phần 1 tính toán nhiệt và cơ cho hệ thống lạnh

ĐỊ ÁN TĨT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
1
Chúng em xin chân thành cám ơn thầy LÊ QUANG HUY cùng tất cả
các giáo viên bộ môn đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá
trình hoàn thành đề tài này .
Mặc dù đã tham khảo nhiều tài liệu nhưng với tầm nhìn cũng
như kinh nghiệm còn hạn hẹp tuy chúng em đã cố gắng nhiều để
thực hiện đề tài này trong phạm vi cho phép tuy nhiên không thể
tránh được sự sai sót xảy ra rất mong sẽ nhận được sự góp ý phê
bình và sữa chữa của quý thầy c ô .Chúng em xin chân thành cám ơn
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
2
ĐỀ TÀI
Tính toán thiết kế kho lạnh cho xí nghiệp chế biến thịt lợn loại thân
dạng bánh 0,5kg,xuất khẩu với yêu cầu sau.
 Công suất 50tấn /ngày đêm.
 Nhiệt độ kho lạnh t
f
=-18
0
c,môi chất R22.
 Địa điểm đặt tại thanh phố hồ chí minh.
 hướng bố trí đông ,tây,nam,bắc tuy ý.
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
3
PHẦN 1
TÍNH TOÁN NHIỆT
VÀ CƠ CHO HỆ
THỐNG LẠNH
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
4

CHƯƠNG 1
I. THIẾT KẾ THỂ TÍCH V À MẶT BẰNG KHO LẠNH
Giả sử thịt thăn được đựng trong các ngăn gỗ kích thước 440×310 ×250mm.Mổi
chồng xếp cao 8 ngăn,chiều cao chất hang là 4.00m.tiêu chuẩn chất tải là
0,425t/m
3
.
Thể tích chất tải là:
E =V.g
v
Trong đó: E là dung tích kho lạnh
V:thể tích kho lạnh
g
v
:định mức chất tải thể tích (g
v
=0,425t/m
3
)
Suy ra thể tích kho lạnh:
V =
v
E
g
=
50
0,425
=117,6m
3
Chiều cao chất tải:

H =5 – (0,35+ 0,2 ) = 4,45 m.
Trong đó: 0,35 là khoảng cách treo dàn bay hơi trên trần.
0,2 là khoảng cách từ dàn bay hơi đến sản phẩm
Chiều cao tính toán lớn h ơn chiều cao chất tải thực 4m là phù hợp.
Diện tích chất tải:
F =
v
h
Trong đó : F là diện tích chất tải m
2
.
h là chiều cao chất tải m.
Suy ra: F =
117,6
4
=29,4 m
2
.
Tải trọng trên 1m diện tích buồng:
0,425 .4 =1,7 tấn/m
2
.
Nhỏ hơn định mức chất tải cho phép.
Nếu lấy diện tích sử dụng diện tích l à β
F
= 0,7 thì diện tích lạnh cần xây dựng l à:
F
L
=
F

F

F
L
: diện tích lạnh cần xây dựng m
2
β
F
:hệ số sử dung diện tích các buồng chứa.
F
L
=
29,4
0,7
= 42 m
2
.
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
5
Số lượng buồng lạnh:
Z =
LF
f
f :diện tích buồng lạnh quy chuẩn đã chọn xác định.(6m.12m)
Z =
42
72
= 0,58
chọn 1 buồng lạnh, mỗi buồng 6х12m,thêm 1 gian máy ,1 buồng phụ trợ,một hành
lang ô tô.

Dung tích thực tế của kho lạnh sẽ là:
E
L
= E .
'Z
Z
= 50.
1
0,58
=86,2 tấn.
Để có hướng mở rộng kho lạnh gấp đôi chọn mặt bằng xây dựng 30 х24m,có một
hành lang rộng 6m ở giữa để các phương tiện bốc xếp cơ giới có thể đi lại dể dàng.
Sơ đồ mặt bằng Kho Lạnh
Phòng máy
Phòng Phụ
Buồng Lạnh 1
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
6
II. TÍNH TOÁN CÁCH NHI ỆT CÁCH ẪM
1) Tính cách nhiệt tường trần:
Chú Thích:
1.Lớp vữa xi măng
2.Tường gạch đỏ
3.Lớp cách ẩm
4.Lớp cách nhiệt
5.lớp vữa trác trên nền lưới thép
Cấu trúc xây dựng tường ngoài của kho lạnh như hình trên.Tường gạch dày
380mm,hai mặt bên phủ vữa xi măng dày 20mm,lớp gạch ẩm dày 7mm,lớp
cách nhiệt là xốp polystirol,lớp trong cùng là lớp vữa xi măng có lưới thép dày
20mm.

Tra bảng ta có:
K = 0,21 w/m
2
k
α
1
= 23,3 w/m
2
k. α
2
= 8 w/m
2
k
Lớp vữa xi măng
δ = 0,02 m λ
1
= 0,88 w/mk μ =90g/mh MP
Lớp gạch đỏ
δ = 0,38 m λ
2
= 0,82 w/mk μ = 105g/mh MP
Lớp cách ẩm
δ = 0,007 m λ
3
= 0,3 w/mk μ = 0,86g/mh MP
Lớp cách nhiệt
λ
4
=0,047 w/mk μ = 7,5g/mh MP
Lớp vữa trát trên nền lưới thép

δ = 0,02 m λ
5
= 0,88w/mk μ = 90g/mh MP
Chiều dài cách nhiệt cần thiết được tính theo công thức :
δ
CN
=
1 2
1
1 1 1
n
i
CN
i
i
k

  

 
 
   
 
 
 
 

= 0,047.
1 1 0,02 0,38 0,007 1
3.

0,21 23,3 0,88 0,82 0,3 8
 
 
    
 
 
 
 
= 0,19 m.chọn δ
CN
= 0,2m.
1
2
3 4
5
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
7
Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che:
K
t
=
1 2
1
1
1 1
n
i CN
i CN
i
 

   

  

=
1
1 0,02 0,38 0,007 1
3.
23,3 0,88 0,82 0,3 8
   
=0,2w/m
2
k.
Kiểm tra đọng sương tháng nóng nhất tại TP HCM
Với φ = 74%
t
1
= 37,3
o
C
t
2
= 29,5
o
C
K
s
=
1
2

1 2
37,3 29,5
0,95. . 0,95.23,3. 3,12
37,3 18
st t
t t

 
 
 
 
 
 
 
 
 
w/m
2
k
Thõa mãn vách ngoài không đọng sương.
Kiểm tra đọng ẩm cơ cấu cách nhiệt.
Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu bao che
q = k.Δt = 0,2.(37,3+18) = 11,06w/m
2
.
Xác định nhiệt độ trên các lớp vách
q = α
1
.( t
f1

- t
w1
)
t
w1
= t
1
= t
f1
– q
1
/α
1
= 37,3 – 11,06/23,3 = 36,82
o
C.
 
1
1 2
1
wq t t


 
t
2
=
2
1
1

.
w
q
t



=
0,02
36,8 11,06 36,56
0,88
 
o
C.
1.
3 2
2
0,38
36,53 11,06 31,43
0,82
q
t t

    

o
C.
3
4 2
2

. 0,02
31,21 11,06. 31,17
0,88
q
t t

    

o
C.
4.
5 4
4
0,007
30,94 11,06. 30,91
0,3
q
t t

    

o
C.
5
6 5
5
. 0,2
30,67 11,06 16,15
0,047
q

t t

     

o
C.
6
7 6
6
. 0,02
18,09 11,06. 16,4
0,88
q
t t

      

0
C.
2 7
2
11,46
16,4 17,78
8
f
q
t t      

o
C.

Kết quả tính toán như vậy là phù hợp với t
f2
= - 20
0
C.
Tra bảng áp suất hơi bão hòa hơi nước P
x”
ta có:
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
8
Bề mặt vách
1
2
3
4
5
6
7
Nhiệt độ
o
C
36,80
36,56
31,43
31,17
30,91
-16,15
-16,4
Áp suất bão hòa Pa
6213

6127
4604
4535
4468
152
156
Tính phân áp suất thực của hơi nước:
Dòng hơi ẫm thẩm thấu qua kết cấu bao che .
1 2h h
H
  
 
=
4733 99
0,039


0,119g/m
2
/h.
P
h1,
P
h2
: Phân áp suất của không khí bên ngoài và trong phòng.
P
h1
= P
x”
.(t

1
= 37,3
o
C).φ
1
= 6397.0,74 = 4733 Pa.
P
h2
= P
x”
.(t = -18
o
C).φ
2
= 124.0,80 = 99 Pa.
1
0,02 0,38 0,2 0,007
3. 0,039
90 105 7,5 0,86
m
i
i
H
i


     


m

2
h Mpa/g.
Phân áp suất thực trên các bề mặt.
1
2 1
1
0,02
4733 0,119. .10
90
x hP P

    

6
= 4706Pa.
3 2
0,38
4706 0,119. .10
105
x xP P



    

6
= 4275Pa.
3
4 3
3

0.02
4275 0.119 .10
90
x xp p

    

6
= 4248Pa.
5 4
0.007
4248 0.119 .10
0.86
x xp p



   

6
= 3279Pa.
6 5
0.2
3279 0.119 .10
7.5
x xp p



    


6
= 105Pa.
7 6
0.02
105 0.019 .10
90
x xp p



    

6
= 78Pa.
phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực điều nhỏ h ơn phân áp
suất bão hòa.
2.Tính mái kho lạnh
22
1
3
4
5
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
9
Chiều dài và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu nh ư sau:
1.Lớp phủ mái đồng thời l à lớp cách ẫm. δ
1
= 0,012m. λ
1

= 0,3 w/m.k.
2.Lớp bê tông giằng có cột δ
2
= 0,04m. λ
2
= 1,4 w/m.k.
3.Lớp cách nhiệt điền đầy λ
3
= 0,2w/m.k.
4.Tấm cách nhiệt bằng tấm xốp striropo δ
4
= 0,1m. λ
4
= 0,047w/m.k.
5.Lớp bê tông cốt thép chịu lực δ
5
= 0,22m. λ
5
= 1,5w/m.k.
Tra bảng:
K = 0,20w/m
2
.k
α
1
= 23,3w/m
2
.k.
α
2

= 7w/m
2
.k.
1 2
1 1 0.012 0.04 0.05 0.22 1
1 1
1
0,2 0.70
0,20 23,3 0.3 1.4 0.047 1.5 7
1
i
cn cn
i
n
m
k
i
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 

 
 

 
            
 
 

 
 
 


3.Tính nền chịu lực.
1.Lớp nhẳn bằng tấm bê tông. δ
1
= 0,04m λ
1
= 1,4w/m
2
k
2.lớp bê tông. δ
3
= 0,1m λ
2
= 1,4w/m
2
k.
3.Lớp cách nhiệt sõi và đất sét xốp λ
3

= 0,2w/m
2
k.
4.Lớp bê tông có sưởi δ
4
= 0,1m
5.Lớp cách ẩm.
6.Lớp bê tông đá dăm lám kín n ền đất.
7.lớp đất.
Tra bảng: k = 0,21w/m
2
k.
1 0,04 0,1 1
0,2. 0,91 .
0,21 1,4 1,4 10,5
cn m
 
 
     
 
 
 
 
Chọn δ
cn
= 1m.
III. TÍNH NHIỆT KHO LẠNH.
1
2
3

4
5
6
7
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
10
Q = Q
1
+Q
2
+Q
3
+Q
4
+Q
5
.Kw
Q
1
:Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che.
Q
2
:Dòng nhiệt do sản phẩm tõa ra.
Q
3
:Dòng nhiệt do thông gió.
Q
4
:Dòng nhiệt do vận hành.
Q

5
:Dòng nhiệt do sản phẩm thở.
1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che.
Q
1
= Q
11
+ Q
12
Q
11
: Tổn thất qua tường,trần,nền.
Q
12
:Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời.
Q
11
= k.F.(t
f1
– t
f2
)
k:Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che.
F:diện tích bề mặt cùa kết cấu bao che.
t
f1
:nhiệt độ môi trường
t
f2
:nhiệt độ kho lạnh.

k = 0,20m/m
2
k
F = (12+6+12+6).6 = 216 m
2
.
Tường bao: Q
11tb
= 0,20.216.(37,3 + 18) = 2381w.
Trần: Q
11t
= 0,2.(6.12).55,3 = 796,32w.
Nền: Q
11n
= 0,21.(6.12).16 = 241w.
Tính bức xạ cho tường phía đông.
Q
11bxt
= 0,21.72.10 = 151,2w.
Bức xạ cho mái:
Q
11bxm
= 0,20.72.19 = 273,6w.
Q = 2381 + 796,32+ 241 + 151,2 +273,6 = 3843w.
2. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra:
Q
2
= Q
2s
+ Q

2b
Q
2s
:dòng nhiệt do sản phẩm tõa ra.
Q
2b
:Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra.
Giả sử thịt trước khi đưa vao kho lạnh đã được kết đông tới nhiệt độ tâm thịt
-8
o
C.Khi đưa vào bảo quản lạnhđông thịt sẽ hạ xuống -20
o
C.
Q
2s
= M.(h
1
– h
2
)
1000
24.3600
M:Lượng hàng nhập tấn/ngày đêm.M = 6.16kg/s.
h
1
,h
2
:entanpy trước và sau khi đưa vào bảo quản lạnh.
. . 50.24.1,5
4,93 /

365 365
LE m
M kg s

  
E
l
:dung tích buồng lạnh.E
l
= 50 tấn.
β:Hệ số quay vòng.β = 24.
m:hệ số nhập hàng không đồng đều.m = 1,5.
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
11
Q
2s
= 4,93.(34,8 – 4,6).
1000
24.3600
= 1,723 kw.
Q
2b
= M
b
. C
b
. (t
2
– t
1

).
1000
24.3600
kw.
M
b
:lượng bao bì nhập cùng sản phẩm.chọn bao bì cactong bằng
10% lượng hàng nhập.M
b
= 2,464 kg/s.
C
b
:nhiệt dung riêng bao bì.C
b
= 1,46 kj /kg.k.
Q
2b
= 2,464.1,46.(-8+18) =
1000
0,4163 .
24.3600
kw
Q
2
= 1,723 +0,4163 = 2139,3 w.
3. Các dòng nhiệt vận hành:
Q
4
= Q
41

+Q
42
+ Q
43
+q
44
Dòng nhiệt do chiếu sáng:
Q
41
= F.H = (6.12) . 1,2 = 86,4 w.
Dòng nhiệt do người tõa ra.
Q
42
= 350.n = 350.3 = 1050w.
n:Số người làm việc trong buồng.
Dòng nhiệt do các động cơ tỏa ra.
q
43
= 1000w (một xe rùa bốc xếp)
Dòng nhiệt khi mở cửa.
Q
44
= B.F = 12.6.12 = 864w.
Q
4
= 86,4 + 1050 + 1000 + 864 = 3000,4 w.
4. Dòng nhiệt do thông gió,do sản phẩm thở ra =0.
Q = 100%Q
1
+100%Q

2
+ 100%Q
4
= 3843,06 + 2139,3 +3000,4 =8,982 kw.
Phụ tải của máy nén thường nhỏ hơn phụ tải của thiết bị.Tuy nhi ên ở đây là kho
lạnh bảo quản nhỏ do đó chọn phụ tải máy nén bằng phụ tải thiết bị.
Q
0MN
= 9 KW.
IV. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH L ẠNH VÀ CÁC THIẾT BỊ.
1) Tính toán nhiệt và chọn máy nén.
Môi chất sử dụng trong hệ thống l à R
22
.
Nhiệt độ ngưng tụ t
k
:Ta chọn dàn ngưng giải nhiệt nằng gió nên nhiệt độ
ngưng tụ sẻ được chọn cao hơn nhiệt độ trung bình của môi trường
10→15
o
C.t
k
= 45
o
C .
Nhiệt độ bay hơi t
o
:
t
o

= t
b
- Δt
o
t
b
:Nhiệt độ buồng lạnh.
Δt
o
: hiệu nhiệt độ yêu cầu.( 8 →13
o
C).lấy Δt
o
= 10
o
C .
t
o
= -18 – 8 = - 26
o
C.
Tra bảng hơi bão hòa R
22
theo nhiệt độ ta được các thông số sau:
t
k
= 45
o
C.
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy

12
P
k
= 17,286 bar.
t
o
= - 26
o
C.
P
o
= 1,9291 bar.
Tỷ số nén: Π =
17,286
8,9 13.
1,9291
k
o
p
p
  
Ta chọn chu trình 1 cấp có bố trí
thiết bị hối nhiệt.
3
3'
2
1
1'
1''
4

lg p
h
h
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
13
Xác định chu trình:
Trước hết ta xác định các điểm nút của chu tr ình ,có thể dể dàng xát định được
các thông số cú 1” va 3’.các điểm còn lại cần phải tính toán qua thiết bị hồi
nhiệt ta mới có thể xác định đ ược.
Cân bằng nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt:
   
1 3 ' 3 1 1'. . . .long pl hoi h phQ m c t t Q m c t t    
do m
l
= m
h
nên:
   
. 3 3' . 1 1'pl phc t t c t t 
Do : c
pl
>> c
ph
. →(t
1
– t
1’
)> (t
3’
- t

3
)
như vậy hiệu nhiệt độ bé nhất : Δt
min
= t
3’
– t
1
= 5k.
Vì ở đây nhiệt độ bay hơi rất thấp,môi chất sử dụng l à R22.Nên ta không thể
chọn theo hệ số Δt
min
được vì ở đây sẻ dẫn đến nhiệt độ cuối tầm nén của môi
chát là rất cao.
Ta có thể xác định trạng thái số 1 theo kinh nghiệm.
Độ quá nhiệt do van tiết l ưu nhiệt là 5
o
C.
t
1’
– t
1”
= 5
o
C.→t
1’
= -26 + 5 = -21
o
C.
Dộ quá nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt của hơi hút là:t

1
– t
1”
= 20
o
C.
suy ra t
1
= 20 – 21= -1
o
C.
t
1
= -1
o
C → h
1
= 704 kg/kJ
t
1’
= -21
o
C → h
1’
= 696 kg/kJ
t
3’
= 45
o
C → h

3’
= 556,23 kg/kJ
Δh
11’
= Δh
3’3
→ h
3
= 548,23.→ t
3
= 40
o
C.
1. Các điểm nút của chu trình:
Điểm
1”
1’
1
2
3’
3
4
Nhiệt độ.
o
C
-26
-21
-1
105
45

40
-26
h,kJ/kg
659,01
696
704
782
556,23
548,23
548,23
P,bar
1,9291
1,9291
1,9291
17,286
17,286
17,286
1,9291
ν ,m
3
/kg
0,165
0,022
0,004
2. Năng suất lạnh riêng khối lượng.
q
o
= h
1’
– h

4
= 696 – 548,23 = 147,8 kJ/kg.
3.Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén.
m
tt
=
9
0,66 /
147,8
o
o
Q
kg kJ
q
 
4.Năng suất thể tích thực tế của máy nén.
V
tt
= m
tt
. ν
1
= 0,06 . 0,165 = 9,9.10
-3
m
3
/s
5.Hệ số cấp của máy nén λ.
hệ số cấp của ,máy nén l à tỷ số giữa thể tích thực tế V
tt

và thể tích nén lý
thuyết V
lt
của máy nén.
Ta xác định λ theo biểu thức:
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
14
λ = λ
i
. λ
w
(7-2-sách HDTKHTL)
Trong đó: λ
i
=λ
c
.λ
tl
.λ
k
=
0 0 0 0
0
.
k kP P P P P P
c
P
     
 
 

 
 
 

 
 
k 0P P
λ
c
– Hệ số tính đến thể tích chết.
λ
tl
– Hệ số kể đến do tổn thất của tiết l ưu.
λ
k
- hệ số tính đến tổn thất khác.λ
k
thường lấy bằng 1.
Lấy ΔP
0
= ΔP
k
= 0,005→ 0,01 Pa.Chọn bằng 0,005 Mpa = 0,05bar.
m = 0,9 → 1,05 .đối với máy nén Freon.chọn bằng 1.
C.Tỉ số thể tích chết; C = 0,03 → 0,05.
tùy theo từng loại máy nén.chọn C=0,05
λ
w’
= λ
w

. λ
r
.
λ
w
- Tổn thất do hơi hút vào xi lanh bị đốt nóng.
λ
r
- tổn thất do rò rỉ môi chất qua pittong,xilanh,secmang,…
thường λ
w’
=
0
k
T
T
1,9291 0,05 17,286 0,05 1,9291 0,05 247
0,05. . 0,755
1,9291 17,286 1,9291 318
 
 
  
     
    
 
 
     
     
 
 

6.Thể tích hút lý thuyết do pittong hút quét đ ược:
tt
lt
V
V
l

=
0,0099
0,013
0,755

m
3
/s.
7.Thể tích lý thuyết của máy nén lắp đặt .
2
.
. . .
4
ltmn
d
V s z n


m
3
/s
d:đường kính pittong. (m)
s:khoảng chạy pittong. (m)

z:Số lượng pittong. (chiếc)
n:Số vòng quay. (vòng/s)
8.chọn máy nén.
chọn máy nén pittong của NGA kí hiệu:∏20, với các thông số sau.
số xilanh:z = 4.
số vòng quay. 24vong2/s.
Thể tích quét :0,0154 m
3
/s.
Khoảng chạy pittong. S = 0,045 m.
- Tính kiểm tra máy nén:
 
2
3
. 67,5.10
.0,045.4.24 0,0154
4
ltmn
V


 
m
3
/s.
năng suất lạnh Q
oMN
:
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
15

ttmn
ltmn
V
V 

→V
ttmn
= λ.V
ltmn
= 0,755.0,0154 = 0,011627 m
3
/s.
→ Q
omn
= m.q
o
=0,07. 147,8 = 10,346 Kw.
Việc lựa chọn máy nén công suất nh ư vậy là phù hợp với thực tế.
Số lượng máy nén yêu cầu:
0
0
0,86
lt
mn
ttmn mn
V Q
Z
V Q
  
.Vậy ta chọn 1 cái.

9.Công nén đoạn nhiệt.
công nén đoạn nhiệt chu trình được tính theo biểu thức:
N
s
= m.l ; Kw.
N
s
gọi là công nén lý thuyết
m :lưu lượng khối lượng qua máy nén .kg/s.
l:công nén riêng. kJ/kg.
l = h
2
– h
1
= 782 – 704 = 78kJ/kg.
→ N
s
= m.(h
2
– h
1
) = 0,07.78 = 5,46kw.
10.Công nén chỉ thị N
i
:
Công nén chỉ thị là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn
nhiệt lý thuyết.
N
i
=

s
i
N
n
Kw.
Trong đó: n
i
là hiệu suất chỉ thị.n
i
có thể xác định theo dạng đồ thị cho tr ước
hoặc có thể tính:
0
.
i w
n b t  
λ
w
=
0
k
T 247
0,776
T 318
 
b = 0,001.
t
0
là nhiệt độ sôi : -26
o
C.

n
i
= 0,776 + 0,001.(-26) = 0,75.
→ N
i
=
5,46
7,28
0,75
kw
11.Công nén hiệu dụng Ne đả ghi trên catalogue của máy là :9,1 kw.
12.Công suất điện và công suất của động cơ lắp đặt ở đây lần lượt bằng 0,vì
đây là máy nén kín.
ĐỊ ÁN TĨT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
16
2.TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Thiết bò trao đổi nhiệt có nhiệm vụ truyền nhiệt tư ø một chất này sang
chất khác thộng qua bềmặt ngăn cách hoặc tiếp xúc trư ïc tiếp
Trong các hệ thống lạnh ,các thiết bò trao đổi nhiệt chiếm một tỉ lệ khá
lớn về thể tích cũng như khối lư ợng của toàn bộ hệ thống lạnh . Trong đó
,hai thiết bò trao đổi nhiệt quan tr ọng nhất bắt buộc phải có trong hệ thống
lạnh nói chung và tủ cấp đông nói riêng chnh1 là thiết bò ngư ng tụ và thiếy bò
bay hơi
Các thiết bò này có ảnh hư ởng rất lớn đến sư ï tiêu tốn năng lư ợng của hệ
thống lạnh do đó trong quá trình thiết kế chế tạo các thiết bò này can đảm
bảo các yêu cầu như truyền nhiệt tốt, cấu tạo đơn giản , giá thành hạ ,dễ lắp
đặt và sư õa chư õa
ATÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
TBNT làm mát bằng không khí đối lư u cư ỡng bư ùc
-Thiết bò ngư ng tụ là một loại thiết bò trao đổi nhiệt có nhiệm vụ biến

đổi môi chất lạnh tư ø trạng thái hơi có áp suất cao ,nhiệt độ cao sau quá trình
ép nén thành trạng thái lỏng .Hơi môi chất vào thiết bò là hơi quá nhiệt .Khi
vào thiết bò ngư ng tụ trư ớc tiên môi chất đư ợc làm mát tới nhiệt độ bão hòa
khô rồi đến quá trình ngư ng tụ. Nếu có quá trình quá lạnh thì môi chất sau
cùng ở trạng thái lỏng và đư ợc làm lạnh xuo áng nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
ngư ng tụ trư ớc khi ra khỏi thiết bò ngư ng tụ .Môi trư ờng lấy nhiệt của môi
chất trong thiết bò ngư ng tụ đư ợc gọi là môi trư ờng làm mát
 Dư ïa vào môi trư ờng làm mát môi chất ta có thể phân t hiết bò
ngư ng tụ thành như õng loại sau đây
ĐỊ ÁN TĨT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
17
-Thiết bò ngư ng tụ làm mát bằng nư ớc: Trong thiết bò này môi chất sẽ
tác động nhiệt với nư ớc làm mát qua thành của thiết bò tác động nhiệt
-Thiết bò ngư ng tụ làm mát bằng không k hí : Trong thiết bò này có sư ï
tác động nhiệt giư õa môi chất với không khí bên ngoài ( Không khí có thể
đối lư u tư ï nhiên hay cư ỡng bư ùc )
-Thiết bò ngư ng tụ làm mát bằng hơi nư ớc và không khí kết hợp( Kiểu
bốc hơi ) : môi chất sẽ tác động nhiệt với nùc ,nư ớc tác động nhiệt lên
không khí
-Thiết bò ngư ng tụ làm mát bằng tác nhân lạnh ( máy lạnh ghép tầng ):
môi chất tác động nhiệt với môi chất
 Dư ïa vào đặc điểm của quá trình ngư ng tụ m ôi chất
- Thiết bò ngư ng tụ có môi chất ngư ng tụ ở bề mặt ngoài của bề mặt
trao đổi nhiệt ( Kiểu ống vỏ nằm ngang ,kiểu ống vỏ đư ùng, kiểu ống lồng
ống )
-Thiết bò ngư ng tụ có môi chất ngư ng trên mặt trong của bề mặt trao
đổi nhiệt ( Kiểu tư ới , Kiểu bốc hơi )
 Phân loại theo đặc điểm của quá trình lư u động của môi trư ờng
làm mát qua bề mặt trao đổi nhiệt
-Thiết bò ngư ng tụ có môi trư ờng làm mát tuần hoàn tư ï nhiên

-Thiết bò ngư ng tụ có môi trư ờng làm mát tuần hoàn cư ỡng bư ùc
-Thiết bò ngư ng tụ kiểu xối tư ới nư ớc trên bề mặt ngoài của dàn ngư ng
tụ
-Thiết bò ngư ng tụ có cánh giải nhiệt
-Thiết bò ngư ng tụ ống chùm có vỏ bọc nằm ngang hoặc thẳng đ ư ùng
§ Căn cư ù vào điều kiện cấp đông sản phẩm là thòt ta có thể chọn
thiết bò ngư ng tụ làm mát bằng không khí cư ỡng bư ùc ( có quạt ).Hơi môi
chất vào thiết bò ngư ng tụ sẽ xảy ra 2 quá trình :
-Quá trình làm mát hơi môi chất tư ø nhiệt độ quá nhiệt xuống đến hơi
bão hòa khô
-Quá trình ngư ng tụ hơi môi chất
Việc tính toán thiết kế thiết bò ngư ng tụ phải dư ïa vào quá trình làm
việc của hệ thống lạnh .Thiết bò ngư ng tụ ch ính là thiết bò trao đổi nhiệt vì
vậy thư ïc chất của quá trình tính toán thiết bò ngư ng tụ chính là xác đònh
điện tích bề mặt trao đổi nhiệt và công suất của quạt dàn nóng cần thiết để
làm cho môi chất ngư ng tụ
ĐỊ ÁN TĨT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
18
a.Cấu tạo :
Thiết bò ngư ng tụ làm mát bằng không khí với quạt dọc trục
Dàn ngư ng không khí giải nhiệt bằng gió có cấu tạo gồm các ống đồng
đư ợc nối với nhau thành một khối bên ngoài đư ợc gắn thêm các cánh nhôm
muc đích là làm tăng khả năng trao đổi nhiệt của hệ thống ngư ng tụ. Để
tăng khả năng trao đổi nhiệt cho thiết bò ngư ng tụ ,ngư ời ta lắp vào thiết bò
ngư ng tụ một hoặc nhiều quạt giải nhiệt làm cho lư u lư ợng gió qua thiết bò
ngư ng tụ nhiều hơn và khả năng trao đổi nhiệt tăng đáng kể
b.Ư u điểm :
-Sư û dụng không khí để làm mát môi chất do đó tiết kiệm đư ợc một
lư ơng nư ớc tư ơng đối lớn so với giải nhiệt bằng nư ớc
-Sư û dụng cho môi chất Freon , amoniac t ư ø cỡ nhỏ .cỡ trung và cỡ lớn

-Không làm ô nhiễm môi trư ờng sông hồ
-Không cần tháp giải nhiệt và bơm nư ớc
-Bề mặt ít bò bám bẩn
-Nhỏ gọn dễ vận chuyển tháo lắp
Tuy nhiên dàn ngư ng giải nhiệt bằng không khí cư ỡng bư ùc lại gây ra
tiếng ồn và phụ tải nhiệt thấp q= 140 -> 230 W/
m
2
,hiệu nhiệt độ lớn .
Thiết bị ngưng tụ với các thơng số như sau:
Năng suất:Q
k
= 13,5 Kw.
Nhiệt độ khơng khí xung quanh : t
n
= 37,3
o
C. φ = 74%
Nhiệt độ ngưng tụ : t
k
= 45
o
C.
Thơng số của cánh và ống.
 Đường kính trong của ống :d
1
= 0,021m.
 Đường kính ngồi của ống : d
0
= 0,028m.

ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
19
 Đường kính cánh tròn :D
c
= 0,049 m.
 Bước cánh : S
c
= 0,0035m.
 Chiều dài của chân cánh : δ
o
= 1,1mm
 Chiều dày ở đầu cánh :δ
d
= 0,6mm.
Ống bằng thép,cánh bằng nhôm,ch ùm ống bố trí so le với bước ống như sau.
-Bước ngang dòng . S
c
= 0,052 m.
-Bước ống dọc .S
2
= 0,045 m.
1) Tính hệ số tõa nhiệt về phía không khí.
Độ gia nhiệt của không khí đi qua ch ùm ống thương :Δt = 6 →10
o
C.ở đây
ta chọn Δt = 8
o
C.Như vậy nhiệt độ không khí v ào t’
2
= 37,7

o
C và nhiệt độ
không khí vào là t”
2
= 37,3 + 8 = 45,3
o
C.
→ t
o
tb
= t
2
= 0,5.(45,3 +37,3) = 41,3
o
C.
Với t
2
= 41,3
o
C.Tra bảng tính chất vật lý của không khí khô ta có:
ρ
2
= 1,11225 kg/m
3
.
λ
2
= 2,7987.10
-2
w/m

2
k = 2,8.10
-2
w/m
2
k
ν
2
= 17,5045.10
-6
m
2
/s = 17,5.10
-6
m
2
/s.
Pr = 0,69855.
Tốc độ dòng khí qua chổ hẹp nhất ta chọn:
ω
2
= 9 m/s.
3
2
6
2
. 9.0,028
Re 14,4.10
17,5.10
d

v


  
Cường độ tõa nhiệt về phía không khí có thể sử dụng công thức
16.12(sách hướng dẫn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt)
0,375
0,625 0,33
2 2 2
0
. .Re . .Pr
o
F
c
d F

 

 
 
 
, w/m
2
k.
Chùm ống ở đây được bố trí so le nên : C = 0,45.
Diện tích bề mặt ngoài của ống trơn ứng với 1 m ống.
F
0
= Π. d
o

.1 = 3,14 . 0,028.1 = 0,088 m
2
/m.
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của cánh ứng với 1m ống.
 
 
2 2
2 2 3 2
1 2 1
Fc = . . . . .
Sc 4
1 2.3,14 1
. . 0,049 0,028 .3,14.0,049.0,6.10 0,752 /
0,0035 4 0,0035
c o d
D d Dc
Sc
m m


   
   
Diện tích khoảng giửa các cánh của 1m ống.
3
3
. .( ) 3,14.0,028.(3,5 1,1).10
0,06
3,5.10
o
oc

d Sc c
F
So


   
  
m
2
/m.
Tổng diện tích của bề mặt ngo ài co cánh.
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
20
F = Fc + Foc = 0,752 + 0,06 = 0,812 m
2
/m
 
 
0,375
2
0,625
0,33
3
2
3
2,8.10 0,812
0,45. . 14,4.10 . . 0,701 73,6
28.10 0,088




 
  
 
 
w/m
2
k
Nếu có xét đến sự tõa nhiệt không đồng đều trên toàn bộ bề mặt cánh thì
ta có: α
2’
= ψ.α
2
.
hệ số ψ = 0,85.do đó:
α
2’
= 0,85 . 73,6 = 62,56 w/m
2
k.
2) Cường độ tỏa nhiệt về phía h ơi ngưng trong ống.
Hơi ngưng trong ống có khác với hơi ngưng ở ngoài ống ở chổ là
lỏng bị đọng lại ở phần d ưới của ống mà không thể tách ra ngay như
khi ngưng hơi ngoài ống,vì vậy nó làm giảm truyền nhiệt khi ng ưng.
Khi ngưng hơi Freon trong ống với Re <35000 th ì cường d7o65 tỏa
nhiệt được tính như sau.
 
0,25
0,555.
.

a
k w i
B
t t d
 
 
 

 
; w/m
2
k.
Hoặc
1
3
0,455.
.
a
i
B
q d
 
 
 
 
; w/m
2
k.
Trong đó :
B =

3 3 3
. . . .
.
r
g

     
 

 

r
g
Các thông số vật lý của chất lỏng λ,ρ,μ,ν, được chọn theo nhiệt độ
trung bình của màng chất lỏng.
t
m
= 0,5. (t
k
+ t
w
).
còn ẩn nhiệt hóa hơi chọn theo nhiệt độ ngưng tụ của t
k
.
d
i
: đường kính trong của ống.
t
k

: nhiệt độ ngưng tụ của hơi.
t
w
: Nhiệt độ bề mặt vách ống.
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
21
Thông thường khi ngưng tụ Freon cường độ tỏa nhiệt khi ngưng
khoảng: α
a
= 1000 →2500. w/m
2
k.
Còn phía không khí :
α
2
= 50 → 80 w/m
2
k.
Dộ suy giảm nhiệt độ tỷ lệ với 1/α và δ/λ. vì α
a
>> α
2
nên sơ bộ chọn
độ suy giảm nhiệt độ từ h ơi đến bề mặt vách.
Δt = t
k
– t
w
= 2
o

C.
→ t
w
= t
k
– Δt = 45 – 2 = 43
o
C .
Nhiệt độ trung bình của màng chất lỏng freon 22.
t
m
= 0,5.( t
k
+ t
w
) = 0,5.( 45 +43) =44
0
C.
Từ bảng thông số vật lý của R22 , ứn với t
m
= 44
0
C.Tìm được như sau:
ρ
a
= 1,1133 kg/dm
3
= 1113,3kg/m
3
.

ν
a
= 1,94.10
-7
m
2
/s.
λ
a
= 0,0766 w/mk
μ
a
= 2,181.10
-4
Pa.s
Với t
k
= 45
0
C,tra bảng tính chất nhiệt động của R22.ở trảng thái b ão
hòa tìm được ẩn nhiệt hóa hơi r
a
= 160,125 kJ/kg.
3 3 2
9
4
. 0,0766 .1113,3 .9,81.160,125
4,0122.10
2,181.10
r

g
B


 
  

 
0,25
0,25
9 2
1,91.10 6,611.10
i
B
d
 
 
 
 
0,25
0,555. 367
i
B
d
 

 
 
Hệ số tỏa nhiệt về phía lảnh chất R22 khi ng ưng tụ:
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy

22
0,75
367.
a a
t  
Đối với loại ống có cánh ta đang sử dụng th ì:
Diện tích bề mặt trong:
F
1
= Π.d
1
.1 = 3,14 . 0,021. 1 = 0,066m
2
/m
Tổng diện tích bề mặt ngo ài:
F2 = 0,812 m
2
/m.
Hệ số làm cánh: β = F
2
/F
1
= 0,812/0,066 = 12,3.
Dòng nhiệt hơi ngưng tụ truyền cho vách ống trong.
Q
1
= Q
a
= α
a

. Δt
a
. F
1
Mật độ dòng nhiệt của R22 qui về một đơn vị diện tích bề mặt
ngoài(bề mặt phía không khí)
q
ang
=
 
0,25 0,75
1
2 2
0,066
367. . . 367. 29,83.
0,812
a
a a a
Q F
t t t
F F

     
Theo định luật bảo toàn năng lượng thì dòng nhiệt truyền từ lảnh chất
ngưng tụ đến vách trong ống Q
a
(tính theo tỏa nhiệt đối lưu phía bề
mặt trong) sẽ bằng dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngo ài có cánh đến
không khí Q
kk

.(tính theo tõa nhiệt đối lưu từ bề mặt vách có cánh đến
không khí) và củng bằng dòng nhiệt truyền tính từ chất lỏng nóng đến
chất lỏng lạnh .
Q
a
= Q
kk
= Q.
Do đó khio qui tất cả các dòng nhiệt này về cùng 1 đơn vị diện tích bề
mặt trong hoặc bề mặt ngoài thì mật dòng nhiệt của chúng phải bằng
nhau.
Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt trên để ta tìm t
w
, sau đó kiểm tra
lải các giả thiết ban đầu đến khi n ào phù hợp.
Với hệ số truyền nhiệt k tính qui đổi c ùng 1 đơn vị diện tích bề mặt
ngoài ta có.
 
2 2 2
. .
k
Q k t t F 
(w)
ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
23
và:
 
2 2 2
2
.

k
Q
q k t t
F
  
w/m
2
.
Trong đó :
K
2
: hệ số truyền nhiệt tính qui đổi về 1 đ ơn vị diện tích bề maa8t5
phía ngoài.
2
'
1
2
1
1 1
.
i i
i i a
k
F
F

   
 
  
   

   
   
 
i
i



- Các điện trở phát sinh về phía lãnh chất .nhiệt trở do tiếp xúc
giữa cánh với bề mặt ngo ài ,nhiệt trở vách ống,…
i
i



- Các nhiệt trở phát sinh về phía bề mặt cánh.nh ư là lớp bụi bám
trên bề mặt cánh.
Nhiệt trở tiếp xúc giửa ống và bề mặt cánh:R
c
= 0,005 m
2.
.k/w
Nhiệt trở của lớp bụi: R
b
= 0,0003 m
2
k/w.
Nhiệt trở của lớp dầu bằng p vì R22 hòa tan dầu.
Ở đây ta dùng ống lưỡng kim .λ
th

= 45,3 w/mk.Cánh nhôm có
λ
nh
= 203,5 w/mk.
Với giả thiết sơ bộ đả trình bày ở trên .chọn Δt
a
= 2
0
C.
α
a
= 367.
0,25 0,25 2
367.2 308,6 /
a
t W m k
 
  
Hệ số truyền nhiệt qui đổi về ohia1 không khí.
   
2
2 2 2
. 16,84. 45 41,3 62,308 /
k
q k t t W m    
Mật độ dòng nhiệt của lãnh chất R22 tính qui đổi về phía không khí.
0,75 0,75 2
29,83. 29,83.2 50,16 /
ang a
q t W m   

ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
24
Dòng nhiệt q
2
và q
ang
khác nhau khoảng chục đơn vị .
ta chọn lại :Δt
a
= 2,5
0
C.
Khi chọn lại Δt
a thì
nhiệt độ trung bình của màng chất lỏng thay đổi rất
ít do đó sự thay đổi tính chất vật lý của m àng chất lỏng có thể bỏ qua.
' 0,25 0,25 2
367. 367.(2,5) 292 /
a a
t W m k
 
    
2
1
16,22 / .
1 0,002 0,0015 1
0,005 0,0003 .12,3
62,56 45,3 203.5 292
k W m k 
   

    
   
   
q
2
= 16,22.( 45 – 41,3 ) = 59,94 w/m
2
.
q
ang
= 29,83 . 2,5
0,75
= 59,3 w/m
2
.
Vì q
2
gần bằng q
ang
nên không cần tính toán lại.Xem
q
= 59,62 w/m
2
Tổng diện tích bề mặt ngo ài của thiết bị.
3
2
2
13,5.10
226,5
59,62

k
Q
F m
q

  
Tổng chiều dài ống:
2
2
226,5
279
0,812
F
L m
F

  
Nếu chọn chiều dái của mổi đoạn ống là 3m.thì tổng số ống là:
n = L/L1 = 279/3 = 93 ống.
Chọn số dãy ống theo chiều chuyển động của d òng khí n
2
= 5(5 row)
thì số ống theo chiều vuông góc với dòng chảy n
1
sẻ là:
1
2
93
18,6.
5

n
n
n
  
chọn 19 ống.
Lưu lượng không khí qua thiết bị :
ĐỊ ÁN TĨT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy
25
 
2
" '
2 2 2
13,5
1,6875 /
.( ) 1.005. 45,3 37,3
k
p
Q
G kg s
c t t
  
 
ở nhiệt độ t
2
= 41,3
0
C. ta có :ρ
2
= 1,11225 kg/m
3

.
Lưu lượng thể tích dòng khơng khí
3
2
2
2
1,6875
1,52 /
1,11225
G
v m s  

Chọn quạt gió cho dàn ngưng có lưu lượng là :
v = 1,52 m
3
/s = 5472m
3
/s
B.TÍNH TOÁN THẾT BỊ BAY HƠI
- Thiết bò bay hơi là một trong như õng thiết bò chính trong hệ th ống lạnh và
thật chất nó cùng là một loại thiết bò tác động nhiệt có nhiệm vụ lấy nhiệt tư ø
môi trư ờng cần làm lạnh và làm môi chất chuển đổi tư ø trạng thái lỏng sang
hơi
- Phân loại thiết bò bay hơi
Dư ïa vào tính chất của môi trư ờng cần làm lạnh
+ Thiết bò bốc hơi làm lạnh chất lỏng
+ Thiết bò bốc hơi làm lạnh không khí
+ Thiết bò bốc hơi làm lạnh bằng phư ơng pháp tiếp xúc
+ Thiết bò bốc hơi làm đông cư ïc nhanh
+ Thiết bò bốc hơi làm lạnh không khí bằng nư ớc và nư ớc và nư ớc muối

Dư ïa vào mư ùc độ choán chỗ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bò bay hơi
+ Thiết bò bốc hơi kiểu ngập : môi chất lạnh lỏng bao phủ toàn bộ bề mặt
thiết bò trao đổi nhiệt
+ Thiết bò bốc hơi kiểu không ngập : môi chất lạnh lỏng không bao phủ toàn
bộ bề mặt trao đổi nhiệt mà một bộ phận của bề mặt này đư ợc dùng để làm
tăng độ quá nhiệt của môi chất lạnh
Ở đây do nhu cầu đòi hỏi cu ûa tủ cấp đông gió do đó ta se chọn phư ơng án
là sư û dụng thiết bò bay hơi làm lạnh không khí nhờ quạt gió cư ỡng bư ùc