NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ, ẨM ĐỘ, ÁNH SÁNG TỰ ĐỘNG BẰNG PLC 4m3.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH

WX

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ, ẨM ĐỘ, ÁNH SÁNG TỰ ĐỘNG BẰNG PLC 4m3.

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NGỌC SANG
NGUYỄN ĐĂNG TỐ
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2005-2009

Tháng 06/2009

i


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỊNH ÔN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ,
ẨM ĐỘ, ÁNH SÁNG TỰ ĐỘNG BẰNG PLC 4m3.

Tác giả

NGUYỄN NGỌC SANG
NGUYỄN ĐĂNG TỐ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:
Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng
Kỹ sư Đào Duy Vinh

Tháng 6 năm 2009

ii


MỤC LỤC

Chương 1 .........................................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.

Giới thiệu .................................................................................................................1

2.

Mục đích đề tài: .......................................................................................................2

Chương 2 .........................................................................................................................3
TỔNG QUAN..................................................................................................................3
2.1.

Ảnh hưởng của các yếu tố vi sinh vật đến đời sống côn trùng:........................3

2.1.1.

Yếu tố nhiệt độ: .........................................................................................3

2.1.2.

Yếu tố độ ẩm: ............................................................................................5

2.1.3.

Yếu tố ánh sáng: ........................................................................................6

2.1.4.

Yếu tố gió: .................................................................................................7

2.2.

Tổng quan về hệ thống định ôn: .......................................................................7

2.2.1.

Vai trò của hệ thống định ôn: ....................................................................7

2.2.2.

Cấu tạo của hệ thống định ôn:...................................................................7

2.2.3.

Nguyên lý hoạt động: ................................................................................8

2.2.4.

Một số hệ thống định ôn:...........................................................................8

2.3.

Tổng quan về hệ thống lạnh: ..........................................................................10

2.3.1.

Vai trò của kỹ thuật lạnh: ........................................................................10

2.3.2.

Cấu tạo cơ bản của máy lạnh: .................................................................10

2.3.3.

Tìm hiểu về các bộ phận chính trong hệ thống lạnh: ..............................11

2.4.

Tổng quan về không khí ẩm: ..........................................................................29

2.4.1.

Tính chất không khí ẩm:..........................................................................29

2.4.2.

Các thông số của không khí ẩm: .............................................................30

2.4.3.

Giới thiệu giản đồ trắc ẩm:......................................................................33

2.4.4.

Quá trình làm lạnh giảm ẩm không khí:..................................................34

2.4.5.

Quá trình gia nhiệt và gia ẩm không khí: ................................................35

2.5.

Tổng quan về PLC (Programmable Logic Controller):..................................36

2.5.1.

Đặc điểm bộ điều khiển logic khả trình (PLC): ......................................36
iii


2.5.2.

Thành phần bộ điều khiển logic khả trình PLC: .....................................36

2.5.3.

Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển logic khả trình PLC:.........................37

2.5.4.

Hoạt động của bộ điều khiển logic khả trình PLC:.................................40

2.5.5.

Trạng thái của bộ điều khiển logic khả trình PLC: .................................40

2.5.6.

Phân loại PLC:.........................................................................................40

2.6.

Chọn các chế độ làm việc: ..............................................................................41

2.6.1.

Chọn phương pháp làm lạnh: ..................................................................41

2.6.2.

Chọn môi chất lạnh: ................................................................................41

2.6.3.

Chọn chu trình lạnh:................................................................................42

2.6.4.

Chọn các thông số làm việc: ...................................................................44

Chương 3 .......................................................................................................................45
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ........................................................................45
3.1.

Phương pháp nghiên cứu: ...............................................................................45

3.2.

Phương tiện:....................................................................................................45

Chương 4 .......................................................................................................................46
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ...................................................................................................46
4.1.

Nghiên cứu và khảo nghiệm tủ định ôn:.........................................................46

4.1.1. Khảo sát thiết bị định ôn tại khoa Nông Học được chế tạo bởi trung tâm
Công Nghệ Nhiệt Lạnh trường ĐHNL TPHCM:..................................................46
4.1.2.

Cấu tạo:....................................................................................................48

4.1.3.

Nguyên lý hoạt động: ..............................................................................50

4.2.

Tính toán, thiết kế hệ thống định ôn:..............................................................51

4.2.1.

Các yêu cầu thiết kế: ...............................................................................51

4.2.2.

Lựa chọn mô hình hệ thống định ôn: ......................................................51

4.2.3.

Tính toán các thông số hình học của hệ thống:.......................................51

4.2.4.

Tính toán hệ thống lạnh của hệ thống định ôn:.......................................52

4.2.5.

Tính toán hệ thống phun ẩm:...................................................................62

4.3.

Hệ thống điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng bằng PLC: ...........................64

4.3.1.

Chọn thiết bị cảm biến: ...........................................................................65

4.3.2.

Giải thuật các sơ đồ nguyên lý hoạt động của PLC: ...............................67

4.3.3.

Sơ đồ mạch động lực của cơ cấu chấp hành: ..........................................72
iv


Chương 5 .......................................................................................................................74
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................................74
5.1.

Kết luận:..........................................................................................................74

5.1.1

Khảo nghiệm: ..........................................................................................74

5.1.2

Thiết kế:...................................................................................................75

5.2.

Đề nghị:...........................................................................................................75

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................76
PHỤ LỤC ......................................................................................................................77

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống định ôn.................................................................8 
Hình 2.2: Tủ định ôn SanYo model MRL – 351H..........................................................9 
Hình 2.3: Tủ định ôn Bioclim 1100 Vario. .....................................................................9 
Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo máy lạnh nén hơi. ...................................................................11 
Hình 2.5: Sơ đồ phân loại tổng quát máy nén lạnh dùng trong máy lạnh nén hơi........12 
Hình 2.6: Hệ số cấp λ phụ thuộc vào tỉ số nén ∏ = p k p /TL6/..................................13 
o
Hình 2.7: Sự phụ thuộc của η e vào tỷ số áp suất p k p /TL6/. ....................................14 
o
Hình 2.8: Quá trình làm lạnh giảm ẩm không khí.........................................................35 
Hình 2.9: Quá trình gia nhiệt đẳng ẩm không khí. ........................................................36 
Hình 2.10: Mô hình tổng quát của một PLC. ................................................................37 
Hình 2.11: Sơ đồ cấu trúc phần cứng PLC....................................................................37 
Hình 2.12: Chu trình hồi nhiệt.......................................................................................42 
Hình 4.1: Mô hình cấu tạo của thiết bị định ôn tại khoa Nông Học. ............................48 
Hình 4.2: Các hình chiếu của thiết bị định ôn tại khoa Nông Học................................50 
Hình 4.3: Kích thước sơ bộ của hệ thống định ôn.........................................................51 
Hình 4.4: Giản đồ trắc ẩm thể hiện quá trình gia ẩm. ...................................................63 
Hình 4.5: PLC LOGO loại 12/24RC. ............................................................................64 
Hình 4.6: Cảm biến nhiệt PT100...................................................................................65 
Hình 4.7: Cảm biến ẩm..................................................................................................66 
Hình 4.8: Sơ đồ các thiết bị cơ bản trong hệ thống PLC...............................................66 

Hình 4.9: Mạch điều khiển bằng PLC LOGO!. ............................................................67 
Hình 4.10: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng tự động.....68 
Hình 4.11: Sơ đồ giải thuật điều khiển nhiệt độ............................................................68 
Hình 4.12: Giải thuật điều khiển nhiệt độ. ....................................................................70 
Hình 4.13: Sơ đồ giải thuật điều khiển ẩm độ...............................................................71 
Hình 4.14: Giải thuật ẩm độ. .........................................................................................72 
Hình 4.15: Giải thuật ánh sáng theo chu kỳ 5 phút. ......................................................72 
vi


Hình 4.16: Sơ đồ mạch điện điểu khiển máy nén, đèn, bơm, quạt................................72 
Hình 4.17: Sơ đồ mạch điện điều khiển các van bướm.................................................73 

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các vùng nhiệt độ và độ ẩm có hiệu quả khác nhau đối với loài Carpocapsa
pomonella L. ( C. Manolache, 1965 )..............................................................................5 
Bảng 2.2: Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu /TL6/. ...................................................15 
Bảng 2.3: Hệ số tỏa nhiệt α bên ngoài và bên trong vách tủ /TL7/...............................16 
Bảng 2.4: Nhiệt dung riêng của một số chất rắn /TL6/. ................................................17 
Bảng 2.5: Các giá trị k và qF kinh nghiệm. ...................................................................23 
Bảng 2.6: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi /TL6/. ..............................................24 
Bảng 2.7: Độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi chất và chất tải lạnh /TL6/. ............25 
Bảng 2.8: Hiệu nhiệt độ yêu cầu của một số dàn bay hơi. ............................................25 
Bảng 2.9: Hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm k, W/m2.K..................................................26 
Bảng 2.10: Kích thước của các dàn cánh /TL3/. ...........................................................27 
Bảng 4.1: Các thông số điểm nút của chu trình hồi nhiệt. ............................................57 

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
“Kỹ thuật lạnh” đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong
nhiều ngành kỹ thuật khác nhau, đặt biệt là trong công nghiệp. Bên cạnh đó, “tự động
hóa” cũng chiếm giữ vai trò không nhỏ trong công nghiệp. nó giúp tiết kiệm sức lao
động, thời gian, và nâng cao năng suất. việc kết hợp “kỹ thuật lạnh” và “tự động hóa”
đã tạo ra nhiều loại máy móc hiện đại phục vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu…
Trong kỹ thuật sinh học lai tạo giống phục vụ ngành nông, lâm nghiệp, yêu cầu
thực tế đặt ra là cần lai tạo ra những giống cây có khả năng chịu đựng điều kiện khí
hậu khắc nghiệt để có thể gieo trồng ở những vùng khí hậu nhất định. Có những giống
đòi hỏi chịu đựng nhiệt độ cao, không khí khô hạn, có giống đòi hỏi phải chịu đựng
khí hậu lạnh, ẩm ướt. do đó, các kỹ sư đã chế tạo ra một thiết bị đáp ứng được những
yêu cầu trên, đó là “thiết bị định ôn”. Thiết bị định ôn có thể điều chỉnh được những
thông số: nhiệt độ, độ ẩm, cường độ chiếu sáng…
Được sự hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng, chúng tôi xin thực hiện đề
tài: “Khảo nghiệm, thiết kế thiết bị định ôn điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng tự
động bằng PLC”.
Vì phạm vi đề tài rộng và mới, cộng với kiến thức của chúng tôi còn hạn chế
nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Rất mong sự góp ý của các thầy, cô và các bạn.

1


2. Mục đích đề tài:
Ở nước ta, trong lĩnh vực Nông - Lâm Nghiệp việc nuôi các loài côn trùng để

phục vụ phòng trừ sinh học, đánh giá mức độ gây hại nhằm giảm thiểu mối đe dọa
thường trực đến năng suất và phẩm chất của mùa màng cả trước và sau thu hoạch. Khi
môi trường tự nhiên ngày càng thu hẹp, việc nuôi thành công côn trùng trong môi
trường nhân tạo với mong muốn hình thành một công nghiệp sản xuất chúng phục vụ
nghiên cứu, bảo tồn gen là một vấn đề cần quan tâm.
¾

Nghiên cứu, kháo sát sơ bộ tủ định ôn sử dụng trong phòng thí nghiệm

của khoa Nông Học trường ĐH Nông Lâm.
¾

“Nghiên cứu , Thiết kế hệ thống định ôn thể tích 4m3” để phục vụ trong

thí nghiệm nuôi côn trùng, giống…

2


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1.

Ảnh hưởng của các yếu tố vi sinh vật đến đời sống côn trùng:

Đây là nhóm yếu tố vật lý môi trường tác động một chiều lên cơ thể côn trùng
và hầu như không chịu tác động ngược trở lại từ côn trùng. Do đó chúng được xếp vào
nhóm yếu tố không phụ thuộc mật độ của đối tượng chịu tác động.
2.1.1. Yếu tố nhiệt độ:

™ Phản ứng của côn trùng đối với yếu tố nhiệt độ:
Côn trùng là động vật biến nhiệt nên nhiệt độ cơ thể chúng phụ thuộc chặt chẽ
vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Điều này có nghĩa là nhiệt độ môi trường quyết
định chiều hướng và mức độ mọi hoạt động sống của côn trùng.
Tuy nhiên không nên hiểu rằng nhiệt độ cơ thể côn trùng hoàn toàn phụ thuộc
vào nhiệt độ môi trường. Chúng vẫn có khả năng điều tiết nhiệt độ cơ thể trong một
phạm vi nhất định đó là:
• Sự điều hòa thân nhiệt chủ yếu thông qua sự điều tiết cường độ hô hấp.
• Sự điều hòa thân nhiệt còn được thực hiện thông qua sự hoạt động của hệ
cơ.

3


• Khả năng thích ứng nhiệt độ của côn trùng là khác nhau tùy theo loài, nhưng
nói chung phạm vi nhiệt độ chúng có thể hoạt động thường được giới hạn
trong khoảng từ 5 đến 450C.
™ Ảnh hưởng của các khoảng nhiệt độ khác nhau đến đời sống côn trùng:
• Ảnh hưởng của khoảng nhiệt độ thấp côn trùng không hoạt động:
Khi nhiệt độ môi trường hạ thấp quá ngưỡng sinh học của một loại côn trùng
nào đó, sẽ làm cho quá trình trao đổi chất trong cơ thể chúng bị ngừng trệ, côn trùng sẽ
rơi vào trạng thái ngất lịm. Nếu nhiệt độ môi trường tiếp tục hạ thấp hơn nữa kéo dài
thì côn trùng sẽ bị chết.
• Ảnh hưởng của khoảng nhiệt độ cao côn trùng không hoạt động:
Khi nhiệt độ môi trường vượt quá ngưỡng trên, thần kinh côn trùng bị hưng
phấn rất mạnh sau đó nhanh chóng rơi vào trạng thái bị ức chế mãnh liệt( côn trùng bị
ngất lịm) vì hệ thống men bị rối loạn. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao tác động kéo dài,
protein trong tế bào bị kết tủa toàn bộ côn trùng sẽ bị chết ngay.
• Ảnh hưởng của khoảng nhiệt độ côn trùng hoạt động:
Trong khoảng nhiệt độ này (được giới hạn bởi hai ngưỡng t0 và T) tùy theo các

giá trị nhiệt độ khác nhau. Giữa hai ngưỡng này người ta khoảng nhiệt độ hoạt động
của côn trùng thành 3 vùng sau đây: vùng hơi lạnh(t0-0, dưới cực thuận), vùng cực
thuận(0-01) và vùng hơi nóng(01-T, trên cực thuận).
Ở vùng hơi lạnh( t0-0) côn trùng vẫn có khả năng sinh trưởng nhưng không sinh
sản được. Ở vùng nhiệt độ này côn trùng có kích thước cơ thể đạt giá trị lớn nhất.
Ở vùng cực thuận(0-01) theo chiều tăng của nhiệt độ, tốc độ phát dục và sức
sinh sản của côn trùng cũng tăng lên và đạt giá trị lón nhất. Ở đây kích thước côn trùng
đạt giá trị chuẩn.
Ở vùng hơi nóng(01-T) theo chiều tăng của nhiệt độ, tốc độ phát dục, sức sinh
sản và cả kích thước cơ thể côn trùng đều giảm xuống.
™ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đời sống côn trùng:
• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phát dục của côn trùng.
4


• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quy luật phát sinh phát triển của côn trùng.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quy luật phân bố của côn trùng.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sức sinh sản của côn trùng.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của côn trùng.
2.1.2. Yếu tố độ ẩm:
Mỗi loài côn trùng đều có một giới hạn độ ẩm thích hợp. Yêu cầu này được
hình thành trong quá trình phát triển lịch sử của mỗi loài.
Căn cứ vào yêu cầu ẩm độ, người ta chia côn trùng làm 3 nhóm chính:
™ Nhóm ưa ẩm: thích độ ẩm 85 ÷ 100%.
™ Nhóm trung tính: thích độ ẩm 55 ÷ 85%.
™ Nhóm ưa khô: thích độ ẩm dưới 45%.
Nhìn chung phần lớn côn trùng thích độ ẩm tương đối của không khí từ 80% trở
lên.
Sự tác động của độ ẩm đến côn trùng có liên quan chặt chẽ với các yếu tố khác,
đặc biệt là đối với nhiệt độ. Nói chung sự thiếu hay thừa độ ẩm thường gây tác hại rõ

rệt cho sự sống của côn trùng khi nhiệt độ dao động trong phạm vị cực thuận.
Độ ẩm còn ảnh hưởng đến tốc độ phát dục, sức sinh sản , ảnh hưởng đến hoạt
tính và sự phân bố của côn trùng.
Nhiệt độ và ẩm độ là hai yếu tố chủ yếu luôn luôn cùng tồn tại và cùng tác động
lên cơ thể côn trùng và giữa chúng có mối quan hệ qua lại hết sức chặt chẽ.
Bảng 2.1: Các vùng nhiệt độ và độ ẩm có hiệu quả khác nhau đối với loài
Carpocapsa pomonella L. ( C. Manolache, 1965 ).

Khoảng cách giới hạn
Vùng hoạt động
t0C

RH%

5


I.

Ngừng hoạt động

II.

Không thuận lợi

5 – 9 và 34 – 41

15 – 40 và 75 – 95

III.

Thuận lợi

9 – 15 và 30 – 34

40 – 50 và 70 – 75

IV.

Cực thuận

15 - 30

50 - 70

2,5≥

≥41

15≥

≥95%

2.1.3. Yếu tố ánh sáng:
Khác với nhiệt độ và ẩm độ , tác động của ánh sáng đối với Côn trùng ( và động
vật nói chung ) không có những giới hạn. Hầu như tất cả các loài động vật vẫn có khả
năng sống trong bóng tối hoạt ánh sáng hoàn toàn và trong thiên nhiên cũng không xảy
ra hiện tượng quá sáng hay quá tối gây chết đối với chúng. Thực ra yếu tố này có
những ảnh hưởng rất quan trọng và sâu xa đối với đời sống Côn trùng. Sự hấp thụ
năng lượng tia sáng có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ cơ thể Côn trùng, đến quá trình

điều hòa nhiệt độ và trao đổi nước. Ánh sáng còn là nhân tố quyết định đến sự sinh
trưởng và phát triển của thực vật, là mắt xích đầu tiên của các chuỗi thức ăn nên có
ảnh hưởng gián tiếp đến côn trùng , nhất là nhóm Côn trùng ăn thực vật. Thông qua
các tác động trực tiếp và gián tiếp, ánh sáng quan hệ đến sự hiện diện thành phần
loài.Tính cảm thụ thị giác cũng như nhiều tập tính và hoạt động sống của Côn trùng có
quan hệ chặt chẽ với cường độ chiếu sáng và tính chất của các tia sáng. Tuy vậy xu thế
của chúng đối với ánh sáng còn khác nhau rất nhiều tùy theo loài. Như chúng ta đã biết
có một số loài côn trùng chỉ hoạt động vào ban ngày ( pha trưởng thành của chuồn
chuồn, bướm phượng, bướm trắng,v.v…), một số khác lại hoạt động mạnh vào ban
đêm ( gián, họ Dế mèn, v.v…). Ở những loài Côn trùng có xu tính chặt chẽ với ánh
sáng, chúng chỉ phân bố ở những sinh cảnh có điều kiện ánh sáng thích hợp.
Tương tự như ở thực vật, côn trùng cũng có những phản ứng quang chu kỳ sau đây:
™ Phản ứng dài ngày: Phát triển bình thường trong điều kiện dài ngày, số giờ
chiếu sáng từ 17 giờ trở lên.
™ Phản ứng ngắn ngày: Phát triển bình thường trong điều kiện ngắn ngày, số giờ
chiếu sáng dưới 16 giờ.
6


™ Phản ứng trung tính: Phát triển bình thường trong điều kiện ngày dài, số giờ
chiếu sáng từ 16 đến 20 giờ.
Bên cạnh yếu tố nhiệt độ , phản ứng quang chu kỳ ở côn trùng còn phụ thuộc
vào chất lượng thức ăn và độ ẩm môi trường.
2.1.4. Yếu tố gió:
Gió có tác động không nhỏ đến đời sống Côn trùng, do nó làm thay đổi nhiệt độ
và ẩm độ môt trường, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống Côn trùng
2.2.

Tổng quan về hệ thống định ôn:

2.2.1. Vai trò của hệ thống định ôn:
Trong kỹ thuật sinh học lai tạo giống phục vụ ngành nông, lâm nghiệp, yêu cầu
thực tế đặt ra là cần lai tạo ra những giống cây có khả năng chịu đựng điều kiện khí
hậu khắc nghiệt để có thể gieo trồng ở những vùng khí hậu nhất định. Có những giống
đòi hỏi chịu đựng nhiệt độ cao, không khí khô hạn, có giống đòi hỏi phải chịu đựng
khí hậu lạnh, ẩm ướt.
Ở một số viện nghiên cứu và lai tạo giống thực vật người ta đã xây dựng các
phòng thử nghiệm, đó là các nhà kính ở trong đó người ta trồng các loài thực vật thử
nghiệm, nhiệt độ không khí có thể điều chỉnh được. Những phòng thí nghiệm đó người
ta gọi là phytotron. Các thông số khí hậu có thể điều chỉnh được trong các phòng này
là nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2, cường độ chiếu sáng... Điều kiện chiếu sáng được mô
phỏng như ngày và đêm.
2.2.2. Cấu tạo của hệ thống định ôn:
Cấu tạo cơ bản của một hệ thống định ôn điều khiển nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng
tự động bằng PLC:
• Hệ thống lạnh.
• Hệ thống phun ẩm.
• Hệ thống ánh sáng.
• Hệ thống cảm biến và điều khiển bằng PLC.
7


• Phòng cách nhiệt.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống định ôn.
2.2.3. Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống hệ thống định ôn có đặt các cảm biến nhiệt độ, ẩm độ để qua đó duy
trì nhiệt độ và ẩm độ theo yêu cầu. tín hiệu sẽ được đưa về bộ phận xử lý, bộ phận xử
lý sẽ xử lý và điều khiển cho hoạt động hệ thống phun ẩm nếu ẩm độ của không khí
trong hệ thống định ôn thấp hơn ẩm độ yêu cầu, cho hoạt động điện trở nếu nhiệt độ

trong hệ thống định ôn thấp hơn nhiệt độ yêu cầu, cho hoạt động hệ thống lạnh nếu
nhiệt độ và ẩm độ không khí trong hệ thống định ôn cao hơn nhiệt độ và ẩm độ yêu
cầu. hệ thống ánh sáng được tắt mở theo chu kỳ thời gian yêu cầu.
2.2.4. Một số hệ thống định ôn:
a. Mô hình Sanyo model MRL – 351H:
• Dung lượng thực tế: 294 L.
• Công suất tiêu hao: 1340 W.
• Công suất đèn huỳnh quang: 800 W.
• Công suất điện trở: 340 W.
• Cường độ ánh sáng: 0 – 20000 lux.
• Ẩm độ giới hạn: 55 – 90%.

8


• Nhiệt độ giới hạn: 0 – 50oC với sai số ± 0,3oC.
• Môi chất lạnh: R – 404A.

Hình 2.2: Tủ định ôn SanYo model MRL – 351H.
b. Mô hình Bioclim 1100 Vario:
• Dung lượng thực tế: 1100 L.
• Cường độ ánh sáng: 620 μmol/m2.s
• Ẩm độ tối đa: 80%.
• Nhiệt độ giới hạn: -4 – 30oC.

Hình 2.3: Tủ định ôn Bioclim 1100 Vario.
9


2.3.

Tổng quan về hệ thống lạnh:

2.3.1. Vai trò của kỹ thuật lạnh:
Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong
nhiều ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực
phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, 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…
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.
2.3.2. Cấu tạo cơ bản của máy lạnh:
Có nhiều phương pháp làm lạnh khác nhau, mỗi phương pháp làm lạnh có
nguyên lý làm việc và sơ đồ thiết bị riêng. Nhiều phương pháp làm lạnh chỉ có ý nghĩa
về mặt lý thuyết, nhiều máy lạnh chỉ ứng dụng trong phạm vi phòng thí nghiệm, chỉ có
một số ít phương pháp làm lạnh có ý nghĩa thực tế và được ứng dụng rộng rãi trong
sản xuất và đời sống, trong đó có máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh
ejector, máy lạnh nén khí và máy lạnh nhiệt điện. Máy lạnh nén hơi là loại được sử
dụng nhiều nhất cho nên luận văn này chỉ nói về máy lạnh nén hơi.
Cấu tạo máy lạnh nén hơi bao gồm 4 bộ phận cơ bản là:
• Máy nén.
• Thiết bị ngưng tụ (dàn nóng).
• Van tiết lưu hoặc ống mao dẫn.
• Thiết bị bay hơi (dàn lạnh).
Chúng được nối với nhau bằng đường ống theo thứ tự như biểu diễn trên hình vẽ.

10

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo máy lạnh nén hơi.
2.3.3. Tìm hiểu về các bộ phận chính trong hệ thống lạnh:
a. Máy nén:
Máy nén lạnh là loại máy nén đặt biệt dùng trong kỹ thuật lạnh để hút hơi ở áp
suất nhiệt độ thấp sinh ra ở dàn bay hơi nén lên áp suất cao để đẩy vào dàn ngưng tụ,
đảm bảo sự tuần hoàn môi chất một cách hợp lý trong hệ thống lạnh.
Máy nén là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống lạnh. Công suất, chất lượng,
tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống lạnh chủ yếu đều do máy nén lạnh quyết định. Có
thể so sánh máy nén lạnh có chức năng và có tầm quan trọng giống như trái tim của cơ
thể sống.
™ Phân loại máy nén lạnh:
Trong kỹ thuật lạnh, người ta sử dụng hầu như tất cả các nguyên lý và kiểu loại
máy nén khác nhau nhưng các máy nén thông dụng nhất hiện nay là: máy nén piston,
trục vít, rotor, xoắn ốc làm việc theo nguyên lý nén thể tích và máy nén turbine lam
việc theo nguyên lý động học. sau đây là sơ đồ phân loại máy nén lạnh.

11


Máy nén lạnh

Máy nén thể tích

Máy nén động học

Máy nén piston
dao động

Máy nén piston
quay

Máy nén turbine

Máy nén:

Máy nén:

Piston trượt

Trục vít

Máy nén
turbine:

Con lắc

Rotor lăn

Li tâm

Kiểu màng

Rotor tấm trượt

(hướng trục)

Rotor xoắn ốc

Hình 2.5: Sơ đồ phân loại tổng quát máy nén lạnh dùng trong máy lạnh nén hơi.
™ Tính chọn máy nén:

Lưu lượng môi chất qua máy nén:
mtt =

Qo
.
qo

(1)

Trong đó:
Qo: năng suất lạnh của hệ thống.
qo: năng suất lạnh riêng khối lượng.
Năng suất thực tế của máy nén:
Vtt = mtt .ν .

(2)

Thể tích hút lý thuyết:
Vlt =

Vtt

λ

.

(3)

λ : hệ số cấp của máy nén. Được xác định dựa vào tỉ số nén ∏ theo hình sau:

12


Hình 2.6: Hệ số cấp λ phụ thuộc vào tỉ số nén ∏ = p k p /TL6/.
o

Công nén lý thuyết:
N s = m.l .

(4)

Công nén hữu ích:
Ne =

Ns

ηe

.

(5)

η e : hiệu suất nén. Được xác định dựa vào tỉ số nén ∏ theo hình sau:

13


Hình 2.7: Sự phụ thuộc của η e vào tỷ số áp suất p k p /TL6/.
o
Công nén tiêu thụ điện của máy nén:

Nd =

Ne
.
η td .ηdc

(6)

Công suất lắp đặt máy nén:
Nld = s.N d .

(7)

Trong đó:
s: hệ số an toàn.
™ Năng suất lạnh của hệ thống:
Năng suất lạnh của hệ thống cần xác định chính là tổng tổn thất nhiệt.
Năng suất lạnh của hệ thống:
n

Q = ∑ Qi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 , W.

(8)

i =1

Trong đó:
Q1: dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của hệ thống định ôn, W.
Q2: dòng nhiệt do vận hành, W.
Q3: dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra trong quá trình điều hòa, W.

Q4: dòng nhiệt do không khí bên ngoài mang vào khi thông gió không gian điều
hòa, W.
Q5: dòng nhiệt cần thiết để chuyển tổng khối lượng không khí trong không gian
điều hòa từ nhiệt độ cao nhất xuống nhiệt độ yêu cầu, W.
Q6: dòng nhiệt do bức xạ mặt trời, W.
• Tính dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q1:
Ta có:

Q1 = k .Δt.Fxq , W.

(9)

Trong đó:
14


k: hệ số truyền nhiệt của vách tủ, W/m2.K.
Δt = t1 − t2 : nhiệt độ chênh lệch giữa không khí bên ngoài và nhiệt độ bên trong

tủ bảo ôn, oC.
Fxq: diện tích xung quanh tủ bảo ôn, m2.
ƒ Xác định hệ số truyền nhiệt k và chiều dày lớp cách nhiệt tủ:
Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k:
k=

1

δ δ
1
+ ∑ i + cn +

α1 i =1 λi λcn α 2
1

n

(10)

.

Suy ra chiều dày lớp cách nhiệt:
n
⎡1 ⎛ 1
δ
1 ⎞⎤
δ cn = λcn . ⎢ − ⎜ + ∑ i + ⎟ ⎥ .
⎣ k ⎝ α1 i =1 λi α 2 ⎠ ⎦

(11)

Trong đó:
δ cn : độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m.
λcn : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/m.K.
α1 : hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách ngoài tủ bảo ôn, W/m.K.
α 2 : hệ số tỏa nhiệt của vách tủ tới không gian bên trong tủ, W/m.K.
δ i : bề dày lớp vật liệu thứ i, m.
λi : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, m.

Bảng 2.2: Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu /TL6/.
Vật liệu

Kim loại

λ , W/m.K

Nhôm

200 – 230

Đồng

360

Hợp kim đồng

100

Thép cacbon

45 – 55

15


Vật liệu xây dựng

Thép hợp kim

17 – 45

Gang

56 – 64

Bê tông

1,3

Gạch chịu lửa

0,8 – 1,7

Gỗ dọc thớ

0,35 – 0,70

Gỗ ngang thớ

0,14 – 0,20

Kính

Vật liệu cách nhiệt

0,75

Tường gạch

0,70 – 0,75

Đá sỏi

1,6 – 2,09

Bấc

0,05 – 0,10

Amiang

0,15 – 0,20

Mùn cưa

0,07

Bông thủy tinh

0,04

Bọt xốp polystyrol

0,033

Bọt polyurethan

0,026

Không khí đứng im

0,023

Bảng 2.3: Hệ số tỏa nhiệt α bên ngoài và bên trong vách tủ /TL7/.
Bề mặt vách
Bề mặt ngoài của vách ngoài
Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên: tường
Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên: nền, trần
Bề mặt trong buồng đối lưu không khí cưỡng bức vừa
Bề mặt trong buồng đối lưu không khí cưỡng bức mạnh

α , W/m2.K

23,3
8
6–7
9
10,5

• Tính dòng nhiệt do vận hành Q2:
16


Khoảng 25% năng lượng đầu vào biến thành quang năng, 25% được phát ra
dưới dạng bức xạ nhiệt, 50% dưới dạng đối lưu và dẫn nhiệt. tuy nhiên đối với đèn
huỳnh quang thì phải trang bị thêm bộ chỉnh lưu, công suất bộ chỉnh lưu cỡ 25% công
suất đèn. Vì vậy, tổn thất nhiệt khi mà bộ chỉnh lưu nằm trong không gian cần điều
hòa là:
Q2 = 1, 25.N hq , W.

(12)

Nhưng ở đây, bộ chỉnh lưu đặt ngoài không gian cần điều hòa. Do đó, trong
trường hợp này thì tổn thất nhiệt:
Q2 = N hq , W.

(13)

N hq : công suất đèn huỳnh quang, W.

• Tính dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì Q3:
ƒ Dòng nhiệt do sản phẩm:
Q31 = M .(h1 − h2 ).

1000
, W.
24.3600

(14)

h1 : entanpi của sản phẩm trước khi vào kho, kJ/kg.
h2 : entanpi của sản phẩm sau khi vào kho, kJ/kg.
M : công suất của hệ thống định ôn, t/24h.

ƒ Dòng nhiệt do bao bì:
Q32 = M b .Cb .(t1 − t 2 ).

1000
, W.
24.3600

(15)

Trong đó:
M b : khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm, tấn/ngày đêm.
Cb : nhiệt dung riêng của bao bì, J/kg.K.
o

t1 : nhiệt độ trước khi làm lạnh của bao bì, C.
o

t 2 : nhiệt độ sau khi làm lạnh của bao bì, C.

Bảng 2.4: Nhiệt dung riêng của một số chất rắn /TL6/.
17