kỹ thuật lạnh

Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
LỜI MỞ ĐẦU
- Kỹ thuật lạnh là một ngành được phát triển trên 100 năm nay. Ngay từ những ngày
đầu mới phát triển, các nhà khoa học đã thấy được tính ưu việt và khả năng ứng
dụng rộng rãi vào đời sống con người trong rất nhiều lónh vực như: điều hòa không
khí, bảo quản lạnh và lạnh đông thực phẩm và rất nhiều ngành kỹ thuật khác có liên
quan.
- Với tốc độ phát triển ngày càng nhanh và đòi hỏi ngày càng cao của ngành công
nghiệp thực phẩm, kỹ thuật lạnh lại thể hiện được tính ưu việt của mình trong quá
trình bảo quản lạnh cũng như bảo quản lạnh đông thực phẩm, góp phần làm cho
nguyên liệu thực phẩm sau khi được thu hái, đánh bắt có thể được bảo quản với thời
gian lâu hơn mà chất lượng thì gần như không đổi.
- Cùng với sự phát triển kinh tế thì nhu cầu giao lưu thương mại giữa các nơi cũng
ngày càng phát triển. Để phục vụ tốt cho việc giao lưu hàng hóa trong nước và ngoài
nước, đặc biệt là đối với các sản phẩm lạnh đông, thì cần phải có các phương tiện
vận tải lạnh. Được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là tàu thủy, tàu hỏa, ôtô và
container lạnh. Những phương tiện này chính là cầu nối quan trọng của dây chuyền
lạnh nối liền từ nơi sản xuất chế biến tới nơi bảo quản, trung chuyển, phân phối và
tiêu dùng, không những góp phần làm cho sản phẩm được phân phối đều, rộng khắp
mà còn là yếu tố quan trọng phát triển nền kinh tế.
- Đối với tàu thủy là phương tiện duy nhất, kinh tế nhất trong việc vận chuyển sản
phẩm lạnh và đông lạnh giữa các châu lục. Cũng nhờ có tàu thủy mà có thể đánh bắt
hải sản lâu ngày trên biển.
- Trên đất liền, giữa các đòa điểm có đường sắt nối liền thì vận chuyển lạnh bằng tàu
hỏa là kinh tế nhất nhưng thực tế khối lượng vận chuyển phải lớn mới kinh tế.
- Trên các đoạn đường không có đường sắt, giữa các kho lạnh phân phối và tiêu dùng
hoặc giữa nơi đánh bắt và chế biến thì vận chuyển bằng ôtô và container là kinh tế
nhất và tiện lợi nhất.
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 1
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
TỔNG QUAN

I.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔI CHẤT LẠNH:
I.1.1 Đònh nghóa môi chất lạnh:
- Môi chất lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để
bơm một dòng nhiệt từ một môi trường có nhiệt độ thấp đến một môi trường khác có
nhiệt độ cao hơn.
- Môi chất tuần hoàn được trong hệ thống là nhờ quá trình nén hơi. Ở máy lạnh nén
hơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở áp suất
thấp và nhiệt độ thấp còn quá trình thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao nhờ quá
trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao.
I.1.2 Yêu cầu đối với môi chất lạnh:
I.1.2.1 Tính chất hóa học:
- Không có hại với môi trường, không làm ô nhiễm môi trường.
- Phải bền vững về hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được
phân hủy hoặc polime hóa.
- Phải trơ hóa học, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầu
bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm.
- An toàn, không cháy và không nổ.
I.1.2.2 Tính chất vật lý:
- Áp suất ngưng tụ không được quá cao để làm rò rỉ môi chất, giảm chiều dày vách
thiết bò và giảm nguy hiểm do vỡ, nổ.
- Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển chút ít để hệ
thống không bò chân không, tránh rò lọt không khí vào hệ thống.
- Nhiệt độ đông đặc phải lớn hơn nhiệt độ bay hơi nhiều.
- Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều.
- Nhiệt ẩn hóa hơi r và nhiệt dung riêng c của môi chất lỏng càng lớn, càng tốt nhưng
chúng không đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng môi chất lạnh.
Nhiệt ẩn hóa hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống càng nhỏ và
năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn.
- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt vì máy nén và thiết bò gọn nhẹ.
- Độ nhớt động càng nhỏ càng tốt vì tổn thất áp suất trên đường ống và các van giảm.

- Hệ số dẫn nhiệt l, hệ số tỏa nhiệt a càng lớn càng tốt vì thiết bò trao đổi nhiệt gọn
nhẹ hơn.
- Sự hòa tan dầu của môi chất cũng đóng vai trò quan trọng trong sự vận hành và bố
trí thiết bò. Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn có ưu điểm là quá trình bôi trơn tốt hơn,
các thiết bò trao đổi nhiệt luôn được rửa sạch lớp dầu bám, quá trình trao đổi nhiệt
tốt hơn, nhưng có nhược điểm là có thể làm giảm độ nhớt của dầu và tăng nhiệt độ
bay hơi nếu tỉ lệ dầu trong môi chất lạnh lỏng ở dàn bay hơi tăng. Môi chất không
hòa tan dầu có nhược điểm là quá trình bôi trơn khó thực hiện hơn, lớp dầu bám trên
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 2
ChươngI
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
thành thiết bò và lớp trở nhiệt cản trở quá trình trao đổi nhiệt…ưu điểm của nó là
không làm giảm độ nhớt dầu, không bò tăng nhiệt độ sôi…
- Môi chất hòa tan nước càng nhiều càng tốt vì tránh được tắc ẩm cho van tiết lưu.
- Phải không dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín.
I.1.2.3 Tính chất sinh lý:
- Không được độc hại với người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô
hấp, không tạo các khí độc hại khi tiếp xúc với ngọn lửa hàn và vật liệu chế tạo
máy.
- Phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện rò rỉ và có biện pháp phòng tránh, an
toàn. Nếu môi chất không có mùi, có thể pha thêm chất có mùi vào để nhận biết nếu
chất đó không ảnh hưởng đến chu trình lạnh.
- Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng bảo quản.
I.1.2.4 Tính kinh tế:
- Giá thành phải rẻ, tuy nhiên phải đảm bảo độ tinh khiết yêu cầu.
- Dễ kiếm, nghóa là việc sản xuất, vận chuyển, bảo quản dễ dàng.
I.1.3 Lựa chọn môi chất lạnh:
- Từ những yêu cầu cần đạt được của một môi chất lạnh trong chu trình lạnh, ta chọn
môi chất lạnh R22 (công thức hóa học: CHClF
2

) với các đặc điểm như sau:
o Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -40,8
0
C
o Không ăn mòn các kim loại và phi kim chế tạo máy.
o Thuộc loại môi chất an toàn cháy nổ và không độc hại
I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT:
- Vật liệu cách nhiệt có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trườn có
nhiệt độ cao vào phòng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che.
- Yêu cầu của vật liệu cách nhiệt:
o Hệ số dẫn nhiệt nhỏ.
o Khối lượng riêng nhỏ.
o Độ thấm hơi nước nhỏ.
o Độ bền cơ học và độ dẻo cao.
o Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vật liệu.
o Không cháy hoặc không dễ cháy.
o Không bắt mùi và không có mùi lạ.
o Không gây nấm mốc và phát sinh vi sinh vật.
o Không gây độc hại đối với sức khỏe con người.
o Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa…
o Gia công dễ dàng.
- Trên thực tế không có vật liệu cách nhiệt lý tưởng (thỏa các yêu cầu trên), do đó khi
chọn vật liệu cách nhiệt cần phải lợi dụng triệt để ưu điểm và hạn chế đến mức thấp
nhất nhược điểm trong từng trường hợp ứng dụng cụ thể.
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 3
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
- Các vật liệu cách nhiệt từ các chất hữu cơ nhân tạo được sử dụng rất nhiều, chúng có
tính cách nhiệt tốt như: polystirol, polyurethan, polyethilen…
- Hiện nay polystirol và polyurethan được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho các
buồng lạnh có nhiệt độ đến -180

0
C. Thường bọt polystirol bò cháy nhưng cũng có loại
không cháy do trộn các loại phụ gia chống cháy. Polyurethan có ưu điểm lớn hơn là
tạo bọt mà không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt trong các thể tích rỗng hoặc
giữa các tấm cách ẩm. Chính vì vậy mà polyurethan được sử dụng để cách nhiệt
đường ống, tủ lạnh gia đình và thương nghiệp, ôtô...Do đó, ta chọn polyurethan làm
vật liệu cách nhiệt cho thùng bảo ôn vì có những ưu điểm nêu trên.
I.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH ẨM:
- Ẩm có thể xâm nhập vào thùng bảo ôn bằng các con đường:
o Mưa rơi trên bề mặt ngoài.
o Do vật liệu xây dựng của thùng bảo ôn có khả năng hút ẩm của không khí.
o Do nước trong không khí ngưng tụ trên bề mặt ngoài.
- Không khí là hỗn hợp của O
2
, N
2
, khí trơ và hơi nước. Nhiệt độ không khí càng cao
thì áp suất riêng phần của hơi nước càng tăng nên áp suất riêng phần của hơi nước
bên ngoài thùng bảo ôn sẽ lớn hơn trong thùng bảo ôn. Từ đó hơi nước có xu hướng
luôn thâm nhập vào bên trong lớp cách nhiệt và do đó sẽ tăng tổn thất lạnh đồng
thời làm cho vật liệu cách nhiệt mau hư hỏng.
- Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bò ẩm ướt bằng cách phủ lên mặt ngoài của vật liệu
cách nhiệt 1 lớp như: bitum, keo, nhũ tương bitum, giấy dầu…Ta chọn bitum là lớp
cách ẩm phủ lên bề mặt ngoài của lớp polyurethan về phía nhiệt độ cao hơn.
I.4 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:
- Hệ thống lạnh với máy lạnh nén hơi một cấp , dàn lạnh bay hơi trực tiếp làm lạnh
sản phẩm nhờ dàn quạt đối lưu cưỡng bức. Các chi tiết thiết bò trong hệ thống lạnh
gồm có:
o Thiết bò hồi nhiệt.
o Bình tách lỏng.

o Van tiết lưu.
o Rơle nhiệt độ.
o Rơle áp suất thấp.
o Rơle áp suất cao.
o Bình chứa cao áp.
o Phin sấy lọc.
o Mắt ga.
I.4.1 Giới thiệu sơ lược về các thiết bò, chức năng và sự bố trí trong hệ thống:
- Máy nén: dùng máy nén nửa kín do Nga sản xuất.
- Thiết bò bốc hơi: là loại thiết bò bốc hơi trực tiếp (loại chùm ống có cánh), đối lưu
cưỡng bức nhờ quạt gió. Quạt hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua
đai truyền.
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 4
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
- Thiết bò ngưng tụ: là loại chùm ống có cánh đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió, hoạt
động nhờ sự truyền động của động cơ diesel qua đai truyền.
- Thiết bò hồi nhiệt: là loại ống xoắn ruột gà lồng trong ống nhằm quá nhiệt hơi hút
ra khỏi giàn lạnh và quá lạnh tác nhân lạnh trước tiết lưu giúp nâng cao hiệu quả
nhiệt động học của chu trình lạnh.
- Bình tách lỏng: được lắp trên đường hơi hút về máy nén trước thiết bò hồi nhiệt để
bảo đảm hành trình khô cho máy nén và tiết lưu được lượng tác nhân nhiều nhất.
- Van tiết lưu: hệ thống dùng van tiết lưu nhiệt tự động dựa trên sự cảm ứng nhiệt độ
của hơi ra khỏi thiết bò bốc hơi.
- Bình chứa cao áp: được bố trí về phía cao áp sau thiết bò ngưng tụ để chứa lỏng tác
nhân lạnh sau ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bò ngưng tụ
đồng thời dự trữ một lượng lỏng đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của hệ
thống.
- Phin sấy lọc: được bố trí trên đường ống dẫn lỏng trước tiết lưu và trên đường dẫn
hơi về máy nén nhằm loại ẩm và các tinh thể đá tạo thành, tránh hiện tượng tắc ẩm
cho van tiết lưu và ẩm xâm nhập vào máy nén.

- Mắt ga: được bố trí trên đường dẫn lỏng sau bình chứa cao áp để kiểm tra lượng
lỏng trong hệ thống.
- Rơle nhiệt độ: có nhiệm vụ điều khiển tự động quá trình đóng mở cho hệ thống
hoạt động hoặc ngưng hoạt động nhằm ổn đònh nhiệt độ làm lạnh theo giá trò đònh
trước.
I.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
- Hơi tác nhân lạnh ra khỏi dàn lạnh vào bình tách lỏng để tách các giọt lỏng bò lôi
cuốn theo. Phần lỏng tách được này lại tiếp tục được tiết lưu để sinh lạnh, phần hơi
được qua bình hồi nhiệt để nâng nhiệt độ hơi thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt sau
đó được hút về máy nén và được nén lên đến áp suất ngưng tụ qua thiết bò ngưng tụ,
ngưng tụ lại thành lỏng rồi được dẫn vào bình chứa cao áp. Lỏng từ bình chứa cao áp
qua bình hồi nhiệt để quá lạnh tác nhân lạnh lỏng, qua phin sấy lọc rồi qua van tiết
lưu để tiết lưu giảm áp và sôi trong dàn lạnh. Tác nhân lạnh sôi sẽ thu nhiệt của sản
phẩm cần làm lạnh và trở thành hơi đi ra ngoài.
- Khi nhiệt độ thùng xe hạ xuống dưới mứa quy đònh thì rơle nhiệt độ sẽ ngắt mạch bộ
ly hợp từ tính của máy nén, máy nén sẽ chạy không tải. Sau một khoảng thời gian
nhiệt độ trong thùng xe tăng, rơle nhiệt độ lại đóng mạch bộ ly hợp từ tính của máy
nén cho hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh của xe được mô tả trên sơ đồ sau:
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 5
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM
II.1 XÁC ĐỊNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT:
II.1.1 Kết cấu trần:
- Trần của thùng bảo ôn có kết cấu như sau:
o Lớp cách nhiệt có bề dày: δ
CN
.
o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: δ
2

.
o Hai lớp nhôm bọc bên ngoài bảo vệ có chiều dày: δ
1
.
- Để đảm bảo cho kết cấu được vững chắc, có những thanh gỗ tăng cứng và liên kết
giữa lớp nhôm bên trong và lớp bên ngoài.
- Tổng bề dày của kết cấu trần thùng xe bảo ôn được cho trong bảng sau (với δ
1
và δ
2
tự chọn):
STT VẬT LIỆU δ

(m) λ (W/mK)
1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8
2 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18
3 Lớp polyurethan cách nhiệt δ
CN
0,0325
4 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8
Σδ
0,005 + δ
CN
- Bề dày lớp cách nhiệt δ
CN
được xác đònh bằng công thức:

















++−=
∑
tri
i
ng
CNCN
K
αλ
δ
α
λδ
111
(m) (*)
λ
CN
: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/mK
K: hệ số truyền nhiệt của các vách bao che thùng bảo ôn, W/m
2

K. Trong
khoảng nhiệt độ của thùng bảo ôn từ -30
0
C đến -18
0
C thì chọn K cho phép =
0,4 W/m
2
K.
δ
i
, λ
i
: bề dày (m) và hệ số dẫn nhiệt (W/mK) của các lớp cách ly (trừ lớp
cách nhiệt).
α
ng
: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt ngoài của vách bao che, W/m
2
K
α
tr
: hệ số tỏa nhiệt từ mặt ngoài của vách bao che đến không khí trong thùng
bảo ôn, W/m
2
K
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 6
δ
1
Chương II

δ
1
δ
1
δ
2
δ
CN
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
Chọn α
tr
= 8 (W/m
2
K)
α
ng
được tính theo công thức sau:
ωα
11594 ,,
+=
ng
ω: vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s.
Chọn ω = 45km/h = 12,5 m/s, thế vào công thức ta có:
35851211594 ,,,,
≈+=
ng
α
(W/m
2
K)

Thế vào công thức tính δ
CN
ta có:
)(,
,
,
,
,
,,
, mx
CN
07610
180
0030
8
1
8203
0020
358
1
40
1
03250
≈













+++−=
δ
- Chọn δ
CN
= 0,1 (m) = 10 (cm). Bọt polyurethan sẽ được phun vào khoảng trống giữa
hai lớp nhôm bảo vệ sao cho đạt bề dày tính toán.
- Như vậy: tổng bề dày kết cấu của trần thùng bảo ôn là:
Σδ = δ
2
+ δ
CN
+ 2δ
1
= 2x0,001 + 0,1 + 0,003 = 0,105 (m).
II.1.2 Kết cấu vách bao che:
-
- - Để đảm bảo điều kiện cho không khí lạnh được đối lưu
tốt trong thùng bảo ôn và đảm bảo cho kết cấu được vững chắc, lớp nhôm bảo vệ
bên trong thùng bảo ôn có dạng sóng vuông và dọc theo vách có những thanh gỗ
tăng cứng và liên kết giữa lớp nhôm bên trong và lớp bên ngoài.
- Bề dầy lớp cách nhiệt δ
CN
được tính theo công thức tương tự như công thức (*) ở
trên:

















++−=
∑
tri
i
ng
CNCN
K
αλ
δ
α
λδ
111
)(,
,

,
,
,
,,
, mx 07610
180
0030
8
1
8203
0020
358
1
40
1
03250
≈












+++−=

- Ta chọn δ
CN
= 0,1 (m) = 10 (cm)
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 7
δ
1
δ
2
δ
CN
δ
1
- Kết cấu của vách bao che thùng bảo ôn giống tương tự như
kết cấu của trần như sau:
o Lớp cách nhiệt có bề dày: δ
CN
.
o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: δ
2
.
o Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: δ
1
.
STT VẬT LIỆU δ

(m)
λ
(W/mK)
1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8
2 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18

3 Lớp polyurethan cách nhiệt δ
CN
0,0325
4 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8
Σδ
0,005 + δ
CN
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
II.1.3 Kết cấu sàn thùng bảo ôn:
- Sàn
thùng bảo ôn có kết cấu như sau:
o Lớp cách nhiệt có bề dày: δ
CN
.
o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: δ
2
.
o Hai lớp thép không rỉ có chiều dày: δ
3
.
o Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: δ
1
.
- Lớp nhôm bảo vệ bên trong của thùng bảo ôn có dạng sóng vuông để tăng khả năng
chòu lực đồng thời giúp thoát nước dễ dàng. Để tăng cứng và khả năng chòu lực cho
thùng, ta lắp thêm các thanh gỗ chòu lực và liên kết.
STT VẬT LIỆU δ

(m)
λ

(W/mK)
1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8
2 Thép không rỉ X25T 0,001 16,7
3 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18
4 Lớp polyurethan cách nhiệt δ
CN
0,0325
5 Thép không rỉ X25T 0,001 16,7
6 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8
Σδ
0,007 + δ
CN
- Bề dày lớp cách nhiệt δ
CN
tính theo công thức (*) với các thông số α
tr
, α
ng
và K tương
tự như trên.

















++−=
∑
tri
i
ng
CNCN
K
αλ
δ
α
λδ
111
)(,
,
,
,
,
,
,
,,
, mx 07610
8203
0020
180

0030
8
1
716
0020
358
1
40
1
03250
≈












++++−=
- Ta chọn δ
CN
= 0,1 (m) = 10 (cm)
- Chiều dày từng phần của kết cấu bao che được cho trong bảng sau:
STT Phần bao che δ

(m)
1 Trần 0,105
2 Vách 0,105
3 Sàn 0,107
- Chiều dày của kết cấu bao che thùng bảo ôn không chọn theo chiều dày của từng
phần mà chiều dày chung của tổng kết cấu bao che chọn theo phần kết cấu có chiều
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 8
δ
1
δ
1
δ
3
δ
2
δ
CNN
δ
3
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
dày lớn nhất. Như vậy, chọn chiều dày của kết cấu bao che thùng bảo ôn δ = 0,107
(m).
II.2 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG:
- Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che ở trên được xác đònh lại bằng công thức
như sau:







≈
+++++
=
+++
=
∑
Km
W
K
tri
i
CN
CN
ng
th
2
310
8203
0020
8
1
180
0030
716
0020
03250
10
358
1

1
11
1
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
αλ
δ
λ
δ
α
Như vậy: K
th
< K
cho phép
= 0,4 (W/m
2
K)
- Kết cấu phải đảm bảo không đọng sương ở vách ngoài kết cấu bao che. Để đảm bảo
không đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che phải thỏa điều kiện:
đs
trng
Sng

ngth
K
tt
tt
K
=
−
−
≤
α
950,
0,95: hệ số dự trư.õ
α
ng
: hệ số tỏa nhiệt về phía có nhiệt độ cao hơn, W/m
2
K.
t
ng
: nhiệt độ không khí bên ngoài thùng bảo ôn,
0
C.
t
tr
: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn,
0
C.
t
s
: nhiệt độ điểm sương của không khí bên ngoài,

0
C.
t
s
được xác đònh dựa vào nhiệt độ không khí bên ngoài và độ ẩm trung bình.
Ta có các thông số khí tượng tại Thành phố Hồ Chí Minh như sau:
+ Nhiệt độ tuyệt đối: t
tđ
= 40
0
C
+ Nhiệt độ tối cao trung bình tháng nóng nhất: t
tc
= 34
0
C.
37
2
3440
2
=
+
=
+
=
tctđ
kk
tt
t
(

0
C)
+ Độ ẩm trung bình: ϕ
tb
= 75%.
- Từ t
kk
= 37
0
C và ϕ
tb
= 75%, dùng giản đồ I_d của không khí ẩm ta sẽ xác đònh được t
s
= 29,5
0
C.
Thế vào công thức ta có:
0284
1837
3337
358950 ,
)(
,,
=
−−
−
=
xxK
đs
(W/m

2
K)
Như vậy: K
thực
< K
đọng sương
(0,31 < 4,028)
Vách ngoài của kết cấu bao che không bò đọng sương.
 Kết cấu bao che của thùng bảo ôn với K = 0,31(W/m
2
K) và δ = 0,107 (m) là hợp lý
và có thể sử dụng để tính toán cho các bước tiếp theo.
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 9
Chương III
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
TÍNH TOÁN NHIỆT
THÙNG BẢO ÔN
- Tính nhiệt của thùng bảo ôn là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi
vào thùng bảo ôn. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công
suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn đònh giữa
thùng bảo ôn và không khí bên ngoài.
- Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt thùng bảo ôn là để xác đònh năng suất
của máy lạnh cần lắp đặt.
III.1 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỦA CÁC KẾT CẤU BAO CHE:
- Để tiện cho việc tính toán và phù hợp với thực tế, ta chọn cá làm sản phẩm đại diện
sẽ được vận chuyển và bảo quản trong thùng bảo ôn.
- Phụ tải thể tích thực tế của cá: q
v
= 0,4 tấn/m
3

.
- Thể tích chứa sản phẩm của thùng bảo ôn:
v
sp
q
G
V
=
(m
3
)
Với G = 5 tấn: dung tích thực của thùng bảo ôn.
512
40
5
,
,
=⇒
sp
V
(m
3
)
- Diện tích chứa sản phẩm của thùng bảo ôn:
sp
sp
sp
h
V
F

=
(m
2
)
h
sp
: chiều cao của sản phẩm trong thùng bảo ôn. Chọn h
sp
= 1,8 (m).
946
81
512
,
,
,
≈=⇒
sp
F
(m
2
)
- Diện tích thiết kế của thùng bảo ôn (diện tích thực tế chế tạo):
β
sp
xd
F
F
=
(m
2

)
β: hệ số xử dụng của thùng bảo ôn. Chọn β = 0,7 với thùng bảo ôn có F
xd
<
50m
2
.
70
946
,
,
=
xd
F
(m
2
)
Chọn F
xd
= 10m
2
.
- Kích thước bề mặt trong của thùng bảo ôn là: 5(m) x 2(m) x 2(m).
- Kích thước bề mặt ngoài: 5,214(m) x 2,214(m) x 2,214(m).
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 10
D = 2,214 (m)
H = 2,214 (m)
L

=

5
,
2
1
4

(
m
)
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
III.2 TÍNH TỔNG TỔN THẤT NHIỆT CỦA THÙNG BẢO ÔN:
- Dòng nhiệt tổn thất vào thùng bảo ôn Q được xác đònh bằng biểu thức:
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
Q
1
: tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh, W.
Q
2
: tổn thất lạnh làm lạnh sản phẩm, W.
Q
3
: tổn thất lạnh để thông gió, W.

Q
4
: tổn thất lạnh trong vận hành, W.
- Vì chức năng chính của xe lạnh là vận chuyển và bảo quản trong khi vận chuyển
các sản phẩm đã được làm lạnh đông từ trước nên ta có thể xem Q
2
= 0 tức là không
tính đến tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm.
- Đối với các sản phẩm rau quả thì cần tổn thất lạnh để thông gió còn các sản phẩm
thòt cá thì không cần thiết. Như vậy Q
3
= 0.
- Tổng tổn thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho thùng bảo ôn là:
Q = Q
1
+ Q
4
, W.
III.2.1 Tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh Q
1
:
Q
1
= Q
1
' + Q
1
'' + Q
1
''', W.

Q
1
': tổn thất lạnh qua các vách và mái, W.
Q
1
'': tổn thất lạnh qua sàn, W.
Q
1
''': tổn thất lạnh do bức xạ, W.
 Tổn thất lạnh qua các vách Q
1
':
Q
1
' = K.F
V
(t
ng
- t
tr
).
K: hệ số truyền nhiệt của vách và mái, W/mK.
F
V
: diện tích tính toán của các vách và mái, m
2
.
ntV
FFF .
=

t
ng
, t
tr
: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn,
0
C.
- Tổng diện tích mặt ngoài của các vách và mái:
F
n
= (3 x 5,214 x 2,214) + (2 x 2,214 x 2,214) = 44,435 (m
2
).
- Tổng diện tích mặt trong của các vách và mái:
F
t
= (3 x 5 x 2) + (2 x 2 x 2) = 38 (m
2
).
1414354438 ,,
≈=⇒
xF
V
(m
2
).
Q
1
' = 0,31 x 41,1 x (37 + 18) = 700,755 (W) .
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 11

Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
 Tổn thất lạnh qua sàn thùng bảo ôn Q
1
'':
Q
2
' = K.F
V
(t
ng
- t
tr
).
K: hệ số truyền nhiệt của sàn, W/mK.
F
V
: diện tích tính toán của sàn, m
2
.
ntV
FFF .
=
t
ng
, t
tr
: nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong thùng bảo ôn,
0
C.
- Diện tích mặt ngoài của sàn thùng bảo ôn:

F
n
= 5,214 x 2,214 ≈ 11,544 (m
2
).
- Diện tích mặt trong của sàn thùng bảo ôn:
F
t
= 5 x 2 = 10 (m
2
)
74105441110 ,,
==⇒
xF
V
(m
2
)
Q
1
'' = 0,31 x 10,74 x (37 + 18)
= 183,117 (W).
 Tổn thất lạnh do bức xạ Q
1
''':
Q
1
''' = K.F
V
.θ

b
[1]
θ
b
: Nhiệt độ dư đặc trưng của bức xạ mặt trời, K. Giá trò của θ
b
được tra theo
bảng trong tài liệu [1].
F
V
: bề mặt tính toán của vách bao che bò bức xạ mặt trời, m
2
.
K: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m
2
K.
- Q
1
''' chỉ tính cho mái trên của thùng bảo ôn và phần vách có diện tích lớn nhất của
thùng xe. Chọn vách có F
n
= 5,214 x 2,214 = 11,544 (m
2
) ở hướng Đông (hoặc Tây)
có θ
b
= 3
0
C = 3 + 273 = 278,3 (K) ứng với vách có màu sáng trắng và θ
b

= 5,3
0
C =
5,3 +273 = 278,3 (K) đối với mái bằng.
Vậy Q
1
''' = 0,31 x (10,74 x 276 + 10,74 x 278,3) = 1845,5 (W).
III.2.2 Tổn thất lạnh trong vận hành Q
4
:
- Tính tổn thất lạnh trong vận hành do vận hành quạt gió ở dàn lạnh để đối lưu cưỡng
bức dòng không khí, phân phối đều không khí lạnh trong thùng bảo ôn.
Q
4
= β.Q
1
[2]
- Đối với phòng có nhiệt độ từ -5 đến -20
0
C thì chọn β = 0,3.
Vậy Q
4
= 0,3 x (700,755 + 183,117 + 1845,5) = 818,8 (W).
 Kết quả tính toán tổng tổn thất lạnh cho thùng bảo ôn được tổng hợp trong
bảng sau:
SST LOẠI TỔN THẤT Q (W)
1 Tổn thất qua vách và mái Q
1
'. 700,755
2 Tổn thất qua sàn Q

1
''. 183,117
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 12
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
3 Tổn thất do bức xạ Q
1
'''. 1845,5
4 Tổn thất do vận hành Q
4
. 818,8
5
Tổng tổn thất Q 3548,2
- Khi tác nhân lạnh vận chuyển trong hệ thống sẽ bò tổn thất thêm 1 phần nữa, năng
suất lạnh Q
0
được tính như sau:
b
Qk
Q
.
=
0
(W)
k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bò. Đối với dàn lạnh
trực tiếp: k = 1,07.
b: hệ số thời gian làm việc, chọn b = 0,9.
44218
90
23548071
0

,
,
,,
≈=
x
Q
(W) = 4,2184 (kW)
- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén độc lập để làm lạnh thùng bảo ôn nên Q
0
= Q
MN
=
Q
DL
= Q
tính toán
TÍNH CHỌN MÁY NÉN
IV.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC:
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 13
Chương IV
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
IV.1.1 Xác đònh nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân:
- Dàn ngưng trong hệ thống lạnh của thùng bảo ôn được giải nhiệt bằng không khí để
tận dụng không khí có sẵn ngoài trời trong quá trình di chuyển và giảm được công
chuyên chở thùng chứa nước và thiết bò làm mát nước giải nhiệt nếu dàn ngưng
được giải nhiệt bằng nước.
- Nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân dùng không khí giải nhiệt được xác đònh bằng
công thức:
t
k

= t
kkra
+ ∆t
k
t
k
: nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân,
0
C.
t
kkra
: nhiệt độ không khí ra khỏi bình ngưng,
0
C.
∆t
k
: hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh ngưng tụ và không khí giải
nhiệt. ∆t
k
có giá trò trong khoảng 10 - 15
0
C. Chọn ∆t
k
= 10
0
C; chọn độ chênh
giữa nhiệt độ không khí vào và ra khỏi bình ngưng là 8
0
C. Với nhiệt độ
không khí vào ở Tp.HCM = 37

0
C ta có:
t
k
= 37 + 8 + 10 = 55 (
0
C).
IV.1.2 Xác đònh nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh:
- Nhiệt độ sôi t
0
của tác nhân lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau:
t
0
= t
b
- ∆t
0
[3]
t
b
: nhiệt độ trong thùng bảo ôn.
∆t
0
: hiệu nhiệt độ yêu cầu. Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp t
0
< t
b
từ 8 -
13
0

C. Như vậy, ∆t
0
có giá trò trong khoảng từ 8 - 13
0
C. Chọn ∆t
0
= 8
0
C ta có:
t
0
= -18 - 8 = -26 (
0
C).
IV.1.3 Chọn chu trình lạnh:
- Để đảm bảo tối ưu chế độ làm việc, chọn chu trình lạnh 1 cấp nén có quá nhiệt hơi
hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ. Chu trình được biểu diễn trên sơ đồ P_h của R22 như
sau:
1' -1: Quá nhiệt hơi hút:
∆t
qn
= t
h
- t
0
, t
h
: nhiệt độ
hơi hút vào máy nén.
1 - 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P

0
đến áp suất cao P
k
, đẳng entropi.
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 14
P
∆
h
11'
P
0
, t
0
4
1'
1
h
P
k
, t
k
3
∆
h
3'3
3'
2'
2
∆
h

11'
=
∆
h
3'3
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
2 - 2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa.
2' - 3': Ngưng tụ môi chất đẳng áp, đẳng nhiệt.
3' - 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp.
3 - 4: Quá trình tiết lưu đẳng entalpi ở van tiết lưu.
4 - 1': Quá trình bay hơi trong dàn bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt.
- Độ quá nhiệt trong hồi nhiệt của hơi hút đối với R22 = 20
0
C => nhiệt độ hơi hút vào
máy nén là: t
h
= ∆t
qn
+ t
0
= 20 - 26 = -6 (
0
C).
- Độ quá lạnh lỏng của tác nhân: ∆t
ql
= t
3'
- t
3
được xác đònh như sau:

Do quá trình quá nhiệt hơi hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ xảy ra trong thiết bò hồi
nhiệt bằng cách cho tác nhân lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt với hơi tác nhân
đi ngoài ống nên hơi lạnh sẽ nhận toàn bộ nhiệt lượng do chất lỏng nóng tỏa ra (giả
sử không có tổn thất nhiệt). Như vậy ta có:
h
1
- h
1'
= h
3'
- h
3
=> h
3
= h
3'
+ h
1'
- h
1
.
Tra bảng hoặc xác đònh trên đồ thò của R22 ta sẽ xác đònh được các giá trò h
3'
, h
1'
và
h
1
từ t
0

, t
h
và t
k
. Tính h
3
theo công thức ở trên. Từ giá trò h
3
xác đònh được, dựng một
đường thẳng song song trục P và cắt đường song song trục h đi qua các điểm 2, 2', 3'
trên giản đồ P_h. Giao điểm đó chính là điểm 3 cần tìm. Biết được vò trí điểm 3 ta
sẽ biết được giá trò của t
3
.
- Thông số của các điểm cần tính toán trên chu trình lạnh đã xác đònh được được cho
trong bảng sau:
Điểm t (
0
C) P (bar) h (kJ/kg) v (dm
3
/kg)
1 -6 1,936 406,55 127,158
1' -26 1,936 394,45 116,300
2 120 21,635 477,8 15,197
3' 55 21,635 268,62 0,9449
3 45 21,635 256,52
4 -26 1,936 256,52
IV.2 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN:
IV.2.1 Tính chọn máy nén:
Q

0MN
= 4218,4 (W) = 4,2184 (kW) = 4,2184 (kJ/s).
- Năng suất lạnh riêng khối lượng:
q
o
= h
1'
- h
4
= 394,45 - 256,52 = 137,93 (kJ/kg).
- Năng suất khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất nén qua máy nén):
03060
93137
21844
0
0
,
,
,
≈==
q
Q
m
MN
tt
(kg/s)
- Năng suất thể tích thực tế của máy nén:
V
tt
= m

tt
.v
1
= 0,0306 x 127,158.10
-3
≈ 0,0039 (m
3
/s).
- Hệ số cấp của máy nén:
λ = λ
c
. λ
tl
. λ
k
. λ
w.
λ
r
[3]
λ
c
: hệ số tính đến thể tích chết.
λ
tl
: hệ số tính đến tổn thất nhiệt do tiết lưu.
λ
w
: hệ số tính đến tổn thất do hơi hút vào xi-lanh bò đốt nóng.
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 15

Đồ án môn học QTTB GVHD: TS. Trần Văn Ngũ
λ
r
: hệ số tính đến tổn thất do rò rỉ môi chất qua pittông, xi-lanh, secmăng và
van từ khoang nén về khoang hút.
- Công thức trên có thể được viết gọn lại thành:
λ = λ
i
. λ
w'
Trong đó:










∆−
−









∆+
−
∆−
==
0
00
1
00
00
P
PP
P
PP
C
P
PP
m
kk
ktlci
λλλλ
..
Lấy ∆P
0
= ∆P
k
= 0,01 Mpa = 10000 Pa
m = 1 đối với máy nén freon.
C = 0,04: tỉ số thể tích chết.
5370

193600
10000193600
193600
100002163500
040
193600
10000193600
,
,
≈






−
−






+
−
−
=
i
λ

k
rWW
T
T
0
==
λλλ
.
'
- T
0
và T
k
: nhiệt độ tuyệt đối sôi và ngưng tụ của môi chất.
7530
55273
26273
,
'
≈
+
−
=⇒
W
λ
Vậy λ = λ
i
. λ
w'
= 0,537 x 0,753 ≈ 0,4044

- Thể tích lý thuyết do pittông quét được:
0096440
40440
00390
,
,
,
≈==
λ
tt
lt
V
V
(m
3
/s)
- Hệ số lạnh của chu trình:
941
554068477
93137
12
0
,
,,
,
=
−
=
−
=

hh
q
ε
- Tỉ số nén:
11
9361
63521
0
≈==Π
,
,
P
P
k
- Chọn máy nén pittông IIБ14 1 cấp của Nga có:
V
ltMN
= 0,0111 (m
3
/s)
Số xi-lanh: z = 2
Đường kính pittông: d = 67,5 (mm)
Số vòng quay: n = 24 (vòng/s)
- Số lượng máy nén yêu cầu:
870
01110
0096440
,
,
,

===
ltMN
lt
MN
V
V
Z
- Chọn Z = 1 máy nén.
IV.2.2 Tính động cơ lắp sẵn:
- Động cơ lắp vào máy nén phải có đủ công suất để bù đắp cho tất cả các tổn thất
xảy ra trong quá trình vận hành. Các tổn thất công suất được cho trong sơ đồ sau:
SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 16