THIẾT KẾ THỂ TÍCH & DIỆN TÍCH THÙNG BẢO ÔN

Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
CHƯƠNG III:
TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM
3.1. TÍNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT
3.1.1. Trần:
Với:
 δ
1
: bề dày lớp nhôm bảo vệ trong và ngoài
 δ
2
: bề dày lớp Bimut cách ẩm
 δ
cn
: bề dày lớp cách nhiệt mốp xốp làm từ polyurethan
Trần được gia cố vững chắc bằng những thanh gỗ liên kết .
 Bề dày tự chọn và hệ số dẫn nhiệt cho trong bảng sau:
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
 Công thức xác đònh bề dày lớp cách nhiệt δ
cn
:
1 1 1
i
cn cn
ng i tr
K
δ
δ λ
α λ α
 
 
= − + +
 
 ÷
 ÷
 
 
 
∑
(m)
Với:
 λ
cn
: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/mK
 K: hệ số truyền nhiệt trên 1m
2
bề mặt của các vách bao che thùng bảo ôn, W/m
2
K.
Trong vận chuyển sản phẩm lạnh đông thì hệ số K không lớn hơn 0,4W/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 trong của vách bao che đến không khí trong thùng bảo
ôn, W/m
2
K. Chọn α
tr
= 8 (W/m
2
K) [1]
 α
ng
được tính theo công thức sau:
ωα
11594 ,,
+=
ng
Với ω: vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s.
Chọn ω = 45km/h = 12,5 m/s, thế vào công thức ta có:
- Trang 5-
δ
1
δ
1
δ
1
δ
2
δ
CN
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
35851211594 ,,,,
≈+=
ng
α
(W/m
2
K)
Vậy:
1 1 0,001 0,003 1
0,0325 2 0,0761( )
0,4 58,3 203,8 0,18 8
cn
m
δ
 
 
= − + + + ≈
 
 ÷
 
 
Làm tròn δ
cn
= 0,1 (m) = 10 (cm).
Bọt polyurethen được phun trực tiếp vào khoang cách nhiệt, để tránh hiện tượng co
rút kích thước do nhiệt độ người ta làm ít nhất hai lớp cách nhiệt với mối ghép so le.
 Tổng bề dày của trần thùng bảo ôn là:
Σδ = δ
2
+ δ
cn
+ 2δ
1
= 2.0,001 + 0,1 + 0,003 = 0,105 (m).
3.1.2. Vách bao che:
Với:
 δ
1
: bề dày lớp nhôm bảo vệ trong và ngoài
 δ
2
: bề dày lớp Bimut cách ẩm
 δ
cn
: bề dày lớp cách nhiệt mốp xốp làm từ polyurethan
Để đảm bảo vách được vững chắc người ta dùng những tấm nhôm
sóng vuông và gia cố bằng những thanh gỗ liên kết.
Bề dày tự chọn và hệ số dẫn nhiệt cho trong bảng sau:
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 dầy lớp cách nhiệt δ
cn
:
1 1 1
i
cn cn
ng i tr
K
δ
δ λ
α λ α
 
 
= − + +
 
 ÷
 ÷
 
 
 
∑
1 1 0,001 0,003 1
0,0325 2 0,0761( )
0,4 58,3 203,8 0,18 8
m
 
 
= − + + + ≈
 
 ÷
 
 
Làm tròn δ
cn
= 0,1 (m) = 10 (cm)
3.1.3. Sàn thùng bảo ôn:
- Trang 6-
δ
1
δ
2
δ
CN
δ
1
δ
1
δ
1
δ
3
δ
2
δ
CNN
δ
3
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
Với:
 δ
1
: bề dày lớp nhôm bảo vệ trong và ngoài
 δ
2
: bề dày lớp Bimut cách ẩm
 δ
3
: bề dày lớp thép không rỉ
 δ
cn
: bề dày lớp cách nhiệt mốp xốp làm từ polyurethan
Để tăng cứng người ta dùng những tấm nhôm dạng sóng vuông và gia cố bằng những
thanh gỗ chòu lực. Đồng thời dạng sóng vuông giúp thoát nước dễ dàng.
Bề dày tự chọn và hệ số dẫn nhiệt cho trong bảng sau:
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
1 1 1
i
cn cn
ng i tr
K
δ
δ λ
α λ α
 
 
= − + +
 
 ÷
 ÷
 
 
 
∑

1 1 0,001 0,003 0,001 1
0,0325 2 2 0,0761( )
0,4 58,3 16,7 0,18 203,8 8
m
 
 
= − + + + + ≈
 
 ÷
 
 
Làm tròn δ
cn
= 0,1 (m) = 10 (cm)
 Tổng kết:
Bề 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
3.2. KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG:
Để đảm bảo không đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che phải thỏa
điều kiện:
0,95
ng S
th ng s
ng tr
t t
K K
t t
α
−
≤ =
−
(1)
Với :
 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.
- Trang 7-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
 Hệ số truyền nhiệt thực tính theo tường (do K
th (vách/trần)
> K
th (sàn)
nên nếu vách/trần
thoả biểu thức (1) thì sàn cũng thoả):
2
1
1 1
1
0,31 < 0,4 (W/m2K)
1 0,1 0,001 0,003 1
2
58,3 0,0325 16,7 0,18 8
th
cn i
ng cn i tr
K
W
m K
δ δ
α λ λ α
=
+ + +
 
= ≈
 ÷
 
+ + + +
∑
 Xác đònh K
s
:
Thông số khí tượng các tỉnh thành như sau:
Chọn t
ng
=37,3 (
0
C)
t
tr
= -18(
0
C)
ϕ =90%.
Dùng giản đồ I-d của không khí ẩm với t
ng
= 37,3
0
C và ϕ
tb
= 90%, ta tìm được nhiệt
độ điểm sương t
s
= 33,5
0
C.
Vậy
37,3 33,5
0,95 58,3
37,3 ( 18)
s
K x x
−
= =
− −
3,806(W/m
2
K)
 Do K
th
< K
s
nên vách ngoài của kết cấu bao che không bò đọng sương.
Tỉnh thành Nhiệt độ cao nhất(
0
C) Độ ẩm%
Mùa hè Mùa đông
Hà Nội 37,2 83 80
Huế 37,3 73 90
Tp Hồ Chí Minh 37,3 74 74
Chọn giá trò cao nhất 37,3 90
- Trang 8-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
CHƯƠNG IV:
TÍNH TỔN THẤT NHIỆT THÙNG BẢO ÔN
Tổng dòng nhiệt tổn thất :
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+Q
5
Với:
 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.
 Q
5
: tổn thất lạnh do sản phẩm hô hấp, W
Ô tô lạnh chỉ vận chuyển sản phẩm đã được làm lạnh đông từ trước nên không tính đến
tổn thất do làm lạnh sản phẫm Q
2
= 0
Do không có sự thông dòng không khí nóng từ bên ngoài vào buồng lạnh nên không có
tổn thất lạnh để thông gió Q
3
= 0.
Dòng nhiệt Q
5
chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản rau quả hô hấp đang trong quá
trình sống, ô tô lạnh bảo quản ở nhiệt độ -18
0
C nên không có quá trình hô hấp Q
5
=0
 Vậy tổng thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho thùng bảo ôn là:
Q = Q
1
+ Q
4
, W.
4.1. DÒNG NHIỆT QUA KẾT CẤU BAO CHE Q
1
:
Q
1
= Q
'
1
+ Q
''
1
+ Q
'''
1
, W.
Với :
 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.
4.1.1.Dòng nhiệt tổn thất qua các vách và trần Q
'
1
:
Q
'
1
= K.F
V
(t
ng
- t
tr
).
Với :
 K: hệ số truyền nhiệt của vách và trần
 F
V
: diện tích tính toán của các vách và mái, m
2
.
 t
ng
: nhiệt độ không khí bên ngoài
 t
tr
: nhiệt độ không khí bên trong buồn lạnh
 Tổng diện tích mặt ngoài của các vách và mái:
F
n
= 2 (5,0 x 2,15) + 2(2,35x 2,15) + 5,0x2,35 = 43,355 (m
2
).
 Tổng diện tích mặt trong của các vách và mái:
F
t
= 2(4,79x 1,938) + 2(2,14 x 1,938) + 4,79x2,14 = 37,11 (m
2
).

43,355 37,11
2 2
ng tr
V
F F
F
+
+
⇒ = =
=40,2325(m
2
).
 Phòng lạnh tiếp xúc với ngoài trời:
t
ng
=t
tb
+0,25t
max
=37,3+0,25x39= 47
0
C [1]
Với:
 t
tb
: nhiệt trung bình tháng nóng nhất = 37,3
0
C.
- Trang 9-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
 t
max
:nhiệt độ cực đại ở nước ta = 39
0
C
 t
tr
: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn= -18
0
C.
 Vậy :
Q
1
' = 0,31 x 40,2325 x (47 -(-18)) = 810,685 (W) .
4.1.2.Dòng nhiệt qua sàn thùng bảo ôn Q
1
'':
Q
1
''
= K.F
s
(t
ng
- t
tr
).
Với :
 K: hệ số truyền nhiệt của sàn, (K=0,31W/mK)
 F
s
: diện tích tính toán của sàn, m
2
.
 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
ng
= 5,0 x 2,35 ≈ 11,75 (m
2
).
 Diện tích mặt trong của sàn thùng bảo ôn:
F
tr
= 4.79 x 2,14 = 10,25 (m
2
)
11,75 10, 25
2 2
ng tr
V
F F
F
+
+
⇒ = =
=11(m
2
)
 Vậy :
Q
1
'' = 0,31 x 11 x (47 -(- 18))= 221,65(W).
4.1.3.Dòng nhiệt do bức xạ Q
1
''':
Q
1
''' = K.F
V
.
∆
t
Cv
+ K.F
m
.
∆
t
Cm
[2]
Với :
 K: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m
2
K.

∆
t
C
:hiệu nhiệt độ đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào mùa hè.
 F
V
: diện tích vách bao che bò bức xạ mặt trời, m
2
.
Chỉ tính cho vách có diện tích lớn nhất và phần mái:
 Vách: F
v
=5,0x2,15=10,75m
2
,
 Mái: F
m
=5,0x2,35=11,75m
2

 Đối với mái màu sáng:
∆
t
Cm
=16
0
C,
 Vách màu sáng và hướng chiếu nắng phía tây chòu tổn thất nhiều nhất :

∆
t
Cv
=8
0
C [2]
 Vậy:
Q1''' = 0,31x(10,75x8 + 11,75x16)= 84,94 (W).
4.2. DÒNG NHIỆT TỔN THẤT TRONG VẬN HÀNH:
Tính tổn thất lạnh trong vận hành do dùng động cơ điện, quạt gió và do thất thoát khi
mở cửa:
Q
4
= β.Q
1
[2]
Với:
Q
1
là tổn thất lạnh qua kết cấu bao che
Đối với phòng lạnh thương nghiệp và đời sống chọn β = 0,4.
 Vậy: Q
4
= 0,4 x (810,685 + 221,65 + 84,94 ) = 446,91(W).
- Trang 10-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
Kết quả tổng tổn thất lạnh:
SST LOẠI TỔN THẤT Q (W)
1 Tổn thất qua vách và mái Q
1
'. 810,685
2 Tổn thất qua sàn Q
1
''. 221,65
3 Tổn thất do bức xạ Q
1
'''. 84,94
4 Tổn thất do vận hành Q
4
. 446,91
5
Tổng tổn thất Q 1564,185
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)
Với :
 k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bò. Đối với dàn lạnh trực
tiếp với t= -10
0
C đến -30
0
C : k = 1,07.
 b: hệ số thời gian làm việc của thiết bò lạnh nhỏ, chọn b = 0,7.
0
1,07 1564,185
0,7
x
Q = ≈
2390,97(W)
- Hệ thống lạnh sử dụng máy nén độc lập để làm lạnh thùng bảo ôn nên Q
0
= Q
MN

- Trang 11-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
CHƯƠNG V:
TÍNH CHỌN MÁY NÉN
5.1.CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC:
5.1.1.Nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh:
t
0
= t
b
- ∆t
0
[3]
Với :
 t
b
: nhiệt độ trong thùng bảo ôn.
 ∆t
0
: hiệu nhiệt độ yêu cầu. Đối với thiết bò lạnh thương nghiệp và đời sống ngày
nay hiệu nhiệt độ chọn từ 8-13
0
C. Chọn ∆t
0
= 8
0
C
t
0
= -18 - 8= -26 (
0
C).
5.1.2.Nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân:
Các ô tô lạnh thường tận dụng vận tốc gió do xe chuyển động để giải nhiệt dàn
ngưng. Nhiệt độ ngưng tụ (t
k
) của hơi tác nhân giải nhiệt bằng không khí được xác đònh
bằng công thức:
t
k
= t
kkra
+ ∆t
k
Với :
 t
kkra
: nhiệt độ không khí ra khỏi bình ngưng,
0
C. Chọn độ chênh giữa nhiệt độ không
khí vào và ra khỏi bình ngưng là 8
0
C. Nhiệt độ không khí vào ở trung bình trên
toàn đất nước = 37,3
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;
 Vậy :
t
k
= 37,3 + 8 + 10 = 55,3 (
0
C).
5.1.3.Độ quá nhiệt, quá lạnh :
Chọn độ quá nhiệt của hơi hút đối với R134a = 20
0
C (freon)
t
h
= t
0
+∆t
qn
= -26 +20= -6(
0
C).
Trong thiết bò hồi nhiệt lượng nhiệt quá lạnh bằng lượng nhiệt quá nhiệt trao đổi:
h
1
- h
1'
= h
3'
- h
3
=> h
3
= h
3'
+ h
1'
- h
1
.
11'
hh
33'
h
h
11'
33'
h
P
o
o
t
,
,
t
k
k
P
P
4
3
3'
2'
2
1'
1
- Trang 12-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
Trong đó:
 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.
 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
Tra bảng ta có:[7]
Điểm t (
0
C) P (bar) h (kJ/kg) v (m
3
/kg)
1 -6 1,020 403 0,21
1' -26(t
0
) 1,020 383 0,18
2 88 12,2135 460 0,0205
3' 55,3(t
k
) 12,2135 270 0,0009
3 35 12,2135 250
4 -26 1,020 250
5.2. TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN:
5.2.1.Tính chọn máy nén:
Q
0MN
= 2390,97(W) = 2,39097(kJ/s).
Năng suất lạnh riêng khối lượng:
q
o
= h
1'
- h
4
= 383 - 250 = 133(kJ/kg).
Năng suất khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất nén qua máy nén):
0
0
2,39097
133
MN
tt
Q
m
q
= = ≈
0,01798(kg/s)
Năng suất thể tích thực tế của máy nén:
tt
V
=
tt
m
.v
1
= 0,01798 x 0,21 ≈ 0,00378 (m
3
/s).
Hệ số cấp của máy nén:
λ = λ
c
. λ
tl
. λ
k
. λ
w.
λ
r
[3]
Với :
 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.
 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'
Với :










∆−
−








∆+
−
∆−
==
0
00
1
00
00
P
PP
P
PP
C
P
PP
m
kk
ktlci
λλλλ

 Lấy ∆P
0
= ∆P
k
= 10kPa = 10000Pa[3]
 P
0
= 102000Pa
 P
k
= 1221350Pa
 m = 1 đối với máy nén freon. [3]
- Trang 13-
Đồ án môn học QTTB GVHD: TS.Trần Văn Ngũ
 C = 0,04: tỉ số thể tích chết.[3]
1
1
102000 10000 1221350 10000 102000 10000
0,04
102000 102000 102000
0, 455
i
λ
 
− + −
 
 
= − −
 ÷
 
 
 
≈
λ
w'
=
0
273 26
273 47,3
k
T
T
−
=
+
=0,7711[2]
Vậy: λ = λ
i
. λ
w'
= 0,455 x 0,7711≈ 0,3508
Thể tích lý thuyết do pittông quét được:
0,00378
0,3508
tt
lt
V
V
λ
= = ≈
0,01078(m
3
/s)
Hệ số lạnh của chu trình:
0
2 1
133
460 403
q
h h
ε
= = =
− −
2,333
Tỉ số nén:
0
12,2135
1,020
k
P
P
Π = = ≈
11,974
 Chọn máy nén pittông IIБ14 1 cấp của Nga có:
V
ltMN
= 0,0111(m
3
/s)
Số xi-lanh: z = 1
Đường kính pittông: d = 67,5 (mm)
Số vòng quay: n = 24 (vòng/s)
Số lượng máy nén yêu cầu:
0,01078
0,0111
lt
MN
ltMN
V
Z
V
= = =
0,97117
Chọn Z = 1 máy nén.
5.2.2. 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:
- Trang 14-

Xem chi tiết: THIẾT KẾ THỂ TÍCH & DIỆN TÍCH THÙNG BẢO ÔN