(Đồ án tốt nghiệp) Tính toán thiết kế chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

-------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG LẠNH
LÀM LẠNH BIA

SVTH

GVHD

BÙI VĂN HAI
HỒ NHẬT ĐỨC
TRẦN THÁI HỒNG
LÊ CHÍ BẢO
TRẦN HỒNG QN
: Th.S NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN

:

MSSV : 16147136
MSSV : 16147133
MSSV : 16147145
MSSV : 16147118
MSSV : 16147184

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020
`

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Lê Hồng Sơn, người đã
tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, quan tâm, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
chúng em trong suốt quá trình hồn thành đồ án tốt nghiệp: “Tính tốn thiết kế hệ thống
lạnh làm lạnh bia .” để chúng em có thể hồn thành tốt đồ án.
Chúng em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy (cô) trong Bộ mơn Cơng
Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ chúng em có một nền tản kiến thức cơ bản để vận dụng vào
việc hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã trình bày một cách trọn vẹn nhất.
Tuy nhiên do khả năng chúng em còn nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi những thiếu
sót, chúng em kính mong sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo thêm của quý thầy cô.
Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn sinh viên cùng chun ngành Cơng nghệ Kỹ
thuật Nhiệt khóa 2016 đã ln đồng hành giúp đỡ, hỗ trợ tính thần cho chúng em trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn!

i


TĨM TẮT
Đề tài này nhằm mục đích hướng đến “Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh làm lạnh bia.”
Từ đó đưa ra những thông số lý thuyết cũng như thực nghiệm để thu được kết quả và so
sánh với nghiên cứu lý thuyết.
Cùng với dòng phát triển của xã hội lồi người thì bia cũng đã phát triển rất nhiều về
mọi mặt, có những loại bia như: bia tươi, bia sữa, bia pizza, bia trái cây,… được làm từ
men lúa mạch, men sữa, men trái cây và thậm chí cả gia vị như tỏi và rất nhiều thứ khác,
nhưng có điểm chung đều là lên men. Hiểu thêm lịch sử về bia để thấy được thức uống

này thực sự không chỉ là giải khát đơn thuần, mà còn là cảm nhận những tinh túy có
trong sản phẩm. Hơm nay, chúng tôi sẽ giới thiệu về một loại bia rất thú vị, mới lạ và
hấp dẫn đó là bia sệt.
Bia sệt hay còn thường được gọi là bia tuyết đang rất được ưa chuộng trên thị trường
hiện nay. Chất bia không hề bị pha loãng bởi đá, do khi uống một phần bia đông lại uống
vô cùng lạnh mang lại cảm giác thích thú cho người sử dụng. Trên thị trường bia rượu,
kinh doanh giải khát quán nhậu thì loại hình bia sệt là lựa chọn yêu thích nhất đối với
đại đa số. Cảm giác mới lạ kích thích vị giác của người uống làm cho loại bia đóng tuyết
này càng ngày càng được lựa chọn nhiều hơn.
Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng tuyết để ướp lạnh
bảo quản thực phẩm và cũng để sử dụng sản phẩm tốt hơn.Từ thế kỉ 19 phương pháp
làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao của khoa học kỹ thuật hiện đại đã
tạo ra rất vô số ứng dụng phục vụ nâng cao đời sống xã hội. Trong đó, bia sệt là một
phần rất nhỏ phát triển theo.
Chúng ta hồn tồn có thể làm ra bia sệt chỉ với đá và muối (VD: muối ăn), nhưng
với kĩ thuật làm lạnh hiện nay việc làm này trở nên đơn giản nhưng cũng mất từ 4 tiếng
đến 8 tiếng để có được một chai bia sệt thể tích 330ml theo phương pháp làm lạnh thơng
thường. Vì vậy dựa trên những tính tốn, nghiên cứu trên thị trường và cả thực tế nhằm
để rút thời gian để có một chai bia sệt như ý muốn, chúng tôi đã bắt tay thiết kế, nghiên
cứu một hệ thống khơng chỉ rút ngắn thời gian mà cịn nâng cao hiệu quả để tạo ra bia
sệt có tính cạnh tranh hơn so với các sản phẩm đang có trên thị trường.
Với mục đích ban đầu được đặt ra nhằm vào những cá nhân hoặc kinh doanh nhỏ lẻ
để thưởng thức vị ngon của bia hoặc xem bia như một loại nước giải khát đặc biệt trong
đời sống. Chính vì vậy, những thiết kế và thiết bị được tạo ra có cơng suất nhỏ, nhưng
đảm bảo chất và lượng. Trong một tương lai tốt đẹp thì hồn tồn có thể có những cải
tiến về cơng suất và hàng loạt những nâng cấp bổ sung để thiết bị có những tính năng
ưu việt hơn.

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... i
TÓM TẮT........................................................................................................................ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................vii
GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................... 1
1.1. Mục đích của đề tài ............................................................................................ 1
1.2. Nhiệm vụ đề tài .................................................................................................. 1
1.3. Khái niệm bia sệt ............................................................................................... 2
1.4. Qui trình làm lạnh cơ bản .................................................................................. 3
CHỌN CHẤT TẢI LẠNH VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BUỒNG
LẠNH ........................................................................................................................... 4
2.1. Phân loại kho lạnh và buồng lạnh: ..................................................................... 4
2.2. Chọn chất tải lạnh: ............................................................................................. 4
2.3. Dung tích và phân bố sản phẩm:........................................................................ 6
2.4. Cách làm dung dịch tải nhiệt (nước muối) ........................................................ 6
CẤU TẠO BUỒNG LẠNH ....................................................................... 8
3.1. Yêu cầu chung ................................................................................................... 8
3.2. Vật liệu cấu tạo buồng lạnh ............................................................................... 8
3.3. Kiểm tra tính đọng sương ................................................................................ 10
3.4. Cửa tủ ............................................................................................................... 10
3.5. Tính nhiệt buồng lạnh ...................................................................................... 12
TÍNH TỐN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ................ 15
4.1. Chọn mơi chất làm lạnh ................................................................................... 15
4.2. Chọn các thông số của chế độ làm việc ........................................................... 17
4.3. Chọn máy nén .................................................................................................. 19
4.4. Chọn thiết bị ngưng tụ. .................................................................................... 22
4.5. Tính tốn chọn thiết bị bay hơi ........................................................................ 25

4.6. Chọn van tiết lưu.............................................................................................. 28
4.7. Van chặn .......................................................................................................... 32
4.8. Phin lọc ............................................................................................................ 37
4.9. Mắt xem gas ..................................................................................................... 38
4.10. Van điện tử..................................................................................................... 40
iii


4.11. Role áp suất .................................................................................................... 41
SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG .................................... 43
5.1. Sơ đồ hệ thống: ................................................................................................ 43
5.2. Sơ đồ mạch điện .............................................................................................. 45
5.3. Sơ đồ mạch động lực: ...................................................................................... 46
5.4. Vận hành. ......................................................................................................... 48
5.5. Bảng thống kê thiết bị và vật liệu .................................................................... 48
BẢNG THỐNG KÊ SỐ LIỆU CHẠY THỬ MÁY ...................................................... 53
Chương 6. KẾT LUẬN .............................................................................................. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CTL : CHẤT TẢI LẠNH

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Hình ảnh bia sệt thực tế .................................................................................. 3

Hình 2. 1: Cấu tạo và kích thước của buồng ................................................................... 6
Hình 3. 1: Cấu tạo lớp vỏ cách nhiệt ............................................................................... 9
Hình 4. 1: Hình ảnh gas R404a ..................................................................................... 15
Hình 4. 2: Sơ đồ chu trình một cấp có quá lạnh quá nhiệt ( sử dụng van tiết lưu
ngồi) ............................................................................................................................. 18
Hình 4. 3: Đồ thị lgP-h và T-s biểu diễn chu trình lạnh 1 cấp có q lạnh quá nhiệt ... 18
Hình 4. 4: Ảnh thực tế dàn ngưng kiểu EMTH ............................................................. 25
Hình 4. 5: Dàn bay hơi của hệ thống làm lạnh bia sệt................................................... 27
Hình 4. 6: Mặt cắt van tiết luu Danfos TES 2 ............................................................... 29
Hình 4. 7: Kích thước van tiết lưu dạng loe và dạng hàn .............................................. 29
Hình 4. 8: Cách hàn van tiết lưu và lắp đặt đầu cảm biến đổi với van tiết lưu Danfos
TES 2 dạng hàn.............................................................................................................. 30
Hình 4. 9: Cách hàn van tiết lưu và lắp đặt đầu cảm biến đối với van tiết lưu Danfos
TES 2 dạng loe .............................................................................................................. 30
Hình 4. 10: Vị trí lắp đặt đầu cảm biến ..................................................................... 31
Hình 4. 11: Khuyến cáo khơng nên lắp đặt van ............................................................ 31
Hình 4. 12: Miếng dán van ............................................................................................ 31
Hình 4. 13: Điều chỉnh Van tiết lưu TES 2 ................................................................... 32
Hình 4. 14: Van chặn Danfos BM kiều màng ............................................................... 33
Hình 4. 15: Catalog các kiểu van chặn .......................................................................... 34
Hình 4. 16: Một số chú ý chiều quay của van ............................................................... 34
Hình 4. 17: Các chú ý trước và trong khi hàn ............................................................... 35
Hình 4. 18: Lưu ý làm mát tránh nhiệt độ cao............................................................... 36
Hình 4. 19: Chú ý khi lắp đặt ron trong van .................................................................. 36
Hình 4. 20: Cách bôi mở lên tay van khi vận hành ....................................................... 36
Hình 4. 21: Cấu tạo chi tiết của phin lọc gas Danfos DCL ........................................... 37
Hình 4. 22: Catalog các kiểu của phin lọc gas DCL ..................................................... 38
Hình 4. 23: Bản vẽ mặt cắt xem gas .............................................................................. 39
Hình 4. 24: Ảnh thực tế mắt xem gas ............................................................................ 39
Hình 4. 25 Bản vẽ mặt cắt van điện từ .......................................................................... 40

Hình 5. 1. Sơ đồ hệ thống .............................................................................................. 43
Hình 5. 2: Sơ đồ mạch điện ........................................................................................... 45
Hình 5. 3: Sơ đồ mạch động lực .................................................................................... 46
Hình 5. 4: Mơ hình hệ thống lạnh làm lạnh bia ............................................................. 49
Hình 5. 5: Đồng hồ cao áp thấp áp và rowle kép .......................................................... 50
Hình 5. 6: Bia đang được làm lạnh ................................................................................ 51
Hình 5. 7: Sản phẩm bia đã đạt yêu cầu ........................................................................ 52

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4. 1: Thành phần hóa học của Gas lạnh R404a cụ thể ......................................... 16
Bảng 4. 2: Thông số các điểm nút ................................................................................. 19
Bảng 4. 3: Thông số máy nén SC21CL ......................................................................... 22
Bảng 4. 4: Thông số quạt dàn ngưng ............................................................................. 24
Bảng 4. 5: Nội dung các chi tiết của mặt cắt ................................................................. 41
Bảng 5. 1: Bảng thiết bị bóc tách từ hệ thống ............................................................... 48
Bảng 5. 2: Bảng vật liệu bóc tách từ hệ thống............................................................... 48
Bảng 5. 3: Các thiết bị điện bóc tách từ hệ thống.......................................................... 49

vii


GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Mục đích của đề tài
Vận dụng tổng hợp toàn bộ kiến thức đã được học về chuyên ngành nhiệt vào việc
tính tốn thiết kế và chế tạo hồn chỉnh mơ hình máy làm bia sệt. Sản phẩm của đề tài
không chỉ thể hiện được sự thành công của đề tài mà qua đó cịn là tiền đề để phát triển
sản phẩm theo mục đích thương mại. Từ một mơ hình chạy thử nhóm rút ra nhận xét

đánh giá và dự tính sẽ cải tiến hơn về mặt thẩm mĩ cũng như kĩ thuật để có thể trở thành
một sản phẩm có thể bán được. Cho thấy được bản thân người thực hiện còn học tập
thêm nhiều mặt khác:
Rèn tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong cơng việc.
Tích lũy kinh nghiệm đồng thời định hướng nghề nghiệp trong tương lai.
1.2. Nhiệm vụ đề tài
Để phục vụ mục đích thiết kế, tính tốn cho tủ cấp đơng và trữ đông bia thành bia sệt
được hoạt động hiểu quả và lâu bền thì phải tính tốn kĩ và dựa trên những số liệu như
sau:
–
Dung tích buồng chứa: 𝐸 = 50 𝑙í𝑡
–
Sản phầm là bia chai thể tích 330ml, nồng độ bia từ 4,5% đến 5%
–
Công suất: 24 chai/mẻ (thời gian trung bình một mẻ là 120 phút) nhiệt độ tâm
sản phẩm: −8𝑜 𝐶
–
Môi chất lạnh sử dụng: R404a
–
Nước muối NaCl, nồng độ 23,1%.
–
Nhiệt độ bay hơi: 𝑡𝑜 = −23𝑜 𝐶
–
Nhiệt độ ngưng tụ: 𝑡𝑘 = 45𝑜 𝐶
–
Hệ thống lắp đặt tại: tp.Hồ Chí Minh
Hướng đi xa hơn của đề tài này là nâng cấp hệ thống lạnh đến mức tốt nhất để phục
vụ nhu cầu kinh doanh, ăn uống hay dành cho những cá nhân, nhóm hội xem bia sệt như
một thức uống giải khát và thưởng thức mùi vị đặc biệt. Theo cách tiện lợi và chi phí bỏ
ra thấp nhất có thể.

1.3. Phạm vi nghiên cứu
Do những điều kiện khách quan cũng như chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu
trong phạm vi giới hạn sau :





Tổng quan về hệ thống làm bia sệt
Thiết kế tính toán chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh bia
Vận hành chạy thử ghi chép lại các thông số
Kiểm nghiệm đánh giá mức độ hoạt động của sản phẩm

1


1.4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng quan tài liệu: Thơng qua các bài báo khoa học, giáo trình, tài liệu
chuyên khảo về công nghệ điện phân ứng dụng trong xử lý nước.
- Phương pháp tính tốn lý thuyết: Tính tốn, thiết kế hệ thống phục vụ cho việc thực
nghiệm.
- Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng phương pháp và tiến hành thí nghiệm trên mơ
hình, phân tích, đánh giá các giá trị thực nghiệm thu được từ vận hành thực tế phục vụ
cho việc đánh giá , bàn luận, kết luận và đưa ra kiến nghị
1.5. Khái niệm bia sệt
Hiện nay loại bia sệt đang được rất ưu chuộng tại một số nơi mà đặt biệt là tại tp.Hồ
Chí Minh, với cách thức bảo quản lạnh làm sệt bia tạo ra một sự khác biệt với những
loại bia truyền thống mà chúng ta hay dùng.
Sự mới lạ về cách dùng bia này đang thú hút được rất nhiều người mà đặt biệt là giới
trẻ hiện nay. Phong cách dùng bia này rất độc đáo và thú vị và quan trọng trên hết là

người tạo bia đông sệt phải rất chú ý vì loại bia này được ướp lạnh vừa phải, bia đạt
dược độ lạnh lý tưởng để uống nhưng khơng làm đơng đá bên trong.
Bia sệt (hay cịn gọi là bia tuyết), là một loại bia có bề ngồi giống như bị đơng đá
nhưng bên trong cịn ở dạng lỏng. Gặp tác động mạnh sẽ bắt đầu nổi bọt tuyết bên trong.
Khi uống có cảm giác như bia được vùi vào trong tuyết, từng bọt tuyết tan ngay khi vừa
chạm vào đầu lưỡi, tạo cảm giác vừa ngon vừa lạ, lại rất quen thuộc. Ta có thể tưởng
tượng bia sệt gần như là đá xay vị bia.
Khi uống, bạn lấy bia ra và đặt mạnh lên bàn. Bọt tuyết hình thành trong chai và bạn
chỉ việc thưởng thức.
Nếu khơng có nhu cầu sử dụng ta có thể giữ nhiệt độ ở −8𝑜 𝐶 để sử dụng ở lần sau,
không để quá lạnh, tránh trường hợp vỡ bia.

2


Hình 1. 1: Hình ảnh bia sệt thực tế

1.6. Qui trình làm lạnh cơ bản
Quy trình hiểu một cách đơn giản nhất là làm lạnh một chai bia bằng tủ lạnh chứa
đầy nước muối, và khi sử dụng thì chỉ cần gõ nhẹ vỏ ngồi là có thể sử dụng
Quy trình làm lạnh của hệ thống là buồng chứa nước muối được làm lạnh nhờ dàn
lạnh được đặt trong buồng và môi chất lạnh chuyển động ngay trong nước muối dẫn bởi
ống kim loại hạn chế ăn mòn cao. Các sản phẩm bia được ngâm trong nước muối ở nhiệt
độ thấp, để làm lạnh. Sau khi nhiệt độ của bia xuống khoảng −12𝑜 𝐶 thì ngừng làm lạnh
thêm, nên duy trì nhiệt độ −8𝑜 𝐶 cho đến khi sử dụng để bia không bị vỡ.

3


CHỌN CHẤT TẢI LẠNH VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC

BUỒNG LẠNH
2.1. Phân loại kho lạnh và buồng lạnh:
Đây là loại tủ lạnh dành cho sinh hoạt hoặc hoạt động kinh doanh tư nhân, mục đính
nhắm đến là các cá nhân có nhu cầu sử dụng bia sệt tại nhà hoặc các nhà hàng quán nhậu
có nhu cầu thưởng thức bia như một thức uống giải khát và tận hưởng vị ngon của bia
sệt. Được thiết kế như một loại buồng lạnh đa năng, ngồi mục đích tạo ra bia sệt thì
loại tủ này hồn tồn có thể bảo quản lạnh cho nhiều sản phẩm khác với biên độ nhiệt
tủ từ 00C đến âm -180C.
2.2. Chọn chất tải lạnh:
Định nghĩa chất tải lạnh:
Chất lỏng hay chất khí dùng trong các thiết bị lạnh làm chất trung gian, nhận nhiệt từ
đối tượng cần làm lạnh để chuyển tải tới môi chất làm lạnh sơi trong bình bốc hơi. CTL
được sử dụng trong những trường hợp khó sử dụng trực tiếp dàn bay hơi để làm lạnh
sản phẩm; khi mơi chất lạnh có tính độc hại và có ảnh hưởng khơng tốt đến mơi trường
và sản phẩm bảo quản; khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh hoặc ở xa nơi cung cấp lạnh. Yêu
cầu đối với CTL: điểm đông đặc phải thấp, độ nhớt không lớn, nhiệt dung và độ dẫn
nhiệt cao, không độc hại, có tính chống nổ, khơng ăn mịn thiết bị... Thường CTL được
dùng dưới dạng dung dịch nước của các muối, VD: Natri clorua NaCl (đối với nhiệt độ
đến –15oC); Magie clorua MgCl2 (đến –27oC); Canxi clorua CaCl2 (đến –45oC). Trong
các thiết bị nhiệt độ thấp, người ta dùng chất chống đông và Freon, VD: dung dịch nước
Propilenglicol (đến –47oC), Etilenglicol (đến –60oC); Freon –30 (đến –90oC); Freon –
11 (đến –100oC). Đối với nhiệt độ trên 0oC, nước là CTL lí tưởng thường được dùng
trong việc điều hồ nhiệt độ khơng khí. Tuy nhiên, các CTL thuộc họ CFC
cloflorocacbon (fucan, vv.) có xu thế bị thay thế bởi các chất khác vì có tác hại tới tầng
ozon.
u cầu đối với chất tải lạnh:
Tính chất vật lí:
-

Nhiệt độ đơng đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ít nhất 50C,

tránh làm hỏng tủ.
Ít bay hơi hay nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển phải cao để đỡ tổsn thất chất tải
lạnh đặc biệt là khi không chạy máy.
Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn nhiệt dung càng lớn càng tốt, khả năng
trữ nhiệt cao.
Độ nhớt phải bé để giảm tổn thất thủy lực.
Tính chất hóa học:
4


-

Không làm hỏng các sản phẩm cần làm lạnh.
Không tác dụng hóa học, khơng ăn mịn kim loại của hệ thống.
Bền vững hóa học trong giải nhiệt độ làm việc.
Khơng gây cháy.
Khơng gây nổ.
Tính chất sinh học.
Khơng độc hại.
Tính kinh tế.
Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản.

→ Từ những yêu cầu trên nên chất tải lạnh được chọn là dung dịch NaCl (nước
muối).
 Dùng nước muối làm chất tải lạnh có những ưu điểm:

Có hệ số truyền nhiệt lớn:  = 200 – 400 (kcal/m2 hK) trường hợp chất lỏng
chuyển động 5 m/s thì  = 400000 (kcal/m2 hK). Vì thế, nên có lợi về mặt kinh tế là rút
ngắn thời gian sản xuất, thời gian phục vụ.


Muối NaCl rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản.

Không độc hại, khơng gây nổ, khơng bắt lửa.

Nhiệt độ đóng băng thấp nhất của nước muối là -21,20C với nồng độ dung dịch
là ξ = 23,1%.

Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất cánh khuấy và trở lực thủy lực NaCl 20%
có μ = 4,08 Pas ở -100C.
 Nhược điểm:

Tính ăn mòn kim loại, làm cho thiết bị mau rỉ và mục. Để khắc phục ta có thể
sử dụng chất chống ăn mòn như 1m3 dung dịch pha 3,2 kg Na2Cr2O7 ( có thêm 0,27 kg
NaOH cho 1 kg Na2Cr2O7 ) và trước đó phải đưa dung dịch về pH = 7. Mỗi năm một
lần phải thêm 1/2 lượng Na2Cr2O7 vào kiềm ban đầu. Cũng có thể dùng 1,6 kg
Na2HPO4.12H2O cho 1 m3 dung dịch NaCl ( thêm vào hàng tháng ).

Dùng mơi trường nước muối để tải lạnh có thể gặp phải nguy hiểm vì hiện tượng
chất tải lạnh đóng băng. Vì thế phải thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối và chọn
nồng độ nước muối có khoảng nhiệt độ dự trữ để khi có hạ nhiệt độ dưới u cầu thì vẫn
khơng làm đóng băng dung dịch
Khi chọn nhiệt độ nước muối trong buồng chứa là -150C. Tính chất của nước muối
có nồng độ dung dịch ξ = 23%:




Tđb = -210C
Nhiệt dung riêng ở -150C : c = 0,802 kCal/kgK
Hệ số dẫn nhiệt ở -150C: λ = 0,449 kCal/kgK.

5


2.3. Dung tích và phân bố sản phẩm:
Theo như thiết kế ban đầu được đưa ra thì những chai bia lạnh sẽ được đặt bên trong
buồng lạnh .Bên trong buồng đã được thiết kế những ô nhỏ để các chai bia khi đặt vào
sẽ được cố định.
Với thể tích 330ml và nồng độ cồn từ 4,5% đến 5%, đường kính chai từ 70 mm trở
xuống. Chọn diện tích của một ô vuông là 6400 mm2 và độ dày của các vách ngăn giữa
các chai bia là 1mm, năng suất buồng lạnh là 24 chai bia trong thời gian khoảng 120
phút.
Như vậy:

–
–

Chiều dài của tủ là:
80  6  480 mm.
Chiều rộng của tủ là:
80  4  320 mm.
Chọn chiều cao tủ là 350 mm.

Hình 2. 1: Cấu tạo và kích thước của buồng

2.4. Cách làm dung dịch tải nhiệt (nước muối)
Theo tính tốn và thiết kế thì chọn khối lượng dung dịch tải nhiệt (mdd) là 25 lít sẽ
gồm khối lượng chất tan (mct) là NaCl và khối lượng nước (mH2O).
C% 

mct
C %  mdd 23.1 25
100% => mct 

 5, 775 (Kg)
mdd
100%
100

Nên khối lượng nước ta cần là:
mH 2O  mdd  mct  25  5,775  19, 225 (Kg)

6


Nồng độ Nacl trong muối hột là 80%, và ta có khối lượng muối hột cần là:
m

mct 5, 775

 7, 22 (Kg)
0,8
0,8

7


CẤU TẠO BUỒNG LẠNH
3.1. Yêu cầu chung
Nhiệt độ trong tủ và ngoài tủ chênh lệch rất lớn và điều này liên tục được duy trì, do

sự chênh lệch nhiệt độ ln có một dịng nhiệt và một dịng ẩm xâm nhập từ ngồi mơi
trường vào buồng lạnh. Dịng ẩm có tác động xấu đến vật liệu lắp đặt và vật liệu cách
nhiệt, làm giảm tuổi thọ vật liệu và mất khả năng cách nhiệt. Vì vậy có những u cầu
được đặt ra để giải quyết vấn đề về nhiệt và ẩm này:

Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ đã đề ra lúc đầu là từ 10 năm trở
lên

Chịu được tải trọng của buồng và số lượng lớn nhất của các sản phẩm

Phải chống được ẩm thâm nhập từ bên ngồi vào và bề mặt tường bên ngồi
khơng được đọng sương

Phải đảm bảo cách nhiệt tốt, giảm chi phí đầu tư cho thiết bị lạnh và vận hành

Phải chống được cháy nổ và đảm bảo an toàn

Thuận tiện cho việc lắp đặt khi sử dụng và lấy sản phẩm

Phải kinh tế
Do những yêu cầu trên, ngoài việc đảm bảo chất lượng cịn phải đảm bảo thẩm mỹ
vì mục đích đã đề ra khi thiết kế buồng lạnh tạo bia sệt.
3.2. Vật liệu cấu tạo buồng lạnh
3.2.1. Kim loại làm buồng
Inox 304 là loại inox phổ biến và được ưu chuộng nhất hiện nay trên thế giới. Chiếm
đến 50% lượng thép khơng gỉ được sản xuất trên tồn cầu. Được sử dụng trong hầu hết
các ứng dụng ở mọi lĩnh vực
Có 2 loại inox SUS 304. Loại inox 304L là loại inox có hàm lượng cacbon thấp (L kí
hiệu cho chữ Low) 304L được dùng để tránh sự ăn mòn ở những mối hàng quan trọng.
Còn loại inox 304H là loại có hàm lượng cacbon cao hơn 304L, được dùng ở những nơi

đòi hỏi độ bền cao hơn. Cả inox 304L và 304H đều tồn tại ở dạng tấm và ống nhưng
304H ít được sản xuất hơn.
Ở đây ta chọn inox 304L (vì đặt trong mơi trường nước muối, có tính ăn mịn cao).
Đặc điểm của inox 304:
Tính chống ăn mòn: Inox 304 đã thể hiện được khả năng chống ăn mòn tuyệt vời khi
được tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác nhau. Inox này có khả năng chống gỉ trong
hầu hết ứng dụng của ngành kiến trúc, trong các mơi trường của q trình chế biến thực
phẩm và rất dễ vệ sinh.
8


Khả năng chịu nhiệt: Giống như các loại thép trong dịng Austenitic, thì từ tính của
inox là rất yếu và hầu như khơng có. Nhưng sau khi làm việc trong mơi trường có nhiệt
độ thấp thì từ tính lại rất mạnh.
Khả năng gia cơng: Inox 304 có khả năng tạo hình rất tốt, nó có thể dát mỏng mà
khơng cần gia nhiệt. Điều này làm cho inox này độc quyền trong lĩnh vực sản xuất các
chi tiết inox.
3.2.2. Vật liệu xốp cách nhiệt
Tấm cách nhiệt PU (Polyurethane) là vật liệu cách nhiệt lạnh tối ưu hiệu quả cách
nhiệt gấp hai lần so với EPS, cấu tạo bao gồm: Lõi PU cách nhiệt bên trong, mặt ngoài
được bao bọc ngoài và được tạo hình bằng cách cán thành nhiều dạng sóng khác nhau.
Tính năng vật liệu:
Cách nhiệt lạnh hồn hảo, chống cháy chống ẩm tốt khơng độc hại, khơng bị lão
hóa, có khả năng chịu lực cao và có độ bền trên 20 năm.
Các tấm panel được liên kết bằng mộng, ngàm nhựa chắc chắn, hoặc khóa Camblock
(tùy thuộc nhà sản xuất), Không gỉ sét và dễ kết hợp với các loại vật liệu khác, để tạo ra
các hình khối tương xứng hoặc tương phản dùng để trang trí mặt dựng.
Tấm panel có khả năng tạo sóng, rãnh hoặc làm bằng phẳng theo u cầu của từng
cơng trình.
Đặc tính kĩ thuật:

–
–
–
–
–

Tỷ trọng: 40 ÷ 45 kg/m3
Hệ số dẫn nhiệt K: 0,018 ÷ 0,024 W/m.K
Cường độ nén: 170 ÷ 220 kPa
Độ kín phân tử: 90 ÷ 95 %
Nhiệt độ làm việc: -600C ÷ 750C

Hình 3. 1: Cấu tạo lớp vỏ cách nhiệt

9


3.3. Kiểm tra tính đọng sương
Hiện tượng đọng sương xảy ra khi nhiệt độ chênh lệch giữa bề mặt vật chất có nhiệt
độ thấp với khơng gian có nhiệt độ cao hơn đạt tới điểm sương, được xác định dựa vào
các thơng số trên đồ thị khơng khí ẩm.
Lớp cách nhiệt bao gồm:
-

Có 2 tấm inox bên ngồi và trong tủ
Chọn độ dày mỗi tấm là δ1 = 0,001 m
Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 16,2 W/mK [4]
Một lớp xốp dẻo PU:
Chọn độ dày δ2 = 0,03 m
Hệ số dẫn nhiệt: λ2 = 0,024 W/mK

Chọn hệ số tỏa nhiệt của 2 lớp là:
Lớp bên ngồi tủ có hệ số tỏa nhiệt α1 = 23,3 W/m2K [6]
Lớp bên trong tủ có hệ số tỏa nhiệt α2 = 8 W/m2K [6]

Hệ số truyền nhiệt:

k

1

1

1

 2.

1  2 1
 
1 2  2



1
 0,705 (W/m2K)
1
0,001 0,03 1
 2.


23,3

16, 2 0,024 8

[7]
Nhiệt độ đọng sương làm chuẩn là:
Nhiệt độ mơi trường bên ngồi: tmt = 320C
Nhiệt độ môi trường bên trong: ttr = -140C
Độ ẩm cao nhất của thành phố Hồ Chí Minh là: φ1 = 82% [8]
Tra đồ thị I-d ta được:
ts = 28,50C

ks  0,95  1

tmt  ts
32  28,5
 0,95  23,3.
 1,68 (W/m2K) [9]
tmt  ttr
32  (14)

Nhận xét: Vì ks > k => Vách ngồi khơng đọng sương. Với cấu trúc cách nhiệt của tủ
bằng vật liệu cách nhiệt Polyurethane có chiều dày δ2 = 0.03 m và lớp inox 304 có chiều
dày là δ1 = 0,001 m (2 lớp) thì đảm bảo sự cách nhiệt.
3.4. Cửa tủ
Cửa tủ là nơi để thực hiện thao tác đặt vào hoặc lấy ra sản phẩm, nên cũng là vị trí
gây thất thốt nhiệt cho tủ khi hoạt động. Vì thế ta cũng nên tính tốn kĩ ở bộ phận
10


này. Phù hợp cho thiết kế ban đầu ta có các thơng số tính tốn và cấu tạo của cửa tủ
như sau:

–
Cửa tủ được lắp phía trên buồng lạnh với kích thước 480 (mm) x 325 (mm).
–
Được cấu tạo bởi 2 tấm inox 304 bao bọc bên trong là 1 lớp PU giống như cấu
tạo tương tự như vỏ buồng lạnh.
–
Phương pháp kết nối giữa buồng lạnh và cửa tủ lạnh sẽ dùng 02 bản lề hai bên,
cửa tủ sẽ nằm ở vị trí trên của buồng lạnh.

11


3.5. Tính nhiệt buồng lạnh
3.5.1. Tổng quát
Tính nhiệt cho buồng lạnh là tính tốn các dịng nhiệt từ mơi trường bên ngồi vào
buồng lạnh. Đây chính là dịng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ cơng suất để thải
nó trở lại mơi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và
khơng khí bên ngồi mục đích cuối cùng của việc tính tốn nhiệt buồng lạnh là để xác
định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt.
3.5.2. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1
Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua vách ngăn, đáy và
nắp buồng chứa do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mơi trường bên ngồi và bên trong buồng
lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời (rất ít vì máy được đặt trong những
nơi khơng có ánh nắng mặt trời).

Q1  Q11  Q12 [10]
Trong đó:
–
–

Q11: Dịng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ
Q12: Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời.

Q11 được xác định từ biểu thức:

Q11  k1  F (t1  t 2 ) [10]
Trong đó:
–
k1: là hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách
nhiệt thực (k1 = 0,705 W/m2K)
Trong đó:
–

F: là diện tích bề mặt của kết cấu bao che (m2)
F = Fnền + Fvách + Fcửa
= 2(0,35x0,48+0,35x0,32+0,48x0,32)
= 0,848 (m2)


–
–

Chọn tròn 1 (m2)
t1: là nhiệt độ mơi trường bên ngồi (t1 = 320C)
t2: là nhiệt độ bên trong buồng lạnh (t2 = -140C)

Vậy:

Q11  0,705 1 (32  14)  33,84 (W)
12

Q12 = 0 (do tủ được đặt trong phòng)
Vậy Q1 = 0,034 kW
3.5.3. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q2
a. Nhiệt làm lạnh bia Q21
Nhiệt làm lạnh bia Q21:
Q21  n.

C1  m1  t
3,94  0,33  (30  8)
 24.
 0,165 (kW) [11]
ttime
120  60

Trong đó:
–
–
–
–
–

C1 = 3,94 kJ/kgK : Nhiệt dung riêng của bia [12]
m1 = 0,33 kg : Khối lượng lỏng bia trong 1 chai
Δt: là độ chênh lệch nhiệt độ giữa bia trước và sau khi được làm lạnh.
n = 24 chai: Số lượng tối đa mà tủ có thể chứa.
ttime = 120 phút : Thời gian làm lạnh.

b. Nhiệt làm lạnh vỏ bia Q22

Nhiệt làm lạnh vỏ bia Q22:
Q22  n.

C2  m2  t
0,835  0, 2  (30  10)
 24.
 0,022 (kW)
ttime
120.60

Trong đó:
–
–
–
–
–

C2 = 0,835 kJ/kgK: Nhiệt dung riêng của thủy tinh
[12]
m2 = 0,2 kg : Khối lượng vỏ chai bia
Δt: là độ chênh lệch nhiệt độ giữa vỏ chai trước và sau khi được làm lạnh.
n = 24 chai: Số lượng tối đa mà tủ có thể chứa.
ttime = 120 phút : Thời gian làm lạnh.

Vậy tổng Q2  Q21  Q22  0,165  0,022  0,187 (kW)
3.5.4. Nhiệt làm lạnh nước muối Q3
C  m3  t 3,35  25  (28  14)
Q3  3

 0, 49 (kW)

ttime
120  60
Trong đó:
–
–
–
lạnh.
–

C3 = 3,35 kJ/kg.K : Nhiệt dung riêng của nước muối
m3 = 25 kg: Khối lượng nước muối cần làm lạnh trong buồng lạnh
Δt: Độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước muối trước khi đưa vào và sau khi làm
ttime = 120 phút : Thời gian làm lạnh.
13


3.5.5. Dịng nhiệt do thơng gió buồng lạnh Q4 = 0 (Vì khơng có thơng gió)
3.5.6. Dịng nhiệt do vận hành (mở tủ) Q5
Vì đây là tủ dành cho đời sống sinh hoạt nên dòng nhiệt vận hành bằng 10% ÷ 40%
dòng nhiệt qua kết cấu bao che và dòng nhiệt thơng gió.

Q5  (0,1  0,4)(Q1  Q4 )  0,006 (kW) [13]
3.5.7. Dịng nhiệt do hoa quả hơ hấp Q6 = 0
3.5.8. Tổng hợp các kết quả tính tốn
Tổng nhiệt tổn thất được xác định bằng cơng thức:

Q  Q1  Q2  Q3  Q4  Q5  Q6  0,034  0,187  0,49  0  0,006  0,73 (kW)
[14]
3.5.9. Xác định tải nhiệt cho các thiết bị và cho máy nén
Phụ tải nhiệt cho máy nén:

Vì máy trong quá trình hoạt động đã bỏ qua bước làm lạnh nước muối từ nhiệt độ
ban đầu xuống nhiệt độ cần giữ lạnh nên ta có:

Qmn  Q  0,73 (kW) [15]
Năng suất lạnh của máy nén:

Qo 

k  Qmn 1, 2  0,73

 1, 25 (kW) [15]
b
0,7

Trong đó:
k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh
b: hệ số thời gian làm việc ngày đêm của hệ thống nhỏ b = 0,7

14


TÍNH TỐN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
4.1. Chọn mơi chất làm lạnh
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại gas lạnh với đa dạng mọi tính năng, điều
này cho ta rất nhiều lựa chọn để có loại gas phù hợp cho hệ thống. Nhưng song song với
đó cũng gây khơng ít khó khăn cho việc đưa ra quyết định chính xác và tốt nhất, nhưng
dựa trên những tiêu chí của hệ thống và những so sánh tương quan với các loại gas khác,
loại gas mang tên R404a là gas được chọn cho hệ thống. Với những ưu điểm của một
loại gas mới và chuyên dùng cho hệ thống lạnh đông, thân thiện với môi trường… để
biết thêm về loại gas này chúng ta sẽ xem xét kĩ hơn ở phần miêu tả.

Đặc điểm và tính chất gas lạnh R404a

Hình 4. 1: Hình ảnh gas R404a

Gas lạnh R404a Dupont Suva (cịn gọi là HP62) có các đặc tính tốt nhất trong các
môi chất thay thế cho R-502, đem lại hiệu suất, công suất và hiệu quả cao như dòng R502 và sử dụng thay thế cho gas R-22 trong các ứng dụng của cơng nghiệp lạnh.
Đặc tính:
- Gas lạnh dưới dạng lỏng Freon R404
- Trọng lượng 10.89 Kg/bình
- Dầu lạnh tương thích: POE
15


R404A là hỗn hợp gas lạnh gần đồng sôi, nhiệt độ sôi thường là – 46oC và ngưng tụ
ở -45,7oC gồm 125/143/134a với tỉ lệ khối lượng 44/52/4%.
Bảng 4. 1: Thành phần hóa học của Gas lạnh R404a cụ thể

STT
1
2
3
4
5
6
7

Nội dung
Hàm lượng nước
Độ hấp thụ khí
Hàm lượng cặn

HFC-125
HF-0134
HFC-143
Các tạp chất khác

ĐVT
Ppm
Vol%
Vol%
Wt%
Wt%
Wt%
WT%

Chỉ số
2,3
0.66
<0,01
44
4
52
<0,099

Giống như R507, R404A được hỗn hợp thay thế R502. Ứng dụng chủ yếu của nó là
trong các thiết bị lạnh thương nghiệp nhiệt độ thấp từ - 20oC đến – 50oC. Tuy nhiên nó
cũng có thể được sử dụng trong máy lạnh có nhiệt độ trung bình hoặc trong điều hịa
khơng khí. Lý do R404A có dải nhiệt độ bay hơi rất rộng chỉ với một gas lạnh duy nhất.
Hơn nữa năng suất lạnh riêng thể tích của R404A và R507 đều vượt xa R134A trong
khoảng nhiệt độ trung bình. Tuy nhiên hiệu suất lạnh ngược lại tương đối thấp so với
R134A. Áp suất hơi của R404A thấp hơn của R507, năng suất lạnh riêng thể tích (năng

suất lạnh theo thể tích quét) và cả hiệu suất lạnh đều nhỏ hơn R507. Đặc biệt hệ số tỏa
nhiệt cũng thấp hơn, nhất là trong thiết bị bay hơi kiểu ngập. Khi thay R502 bằng R404A
cần tuân theo quy trình thay thế ga lạnh như thay dầu, súc rửa sạch dầu khống, kiểm
tra sự tương thích của vật liệu chế tạo máy, đệm kín, thay thế van tiết lưu, lắp đặt phin
lọc, đường hút,...
Các thông số nhiệt vật lý của mơi chất lạnh R404A
- Thành phần hóa học (theo khối lượng): 44% HFC-12; 52% HFC-143a;
4%HFC-134a.
- Phân tử lượng: M = 97,6 Kg/kmol.
- Nhiệt độ sôi ở 1atm: t = -46,5oC.
- Nhiệt độ tới hạn: tc = 72,1oC.
- Áp suất tới hạn: Pc = 3,74 Mpa
- Tính chất an tồn: TLV-TWA 1000 ppm; HOC - 6,6 MJ/kg; Nhóm an tồn
Std 34 A1/A1.
- Mật độ tới hạn: 484,5 Kg/cm3
- Mật độ chất lỏng (ở 25oC ) : 1048 Kg/cm3
- Mật độ hơi bão hoà (ở -15oC ) : 18,2 Kg/cm3
- Nhiệt dung riêng lỏng (25oC): C = 1,53 kJ/KgK
- Nhiệt dung riêng hơi (25oC, 1atm) : C = 0,87 kJ/KgK - Nhiệt ẩn hoá hơi
(25oC, 1atm): r = 202,1 kJ/Kg
16


-

Độ nhớt động lực học: của môi chất ở 25oC : 1,28.10-4 Pa.s ; của hơi bảo
hoà (1atm): 1,22.10-5 Pa.s
Hệ số dẫn nhiệt của lỏng sôi môi chất ở 25oC: 0,0683 W/mK
Hệ số dẫn nhiệt hơi bảo hoà (1atm): 0,0134 W/mK
Giới hạn cháy trong khơng khí: khơng cháy

Chỉ số phá huỷ Ozone: ODP = 0 - Chỉ số làm nóng địa cầu: GWP = 0,94
(so với R11), GWP (100 năm) = 4540
Thời gian tồn tại trong khí quyển (năm): 0.

 Lưu ý khi sử dụng:
- Bảo quản: Ở nhiệt độ bình thường
- Cảnh báo: Tránh tiếp xúc với da và mắt
Gas lạnh R404a có độc tính thấp, tuy nhiên có thể gây ngộ độc cấp dẫn đến ngạt thở
hoặc rối lạo nhịp tim nếu hít phát ở nồng độ cao. Vì vậy, khi sử dụng sản phẩm gas lạnh
R404a phải tham khảo hướng dẫn sử dụng, nhất là sử dụng trong khơng gian kín.
4.2. Chọn các thơng số của chế độ làm việc
Nhiệt độ bay độ bay hơi
t0 = -23oC
Nhiệt đọ ngưng tụ
tk = 45oC
4.2.1. Chọn cấp nén của chu trình
Ta có:
t0 = -23oC => p0 = 2,68 bar
tk = 45oC => pk = 20,44 bar
p
20, 44
 k 
 7,6  13 [16]
po
2,68
=> Chọn chu trình quá lạnh một cấp có quá lạnh quá nhiệt

17