MỤC LỤC

MỤC LỤC……1

MỞ ĐẦU………2

CHƯƠNG I: TỦ LẠNH GIA ĐÌNH.. 3

I. KHÁI QUÁT VỀ TỦ LẠNH GIA ĐÌNH: 3

II. TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI 3

III. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY LẠNH NÉN HƠI 3

CHƯƠNG II : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.. 5

I. MÔI CHẤT LẠNH.. 5

II. QUY TRÌNH LẠNH.. 5

III.  THÔNG SỐ KỸ THUẬT.. 7

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM... 8

I. TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT.. 8

II. TÍNH HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT QUA VỎ TỦ.. 9

III. TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG BÊN NGOÀI VỎ TỦ.. 9

IV. TÍNH KIỂM TRA CÁCH ẨM... 10

CHƯƠNG IV: TÍNH TỔN THẤT.. 11

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH.. 14

I. TÍNH CHỌN MÁY NÉN.. 14

II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ (TBNT). 17

III. THIẾT BỊ BỐC HƠI (TBBH). 22

IV. ỐNG MAO.. 25

CHƯƠNG VI : CÁC THIẾT BỊ PHỤ.. 26

I. PHIN SẤY LỌC.. 26

II. RƠ LE NHIỆT ĐỘ.. 26

III. MẮT GA.. 26

IV. VAN BA NGÃ.. 26

V. BÌNH GOM LỎNG.. 26

VI. ĐỘNG CƠ ĐIỆN.. 26

VII. HỆ THỐNG XẢ ĐÁ.. 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 31

MỞ ĐẦU

Kỹ thuật lạnh hiện đang ở thời kỳ ứng dụng rộng rãi vào sản xuất và đời sống của nhiều nước, nhất là ở các nước đang phát triển, phần lớn nằm trong vùng nhiệt đới Châu Á, Châu Phi. Ngày nay, kỹ thuật lạnh là nhu cầu thiết yếu cho việc phát triển công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm.

Ở Việt Nam trong những năm gần đây nhu cầu làm lạnh ngày càng tăng nhanh. Đã cod hàng trăm ngày máy đông lạnh thực phẩm xuất khẩu như tôm, cá, thịt, rau quả …. Được xây dựng trên khắp mọi miền đất nước. Các khu thương mại, dịch vụ với nhu cầu đòi hỏi các tiện nghi như điều hòa không khí, bảo quản thực phẩm giải khát bằng nước đá càng ngày càng cao và bức thiết.

Với tình hình phát triển phát triển của ngành công nghiệp lạnh trên, trên tinh thần là kỷ sư ngành Máy thiết bị hóa học tương lai, em nhận thấy sự quan trọng về tính chuyên môn của chuyên ngành Kỷ thuật lạnh. Bài tập lớn với đề tài “Tính toán thiết kế tủ lạnh gia đình” đã giúp em biết được những kiến thức cơ bản và hoàn chỉnh về kỷ thuật lạnh.

CHƯƠNG I: TỦ LẠNH GIA ĐÌNH

I. KHÁI QUÁT VỀ TỦ LẠNH GIA ĐÌNH

Các loại tủ lạnh gia đình dung để bảo quản trong một thời gian ngắn các sản phẩm dễ hỏng, thức ăn chín và đồng thời để sản xuất nước đá với số lượng không nhiều, phục vụ sinh hoạt hằng ngày. Nó là mắt xích cuối cùng trong dây chuyền lạnh để bảo quản sản phẩm ngay trước khi tiêu dùng.

Theo nguyên lý làm việc, người ta phân thành 2 loại chính là: tủ lạnh nén hơi hơi và tủ lạnh hấp thụ.

- Tủ lạnh nén hơi có lốc kín trong đó có bố trí máy nén và động cơ, môi chất là Freon R12, R22 ( hiện nay R12 đã bị cấm sử dụng và dược thay thế bằng R134a).

- Tủ lạnh hấp thụ là tủ lạnh không có lốc, môi chất là ammoniac/nước làm việc theo phương pháp hấp thụ khuếch tán, ngoài khả năng dung điện để chạy máy còn có thể dung đèn dầu hỏa, đèn ga để chạy máy.

II. TỦ LẠNH MÁY NÉN HƠI

Tủ lạnh nén hơi là tủ lạnh có lốc gồm máy nén và động cơ điện được hàn kín trong vỏ thép hình trụ thẳng đứng, nằm ngang hoặc hình ovan. Tủ lạnh nén hơi có những ưu điểm

- Hệ số lạnh lớn hơn nhiều so với tủ lạnh hấp thụ hoặc nhiệt điện.

- Công suất lạnh ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường bên ngoài.

- Độ tin cậy và tuổi thọ cao, tiêu tốn điện năng thấp.

III. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY LẠNH NÉN HƠI

1. Máy nén

Máy nén có nhiệm vụ hút hơi môi chất sinh ra ở dàn bay hơi để nén lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ. Máy nén do đó phải có năng suất hút phù hợp với tải nhiệt của dàn bay hơi và dàn ngưng tụ. Do yêu cầu tiện nghi máy nén phải có tuổi thọ và độ tin cậy cao, không rung, không ồn.

2. Dàn ngưng

Dàn ngưng của tủ lạnh gia đình hầu hết là loại dàn tĩnh ( không khí đối lưu tự nhiên). Phần lớn các tủ lạnh gia đình có dàn theo kiểu ống xoắn nằm ngang hoặc ống xoắn thẳng đứng.

4. Ống mao

Ống mao còn gọi là ống mao dầu hay ống kapile làm nhiệm vụ tiết lưu. Ống mao đơn giản là một đoạn ống có đường kính rất nhỏ từ 0,6 đến 2 mm và chiều dài lớn từ 0,5 đến 5 m nối giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi.

CHƯƠNG II : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

I. MÔI CHẤT LẠNH

Ta chọn môi chất lạnh cho tủ lạnh là R134a

Có thể tích riêng và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn hơn R12, nên khi làm việc trên cùng một thiết bị thì khối lượng nạp của R134a sẽ ít hơn.

Môi  chất lạnh R134a có công thức CH₂F - CF₃ là môi chất lạnh có chỉ số phá huỷ tầng ozon bằng 0, dùng để thay thế cho R12 ở dãy nhiệt độ cao và trung bình, đặc biệt trong điều hoà không khí. Ở dãy nhiệt độ thấp R134a không có những đặc tính thuận lợi, hiệu quả năng lượng thấp.

R134a có chỉ số làm nóng địa cầu bằng 90% của R12 và cũng có nhiều đặc tính giống R12 như :

- Không cháy nổ

- Không độc hại, không ảnh hưởng xấu đến cơ thể sống

- Tương đối bền vững hoá và nhiệt

- Có các tính chất tốt với kim loại chế tạo máy

II. QUY TRÌNH LẠNH

1. Sơ đồ quy trình (trang bên)

2. Thuyết minh quy trình

Máy nén bloc kín (1) hút hơi ở áp suất thấp, nhiệt độ thấp từ dàn bay hơi buồng đông (9) nén lên tới nhiệt độ và áp suất cao rồi đẩy hơi môi chất lạnh này vào thiết bị ngưng tụ là dàn ngưng (2). Tại dàn ngưng (2) này, hơi môi chất lạnh được giải nhiệt bởi không khí và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng môi chất lạnh được đưa vào phin sấy lọc (3) để loại trừ các tạp chất cơ học và ẩm. Lỏng này tiếp tục đi qua mắt ga (4), tại đay ta có thể quan sát lượng môi chất lạnh trong ống.

III.  THÔNG SỐ KỸ THUẬT

- Dung tích hữu ích 280 lít.

+ Dung tích ngăn đông 80 lít

+ Dung tích buồng lạnh 200 lít

- Nhiệt độ ngăn đông: -18⁰C.

- Nhiệt độ buồng lạnh: 5⁰C

- Kiểu tủ: 2 buồng, 2 cửa.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM

Kết cấu vỏ tủ gồm: phía ngoài cùng là lớp thép lá dày 2 mm, lớp kế tiếp là vật liệu cách nhiệt (polyurethane), trong cùng là lớp polymer ABS dày 3 mm

I. TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT

1. Dữ kiện ban đầu:

- Chế độ nhiệt độ:

+ Nhiệt độ không khí bên ngoài :

- Phía sau lưng tủ: t’_KK = 43,0^oC

- Phía các bề mặt vỏ tủ còn lại: t_KK = 37,3^oC ( nhiệt độ trung bình mùa hè ở thành phố Hồ Chí Minh - Tra trong phụ lục (PL.E1/337/ [3])

+ Nhiệt độ trong ngăn lạnh : t_BQ = 5^oC

2. Bề dày lớp cách nhiệt Polyurethane ở từng vách:

- Tuy nhiên tính toán theo công thức trên khá phức tạp nên bề dày các lớp vật liệu cách nhiệt được chọn theo kinh nghiệm sản xuất tủ lạnh máy nén hơi trên thế giới thiết kế trong điều kiện khí hậu nhiệt đới và vật liệu cách nhiệt polyurethane.

III. TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG BÊN NGOÀI VỎ TỦ

- Ở nhiệt độ 37,3^oC và độ ẩm tương đối của không khí 74%, xác định nhiệt độ đọng sương là t_s1 = 30,5^oC.

- Ở nhiệt độ 43,0^oC và độ ẩm tương đối của không khí 74%, xác định nhiệt độ đọng sương là t_s2 = 36,2^oC.

IV. TÍNH KIỂM TRA CÁCH ẨM

Do vỏ ngoài của tủ lạnh là lớp thép lá nên vỏ tủ được cách ẩm hoàn toàn.

CHƯƠNG IV: TÍNH TỔN THẤT

Tổng dòng nhiệt tổn thất :

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ +Q₅                                                  (CT 15.1/ 292 / [3] )

Với:

Q₁: dòng nhiệt đi vào tủ qua kết cấu bao che, W.

Q₂: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình bảo quản, W.

Q₃: dòng nhiệt đi vào tủ do thông gió với bên ngoài, W.

Q₄: dòng nhiệt tỏa ra do vận hành, W.

4.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che

Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua vách, trần, nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần.

Q₁ = Q_v + Q_bx                                                            (CT / 294 / [3] )

Tromng đó :

Q_v: dòng nhiệt qua vách, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ.

Q_bx: dòng nhiệt do bức xạ, đối với tủ lạnh gia đình ta có thể bỏ qua dòng nhiệt này vì nó không đáng kể.

- Nhiệt tổn thất ở buồng đông

Q_1Đ = 6,93 + 4,92 + 4,45 + 4,92 + 4,07 + 7,21 = 32,5 W

- Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh

Q_1L = 11,08 + 9,37 + 11,08 + 10,02 + 6,16 = 47,7 W

4.2. Dòng nhiệt thất thoát khi vận hành

            Q₄ = Q₄₁ + Q₄₂ + Q₄₃₁ + Q₄₄                                    (CT / 304 / [3])

Trong đó:

            Q₄₁: Dòng nhiệt do chiếu sáng

            Q₄₂: Dòng nhiệt do người tỏa ra

            Q₄₃: Dòng nhiệt do các động cơ điện

- Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh

Q_4L = 0,25. 47,7 = 11,9 W

Vậy tổn thất của kho lạnh là :

Q = Q₁ + Q₄ = 80,2 + 20,1 = 100,3 W

- Nhiệt tổn thất ở buồng đông

Q_Đ = Q_1Đ+Q_4Đ = 32,5 + 8,2 = 40,7 W

- Nhiệt tổn thất ở buồng lạnh

Q_L = Q_1L+Q_4L = 47,7 + 11,9 = 59,6W

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH

I. TÍNH CHỌN MÁY NÉN

1. Sơ đồ nguyên lý

Thuyết minh sơ đồ nguyên lý:

 Trong dàn bay hơi, môi chất lạnh sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi sinh ra ở dàn bay hơi được máy nén hút về, nén lên áp suất cao và đẩy vào dàn ngưng tụ.

2. Các thông số làm việc

2.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t_o

Ta tính được: t_o = -18 – 10 = -28 ⁰C

2.3. Nhiệt độ quá nhiệt t­_qn

Ta tính được nhiệt độ quá nhiệt

t_qn = t₀ +Dt_qn= -28 +15= -13 ⁰C.

2.4. Nhiệt độ quá lạnh t_ql:

Từ phương trình cân bằng nhiệt động:

h₁ - h_1”' = h_3' - h₃  =>   h₃ = h_3’ + h_1” – h₁.

Dựa vào giản đồ ta có:

h­₁ = 695,0 KJ/Kg

h_1” = 682,5 KJ/Kg

h_3’ = 567,5 KJ/Kg

Suy ra h₃ = 567,5 + 682,5 – 695,0 = 555,0 KJ/Kg

Vậy t_3’ = t_ql = 39 ⁰C.

3. Tính toán chu trình lạnh

1. Công suất động cơ lắp đặt

N_đc = 1,2.N_el = 1,2.141,3 = 169,6 W

12. Nhiệt thải ra khỏi bình ngưng

Q_k = Q_o + N_i = 165,1 + 93,0 = 258,1 W

Chọn máy nén AE 1410Y của hãng TECUMSEH (Phụ lục12.b/ 390/[4])

II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ (TBNT)

- TBNT được sử dụng để làm ngưng tụ hơi môi chất lạnh có áp suất cao, nhiệt độ cao sau quá trình nén thành lỏng trước khi tiết lưu đưa vào dàn lạnh (thiết bị bốc hơi).

- TBNT của tủ lạnh gia đình là dàn ngưng tĩnh, không khí đối lưu tự nhiên

- Trong bài tập lớn này, ta chọn TBNT là dàn ngưng ống xoắn nằm ngang giải nhiệt bằng không khí đối lưu tự nhiên.

- Các thông số của không khí ở 39,7  ⁰C là: (Phụ lục C4/331/[2])

C_kk = 1,005 kJ/kgK

r_kk = 1,128 kg/m³    

l_kk = 2,767.10^-2 W/mK

n_kk = 17,02.10^-6 m²/s

Pr = 0,299

Nhiệt tải của TBNT đã tính được: Q_k = 258,1 W.

- Hệ số C:

 C = A.B=0,125.1,329 = 0,166

Suy ra

 h’ = 0,5.0,018.(3,83 – 1)(1 + 0,35.ln3,83) = 0,0374 m

Thông số: m.h’ = 26,76.0,0374 = 1,0

Hiệu suất cánh được tra theo bảng (B/152/[1]) dựa vào tích số mh’.

Với mh’ = 1,0 ta tra được E = 0,762

 Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía R134a:

Các thông số vật lý của R134a ở t_k = 45⁰C là:

l = 72,84.10^-3 W/mK

m = 177.10^-6 Ns/m²

r = 1203,65 kg/m³

n = 0,16725.10^-6 m²/s

r = 185,551 KJ/Kg

Dùng phương pháp lặp, ta tìm được Dt_v = 7,654 ⁰C

Mật độ dòng nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong của ống:

q_tr =11837,8.(7,7 – 7,654) = 544,5 W/m²

Vận tốc không khí vừa tính được trên này chấp nhận được với không khí đối lưu tự nhiên.

III. THIẾT BỊ BỐC HƠI (TBBH)

Ta chọn TTBH cho tủ lạnh gia đình thuộc dạng dàn bay hơi tĩnh, đối lưu không khí tự nhiên không có quạt gió

Dàn bay hơi gồm 2 tấm thép không gỉ được dập rãnh phù hợp sau đó đặt lên nhau và hàn viền bốn mép chung quanh chỉ chừa 2 đầu ống nối cho ống mao và ống hút.

3.1. Dàn bốc hơi cho buồng đông

- Nhiệt độ buồng lạnh t₂ = -18⁰C

- Nhiệt độ sôi của R134a là t_o = -28⁰C

- Giả sử hiệu nhiệt độ không khí không buồng trước và sau khi làm lạng là

Suy ra mật độ dòng nhiệt là

q = 5,98.(14,4 - Dt) = 5,98.(14,4 - 1,73) = 75,8 W/m²

Vậy đối với buồng lạnh ta cần một dàn bốc hơi sử dụng công nghệ dập rãnh, đường kính trong của rãnh là 5 mm, sao cho diện tích trao đổi nhiệt bên trong rãnh là 0,884 m²

3.2. Dàn bốc hơi cho buồng lạnh

- Nhiệt độ buồng lạnh t₂ = 5⁰C

- Nhiệt độ sôi của R134a là t_o = -28⁰C

- Giả sử hiệu nhiệt độ không khí không buồng trước và sau khi làm lạng là

Suy ra mật độ dòng nhiệt là

q = 7,97.(37,8 - Dt) = 7,97.(37,8 - 2,4) = 275,8 W/m²

 Vậy đối với buồng lạnh ta cần một dàn bốc hơi sử dụng công nghệ dập rãnh, đường kính trong của rãnh là 5 mm, sao cho diện tích trao đổi nhiệt bên trong rãnh là 0,356 m²

IV. ỐNG MAO

Ta chọn theo toán đồ xác định chiều dài ống mao:

Với d = 0,8 mm và t_k= 45⁰C . L = 4 m

CHƯƠNG VI : CÁC THIẾT BỊ PHỤ

I. PHIN SẤY LỌC

Đối với tủ lạnh gia đình thì phin sấy và lọc chung, đây là thiết bị hình trụ vỏ bằng đồng tóp hai đầu chứa chất hút ẩm Silicagel hoặc Zeolit hút hơi nước còn sót lại. Do phần sấy lọc chung nên thiết bị này có cấu tạo đặc biệt hơn, nó được bao ở ngoài bằng đồng, bên trong có một miếng ni hoặc da để ngăn bụi lọt qua.

II. RƠ LE NHIỆT ĐỘ

Rơ le nhiệt độ có nhiệm vụ điều chỉnh, khống chế và duy trì nhiệt độ cần thiết trong tủ lạnh, nó có tác dụng đóng ngắt mạch tự động nhờ tín hiệu ở buồng lạnh và buồng đông. Khi nhiệt độ đạt yêu cầu nó sẽ ngắt mạch của động cơ và khi nhiệt độ tăng quá mức cho phép nó sẽ đóng lại, hệ thống làm việc trở lại.

III. MẮT GA

Mắt ga là kính quan sát lắp trên đường ống ( sau phin sấy lọc, trước ống tiết lưu) để quan sát dòng chảy của môi chất lạnh.

Ngoài nhiệm vụ chỉ thị dòng chảy, mắt ga còn có nhiệm vụ:

- Báo hiệu đủ ga khi dòng ga không bị sụt khí

- Báo hiệu thiếu ga khi dòng ga bị sụt khí mạnh

VI. ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Động cơ điện có ưu điểm là gọn nhẹ, đơn giản, tuổi thọ cao, vận hành liên tục, ổn định …. Nên làm cho bloc máy rất gọn nhẹ, đơn giản

Động cơ điện lắp đặt trong tủ lạnh thường là đọng cơ điện 1 pha có thêm cuộn day khởi động, hoạt động trên dòng điện xoay chiều

VII. HỆ THỐNG XẢ ĐÁ

- Có nhiệm vụ làm tan hết nước đá và bám tuyết trên dàn bay hơi để giải phóng bề mặt truyền nhiệt cũng như để dễ dàng tách khay đá và thực phẩm bị bám chặt vào dàn

- Hệ thống xả đá trong bài dựa trên hơi nóng của môi chất lạnh thông qua van điện từ. Khi ta bật công tắc xả đá thì van điện từ mở ra, do trở lực nhỏ nên hơi môi chất lạnh sẽ qua van điên từ này thay vì qua dàn ngưng. Hơi ở nhiệt độ cao sẽ làm truyền nhiệt qua bề mặt dàn bay hơi làm tan băng. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Trần Thanh Kỳ, “Máy lạnh”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006, 625tr.

[2] Nguyễn Đức Lợi, “Giáo trình kỷ thuật lạnh”, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2006, 540 tr.

[3]. Nguyễn Đức Lợi, “Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh”, NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2008, 398tr.

[4]. Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy, “Kỹ thuật lạnh ứng dụng”, NXB GD, 2007, 363tr.

[5]. Nguyễn Đức Lợi, “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh”, NXB KHKT Hà Nội, 2006, 411tr.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"