thí nghiệm chuyên đề

Thí nghiệm chuyên đề
I. TRÍCH YẾU
1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát q trình tự động hóa của tháp giải nhiệt bằng khơng khí với các chế độ
giả lập:
- Sự tự động đóng ngắt của bơm khi mức nước trong tháp giải nhiệt xuống dưới
mức u cầu, hoặc khi bơm hoạt động q tải.
- Khảo sát sự đóng, mở của van điện từ khi trở lực trên đường ống tăng q mức
cho phép.
- Khảo sát sự tự động đóng ngắt của thiết bị gia nhiệt bằng bộ điều khiển nhiệt độ
khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ cài đặt.
Khảo sát hiệu quả của q trình giải nhiệt với tháp giải nhiệt bằng khơng khí là tác
nhân.
2. Dụng cụ, thiết bò
Sơ đồ thiết bò tự động hóa tháp giải nhiệt.
CHÚ THÍCH:
SV
1
: Van điện từ 1 Lv
i
: Bộ báo mực nước trong
tháp
SV
2
: Van điện từ 2 P : Bơm tuần hoàn
T
c
1
: Bộ điều khiển nhiệt độ nước ra F : Quạt cấp không khí giải
Trang 1
Thí nghiệm chuyên đề

nhiệt
T
c
2
: Bộ điều khiển nhiệt độ nước
vào
Fl
i
: Bộ hiển thò lưu lượng gió
P
i
: Áp kế H : Bộ gia nhiệt nước
3. Nội dung thí nghiệm
A. Điều khiển từ Panel :
+ Tình huống giả lập 1: Nước trong tháp giải nhiệt bò cạn và mức nước không
đạt yêu cầu cần thiết.
- Mở van xả đáy của tháp để xả bỏ nước trong tháp. Quan sát sự thay đổi
bảng báo mức Lv
i
trên tủ điều khiển.
- Ghi nhận mức Lv
i
khi bơm ngừng hoạt động.
- Đóng van xả đáy. Tiến hành cấp nước lại cho tháp. Quan sát sự thay đổi
bảng báo mức Lv
i
trên tủ điều khiển.
+ Tình huống giả lập 2: Quá áp và áp suất làm việc của bơm vượt quá giới hạn
cho phép. Đồng hồ áp kế P
i

chỉ áp suất vượt quá mức quy đònh.
- Đóng van để tăng áp suất làm việc của bơm. Quan sát sự thay đổi áp suất
làm việc của bơm trên đồng hồ áp kế P
i
à Ghi lại giá trò áp suất khi van SV
2
hoạt
động.
- Mở van để giảm áp suất làm việc của bơm. Quan sát sự thay đổi áp suất
làm việc của bơm trên đồng hồ áp kế P
i
và Ghi lại giá trò áp suất khi van SV
2
dừng
hoạt động.
+ Tình huống giả lập 3: Thay đổi nhiệt độ của nước tuần hoàn trước khi vào
tháp
- Thay đổi nhiệt độ cài đặt cho nước tuần hoàn trước khi vào tháp

và quan
sát quá trình hoạt động của bộ gia nhiệt nước (H) và sự thay đổi nhiệt độ của nước
(Tc
2
).
+ Tình huống giả lập 4: n đònh nhiệt độ của nước tuần hoàn
- Chỉnh số vòng quay của quạt trong khoảng 501 vòng/phút, nhiệt độ Tc
2
=
40
o

C à Quan sát sự thay đổi nhiệt độ Tc
1
của nước ra khỏi tháp (vào bơm).
- Vẽ đồ thò giá trò Tc
1
Tc
2
thay đổi theo thời gian.
- Vẽ đồ thò giá trò (Tc
2
-Tc
1
) thay đổi theo số vòng quay của quạt. Tần số thay
đổi trong khoảng khảo sát [500 ÷ 1000] vòng/phút, bước nhảy 100 vòng/phút, nhiệt độ
cài đặt Tc
2
= 40
o
C.
+ Tình huống giả lập 5: Giả lập khi bơm bò quá tải.
B. Điều khiển từ PC
Lặp lại các tình huống giả lập tương tự như quá trình điều khiển từ PANEL

Trang
2
Thí nghiệm chuyên đề
4. Phương pháp thí nghiệm
Đầu tiên, nước trong tháp giải nhiệt ở nhiệt độ T
1
được bơm P qua bộ gia

nhiệt H để nâng đến nhiệt độ T
2
rồi được tuần hoàn trở lại tháp, phía trong tháp
có bố trí lớp đệm. Tại đây, nước được tiếp xúc với không khí, giải nhiệt. Khơng
khí được cung cấp nhờ quạt F, và làm nguội xuống nhiệt độ T
1
.
5. V ận hành
Bước 1: Mở van cấp nước đến hệ thống.
Bước 2: Kiểm tra hệ thống:
- Kiểm tra quạt xem dây truyền động có bò đứt hay gặp sự cố nào
không?
- Kiểm tra vò trí các đầu dò nhiệt độ có nằm đúng vò trí hay không?
- Kiểm tra dây truyền tín hiệu giữa tủ điều khiển và máy tính có bình
thường hay không?
Bước 3: Bật CB tổng (bên trong tủ điện), đèn POWER sáng.
Bước 4: Chọn chế độ chạy: xoay RUN MODE đến vò trí PANEL (điều khiển
hệ thống thông qua các phím bấm trên mặt tủ điện) hoặc PC (điều khiển hệ
thống từ máy tính).
II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
II.1. Số liệu thơ
A. Điều khiển bằng Panel
1) Chế độ giả lập 1:
Tháo nước trong tháp ra bằng van xã đáy, khi mức nước xuống tới mức 2
bơm tự động ngắt.
Đóng van lại, nước trong tháp dân lên đến mức 3 bơm tự động hoạt động
trở lại.
2) Ch ế độ giả lập 2:
• Khi khóa van tay, tổn thất áp suất trên đường ống tăng, kim áp kế quay
sang phải. khi kim áp kế chỉ đến giá trị P

= 33 PSI, van SV
2
tự động mở.
• Khi mở van tay, tổn thất áp suất trên đường ống giảm, kim áp kế quay trở
lại vị trí ban đầu (từ phải sang trái). Khi kim áp kế đạt giá trị P = 19 PSI,
van SV
2
tự động đóng.
3) Chế độ giả lập 3
Áp suất tiến hành thí nghiệm P= 2kg/cm
2
t (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
T
c1
32.4 32.7 33.1 33.6 34.1 34.6 35.2 35.7 36.3 36.9
T
c2
32.3 32.6 33 33.7 34.2 34.8 35.5 36 36.7 37.2
10 11 12 13 14
37.4 37.8 38.2 38.6 39
37.9 38.5 39 39.4 40

Trang
3
Thí nghiệm chuyên đề
4) Ch ế độ giả lập 4
Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ T
c1
, T

c2
với số vòng quay của quạt là 501 vòng/phút
t(min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
T
c1
39.7 39.7 39.6 39.5 39.4 39.2 39.1 38.9 38.7 38.5 38.3 38.2
T
c2
42.9 42.7 42.5 42.4 42.2 42 41.8 41.6 41.1 41.2 41 40.4
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
38.1 38 37.9 37.7 37.6 37.5 37.4 37.3 37.3 37.3 37.3
39 39 39 39 38.6 40 40 40 40 40 40
Chế độ vòng quay quạt v
q
= [500 – 1000] (vòng/phút), bước nhảy 100 (vòng/phút).
v
q
( v/p) 500 600 700 800 900 1000
T
c1
37.3 37.1 37.7 37.6 37.6 37.5
T
c2
40 40 40 40 39.2 39.1
B. Điều khiển từ PC :
Chỉ tiến hành chế độ giả lập 4
Chế độ lưu lượng gió Q
q
= 100 (m
3

/h).
t ( s) 0 1 2 3 4 5 6
T
c1
43 43.1 43.5 44 44.2 44.5 44.9
T
c2
46.7 47 47.5 48 48.1 48.6 49
7 8 9 10 11 12 13 14 15
45.1 45.2 45.3 44.6 45.8 45.9 46 46.1 46.1
49.1 49.4 49.3 49.7 49.7 49.8 49.8 50 50
Quan hệ giữa vòng quay quạt và lưu lượng gió.
Lưu lượng quạt
PC(m
3
/h).
100 110 120 130 140 150 160 170

Trang
4
Thí nghiệm chuyên đề
Panel (vòng/p) 787 825 839 867 875 914 998 1006
T
c1
46.1 46.5 46.6 46.7 46.4 46.5 46.3 46.2
T
c2
50 50 50 50 49.8 49.7 49.7 49.6
II.2. Xử lí số liệu:
A. Điều khiển từ Panel :

Đồ thị 1 : Khảo sát nhiệt độ của dòng nước ra và vào tháp khi chưa khởi động quạt
Đồ thị 2 Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh ở chế độ vòng quay quạt
v
q
= 501 (vòng/phút).


Đồ thị 3 : Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh ở chế độ vòng quay quạt
v
q
= [500 – 1000] (vòng/phút)

Trang
5
Đồ thị khảo sát nhiệt độ dòng nước ra và vào tháp khi chưa khởi
động quạt
Nước ra
Nước vào
Khảo sát nhiệt độ dòng vào và ra tháp khi khởi động quạt với tốc độ
501 vòng/phút
dòng ra
Dòng vào
Thí nghiệm chuyên đề
B. Điều khiển từ PC :
Đồ thị 4 : Khảo sát nhiệt độ dòng nóng, dòng lạnh theo thời gian ở chế độ lưu lượng
gió Q
q
= 100 (m
3
/h).

Đồ thị 5 : Khảo sát sự phụ thuộc của số vòng quay quạt vào lưu lượng gió.

Trang
6
Dòng ra
Dòng vào
Dòng ra
Dòng vào
Thớ nghieọm chuyeõn ủe
III. BAỉN LUAN
- Theo lý thuyt khi thit b un núng t n nhit ci t ca Tc
2
thỡ thit b
t ng ngt, nhng trong bi thớ nghim, nhit hin th ca Tc
2
ti 42
o
C
(trong khi ú ta ci t l 40
o
C) thit b un núng mi t ngt. iu ny cú th
gii thớch l do nhy ca u dũ, nờn cú s tr.
- T th 1 ta nhn thy, nhit dũng nc ra v vo l gn bng nhau. iu ú
cho thy, khi qut khụng hot ng, thỏp gii nhit hu nh khụng cú tỏc dng.
- Khi ta s dng qut, nhit ca dũng nc ra cú gim nhng khụng ỏng k,
chng t hiu qu gii nhit khụng cao.
- Mt iu nghch lý cú th thy khi tin hnh thớ nghim, khi tng tc ca qut,
l ra nhit ca dũng nc ra phi gim, nhng li xy ra iu ngc li. iu
ny cú th c gii thớch nh sau, dũng nc vo c i qua lp m, ti õy,

dũng nc tip xỳc vi khụng khớ, nú trao i nhit v bay hi. Khi nc bay
hi, nú thu nhit, lm cho nhit ca dũng nc gim xung:
Khi vn tc tng, thi gian tip xỳc ca nc vi dũng khớ gim.
Dũng khớ s y dũng nc ngc lờn trờn gõy ra hin tng tng sụi
trong lp m.
Phn khụng gian phớa trờn thỏp gii nhit quỏ nh, lng nhit b tớch t
õy, mt phn nú lm gim hiu qu ca quỏ trỡnh trao i nhit gia
dũng khớ v dũng nc vo.
Dũng nc khụng c phõn b u lờn trờn lp m, cú xut hin mt s
ch dũng nc chy thnh dũng qua lp m.
IV. TR LI CU HI
Cõu 5:
Hot ng ca bm (bm cht lng) b khng ch bi cỏc yu t sau:
- Lu lng ca dũng lu cht. Trong bi thớ nghim, khi mc nc gim xung
mc 2, mc nc thp hn ng hỳt ca bm, bm s hỳt khớ nu nú vn cũn
vn hnh.
- Tn tht ỏp sut trờn ng hỳt v ng y. Nu chỳng quỏ ln, bm s b quỏ
ti, dn n h bm.
- Chiu cao ct hỳt v ct y. Bm ch cú th hot ng vi chiu cao ca ct hỳt
<= 10 mH
2
O.
- Nhit ca dũng nc chy qua bm.

Trang
7
Thí nghiệm chuyên đề
• Một số phương pháp có thể sử dụng để tránh sự hoạt động q tải của bơm:
- Dùng van điên từ nhận tín hiệu áp suất trên đường đẩy. Khi áp suất trên đường
đẩy tăng q giá trị cài đặt, van điện từ sẽ tự động mở. Dòng nước sẽ chạy qua

đường ống này, tổn thất áp suất giảm xuống.
- Dùng thiết bị nhận tín hiệu trực tiếp từ bơm, khi bơm rơi vào trạng thái hoạt
động q tải, nó sẽ tự ngắt, khơng cho bơm hoạt động.
Câu 6:
• Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trao đổi nhiệt diễn ra trong tháp giải nhiệt:
- Lưu lượng dòng khí vào tháp.
- Dạng lỏng tiếp xúc với dòng khí:
 Cho lỏng vào ở dạng dòng từ trên chảy xuống dưới.
 Lỏng được phun thành giọt nhỏ.
 Lỏng được cho chảy màng trong các ống trao đổi nhiệt.
 Lỏng được cho chảy qua lớp đệm.
- Thể tích của tháp, đặc biệt là phần khơng gian phía trên.
- Chiều cao của lớp đệm trong tháp.
- Cách sắp xếp vật liệu đệm.
- Khoảng cách từ đường vào của dòng khí tới lớp đệm.
• Một số phương pháp để ổn định q trình giải nhiệt nước và nâng cao hiệu suất
trao đổi nhiệt của hệ thống:
- Thể tích tháp phải đủ lớn (cần tính tốn để biết được đường kính cần thiết cho
tháp giải nhiệt).
- Chiều cao lớp đệm, cách sắp xếp vật liệu đệm sao cho diện tích tiếp xúc của dòng
nước và dòng khí là lớn nhất và tránh hiện tượng xuất hiện nước chảy trực tiếp từ
trên xuống thành dòng.
- Dòng nước phải được phun đều lên lớp đệm.
- Dòng khí từ dưới lên cũng phải được phân bố đều khi đi qua lớp đệm.
Câu 7
• Thiết bị điều khiển Tc
2
bị hỏng, nhiệt độ liên tục tăng, có thể là do bộ phận tự
ngắt của thiết bị, khi nhiệt độ của thiết bị đun nóng H vượt giá trị cài đặt, khơng
hoạt động. Trong trường hợp này, ta phải ngắt thiết bị H bằng tay.

• Hướng nâng cấp thiết thiết bị điều khiển Tc2:
 Bộ phận điều khiển cơng tắc đóng ngắt phải tốt.
 Lắp thêm một thiết bị điều khiển có chức năng giống như Tc2.
Câu 8
Trong q trình làm thí nghiệm khơng có xảy ra những sự cố nào.
Cách bố trí và sắp xếp thiết bị hợp lý.
Có một thắc mắc nhỏ đó là sự tương thích của nhiệt độ dòng vào và dòng ra khi
điều khiển bằng PANEL và điều khiển bằng PC.
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) File tài liệu hướng dẫn bài tự động hóa tháp giải nhiệt.
2) Các q trình và thiết bị truyền khối, TS Trịnh Văn Dũng.
3) Bơm, quạt, máy nén, Hồng Minh Nam.

Trang
8