Tính chọn thiết bị bay hơi
Trong lĩnh vực công nghệ lạnh, việc tính toán và lựa chọn thiết bị bay hơi là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống. Thiết bị bay hơi không chỉ ảnh hưởng đến khả năng làm lạnh mà còn quyết định đến hiệu quả năng lượng và chi phí vận hành.
Việc lựa chọn đúng thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như loại môi chất lạnh, công suất yêu cầu, điều kiện làm việc, và thiết kế hệ thống. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách tính toán và lựa chọn thiết bị bay hơi phù hợp nhất cho nhu cầu của bạn, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm chi phí trong quá trình vận hành.
Phân loại thiết bị bay hơi
Theo trạng thái môi trường làm lạnh
Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng: Sử dụng các chất tải lạnh như nước hoặc nước muối.
Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí: Bao gồm hai loại:
- Giàn lạnh tĩnh: Không có quạt để luân chuyển không khí.
- Giàn lạnh quạt: Sử dụng quạt để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.
Theo mức độ choán chỗ của môi chất lỏng
Loại ngập: Môi chất lỏng (ví dụ như NH3, Freon) bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt. Loại này thường cấp lỏng từ dưới lên.
Loại không ngập: Môi chất lỏng không bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt, một phần bề mặt được sử dụng để quá nhiệt hơi hút về máy nén. Loại này thường cấp lỏng từ trên xuống.
Tính và chọn thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng
Hệ thống lạnh sử dụng chất tải lạnh thường gọi là hệ thống làm lạnh gián tiếp. Hệ thống làm lạnh gián tiếp còn được chia ra loại kín và loại hở, thiết bị bay hơi ống chùm nằm ngang thuộc loại kín. Giàn bay hơi kiểu giàn ống hay giàn bay hơi kiểu tấm (panel) thuộc loại thiết bị loại hở.
Khi tính toán thiết bị bay hơi người ta dựa vào năng suất lạnh đã tính Q0 và từ đó tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt theo công thức:
F = Q0 / (K. Δt)
Trong đó
- Q0 – năng suất lạnh hay nhiệt tái cua thiết bị bay hơi đã tính toán được:
- K – hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào loại thiết bị bay hơi và điều kiện vận hành, nó có thể xác định bằng lý thuyết hay thực nghiệm. w/m2.độ;
- Δt – hiệu số nhiệt độ trung bình giữa chất tải lạnh (nước hoặc nước muối) và môi chất lạnh sôi.
Hệ số truyền nhiệt K có thể tra theo bảng sau:
Bảng – Hệ số truyền nhiệt K đối với một số thiết bị bay hơi làm lạnh nước muối
Dạng thiết bị bay hơi làm lạnh nước muối | K. w/m2.độ | Ghi chú |
thiết bị bay hơi ống chùm dùng cho NH3 | 460 – 580 | Với Δt = 5°C |
thiết bị bay hơi ống chùm cho freon R12 thiết bị bay hơi ống chùm dùng cho freon R22 |
230 – 350 350 – 400 |
K tính theo bề mặt có cánh
|
thiết bị bay hơi ống xoắn Giàn bay hơi kiểu Panen |
2902 – 1000 460 – 580 |
K tính theo bề mặt nhẵn trong ống
Với Δt = 5°C |
Lưu lượng chất tải lạnh lỏng (nước muối) có thể xác định theo biểu thức:
Vn = Q0 / (Cn. Pn . Δtn) (m3/s)
Trong đó
- Cn và pn – nhiệt dung riêng và khối lượng riêng của nước muối.
- Δtn – hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi thiết bị bốc hơi.
Và có thể chọn Δtn theo điều kiện làm việc như sau:
- Đối với các thiết bị bay hơi lấy Δtn = 2 – 3°C
- Đối với các thiết bị bay hơi làm lạnh buồng Δtn = 2 – 3°C
- Đối với các thiết bị công nghệ Δtn = 4 – 6°C
- Đối với các thiết bị làm lạnh đông kiểu màng Δtn = 1°C
Sau khi xác định Vn , Δtn có thể chọn bơm và chiều cao cột nước cần thiết của bơm.
Đối với hệ thống làm lạnh muối dùng cho thương nghiệp và đời sống người ta phải xác định thời gian làm việc và khối lượng nước muối tuần hoàn.
Giàn lạnh không khí tĩnh
Phân loại giàn lạnh không khí:
- Giàn lạnh trực tiếp: Môi chất lỏng bay hơi bên trong ống để làm lạnh không khí bên ngoài ống.
- Giàn lạnh gián tiếp: Nước muối lạnh chảy trong ống để làm lạnh không khí ngoài ống.
Loại giàn lạnh không khí tĩnh:
- Thường được treo trên trần hoặc tường của các kho mát hoặc kho đông lạnh sản phẩm không bao gói.
- Có thể sử dụng giàn có cánh hoặc không có cánh để giảm tổn hao khối lượng sản phẩm.
Đặc điểm giàn lạnh:
- Giàn ống trơn: Sử dụng ống đường kính 57 mm, dày 3,5 mm.
- Giàn ống có cánh tản nhiệt: Sử dụng ống đường kính 38 mm, dày 2,5 mm.
- Cánh tản nhiệt dạng chun xoắn được làm từ lá thép dày 0,8 – 1 mm, chiều rộng 45 mm.
- Khoảng cách giữa các cánh là 20 mm cho các phòng bảo quản sản phẩm không đóng gói và 30 mm cho các buồng tương tự.
Hệ số truyền nhiệt K:
- Giàn treo tường: K = 3 – 4,5 W/m².°C.
- Giàn treo trần: K = 4 – 5,5 W/m².°C.
a) giàn ống một ống góp CK, b) giàn ống xoắn dấu C3T;
1- ống thép, 2- lá thép làm cánh tản nhiệt; 3- ống góp, 4- thép góc làm giá đỡ; 5- nẹp ống. 6- đoạn cút ống
a) giàn ống xoăn đuôi, b) gian ống trung gian
1- ống thép, 2- lá thép làm cánh tản nhiệt; 3- ống góp, 4- thép góc làm giá đỡ; 5- nẹp ống. 6- đoạn cút ống
Để có các giàn lạnh theo ý muốn phù hợp với kết cấu buồng với chiều dài và bề mặt trao đổi nhiệt lớn, các giàn trên được nối ghép với nhau thành tố giàn.
Bề mặt trao đổi nhiệt được tính theo biểu thức:
F = Q0tb / (K. Δt)
Trong đó
- Q0tb – Tải nhiệt thiết bị đã tính cho từng phòng;
- K – hệ số truyền nhiệt của giàn lạnh w/m2 .độ;
- Δt – hiệu nhiệt độ giữa không khí trong phòng lạnh và môi chất lạnh sôi trong ống hoặc hiệu nhiệt độ trung bình giữa không khí trong buồng lạnh và nước muối trong giàn lạnh.
Khi tính thiết kế hệ số truyền nhiệt k của giàn lạnh có thể tra theo bảng
Hệ số truyền nhiệt k của giàn ống lạnh phụ thuộc nhiệt độ buồng và loại ống
Loại giàn
|
K, w/m2.độ, ở nhiệt độ buồng lạnh | |
0°C | -20°C | |
Giàn ống trơn neo trần | 9,8 | 7 |
Giàn ống trơn treo tường | 9,8 – 14 | 7 – 9,9 |
Giàn ống trơn treo trần 1 hàng | 5,9 – 5,1 | 4,7 – 4,2 |
Giàn ống trơn treo trần 2 hàng | 5,6 – 4,8 | 4,4 – 4 |
Giàn treo tường 4 ống theo chiều cao | 4,7 – 4,1 | 3,6 – 3,3 |
Giàn treo tường 8 ống theo chiều cao | 4,3 – 3.7 | 3,4 – 3,0 |
Giàn lạnh không khí có quạt gió
Định nghĩa: Là giàn lạnh không khí có cơ chế đối lưu cưỡng bức thông qua quạt gió, được sử dụng phổ biến trong các hệ thống lạnh.
Ưu điểm:
- Vị trí lắp đặt linh hoạt: Có thể bố trí cả trong và ngoài buồng lạnh.
- Tiết kiệm không gian: Chiếm ít thể tích trong phòng.
- Nhiệt độ đồng đều: Đảm bảo sự đồng đều về nhiệt độ trong không khí.
- Hiệu quả trao đổi nhiệt cao: Có hệ số trao đổi nhiệt lớn.
- Tiết kiệm vật liệu: Ít tổn thất nguyên vật liệu trong sản xuất.
Nhược điểm:
- Tiếng ồn: Có thể tạo ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động.
- Tiêu tốn năng lượng: Tốn điện cho động cơ quạt gió và tốn lạnh.
Thông số kỹ thuật:
- Ống thép: Sử dụng ống thép với đường kính 25 mm và độ dày 2 đến 2,5 mm.
- Cánh quạt: Làm từ lá thép dày 0,8 mm, rộng 30 mm, với bước cánh là 13,3 mm.
- Ống đồng: Đối với môi chất Freon, thường dùng ống đồng có đường kính từ 10 đến 18 mm và độ dày từ 0,5 đến 1,5 mm. Cánh làm bằng nhôm dày 0,3 mm.
Phá băng:
- Buồng có nhiệt độ > 2°C: Dùng không khí trực tiếp trong buồng để phá băng.
- Buồng có nhiệt độ < 2°C: Sử dụng hơi tác nhân nước nóng hoặc dây điện trở để phá băng.
a) treo trần không khí vào phía dưới và thổi ra hai bên, 1- cửa gió; 2- quạt; 3- giàn lạnh,
b) treo trần không khí vào và ra theo phương nằm ngang 1- cửa gió; 2- giá treo; 3- động cơ, 4- thân quạt. 5- hộp gió.
c) đặt trên bệ không khí vào phía dưới ra phía trên; quạt ly tâm, giàn đặt thẳng đứng 1- khay hứng nước; 2- giàn lạnh; 3- quạt ly tâm
Diện tích bề mặt của giàn quạt cũng được xác định theo công thức:
F = Q0tb / (K. Δt)
Hệ số truyền nhiệt K của giàn quạt ống cánh phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất hoặc nước, nước muối như sau:
t, °C | -40 | -20 | -15 | 0 và lớn hơn |
K . w/m2. độ | 11,6 | 12,8 | 14 | 17,5 |
*Nguồn tham khảo: Kỹ thuật lạnh và lạnh đông thực phẩm – Phạm Xuân Vượng