báo cáo thí nghiệm môn nhiệt động kỹ thuật

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍKHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Bài 1: Phân tích nhiệt động của chu trình lạnh và bơm nhiệt</b>

của thiết bị điều hịa khơng khí

<b>1. Mục đích thí nghiệm </b>

<b>- Tìm hiểu về ngun lý hoạt động của chu trình lạnh và bơm nhiệt của </b>

thiêt bị điều hịa khơng khí.

<b>- Nắm vững và xác định một số thơng số đặc trưng của chu trình: Các </b>

thông số đo áp suất , , nhiệt độ , ,…

<b>- Xây dựng chu trình lạnh trên đồ thị LgP-h.</b>

<b>- Tính tốn cân bằng nhiệt, xác định hệ số làm lạnh ε, hệ số bơm nhiệt φ </b>

theo chu trình và so sánh với giá trị tính được thơng qua phép đo trực tiếp,giải thích lí do khác biệt.

<b>- Đánh giá hiệu quả năng lượng của từng quá trình tương ứng và nhận biết </b>

được sự thay đổi của các thông số khi điều kiện làm việc của thiết bị thay đổi.

<b>2. Sơ lược về bơm nhiệt </b>

<b>- Chu trình bơm nhiệt và chu trình máy lạnh thực chất là giống nhau, </b>

chúng đều là chu trình nhiệt động ngược chiều. Chúng chỉ khác nhau ở cấp nhiệt độ và ở tên gọi bởi vì mục đích sử dụng của chúng. Ở máy lạnh thì người ta sử dụng nguồn lạnh ở dàn bay hơi để làm lạnh ở nhiệt độ thấp. Cịn ở bơm nhiệt thì người ta sử dụng nguồn nhiệt lấy từ dàn ngưng để cấp nhiệt làm nóng nước hoặc sưởi ấm.

<b>- Nhờ ưu điểm tiêu thụ ít năng lượng hơn những thiết bị cấp nhiệt thông </b>

thường, bơm nhiệt ngày càng được nghiên cứu và phát triển rộng rãi vì sẽ cắt giảm được một lượng khí thải ra mơi trường đáng kể, nhưng vẫn đảm bảo được nhu cầu về năng lượng sử dụng.

<b>- Vì khả năng ứng dụng của nó trong hoàn cảnh các nguồn năng lượng </b>

thiên nhiên ( than đá, dầu mỏ, khí đốt…) đang dần khan hiếm, cạn kiệt cũng như thực trạng ơ nhiễm khí thải, ô nhiễm môi trường hiện này thì việc nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt trong hoàn cảnh đất nước ta cũng đang là hướng nghiên cứu mới đang được định hướng và phát triển.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>3. Mô tả thiết bị và chu trình </b>

<i>- Thiết bị gồm 4 bộ phận chính:</i>

<b>+ Máy nén + Van tiết lưu</b>

<b>+ Dàn ngưng + Dàn bay hơi </b>

4 bộ phận trên được mắc nối tiếp với nhau tạo nên một vịng kín.

<b>- Chu trình: </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

+ Máy nén hút hơi bão hịa khơ sau khi đi ra khỏi thiết bị bay hơi có áp suất và nén lên áp suất cao .

+ Hơi ở áp suất cao, nhiệt độ cao được đi qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt cho nước và ngưng tự thành trạng thái lỏng.

+ Chất lỏng sau khi đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ được đưa đến van tiết lưu, khi qua van tiết lưu trở thành hơi ẩm có áp suất .

+ Hơi ẩm được đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt từ khơng khí trở thành hơi bão hồ khơ sau đó lại được máy nén hút và bắt đầu thực hiện một chu trình mới.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt

<b>- Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, quạt, máy bơm, cảm </b>

biến nhiệt, rơ le bảo vệ áp suất cao, đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ của môi chất, màn hình hiển thị lưu lượng, màn hình hiển thị nhiệt độ, đồng hồ đo cơng suất điện.

<b>4. Trình tự thí nghiệm </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>- Tìm hiểu sơ đồ thiết bị thí nghiệm, chức năng và nguyên lý làm việc của </b>

các thiết bị, vẽ được sơ đồ nguyên lý làm việc và chu trình lạnh của máy bơm nhiệt.

<b>- Bật máy </b>

<b>- Bật bơm, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu. - Bật quạt, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu.- Bật máy nén, chờ 5 phút ổn định rồi ghi số liệu.</b>

<b>- Kể từ lần bật máy nén, cứ 5 phút 1 lần ghi số liệu các lần đo vào bảng </b>

(nhiệt độ tại cái điểm, áp suất đầu vào và đầu ra máy nén, công suất điện )

<b>- Khi máy chạy đến lúc các thơng số ổn định thì dừng đo.- Tắt máy nén, tắt quạt, tắt bơm.</b>

<b>5. Thí nghiệm và xử lí số liệu.</b>

<b>- Nhiệt độ của từng giai đoạn được xác định như sau:</b>

+: Nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén ở trạng thái hơi quá nhiệt+ : Nhiệt độ mơi chất ra khỏi bình ngưng ở trạng thái lỏng bão hồ+ : Nhiệt độ mơi chất ra khỏi van tiết lưu ở trạng thái hơi bão hồ ẩm+ : Nhiệt độ mơi chất ra khỏi dàn bay hơi ở trạng thái hơi bão hồ khơ+ : Nhiệt độ nước vào bình ngưng

+ : Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

+ : Nhiệt độ khơng khí vào dàn bay hơi ( Bị hỏng không đo được)+ : Nhiệt độ khơng khí ra khỏi dàn bay hơi

<b>- Áp suất đầu vào máy nén - Áp suất đầu ra máy nén - Công suất điện: L</b>

<b>Bảng số liệu </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

L(kwh)1 10h1

12 10h1

5 ^29,1 ^28,2 ^28,0 ^27,7 ^32,4 ^27,9 ^27,4 ^4,6 ⁴ ¹⁰¹ ^127,513 10h2

0 ^36,1 ^29,5 ^{-1,0 27,}3 ^32,4 ^29,5 ^24,2 ^0,6 ^6,8 ¹⁰² ^127,554 10h2

-5,5 26,7

1,2 7,4 101 127,585 10h3

-4,0 26,6

1,4 7,5 103 127,616 10h3

-3,1 26,8

1,5 7,7 102 127,637 10h4

-2,4 26,8

1,5 7,8 102 127,668 10h4

-2,0 26,8

1,6 7,8 102 127,689 10h5

-1,5 26,9

1,6 7,8 103 127,7210 10h5

-1,2 26,9

1,6 7,8 101 127,7511 11h 84,

5 ^34,8 ^{-1,0 27,}2 ^32,8 ^33,9 ^23,1 ^1,6 ^7,9 ¹⁰² ^127,7812 11h0

5 ^85,9 ^34,5 ^{-0,9 27,}3 ^32,9 ^34,0 ^22,5 ^1,6 ^7,8 ¹⁰² ^127,8013 11h1

-0,7 27,2

1,6 7,8 103 127,8314 11h1

-0,5 27,3

1,7 7,8 102 127,8615 11h2

0 ^87,8 ^35,1 ^{-0,5 27,}3 ^33,1 ^34,3 ^23,0 ^1,6 ^7,9 ¹⁰² ^127,8916 11h2

5 ^88,4 ^35,0 ^{-0,5 27,}4 ^33,1 ^34,2 ^22,9 ^1,6 ^7,9 ¹⁰³ ^127,9117 11h3

-0,5 27,1

1,6 7,9 102 127,95

<b>Nhận xét:</b>

<b>- Nhiệt độ môi chất ra khỏi máy nén () tăng mạnh sau khi bật máy nén, cụ </b>

thể ở lần đo thứ 3 và thứ 4 tăng 19,1 độ C sau đó dần ổn định qua các lần đo.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>- Trước khi bật máy nén, nhiệt độ môi chất vào máy nén () và nhiệt độ môi </b>

chất ra khỏi máy nén () chênh nhau không nhiều, sau khi bật máy nén nhiệt độ bắt đầu chênh nhau khá lớn 28,5 độ C.

<b>- Chênh lệch giữa nhiệt độ vào bình ngưng () và ra khỏi bình ngưng () thay </b>

đổi rõ dệt, cụ thể chênh nhau giữa lần 3 và lần 4 là 6,6 độ C và 23 độ C.

<b>- Nhiệt độ môi chất ra khỏi van tiết lưu () giảm mạnh nhất sau khi bật máy </b>

nén, cụ thể giảm 33,5 độ C giữa lần 3 và lần 4 sau đó tăng chậm sau các lần đo.

<b>- Nhiệt độ nước vào ra máy nén (, ) tăng chậm sau đó nhanh chóng ổn định.- Áp suất áp suất vào máy nén () giảm mạnh 4 bar sau khi bật quạt và tăng </b>

chậm sau khi bật máy nén, nhanh chóng đạt ổn định 1,6 bar.

<b>- Áp suất ra khỏi máy nén () tăng mạnh 2,8 bar sau khi bật quạt và tăng </b>

chậm sau khi bật máy nén, nhanh chóng đạt ổn định 7,9 bar.

<b>- Cơng tơ điện trên sơ đồ đo cho quạt và máy nén, công tơ điện thay đổi </b>

mạnh kể từ sau khi bật máy nén

Đồ thị trạng thái lgP – H

Trong đó:

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>- Quá tình 4-1 là quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén.- Quá trình 1-2 là quá trình thải nhiệt đẳng áp trong bình ngưng- Quá trình 2-3 là quá trình tiết lưu trong van tiết lưu đẳng enthanpy- Quá trình 3-4 là quá trình nhận nhiệt trong dàn bay hơi</b>

Các thông số trạng thái ở các vị trí (Tính cho lần đo thứ 17):

<b>- Môi chất lạnh sử dụng: R12</b>

<b>- Do áp suất đo được trên máy là áp suất dư nên khi tính tốn cần cộng </b>

thêm áp suất khơng khí. (= 1 bar )

Lưu lượng nước làm mát: = 102 (l/h) = 102 (kg/h) = 0,0283 (kg/s)._

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>Bài 2: Tìm hiểu về máy sấy lạnh</b>

<b>1. Mục đích thí nghiệm </b>

<b>- Nắm vững và giải thích được nguyên lý hoạt động cảu máy sấy lạnh. - Tìm hiểu về phương pháp làm mát bằng tháp giải nhiệt. </b>

<b>- Hiểu được lợi ích quan trọng mà máy sấy lạnh đem lại cho công nghiệp. 2. Sơ lược về sấy lạnh và máy sấy lạnh </b>

<b>a. Sấy lạnh </b>

<b>- Sấy lạnh là phương pháp dùng khơng khí khơ với độ ẩm từ 10 – 30% , </b>

nhiệt độ thấp từ 20 – 60 độ C để sấy nguyên liệu. Nói một cách khác cơngnghệ này ưu việt vì q trình sấy được tiến hành trong điều kiện giống như áp suất khí quyển.

<b>- Sản phẩm sấy lạnh:</b>

Có thể thấy với nhiệt độ sấy lạnh khá thấp như thế này nên sản phẩm sau khi sấy lạnh hầu như ít bị ảnh hưởng nên mang lại giá trị kinh tế cao Mặt khác, màu sắc, hình dáng, mùi vị sau sấy dường như gần giống nguyên liệu tươi ban đầu, độ co ngót thấp, màu sắc đẹp hơn so với máy sấy nhiệt.

Sản phẩm sau sấy lạnh sẽ bảo quản lâu hơn so với các công nghệ sấy thông thường khác, đặc biệt là các loại hoa quả, rau củ rất phù hợp với sấylạnh do chứa nhiều vitamin dễ ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong thời gian sấy dài, cũng như cực kỳ quan trọng mấu mã, màu sắc sấy.

<b>b. Máy sấy lạnh </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>- Máy sấy lạnh hay còn gọi là máy sấy bơm nhiệt thưởng có một máy bơm </b>

nhiệt được đặt trong tủ sấy hoặc hầm sấy theo quy mô của thiết bị. Trong đó máy bơm nhiệt có 2 đầu nóng và lạnh.

+ Đầu lạnh: sẽ tách ẩm trong khơng khí từ buồng sấy và cung cấp dịng khí đã tách ẩm đến đầu nóng.

+ Đầu nóng: sẽ cung cấp nhiệt lượng cho dịng khơng khí khơ này để sấy thực phẩm.

<b>3. Mơ tả thiết bị và chu trình</b>

<b>- Hệ thống gồm 6 thiết bị chính: máy nén, bình ngưng, dàn ngưng phụ, 2 </b>

van tiết lưu, dàn bay hơi

<b> Máy nén và bình ngưng</b>

<b> </b>

<b> Van tiết lưu 2 Van tiết lưu 1</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b> Dàn ngưng phụ (trái), dàn bay hơi (phải)</b>

<b>- Các thiết bị phụ gồm có: Bình chứa cao áp, mắt gas, bơm nước, quạt hút, </b>

đường ống dẫn, pin lọc, tấm chắn nước, ống xả nước ngưng, tháp giải nhiệt, bồn nước, bảng điều khiển.

<b> Bảng điều khiển Quạt hút </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b> Tháp giải nhiệt Bồn nước </b>

<b>- Ngun lý hoạt động:</b>

Khơng khí từ ngồi mơi trường được đi qua hệ thống bơm nhiệt có 2 thiết bị ngưng tụ ( bình ngưng và dàn ngưng phụ ) và 1 dàn bay hơi để đảm bảocho khơng khí sau khi được quạt hút hút vào buồng sấy sẽ là khơng khí cóđộ khơ cao và nhiệt độ thích hợp.

<b>- Chu trình bơm nhiệt của máy sấy lạnh:</b>

<b> Sơ đồ chu trình làm việc của bơm nhiệt trong máy sấy lạnh</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Từ sơ đồ ta hiểu được đường đi của mơi chất lạnh, chu trình tản nhiệt cho nước cấp vào bình ngưng và chiều đi của khơng khí trong máy.

- Mơi chất lạnh đang ở trạng thái bình thường, sau khi bật quat, máy bơm và máy nén thì bắt đầu chuyển trạng thái.

- Mơi chất lạnh ở đầu ra máy nén đang ở trạng thái hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao, áp suất cao được dẫn qua 2 đường.

- Đường thứ nhất di chuyển vào bình ngưng, dưới tác dụng của ống nước chảy trong bình ngưng làm cho mơi chất mất nhiệt cho nước và ngưng tụ. Sau khi qua bình ngưng, môi chất hiện tại đang ở trạng thái lỏng bão hoà với nhiệt độ và áp suất cao được đưa qua bình chứa cao áp, rồi vào van tiết lưu 1 để thực hiện quá trình giảm áp suất và nhiệt độ cho môi chất. Môi chất ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp tiếp tục được chuyển đển dàn bayhơi, tại đây dịng khơng khí ẩm từ ngồi môi trường sau khi qua pin lọc điqua dàn bay hơi sẽ mất nhiệt cho môi chất trong dàn bay hơi để thực hiện q trình bay hơi cho mơi chất, cùng lúc đó hơi nước trong khơng khí ẩm bên ngồi sau khi mất nhiệt cho mơi chất sẽ ngưng tụ lại trên dàn và có thể được tấm chắn nước hứng lại những giọt nước ngưng tụ và rớt xuống sàn rồi chảy ra ngồi mơi trường nhờ đường ống xả đáy đảm bảo cho khơng khí vào dàn ngưng phụ có độ khơ cao nhất. Như vậy, đối với đườngthứ nhất của môi chất sau khi ra khỏi máy nén thì ta được hệ thống khử ẩm cho khơng khí.

- Đường thứ 2 qua đường ống được dẫn vào dàn ngưng phụ để thực hiện quá trình ngưng tụ mơi chất, tại đây khơng khí sau khi được khử ẩm ở dànbay hơi đi qua dàn ngưng phụ sẽ được gia nhiệt do quá trình ngưng tụ của mơi chất trong dàn ngưng phụ, khơng khí khơ sau khi được gia nhiệt ở dàn ngưng phụ sẽ được quạt hút đưa vào buồng sấy để phục vụ cho q trình sấy lạnh. Tiếp tục với mơi chất, môi chất sau khi ra khỏi dàn ngưng phụ chuyển sang trạng thái lỏng bão hoà ở áp suất cao và nhiệt độ cao được chuyển qua van tiết lưu 2 vào dàn bay hơi để chuyển trạng thái hơi bão hồ khơ làm tăng hiệu suất cho chu trình rồi quay trở về máy nén. Môi chất lạnh từ đường thứ 1 và đường thứ 2 sau khi quay trở về máy nén để nén lên trạng thái hơi quá nhiệt ở nhiệt độ cao và áp suất cao hồn thành chu trình bơm nhiệt trong máy sấy lạnh.

</div>