Xác định đặc tính của máy và hệ thống lạnh

Hiệu suất thể tích của máy nén

Biểu thức tính hiệu suất thể tích

Trong một máy nén, thể tích hơi hút sau một vòng quay của trục khổng hoàn toàn tương ứng với thể tích quét của pittông và có tên gọi là dung tích xilanh. Có sự khác nhau này là do sự giãn nở của hơi nén trong thể tích chết của xilanh. 

Sự dãn nở này làm clapê hút nở chậm và giảm số lượng hơi mới vào xilanh. Vì vậy, có thể coi hiệu suất thể tích của một máy nén là tỉ số của thể tích hơi hút thực với thể tích quét của piston trong một đơn vị thời gian ở các giá trị nhất định của áp suất hút và đẩy.

Dung tích xilanh (C) của một máy nén có số xilanh z, đường kính xilanh d (mm), hành trình piston s (mm) và tốc độ quay n (v/ph), được tính theo công thức:

Thể tích quét của pittông (hay lưu lượng thể tích cần thiết)

hay                                  

Suy ra: V_lt = 60C_n.10^–6 (m³/h)                    

Nếu gọi V_lt là lưu lượng thực tế môi chất qua máy nén trong một đơn vị thời gian xác định thì hiệu suất thể tích của máy nén (hay hệ số cấp λ)

Xác định hiệu suất thể tích bằng thực nghiệm

A – Bình chứa môi chất; B₁, B₂ – Bình nạp môi chất nén;
C – Máy nén; S- Thiết bị phân ly dầu; M₁, M₂, M₃ – Các áp kế;

Điều chỉnh các van máy nén trong lần thử đầu để có các giá trị áp suất đầu hút và đầu đẩy mong muốn.

Cân bình A trước khi cho hệ thống làm việc.

Ghi thời gian chạy thử và cân lại bình A.

Sự khác nhau về giá trị khối lượng môi chất cần được là khối lượng môi chất đi vào hệ thống trong khoảng thời gian ζ đọc ở đồng hồ bấm giây: M = M₁ – M₂ ( M₁, M₂: là khối lượng của bình cân lần đầu và lần sau).

Gọi ρ là khối lượng riêng của hơi (kg/m³) ở áp suất thử thì có thể xác định được hiệu suất thể tích theo biểu thức tương tự.

Ở đây: 

• C – Là dung tích xilanh (m³) 
• n – Là số vòng quay (v/ph) 
• ζ – Thời gian đo (ph)

Năng suất lạnh của máy nén

Xác định gần đúng

Sau khi xác định thể tích quét của pittông ta cũng có thể xác định năng suất lạnh lí thuyết của máy nén theo biểu thức:

Q₀ = q_v.v(W)

Trong đó:

• V – đo bằng m³/s ;
• q_v – năng suất lạnh riêng thể tích của môi chất (J/m³) phụ thuộc vào loại môi chất, thông số của hệ thống đặc biệt là vào nhiệt độ của môi chất trước khi tiết lưu và nhiệt độ bay hơi.
• Q_o xác định là công suất lý thuyết, vì ở đây chưa kể đến hiệu suất thể tích của máy nén.

Để xác định công suất lạnh, nói chung ta cần biết nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ lỏng trước tiết lưu. Vì vậy, trong một số tài liệu kỹ thuật, người ta thường cho giá trị công suất lạnh kèm theo ba giá trị nhiệt độ này. Ví dụ 5000W ở -10°C, 35°c, 30⁰C có nghĩa là ở nhiệt độ bay hơi -10°C thì công suất lạnh của máy nén là 5000W.

Ở nhiều nước có quy định các giá trị nhiệt độ ngưng tụ (t_k); nhiệt độ bay hơi (t₀) và độ quá nhiệt hơi hút và trên cơ sở đó người ta xác định công suất lạnh của máy. 

Năng suất lạnh riêng thể tích q_v (kJ/m³)

Tiêu chuẩn CECOMAF

Xác định bằng thực nghiệm

Ở các nhà máy chế tạo máy lạnh và các xưởng sửa chữa có thể xây dựng hệ thống thực nghiệm đo năng suất lạnh của máy nén theo phương pháp lượng kế.

Hệ thống thực nghiệm gồm máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu, dàn bay hơi làm lạnh chất lỏng và một mạch điện trở cấp nhiệt cho chất lỏng gồm Ampemet, Voltmet và Wattmet. 

Dàn bay hơi được nhúng chìm vào dung dịch không đông chứa trong một thùng cách nhiệt đảm bảo (nhiệt lượng kế). Dung dịch được khuấy bằng một máy khuấy và có thể được nung nóng bằng điện trở. Các nhiệt kế hoặc cặp nhiệt cho phép xác định nhiệt độ dung dịch và nhiệt độ ở các điểm đặc trưng của chu trình.

Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi được xác định qua năng lượng tỏa ra của điện trở.

Calorimet được cách nhiệt tốt nhất thường cũng có tổn thất trung bình theo một đơn vị bề mặt k = 5,8W/m².K.

Ở chế độ ổn định, công suất phát nhiệt của điện trở:

P = U.I (W)

Với U (V) và I (A) là điện áp và cường độ dòng điện qua điện trở. Công suất do động cơ tiêu thụ đo bằng Wattmet.

Kể tới cả tổn thất của Calorimet có diện tích bề mặt ngoài A,m², năng suất lạnh sẽ là:

Q_o = p + kA = UI + 5,8A (W)

Hiệu chỉnh thiết bị:

• Sau khi lắp đặt, cho hệ thống làm việc đạt yêu cầu (áp suất hút và đẩy, số vòng quay máy nén).
• Điều chỉnh van tiết lưu để có nhiệt độ bay hơi mong muốn.
• Tạo điều kiện để nhiệt độ môi trường xung quanh không thay đổi.
• Các cặp nhiệt đặt ở cửa vào và ra của máy nén, bình ngưng và lối ra của dàn lạnh cho phép xác định ở mọi thời điểm các nhiệt độ của chu trình.
• Cần thực hiện nhiều phép đo và lấy giá trị trung bình.
• Chú ý cách nhiệt các đoạn ống cần thiết để tránh tổn thất.

Đo lưu lượng

Đo lưu lượng không khí 

Dùng phong kế kiểu chong chóng

Trong kỹ thuật lạnh và điều hoà không khí thường dùng các máy đo tốc độ gió có chong chóng quay nhẹ và nhạy, kèm theo công tơ mét và đồng hồ bấm giây tác động đồng thời.

Nếu thiết bị đo cho biết trong khoảng thời gian ζ (s) không khí đi qua chiều dài 1 (m) thì tốc độ dòng khí là:

ω = 1/ζ (m/s)

Khi không khí đi qua thiết bị có bề mặt lớn như giàn ngưng và giàn bay hơi thì cần chia các bề mặt này thành nhiều vùng rồi đo các tốc độ ω_i ở các vùng diện tích A_i khác nhau, ta sẽ tìm được giá trị lưu lượng V_i tương ứng và lưu lượng V của dòng khí qua thiết bị:

hay

Dùng phong kế vạn năng

Phong kế kiểu chong chóng chỉ cho phép đo các tốc độ không khí từ 1 đến 40m/s. Khi tốc độ không khí nhỏ hơn 1m/s như khi đo không khí trong các phòng điều hoà không khí và các phòng bảo quản lạnh thực phẩm thì người ta phải sử dụng phương pháp và dụng cụ đo khác nhau như các phong kế vạn năng.

Các phong kế vạn năng thường là kiểu có dây nung, cho phép đo không những tốc độ không khí mà còn có thể đo được cả nhiệt độ và áp suất tĩnh.

Hay dùng hơn là phong kế vạn năng “Anemotherm Air Meter” của Mỹ, hoạt động theo nguyên lý cầu Wheatstone. Nhiệt độ của dây điện trở là tín hiệu của đầu đo đưa vào một trong các nhánh của cầu và được nung nóng bằng một dòng có trị số phụ thuộc vào sự làm lạnh do dòng không khí mà ta muốn đo tốc độ gáy nên. Khi có tín hiệu, cầu Wheatstone mất cân bằng, kim của vạn năng kế đặt giữa các nhánh của cầu sẽ chỉ giá trị dòng điện qua nó. 

1. Đầu đo; 2. Núm chọn đại lượng; 3, Nút ấn kiểm tra; 4. Nút chọn cấp chính xác; 5. Các nút ấn số mẫu; 6. Phụ tùng khi đo áp suất

Mỗi đại lượng đo được chia thành các khoảng giá trị tương ứng với các núm lựa chọn. Các núm này có các khoảng đo như sau:

• • Tốc độ không khí:  0,05 – 0,5m/s ; 0,5 – 5m/s ; và 5 – 40m/s.
  • Nhiệt độ không khí: -30 – 5°c ; 0 – 35°c ; 30 – 60°C, 60 – 90°c ; 90 – 125°c.
  • Áp suất tĩnh: 0 – 40mmH₂O và 30 – 250mmH₂O.

Thiết bị này không những cho phép đo nhiều đại lượng, kể cả dòng khí tốc độ nhỏ mà nó còn có thể dùng thay cho cả phong tốc kế kiểu chong chóng ở những nơi mà phong tốc kế kiểu này không thể đặt vào được như ở các khe hẹp, ống khuếch tán, v.v…

Đo lưu lượng nước

Đo lưu lượng nước rất đơn giản nếu ta có các công tơ nước.

Đọc các giá trị V₁ và V₂(m³) trên công tơ đối với các thời điểm ζ₁ và ζ₂(s) ta có lưu lượng nước.

Lưu lượng đo bằng bình 10 lít: V = 36000/(ζ₂ – ζ₁) (l/h)

Khi đo bằng bình 5 lít: V = 18000/(ζ₂ – ζ₁) (l/h)