THIẾT KẾ MÁY ĐÁ ỐNG 10 TẤN 1 NGÀY

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

TIỂU LUẬN
THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ ỐNG 10 TẤN/NGÀY
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Pha
Sinh Viên Thực Hiện: Lê Vĩnh Hội 10040851
Hoàng Văn Quang 10041701
Lê Hoàng Minh 10038401
Nguyễn Đình Trung 10083961
Lớp : DHNL6
Tp Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 7 năm 2014
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật lạnh đã được ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi
trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản
thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, kỹ thuật sấy
nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế
chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, trong đời sống, vv
Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với
nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ
thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất
cả các nước.
Tiểu luận này nhằm tìm hiểu và thiết kế máy đá ống10 tấn/ngày. Do kiến thức
còn rất hạn chế nên tiểu luận này sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em
rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để bài tiểu luận thêm hoàn
thiện.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Nguyễn Văn Pha đã hướng
dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện tiểu luận này.
TP.HCM, ngày 11 tháng 7 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Nhóm
Lời nói đầu
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
MỤC LỤC

Mục lục
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT LẠNH TRÊN THẾ GIỚI
Lịch sử phát triển của ngành lạnh cho thấy rằng từ ngàn xưa con người đã
biết giữ gìn và sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như : sử dụng băng tuyết và
các hầm sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm, làm lạnh bằng cách cho bốc hơi …,
cách đây 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước hoặc
nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn.
Tuy nhiên phải đến những năm giữa và cuối thế kỷ 19, thì kỹ thuật lạnh hiện
đại mới phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ bằng các công trình nghiên cứu việc
hóa lỏng các chất khí dùng làm môi chất lạnh và đã có các bằng phát minh đăng
ký đầu tiên về máy lạnh, máy nén hơi.
Một sự kiện quan trọng là việc sản xuất và sử dụng rộng rãi các chất Freon ở
Mỹ vào những năm 1930. Đây là một loại môi chất có nhiều tính chất quí báu như
không cháy, không nổ, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi và được sử dụng
phổ biến cho đến bây giờ. Nó đóng góp phần vào tích cực vào việc thúc đẩy sự
phát triển của kỹ thuật lạnh.
Ngày nay, kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ khoa
học kỹ thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiến khác.
1.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LẠNH
Chế biến và bảo quản thực phẩm là một ứng dụng quan trọng của kỹ thuật
lạnh. Theo thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong công
nghiệp bảo quản thực phẩm. Thực phẩm như rau quả, thịt, cá, sữa… là những thức
ăn dễ bị ôi thiu. Vì vậy thực phẩm được bảo quản ở nhiệt độ thấp (-18
0
C) thì quá
trình sinh hóa trong thịt, cá, hoa quả … đều xảy ra rất chậm. Do đó bảo quản thực
phẩm ở nhiệt độ thấp kéo dài thời gian sử dụng. Thực ra thời gian bảo quản còn
Chương 1: Tổng quan 5

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm, phương pháp đóng gói, thành phần không
khí nơi bảo quản…, nhưng nhiệt độ đóng vai trò quan trọng nhất.
Trong thời đại hiện nay, các ngành công nghiệp thực phẩm chế biến thịt cá
rau quả và công nghiệp đánh bắt thủy hải sản không thể phát triển nếu như không
có sự hỗ trợ của kỹ thuật lạnh. Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực
phẩm, người ta thường dùng phương pháp chủ yếu là lạnh đông nhanh (cấp đông )
để lạnh đông sản phẩm trước khi đưa vào bảo quản, vận chuyển và sử dụng.
Kỹ thuật lạnh đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành khác
nhau. Ta có thể trình bày một số ứng dụng quan trọng của kỹ thuật lạnh:
• Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm.
• Sấy thăng hoa.
• Ứng dụng trong công nghệ hóa chất.
• Ứng dụng trong điều hòa không khí.
• Ứng dụng lạnh trong siêu dẫn.
• Ứng dụng trong thể thao.
• Ứng dụng trong xây dựng.
• Trong cơ khí chính xác và chế tạo máy.
• Ứng dụng trong ngành Y.
Ngoài ra còn một số ứng dụng khác như trong hàng không, vũ trụ, trong khai
thác mỏ, hầm lò sâu.
1.3 HỆ THỐNG MÁY ĐÁ
1.3.1 Vai trò của nước đá:
Nước đá có vai trò rất quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp. Trong
công nghiệp người ta sử dụng nước đá để ướp lạnh bảo quản thực phẩm, rau quả
chống hư hỏng. Trong đời sống vai trò nước đá càng quan trọng hơn như phục vụ
giải khát, giải trí. Nước đá còn có vai trò quan trọng như tạo sân băng trượt băng
nghệ thuật.
Trong công nghiệp chế biến thực phẩm nước đá thường được sử dụng dưới
nhiều dạng dạng: đá cây, đá vảy, đá tấm, vv Chúng đều được sử dụng để ướp đá

thực phẩm trong quá trình chế biến.
Chương 1: Tổng quan 6
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
1.3.2 Các loại máy đá:
- Máy đá cây: đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc lấy cây đá ra khỏi
khuôn ít khi người ta sản xuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chóp
phía đáy thường nhỏ hơn phía miệng. Đá cây được kết đông trong các khuôn đá
thường có các cỡ sau: 5; 12,5 ; 24; 50 ; 100; 150 ; 200; 300 kg. Khi rót nước vào
khuôn, chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, như vậy dung
tích thực sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10%. Máy đá cây có
thời gian đông đá tương đối dài vì khi đông đá, các lớp đá mới tạo thành là lớp dẫn
nhiệt kém nên hạn chế truyền nhiệt vào bên trong. Ví dụ máy đá với khuôn 50 kg
có thời gian đông đá khoảng 18 giờ.
- Máy đá tấm: Có dạng hình tấm được sản xuất bằng cách phun nước lên bề mặt dàn
lạnh dạng tấm. Kích cỡ của đá tấm: dài từ 3m đến 6 m, cao 2m đến 3 m, dày
250mm đến 300mm. Khối lượng từ 1,5 đến 2,5 tấn.
- Máy đá vảy: Máy đá vảy có dạng không tiêu chuẩn, được cắt tách ra khỏi bề mặt
tạo đá của các thiết bị và gãy vỡ dước dạng các mãnh vỡ nhỏ.
Máy đá vảy được sản xuất nhờ các cối đá dạng hình trụ tròn. Nước được
phun lên bên trong hình trụ và được làm lạnh và đóng băng trên bề mặt trụ. Trụ
tạo băng có 2 lớp, ở giữa là môi chất lạnh.
Đá vảy được sử dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến, đặc biệt ở các
nhà máy chế biến thực phẩm và thuỷ sản. Chúng được sử dụng để bảo quản thực
phẩm khi nhập hàng và trong quá trình chế biến. Ngày nay nó đã trở thành thiết bị
tiêu chuẩn, bắt buộc phải có ở các xí nghiệp đông lạnh, vì chỉ có sử dụng đá vảy
mới đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Ngoài ra đá vảy cũng có rất nhiều ưu điểm khác
như giá thành rẻ, chi phí vận hành, đầu tư nhỏ.
Nước đá vảy có chiều dày rất khác nhau từ 0,5 đến 5mm tuỳ thuộc vào thời
gian làm đá. Độ dày này có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi tốc độ quay của cối
đá hoặc dao cắt đá.

Chương 1: Tổng quan 7
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
- Máy đá viên (máy đá dạng ống): Nước đá có dạng các đoạn hình trụ rỗng
được sản xuất trong các ống Φ57 x 3,5mm và Φ38 x 3mm, nên đường kính của
viên đá là 50 và Φ32. Khi sản xuất đá tạo thành trụ dài, nhưng được cắt nhỏ thành
những đoạn từ 30mm - 100mm nhờ dao cắt đá. Máy đá viên được sử dụng khá
phổ biến trong đời sống, hiện nay nhiều quán giải khát, quán cà phê có sử dụng đá
viên.
- Máy đá tuyết: Đá sản xuất ra có dạng xốp như tuyết.
1.4 MÔI CHẤT LẠNH
1.4.1 . Giới thiệu:
Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh, gas lạnh…) là chất môi giới dùng
trong chu trình máy lạnh để thu nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và thải nhiệt ra
môi trường giải nhiệt có nhiệt độ cao hơn.
Trong máy lạnh nén hơi, việc thu nhiệt của đối tượng cần làm lạnh nhờ vào sự
bốc hơi của môi chất ở áp suất thấp và thải nhiệt ra môi trường giải nhiệt do sự
ngưng tụ ở áp suất cao. Vậy môi chất tuần hoàn được trong hệ thống là nhờ vào
máy nén.
1.4.2 Yêu cầu đối với môi chất lạnh:
• Yêu cầu về nhiệt động lực học:
- Có năng suất lạnh riêng thể tích và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn.
- Áp suất ngưng tụ không được quá cao.
- Áp suất bốc hơi cao hơn áp suất khí quyển.
- Nhiệt ẩn hoá hơi lớn.
- Nhiệt độ đông đặc, trọng lượng riêng, độ nhớt của môi chất thấp.
• Yêu cầu về lý hoá:
- Dễ hòa tan trong nước.
- Hòa tan nhiều trong dầu bôi trơn để dễ hồi dầu về máy nén.
- Không ăn mòn vật liệu chế tạo máy và thiết bị.
- Không cháy nổ, không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường.

• Yêu cầu về sinh lý:
- Không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường.
• Yêu cầu về kinh tế:
- Dễ kiếm, rẻ tiền, dễ bảo quản, dễ vận chuyển.
1.4.3 Một số môi chất lạnh thường dùng:
Chương 1: Tổng quan 8
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
- Môi chất R12: công thức hoá học là CCl2F2 ,thường được dùng trong máy lạnh cỡ
nhỏ. Giải nhiệt bằng không khí tự nhiên như tủ lạnh. Do R12 phá hoại tầng ôzôn
nên bị cấm sản xuất vào năm 2000.
- Môi chất R22: Công thức hóa học là CHCLF2 thường được sử dụng trong các
máy lạnh trung bình và lớn giải nhiệt bằng nước hoặc không khí cưỡng bức. Ưu
điểm của R22 là năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn R12 1,6 lần.
- Môi chất R502: là hỗn hợp đồng sôi của 48,8% R22 và 51,82% R115 có ưu điểm
là nhiệt độ quá nhiệt sau khi nén thấp hơn R22. Thường được sử dụng cho hệ
thống lạnh có tỉ số nén cao như phòng trữ đông, cấp đông kiểu nén một cấp… Môi
chất 502 cũng nằm trong danh sách cần loại bỏ ngay.
- Môi chất R717(NH3): là khí không màu, có mùi hắc ,sôi ở áp suất khí quyển ở –
33,35
0
C. NH3 có các tính chất nhiệt động rất tốt đối với chu trình lạnh , lại rẻ tiền.
Từ khi khám phá ra hiệu ứng phá huỷ tầng ôzôn của các khí CFC, NH3 lại được
sử dụng nhiều, nhất là các quốc gia Tây Âu. Tuy nhiên NH3 rất độc, ăn mòn đồng
và các hợp kim chủ yếu trong hệ thống dùng NH3 là thép.
 Với những đặc điểm trên, ta chọn R22 làm môi chất lạnh cho hệ thống.
Chương 1: Tổng quan 9
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY ĐÁ ỐNG
2.1. CẤU TẠO MÁY ĐÁ ỐNG:
Hình 2-1. Cấu tạo máy đá ống

1- lớp vỏ ngoài; 2 - ống làm đá; 3 – thùng chứa nước phía trên với bộ phận
phân phối nước; 4 – bơm; 5 – thùng nước phía dưới; 6 – bình chứa thu hồi gas; 7
– cơ cấu cắt đá ống; 8 – lưới thoát nước; 9 – van tiết lưu phao; 10 – van cấp dịch
xả đá; 11 – động cơ dao cắt đá
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 10
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
2.2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỐI ĐÁ ỐNG:
Chọn cối đá có dạng hình trụ tròn.
Năng suất máy đá là
E =
10 tấn/ngày =
10.1000
416,67 / h
24
kg=
Các ống làm đá thường dùng cỡ Φ 57 x 3,5mm [2;147]. Vậy đường kính
ngoài viên đá là : D
ng
= 57 – 2.3,5 = 50 mm. Đường kính trong của viên đá khoảng
D
tr
= 10 mm. Ta chọn chiều dài mỗi ống là l = 2 m. Vậy khối lượng đá trong một
ống là:
m
1ô
= ρ.l.π.
2 2
2 2
(D D )
(0,05 0,01 )

1000.2.3,14. 3,77
4 4
ng tr
kg
−
−
= =
Số lượng ống cần thiết là: n = 416,67/3,77 = 110,5 ống. Chọn n = 111 ống
Ta chọn bố trí ống trên mặt sàn theo hình lục giác đều như hình vẽ:
Hình 2-2. Bố trí ống trên mặt sàn
Xác định bước ống:
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 11
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Bước ống được xác định theo kinh nghiệm: [3;150]
S = (1,24 – 1,45).d
a
Chọn S = 1,3.d
a
⇒ S = 1,3.0,057 = 0,074 m
Số ống bố trí trên đường chéo lớn nhất của lục giác:
1 111 1
1 1 13
0,75 0,75
n
m
− −
= + = + =
ống
Đường kính mặt sàn:
D

s
= m.S = 13.0,074 = 0,962 m
Ta chọn chiều cao cối đá là 2,3 m vì phía trên cối đá cần phải có thêm phần
chứa nước và bộ phận phân phối nước xuống các ống làm đá. Vậy kích thước cối
đá là D
tr
× H = 0,962 m × 2,3 m (như hình vẽ)
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 12
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Hình 2-3. Kích thước cối đá ống
2.3. TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO MÁY LÀM ĐÁ
2.3.1 Tính cách nhiệt
Máy làm đá ống chỉ cách nhiệt cách ẩm cho thành bao quanh. Máy làm đá có
hình trụ tròn và có cấu tạo như sau :
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 13
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Hình 2-4. Cấu tạo vỏ ngoài máy đá ống
Chiều dày lớp cách nhiệt được tính như sau :
1 2
1
1 1 1
n
i
cn cn
i
i
K
δ
δ λ
α λ α

=
 
 
 
 ÷
 ÷
 
 
 
= − + +
∑
Trong đó :
cn
δ
: chiều dày cách nhiệt.
cn
λ
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt. Tra phụ lục E3 [1;340] ta
được
cn
λ
= 0,047 W/mK.
K: hệ số truyền nhiệt vách ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh. Tra phụ
lục E7 [1;357] ta được k = 0,23 W/m
2
.K
1
α
: hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài đến vách cách nhiệt. Tra
phụ lục E7 [1;357] ta được

1
α
= 23,3 W/m
2
K .
2
α
: hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh. Tra phụ lục
E7 [1;357] ta được
2
α
= 9 W/m
2
K.
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 14
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng

i
δ
,
i
λ
: bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i. Do bề
dày
i
δ
rất nhỏ so với bề dày
cn
δ
và

i
λ
rất lớn so với
cn
λ
nên ta có thể bỏ qua
tỷ số
i
i
λ
δ
.
1 2
1 1 1 1 1 1
0,047. 0,197
0,23 23,3 9
cn cn
m
k
δ λ
α α
 
 
 
 
= − + = − + =
 
 ÷
 
 ÷

 
  
 
Chọn δ
cn
= 0,2 m
Tính lại hệ số truyền nhiệt
2
1 2
1 1
0,226W / .
1 0,2 1
1 1
23,3 0,047 9
cn
cn
K m K
δ
α λ α
= = =
+ +
+ +
Vậy đường kính phủ bì cối đá là: D
pb
= 2.0,2 + 0,962 = 1,36 m
2.3.2 Kiểm tra tính đọng sương trên bề mặt ngoài
Điều kiện để bề mặt vách ngoài không bị đọng sương là: k k
s
[1;87]
k

s
: hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường ngoài không bị đọng sương.
21
1
1
95,0
tt
s
tt
s
k
−
−
=
α
Trong đó: t
1
: nhiệt độ không khí bên ngoài.
t
2
: nhiệt độ môi chất bên trong cối đá.
ts : nhiệt độ đọng sương.
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 15
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Tra bảng 12-7 [2;192] thì nhiệt độ trung bình mùa hè ở Tp.HCM là t
1
= 34,6
0
C; độ ẩm = 74%.
Tra đồ thị hình I –d ta được t

s
= 31
0
C
Nhiệt độ môi chất bên trong cối đá khoảng t
2
= -15
0
C
k
s
= 0,95×23,3×
34,6 31
34,6 15
−
+
= 1,6 W/m
2
K
Vì k = 0,226 < k
s
= 1,6 nên vách ngoài không bị đọng sương.
2.4. TÍNH NHIỆT CỐI ĐÁ
2.4.1 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che: Q
1
 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che cối đá : Q
11
• Dòng nhiệt truyền qua vách cối đá : Q
11v
Q

11v
= k.F
v
( t
1
- t
2
)
Trong đó:
k
v
: hệ số truyền nhiệt qua vách cối đá. k
v
= 0,226 W/m
2
K
F
v
: tổng diện tích các bề mặt vách.
Kích thước cối đá: D
pb
× H = 1,36 × 2,3 m
2
3,14.1,36.2,3 9,82
v pb
F D H m
π
⇒ = = =
t1: nhiệt độ không khí bên ngoài. t1 = 34,6oC
t2: nhiệt độ sôi môi chất lạnh bên trong. Chọn t2 = -15oC

Q
11v
= 0,226 × 9,82 × [ 34,6 – (-15)] = 110,08 W
• Dòng nhiệt truyền qua nắp cối đá : Q
11n
Q
11n
= k
n
.F
n
( t
1
- t
2
)
k
n
: hệ số truyền nhiệt qua nắp. Tra phụ lục E7 [1 ;357] ta được k
n
= 0,33
W/m
2
K
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 16
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
t1: nhiệt độ không khí bên ngoài. t1 = 34,6oC
t2: nhiệt độ nước tuần hoàn. Chọn t2 = 3oC
F
v

: diện tích nắp.
2 2
2
3,14.0,962
0,73
4 4
n
D
F m
π
= = =
Q
11n
= 0,33 × 0,73 × [ 34,6 – 3] = 7,61 W
Q
11
= 110,08 + 7,61 = 117,69 W

 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che bể nước tuần hoàn Q
12
Q
12
= k
b
.F
b
( t
1
- t
2

)
k
b
: hệ số truyền nhiệt qua vách bể. Tra phụ lục E7 [1 ;357] ta được k
b
= 0,35
W/m
2
K
t1: nhiệt độ không khí bên ngoài. t1 = 34,6oC
t2: nhiệt độ nước tuần hoàn. Chọn t2 = 3oC
F
b
: diện tích thành bể. Bể nước tuần hoàn dạng khối hộp. Vì cối đá có D
pb
=
1,36 m nên ta chọn bể có kích thước là D × R × C = 1,5m × 1,5m × 0,4 m
2
2(D C) 2(R C) 2(1,5 0,4) 2(1,5 0,4) 2,4
b
F m= × + × = × + × =
⇒ Q
12
= 0,35.2,4.(34,6 – 3) = 26,54 W
⇒ Q
1
=

Q
11

+ Q
12
= 117,69 + 26,54 = 144 W
2.4.2 Dòng nhiệt do nước làm đá và khuôn làm đá toả ra Q
2
:
 Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra Q
21
:
21
.
24.3600
o
qM
Q =
Trong đó:
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 17
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
M: năng suất máy đá. M = 10t = 10000kg
24.3600 là thời gian làm việc trong ngày quy đổi ra giây.
q
0
là nhiệt lượng của 1kg nước tỏa ra khi làm lạnh từ nhiệt độ ban đầu đến
khi đông đá hoàn toàn.
q
o
= C
pn
.t
1

+ r + C
pđ
.
2
t
C
pn
: nhiệt dung riêng nước. C
pn
= 4,186 kJ/kgK.
C
pđ
: nhiệt dung riêng nước đá. C
pđ
= 2,09 kJ/kgK.
r : nhiệt ẩn đông đặc. r = 333,6 kJ/kg.
t
1
: nhiệt độ nước vào. t
1
= 5
0
C
t
2
: nhiệt độ nước đá tạo thành. t
2
= -5
o
C

Thay vào ta có :
q
o
= 4186.5 + 333600 + 2090.5 = 364980 W

21
10000.364900
W
42234
24.3600
Q = =
 Dòng nhiệt tổn thất do làm lạnh khuôn Q
22
:
Q
22
=
k k 1 2
M .C ( t - t )
.3600
τ
Trong đó:
M
k
: khối lượng khuôn đưa vào cùng sản phẩm.
Ta có: ống làm đá bằng vật liệu inox có kích thước là D
tr
/D
ng
= 50 x 57 mm,

dài 2 m, nhiệt dung riêng C
k
= 0,45 kJ/kgK, khối lượng riêng ρ = 7900 kg/m
3
,
tổng số ống đã tính là 111 ống.
τ
: thời gian đông đá cho một mẻ.
τ
= 1 giờ
Vậy tổng khối lượng ống là:
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 18
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
M
k
=
2 2
(D D )
. . .
4
ng tr
n l
ρ
−
= 111.7900.2.
2 2
0,057 -0,005
328
4
kg

 
=
 ÷
 
3
22
328.0,45.10 (5 5)
410W
1.3600
Q
+
⇒ = =
⇒ Q
2
=

Q
21
+ Q
22
= 42234 + 410 = 42644 W
2.4.3 Dòng nhiệt do động cơ dao cắt đá tạo ra Q
3
:
Q
3
= 1000.η
đ
.N
đ

Trong đó: η
đ
là hiệu suất động cơ. Chọn η
đ
= 0,85
N
đ
là công suất đầu vào động cơ dao cắt. Tham khảo bảng 3.15
[2;122] ta chọn N
đ
= 0,75 kW
⇒ Q
3
= 1000.0,85.0,75 = 638 W
2.4.4 Dòng nhiệt do bơm nước tuần hoàn Q
4
:
Q
3
= 1000.η
b
.N
b
Trong đó: η
b
là hiệu suất động cơ. Chọn η
b
= 0,85
N
b

là công suất đầu vào động cơ bơm nước. Tham khảo bảng
3.15 [2;122] ta chọn N
đ
= 0,25 kW
⇒ Q
4
= 1000.0,85.0,25 = 213 W
2.4.5 Xác định năng suất lạnh máy nén:
Q
o
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
= 144+ 42644 + 638 + 213 = 43639 W = 43,6 kW
Chương 2: Thiết kế máy đá ống 19
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN
CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN
3.1. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
Chế độ làm việc của một số hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ
sau: [5;204]
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t
o
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t
k

Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu t
ql
Nhiệt độ hơi hút về máy nén (nhiệt độ quá nhiệt) t
qn
3.1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế như sau:
t
o
= t
b
- t
o
t
b
: nhiệt độ của cối đá ống. t
b
= -5
0
C
t
o
: hiệu nhiệt độ yêu cầu. Theo tài liệu [5;205] ta có t
o
= 8 ÷ 13
o
C.
Chọn t
o
= 10

o
C


t
o
= -5 - 10 = - 15
o
C
3.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ t
k
Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát thiết bị ngưng tụ. Chọn thiết
bị ngưng tụ làm mát bằng nước: t
k
= t
w2
+ ∆t
k
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 20
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Trong đó:
t
w2
: nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng. t
w2
= t
w1
+ (2÷6)
0
C [5;205]

t
w1
: nhiệt độ nước vào bình ngưng. Ta sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải
nhiệt. Theo tài liệu [5;206] t
w1
= t
ư
+ (3÷4)
0
C = 30,5 + 4 = 34,5
0
C
t
w2
= 34,5 + 5,5 = 40
0
C
∆t
k
: hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu. ∆t
k
= (35)
0
C. Chọn ∆t
k
= 5
0
C
Thay vào ta có:
t

k
= 40 + 5 = 45
0
C
3.1.3. Nhiệt độ hơi hút t
h
Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Theo tài liệu [5;208] đối với
Freon chọn
t
h
= t
0
+ 25
o
C = -15 + 25 = 10
o
C
3.2. THÀNH LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH:
Ta có: p
0
(t
o
= -15
0
C) = 2,966 bar
p
k
(t
k
= 45

o
C) = 17,266 bar
Tỉ số nén:
0
17,266
2,966
5,82 9
K
p
p
π
= = = <
⇒ Chọn chu trình một cấp có hồi nhiệt.
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 21
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
Hình 3-1. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị log p-h
Nguyên lý hoạt động:
Hơi quá nhiệt với thông số trạng thái 1 được hút về máy nén, nén đoạn nhiệt,
đẳng entropi theo quá trình 1-2. Hơi quá nhiệt cao áp với thông số trạng thái 2 đi
vào thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3’, nhả nhiệt thành lỏng
hoàn toàn. Lỏng cao áp với thông số trạng thái 3’ đi đến thiết bị hồi nhiệt nhả
nhiệt cho hơi từ thiết bị bay hơi đến thành lỏng quá lạnh. Sau đó lỏng với thông số
trạng thái 3 đi qua van tiết lưu và tiết lưu đẳng entanpi thành hơi bão hòa ẩm thấp
áp với thông số trạng thái 4. Môi chất với thông số trạng thái 4 đi vào thiết bị bay
hơi nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, đẳng nhiệt đẳng áp đến thông số trạng
thái 1’ rồi đi đến thiết bị hồi nhiệt. Tại đây môi chất nhận nhiệt đẳng áp từ lỏng
qua thiết bị hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt rồi được máy nén hút về. Chu trình
cứ thế tiếp tục.
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 22
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng

Bảng 3-1. Thông số trạng thái tại các điểm nút
Điểm t (
0
C) P (bar) h (kJ/kg) v.10
-3
(m
3
/kg) S (kJ/kg)
1
’
-15 2,966 698,38 77,29 1,771
1 10 2,966 715,41 85,79 1,8329
2 99 17,266 765,42 18,09 1,8329
3
’
45 17,266 559,97 0,9011 1,1860
3 20 17,266 509,96 - -
4 - 2,966 509,96
Tính chu trình và chọn máy nén
• Năng suất lạnh riêng :
'
0 1 4
698,38 509,96 188, 42 /q h h kJ kg= − = − =
• Lượng hơi hút về máy nén :
0
0
43,6
0,23 / 828 /
188,42
Q

G kg s kg h
q
= = = =
• Thể tích hút thực tế máy nén :
3
1
. 828.0, 08579 71, 03( / )
tt
V G v m h= = =
• Năng suất thể tích riêng :
3
0
1
188, 42
2196, 29 /
0, 08579
v
q
q kg m
v
= = =
• Công nén riêng :
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 23
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
kgkJhhl /01,5041,71542,765
12
=−=−=
• Hệ số lạnh của chu trình :
0
188, 42

3, 7
50, 01
q
l
ε
= = =
• Công suất nén đoạn nhiệt :
2 1
.( ) 0,23.50,01 11,5
s
N G h h kW= − = =
• Hiệu suất chỉ thị:
0
. . 0,81 0, 001.( 15) 0, 795
i
b t
η λ ω
= + = + − =
Trong đó :

0
15 273
. 0,81
45 273
K
T
T
λ ω
− +
= = =

+
b = 0,001
• Công suất chỉ thị :
11, 5
14, 47
0, 795
s
i
i
N
N kW
n
= = =
• Công suất ma sát:
.
ms tt ms
N V p
=
Đối với máy nén Freon, p
ms
= 0,039 – 0,059 Mpa, chọn p
ms
= 0,05 MPa
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 24
Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận kỹ thuật lạnh ứng dụng
3
71, 03
.0, 05.10 0, 987
3600
ms

N kW= =
• Công suất hữu ích:
14, 47 0, 987 15, 457 W
e i ms
N N N k
= + = + =
• Nhiệt thải ngưng tụ :
( )
2 3'
0,23.(765,42 559,97) 47,25
K
Q G h h kW
= − = − =
• Nhiệt tỏa ra ở thiết bị hồi nhiệt:
3' 3
( ) 0,23.(559,97 509,96) 11,5
hn
Q G h h kW= − = − =
Tra phụ lục F4 [1;363] với QO = 43,6 kW, Vtt = 71,03 m3/h, Ne = 15,457
kW ta chọn máy nén pittong MYCOM một cấp nén F4WA2 có các thông số sau:
Thể tích quét: V = 187,2 m3/h
Năng suất lạnh ở -15oC là: Qo = 86 kW
Tốc độ quay n = 1450 vòng/phút, Ne = 27,2 kW
Chương 3: Thành lập sơ đồ nguyên lý, tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén 25