Ứng dụng khác của kỹ thuật lạnh: lai tạo giống, bảo quản hoa…

Kỹ thuật lạnh không chỉ giới hạn trong việc làm mát không khí và bảo quản thực phẩm. Nó còn có vô vàn ứng dụng thú vị và quan trọng khác trong nhiều lĩnh vực, từ nông nghiệp đến y tế.

Các phòng thử nghiệm

Thử nghiệm thiết bị giao thông

Trên tàu hỏa

Ví dụ như phòng thí nghiệm toa tàu hỏa. Nhiệt độ của phòng thử nghiệm phải tương ứng với điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất bên ngoài trời ở Việt Nam là 0 đến 60℃ và cho các tàu quốc tế từ -40 đến 50℃. Ngoài ra trong phòng còn có thể tạo ra các điều kiện mưa gió để thử nghiệm độ kín và khả năng hoạt động của các cửa sổ, cửa ra vào và các thiết bị khác trên tàu trong mọi điều kiện thời tiết. Đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao bên ngoài phải thử nghiệm tình trạng hoạt động của hệ thống lạnh, điều hoà trên tàu.

Các phương tiện giao thông trên bộ

Thử nghiệm các phương tiện giao thông khác trên bộ bao gồm thử nghiệm tính chất khí động ở tốc độ cao, các đặc tính của động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao nhất và thấp nhất ngoài trời.

Nhiệt độ phòng có thể điều chỉnh giữa 70℃ và -50℃, tốc độ không khí đạt 200 km/h (ngang tốc độ ôtô). Phòng thử nghiệm cần có hệ thống làm lạnh công suất lớn, nhằm thải nhiệt qua kết cấu bao che, nhiệt do động cơ ôtô gây ra và nhiệt do quạt tuần hoàn gió tỏa ra. Để tạo ra lưu lượng không khí lớn tuần hoàn với tốc độ lớn cần có quạt công suất rất lớn nên nhiệt thải ra từ động cơ quạt rất cao. Công suất quạt có thể lên tới vài ngàn kW.

Để tuần hoàn không khí người ta sử dụng quạt trục vít, đường kính đạt đến 10m hoặc lớn hơn. Trở lực dòng chảy không vượt quá 25mbar. Đối với các ôtô lạnh cần phải nghiên cứu sự truyền nhiệt qua vách cách nhiệt và các cửa cách nhiệt ở các tốc độ khác nhau và nhiệt độ khác nhau.

Trên máy bay

Máy bay đặc biệt, máy bay siêu âm chịu tải nhiệt rất lớn bởi vì nhiệt độ bề mặt máy bay thay đổi rất nhanh. Khi cất cánh giả sử máy bay có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường là 30℃, nhưng chỉ sau vài phút nhiệt độ bề mặt do ma sát với không khí có thể lên tới 150℃. Khi hạ cánh nhiệt độ thay đổi ngược lại. Bởi vì nhiệt độ trong máy bay thay đổi chậm, thậm chí không thay đổi do được điều hoà không khí, hiệu nhiệt độ lớn đó tạo ra các ứng lực thay đổi.

Các ứng lực này là nguyên nhân gây ra hiện tượng mỏi của vật liệu chế tạo. Đối với máy bay vận tải dân dụng tuổi thọ đòi hỏi cao hơn nhiều so với máy bay quân sự.

Để thử nghiệm sự vận hành của máy bay Concorde Anh và Pháp đã xây dựng một phòng thử nghiệm thay đổi nhiệt độ. Ở đây có thể tiến hành cả thí nghiệm cơ học và nhiệt học trong đó nhiệt độ không khí có thể điều chỉnh từ 150℃ đến -35℃. Thiết bị lạnh bao gồm một phần là máy nén piston, công suất 3,800kW ở nhiệt độ bay hơi -1℃ và nhiệt độ ngưng tụ +35℃, một phần là máy nén ly tâm với công suất lạnh 4,200kW ở nhiệt độ bay hơi -62℃ trong đó amoniac là môi chất lạnh đồng thời là chất tích lạnh.

Để làm nóng nhanh không khí người ta sử dụng một calorife cho nước nóng 180℃ chảy qua. Các vệ tinh nhân tạo bay trên quỹ đạo cũng chịu tác động rất lớn của nhiệt độ. Ban đêm, nhiệt độ xuống -170℃ và ban ngày nhiệt độ lên tới 100℃.

Để thử nghiệm khả năng chịu nhiệt độ thay đổi của vệ tinh người ta xây dựng phòng thử nghiệm vũ trụ, trong đó các điều kiện làm việc của vệ tinh được mô phỏng.

Động cơ và các dụng cụ

Để thử nghiệm các động cơ ôtô và đặc biệt động cơ máy bay làm việc trong các điều kiện khác nhau người ta xây dựng các phòng thử nghiệm mô phỏng điều kiện khí hậu thực tế mà ôtô có khả năng phải chịu đựng trên thực tế. Phòng thử nghiệm này có khoảng nhiệt độ có thể thay đổi trong khoảng từ -50℃ đến 70℃ tương đương nhiệt độ vùng Bắc cực hay trên sa mạc và ở áp suất khác nhau.

Đối với ôtô áp suất thay đổi không đáng kể có thể bỏ qua. Đối với động cơ máy bay áp suất làm việc thay đổi đáng kể, tuỳ thuộc vào độ cao. Ở độ cao ngang mực nước biển áp suất khí quyển là 760mmHg, ở độ cao 20km áp suất chỉ còn 41mmHg, ở độ cao 25km áp suất 19mmHg.

Trong phòng thí nghiệm quang học và cơ khí chính xác cần mô phỏng các điều kiện khí hậu ở đó chúng sẽ làm việc. Nhiệt độ có thể điều chỉnh trong khoảng từ -65℃ đến +80℃ và có thể điều chỉnh bằng chương trình. Ở phạm vi nhiệt độ trên 0℃ độ ẩm tương đối phải điều chỉnh được từ 40% đến 100%.

Các dụng cụ ngắt điện đặc biệt cho điện cao thế cũng cần thử nghiệm ngay ở nơi sản xuất với các điều kiện nhiệt độ từ -50℃ đến 50℃ kể cả trong điều kiện bị đóng băng.

Công nghệ lai tạo giống thực vật

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 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 vv… Điều kiện chiếu sáng được mô phỏng như ngày và đêm.

Làm mát động cơ và máy phát

Nhiệt độ môi trường càng cao, khối lượng không khí được hút vào động cơ đốt trong càng nhỏ do đó công suất động cơ giảm. Bằng cách làm lạnh không khí cấp cho động cơ người ta có thể nâng công suất động cơ lên cao hơn. Không khí cấp cho động cơ diesel có thể làm lạnh trực tiếp nhờ chu trình nén khí hoặc gián tiếp nhờ môi chất lạnh sôi.

Không khí được nén qua máy nén ly tâm 1 và đưa vào làm mát sơ bộ bằng nước ở thiết bị trao đổi nhiệt 3, sau đó làm mát bằng môi chất lạnh sôi ở bình bay hơi 4 rồi cấp vào động cơ diezen. Máy lạnh có máy nén ly tâm 6, bình ngưng làm mát 7, van tiết lưu 5 và bình bay hơi 4. Để truyền động cho máy nén người ta dùng động cơ tua bin 8 làm việc nhờ vòng tuần hoàn hơi frêôn.

Để truyền động cho máy nén ly tâm 1 người ta dùng động cơ tua bin 2 chạy bằng khí thải từ động cơ diezen. Những cuộn dây của các máy phát điện lớn thường được làm mát bằng nước hoặc bằng khí hydro. Với cường độ làm mát cao phải nhờ đến môi chất lạnh sôi, ví dụ freon vv…

I. Động cơ diesel; II. Hệ thống động lực cho máy lạnh; III. HT cấp khí và làm lạnh
1. Máy nén ly tâm; 2. Tua bin; 3. Làm mát không khí bằng nước; 4. Làm mát không khí bằng freon; 5. Van tiết lưu; 6. Máy lạnh ly tâm; 7. Bình ngưng; 8. Tua bin khí freon; 9. Bình chứa freon; 10. Bơm freon; 11. Bình ngưng của hệ sinh công nhờ freon.

Xử lý lạnh các sản phẩm khác nhau

Ngũ cốc và thực vật

Nhiều loại ngũ cốc vào dịp đông xuân trong quá trình phát triển đòi hỏi một thời kỳ giá lạnh ngay sau khi nảy mầm. Tuy nhiên nếu bị đóng băng hoặc đợt giá lạnh khắc nghiệt thì mầm có thể bị chết. Để tránh thời tiết bất lợi có thể làm thiệt hại mùa màng có thể xử lý lạnh nhân tạo.

Quá trình xử lý lạnh nhân tạo phải tuỳ thuộc vào giống và loại ngũ cốc. Có những loại không cần xử lý lạnh. Bằng cách xử lý lạnh của giống hoa tuylip người ta có thể làm cho hoa nở sớm hơn. Hiệu quả cũng tuỳ thuộc vào loài và giống hoa.

Đối với một số loài hoa khác việc xử lý lạnh được coi là nhân tố thúc đẩy sự phát triển của hoa. Các gốc hồng nếu được bảo quản ở 0 đến 0,5℃ và độ ẩm 98% sẽ có giấc ngủ đông và không bị sương giá làm hỏng. Các nhánh cẩm chướng tách từ gốc mẹ có thể bảo quản trong carton hơn 6 tháng ở nhiệt độ 0,5℃.

Bảo quản hoa

Hoa cắt được chia làm ba giai đoạn:

1. Giai đoạn phát triển trên gốc hoa mẹ.
2. Giai đoạn vận chuyển và đem bán.
3. Giai đoạn cắm hoa ở trong nhà của khách hàng.

Giai đoạn b) tiến hành trong thời gian càng ngắn càng tốt và sử dụng kho lạnh bảo quản hoa tươi để đảm bảo điều kiện các nụ hoa không được nở ra. Thời gian cắt thích hợp rất quan trọng đối với vấn đề trên. Ở nhiệt độ càng thấp cường độ thở của hoa càng giảm và thời gian hoa tươi càng dài. Đối với rất nhiều giống hoa có nhiệt độ giới hạn nếu bảo quản dưới nhiệt độ đó khi lấy ra khỏi buồng lạnh hoa không thể nở được nữa. Ví dụ hoa phong lan không thể bảo quản dưới 7 – 10℃, ngược lại hoa tím có thể bảo quản đến 3℃ và hoa hồng từ 0 – 1℃. Bảo quản hoa thuỷ tiên và hoa cẩm chướng ở 1 đến 2℃ là tốt nhất và thời gian bảo quản khoảng 10 ngày.

Hoa vùng California của Mỹ tỏ ra thích hợp nhất với nhiệt độ từ 0,5 đến 4℃. Đáng lưu ý là thời gian vận chuyển trên máy bay không chiếm quá 30% thời gian từ nơi trồng hoa phía Tây đến chợ hoa ở phía Đông nước Mỹ. Trên máy bay hoa được bảo quản ở nhiệt độ 10 đến 21℃. Tuy nhiên đây là các kết quả thử nghiệm của nước ngoài, các số liệu này có thể chưa chắc đã phù hợp ở Việt Nam vì các điều kiện khí hậu, đất đai, thổ nhưỡng, chăm sóc, loài hoa có khác nhau.

Cùng chủ đề:

Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong kỹ thuật đo và tự động Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong chế tạo vật liệu và dụng cụ Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong xây dựng Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong sấy thăng hoa Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong điều hòa không khí Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong y tế và sinh học Cryo