TIỂU LUẬN KỸ THUẬT LẠNH P2

TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

DANH SÁCH NHÓM

STT

SINH VIÊN

MSSV

1

NGÔ NGỌC TOÀN

08104151

2

LÊ XUÂN THUẬN

08106151

3

PHẠM QUỐC HUY

08088091

4

TẠ NGỌC MINH

08088631

5

NGÔ VĂN TIỆN

08115801

6

LÊ KIM HUY

08103531

7

TRẦN VĂN THỌ

08099791

8
9
10

LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật lạnh là ngành khá phổ biến,đã và đang phát triển ở Việt Nam nói riêng và
trên thế giới nói chung.Ở Việt Nam chúng ta kỹ thuật lạnh được phát triển và ứng dụng

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 1


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.Thuật ngữ làm lạnh nhân tạo, nghĩa là tọa ra nhiệt độ thấp
hơn nhiệt độ môi trường xung quanh và thực hiện quá trình công nghệ khác nhau ở nhiệt
độ thấp, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc
dân.Kỹ thuật lạnh gần như cần thiết trong mọi lĩnh vực của đời sống con người.Nhiều
lĩnh vực công nghiệp và cả nông nghiệp sẽ không thể nào phát triển được nếu không có
làm lạnh nhân tạo.
Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, thông qua làm lạnh chúng ta có thể bảo quản
thực phẩm được lâu hơn so với khi không bảo quản.
Hiện nay có rất nhiều ngành đòi hỏi phải có sự đóng góp của kỹ thuật lạnh như: tin
học, máy tính, quang học, cơ khí chính xác, điện tử, dệt, bảo quản thực phẩm, điều tiết
không khí, …..Nhưng vấn đề đang được con người quan tâm nhất là thực phẩm vì đây là
nguồn năng lượng cung cấp cho con người có thể tồn tại.Thự tế ở các nước phát triển ,
việc bảo quản thực phẩm được đặt lên hàng đầu.
Riêng ở Việt Nam là vấn đề đang được quan tâm giải quyết.Đối với công nghiệp chế
biến và bảo quản thực phẩm thì yêu cầu sử dụng lạnh là tất yếu, vì vậy việc thiết kế hệ
thống lạnh hoạt động hiệu quả là yêu cầu cấp thiết đối với các nhà máy chế biến là bảo
quản thực phẩm.

1. Máy nén
1.1 Vai trò, vị trí

Trong thiết bị lạnh, máy nén dùng để hút hơi ra khỏi bình bốc hơi nhằm duy trì áp
suất không đổi trong bình bốc hơi và nén hơi đến áp suất ngưng tụ trong bình ngưng.
1.2 Phân loại
Các loại máy nén chủ yếu:
a. Máy nén pittông

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 2


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

b. Máy nén roto
c. Máy nén trục vít

Theo năng suất lạnh Qo và công suất động cơ N có thể chia ra:
a. Loại nhỏ:
Q0 ≤ 9.3 kW = 800 kcal/h
N ≤ 5 kW
b. Loại trung bình:
Qo = 9.3 ± 58 kW = 8000 ÷ 50000 kcal/h
N = 5 ÷ 20 kW
c. Loại lớn:
Qo ≥ 58 kW = 50000 kcal/h
N ≥ 20 kW
Theo nhiệt độ to có thể chia ra:

a. Máy nén một cấp khi to = (+10 ÷ –25)0C
b. Máy nhiều cấp hoặc máy bậc thang khi to = (–30 ÷ –110)0C
 Trong máy lạnh máy nén pittông là thường dùng nhất. Phân loại máy nén pittông:
 Theo sự bố trí các xylanh có thể có các loại như: nằm ngang, thẳng đứng, đặt
nghiêng góc, bố trí hình V, W, hướng tâm.
 Theo cách chuyền động qua xylanh có thể có các loại như: trực lưu (chuyển động
theo một hướng từ lúc vào đến lúc ra) và không trực lưu (hướng chuyển động thay
đổi).
 Theo cấu tạo của hệ thanh truyền và theo số lượng của khoang nén làm việc có các
loại:máy nén không có con trượt hoạt động giản đơn chỉ nén về một phía và loại
máy nén có con trượt hoạt động hai phía và nén hai phía.
 Theo số lượng cáp nén gồm có: máy nén một cấp và nhiều cấp.
 Theo cách bố trí xylanh và hộp máy (cacte) gồm có: loại đặt chung (bloc-cacte) và
đặt riêng.
 Theo độ kín và số lượng các bộ phận có thể tháo lắp gồm có: loại xylanh và động
cơ chưa trong một hộp kín hoàn toàn không tháo lắp được; loại xylanh và động cơ
chứ trong hộp không có chèn nhưng có nắp tháo mở được: loại hộp máy có chứa
hơi tác nhân lạnh chịu áp suất và có chèn đầu trục khuỷu (loại máy nén không có
con trượt); loại có hộp máy hở và chèn trục pittông ở đoạn ra khỏi xylanh (loại
máy nén có con trượt hoạt động hai phía).
 Theo cách truyền động gồm có: truyền động trực tiếp và truyền động bằng dây đai
[3]
1.3 Cơ sở tính toán máy nén hai cấp
Ta có : t0=-400C → P0=1,055 bar
tk=400C→ Pk=15,315 bar

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 3

TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

P0 15,315
=
= 14,516 > 9
PK 1, 055
→ chọn chu trình 2 cấp (không ống xoắn làm mát hoàn

toàn)

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 4


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ CỦA CHU TRÌNH
Chú thích

NHA: Máy nén hạ áp
NCA: Máy nén cao áp
NT: Thiết bị ngưng tụ
BH: Thiết bị bay hơi
BTG: Bình trung gian có ống xoắn

TL1: các van tiết lưu 1
TL2: các van tiết lưu 2

 Các quá trình nhiệt trong chu trình:

1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp.
2-3 : làm mát hoàn toàn trong bình trung gian.
3-4 : nén đoạn nhiệt cấp cao áp.
4-5 : quá trình ngưng tụ trong bình ngưng

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 5


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

5-6 : quá trình môi chất lỏng tiết lưu đẳng entanpi qua van TL1 vào bình
trung gian; phần hơi có entanpi là i8 được hút về máy nén cao áp.
7-9 : quá trình tiết lưu đẳng entanpi từ ptg về p0 qua van TL2
Thuyết minh chu trình
Máy nén hạ áp hút hơi bão hòa khô có áp suất p o, nhiệt độ to, thực hiện
quá trình ép nén đoạn nhiệt 1 đến 2, nhiệt độ tăng từ t1 = to đến t2, áp suất tăng từ po đến
ptg. Miệng ống lỏng sụt thẳng xuống dưới mức lỏng ở bình trung gian, do đó được làm
mát hoàn toàn xuống đến trạng thái bão hòa khô có nhiệt độ t 3. Hơi ở trạng thái 3 được
máy nén cao áp hút về và nén lên trạng thái 4 có áp suất ngưng tụ p k nhiệt độ ngưng tụ t4
rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ. Tại đây hơi môi chất được làm mát và ngưng tụ lại
thành lỏng nhờ thải nhiệt cho môi trường làm mát (nước, không khí) làm cho nhiệt độ

giảm từ t4 đến t5 (p = const). Môi chất tại điểm 5 qua VTL1 thực hiện quá trình tiết lưu 56, áp suất giảm từ pk xuống ptg và nhiệt độ giảm đến ttg. Tại bình trung gian môi chất được
chia làm hai nhánh.
+ Nhánh 1: lỏng sôi đi qua van tiết lưu (TL 2) để thực hiện quá trình giảm
áp từ áp suất ptg xuống áp suất po và nhiệt độ giảm xuống đến to.
+ Nhánh 2: lỏng sôi được giữ lại ở BTG để làm mát hơi quá nhiệt ở cấp
nén hạ áp.
Môi chất đi qua van tiết lưu TL 2 vào thiết bị bay hơi. Tại thiết bị bay hơi môi chất
lỏng thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và bốc hơi trở về trạng thái hơi bão hòa khô.
Do tổn thất nhiệt trên đường ống hút nên hơi môi chất trở thành trạng thái hơi quá nhiệt
trước khi vào máy nén hạ áp.
1.Xác định thông số tại các điểm của chu trình
•

Điểm 1
x=1 ở t0= -400C nên ta có :
i1= i1’’=687,38(kj/kg)

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 6


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

s1= s1’’=1,8220(kj/kgK)
v1= v1’’= 204,7.10-3(m3/kg)
•

Điểm 2
Trạng thái hơi quá nhiệt:
Ta có Ptg=

s1= s2=1,8220(kj/kgK)

Pk .P0 = 15,315.1, 055 = 4, 02bar → ttg = −7 0 C

Sử dụng phương pháp nội suy ta tìm được thông số tại điểm 2 :
4bar

4,02bar

5bar

s1’=1,8004 kj/kgK

s2’=1,7992 kj/kgK

s1=1,8220 kj/kgK

s2=1,8220 kj/kgK

s1’’=1,8252 kj/kgK

s2’’=1,8235 kj/kgK

i1’=713,54 kj/kg

i2’=718,87 kj/kg

i1=?

i2=?

i1’’=720,61 kj/kg

i1’’=726,13 kj/kg

i2 − i1
( s − s1 ) + i1
Sử dụng công thức: i= s2 − s1
ta có:

i1=719,745 kj/kg
i2=725,68 kj/kg
Vậy i tại P=4,02bar
i2 − i1
( p − p1 ) + i1 = 719,864( kj / kg )
p
−
p
2
1
i=
•

Điểm 3
x=1 tại Ptg=-70C ta có
i3=i3’’=701,61(kj/kg)

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 7


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

s3=s3’’=1,7583(kj/kgK)
v3=v3’’=58,88.10-3(m3/kg)
•

Điểm 4
Trạng thái hơi quá nhiệt: tk=400C ,Pk=15,315bar nên s3=s4=1,7583(kj/kgK)
Sử dụng phương pháp nội suy ta tìm được các thông số :
14bar

15,315bar

16bar

s1’=1,7404 kj/kgK

s2’=1,746 kj/kgK

s1=1,7583 kj/kgK

s2=1,7583 kj/kgK

s1’’=1,7668 kj/kgK

s2’’=1,7731 kj/kgK

i1’=727,36 kj/kg

i2’=732,97 kj/kg

i1=?

i2=?

i1’’=736,07 kj/kg

i1’’=741,87 kj/kg

i2 − i1
( s − s1 ) + i1
Sử dụng công thức: i= s2 − s1
ta có:

i1=733,27 kj/kg
i2=736,99 kj/kg

Vậy i tại P=15,315bar
i2 − i1
( p − p1 ) + i1 = 735, 716( kj / kg )
p
−

p
2
1
i=
•

Điểm 5

x=0 ở tk=400C ta có:
i5=i5’=549,36(kj/kg)

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 8


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

s5=s5’=1,1656(kj/kgK)
•

Điểm 6
i6=i5=549,36 (kj/kg)

•

Điểm 7

x=0 ở Ptg=4,02bar ,ttg=-70C
i7=i7’=491,82(kj/kg)
•

Điểm 8
i8= i3=701,61(kj/kg)

•

Điểm 9
i9= i7=491,82(kj/kg)

Ta có
q0= i1- i9=687,38-491,82=195,56(kj/kg)
Q0
100
=
= 0,51(kg / s )
q
196,56
0
G1 =
i 2 −i3
719,864 − 701, 64
G1 =
0,51 = 0, 0444( kg / s)
i
−
i
701,

61
−
491,82
3
7
G2 =
i6 − i7 549,36 − 491,82
=
= 0, 2743
x= i3 − i7 701, 61 − 491,82

G1 + G2 0,51 + 0,0444
=
= 0,764( kg / s)
1 − 0, 2743
G= 1 − x

* LHA=G1(i2-i1)=0,51(719,864-687,38)=16,567(kw)
* LCA=G(i4-i3)=0,764(735,716-549,36)=26,057(kw)
* Qk= G(i4-i5)=0,764(735,716-549,36)=142,367

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 9


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Q0
100
=
= 2,346
L
+
L
16,567
+
26,057
CA
HA
* ɛ=
a) Tính cấp nén cao áp (NCA)

Thể tích hơi thực tế vào xy lanh:
V =G x v3 = 0,764 x 58,88 = 44,984 (m3/kg)
Hệ số chỉ thị thể tích :
Ptg − ∆Ph

λi =

Ptg

− C(

Pk + ∆Pd Ptg − ∆Ph
−
)
Ptg

Ptg

Chọn C = 0,05
ΔPh = ΔPd = 0,1
4, 02 − 0,1
15,315 + 0,1 4, 02 − 0,1
− 0.05(
−
)
4,
02
4,
02
4,
02
λi =
=0,8321

Hệ số tổn thất không thấy được :
Ttg

λw’ = Tk

=

−7 + 273
= 0,8498
40 + 273

Hệ số lưu lượng :

λ = λi x λw’ = 0,8321 x 0,8498 = 0,7071
Thể tích chuyền dời của pittong :
V
44,984
=
= 0, 01767(m3 / s )
Vh x CA = λ 0, 7071x3600

Công suất đoạn nhiệt :
Nα = G(i4 – i3) = 0,764(735,716 – 701,61) = 26,075 (KW)
Hiệu suất chỉ thị :
ηi = λw’ + b x ttg = 0,8498 + 0,0025 x (-7) = 0,8323.

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 10


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Công suất chỉ thị :
Nα 26, 075
=
= 31,329
Ni = ηi 0,8323
(KW)

Công suất ma sát :

Nm = Vh x CA x Pm x 102 = 0, 01767 x 0,6 x 102 =1,06 (KW).
Công suất hiệu dụng :
Ne = Ni + Nm = 31,329 + 1,06= 32,389(kw)
Công suất trên trục động cơ:
N e 32, 089
=
= 33,738(kw)
η
0,96
tr
N=

Hệ số lạnh hiệu dụng
Qo
100
=
= 1, 68
N
+
N
32,389
+
27,
04
eXHA
eXCA
Ke =
b) Tính cấp nén hạ áp (NCA)

1)Năng suất lạnh riêng: q0=

i9 − i1 = 687.38 − 491.82 = 195.56(kj

2) Lưu lượng hơi thực tế đi vào xi lanh:

3) Thể tích hút thực tế:

G1 =

kg )

Q0
100
=
= 0.51(kg )
s
q0 195.56

V1 = G1v1 = 0.51x 204.7 x10−3 = 0.1126(m

3

s

)

4) Hệ số chỉ thị thể tích:
λ1 =

p + ∆ph p0 − ∆ph 1.055 − 0.1x0.986

p0 − ∆ph
4.02 + 0.1x0.986 1.055 − 0.1x0.986
− C ( tg
−
)=
− 0.05(
−
p0
p0
p0
1.055
1.055
1.055

5) Hệ số tổn thất không thấy được:

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

λw =

T0 273 − 40
=
= 0.876
Ttg
273 − 7

Page 11


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

6) Hệ số lưu lượng:5 λ = λi xλw = 0.876 x0.76 = 0.66576
7) Thể tích chuyển dời của pittong:
8) Công suất đoạn nhiệt:

VhxHA =

V1 0.1126
=
=
λ 0.65892 0.1706(m3/s)

Nα = G1 (i2 − i1 ) − 0.51(719.654 − 768.36) = 16.46 (Kw)

ηi = λw ' + bt0 = 0.867 + 0.0025 x(−40) = 0.907

9) Hiệu suất chỉ thị:
Với R22 ta chọn b=0.0025

10) Công suất chỉ thị:

Ni =

N a 16.46
=
= 17.03
ηi 0.907
(Kw)

N m = VhxHA pm 102
V1 0.1126
=
= 0.16913(m3 / s )
λ 0.66567
Pm = 0.6(bar )

VhxHA =

11) Công suất ma sát:

N m = 0.1693 x0.6 x102 = 10,1478

với R22 ta chọn pm=0.6 bar
12) Công suất hiệu dụng: N e = N i + N m = 17.03 + 10.01 = 27.04(kw)

13)Công suất trên trục động cơ:

N=

N e 27.04
=
= 28.463(kw)
ηtr
0.95

Ta chọn hiệu suất 0.95
2. Thiết bị ngưng tụ
2.1 Vai trò, vị trí

Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất
lạnh trạng thái lỏng. Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định
đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ, và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn của
toàn hệ thống lạnh. Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả:
2.2 Phân loại

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 12


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Thiết bị ngưng tụ có nhiều loại và nguyên lí làm việc cũng rất khác nhau. Có thể
phân loại thiết bị ngưng tụ theo nhiều đặc tính khác nhau: theo môi trường làm mát, theo
đặc điểm cấu tạo, theo đặc điểm đối lưu của không khí. Trong phần này ta chỉ đi sâu vào
nghiên cứu ưu và nhược điểm của từng loại để chọn ra thiết bị ngưng tụ thích hợp nhất về
yêu cầu kĩ thuật, kinh tế… cho hệ thống
1) Bình ngưng giải nhiệt bằng nước
a) Bình ngưng ống chùm nằm ngang
Bình ngưng ống chùm nằm ngang là thiết bị ngưng tụ được sử dụng rất
phổ biến cho các hệ thống máy và thiết bị lạnh hiện nay. Môi chất sử dụng có thể
là NH3 hoặc frêon

Hình 2.2 Bình ngưng ống chùm nằm ngang
Ưu điểm
1.1.1.

Bình ngưng ống chùm nằm ngang giải nhiệt bằng nước nên hiệu quả giải
nhiệt rất cao, mật độ dòng nhiệt khá lớn q = 3000 ÷ 6000 W/m 2, k=800÷1000
W/m2K, Δt = 5÷6K
1.1.2.
Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường
1.1.3.
Cấu tạo chắc chắn, gọn và thích hợp lắp đặt trong nhà, suất tiêu hao kim
loại nhỏ, độ thẩm mỹ cao
1.1.4.
Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh và vận hành
1.1.5.
Ít hư hỏng và tuổi thọ cao: do thường xuyên chứa nước nên bề mặt trao đổi
nhiệt hầu như không tiếp xúc với không khí, tốc độ ăn mòn diễn ra chậm
• Nhược điểm
1.1.6.
Đối với các nhà máy có hệ thống đông lạnh lớn thì sử dụng bình ngưng
không phù hợp vì khi đó đường kính bình quá lớn, không đảm bảo an toàn
1.1.7.
Chi phí đầu tư lớn vì khi sử dụng thiết bị bắt buộc phải trang bị thêm hệ
thống nước giải nhiệt gồm: tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, đường ống…
•

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 13


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH
1.1.8.

NHÓM: 07

Quá trình bám bẩn trên bề mặt đường ống khá nhanh, phải thường xuyên vệ
sinh, xả cặn bẩn bằng hóa chất hoặc cơ khí
b) Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng

Hình 2.3 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng
Ưu điểm
1.1.9.
Hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn, phụ tải nhiệt của bình đạt 4500 W/m 2 với
Δt = 4÷5K, hệ số truyền nhiệt 800÷1000 W/m2K
1.1.10.
Thích hợp cho hệ thống công suất trung bình và lớn, không gian chật hẹp,
phải bố trí bình ngưng ngoài trời
1.1.11.
Khả năng bám bẩn ít do các ống trao đổi nhiệt đặt đứng
1.1.12.
Lỏng môi chất và dầu chảy ra ngoài thuận lợi, thu hồi dầu dễ dàng, do đó
bề mặt trao đổi nhiệt được giải phóng nhanh
• Nhược điểm
1.1.13. Chế tạo, vận chuyển, lắp đặt, vận hành khá phức tạp
1.1.14. Lượng nước tiêu thụ lớn nên chỉ thích hợp ở nơi dồi dào
nguồn nước
c) Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống
Được sử dụng rộng rãi trong các máy lạnh nhỏ, đặc biệt là các máy điều
hòa không khí công suất trung bình. Thiết bị gồm 2 ống đồng lồng vào nhau và
cuộn lại cho gọn. Nước chuyển động bên trong ống, môi chất lạnh chuyển động
ngược lại ở phần không gian giữa các ống
•

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 14


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Ưu điểm: hiệu quả trao đổi nhiệt lớn, thiết bị nhỏ gọn
• Nhược điểm: chế tạo tương đối khó khăn, lưu lượng môi chất nhỏ do chỉ chuyển
động vào ra một ống duy nhất. Do đó thiết bị chỉ thích hợp đối với hệ thống nhỏ
và trung bình
d) Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản
Cấu tạo có đặt trưng là gợn sóng được dập trên các tấm kim loại có tác
dụng làm rối dòng chuyển động của môi chất và như vậy tăng hệ số truyền nhiệt
• Ưu điểm
1.1.15.
Do được ghép từ các tấm bản mỏng nên diện tích trao đổi nhiệt khá lớn, cấu
tạo gọn
1.1.16.
Dễ tháo lắp để vệ sinh, sửa chữa thay thế
1.1.17.
Hiệu quả trao đổi nhiệt cao
• Nhược điểm
1.1.18.
Chế tạo rất khó khăn
1.1.19.
Khả năng rò rỉ đường nước lớn
2) Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí

a) Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi
• Ưu điểm
1.1.20. Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất có thể thiết kế rất lớn
1.1.21. Ít tiêu tốn nước vì nước được sử dụng theo kiểu tuần hoàn
1.1.22. An toàn, dễ chế tạo, vận hành và sửa chữa
• Nhược điểm
1.1.23. Năng suất lạnh riêng nhỏ nên suất tiêu tốn vật liệu khá lớn
1.1.24.
Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí
nên bị ăn mòn mạnh. Buộc phải nhúng kẽm nóng chống ăn mòn
1.1.25.
Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào khí hậu và thay đổi theo mùa trong năm
1.1.26.
Chỉ thích hợp lắp đặt ngoài trời
b) Dàn ngưng kiểu tưới
• Ưu điểm
1.1.27. Hiệu quả trao đổi nhiệt cao.
1.1.28.
Suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ do không sử dụng các thiết bị phụ
như khung đỡ, bao che
1.1.29.
Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, có thể sử dụng nước bẩn do dàn ống để trần,
rất dễ vệ sinh, thích hợp cho nông thôn
1.1.30.
So với bình ngưng ống vỏ, tiêu hao nước không lớn, lượng nước bổ sung
chỉ khoảng 30% lượng nước tuần hoàn
• Nhược điểm
1.1.31.
Khi làm việc nước thường bắn ra xung quanh nên chỉ lắp đặt xa khu nhà
xưởng

•

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 15


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Do thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí nên dàn bị ăn mòn rất
nhanh, nếu không được nhúng kẽm nóng sẽ bị hư hỏng rất nhanh
1.1.33.
Hiệu quả giải nhiệt phụ thuộc môi trường khí hậu
3) Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí
• Ưu điểm
1.1.34. Không sử dụng nước nên chi phí vận hành giảm
1.1.35. Không sử dụng hệ thống bơm, tháp giải nhiệt nên ít tốn kém
và không làm ẩm ướt khu nhà xưởng, có thể treo tường hoặc lắp
mái
1.1.36. Thiết bị đơn giản và dễ sử dụng, ít hư hỏng hay bị ăn mòn
• Nhược điểm
1.1.37.
Mật độ dòng nhiệt thấp nên kích thước lớn, thiết bị cồng kềnh, chỉ thích
hợp cho công suất nhỏ
1.1.38. Hiệu quả trao đổi nhiệt phụ thuộc nhiều vào khí hậu
2.3 Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ
1.1.32.

3.4.3.1 Điều kiện làm việc của thiết bị
- Phụ tải nhiệt bình ngưng:
Qk = 142,367 kW
- Nhiệt độ nước làm mát bình ngưng:
tw1 = 200C
tw2 = tw1 + ∆tW = 20 + 5 = 250C
Hiệu nhiệt độ nước làm mát: Δtw = = 50C
0
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: θ m = 4 C

Từ công thức:
θm =

∆t w1
t −t
ln k w1
tk − t w 2

Ta xác định được nhiệt độ ngưng tụ tk
tk =

tw 2 e
e

∆t w/θm

∆tw/θm

− t w1
−1

=

25 xe5/4 − 20
=
e5/ 4 − 1
270C

- Lưu lượng nước qua bình ngưng:

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 16


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH
Gw =

Qk
142,367
=
= 6,8
c p .∆t w 4,183 x5

NHÓM: 07

kg/s

- Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng: ống bằng đồng thau không có cánh
ρ = 8800 kg/m3

λ = 100 W/mK
dng = 25 mm
dtr = 20 mm
s = 2 mm
3.4.3.2 Hệ số tỏa nhiệt về phía nước giải nhiệt
- Chọn tốc độ nước trong bình ngưng ωw = 1,6 m/s, nhiệt độ trung bình trong bình ngưng
là 200C
- Số ống trong 1 lối bình ngưng:
n1 =

4Gw
Π.dtr2 .ρ w .ωw

Nhiệt độ trung bình tw = 200C
ρw = 998.2 kg/m3
λ = 0,515 W/mK
ν = 1,00.10-6 m2/s
Pr = 7,02
Nên

n1 =

4 x6,8
= 13,56
3,14 x0, 022 x998, 2 x1, 6

Chọn n1 = 14 ống, tốc độ nước thay đổi không đáng kể
-

Xác định hệ số tỏa nhiệt αi từ vách trong của ống tới nước làm mát:

Re =

ωw xd tr
1, 6 x0, 02
=
= 0, 032 x106
−6
ν
1, 006 x10

Nu = 0, 021.Re0,8 .Pr 0,43 = 0, 021x320000,8 x7, 020,43 = 185,8

Vậy hệ số tỏa nhiệt phía nước là:

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 17


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH
αw =

NHÓM: 07

Nu.λ 185,5 x0,515
=
= 4784, 6
dtr
0,02
W/m2K

3.4.3.3 Hệ số tỏa nhiệt về phía môi chất: ngưng tụ trên chùm ống trơn nằm ngang

di da
N¦ í c lµm m¸t

qi

twtb

Lí p cÆ
n bÈn
Lí p v¸ch èng

tv
∆ttb

tk
∆tv

M«i chÊt l¹nh trong èng

qa

Hình 3.2 Trường nhiệt độ trên ống ngưng tụ nằm ngang
Gọi hiệu nhiệt độ trung bình logarit θ m là hiệu nhiệt độ tk – twtb và Δtv là độ chênh
nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ ngưng tụ và vách ngoài Δtv = tk – tv ta có:
tv - twtb = θ m – Δtv
Như vậy:
qi =

trong đó:

Σ

tv − t wtb
θ − ∆tv
= m
= A(θ m − ∆tv )
δi
δ
1
1
+Σ
+Σ i
αi
λi α i
λi

δi
λi là tổng nhiệt trở của vách và cặn bẩn, lấy bằng 26.10-5 m2K/W
A=

1
1
=
= 2132,18
δi
1
1

+ 26.10−5
+Σ
αw
λi 4784, 6

Như vậy:

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 18


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

qw = A ( θ m - Δtv) = 2132,18x0,7 θ m = 2132,18x0,7x4= 5970,1 W/m2
trong đó: Δtv = 0,3 θ m =1,20C
Xác định số ống m theo đường chéo lục giác bình ngưng:
m = 0, 75 3

Qk
qw .s.d tr .k

với s – bước ống ngang; s = 1,3xdng = 1,3.0,025 = 0,0325
k=l/Di = 8 – tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong của than
m = 0, 75 3

142367
= 14, 03

4179, 07 x0, 0325 x0, 02 x8

Chọn m = 14 ống. Đây cũng là số ống theo chiều ngang nz
Hệ số tỏa nhiệt về phía môi chất đối với hơi R22 ngưng trên ống trơn nằm ngang:
α = 0, 72 4
Fng

Đối với ống trơn:ψ c = 1 và Ftr
-

=

F
∆i.ρ 2 λ 3 .g
ψ h .ψ c .∆tv 3/4 ng
ν .d ng
Ftr

; W/m2K

d ng
dtr =1,25

Hiệu entalpi môi chất lạnh vào và ra khỏi bình ngưng:
Δi = 186,356 kJ/kg

-

Khối lượng riêng R22 lỏng trong bình ngưng ρ = 1187 kg/m3

-

Hệ số dẫn nhiệt môi chất λ = 0,084 W/(m K)

-

Độ nhớt động học môi chất ν = 0,1963.10-6 m2/s

-

Đường kính ngoài ống dng= 0,025 m

-

Hệ số thay đổi tốc độ màng hơi và dòng nước từ trên xuống
ψh = (nz/Z)-0,167= 4,5-0,167 = 0,778

Vậy:
α 2 = 0, 72 4

186,356 x 21187 2 x 0, 0843 x9,81
x 0, 778 x∆tv 3/4 x1, 25 = 3051,5 x∆tv 3/4
−6
0,1693.10 .0, 025
W/m2K

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 19

TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất:
−0,25
0,7 5
qa = α2. ∆tv
= 3051,5. ∆t v

Hệ phương trình xác định mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt trong ống:
qw = 2132,18( 4 −∆tv )

{

qa = 3051,5 ∆tv0 ,75

Ta vẽ đồ thị theo bảng sau:
∆tv
qw
qa

1
6396,54
3051,5

1,4
5543,7
3924,4

1,8
4690,8
4742,1

2,2
3837,9
5512,3

Hình 3.3 Giải hệ phương trình qi và qa bằng đồ thị
Giải hệ phương trình trên bằng phương pháp đồ thị ta được:
q = 4600W/m2

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 20


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07
∆t v = 1,8 K

3.4.3.4 Tính diện tích truyền nhiệt và chiều dài ống
- Tổng số ống trong bình:
n = 0,75.(m2 -1)+ 1 = 0,75(142 -1)+ 1 = 147 ống
n 147
=
= 10,5
n

14
1
- Số đường nước: z=
;chọn z=11
- Lúc đó n=14x11=154
- Ta phải chọn giá trị của m tăng ,chọn m=15

Ta có n=0,75(152-1)+1=169
- Để sử dụng phần dưới của bình ngưng làm bình chứa ,chúng ta phai bỏ bớt đi 3

hàng ống cuối cùng.số ống bỏ đi là:
m +1
16
+ (1 + 2 + ..... + (i − 1) = 3 + 3 = 27
2
n’=i 2

số ống còn lại : n’’=n-n’=169-27=142 ống; thiếu 5 ống ta cố thể bố trí ở phía trên
của binh ngưng.
- Đường kính mặt sang : D=m.S=0,0325x14=0,455m

- Diện tích bề mặt trao nhiệt
F=

Q 142367
=
= 31
q
4600
m2

- Chiều dài mỗi ống:
Ftr
31
=
= 3, 2m
Π
.
d
.
n
3,14
x
0,
02
x
154
tr
l=

3. Thiết bị bay hơi
.3 Vai trò, vị trí

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 21


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hóa hơi gas bão hòa ẩm sau tiết lưu đồng thời
làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén,
thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được
trong hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian
và hiệu quả làm lạnh. Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian
làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng không đảm bảo. Ngược lại khi diện tích trao đổi nhiệt
quá lớn so với yêu cầu thì chi phí đầu tư cao, độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn gây tăng
công suất nén do nhiệt độ cuối quá trình nén cao
.3 Phân loại
a) Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng
• Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng
Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng có cấu tạo tương tự bình ngưng tụ ống
chùm nằm ngang và có thể chia thành hai loại:

Hình 2.4 Bình bay hơi NH3
2.1.1.
Bình bay hơi NH3: môi chất lạnh bay hơi bên ngoài ống trao đổi nhiệt, chất
lỏng cần làm lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt. Ưu điểm chính là
chất tải lạnh tuần hoàn trong hệ thống kín không lọt không khí vào trong nên giảm ăn
mòn
2.1.2.
Bình bay hơi frêon: có 2 loại là môi chất sôi ngoài ống và trong ống. Trong
đó, loại môi chất sôi trong ống thường được sử dụng để làm lạnh các môi chất có
nhiệt độ đóng băng cao như nước trong hệ thống water chiller.
• Dàn lạnh panen
Dàn lạnh panen thường dùng để làm lạnh các chất lỏng trong chu trình
hở. Dàn gồm hai ống góp lớn nằm phía trên và phía dưới, được nối bởi các ống trao

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 22


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

đổi nhiệt dạng thẳng và trơn. Môi chất đi vào ống góp lớn và đi ra ống góp trên,
chuyển động và sôi trong ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động ngang qua ống
Nhược điểm của dàn lạnh pannen ống thẳng là quảng đường của môi
chất quá ngắn và kích thước cồng kềnh
• Dàn lạnh xương cá
Dàn lạnh xương cá sử dụng phổ biến trong hệ thống làm lạnh nước hoặc
nước muối, cấu tạo giống dàn lạnh panen nhưng các ống trao đổi nhiệt được uốn
cong
• Dàn lạnh tấm bản
Dùng làm lạnh nhanh các chất lỏng như dịch đường và glicol trong công
nghiệp bia. Nhược điểm là chế tạo rất phức tạp, chỉ các hãng nổi tiếng mới có khả
năng, do đó khi hư hỏng không có vật tư thay thế.
b) Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
• Dàn lạnh đối lưu tự nhiên
Dàn lạnh đối lưu tự nhiên không dùng quạt được dùng để làm lạnh
không khí trong các buồng lạnh. Dàn có thể lắp đặt áp trần hoặc áp tường, ống trao
đổi nhiệt là ống trơn hoặc ống có cánh bên ngoài. Cánh tản nhiệt là cánh thẳng hoặc
cánh xoắn. Nhược điểm của dàn lạnh đối lưu tự nhiên là hiệu quả trao đổi nhiệt thấp
nên ít được sử dụng
• Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức
Dàn lạnh đối lưu không khí cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi trong

các hệ thống lạnh để làm lạnh không khí như kho lạnh, thiết bị cấp đông, hệ thống
điều hòa không khí…
Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức có hai loại: loại ống đồng và ống sắt.
Thường các dàn được làm cánh nhôm hoặc cánh sắt. Dàn lạnh có vỏ bao bọc, lồng
quạt, ống khuếch tán gió, ống xả nước ngưng. Việc xả nước ngưng thường được thực
hiện bằng điện trở xả băng. Mỗi dàn có từ 1 đến 6 quạt, hút không khí chuyển động
qua các dàn
Với dàn lạnh ống trơn NH3 có k = 35÷43 W/m2K, frêon có k = 12
W/m2K.
.3 Tính toán thiết kế thiết bị bay hơi
Giả thiết nhiệt độ hiệu của nhiệt độ vào và ra của muối là 4 k.
∆tb = 4 K. (∆tb = tb1 –tb2 ).
Hiệu nhiệt độ tối thiểu giữa nước và muối và môi chất lạnh sôi chọn ∆tmin =5 K như vậy
nhiệt độ sôi là:

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 23


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

t0 = tb2 - ∆tmin
→ ∆tb2 =t0 +tmin = -40 + 5 = -35 oC
Nhiệt độ của nước muối khi vào bình bay hơi là:
tb1 = tb2 + ∆tb = -35 + 4 = -31 oC
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit trong bình bay hơi là :
∆tmax − ∆tmin

∆t
ln max
∆tmin
∆tb =

Với ∆tmax = tb1 – t0 = -31 +40 = 9 K
∆tmin = tb2 – t0 = -35 + 40 = 5 K
⇒ tb =

9−5
9
ln
5 = 6,8 K

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là – 40 oC như vậy phải chọn dung dịch có nhiệt độ đông

(
) là
đặc của tải lạnh tđ phải tương đối nhỏ hơn t0 từ 5 – 8 oC . Từ đó, nếu 0
sử dụng NaCl còn nếu nhiệt độ thấp hơn thì phải sử dụng CaCl2. Ở đây ta sử dụng CaCl2.
Chọn dung dịch CaCl2 nồng độ khối lượng là 28,5 o/o cos nhiệt độ đông đặc là -43,6 oC
o

t ≥ − 16 ÷ 13 C

Tính chất vât lý của nước muối ở nhiệt độ trung bình -8 oC
0
+ Thành phần khối lượng ξ = 28,5 0
-

+ Khối lượng riêng ρ = 1232 kg/m3
+ Nhiệt dung riêng Cp= 2,767 KJ/Kg.K
+ Hệ số dẩn nhiệt λ = 0,526 W/mK
+ Độ nhớt động ν = 5,86x 10-6 m2/s
+ Trị số Prandlt Pr = 39,5
Bề mặt trơn, kéo liền, đường kính trong d1 = 5,02 m, đường kính ngoài d2 = 0,025 m

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 24


TIỂU LUẬN KĨ THUẬT LẠNH

NHÓM: 07

Với tốc độ nước muối đi trong ống wb = 1,5 m/s , số ống trong một lối là :
n1 =

4Q0
4.100
=
= 15,56
2
w bπ d1 C p Pb ∆tb 1,5.3,14.0, 022.1232.4

ống

Chọn 16 ống , khi đó tốc độ thực của nước muối là
wb =

4Q0
4.100
=
= 1, 46
2
n1π d1 C p Pb ∆tb 16.3,14.0, 02 2.1232.4

m/s

Trị số Reynolds:
Re =

wdi 1, 46.0, 02
=
= 4982
v
5,86.10−6
là chế đọ chảy quá độ nên :

Nu = 0,021Re0.18Pr0,43.
Trong đó

ξ qd

ξ qd

hệ số hiệu chỉnh tính đến chế độ ở Re =4982

⇒ Nu= 0,021.49820,18.39,50,43.0,909 = 84,19

Hệ số tỏa nhiệt phía nước muối lấy chuẩn theo bê mặt trong của ống
α bi =

Nu.λ 84,19.0,526
=
= 2214, 2
di
0,02
w/m2.K

Mật độ dòng nhiệt phía nước muối
qbi =

∆tb

δ
1
+∑ i
α bi
λi

=

6,8
1
+ 8,3.10−3
2214, 2

= 5433

δi

Trong đó ta chọn

∑λ

i

= 8,3.10-3 m2K/W

Mật độ dòng nhietj phía môi chất lạnh qui đổi theo bề mặt trong
qbi = 580θ 1,667

Fa
0, 025
= 580.θ 1,667
= 725θ 1,667
Fi
0, 02

GVHD: NGUYỄN VĂN PHA

Page 25