôỉỶ rạng t/iái fà'răn Sang/ong (Nhiệtâh hóa ĩahg)^

I lìn h 1.14 Sự thay đỏi trạng thái của nước (rắn - lỏng ■

ỏ điẻu kiện áp suất p = latm = 760 mmHg.

hơi)

lên đến 100“C Tiếp tụ c cấp n h iệt nước sẽ hđa hơi, và khi cấp th êm đủ 539 kcal nước

sẽ hóa hơi hoàn to àn , tro n g quá trìn h hóa hơi, n h iệt độ cũng k h ô n g th a y đổi t =

100°c Sau đđ n ếu cấp n h iệ t th êm , hơi nước sẽ tă n g n h iệ t độ.

N h iệt lượng = 80 kcal dù n g đ ể làm Ik g nước đá ở 0 ° c hđa lỏng hoàn toàngọi là n h iệ t ẩn hđa lỏng của nước đá, còn n h iệ t lượng qj^jj = 539 kcal để làm Ik g nước ở 100°c hđa hơi hoàn to à n gọi là n h iệt ẩn ho'a hơi N ếu quá trìn h tiế n hành ngược lại th ì qjjj^ = 539 kcal/kg gọi là n h iệ t ẩn ngưng tụ còn qj^’| = 80 kcal/kg gọi là

n h iệt ẩn hóa rắn N h iệt ẩ n htía hơị thư ờ ng kí hiệu là r, r của nước là 539 kcai/kg = 2257 kJ/kg

N h ư vậy :

- N hiệt ẩn h ó a' lỏng của m ột chất, là n h iệt lượng cần th iế t để làm cho m ột kg

của c h ấ t đd ở trạ n g th á i rắ n f'huyển hoàn to à n sa n g trạ n g th á i lỏng (ở điều kiện nh iệt

độ và áp s u ấ t n h ấ t định), kí hiệu qj^|, kJ/kg

- N h iệt ẩn hóa hơi của m ột c h ấ t là n h iệt lượng cần th iế t để làm 1 kg của chất

đó ở trạ n g th á i lỏng biến hoàn to àn th à n h hơi ở điều kiện n h iệt độ và áp s u ấ t không đổi, ở q u á trìn h ngư ng tụ n h iệt lượng th u được đúng bằng n h iệ t lượng hóa hơi đd ;

và n h iệt du n g riê n g của nước :

T h ể khí là m ột trạ n g th á i v ậ t c h ấ t m à n ă n g lượng riên g của các phân tử lớn hơn

n ă n g lượng tư ơ n g tá c giữa các p h â n tử, bởi vậy không n h ữ n g sự sắp xếp các ph ân tử ctí th ể th ay đổi dễ d à n g m à ngay cả khoảng cách giữa các p hân tử cũng ctí th ể th ay đổi C hất khí không cd hình d á n g n h ấ t định Ntí có hình d áng và th ể tích b ấ t kì phù hợp với vật chứa ntí Đặc điểm cơ bản của ntí là ctí th ể n é n được

Q u a n h ữ n g nghiên cứu của m ình, các n h à bác học Gay - Lussac đã rú t ra kết

lu ận là : nếu m ột khối khí ctí n h iệ t độ 0°c v à áp s u ấ t 760m m thủy ng ân ctí th ể tích

là V, thì khi th ay đổi n h iệ t độ 1°C; giữ nguyên áp su ấ t như cũ thì th ể tích th ay đổi

Từ đó cđ th ể r ú t ra là khi làm lạn h khối khí đó đến n h iệt độ - 2 7 3 ° c th ì th ể tích của nó sẽ biến m ấ t (V = 0) Nhờ hệ quả này, Kelvin đã tìm ra n h iệt độ không tuy ệt đối là -2 7 3 ,1 5 ° c = OK

Tuy nhiên thự c tế, khi làm lạnh, trư ớ c khi th ể tích khí biến m ấ t th ì ntí đ ã biến đổi trạ n g th á i th à n h lỏng rổi th à n h rắn

19

T ín h chát của hai và k h í

Đ ể p h â n b iệt hơi và khí ta có th ể p h ân b iệt như sa u :

Khí là hơi ở trạ n g th á i q u á n h iệt r ấ t cao, th í dụ ta gọi là khí nitơ, khí ôxy, khí hyđrô v.v , còn hơi là hơi ở trạ n g th á i gần với đường bão hòa khô th í dụ hơi nước, hơi am oniắc, hơi freôn v ì khí ở trạ n g th á i quá n h iệt cao nên nđ cũng có tín h ch ấ t

gần giống như khí lí tưởng Hơi ở gần đường bão hòa khô n ê n sai lệch khá nhiều so với khí lí tư ở ng n ê n không th ể sử dụng các phương trìn h tín h to án cho khí lí tư ở ng

áp dụng cho hơi môi c h ấ t lạn h được

Q uan hệ trê n gọi là phương trìn h trạ n g th á i của khí lí tưởng

tro n g đó : p - là áp su ấ t, đơn vị N/m^ hay P a ;

V - là th ể tích riêng, m ^/kg ;

T - n h iệt độ tu y ệt đối, K;

8314 J

R - h ằ n g số c h ấ t khí riêng R = —ị— ;

- ph ân tử lượng của c h ất khí

Q u a n hệ t r ê n được xây d ự n g từ các đ ịn h lu ậ t Boy - M a rio t (đ ả n g n h iệ t) Gay

- Lussắc (đẳng tích) Sáclơ (đẳng áp) cho khí lí tư ở ng và A vogadrô

Đ ịn h lu ậ t Boy - M a rio t (Boylle - M ariotte)

p v = const hoặc p.v = const

M ột lượng c h ấ t khí n h ấ t định ở n h iệ t độ không đổi th ì áp s u ấ t tu y ệ t đối tỉ lệ nghịch với th ể tích hoặc th ể tích riêng

Đ ịn h lu ậ t Gay - Lussâc

Y = const

M ột lượng c h ấ t khí n h ấ t định tro n g điều kiện th ể tích không th a y đổi th ì áp su ấ t

tu y ệ t đối ti lệ th u ậ n với n h iệ t độ tu y ệ t đối

T rong cùng điều kiện n h iệ t độ và áp su ấ t, th ể tích mol của t ấ t cả các c h ấ t khí

lí tư ở n g đ ề u b ằ n g n h a u T ro n g đ iểu k iện tiê u c h u ẩ n p = 1,0333 a t = l a t m và

t = 0°c th ì th ể tích mol của t ấ t cả các ch ất khí lí tưởng đểu b ằn g 22,4m^.

Đối với khí thực, người ta phải dù n g các phương trìn h trạ n g th ái g ẩ n đú n g khác

để b iểu diễn vì sai số q u á lớn nếu dù n g phương trìn h trạ n g th á i của khí lí tư ở ng thí

dụ phương trìn h Van dec Van, phương trìn h Redlich - K w ong v.v

20

T rong m áy lạ n h n én hơi, môi c h ấ t lạn h (hoặc gas lạnh) biến đổi trạ n g th á i từ lỏng th à n h hơi ở th iế t bị bay hơi và biến đổi trạ n g th ái từ hơi th à n h lỏng ở th iế t bị ngưng tụ.

Q uay lại th í dụ biến đổi tr ạ n g th á i của nước th ì điểm A (hĩnh 1.14) nàm tậ n cùng bên trá i đường biến đổi lỏng hơi gọi là điểm bão hòa lỏng, điểm c n ằ m tậ n cùng bên phải được gọi là trạ n g th á i hơi bâo hòa khô còn điểm B nằm trê n đường biến đổi lỏng hơi là trạ n g th á i hơi ẩm

T rạ n g th á i hơi ẩm là trạ n g th ái hơi có lẫn n h ữ n g giọt lỏng ở n h iệ t độ sôi hay

kg hơi

n h iệt độ biến đổi tr ạ n g th á i lỏng, hơi T h àn h ph ần hơi X =

kg (hơi + lỏng) cd th ể thayđổi từ 0 đến 1

X = 0 :

0 < X < 1

X = 1 :

lỏng bâo hòa ;hơi ấm ;hơi bão hòa khô

T rong chương môi c h ấ t lạn h ta sẽ đi sâu vào các môi c h ấ t am oniắc, freôn R12, freôn R22 và R134a

Đ ịn h lu ậ t n h iệ t đ ộ n g th ứ n h á t

N hà bác học N ga vĩ đại Lôm ônôxốp đã p h á t biểu từ giữa th ế kỉ th ứ 18 định lu ật bảo to àn n ă n g lượng Theo định lu ậ t này th ì n ă n g lượng không m ấ t đi và không tự sinh ra, n ă n g lượng chi cđ th ể biến từ d ạ n g này san g d ạn g khác, th í dụ n h iệ t n ăn g

cđ th ể biến hóa th à n h cơ năng, điện năng, hđa năng

Đ ịnh lu ậ t n h iệ t động th ứ n h ấ t là trư ờ n g hợp riên g của

định lu ậ t tổ n g q u á t này Đ ịnh lu ậ t n h iệt độ n g thứ n h á t xác

đ ịn h n h iệ t và công biến hóa cho nhau theo tỉ lệ tưong dương.

Quan hệ đô người ta gọi là "Đương lượng n h iệ t của công".

M ột lượng n h iệ t 1 J tương dương vói m ột công cơ học bàng

lÀ m

ỉ

Đ ể h iểu rõ hơn vé định lu ậ t n h iệ t động th ứ n h ấ t chúng

ta cđ th ể q u an s á t th í nghiệm sau :

N ếu co' m ột x ilan h kín (xem hình 1.15) với m ột pitông

Giữa x ilan h v à p ittô n g cđ chứa m ột khối lượng khí Khi đốt

nó n g lượng khí ở bên tro n g (cấp nhiệt), khối khí sẽ nở ra,

đẩy pitông lên thự c hiện m ột công 1 (hình 1.15a) Ngược lại

nếu tá c động 1 công 1 lên p itông để n é n khí lại, khối khí sẽ

nóng lên và th ả i m ột lượng n h iệ t Q r a ngoài

C ũng tư ơ n g tự như định lu ậ t n h iệ t động về đương lượng

n h iệ t của công, biến đổi điện n à n g th à n h n h iệ t n ă n g có tỉ

Đ ịn h lu ậ t n h iệt độ n g thứ 2

Đ ịnh lu ậ t bảo to àn n ă n g lượng nđi ch u n g có giá trị tro n g mọi trư ờ n g hợp như ng thực tế sự biến hóa n ă n g lượng tu â n th ủ các điều kiện n h ấ t định N hư ta đã biết m áy hơi nước, động cơ đổt tro n g , động cơ diesel hoặc các loại m áy sinh công từ n h iệt khác chỉ có th ể biến đổi được m ột p h ẩ n n ă n g lượng của th an , dầu, xăn g v.v th à n h công,

21

còn m ột p h ẩn lớn bị th ả i r a ngoài môi trư ờ n g dưới d ạn g khí hoặc hơi th ả i gần như

vô ích không sử dụ n g được

Đ ịnh lu ậ t th ứ 2 của n h iệt động học p h á t biểu điều kiện biến đổi n ă n g lượng đó

Do vậy có nh iều cách p h á t biểu định lu ậ t n h iệ t động 2 Thí dụ : N gười fa kh ô n g th ề

biến dồi hoàn toàn m ộ t lượng nhiệt, m à chỉ có th ề biến dổi m ộ t p h â n th a n h công

p h à n lớn còn lại bị thải ra m ôi trường dưới d ạ n g p h ế thải.

Đ ịnh lu ật n h iệ t động th ứ 2 cũng p h á t biểu điều kiện tru y ể n n h iệt từ vật th ể nọ san g v ật th ể kia nh ư sau :

N h iệ t chi có th ề truyền từ m ộ t vậ t có n h iệ t độ cao sang vật có n h iệ t độ thấp và không bao giờ ngược lại N ếu m uốn thực hiện m ộ t dòng n h iệt theo chiều ngược lại tức là truyen n h iệ t từ vậ t có n h iệt độ tháp dến vật có n h iệ t độ cao cần p h ả i tiêu tốn năng lượng.

Trong m áy lạn h n én hơi,

để th ải n h iệ t từ môi trư ờ n g có

nh iệt độ th ấ p đến môi trư ờ n g

có n h iệt độ cao, n ă n g lượng tiêu \z y ỵ ///ý ^ /9 ỉ(ỳ /Ọ ỵ /ỵ //Ả At = OK*

tốn là công để quay m áy nén,

H ìn h 1.16 Dòng nhiệt phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ.

Điểu kiện ctảa việc tru y ề n

nhiệt được biểu diễn trê n hình

dòng n h iệt tru y ề n từ v ậ t nóng san g v ậ t lạnh

Giống như hiện tư ợ ng nước chỉ chảy và chỉ có th ể chảy từ cao xuống thấp.Khi m uốn vận chuyển nước từ th ấ p lên cao người ta phải dùng bơm và phải tốn công (cơ hoặc điện) để quay bơm C hênh lệch độ cao càng lân càng khó bơm và công tiêu tốn càng lớn Tương tự, n h iệt chỉ có th ể tru y ề n từ vật có n h iệ t độ cao đến vật

có nhiệt độ th ấp M uốn chuyển n h iệt từ môi trư ờ n g ctí n h iệ t độ th ấ p lên môi trư ờ ng co' nhiệt độ cao cần phải dùng "bơm nhiệt" (hay m áy lạnh) và phải tốn công (cơ hoặc nhiệt, điện) Độ chênh n h iệt độ càng cao càng khđ bơm và công tiêu tốn càng lớn

1.4.4 Cơ sỏ truyền nhiệt

Mới b iết rằ n g n h iệ t chỉ có th ể tru y ể n từ v ật nóng san g v ật lạn h là chưa đủ Để

cđ th ể h iểu n h ữ n g q u á trìn h tru y ề n n h iệt tro n g các th iế t bị tra o đổi n h iệt, n h ấ t th iế t phải hiểu được n h iệ t tru y ề n từ v ật nđng san g v ậ t lạn h như th ế nào

Co' ba phương pháp tru y ề n n h iệt, đó là dẫn nhiệt, tra o đổi n h iệt đối lưu và trao đổi nhiệt bức xạ

Dần nhiệt

D ẫn n h iệ t là sự tru y ề n n h iệt ở tro n g nội bộ của v ật c h ấ t từ p h ân tử này cho phân tử khác không co' sự chuyển động của các phân tử

22

D ẫn n h iệ t có th ể xẩy ra đối với c h ấ t rắ n , c h ấ t lỏng đứ ng im hoặc ch ất khí đứng

im, n h ư n g d ẫ n n h iệ t th u ẩ n túy clii xẩy r a tro n g ch ất rắ n ’

N ếu ta dùng mỏ h à n đốt ntíng m ột th a n h đổng (hình 1.17) th ì trư ớc h ết đầu A

sẽ ntíng lên sau đó n h iệ t sẽ được tru y ề n từ đ ầ u A đến đ ầ u B bàn g d ẫn nhiệt

tVỊ

H ìn h 1.17 D ân nhiệt tù đầu A đến đầu B của thanh kim loại.

T ro n g kỹ th u ậ t lạnh, sự tru y ề n n h iệ t dọc

theo th a n h kim loại giống n h ư sự tru y ề n n h iệt

của cánh tả n n h iệt N h ư n g đối với các th iế t bị

tra o đổi n h iệt, sự d ẫ n n h iệ t q u a vách m ột lớp

hoặc nhiểu lớp là phổ biến n h ấ t Trước h ế t ta

nghiên cứu trư ờ n g hợp dẫn n h iệt q u a vách ph ẳn g

1 lớp (hình 1.18)

Giả sử n h iệ t độ t j trê n bề m ặ t trá i, lớn hơn

n h iệt độ Ì 2 trê n bề m ặ t p hải của vách, th ỉ dòng

n h iệt sẽ hướ ng từ trá i sa n g phải G iả th iế t n h iệt

độ t j và ^ 2 luôn không đổi, dòng n h iệ t q

cũng ổn định, ng h ĩa là quá trìn h này là q u á

trìn h tru y ể n n h iệ t ổn địn h thì n h iệ t lượng tru y ề n

qua vách ổn định theo thời gian tỉ lệ th u ậ n với

hiệu n h iệ t độ (tj - Ì 2 ) và bề m ặ t tru y ề n n h iệt

F, tỉ lệ nghịch với chiều dầy vách ỗ và phụ thuộc

vào tín h c h ấ t v ậ t liệu đặc trư n g b ằ n g hệ số d ẫn

Ằ - hệ số d ẫn n h iệ t Ả của vật liệu, W/mK.

Định nghĩa : K hả n ă n g dẫn n h iệ t của v ật liệu được biểu th ị bằn g hệ số dẫn nhiệt

A H ệ số d ẫ n n h iệ t Ầ là m ậ t độ dòng n h iệt tín h bằn g J tru y ề n qua vách cđ bề dầy Im

với hiệu n h iệ t độ là IK tro n g thời gian 1 giây

23

Đối với vách nhiểu lớp ta có :

“5^ 5^ • *w4)J7 + 1;

B ảng 1.4 giới th iệu giá tr ị Ă của m ột số v ậ t liệu

n h iệt tố t cũng là n h ữ n g c h ấ t dẫn điện tố t Đổng và nhôm cũ n g là hai v ật liệu dẫn điện r ấ t tốt

N hữ ng v ậ t liệu dẫn n h iệ t kém n h ấ t là bấc, m ù n cưa, am iăng, bông th ủ y tin h và đặc biệt là bột xốp polystyrol và polyurethan

Chính vì dẫn n h iệt kém nên chúng được sử dụng làm c h ấ t cách n h iệt tro n g kỹ

th u ậ t n h iệt và kỹ th u ậ t lạnh

Đ ối lưu nhiệt

Sự lan tru y ề n n h iệ t tro n g ch ất lỏng và tro n g c h ấ t khí chuyển động được gọi là đối lưu n h iệt, ở đây, các p h ấ n tử r ấ t nhỏ tiếp xúc với nguồn n h iệt, n h ậ n n h iệt qua dẫn nhiệt, sau đó chuyển ra vị trí khác (tự nhiên hay cưỡng bức) đ ể các p h ầ n tử khác còn lạn h vào tiếp xúc với nguồn nhiệt

T a p h ân b iệt đối lưu tự nh iên và đối lưu cưỡng bức

Đối lưu tự nhiên là sự lan truỵần nh iệt thành dòng k h í hoặc chát lỏng tự nhiên do

m ậ t độ thay đổi vì nhiệt độ của dòng k h í hoặc chát lỏng thay đổi.

24

H ình 1.19 Mô tả sự đối lưu n h iệt

tự nhiên tro n g m ộ t căn phòng ctí lò sưởi

K hông khí lạn h đi vào p hía dưới lò sưởi

Khi qua lò sưởi no' được đốt nđ n g lên,

do khối lượng riê n g giảm , khối khí đó

chuyển động lên trê n và đi lên tr ầ n nhà

ớ đây no' th ả i n h iệ t cho tr ầ n và tường,

khối lượng giảm nó lại lắn g d ẩ n xuống

và lại được h ú t vào lò sưỏi Cứ th ế không

khí tạo r a m ột vòng tu ầ n hoàn tro n g

phòng

Dối lưu cưỡng bức là sự truyền n h iệt

cho m ộ t dò n g kh ô n g k h í hoặc chát lỏng

chảy cưỡng bức qua bề m ặ t m a n g n h iệt

(bàng q u ạ t gió hoặc bơm khuấy).

H ìn h 1.19 Đối lưu không khí trong phòng suỏi.

I lìn h 1.20 Đổi lưu không khí cưỡng bức

1 - d à n tỏa nhiệt ;

2 - quạt gió.

H ìn h 1.21 Truyền nhiệt từ chất khí vào bể mặt vách.

Nhờ ctí q u ạ t, không khí được thổi cưỡng bức qua th iế t bị tra o đổi nhiệt, có th ể

là dàn ngư ng tụ tỏ a n h iệ t hoặc dàn bay hơi th u n h iệ t để tra o đổi n h iệ t với bể m ặt dàn Nhờ có q u ạ t, hiệu q u ả tra o đổi n h iệ t tă n g lên rõ rệt

Thực nghiệm đă xác định rằ n g dòng n h iệ t q của quá trìn h tra o đổi n h iệt đối lưu

tỉ lệ th u ậ n với bề m ặ t F, hiệu n h iệ t độ giữa môi trư ờ n g với bể m ặ t vách và phụ thuộc vào hệ số tỏ a n h iệ t a đặc trư n g cho môi trư ờ n g lỏng hoặc khí N hư vậy :

q = a ( t f i - t^ i) F

tro n g đó : q - n h iệ t lượng tra o đổi đối lưu nhiệt, đơn vị w hoặc J/s.

- n h iệ t độ môi trư ờ n g (lỏng hoặc khí), ° c ; q

*'wl

F

n h iệ t độ vách, ° c ;

bề m ặ t đối lưu n h iệt, m^ ;

- hệ số tỏ a n h iệt của môi trư ờng, đơn vị w/m ^ K

B ảng 1.5 giới th iệu giá tr ị a của m ột số c h ấ t với các điều kiện đổi lưu n h iệt khácnhau

BẨNG 1.5 H ệ sô' t ỏ a n h i ệ t a c ủ a m ộ t s ố c h ấ t v ớ i đ iề u k i ệ n x á c đ ị n h

1.4,5 Bức xạ nhiệt

Bức xạ n h iệt là sự tru y ề n n h iệt bàn g các tia bức xạ d ạ n g sóng Á nh sá n g cũng

là nhữ ng bức xạ n h iệ t n h ư n g m á t người có th ể nhìn th ấy được còn p h ầ n lỏn bức xạ

n h iệt không nh ìn th ấy được T ấ t cả các v ật có n h iệt độ lớn hơn n h iệt độ không tu y ệt đối đểu p h á t bức xạ nhiệt

Nhiệt độ trong lồng kính

tl = 80 ° 100 °c

H ìn h 1.22 Lổng kính thu năng luợng cùa bức xạ mặt trời.

Cường độ bức xạ n h iệt tỉ lệ th u ậ n với n h iệt đô tu y ệt đối với số m ũ 4 Giống như tro n g dẫn n h iệt, n h iệ t lượng chỉ được tru y ề n từ v ậ t có n h iệ t độ cao đến v ậ t có n h iệt

độ th ấp hơn

N hữ ng bễ m ặt đen, xám , nh ám có khả n ă n g bức xạ n h iệ t tố t hợn và cũng có khả

n ă n g hấp th ụ bức xạ n h iệ t tố t hơn, khả n ăn g p hản xạ kém

N hữ ng bề m ặt sáng, trắ n g và n h ẵ n có khả n ă n g bức xạ n h iệ t yếu hơn và hấp th ụ bức xạ n h iệt cũ n g yếu hơn, chúng có khả n à n g ph ản xạ tốt

V ật đen hoàn to àn cđ tín h ch ất hấp th ụ hầu h ế t các tia bức xạ n h iệ t hướng đến nđ Vì vậy, khả n ă n g hấp th ụ bức xạ n h iệ t của v ậ t đen hoàn to àn là lớn n h ấ t

Gương trá n g bạc có tín h c h ấ t p h ả n xạ hầu h ế t các tia bức x ạ (kể cả á n h sáng trô n g thấy), vì vậy khả n ă n g phản xạ của gương là lớn n h ấ t và khả n ă n g hấp th ụ các tia bức xạ là nhỏ n h ất

K ính là loại v ậ t liệu đ ể cho h ầ u h ết các tia bức xạ m ặ t trờ i đi qua (bước sóng ngắn), n h ư n g lại ph ản xạ h ẩu h ết các bức xạ n h iệt có bước stíng dài không nh ìn thấy

như các tia hồng ngoại Chính vì lẽ đđ, các n h à kính, ô tô có nhiễu cửa kính v.v bao giờ cũng cđ n h iệ t độ nóng hơn môi trư ờ n g bên ngoài vì chúng cđ khả n ă n g hấp

th ụ n ă n g lượng m ặ t trờ i qua các tia i)ức x ạ từ ngoài vào và ph ản xạ các tia bức xạ hổng ngoại từ tro n g ra nên giữ được nhiệt Đây chính là hiệu ứng lổng kính

ứ n g dụ n g tín h c h ấ t trê n của kính người ta th iế t kế các bộ th u n ă n g lượng m ặt trờ i với m ột hoặc 2 lớp kính

Đ ể làm m á t tố t d à n ngư ng của tủ lạn h gia đình, ngoài p h ẩ n n h iệt tra o đổi đốilưu tự nhiên vì không khí người ta sơn đen d àn để dàn ngư ng cũng được giải nhiệttối đa qua bức xạ

Trao đổi n h iệ t hỗn hợp

T rao đổi n h iệ t hỗn hợp là q u á trìn h tra o đổi n h iệt bao gồm hai hoặc nhiểu hình thức tra o đổi n h iệ t như dẫn n h iệt, đối lưu và bức xạ

N ếu 2 c h ấ t lỏng hoặc c h ấ t khí

được ngăn cách bởi m ột vách ngăn,

tra o đổi n h iệ t cho n h a u th ì quá trìn h

tru y ể n n h iệ t thự c hiện qua ba bước :

đối lưu - d ẫ n n h iệ t - đối lưu (xem

hình 1.23)

H ìn h 1.23 mô tả cơ chế tru y ề n

n h iệ t từ môi trư ờ n g bên ngoài qua

vách cách n h iệ t vào buổng lạnh P h ía

môi trư ờ n g hay p hía nóng, n h iệ t tru y ề n

lên bễ m ặ t vách qua đối lưu n h iệt, sau

đó n h iệt tru y ề n q u a vách bằn g dẫn

n h iệt và từ bể m ặ t phải của vách nhiệt

lại tru y ề n vào buồng lạn h bằn g đối lưu nhiệt

Điễu kiện tru y ề n n h iệt, từ n g bước là luôn phải cd chênh lệch n h iệt độ Độ chênh

n h iệt độ càng lớn th ì dong n h iệt tổ n th ấ t, hoặc dòng n h iệ t tru y ề n q u a càng lớn

ở đây ta còn th ấy m ột điểu là n h iệt lượng tru y ề n từ môi trư ờ n g vào bể m ặ t trá i của vách bằng n h iệ t lượng từ vách trá i dẫn q u a vách phải và từ vách phải vào buồng lạnh qua đối lưu N hư vậy dòng n h iệt của từ n g bước tra o đổi n h iệt - đối lưu 1 - dẫn nhiệt - đối lưu 2 là b ằ n g n h a u và chính là lượng n h iệ t th ẩm lậu từ ngoài môi trư ờ n g vào phòng lạnh

Người ta đã xác định rằn g , dòng n h iệ t của quá trìn h tra o đổi n h iệt hỗn hợp ti lệ

th u ậ n với diện tích tru y ề n nhiệt, hiệu n h iệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh vã phụ thuộc vào hệ số ti uyền n h iệ t k

Q - n h iệ t lượng tru y ề n qua, w hoặc J/s ;

F - diện tích bề m ật tra o đổi n h iệt, m^ ; t|.j - n h iệ t độ nguồn no'ng, °c ;

tj-2 “ n h iệ t độ nguồn lạnh, °c ;

k - hệ số tru y ề n nhiệt, w /m ^ K

27

H ệ số tru y ề n n h iệ t k được xác định nh ư sau :

N ếu lấy F = Im ^ và tj - Í 2 = 1 th i trị số k b ằng Q Vậy có th ể định nghĩa hệ

số tru y ề n n h iệ t k là n h iệt lượng tru y ề n qua bề m ặ t tra o đổi n h iệ t Im ^ khi độ chênh

n h iệt độ giữa môi trư ờ n g nóng và lạn h là IK

Thí dụ : Một phòng lạn h có vách cách n h iệ t chung q u an h với tổ n g diện tích bé m ặt

là 27m^ N h iệt độ tro n g buồng lạn h là Í2 = 0 ° c , n h iệ t độ ngoài trờ i là 35°c, hệ số

tru y é n n h iệt là 0,3 W/m^K H ãy xác định n h iệt lượng tổn th ấ t q u a vách cách nhiệt

Nếu chưa b iết hệ số tru y ề n n h iệ t th ỉ phải tín h k theo công th ứ c chứa «2

H ình 1.24 biểu diễn tru y ề n n h iệt phức tạ p đối lưu - d ẫ n n h iệ t đối lưu qua vách phảng 1 lớp, và hìn h 1.25 biểu diễn tru y ề n n h iệ t vách p h ản g nhiẽu lớp

H ìn h 1.25 Vách phăng nhiẻu lóp.

28

H ệ số tru y ẽ n n h iệ t được tín h như sau

- n h iệ t độ môi trư ờ n g ntíng, ° c ;

- n h iệt độ môi trư ờ n g lạnh, ° c ;

Aj, Ả 2 hệ số dẫn n h iệt của vách th ứ n h ấ t và th ứ 2, W/m^K

H ệ số tru y ể n n h iệt k tỉ lệ th u ậ n với hệ số tỏ a n h iệt và dẫn nhiệt

Nếu a và A càng lớn th ì k càng lớn

H ệ số tỏ a n h iệ t a phụ thuộc vào n h iệt độ, tốc độ chuyển động, khối lượng riêng,

độ nhớt, n h iệt du n g riên g và hệ số dẫn n h iệt của c h ấ t đó cũng như hình dạng và cấu tạo bé m ặt của diện tích tru y é n nhiệt

Người ta có th ể n â n g cao hệ số tru y ề n n h iệt bằng cách cho dòng môi c h ấ t tra o đổi n h iệt đối lưu cưỡng bức trê n m ặ t chuyển động, tạo cánh cho bể m ặ t phía co' hệ

số tỏa n h iệt nhỏ

T rong các th iế t bị tra o đổi nhiệt, hệ số tru y ề n nhiệt

k càng lớn càng tố t, bởi vậy, người ta phải nghiên cứu

các diễu kiện tra o đổi n h iệt tố t n h ấ t, đưa hiệu s u ấ t tra o

đổi n h iệt của th iế t bị lên cao n h ấ t để tiế t kiệm nguyên

vật liệu, giảm giá th à n h th iế t bị đến m ức th ấ p n h ất,

ngoài ra, th iế t bị càng gọn nhẹ th i diện tích lắp đặt,

công vận chuyển, lắp rá p cũng giảm

T rong cách n h iệ t buồng lạn h ngược lại hệ số tru y ễn

nhiệt k càng nhỏ càng tố t để tổn th ấ t do n h iệt th ẩm

lậu qua tư ờ ng cách n h iệt giảm đến m ức th ấ p n hất

T h í dụ tín h toán :

H ãy tín h hệ số tru y ễ n n h iệ t k của m ột vách nhiều

lớp cách n h iệ t kho lạ n h theo hình vẽ 1.26 và các số liệu

cho dưới đây

Vữa t r á t xim ăng 15 2000 1,0

H ệ số tru y ề n n h iệ t k được tín h theo công thức cho vách nh iều lớp

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Con người b iết sử dụ n g lạnh và làm lạnh n h â n tạo từ bao giờ ?

2 H ây mô tả m áy lạn h nén hơi đẩu tiên của P erkins

3 H ãy nêu m ột số th í dụ về bảo qu ản lạn h thực phẩm và hiệu q u ả của bảo 'quản lạn h đối với cá, th ịt bò, gia cầm

4 Anh hay chị b iết gì về ứng dụng lạn h tro n g điêu hòa không khí ?

5 H ãy vẽ sơ đổ nguyên lý m áy lạn h nén hơi và giải th ích sự h o ạ t động của no'

6 H ãy vẽ sơ đổ nguyên lý m áy lạnh hấp th ụ và giải th ích sự h oạt động của nó

7 H ãy vẽ sơ đồ nguyên lý m áy lạnh nén khí và giải th ích sự h o ạ t động của nó

8 Hãy vẽ sơ đồ nguyên lý m áy lạnh ejectơ hơi và giải thích sự hoạt động của nó,

9 Hãy vẽ sơ đổ nguyên lý m áy lạnh nhiệt điện và giải thích sự hoạt động của nó

10 H ãy nêu các lĩnh vực ứng dụrtg của m áy lạnh nén hơi (nén khí, hấp th ụ , ejectơ,

n h iệt điện)

11 N hiệt độ bách ph ân là gì ?

12 N hiệt độ K elvin là gì ? Cách tín h chuyển n h iệ t độ K elvin và n h iệ t độ bách ph ân ?

13 N h iệt độ F a h ren h e it là gì ? Cách tín h chuyển ° c và °F

14 Cho t = 35°c tín h °F.

15 Cho t = 85°F , tín h °c

16 Hãy giải thích th ế nào là áp su ấ t dư, áp su ấ t tuyệt đối, và áp su ấ t chân không ?

30

17 Người ta đo áp s u ấ t dư, áp su ấ t khí quyển và áp su ấ t chân không, bằng dụng cụ

gì ? Cách tín h áp s u ấ t tuy ệt đối

18 T hể tích riê n g và khối lượng riên g là gì ?

19 N hiệt du n g riên g là gì ?

20 H ãy định ng h ía đơn vị đo n h iệt lượng calo, Jủ n , BTU,

21 H ãy định nghĩa đơn vị n ă n g su ấ t lạn h kcal/h, kW, BTU/h và tôn lạn h Mỹ

22 H ãy định ng h ĩa n h iệt nđng chẩy (hoặc n h iệt hóa rắn) ! N hiệt nóng chẩy của nước

25 Hãy viết và p h á t biểu phương trìn h trạ n g th á i ọủa khí lí tưởng

26 T hế nào là trạ n g th á i hơi ẩm , bão hòa lỏng và bão hòa khô của hơi ?

27 H ãy p h á t b iểu định lu ậ t n h iệ t động thứ n h ấ t !

28 Hãy p h á t biểu định lu ậ t n h iệt động thứ hai !

29 Hệ số d ẫn n h iệ t kí hiệu là gì ? N êu phương pháp tín h n h iệt lượng tru y ề n đi bằng dẫn n h iệt

30 Mô tả q u á trìn h tra o đổi n h iệ t đối lư'u

31 Vì sao dàn ngư ng của tủ lạn h gia đình người ta lại sơn đen ? vỏ tủ sơn m àu

sáng

32 H ãy viết công thứ c tín h to án hệ số tru y ề n n h iệt cho vách phẳn g nhiều lớp

33 Khi nào cần tă n g cưòng hệ số tru y ề n n h iệt và phương pháp tă n g cường hệ số tru y ể n nhiệt

34 Cẩn bố trí cánh tả n n h iệ t vể phía nào ?

a) tro n g ống ;

b) ngoài ống

c) Lưu th ể nóng

d) Lưu th ể lạn h

e) Lưu th ể có hệ số tra o đổi n h iệt đối lưu bé

g) Lưu th ể có hệ số tra o đổi n h iệt đối lưu lớn

31

Chương 2

MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH

2.1 MÔI CHẤT LẠNH

Định nghĩa : Môi c h ấ t lạn h (còn gọi là tá c n h â n lạnh, gas lạnh) là c h ấ t môi giới

sử dụng tro n g chu trìn h n h iệ t động ngược chiều đ ể hấp th u n h iệ t của môi trư ờ n g cần làm lạn h có n h iệ t độ th ấ p và tả i n h iệ t r a môi trư ờ n g có n h iệt độ cao hơn

ở m áy lạn h nén hơi, quá trìn h hấp th u n h iệt ở môi trư ờ n g lạn h được thự c hiện nhờ quá trìn h bay hơi của môi c h ấ t ở n h iệ t độ th ấp , áp su ấ t th ấ p và q u á trìn h th ải

n h iệt ở môi trư ờ n g cđ n h iệ t độ cao nhờ q u á trìn h ngưng tụ của môi c h ấ t ở n h iệt độ cao, áp s u ấ t cao

2.1.1 Yêu cầu đối với mồi chất lạnh

Do n h ữ n g đặc điểm của chu trìn h lạnh, hệ th ố n g th iế t bị và điểu kiện vận hàn h môi c h ấ t lạn h c ầ n có các tín h c h ấ t saU :

- Áp s u ấ t ngư ng tụ không được q u á cao (< 1 5 -ỉ- 20 bar) ;

- N h iệt độ cuói tẩ m nén phải th ấ p ;

- Áp s u ấ t bay hơi không quá th ấ p ( >1 bar) ;

- N hiệt độ đông đặc phải th ấ p hơn n h iệt độ bay hơi nhiều ;

- N ăn g s u ấ t lạn h riê n g th ể tích càng lớn, m áy càng gọn nhẹ ;

- Độ nhớ t c àn g nhỏ, tổ n th ấ t áp s u ấ t trê n đường ống càng nhỏ ;

- H ệ số d ẫn n h iệ t càng lớn càng tố t ;

- D ấu bôi trơ n càng hòa ta n nhiều môi c h ấ t càng dễ bôi trơ n ;

- C àng hòa ta n nước nh iều càng đỡ tắc ẩm van tiế t lưu ;

- K hông d ẫ n điện để có th ể sử dụ n g cho m áy nén kín và n ử a kín ;

32

d ) T Ỉ n h c h ấ t n h i ệ t đ ộ n g : P h ả i có hiệu s u ấ t n ă n g lượng cao tro n g chu trìn h lạnh.

e ) T ín h c h ấ t s i n h lý

- K hông được độc hại đối với người và cơ th ể sống ;

- K hông được ản h hưởng xấu đến c h ấ t lượng sản phẩm bảo qu ản ;

• - C ần có m ùi đặc b iệt đ ể dễ p h á t hiện rò rỉ Nếu không m ùi có thê’ pha thêm

c h ấ t có m ùi nếu c h ấ t đó không ả n h hưởng đến chu trìn h lạnh

Các freôn là các cacbua hyđrô no hoặc chưa no m à các nguyên tử hyđrô được thay

th ế m ột p h ần hoặc to àn bộ b à n g các nguyên tử clo, flo hay brôm Các freôn thườ ng dùng n h ấ t là freôn 12, 22, 502 tro n g đó 12 và 502 đ ã bị cấm Môi ch ất frêôn được

ký hiệu như sau th í dụ R I 13 (C2Cl3F 2)

- Số lượng nguyên tử clo cd th ể xác định dễ d à n g nhờ só hóa trị còn lại của các nguyên tử carbon, th í dụ R I 13 có 3 flo 0 hyđrô và 2 carbon là dẫn x u ấ t của C2Hg vậy công th ứ c ho'a học của R I 13 là C2Cl3F 2

- Các dẫn x u ấ t từ m ê ta n CH^ có chữ số đ ầu tiên = 0 nên không viết Đó là trư ờ n g hợp của R l l , R12, R13, R14

- Các c h ấ t đồng ph ân (izome) có thêm chữ a, b để ph ân b iệt : R 134a : CH2F -C F 2

R 1 1 3

Số lượng nguyên tử flo

Số lượng nguyên tử hyđrô +1

Số lượng nguyên tử carbon -1 (nếu = 0 thì không viết) Chữ đầu của R e frig e ra n t (môi c h ấ t lạnh)

Quy tá c ký hiệu mở rộng đến prôpan C^Hg, tiếp theo b u ta n là R600

Các olefín có số 1 trư ớc 3 chữ số : CgF^ ký hiệu R I 216

Các hợp c h ấ t có cấu trú c vòng có th êm chữ c : C^Hg Kí hiệu RC318

Các hỗn hỢp không đổng sôi xếp th ứ tự từ R400, R401

Các hỗn hợp đổng sôi xếp th ứ tự từ R500,R501, R502

S iíÁ Y V À T B L Ạ N H A

33

Thí dụ 1 : Môi ch ất cđ công thứ c hóa học CCl2F 2, hãy tìm ký hiệu của nđ.

- Số thứ n h ấ t ; 1 - 1 = 0

- Số th ứ hai : 0 + 1 = 1

- Số th ứ ba : 2 = 2 Vậy ký hiệu là R12

Thí dụ 2 : H ãy tìm ký hiệu môi c h ấ t CHC1F 2 :

- Số th ứ n h ấ t : 1 - 1 = 0

- Số th ứ hai : 1 + 1 = 2

- Số th ứ b a : 2 = 2Vậy ký hiệu là : R22

Thí dụ 3 : Môi c h ấ t có ký hiệu R I 14, hây tìm công thứ c hóa học

- SỐ nguyên tử carbon : c - 1 = 1 vậy c = 2

- Số nguyên tử flo : F = 4

- Số nguyên tử clo : 6 - 4 = 2Vậy công thứ c hóa học là : C2Cl2F4

H ình 2.1 giới th iệu các freôn dẫn x u ấ t từ m êta n CH^

H ìn h 2.1 Các íreôn dẫn xuất từ mẽtan

Dòng trên : Ký hiệu môi chất lạnh.

Dòng giũa : Công thức hóa học.

b ) C á c c h ấ t v ô c ơ

Các c h ấ t vô cơ có chữ R và sau đđ là 3 chữ số, chữ số th ứ n h ấ t là 7 còn 2 chữ

số sau là p h â n tử lượng làm trò n th í dụ am oniắc : R717 ; nước R718, cacbonic CO2 : R744

B ảng 2.1 Giới th iệ u m ột số môi c h ấ t lạnh th ư ờ n g dùng

Cho đến nay, h à n g tră m môi ch ất đ ă được nghiên cứu, ứ n g dụng, n h ư n g chỉ có

r ấ t ít môi c h ấ t lạn h được sử dụng rộ n g rãi Vừa q u a m ột lo ạt môi c h ấ t freôn bị cấm

do tác dụng phá hủy tầ n g ôzôn và gây hiệu ứng lổng kính làm trá i đ ấ t nó n g lên Điều

đó đã gây r a r ấ t n h iều khó k h ă n cho n g à n h lạnh H iện nay chỉ còn r ấ t ít môi chất được coi là môi c h ấ t lạn h hiện đại, đđ là :

- Am oniắc N H 3 - dù n g cho h ầ u h ết các loại m áy lạn h nén hơi, công s u ấ t lớn và

r ấ t lớn Từ khi R12, R502 bị cấm N H 3 c àn g được sử dụng rộng rãi hơn th ay t h ế chocác freôn này k ể cả tro n g các m áy lạn h nhỏ

- R22 - là môi c h ấ t lạn h quá độ từ nay đến n ăm 2020

- R 134a là loại môi c h ấ t không p h á hủy tầ n g ôzôn n h ư n g co' hiệu ứ n g lổng kínhnên có th ể cũng chỉ được sử d ụ n g tro n g n ử a đ ầu th ế kỷ 21 R 134a th ay th ế cho R12,

500, 502

- Đ ể th a y th ế các freôn người ta đan g nghiên cứu sử dụng CO2, propan, b u ta n

và izobutan là các c h ấ t có sẵ n tro n g tự nhiên

BẨ N G 2 1 M ộ t s ố m ô i c h ấ t l ạ n h t h ư ờ n g d ù n g

khí quyển Các chất vô cơ

Các chất hữu cơ (hydrocarbon và halocarbon)

đến năm 2030

R502 Môi chất đổng sôi

2.1.3 Các môi chất lạnh thường dùng

a ) A m o n iắ c

A m oniắc có công thứ c hóa học N H 3, ký hiệu R717 là m ột c h ấ t khí không m ầu,

cđ m ùi r ấ t hắc Lỏng N H 3 sôi ở áp s u ấ t khí quyển ở n h iệ t độ -3 3 ,3 5 ° c Am oniác có tín h c h ấ t n h iệ t động tố t phù hợp với chu trìn h m áy lạn h nén hơi dù n g m áy n é n pittông

35

• Tính chất vật lý

- Áp s u ấ t ngư ng tụ tro n g điều kiện m ù a hè V iệt N am tư ơ n g đối cao N ếu dùng

nước tu ầ n hoàn, n h iệ t độ nước r a khỏi bình ngưng 3 7 °c , n h iệ t độ ngư ng tụ 4 2 °c , áp

s u ấ t tu y ệ t' đối lên đến 16,5 bar

- N hiệt độ cuối tầ m n é n r ấ t cao n ê n phải làm m á t đ ầu xilanh b ằ n g nước và phải

h ú t hơi bão hòa

- Áp s u ấ t bay hơi thư ờ ng lớn hơn 1 b a r và chỉ bị chân không ở m áy lạn h 2 cấp

n h iệt độ bay hơi nhỏ hơn -3 3 ,4 ° c

- N ăn g s u ấ t lạn h riê n g th ể tích lớn nên m áy nén và th iế t bị gọn nhẹ

- Độ n h ớ t nhỏ, tín h lưu động cao nên tổ n th ấ t áp s u ấ t nhỏ, đường ống và các van gọn nhẹ

- H ệ số dẫn n h iệ t và tra o đổi n h iệ t lớn, th u ậ n lợi cho việc th iế t k ế chế tạo các

th iế t bị ngưng tụ và bay hơi

- H òa ta n nước không hạn ch ế n ê n van tiế t lưu không bị tá c ẩm tuy nhiên hàm lượng nước phải khống c h ế dưới 0, 1%

- K hông hòa ta n d ầ u nên khđ bôi trơ n các chi tiế t chuyển động của m áy nén, do

đó phải duy tr ì áp lực bơm dầu cần th iế t đ ể đảm bảo bôi trơ n H ệ th ố n g phải bố trí tách dẩu trê n đường đẩy m áy n é n và các bầu d ầu cho các th iế t bị tra o đổi n h iệt như bình ngưng, binh bay hơi trá n h lớp dầu bám trê n bề m ặt tra o đổi n h iệ t cản trở quá trìn h tra o đổi nhiệt

- D ẫn điện n ê n không sử dụng được cho m áy nén kín và n ử a kín

• Tính chất hóa học

- Bền vững ở khoảng n h iệt độ và áp s u ấ t công tác Chỉ ph ân hủy th à n h nitơ và

hyđrô ở n h iệ t độ 2 6 0 °c n h ư n g khi có m ặt ẩm và bể m ặ t xilanh bằn g th ép làm c h át xúc tác th ì N H 3 p h ân hủy ngay ở n h iệ t độ 110 - 120°c Bởi vậy cần làm m á t tố t đầu xilanh và h ạ n ch ế n h iệt độ cuói tầ m nén càng th ấ p càng tốt

- K hông ă n m òn kim loại đen ch ế tạo m áy n h ư n g ăn m òn đồng và các hợp kim của đổng trừ đồng th a u phốtpho do đó không sử dụng đổng và hợp kim đổng tro n g

m áy lạn h am oniác

- K hông ă n m òn phi kim loại ch ế tạo máy

• Tính un toàn cháy nổ

- Gây cháy nổ tro n g không khí ở nổng độ 13,5 -ỉ- 16% cháy ở n h iệt độ 6 5 1 °c ,

vì vậy các gian m áy am ôniac không được dùng ngọn lử a tr ầ n và phải được thông

th o án g th ư ờ n g xuyên

- H ỗn hợp với th ủ y ng ân gây nổ r ấ t nguy hiểm nên hệ th ố n g am oniắc không được

sử dụng áp kế th ủ y ngân

• Tính chất sinh lý

- Độc hại đối với cơ th ể con người, gây kích thích niêm m ạc m át, dạ dày, gây co

th ắ t cơ qu an hô hấp, làm bỏng da

- Có m ùi khó ngửi, hác n ên dễ phòng trá n h

- Làm giảm c h ấ t lượng thự c phẩm bảo quản, làm th ự c phẩm , ra u quả biến m ầu

và làm giảm c h ấ t lượng r ấ t n h a n h chóng

36

• Tính kinh tẽ

- Là môi ch ất lạnh, rẻ tiễn, dễ kiếm , dễ vận chuyển, bảo quản.

A m oniắc ngày nay trở th à n h môi c h ấ t q u a n trọng, sử dụng tro n g nhiểu lĩnh vực

từ n h iệ t độ bay hơi + 1 0 °c đến - 6 0 ° c A m oniắc thích hợp với m áy nén p ittông, không ứng d ụ n g cho m áy n é n tu rb in vì tỷ số áp s u ấ t q u á thấp

b ) M ôi c h ấ t l ạ n h R 22

- Cđ công th ứ c hóa học CH C1F 2, là c h ấ t khí không m ầu, có m ùi thơm r ấ t nhẹ, sôi ở áp s u ấ t khí quyển ở -4 0 ,8 ° c

• Tính chất vật lý

- ở điều kiện làm m á t b ằ n g nước tu ầ n hoàn m ùa hè Việt N am , n h iệt độ ngưng

tụ 4 2 °c , áp s u ấ t ngư ng tụ b àng 16,1 bar, là môi c h ấ t có áp s u ấ t tư ơ n g đối cao,

- N h iệt độ cuối tẩ m n é n tru n g bình n h ư n g cần làm m á t tố t đẩu m áy nén

- Áp s u ấ t bay hơi th ư ờ n g lớn hơn áp s u ấ t khí quyển

- N ă n g s u ấ t lạ n h riê n g th ể tích lớn g ẩ n bằn g của N H 3 nên m áy tư ơ n g đối gọn

- Độ n h ớ t lớn, tín h lưu động kém N H 3 nên các đường ống, cửa van đều phải lớn hơn

- H òa ta n h ạ n chế dầu n ê n gây khá nhiều khó k h ăn cho việc bôi trơ n , ở khoảng

n h iệt độ từ - 2 0 “C đến - 4 0 ° c mồi c h ấ t không hòa ta n dầu D ầu cđ nguy cơ bám lại trê n bề m ặ t dàn bay hơi làm cho m áy n én th iế u d ầ u nên người t a trá n h không cho

m áy lạn h R22 làm việc ở ch ế độ n h iệ t độ này

- K hông hòa ta n nước n h ư n g m ức độ hòa ta n vẫn lớn gấp 5 lần R I 2 nên m áy R22 ít bị nguy cơ tá c ẩm hơn

K hông dẫn điện nên có th ể sử dụ n g cho m áy nén kín và n ử a kín tu y độ an

to àn kém hơn R I 2 n ê n sự cố điện đối với R22 lớn hơn Lỏng R22 có d ẫ n điện nên

tu y ệt đối không để lỏng lọt về m áy nén

• Tính chất hóa học

- Bển vữ ng ở phạm vi n h iệt độ và áp s u ấ t làm việc.

- Khi cđ c h ấ t xúc tá c là thép, ph ân hủy ở 5 5 0 °c có th à n h p h ẩ n phosgen r ấ t độc

- K hông tá c dụ n g với kim loại và phi kim loại chế tạo m áy n h ư n g hòa ta n và làm trư ơ n g phồng m ộ t số c h ấ t hữu cơ như cao su và c h ấ t dẻo n ê n đệm kín phải sử

d ụ n g cao su chịu freôn

• ứng dụng

Đ ang được ứ n g dụ n g rộ n g rã i tro n g t ấ t cả các ng àn h công nghiệp đặc b iệt tro n g

kỹ th u ậ t điều hòa không khí Mức độ phá hủy tầ n g ôzồn nhỏ n h ư n g nó gây hiệu ứng lổng kính làm nó n g địa cẩu do đó R22 cũng chỉ được sử dụ n g tro n g thời kỳ quá độ loại bỏ các freôn cd hại cho đến n ăm 2020 M ột số tín h c h ấ t khác có th ể th am khảo

ở R12

c ) M ôi c h ấ t l ạ n h R 12

Môi c h ấ t lạnh R12 có công thứ c hóa học CCl2F 2, là m ột c h ấ t khí không m ầu, có

m ùi thơm r ấ t nhẹ, n ặ n g hơn không khí khoảng 4 lẩn ở 30°c, có n h iệt độ sôi là -2 8 ,9 ° c

ở áp s u ấ t khí quyển R I 2 là m ột môi c h ấ t lạn h a n to à n cao và cd tín h ch ất nh iệt động tố t hơn so với R22, được sử dụ n g tro n g tủ lạnh gia đình, m áy điều hòa không khí cho ô tô và tro n g các tủ k ết đông cũ n g như tro n g r ấ t nhiều n g à n h khác Tuy nhiên R12 là m ột freôn ctí m ức độ phá hủy tẩ n g ôzôn và hiệu ứng lổng kính lớn nên

đã bị cấm sả n x u ất, luu hàn h và sử dụng từ 1.1.1996 Thời h ạ n này kéo dài th êm 10 năm ở các nước đ an g p h á t triể n Tuy bị cấm như ng vẫn cần th iế t nghiên cứu các tín h

ch ất của nó để phục vụ cho công tác th u hồi tái chế và tái sử dụ n g hoặc th ay th ế môi c h ất lạn h mới H ầu h ết các tín h c h ấ t của R I 2 cũ n g g ần giống R22

• Tính chất vật lý

- Áp su ấ t ngưng tụ thuộc loại tru n g bình, n h iệt độ ngưng tụ 42°c, áp s u ấ t ngưng

tụ khoảng 10 bar

- N hiệt độ cuối tẩ m nén th ấp , th u ậ n lợi cho m áy nén ngược dòng

- Áp su ấ t bay hơi th ư ờ n g lớn hơn 1 bar

- N ăn g s u ấ t lạn h riê n g khối lượng chỉ nhỏ bằn g 1/8 đến 1/10 của am oniác nên lưu lượng tu ẩ n hoàn tro n g hệ th ố n g lớn do đtí chỉ thích hợp cho hệ th ố n g lạnh vừa

và nhỏ, tu y nhiên n ă n g s u ấ t lạn h riên g th ể tích vẫn b ằng khoảng 60% của am oniăc nên hệ th ố n g lạn h R 12 cũng chỉ lớn gấp rưỡi hệ th ố n g am oniắc cùng công su ấ t

- K hả n ă n g tra o đổi n h iệt kém hơn am oniăc, hệ số tỏa n h iệ t khi sôi và khi ngưng chỉ bàn g 1/5 của nước nên các th iế t bị tra o đổi n h iệ t với nước thư ờ ng phải bố trí cánh phía R12

- Độ lưu động kém n ên đường ống,cửa van phải làm to đ ể giảm tổ n th ấ t áp su ất

- K hông dẫn điện, điện áp đán h th ủ n g , h àn g số điện môi đều r ấ t cao nên sử dụng

r ấ t an to àn cho m áy nén kín và nử a kín

- H òa ta n dầu hoàn toàn, r ấ t th u ậ n lợi cho q u á trìn h bôi trơ n

- K hông hòa ta n tro n g nước, đây là nhược điểm r ấ t lớn, gây tác ẩm ở bộ phận tiế t lưu Người ta chứng m inh rằn g , chỉ 15 m g ẩm còn só t lại tro n g tủ lạn h cũng đủ

để gây tắ c ẩm cho tủ v ì vậy hàm lượng nước cho phép của R12 là không q u á 6 ph ần

triệ u tro n g các chai đến 15 kg và 25 p h ẩn triệ u tro n g các chai hoặc bổn chứa lớn V ật

liệu chống ẩm th ư ờ n g là zeolít hoặc đ ấ t sềt h oạt tính

- Ctí đặc tín h rử a sạch cặn bẩn, c á t bụi, gi sá t, vẩy h à n bám trê n th à n h m áy nén và th iế t bị nên phải bố tr í phin lọc cẩn th ậ n đ ể trá n h tắc bẩn Đặc b iệt độ bẩn,

ẩm và d ầ u bôi trơ n tro n g hệ th ố n g làm cho các chỉ tiêu về điện kém đi n h a n h chtíng dẫn đến các nguy cơ cháy động cơ, phtíng điện ở các cọc tiếp điện Bởi vậy việc làm sạch hệ th ố n g giữ m ột vai trò r ấ t qu an trọng

38

- Cđ khả n ă n g rò rỉ r ấ t cao, có th ể rò rỉ q u a cả gang cđ cấu trú c tin h th ể thô nên th â n m áy nén R12 cũng phải đúc bằn g g ang m ịn cđ các th à n h p h ầ n m angan, crôm , silic và đặc b iệt ni ken.

- N hữ ng chỗ rò ri R12 có th ể được p h á t hiện qua vết dầu vì R12 rò ri luôn kèm

theo rò ri dầu Đ ể p h á t hiện R12 cũng cđ th ể dù n g m áy dò ga điện tử hoặc dùng đèn halogen

• Tính chất hóa học

- B ển vữ ng tro n g phạm vi n h iệt độ và áp s u ấ t làm việc K hông p hản ứng hóa

học với dầu bôi trơ n và các v ật liệu phụ tro n g hệ th ố n g lạnh

- K hông ăn m òn kim loại đen, m ầu và phi kim loại chế tạo m áy n h ư n g hòa ta n

và làm trư ơ n g phổng m ột số c h ất hữu**cơ như cao su và m ột số c h ấ t dẻo do đó chỉ được sử d ụ n g cao su và c h ấ t dẻo đặc b iệt chịu freôn để làm đệm kín

- B ắt đầu p h ân hủy ở n h iệ t độ 540 -ỉ- 565°c khi cd c h ấ t xúc tác, đến 760°c phân

hủy hoàn toàn Khi tiếp xúc với đổng p h â n hủy ngay ở 415°c, khi tiếp xúc với nhôm

hóa trị 3 p h â n hủy ở 100 -ỉ- 175°c th à n h R13 và RIO Khi tiếp xúc với s ắ t n u n g đỏ

mờ ở 550°c hoặc khi gặp ngọn lửa hở, tia lửa điện, phân hủy th à n h clo và phosgen

COCI2 r ấ t độc Bởi vậy không nên sử dụng bếp điện hoặc lò sưởi điện tro n g phòng sửa chữa và lắp đ ậ t m áy lạn h R12

• Tính an toàn cháy nổ

- K hông gây cháy và gây nổ nên được coi là môi c h ấ t lạn h an toàn Ngay cả khi

hòa trộ n R12 với tỉ lệ 1 :1 với các nhiêii liệu m êtan , prôpan, b u tan , hỗn hợp này cũng không cháy nữa

• Tính chất sinh lý

- K hông hại đối với cơ th ể sống Với nồng độ lớn hơn 30% tro n g không khí chỉ

gây n g ạ t do th iế u dư õng khí Tuy các c h ấ t ph ân hủy clo và phosgen r ấ t độc n h ư n g dễ phòng trá n h do ch ú n g có m ùi đặc trư n g r ấ t khó chịu

- K hông ả n h hưởng xấu đến thự c phẩm bảo qu ản nên ở Mỹ người ta k ết đông

th ự c phẩm b ằn g cách n h ú n g trự c tiếp vào R12 sôi

• Tính kinh tế

- Đ ắt, tu y dễ kiếm , dễ vận chuyển, bảo quản.

- Cấm sả n x u ấ t, lưu h à n h sử dụng ở các nước công nghiệp từ 1.1.1996 và ở các nước đ a n g p h á t tr iể n từ 1.1.2006, nên chắc chán giá cả tă n g lên và việc tìm kiếm cụng khđ kh ăn hơn ^

d ) M ôi c h ấ t l ạ n h R 5 0 2 v à ỖOO

Môi c h ấ t R502 là hỗn hợp đổng sôi gồm 48,8% R22 và 51,2% khối lượng R I 15

Do ngư ng tụ và bay hơi đ ẳ n g áp và đ ẳ n g n h iệ t nên R502 được coi là môi c h ấ t lạnh đơn chất Do có th êm th à n h p h ầ n R I 15 nên nhiều nhược điểm của R22 đ â được khắc phục, th í dụ n h iệ t độ cuối tẩ m nén giảm xuống rõ rệ t, các tín h ch ất về điện tố t hơn,

tỷ số nén giảm hơn, n ă n g s u ấ t lạn h riên g th ể tích tă n g 20% so với R22, n h iệ t độ sôi

ở áp su ấ t khí quyển giảm xuống - 4 5 ,4 ° c và các tín h c h ấ t hđa học cũng được cải th iện hơn Môi c h ấ t-R 5 0 2 hay được sử dụ n g tro n g các tủ lạn h đông hoặc kết đông ở phạm

vi m à R22 cd nh iều nhược điểm n h ấ t vể dẩu bôi trơ n Ngoài ra tín h c h ấ t hóa, lý, sinh, a n to à n củ a R502 đều gần giống nh ư R22

39

Môi ch ất R500 cững là môi c h ấ t đổng sôi n h ư n g th à n h p h ầ n chính lại là R12 gồm 73,8% R12 và 2 6 ,2 % -khối lượng R 1 5 2 a,n h iệt độ sôi ở áp s u ấ t khí quyển -3 3 ,5 ° c , có các tín h c h ấ t n h iệ t động giống như R12 n h ư n g cũng có n ă n g s u ấ t lạn h riê n g th ể tích lớn hơn khoảng 20% so với R12.

Máy lạnh sả n x u ấ t ở Mỹ, N h ậ t dù n g điện 60 H z chuyển sa n g điện 50H z do số vòng quay giảm đi khoảng 20% n ê n m uón giữ nguyên công s u ấ t lạn h cđ th ể n ạ p R502

th ay cho R22 và R500 th a y cho R12

e ) M ôi c h ấ t R l l

Công th ứ c hđa học C C l^r là m ột c h ấ t khí không m ầu, co' m ùi thơm r ấ t nhẹ, sôi

ở áp s u ấ t khí quyển ở + 23,8°c, được sử d ụ n g cho bơm n h iệ t hoặc các m áy làm lạnhnước cho điều hòa không khí Do n ă n g s u ấ t lạn h riê n g th ể tích r ấ t nhỏ n ên khôngthích hợp cho m áy nén pittông, chỉ đặc biệt thích hợp cho m áy nén tu rb in Các tín h

c h ấ t gần giống R12, hòa ta n dầu hoàn toàn, không hòa ta n 'nước, không ăn m òn kim loại và phi kim loại c h ế tạo m áy, làm trư ơ n g phổng m ột số c h ấ t hữu eơ

- Cđ khả n ă n g rử a sạch cao nên hay dù n g làm d u n g môi súc rử a hệ th ố n g lạnh

và tẩ y rử a các chi tiế t điện tử và cơ khí chính xác R l l cũng đã bị cấm do phá hủy

tầ n g ôzôn và gây hiệu ứ n g lổng kính T ạm thời chưa có môi c h ấ t th a y thế D uP ont (Mỹ) để nghị sử d ụ n g R123 đ ể th ay th ế cho R l l

f) M ôi c h ấ t R 1 3

Công th ứ c hóa học c c i r ^ là m ột ch ất khí không m ầu, cd m ùi thơm r ấ t nhẹ, sôi

ở áp su ấ t khí quyển -8 1 ,4 ° c , n h iệt độ tới h ạn th ấ p +28,8°c, thuộc loại môi ch ấ t lạn h

có áp s u ấ t làm việc cao

T hường R13 được dùng cho tầ n g dưới của m áy lạn h ghép tầ n g để tạo n h iệt độ

từ -6 0 đến -1 0 0 °c Do áp su ấ t quá cao nên phải bố trí p hía áp th ấp bình chứa cân

bàn g để áp s u ấ t tro n g m áy lúc dừ ng m áy (nhiệt độ bằn g n h iệ t độ môi trư ờ ng) không vượt quá 3 M Pa R13 không hòa ta n dầu

Tính c h ất n h iệt động và hiệu su ấ t lạn h kém hơn so với R12

Các tín h ch ất khác của R 134a cũng đ a n g được tiếp tục nghiên cứu

h ) M ôi c h ấ t R 1 2 3

- Có tín h c h ấ t n h iệt động tố t, dùng để th ay th ế cho R l l tro n g các m áy nén tu rb in như ng nhiều nước T ây Âu chưa chấp n h ậ n vì tín h ăn m òn và độc hại của nó

2.1.4 Môi chất lạnh thay thê

N ăm 1974 hai giáo sư người Mỹ là Ravvland và M olina p h á t hiện r a các c h ấ t freôn phá hủy ôzôn Thực t ế nhiều freôn không n h ữ n g là th ủ phạm phá hủy tầ n g ôzôn m à40