1

LỜI NÓI ĐẦU
•
•
•
•
•
•

Đồ án thiết kế hệ thống lạnh là một môn rất quan trọng đối với ngành Điện
-Nhiệt lạnh nó giúp chúng ta tổng hợp các lại kiến thức đã học ở cac môn :Nhiệt
dộng lực học ,Truyền Nhiệt,Thiết bị lạnh, Kỹ thuật lạnh …
đống thời giúp chúng ta tập làm quên với công việc thiết kế -tính toán nhằm làm
cơ sở cho việc thiết kế Đồ án Tốt Nghiệp .
Cuốn “đồ án tốt nghiệp” bao gồm thiết kế và tính toán hệ thống sản suất đá cây,
hệ thống cấp đông và chu trình sử dụng thiết bị van tiết lưu nhiệt trong hệ thống
lạnh.
Thông qua tài liệu này giúp chúng ta có thể hiểu sâu hơn về ngành nhiệt lạnh,phát
huy khả năng tư duy sáng tạo và thiết kế hệ thống lạnh trong cuộc sống. Và dùng
làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên làm đồ án tốt nghiệp
Lần đầu cuốn sách chắc chắn không tránh khỏi thiết sót, chúng em vui mừng được
thầy cô đọc và góp ý kiến qua đó chúng em có thể hoàn thiện đồ án tốt nghiệp tốt
hơn.
Xin chân thành cảm ơn.

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI


ngày, đặc biệt dùng cho việc bảo quản cá, thực phẩm khi vận chuyển đi xa. Ngoài ra đá
cây cũng được sử dụng làm đá sinh hoạt và giải khát của nhân dân.
Tuy nhiên, đá cây có một số nhược điểm quan trọng như: chi phí đầu tư, vận hành lớn,
các chỉ tiêu về vệ sinh không cao do có nhiều khâu không đảm bảo vệ sinh, tính chủ động
trong sản xuất thấp do thời gian đông đá lâu. Đi kèm theo hệ thống máy đá cây phải trang
bị thêm nhiều hệ thống thiết bị khác như: hệ thống cẩu chuyển, hệ thống cấp nước khuôn
đá, bể nhúng đá, bàn lật đá, kho chứa đá, máy xay đá. Vì vậy ngày nay trong kỹ thuật chế
biến thực phẩm người ta ít sử dụng đá cây. Nếu có trang bị cũng chỉ nhằm bán cho tàu
thuyền đánh cá để bảo quản lâu ngày.
Do khối đá lớn nên sản xuất đá cây thường có thời gian làm đá khá lâu từ 17 đến 20
tiếng, vì vậy để giảm thời gian làm đá người ta có các biện pháp sau:
- Làm lạnh sơ bộ nước trước khi cho vào khuôn đá.
- Bỏ phần lỏi chưa đóng băng, phần nước có nhiều muối hoà tan. Với phương pháp này
thời gian làm đông đá giảm 40-50%.
- Giảm nhiệt độ nước muối xuống –15oC, thời gian giảm 25%, nhưng chi phí điện năng
lớn.
Một trong những điểm khác của sản xuất đá cây, là để lấy đá ra khỏi khuôn cần phải
nhúng trong bể nước cho tan một phần đá mới có thể lấy ra được. Để làm tan đá có thể
lấy nước nóng từ thiết bị ngưng tụ. Do phải làm tan đá nên có tổn thất một phần lạnh nhất
định.
Thiết bị quan trọng nhất của hệ thống máy đá cây là bể muối. Thông thường bể muối
được xây dựng từ gạch thẻ và có lớp cách nhiệt dày 200mm, bên trong bể là hệ thống
khung đỡ các linh đá, dàn lạnh. Đại bộ phận các thiết bị trong bể đá là thép nên quá trình
ăn mòn tương đối mạnh, sau một thời gian làm việc nhất định nước muối đã nhuộm màu
vàng của Rứ sắt, chất lượng vệ sinh không cao.
Trong khi sản xuất nhớ chú ý nước vào khuôn chỉ chiếm khoảng 9/10 thể tích, để khi làm
lạnh nước giãn nở và không thể tràn ra bể, làm giảm nồng độ muối, ảnh hưởng tới nhiệt
độ đông đặc của nước đá trong bể
Sản xuất đá cây không thể thực hiện liên tục và tự động hoá cao được, do các khâu ra đá,
cấp nước cho các khuôn đá, chiếm thời gian khá lâu và khó tự động. Hệ thống còn có

khuôn (kg)

50

27.5

Kích thước khuôn mm
chiều cao
(mm)
1115

Đáy lớn
(mm)
380x190

Đáy bé
(mm)
340x160

thời gian
đông đá
(h)
16

Bảng 2.1: kích thước khuôn đá
Máy đá có công suất 30 tấn /ngày đêm trở lên đều sử dụng khuôn 50 kg các khuôn được
bố trí thành linh.

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

linh :đá ;2-vị trí móc cẩu;3-khuôn đá 50 kg;
ta có : khoảng cách giữa các khuôn đá trong linh đá là 225mm, 2 khuôn 2 đầu cách nhau
40mm để móc cẩu, khoảng hở hai đầu còn lại là 75mm:
vì vậy chiều dài của linh đá được xác định :
L=n 1 x 225 + 2x75 + 2x40
n 1 :là số khuôn đá trên 1 linh đá :n 1 =7 khuôn.
vậy:L=1805 mm
chiều rộng của linh đá là 425mm, chiều Cao linh đá là 1150mm.

3 :xác định kích thước bên trong bể đá ;
Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các khuôn đá , dàn lạnh ,bộ cánh khuấy và các khe hở
để nước muối chuyển động tuần hoàn .Ta chọn cách bố trí dàn lạnh ỡ giữa còn 2 dãy
khuôn ỡ hai bên

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI

3


6
Dựa vào bảng 6-13 sách “hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh “ trang 194 . ta xác định được
kích thước của bể đá với công suất 30 tấn:
Năng
suất
(tấn)

số

43

4610

1250

900

21525

muốn xác định kích thước bên ngoài phải cộng thêm chiều dày kết cấu cách nhiệt
bố trí bể đá với linh đá 7 khuôn đá 35 tấn có 100 linh :

21525

4570

900

BƠM
TUẦN
NGĂN
LẮP
DÀNHOÀN
XƯƠNG CÁ

Bể đá 30 tấn/24 giờ, có 86 linh , mỗi linh 7 khuôn 50 kg

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

a- xác định chiều dày cách nhiệt cho tường:
chiều dày cách nhiệt

δ cn = λ cn

[

δ cn

xác định theo công thức :

n
1
1
δi
1
−( +∑
+
]
k α1 i =1 λi α 2)

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI


8

trong đó: -


2

3

1

2
1

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

3

4

6

5

4

5

6

GVHD:LÊ MINH HẢI



0.041
6
tấm thép
?

dộ
µ

dẫn

ẩm

0,012
0,014
0.000115
0.00018
0.006
0

với tf =10 => k=0,23 (w/m2 k)
tf : nhiệt độ sôi môi chất lạnh
Theo bảng 3.3 trang 84 sách “HDTKHTL”(trang 86 bảng 3-7 “HDTKHTL” NGUYỄN
ĐỨC LỢI
ta có : - α 1=23,3n (w/m2k)
- α 2=8(w/m2k)
vậy chiều dày lớp cách nhiệt là:
1
1
δ +δ +2δ +δ +δ + 1 )]
+

1

2

1
1
0,015 0,2 0,0025
0,003 0,005 1
−(
+2
+
+
+2
+
+ )]
0,23 23,3
0,88 0,82
0,18
0,15
42
8
=0,157 (m)
v ậy chọn chiều dày lớp cách nhiệt là δ cn=0,2(m)
_
H ệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che :
1
kt = 1 n δ 1
+∑ i +
= 0,041[



GVHD:LÊ MINH HẢI


10

kt =

v ậy

1
1
0,015 0,2 0,0025
0,003
0,2
0,005 1
+ 2.
+
+
+ 2.
+
+
+
α1
0,88 0,82
0,18
0,15 0,041
42
α2


Cách ẩm

1
2
3
4
5
6
7

Tấm thép
Bêtông chịu lực
Bitum dầu lữa
Tấm polyuretheme
Kênh sưởi nền
Lớp bêtông đá dăm M200
Nền đất

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

chiều
vật
liệu
(m)
0,005
0,4
0,0025
?
0,2

δ =λ [ k −(α +δ
λ λ λ λ λ λ α
cn

1

2

3

5

6

7

1

2

3

5

6

7

cn


1
1 δ1 δ 2 δ 3 δ 4 δ 5 δ 6 δ 7
1
+
+
+
+
+
+
+
+
α 1 λ 2 λ 3 λ 3 λ 4 λ5 λ 6 λ 7 α 2

1
= 0,219( w / m 2 k )
1
0,005
0,4
0,0025 0,07 0,003 0,2 1,2 1
+
+ 2.
+ 2.
+
+
+
+
+
23,3
42
1,5

1
1

i =1

λ λ
i

cn

1

α

2

1
= 1 + 0,001 + 0,03 + 1 =2,4 (w/mk)
23,3 0,18 0,14 6,5

2:Tính kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngòai vách cách nhiệt:

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI


12



∑δ
λ

Trong đó ;

i.

≥ 1,6( p −
mt

i

∑δ
µ

i

p)
t

: Tổng trở lực dẫn ẩm

i

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI



Ta có : với to =37,3oc =>

''

o

Vậy :

p
p

mt

p

''

(t= -100c) ϕ f

f

=

f

=295,445 .90% =233,5005 pa =1,753 mmHg

Vậy : vế phải :1,6(


i

=115,19
Vậy vế trái lớn hơn vế phải cho nên kết cấu tướng thỏa mãn không đọng ẩm.
b-Kiểm tra cho nền:
Ta có vế phải =58.52

∑δ
µ

Và vế trái =

i

=2

i

0,4
0,0025
0,77
0,2
+2
+
+
=260,145
0,004
0,000115 0,006 0,04

Vậy kết cấu nền không đọng ẩm:


Q :dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồn lạnh(kw).
Q :dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.
Q :dòng nhiệt do thong gió.
Q :dòng nhiệt do vận hành.
Q :dòng nhiệt do sản phẩm khi hô hấp.
1-Dòng nhiệt do kết cấu bao che: Q
1

2

3

4

5

1

Là sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong buồng lạnh .

Q =Q + Q
1

Q
Q

11

11

=kt.ft. ∆t

Trong đó:kt-hệ sô` truyền nhiệt của tường kt=0,20 w/m2k.
Ft –diện tich` tường của bể đá:ft=2(21525+4610).1250 mm=65.3 m

Vậy :

Q

∆t =(tmt-tnm)
=37,3+10
=47,3oc

11t

-tmt:nhiệt độ môi trường xunh quanh:=37,3oc.
-tnm:nhiệt độ nước muối:=-10oc.

=0,20 .65,3.(37.3+10) = 617,74(w)

-Tổn thất qua nắp (trần):

Q

11tr

=ktr .ftr ∆t

Chọn : ktr=2,4 w/m2k
Ftr=14,875x4,57=68 m2


=0,219 .65,3.(4+10)

11 n

=208 w

Từ đó ta có:

Q

11

=617,74+7719,36+208=8545.1 w

b)Tổn thất nhiệt do bức xạ:

Q =K F ∆
Trong đó : ∆ nhiệt độ dư ,đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào màu hè.
t 12

12

t 12

Do có kết cấu tường –trần khác nhau nên dòng nhiệt do bức xạ khác nhau :
_ Đối với tường :

Q


12 tr

=ktr .fr .

∆

∆

12 tr

=19oc (màu xám ,bêtông,ximăng hoặc lớp phủ)
Ktr=2,4 ;ftr=68
 Q12tr =2,4 .68. 19 =3100 w
Chọn

12 tr

Bảng tổng kết tính toán dòng nhiệt do bức xạ mặt trời:
STT

Kt w/m2k

Vách

∆

F. m2

t 12


19

3100

Vậy :

Q

12

=169,78+3100 =3269,78 w

Q =8545,1+3227 =11814,88w



1

2:Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra:

Q

2

Ta có công thức tính toán sau:

Q =Q +Q
2

D


Ta có:

[

G
o
o
(0 − t d ) + cn (t n − 0 ) + r
c
d
2
τ
Trong đó:

Q

D

=

]

Cn =4,18 (kj/kg. k) nhiệt dung riêng của nước .
R=333,6 (kj/kg) nhiệt ẩn đặc trưng của nước đá.(nhiệt độ nóng chảy)
Cd =2,09 (kj/kg. k) nhiệt dung riêng của nước đá.
Tn=42oc: nhiệt độ nước vào.
Td=-20oc: nhiệt độ nước đá.
30000
2


=>

Vậy :

K
2

K

=

=

30000
G
0,226(42 + 10) =18954,84kJ/h =5265,33w
(
−
)
=
C
t
t
18,6
τ k 2 1

Q =Q +Q
2



=68 .4,5=306 (w)

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI


17
- Q42 dòng nhiệt do người tỏa ra :

Q

42

=350.n (w)

n-số người làm việc trong buồng chọn: n=2
350:nhiệt lượng do một người thải ra khi làm việc 350w/người.
Vậy:

Q =350.2 =700 w
- Q dòng nhiệt do các động cơ điện:
Q =1000.N. η (w)
42

43

43

0

1

2

3

4

5

=11371,88+144790+8776=114719,88 w =114,72kw
Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức sau:
k .Q
Q0mn = b o
k :hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh.
Đối với hệ thống lạnh gián tiếp qua nước muối lấy k=1,12
b- hệ sốthời gian làm việc .chọn b=0,9
vậy :
1,12.114,72
Q0mn = 0,9 = 142762,52 w =142,76 kw

IV:TÍNH TOÁN CHU TRÌNH- TÍNH CHỌN MÁY NÉN

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI


- nhiệt độ nước vào bình ngưng :
t w1 = tư + ∆tw

Chọn : ∆tw =(3oc÷40C) => t w1 =33+3=36oc cho dàn ngưng tưới kiểu bay hơi .
- nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng:
t w2 = tw1 + (2÷ 6)0C =36 + 3 =390C
nhiệt độ ngưng tụ:
t k = t w2 + ∆tk
Chọn

∆

tk

=3oc => t k =39+3= 42oc

3- nhiệt đô quá lạnh:
Nhiệt dộ quá lạnh phải cao hơn nhiệt độ nước vào: (3-:- 5 )oc. nhiệt độ nước vào tnv= 36oc
Ta có

t

ql

= tw1 + (3÷5)0C = 36 + 3 =390C

4-nhiệt độ hơi hút( quá nhiệt):

t


GVHD:LÊ MINH HẢI


19
Ta chọn chu trình 1 cấp “quá lạnh - quá nhiệt” dùng môi chất R22.
Ta có sơ đồ nguyên lý của chu trình.

H2O
4

5
TBQL
6

NT

TL

MN

BH
1

3

2
nuoc muoi

Biểu diển trên đồ thị lop-h và T- s.
lgp

2

GVHD:LÊ MINH HẢI


20

h

S

II- tính toán chu trình:
Các thông số điểm nút của chu trình được xác định bằng bảng sau dựa vào đồ thị lgp –h
của R22.
Thông số
Áp suất (Mpa)

1
0,1641

Nhiệt độ oC

-30

Entanpi h(kj/kg)
V (m3/kg)
-

2
0,1641


552,20

548,23

-

0,13594

-

-

-

-

năng suất lạnh riêng :
qo = h2 –h1 =693,25 -548,23 =145,02 kj/kg
lưu lượng nén qua máy nén:

lgp

m=

Q
q

o


pk ,tk

5

6

qv =

5

q = 145,02 = 1066,8 (kj/m )
v 40,13594
6
3

o

công nén riêng:
l =h4 –h3 =760 – 698 = 62 ( kj/kg)
- hệ số lạnh chu
po ,trình:
to

1

? tqn

1

-

q

=

o

l

145,02
=2,34
62

-thể tích hút thực tế:
V tt = m.v =0,984 .0,13594 = 0,1338 ( m3/s)
-Hệ số cấp:
-Tra đồ thị hình 3.4 với máy nén Freon 22 , ta dựa vào tỉ số nén π =
được λ = 0,49

p
p

k

= 9.795) ta

o

- thể tích hút lý thuyết( do pitông quét được)
v 0,1338
3

+ 0,001.(−30) =0,74
315

61
=5082,4 kw
0,74

Vậy: Ni =
-công nén hiệu dụng:

N

e

=

N
η

S

e

η

-dựa vào đồ thị hình 3.6 với
e

p
p


- công suất điện của động cơ:

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI


22

N

el

=

N
η

e

el

Chọn : η el =0,85 –hiệu suất động cơ
Vậy :

N

el

B

Ta có:

Q

k

= 204475,2 (w) ≈ 204,5 kw

- xác định bề mặt trao đổi nhiệt:
bề mặt ống trơn đườg kính 25 x 2,5 mmHg
.đường kính ngoài: da =32 mm
.đường kính trong: di =27,5 mm
δ =2,25mm
.chiều dày ống:
o
giới hạn làm lạnh : tgh =tư =33 c
-lưu lượng không khí:
−2
mkk = 3,25. ρ .Q .10 (kg/s)
kk

kk

Khối lượng riêng của không khí:

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT



h
h
h
t
t
t

t

1

2

tb

1

1

t
2

2

ϕ

w

=100

-R: hằng số của không khí lây R= 287 j/kgkk
T1 =37,3 + 273 =310,3 oK
4

=>

ρ

kk

=

9,81.10 .(1 + 0,031)
.287.310,3(1 + 1,61.0,031)

=1,08 kg/m3

Vậy :
- entanri của không khí ra:

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

m

kk

=3,25.204,5.10-2.1,08 =7,17 kg/s

GVHD:LÊ MINH HẢI

m1 = 0,05 kg/m.s lưu lượng nước trên 1m chiều dài ống theo kinh nghiệm
Vậy : α 1 =0,85. 9750. 0,051/3 =3053 (w/m2k)
- xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt :Fa
hệ số tỏa nhiệt về phía R22:

α

i

q

=9733 .

−0 , 2
i

−0 , 3

.d i

(wm2 k)

Ta chọn qa về phía nước theo kinh nghiệm q a =1400-:-2300 w/m2 : chọn qa
=1650 w/m2. khi đó qi về phá nước có thể xác định
0,032
qi = qa . d a = 1650. 0,0275 =1920 w/m2
di

Vậy : α i =9733. 1920-0,2 .0,0275-0,3 =6306 (w/m2k)
- hệ số truyền nhiệt (k) qua vách ống:

i

d

c

i

n

i

a

i

i =1
n

i =1

i

s

2

s

-3

k=
1
32
0,6 0,1
2,5
1 =610 w/m2k
−3 0,06
.
+ 10 (
+
+
+
)+
6306 27,5
0,12 1,5 0,58 45,3 3053
- nhiệt độ của nước giải nhiệt trong thiết bị (tw):
q = k (t k − t w) (wm2)
s

a

q

1650
=39,3oC
610
k
- Entanpi của không khí bão hòa ở nhiệt độ t w tra bảng 7-10 “tính chất vật lý
của không khí ẩm” với tw = 39,3oC ta có hw= h” =160 kj/kg.(tra đồ thị h-x với
=>

+ nhiệt dung riêng: c pkk =1,005 kj/kgk

p =1,1363 kg/m .
+hệ số dẫn nhiệt : λ =0,027398 w/mk
+độ nhớt động: ν =16,6348.10 m /s
+trị số prandtl: p =0,7
+khối lượng riêng:

3

kk

kk

-6

2

kk

r

- diện tích bề mặt ngòai của dàn ống ngưng tụ yêu cầu:

F

a

=



k

=5oc hiệu nhiệt độ làm mát nước.

204,5
= 9,78 kg/s
4,18.5

- lượng nước phun : chọn theo kinh nghiệm. cứ 100kw tải nhiệt cho lượng nước phun là
2,3 kg/s .

SVTK: VÕ MINH TÂN
NGUYỄN CÔNG THUYẾT

GVHD:LÊ MINH HẢI