Đồ án Thiết kế hệ thống cấp đông, trữ đông sản phẩm thịt Heo

quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Kết cấu Kích thước, [m x m] Diện tích F, [m2] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường AB 4,5 x 3,6 16,2 0,145 72,3 169,83 Tường AD 4,5 x 3,6 16,2 0,145 72,3 169,83 Tường BC 4,0 x 3,6 14,4 0,47 43,38 293,59 Tường CD 4,0 x 3,6 14,4 0,265 50,61 193,12 Nền 4,0 x 4,0 16 0,15 72,3 173,52 Trần 4,0 x 4,0 16 0,15 72,3 173,52 Tổng Q1 = ∑ Qi 1173,41 2. Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2 Ta có : Q2 = Q+ Q, [W] Trong đó: - Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm - Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì a.Tính Q: Ta có công thức tính Q: theo trang 80, tài liệu [1] Q= , [kW] Với : - E: Khối lượng sản phẩm đưa vào cấp đông 1 mẻ, [t] - i1: Entanpi của thịt Heo khi đưa vào ở nhiệt độ 180C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] , bằng nội suy ta có : i1 = 266,2 kJ/kg - i2: Entanpi của thịt Heo khi đưa ra ở nhiệt độ −150C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] ta có : i2 = 12,2 kJ/kg - τ =11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ thịt => Q= = 16,035 kW b. Tính Q: Ta có công thức tính tổn thất lạnh do bao bì: Q= , [kW] Với: - Gb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm,[t]. Do khối lượng bao bì chiếm tới (10 ÷ 30)% khối lượng hàng (trang 84 tài liệu [1]) và bao bì bằng kim loại nên lấy bằng 30% khối lượng sản phẩm Gb=30%G. - Cbb: Nhiệt dung riêng của bao bì, đối với bao bì bằng kim loại thì : Cbb = 0,45kJ/kg.K (trang 84 tài liệu [1]) - t1: Nhiệt độ đầu vào của bao bì lấy bằng nhiệt đầu vào của sản phẩm - t2: Nhiệt độ đầu ra của bao bì lấy bằng nhiệt độ của phòng cấp đông - τ = 11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ sản phẩm => Q= = 0,281 kW Vậy tổng tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì là: Q2= 16,035 + 0,281 = 16,316 kW 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh - Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qđược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 4x4=16 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .16 = 19,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng . Vì phòng có diện tích chọn n = 2 Q= 350.2 = 700 W c. Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần: + 1phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh. + Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…). Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh. Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức (4-19), trang 87, tài liệu [1]: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ Đối với phòng cấp đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=2 tấn/mẻ là : N = 4x2,2 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đông với công suất là 2,5tán/mẻ là: N= = 11kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= N= 11kW d. Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B- dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4-4) trang 87 đối với phòng cấp đông có diện tích F= 16 m2 < 50 m2 ta có: B = 32 m2 F= 4x4m2: diện tích buồng => Q= 16.32 = 512 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 19,2 + 700 + 11000 + 512 = 12231,2W 4. Tính nhiệt kho lạnh Đối với hệ thống lạnh cấp đông thì tổng tổn thất nhiệt cấp cho phòng này là: Q0 = Q1 + Q2 + Q4 = 1173,4 +16316 + 12231,2 = 29720,6 W = 29,7206 kW 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho phòng Q. Nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống. Bên cạnh đó thì máy nén không thể vận hành liên tục 24h trong 1 ngày được vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất mỏi làm hỏng máy nén. Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau: Q= Trong đó: k : hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là −350C nên dùng nội suy ta tính được nhiệt độ dàn bay hơi k = 1,085 (trang 92, tài liệu [1]) b : hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92, tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q = = 35829,83 W 3.2 TÍNH NHIỆT CHO PHÒNG TRỮ ĐÔNG Số liệu cho trước : E = 35 tấn , tf = -180C Vì 2 phòng trữ đông có công suất như nhau nên ta chỉ tính cho phòng GHKF là phòng làm việc khắc nghiệt nhất 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q= Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với : - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa 2 buồng trữ đông có: kGF = 0,58 W/m2K - Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2] - ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với môi trường ngoài : ∆tGH = ( tn−tf) = 37,3 −(− 18) = 55,30C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với phòng đệm: ∆tFK = 0,7( tn−tf) = 0,7[37,3 −(− 18)] = 38,710C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa 2 phòng trữ đông : ∆tGF = 0,6( tn−tf) = 0,6[37,3 −(− 18)] = 33,180C - Chiều cao tính toán phòng lạnh là: htt = 3,6 m - Kích thước chiều dài tường ngoài : theo mục a), trang 77, tài liệu [1] + Đối với buồng góc kho : lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn => chiều dài tường GH = HK = FK = 6,5m - Kích thước chiều dài tường ngăn : tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn => chiều dài tường GF = 6m, EC = 2,25m, - Kích thước chiều dài nền và trần tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn => chiều dài nền và trần = 6m. Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Phòng trữ đông II: GHKF Kết cấu Kích thước, [m x m] Diện tích F, [m2] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường GH 6,5 x 3,6 23,4 0,2 55,3 258,8 Tường GF 6 x 3,6 21,6 0,58 33,18 415,68 Tường HK 6,5 x 3,6 23,4 0,2 55,3 258,8 Tường FK 6,5 x 3,6 23,4 0,2 38,71 181,16 Nền 6 x 6 36 0,218 55,3 434 Trần 6 x 6 36 0,218 55,3 434 Tổng 1982,44 2. Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì Q2: Đối với phòng trữ đông thì Q2 = 0 đó là do nhiệt độ thịt đưa vào phòng trữ đông là – 150C nhiệt độ thịt khi ra khỏi phòng là -120C, như vậy còn 30C ta dùng để làm lạnh cho bao bì 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh - Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q : Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qdược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 6 x 6 = 36 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .36 = 43,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng ,vì phòng có diện tích chọn n = 2 => Q= 350.2 = 700 W c.Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức (4-19), trang 87, tài liệu [1]: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ Đối với phòng trữ đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=20 tấn/mẻ là : N = 4 x 0,75 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng trữ đôngvới công suất là 35 tán/mẻ là: N= = 1,71 kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= N= 1,71= 1,71 kW d.Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4-4) trang 87 đối với phòng trữ đông có diện tích F= 36 m2 < 50 m2 ta có: B = 22 m2 F= 6x6m2: diện tích buồng => Q= 36.22 = 792 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 43,2+ 700 + 1710 + 792 = 3245,2W 4. Tính nhiệt kho lạnh. = ++ 0,7.= + 0,7.( vì = 0) Ta lấy 0,7.là do có sự không dồng thời về vận hành. Mà ở đây chỉ có 2 phòng trữ đông nên chọn 0,7.. => = + 0,7. = 2. Q+ 0,7.2.Q4 = 2.1982,44 + 0,7.2.3245,2 = 8508,16W 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là: Q= Trong đó: k- hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là -180C nên bằng phương pháp nội suy ta tính được k = 1,034 (trang 92 tài liệu [1]) b- hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q = = 9774,93 W CHƯƠNG 4 : LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN Mục đích chương này nhằm tính chọn chu trình của hệ thống lạnh để tính công suất yêu cầu của thiết bị trong hệ thống lạnh từ đó làm cơ sở để tính chọn các thiết bị này . 4.1 TỔNG QUÁT 1.Chọn môi chất lạnh Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh là R22 vì nó có những ưu nhược điểm sau: −Ưu điểm : + Không độc hại + Không dễ cháy, dễ nổ + Không ăn mòn kim loại đen và kim loại màu + Khi rò rỉ , không làm hỏng thực phẩm cần bảo quản + Hòa tan hạn chế dầu , ở khoảng nhiệt độ -200C ÷ -400C không hòa tan dầu + Năng suất lạnh riêng thể tích lớn + Áp suất ngưng tụ ở điều kiện bình thường < NH3 + Nhiệt độ hóa rắn thấp hơn so với NH3 + Dễ vận chuyển và bảo quản −Nhược điểm : + Đắt tiền hơn NH3 . + Không hòa tan nước + Có tính rửa cặn bẩn nên dễ gây tắc nghẽn hệ thống + Gây ô nhiễm môi trường (phá hủy tầng ôzôn và gây hiệu ứng nhà kính) Nói chung R22 có độ hoàn thiện nhiệt động cao nên được sử dụng rộng rãi .Vì vậy chọn môi chất R22 là phù hợp . 2. Chọn môi trường giải nhiệt Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp trao đổi nhiệt vì so với không khí thì nước làm mát có những ưu điểm sau : + Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên làm mát tốt hơn + Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết 4.2. HỆ THỐNG LẠNH TRỮ ĐÔNG I. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu Q = 9774,93W = 9,77493 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 180C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình theo trang 159, tài liệu [1] : t = tư + (3÷4)0C Với: tư : là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn= 37,30C và độ ẩm φ = 73% ,ta có: tư = 330C => t = 33 + (3÷4)0C = 360C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = t + 40C = 36 + 4 = 400C II. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -18 – (4 ÷10) = - (22÷28)0C Chọn to = -250C tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1], bằng nội suy ta tính được áp suất bay hơi là : p0 = 2,02 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷6)0C = (36+40)/2 + 4= 420C Chọn ∆tk = 40C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,06bar 3. Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = t0 + Dtqn = -25 + 25 = 00C - Chọn độ quá nhiệt ∆tqn = 250C do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút rất cao theo trang 161 , tài liệu [1] 4. Nhiệt độ quá lạnh tql = tw1 +Dtql = 36 + 4 = 40 0C - Chọn độ quá lạnh ∆tql = 40C 5. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 7,9 < 12 Vậy chọn chu trình máy nén 1 cấp 6. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình lạnh cho phòng trữ là chu trình máy lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt. Mặc dù là chu trình này bị lệch ra khỏi chu trình Cacno làm cho hệ số lạnh giảm xuống. Nhưng ngược lại nó tránh được hiện tượng ẩm về máy nén gây ra hiện tượng thuỷ kích làm hỏng máy nén. Đối với freon có thể dùng bình tách lỏng hoặc thiết bị hồi nhiệt nhưng dùng thiết bị hồi nhiệt nhiều hơn.Do nhiệt độ cuối tầm nén của chu trình hồi nhiệt lớn hơn bình tách lỏng 7. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút a. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt: Chú thích: MN: Máy nén NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi HN: Thiết bị hồi nhiệt b. Đồ thị T-s và lnP- i: Các quá trình : 1’ - 2 :quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén 2 - 3 :quá trình ngưng tụ đẳng áp ở bình ngưng 3- 3’ :quá trình quá lạnh trong bình hồi nhiệt 3’- 4 :quá trình tiết lưu trong van tiết lưu nhiệt 4- 1’ :quá trình bay hơi đẳng áp ở dàn bay hơi 1’- 1 :quá nhiệt hơi hút về máy nén c. Nguyên lý làm việc: Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt đẳng áp của lỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt (1’) rồi được hút về máy nén nén đoạn nhiệt lên áp suất cao (2), sau đó qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (3) rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ áp trở thành lỏng chưa sôi (3’) qua van tiết lưu giảm áp xuống áp suất bay hơi (4) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt đẳng áp đẳng nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, hoá hơi và chu trình cứ thế tiếp tục. d . Lập bảng thông số các điểm nút Điểm Nhiệt độ t0C Ap suất P(bar) Entanpi i(kJ/kg) Entropi s(kJ/kgK) Thể tích v(m3/kg) Chú thích 1 -25 2,02 695 1,7939 0,1113 Hơi bão hoà khô 1’ 0 2,02 699 1,8295 0,1259 Hơi quá nhiệt 2 80 16,06 755 1,8295 0,0189 Hơi quá nhiệt 3 42 16,06 550 1,1744 0,0010 Lỏng sôi 3’ 40 16,06 546 1,1616 0,0005 Lỏng chưa sôi 4 -25 2,02 546 1,1890 0,0389 Hơi bão hòa ẩm Xác định lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống G = = = = 0,06 kg/s 8. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk = G.qk = G.(i2 – i3) = 0,06.(755−550) = 12,3 kW 9. Nhiệt lượng qua thiết bị hồi nhiệt QHN = G.qHN = G.( i3–i3’)= G.( i1’– i1)= 0,06.(550–546) = 0,24 kW 10. Xác định công của máy nén L = G.l = G.(i2 – i1’) = 0,06.( 755– 699) = 3,36kW 11. Tính chọn công suất lạnh - Công suất lạnh phòng trữ đông: Q = Q= 8508,16kW - Công suất lạnh của máy nén lạnh trong phòng trữ đông Q= 9,77493 kW 12. Hệ số làm lạnh ε = = = 2,66 III. Chọn máy nén 1.Chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế Vtt = G. v1 = 0,06. 0,1113 = 0,0066m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 7,9. Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0, 56 c. Thể tích hút lý thuyết Vlt = = = 0,0117 m3/s - Xác định chu trình lanh tiêu chuẩn : Theo bảng (7-1) trang 172 - Tài liệu [1] chọn chế độ lạnh trữ đông 1 cấp R22 thì có các thông số sau: t0 = -150C => p0 = 2,97 bar tk = 300C => pk = 11,9 bar tqn = 150C tql = 250C Bảng thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn: Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] 1 Bão hoà khô -15 2,97 0,087 698,5 4 Hơi bão hòa ẩm 30 11,9 537 - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q0tc = i- i= 698,5 – 537= 161,5 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích qV = = = 1339kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn qVtc = = = 1857kJ/kg - Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Có tỉ số nén : Л = = = 4. Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 - Tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,81 - Năng suất lạnh tiêu chẩn Q0tc Q0tc = Q0 . = 9,77493. = 19,6kW Tra bảng 7-2 trang 175 tài liệu [1] chọn : + Máy nén piston MYCOM 1 cấp có ký hiệu F2WA2( hãng Mayekawa Nhật), + Q = 32,6 kW > Q0tc lắp đặt + Thể tích hút lý thuyết: Vlt = 71 m3 /h = 0,0197 m3/s d. Số lượng máy nén ZMN = = = 0,6 = > Chọn Z= 1 => Vậy dùng 1 máy nén 2. Chọn động cơ kéo máy Công suất động cơ điện kéo máy nén được tính theo công thức (7-25) trang 171 tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η- Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với: ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 217 tài liệu [1] : ηi = + 0,0025.t0 = + 0.0025.(-25) = 0,72 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,92 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 217 tài liệu [1] Suy ra : η = 0,72.0,92.0,98.0,9 = 0,58 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 2,1.= 12,16 kW 4.3 HỆ THỐNG LẠNH CẤP ĐÔNG I. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén Q = 35,829 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 350C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình là: t = tư + (3÷4)0C Với: tư- là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn= 37,3 0C và độ ẩm φ = 73%, ta có: tư = 330C => t = 33+ (3÷4)0C = 360C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = ts + 40C = 36 + 4 = 400C II. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -35 – (4 ÷10) = - (39÷45)0C Chọn to = -45 0C tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1] ta có áp suất bay hơi là : p0 = 0,82662 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷10)0C = (36+40)/2 +4= 420C Chọn ∆tk = 40C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,06 bar 3. Nhiệt độ quá lạnh tql : Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu ,tql càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn vì thế người ta cố gắng hạn chế nhiệt độ quá lạnh càng thấp càng tốt tql = tw1 + 40C = 36 + 4 0C = 400C , Dtql = 40C. 4. Nhiệt độ quá nhiệt: tqn = t0 + Dtqn Với : Dtqn :độ quá nhiệt hơi hút , đối với môi chất lạnh R22 thì : Dtqn=250C tqn = -45 + 25 = -200C Là nhiệt độ của hơi nước trước khi đi vào máy nén .Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất .Để đảm bảo máy nén không hút lỏng để gây hiện tượng thủy kích thì người ta bố trí thiết bị hồi nhiệt trước khi môi chất lỏng vào máy nén .Độ quá nhiệt của từng loại máy nén đối với từng loại máy nén tùy thuộc vào từng loại môi chất khác nhau 5. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 19,3> 12 Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp, với áp suất trung gian được chọn tối ưu sao cho tỉ số nén bằng nhau giữa các cấp. Vậy áp suất trung gian của chu trình: Ptg = = = 3,6435 bar, =>Tra bảng phụ lục trang 320 , tài liệu [1] của hơi bão hòa R22 bằng phương pháp nội suy ta tính được nhiệt độ hơi nén trung gian là : ttg= -9,190C. Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn trao đổi nhịêt của bình trung gian lớn hơn nhiệt độ lỏng trong bình trung gian khoảng 30C. Khi đó nhiệt độ lỏng trong ống xoắn trao đổi nhiệt t6 = ttg + (3÷5) 0C = -9,19 +3 = - 6,19 0C 6. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình cho phòng cấp đông là chu trình lạnh 2 cấp dùng bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt. Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong phòng cấp đông khá lớn (> 0,3kg/cm2). Nếu dùng bình trung gian làm mát hoàn toàn thì có thể hệ số làm lanh cao hơn nhưng áp suất trung gian không đủ mạnh để cấp đủ lỏng cho dàn bay hơi 7. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút 1. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh Chú thích : NCA: Máy nén cao áp BTG: Bình trung gian NHA: Máy nén hạ áp HN: Hồi nhiệt NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi 2. Đồ thị 1’ 1 4 5 1’ 1 4 5 T s i lnp 6' 5' 7 2 3 6 6 7 6' 5' 2 3 Các quá trình của chu trình : 1’-1 : quá nhiệt hơi hút về máy nén 1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ P0 lên Ptg 2-3 : làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hòa x = 1 3-4 : nén đoạn nhiêt cấp cao áp từ Ptg lên Pk 4-5 : ngưng tụ đẳng áp, đẳng nhiệt 5-5’ : tiết lưu từ Pk xuống Ptg 5-6 : quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian 6-6’ : tiết lưu từ áp suất Pk xuống P0 6’-1’ : bay hơi nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh 3. Nguyên lí làm việc : Hơi (1’) sau khi qua bộ hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt (1) được hút về máy nén hạ áp nén đoạn nhiệt lên áp suất trung gian (2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hòa khô. Hỗn hợp hơi bão hòa khô (3) được hút về máy nén cao áp và được nén đoạn nhiệt lên áp suất ngưng tụ Pk điểm (4) sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ , nhả nhiệt cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (5). Tại đây lỏng cao áp được chia làm 2 dòng : + Dòng nhỏ đi qua van tiết lưu 1 (TL1) , giảm áp xuống áp suất trung gian thành hơi ẩm (5’) đi vào bình trung gian và được tách thành hơi bão hòa khô (3) và lỏng (7) . Lượng hơi (3) này cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung gian và do quá lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt , được hút về máy nén cao áp + Phần lớn lỏng còn lại đi vào trong ống trao đổi nhiệt được quá lạnh đến (6) , lỏng 6 đi qua van tiết lưu 2(TL2) giảm áp xuống áp suất bay hơi (6’) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh hóa hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi bão hòa khô (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục . 4. Lập bảng thông số các điểm nút Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] P [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] s [kJ/kg.K] 1’ Hơi bão hoà khô -45 0,82662 0,2571 686,36 1 Hơi quá nhiệt -20 0,82662 0,3152 702,66 1,9 2 Hơi quá nhiệt 45 3,6435 746,54 1,9 3 Hơi bão hoà khô -9,19 3,6435 0,0636 702,51 1,7665 4 Hơi quá nhiệt 65 16,06 740,82 1,7665 5 Lỏng sôi 40 16,06 549,34 5’ Hơi bão hoà ẩm -9,19 3,6435 549,34 7 Lỏng sôi -9,19 3,6435 489,36 6 Lỏng chưa sôi -6,19 16,06 495,83 6’ Hơi bão hoà ẩm -45 0,82662 495,83 5. Tính toán chu trình a. Xét 1kg môi chất qua thiết bị bay hơi - Tính lượng hơi tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp đi trong ống trao đổi nhiệt γ = = = 0,25kg - Tính lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn 1kg hơi trung áp β = = = 0,20kg - Lượng hơi tạo thành khi đi qua van tiết lưu α = (γ +β ).() = (0,25 + 0,20) . = 0,17kg b. Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi q0 = i1’ – i6’ = 686,36- 495,83 = 190,3 kJ/kg c. Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp GHA = = = 0,18 kg/s d. Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp GCA = ( 1+ α + γ +β ). GHA = (1+ 0,17+ 0,25 + 0,20). 0,18 = 0,29 kg/s e. Nhiệt thải ra của bình ngưng : Qk = GCA (i4 - i5) = 0,29.(740,82- 549,34) = 55,52 [kW] f. Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ: qk = ( 1+ α + γ +β ). ( i4- i5) = (1+ 0,17 + 0,25 + 0,20).( 740,82 – 549,34) = 310,19 kJ/kg g. Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình quá lạnh ống trao đổi nhiệt qql = i5 – i6 = 549,34 – 495,83 = 53,51 kJ/kg h. Công nén máy hạ áp LNHA = GHA.( i2 – i1 ) = 0,18.( 746,54 – 702,66) = 7,89 kW i. Công nén máy cao áp LNCA = GCA.( i4 – i3 ) = 0,29.( 740,82–702,51) = 11,1 kW i. Công nén cho cả chu trình L = LNHA +LNCA = 7,89 + 11,1 = 18,99 kW k. Hệ số làm lạnh ε = = = 1,88 III. Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó 1. Tính chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp và cao áp V = GHA .v1 = 0,18. 0,3152 = 0,056 m3/s V = GCA .v3 = 0,29.0,0636 = 0,018 m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 4,4 . Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ1 = λ2 = 0,75 c. Thể tích hút lý thuyết V = = = 0,074 m3/s V = = = 0,024 m3/s Chọn 1 máy nén 2