Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho xe container đông lạnh.

Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho xe container đông lạnh.

LỜI MỞ ĐẦU

- Kỹ thuật lạnh là một ngành được phát triển trên 100 năm nay Ngay từ những ngàyđầu mới phát triển, các nhà khoa học đã thấy được tính ưu việt và khả năng ứngdụng rộng rãi vào đời sống con người trong rất nhiều lĩnh vực như: điều hòa khôngkhí, bảo quản lạnh và lạnh đông thực phẩm và rất nhiều ngành kỹ thuật khác cóliên quan

- Với tốc độ phát triển ngày càng nhanh và đòi hỏi ngày càng cao của ngành côngnghiệp thực phẩm, kỹ thuật lạnh lại thể hiện được tính ưu việt của mình trong quátrình bảo quản lạnh cũng như bảo quản lạnh đông thực phẩm, góp phần làm chonguyên liệu thực phẩm sau khi được thu hái, đánh bắt có thể được bảo quản vớithời gian lâu hơn mà chất lượng thì gần như không đổi

- Cùng với sự phát triển kinh tế thì nhu cầu giao lưu thương mại giữa các nơi cũngngày càng phát triển Để phục vụ tốt cho việc giao lưu hàng hóa trong nước vàngoài nước, đặc biệt là đối với các sản phẩm lạnh đông, thì cần phải có các phươngtiện vận tải lạnh Được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là tàu thủy, tàu hỏa, ôtô vàcontainer lạnh Những phương tiện này chính là cầu nối quan trọng của dây chuyềnlạnh nối liền từ nơi sản xuất chế biến tới nơi bảo quản, trung chuyển, phân phối vàtiêu dùng, không những góp phần làm cho sản phẩm được phân phối đều, rộngkhắp mà còn là yếu tố quan trọng phát triển nền kinh tế

- Đối với tàu thủy là phương tiện duy nhất, kinh tế nhất trong việc vận chuyển sảnphẩm lạnh và đông lạnh giữa các châu lục Cũng nhờ có tàu thủy mà có thể đánhbắt hải sản lâu ngày trên biển

- Trên đất liền, giữa các địa điểm có đường sắt nối liền thì vận chuyển lạnh bằng tàuhỏa là kinh tế nhất nhưng thực tế khối lượng vận chuyển phải lớn mới kinh tế

- Trên các đoạn đường không có đường sắt, giữa các kho lạnh phân phối và tiêudùng hoặc giữa nơi đánh bắt và chế biến thì vận chuyển bằng ôtô và container làkinh tế nhất và tiện lợi nhất

TỔNG QUAN

I.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔI CHẤT LẠNH:

I.1.1 Định nghĩa môi chất lạnh:

- Môi chất lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều đểbơm một dòng nhiệt từ một môi trường có nhiệt độ thấp đến một môi trường kháccó nhiệt độ cao hơn

- Môi chất tuần hoàn được trong hệ thống là nhờ quá trình nén hơi Ở máy lạnh nénhơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở áp suấtthấp và nhiệt độ thấp còn quá trình thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao nhờquá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao

I.1.2 Yêu cầu đối với môi chất lạnh:

I.1.2.1 Tính chất hóa học:

- Không có hại với môi trường, không làm ô nhiễm môi trường

- Phải bền vững về hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không đượcphân hủy hoặc polime hóa

- Phải trơ hóa học, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầubôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm

- An toàn, không cháy và không nổ

I.1.2.2 Tính chất vật lý:

- Áp suất ngưng tụ không được quá cao để làm rò rỉ môi chất, giảm chiều dày váchthiết bị và giảm nguy hiểm do vỡ, nổ

- Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển chút ít để hệthống không bị chân không, tránh rò lọt không khí vào hệ thống

- Nhiệt độ đông đặc phải lớn hơn nhiệt độ bay hơi nhiều

- Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều

- Nhiệt ẩn hóa hơi r và nhiệt dung riêng c của môi chất lỏng càng lớn, càng tốtnhưng chúng không đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng môichất lạnh Nhiệt ẩn hóa hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thốngcàng nhỏ và năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn

- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt vì máy nén và thiết bị gọn nhẹ

- Độ nhớt động càng nhỏ càng tốt vì tổn thất áp suất trên đường ống và các vangiảm

- Hệ số dẫn nhiệt l, hệ số tỏa nhiệt a càng lớn càng tốt vì thiết bị trao đổi nhiệt gọnnhẹ hơn

- Sự hòa tan dầu của môi chất cũng đóng vai trò quan trọng trong sự vận hành và bốtrí thiết bị Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn có ưu điểm là quá trình bôi trơn tốt hơn,

ChươngI

trên thành thiết bị và lớp trở nhiệt cản trở quá trình trao đổi nhiệt…ưu điểm của nólà không làm giảm độ nhớt dầu, không bị tăng nhiệt độ sôi…

- Môi chất hòa tan nước càng nhiều càng tốt vì tránh được tắc ẩm cho van tiết lưu

- Phải không dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín

I.1.2.3 Tính chất sinh lý:

- Không được độc hại với người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hôhấp, không tạo các khí độc hại khi tiếp xúc với ngọn lửa hàn và vật liệu chế tạomáy

- Phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện rò rỉ và có biện pháp phòng tránh, antoàn Nếu môi chất không có mùi, có thể pha thêm chất có mùi vào để nhận biếtnếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình lạnh

- Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng bảo quản

I.1.2.4 Tính kinh tế:

- Giá thành phải rẻ, tuy nhiên phải đảm bảo độ tinh khiết yêu cầu

- Dễ kiếm, nghĩa là việc sản xuất, vận chuyển, bảo quản dễ dàng

I.1.3 Lựa chọn môi chất lạnh:

- Từ những yêu cầu cần đạt được của một môi chất lạnh trong chu trình lạnh, ta chọnmôi chất lạnh R22 (công thức hóa học: CHClF2) với các đặc điểm như sau:

o Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -40,80C

o Không ăn mòn các kim loại và phi kim chế tạo máy

o Thuộc loại môi chất an toàn cháy nổ và không độc hại

I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT:

- Vật liệu cách nhiệt có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trườn cónhiệt độ cao vào phòng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che

- Yêu cầu của vật liệu cách nhiệt:

o Hệ số dẫn nhiệt nhỏ

o Khối lượng riêng nhỏ

o Độ thấm hơi nước nhỏ

o Độ bền cơ học và độ dẻo cao

o Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vật liệu

o Không cháy hoặc không dễ cháy

o Không bắt mùi và không có mùi lạ

o Không gây nấm mốc và phát sinh vi sinh vật

o Không gây độc hại đối với sức khỏe con người

o Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa…

o Gia công dễ dàng

- Trên thực tế không có vật liệu cách nhiệt lý tưởng (thỏa các yêu cầu trên), do đókhi chọn vật liệu cách nhiệt cần phải lợi dụng triệt để ưu điểm và hạn chế đến mứcthấp nhất nhược điểm trong từng trường hợp ứng dụng cụ thể

- Các vật liệu cách nhiệt từ các chất hữu cơ nhân tạo được sử dụng rất nhiều, chúngcó tính cách nhiệt tốt như: polystirol, polyurethan, polyethilen…

- Hiện nay polystirol và polyurethan được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho cácbuồng lạnh có nhiệt độ đến -1800C Thường bọt polystirol bị cháy nhưng cũng cóloại không cháy do trộn các loại phụ gia chống cháy Polyurethan có ưu điểm lớnhơn là tạo bọt mà không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗnghoặc giữa các tấm cách ẩm Chính vì vậy mà polyurethan được sử dụng để cáchnhiệt đường ống, tủ lạnh gia đình và thương nghiệp, ôtô Do đó, ta chọnpolyurethan làm vật liệu cách nhiệt cho thùng bảo ôn vì có những ưu điểm nêutrên

I.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH ẨM:

- Ẩm có thể xâm nhập vào thùng bảo ôn bằng các con đường:

o Mưa rơi trên bề mặt ngoài

o Do vật liệu xây dựng của thùng bảo ôn có khả năng hút ẩm của không khí

o Do nước trong không khí ngưng tụ trên bề mặt ngoài

- Không khí là hỗn hợp của O2, N2, khí trơ và hơi nước Nhiệt độ không khí càng caothì áp suất riêng phần của hơi nước càng tăng nên áp suất riêng phần của hơi nướcbên ngoài thùng bảo ôn sẽ lớn hơn trong thùng bảo ôn Từ đó hơi nước có xu hướngluôn thâm nhập vào bên trong lớp cách nhiệt và do đó sẽ tăng tổn thất lạnh đồngthời làm cho vật liệu cách nhiệt mau hư hỏng

- Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bị ẩm ướt bằng cách phủ lên mặt ngoài của vậtliệu cách nhiệt 1 lớp như: bitum, keo, nhũ tương bitum, giấy dầu…Ta chọn bitum làlớp cách ẩm phủ lên bề mặt ngoài của lớp polyurethan về phía nhiệt độ cao hơn

I.4 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

- Hệ thống lạnh với máy lạnh nén hơi một cấp , dàn lạnh bay hơi trực tiếp làm lạnhsản phẩm nhờ dàn quạt đối lưu cưỡng bức Các chi tiết thiết bị trong hệ thống lạnhgồm có:

o Thiết bị hồi nhiệt

o Bình tách lỏng

o Van tiết lưu

o Rơle nhiệt độ

o Rơle áp suất thấp

o Rơle áp suất cao

o Bình chứa cao áp

o Phin sấy lọc

o Mắt ga

- Thiết bị bốc hơi: là loại thiết bị bốc hơi trực tiếp (loại chùm ống có cánh), đối lưu

cưỡng bức nhờ quạt gió Quạt hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ dieselqua đai truyền

- Thiết bị ngưng tụ: là loại chùm ống có cánh đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió, hoạt

động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua đai truyền

- Thiết bị hồi nhiệt: là loại ống xoắn ruột gà lồng trong ống nhằm quá nhiệt hơi hút

ra khỏi giàn lạnh và quá lạnh tác nhân lạnh trước tiết lưu giúp nâng cao hiệu quảnhiệt động học của chu trình lạnh

- Bình tách lỏng: được lắp trên đường hơi hút về máy nén trước thiết bị hồi nhiệt để

bảo đảm hành trình khô cho máy nén và tiết lưu được lượng tác nhân nhiều nhất

- Van tiết lưu: hệ thống dùng van tiết lưu nhiệt tự động dựa trên sự cảm ứng nhiệt

độ của hơi ra khỏi thiết bị bốc hơi

- Bình chứa cao áp: được bố trí về phía cao áp sau thiết bị ngưng tụ để chứa lỏng

tác nhân lạnh sau ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưngtụ đồng thời dự trữ một lượng lỏng đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của hệthống

- Phin sấy lọc: được bố trí trên đường ống dẫn lỏng trước tiết lưu và trên đường dẫn

hơi về máy nén nhằm loại ẩm và các tinh thể đá tạo thành, tránh hiện tượng tắcẩm cho van tiết lưu và ẩm xâm nhập vào máy nén

- Mắt ga: được bố trí trên đường dẫn lỏng sau bình chứa cao áp để kiểm tra lượng

lỏng trong hệ thống

- Rơle nhiệt độ: có nhiệm vụ điều khiển tự động quá trình đóng mở cho hệ thống

hoạt động hoặc ngưng hoạt động nhằm ổn định nhiệt độ làm lạnh theo giá trị địnhtrước

I.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

- Hơi tác nhân lạnh ra khỏi dàn lạnh vào bình tách lỏng để tách các giọt lỏng bị lôicuốn theo Phần lỏng tách được này lại tiếp tục được tiết lưu để sinh lạnh, phần hơiđược qua bình hồi nhiệt để nâng nhiệt độ hơi thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệtsau đó được hút về máy nén và được nén lên đến áp suất ngưng tụ qua thiết bịngưng tụ, ngưng tụ lại thành lỏng rồi được dẫn vào bình chứa cao áp Lỏng từ bìnhchứa cao áp qua bình hồi nhiệt để quá lạnh tác nhân lạnh lỏng, qua phin sấy lọc rồiqua van tiết lưu để tiết lưu giảm áp và sôi trong dàn lạnh Tác nhân lạnh sôi sẽ thunhiệt của sản phẩm cần làm lạnh và trở thành hơi đi ra ngoài

- Khi nhiệt độ thùng xe hạ xuống dưới mứa quy định thì rơle nhiệt độ sẽ ngắt mạchbộ ly hợp từ tính của máy nén, máy nén sẽ chạy không tải Sau một khoảng thờigian nhiệt độ trong thùng xe tăng, rơle nhiệt độ lại đóng mạch bộ ly hợp từ tính củamáy nén cho hệ thống hoạt động trở lại bình thường

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh của xe được mô tả trên sơ đồ sau:

TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM

II.1 XÁC ĐỊNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT:

II.1.1 Kết cấu trần:

- Trần của thùng bảo ôn có kết cấu như sau:

o Lớp cách nhiệt có bề dày: CN.

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2

o Hai lớp nhôm bọc bên ngoài bảo vệ có chiều dày: 1

- Để đảm bảo cho kết cấu được vững chắc, có những thanh gỗ tăng cứng và liên kếtgiữa lớp nhôm bên trong và lớp bên ngoài

- Tổng bề dày của kết cấu trần thùng xe bảo ôn được cho trong bảng sau (với 1 và

2 tự chọn):

STT VẬT LIỆU (m)m))  (m)W/m)K))

i ng

ng: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt ngoài của vách bao che, W/m2K

tr: hệ số tỏa nhiệt từ mặt ngoài của vách bao che đến không khí trongthùng bảo ôn, W/m2K

Chọn tr = 8 (W/m2K)

ng được tính theo công thức sau:



ng  4 ,  9 15 , 1

: vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s

Chọn  = 45km/h = 12,5 m/s, thế vào công thức ta có:

3 58 5 12 1 15 9

,,

,,,

180

00308

18203

0020358

140

10325

- Bề dầy lớp cách nhiệt CN được tính theo công thức tương tự như công thức (*) ởtrên:

i ng

o Lớp cách nhiệt có bề dày: CN

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2

o Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: 1.

STT VẬT LIỆU (m)m)) (m)W/m)K))

3 Lớp polyurethan cách nhiệt CN 0,0325

,,

,,,

180

00308

18203

0020358

140

10325

thùng bảo ôn có kết cấu như sau:

o Lớp cách nhiệt có bề dày: CN.

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2

o Hai lớp thép không rỉ có chiều dày: 3

o Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: 1.

- Lớp nhôm bảo vệ bên trong của thùng bảo ôn có dạng sóng vuông để tăng khảnăng chịu lực đồng thời giúp thoát nước dễ dàng Để tăng cứng và khả năng chịulực cho thùng, ta lắp thêm các thanh gỗ chịu lực và liên kết

(m)W/m)K))

4 Lớp polyurethan cách nhiệt CN 0,0325

i ng

,,

,,

,,,

8203

0020180

00308

1716

0020358

140

10325

- Chiều dày của kết cấu bao che thùng bảo ôn không chọn theo chiều dày của từngphần mà chiều dày chung của tổng kết cấu bao che chọn theo phần kết cấu cóchiều dày lớn nhất Như vậy, chọn chiều dày của kết cấu bao che thùng bảo ôn  =0,107 (m).

II.2 TÍNH K)IỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG:

- Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che ở trên được xác định lại bằng côngthức như sau:

K

tr i

i CN

CN ng th

2 31 0 8 203

002 0 8

1 18 0

003 0 7 16

002 0 0325 0

1 0 3 58 1

1

1 1

1

, ,

, ,

, ,

, ,

, ,

Như vậy: Kth < Kcho phép = 0,4 (W/m2K)

- Kết cấu phải đảm bảo không đọng sương ở vách ngoài kết cấu bao che Để đảmbảo không đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che phải thỏa điềukiện:

đs tr ng

S ng ng

t t

t t

ng: hệ số tỏa nhiệt về phía có nhiệt độ cao hơn, W/m2K

tng: nhiệt độ không khí bên ngoài thùng bảo ôn, 0C

ttr: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn, 0C

ts: nhiệt độ điểm sương của không khí bên ngoài, 0C

ts được xác định dựa vào nhiệt độ không khí bên ngoài và độ ẩm trung bình

Ta có các thông số khí tượng tại Thành phố Hồ Chí Minh như sau:

+ Nhiệt độ tuyệt đối: ttđ = 400C+ Nhiệt độ tối cao trung bình tháng nóng nhất: ttc = 340C

372

3440

+ Độ ẩm trung bình: tb = 75%

- Từ tkk = 370C và tb = 75%, dùng giản đồ I_d của không khí ẩm ta sẽ xác định được

ts = 29,50C

Thế vào công thức ta có:

028 4 18 37

33 37 3 58 95

) ( ,

Như vậy: Kthực < Kđọng sương (0,31 < 4,028)

Vách ngoài của kết cấu bao che không bị đọng sương

 Kết cấu bao che của thùng bảo ôn với K = 0,31(W/m2K) và  = 0,107 (m) là hợp lývà có thể sử dụng để tính toán cho các bước tiếp theo

TÍNH TOÁN NHIỆT THÙNG BẢO ÔN

- Tính nhiệt của thùng bảo ôn là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đivào thùng bảo ôn Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ côngsuất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn địnhgiữa thùng bảo ôn và không khí bên ngoài

- Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt thùng bảo ôn là để xác định năng suấtcủa máy lạnh cần lắp đặt

III.1 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỦA CÁC K)ẾT CẤU BAO CHE:

- Để tiện cho việc tính toán và phù hợp với thực tế, ta chọn cá làm sản phẩm đạidiện sẽ được vận chuyển và bảo quản trong thùng bảo ôn

- Phụ tải thể tích thực tế của cá: qv = 0,4 tấn/m3

- Thể tích chứa sản phẩm của thùng bảo ôn:

5 , ,

5

12 , ,

94 6 ,

- Kích thước bề mặt trong của thùng bảo ôn là: 5(m) x 2(m) x 2(m)

- Kích thước bề mặt ngoài: 5,214(m) x 2,214(m) x 2,214(m)

Chương III

III.2 TÍNH TỔNG TỔN THẤT NHIỆT CỦA THÙNG BẢO ÔN:

- Dòng nhiệt tổn thất vào thùng bảo ôn Q được xác định bằng biểu thức:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Q1: tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh, W

Q2: tổn thất lạnh làm lạnh sản phẩm, W

Q3: tổn thất lạnh để thông gió, W

Q4: tổn thất lạnh trong vận hành, W

- Vì chức năng chính của xe lạnh là vận chuyển và bảo quản trong khi vận chuyểncác sản phẩm đã được làm lạnh đông từ trước nên ta có thể xem Q2 = 0 tức làkhông tính đến tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm

- Đối với các sản phẩm rau quả thì cần tổn thất lạnh để thông gió còn các sản phẩmthịt cá thì không cần thiết Như vậy Q3 = 0

- Tổng tổn thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho thùng bảo ôn là:

Q = Q1 + Q4, W

III.2.1 Tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh Q 1 :

Q1 = Q1' + Q1'' + Q1''', W

Q1': tổn thất lạnh qua các vách và mái, W

Q1'': tổn thất lạnh qua sàn, W

Q1''': tổn thất lạnh do bức xạ, W

 Tổn thất lạnh qua các vách Q 1 ':

Q1' = K.FV (tng - ttr)

K: hệ số truyền nhiệt của vách và mái, W/mK

FV: diện tích tính toán của các vách và mái, m2

n t

tng, ttr: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn, 0C

- Tổng diện tích mặt ngoài của các vách và mái:

Fn = (3 x 5,214 x 2,214) + (2 x 2,214 x 2,214) = 44,435 (m2).

- Tổng diện tích mặt trong của các vách và mái:

Ft = (3 x 5 x 2) + (2 x 2 x 2) = 38 (m2)

1 41 435 44

K: hệ số truyền nhiệt của sàn, W/mK

FV: diện tích tính toán của sàn, m2

n t

tng, ttr: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn, 0C

- Diện tích mặt ngoài của sàn thùng bảo ôn:

Fn = 5,214 x 2,214  11,544 (m2)

- Diện tích mặt trong của sàn thùng bảo ôn:

Ft = 5 x 2 = 10 (m2)

74 10 544 11

10 ,  ,



 F V x (m2)Q1'' = 0,31 x 10,74 x (37 + 18) = 183,117 (W)

 Tổn thất lạnh do bức xạ Q 1 ''':

Vậy Q1''' = 0,31 x (10,74 x 276 + 10,74 x 278,3) = 1845,5 (W)

III.2.2 Tổn thất lạnh trong vận hành Q 4 :

- Tính tổn thất lạnh trong vận hành do vận hành quạt gió ở dàn lạnh để đối lưucưỡng bức dòng không khí, phân phối đều không khí lạnh trong thùng bảo ôn.Q4 = .Q1 [2]

- Đối với phòng có nhiệt độ từ -5 đến -200C thì chọn  = 0,3

Vậy Q4 = 0,3 x (700,755 + 183,117 + 1845,5) = 818,8 (W)

 K)ết quả tính toán tổng tổn thất lạnh cho thùng bảo ôn được tổng hợp trong bảng sau:

- Khi tác nhân lạnh vận chuyển trong hệ thống sẽ bị tổn thất thêm 1 phần nữa, năngsuất lạnh Q0 được tính như sau:

b

Q k

0

2 3548 07

1

,

, ,

TÍNH CHỌN MÁY NÉN

IV.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC:

IV.1.1 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân:

- Dàn ngưng trong hệ thống lạnh của thùng bảo ôn được giải nhiệt bằng không khíđể tận dụng không khí có sẵn ngoài trời trong quá trình di chuyển và giảm đượccông chuyên chở thùng chứa nước và thiết bị làm mát nước giải nhiệt nếu dànngưng được giải nhiệt bằng nước

- Nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân dùng không khí giải nhiệt được xác định bằngcông thức:

tk = tkkra + tktk: nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân, 0C

tkkra: nhiệt độ không khí ra khỏi bình ngưng, 0C

tk: hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh ngưng tụ và không khí giảinhiệt tk có giá trị trong khoảng 10 - 150C Chọn tk = 100C; chọn độ chênhgiữa nhiệt độ không khí vào và ra khỏi bình ngưng là 80C Với nhiệt độkhông khí vào ở Tp.HCM = 370C ta có:

tk = 37 + 8 + 10 = 55 (0C)

IV.1.2 Xác định nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh:

- Nhiệt độ sôi t0 của tác nhân lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau:

t0 = tb - t0 [3]

tb: nhiệt độ trong thùng bảo ôn

t0: hiệu nhiệt độ yêu cầu Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp t0 < tb từ 8

-130C Như vậy, t0 có giá trị trong khoảng từ 8 - 130C Chọn t0 = 80C ta có:t0 = -18 - 8 = -26 (0C)

IV.1.3 Chọn chu trình lạnh:

- Để đảm bảo tối ưu chế độ làm việc, chọn chu trình lạnh 1 cấp nén có quá nhiệthơi hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ Chu trình được biểu diễn trên sơ đồ P_h củaR22 như sau:

1' -1: Quá nhiệt hơi hút: tqn = th - t0, th: nhiệt độ hơi hút vào máy nén.

1 - 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P0 đến áp suất cao Pk, đẳng entropi

2 - 2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa.2' - 3': Ngưng tụ môi chất đẳng áp, đẳng nhiệt

3' - 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp

3 - 4: Quá trình tiết lưu đẳng entalpi ở van tiết lưu

4 - 1': Quá trình bay hơi trong dàn bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt

- Độ quá nhiệt trong hồi nhiệt của hơi hút đối với R22 = 200C => nhiệt độ hơi hútvào máy nén là: th = tqn + t0 = 20 - 26 = -6 (0C)

- Độ quá lạnh lỏng của tác nhân: tql = t3' - t3 được xác định như sau:

Do quá trình quá nhiệt hơi hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ xảy ra trong thiết bị hồinhiệt bằng cách cho tác nhân lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt với hơi tác nhân

đi ngoài ống nên hơi lạnh sẽ nhận toàn bộ nhiệt lượng do chất lỏng nóng tỏa ra(giả sử không có tổn thất nhiệt) Như vậy ta có:

h1 - h1' = h3' - h3 => h3 = h3' + h1' - h1

Tra bảng hoặc xác định trên đồ thị của R22 ta sẽ xác định được các giá trị h3', h1'và h1 từ t0, th và tk Tính h3 theo công thức ở trên Từ giá trị h3 xác định được, dựngmột đường thẳng song song trục P và cắt đường song song trục h đi qua các điểm

2, 2', 3' trên giản đồ P_h Giao điểm đó chính là điểm 3 cần tìm Biết được vị tríđiểm 3 ta sẽ biết được giá trị của t3

- Thông số của các điểm cần tính toán trên chu trình lạnh đã xác định được đượccho trong bảng sau:

IV.2 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN:

IV.2.1 Tính chọn máy nén:

21844

tl: hệ số tính đến tổn thất nhiệt do tiết lưu.

w: hệ số tính đến tổn thất do hơi hút vào xi-lanh bị đốt nóng

r: hệ số tính đến tổn thất do rò rỉ môi chất qua pittông, xi-lanh, secmăng vàvan từ khoang nén về khoang hút

- Công thức trên có thể được viết gọn lại thành:

 = i w'Trong đó:

0 0

0 0

P P P P

P P C P

P

k k k

tl c

i   



Lấy P0 = Pk = 0,01 Mpa = 10000 Pa

m = 1 đối với máy nén freon

C = 0,04: tỉ số thể tích chết

537 0

193600

10000 193600

193600

10000 2163500

04 0 193600

10000 193600

4044 0

V

- Hệ số lạnh của chu trình:

941554068477

93137

1 2

,,

q



- Tỉ số nén:

119361

63521

- Số lượng máy nén yêu cầu:

87001110

0096440

,,

- Chọn Z = 1 máy nén

Tổn thất trong  i

Tổn thất trong  i

Tổn thất

ma sát  e

Tổn thất truyền động  tđ

Tổn thất ở động cơ  đc

- Công nén đoạn nhiệt:

Ns = mtt.l (kW)mtt: lưu lượng khối lượng qua máy nén, kg/s

l: công nén riêng, kJ/kg; l = h2 - h1

N N

18025 2

pms: áp suất ma sát riêng Chọn pms = 0,049 MPa đối với máy nén freonthẳng dòng

Ne = 3 + 0,0039 x 0,049.103  3,2 (kW)

- Công suất điện: công suất đo được trên bảng đấu điện, có kể đến tổn thất truyềnđộng

el tđ

e el

N N

Hiệu suất động cơ: el = 0,8 - 0,95 Chọn el = 0,9.

743 3 9 0 95 0

2

, ,

- Công suất động cơ lắp đặt: Nđc

Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơnNel Chọn hệ số an toàn là 2,1 cho máy lạnh nhỏ do chế độ làm việc dao động lớnvà điện lưới không ổn định

Nđc = 2,1 x Nel = 2,1 x 3,743 = 7,86 (kW)

Chọn động cơ lắp sẵn cho máy nén có công suất động cơ Nđc = 8 (kW)

Chương V

- Nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ Qk (kW) là nhiệt lượng mà nước làm mát hoặckhông khí làm mát phải lấy đi.

Qk = m.qk = m.(h2 - h3), kW

= 0,0306 x (477,8 - 256,52) = 6,77 (kW)

V.2 CÁC THÔNG SỐ K)Ỹ THUẬT CỦA DÀN NGƯNG TỤ:

- Bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng là một chùm ống lưỡng kim bố trí sole, bêntrong là ống thép trơn, bên ngoài là ống có cánh tròn dạng cánh ren bằng nhômvới các thông số kỹ thuật như sau:

o Đường kính trong của ống thép: dtr = 0,021 (m)

o Đường kính chân cánh: dng = 0,028 (m)

V.3 TÍNH CHỌN DÀN NGƯNG TỤ:

- Chọn độ chênh lệch nhiệt độ của không khí trong bình ngưng: t = 80C

- Nhiệt độ không khí bên ngoài trong khi xe chuyển động: t1 = 370C

- Nhiệt độ không khí khi ra khỏi bình ngưng: t2 = t1 + t = 37 + 8 = 450C

- Nhiệt độ trung bình của không khí trong bình ngưng là:

41 2

37 45

3755

3745

2 1

1

lnln

t t

t t t

k k

- Lượng không khí cần thiết để giải nhiệt bình ngưng:

84625037451

776

1 2

,).(

,)



t t C

Q G

G V

V.3.1 Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía không khí:

Nu = C.Cz.CS.-mRen

- Đối với chùm ống bố trí sole ta có:

C = 0,32 và m = 0,5

- Chọn số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí z = 4, ta tìm được hệ số

Cz = 1 Cz là hệ số hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của số hàng ống z theo chiều chuyểnđộng của dòng khí Cz được tra trong tài liệu [1] theo bảng sau:

Bố trí ống

trong chùm) ống Re

Số hàng ống z

- Hệ số hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của sự bố trí giữa các ống trong chùm ống có cánh

CS đối với ống bố trí sole được xác định bằng công thức sau:

1 028 0 052 0

028 0 052

, ,

ng

ng

S S d

d S C

- Diện tích cánh của 1m ống:

) / ( , ,

, ,

, ,

) , ,

( ,

) (

m m x

x x

x

S

D S

d D F

C

đ C

ng C

2 3

2 2

2 2

752 0 0035

0

10 6 0 049 0 14 3 0035

0 2

028 0 049 0 14 3

5 3

10 1 1 10 5 3 028 0 14 3

3

3 3

0

,

) ,

, ( , , ) (

S

S d F

( , ,

, ,

, ,

) (

,

m x

x

d D F

F d

F

F

ng q

035 0 028 0 049 0 785 0 812 0

752 0 028 0 812 0

06 0

785 0

2 2

2 2 0