Giáo trình Kỹ thuật nhiệt-lạnh và điều hòa không khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí) - CĐ Cơ Giới Ninh Bình

Chia sẻ: Calliope09 Calliope09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kỹ thuật nhiệt-lạnh và điều hòa không khí cung cấp cho người học các kiến thức: Các điều kiện hoạt động cơ bản của hệ thống nén hơi; Các điều kiện vận hành điều hòa không khí cơ bản. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật nhiệt-lạnh và điều hòa không khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí) - CĐ Cơ Giới Ninh Bình

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH& ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ:CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày…….tháng….năm 2017 của Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình Năm 2019
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Kỹ thuật nhiệt - lạnh và điều hòa không khí là giáo trình được biên soạn ở dạng cơ bản và tổng quát cho học sinh, sinh viên ngành lạnh từ kiến thức nền cho đến kiến thức chuyên sâu. Do đó có một số nội dung mang tính chung không đi vào cụ thể. Giáo trình giúp học sinh, sinh viên có được kiến thức chung rất hữu ích khi cần phải nghiên cứu chuyên ngành sâu hơn. Mặc khác giáo trình cũng đã đưa vào các nội dung mang tính thực tế giúp học sinh, sinh viên gần gũi, dễ nắm bắt vấn đề khi va chạm trong thực tế. Ngoài ra giáo trình cũng có thể sử dụng cho các khối không chuyên muốn tìm hiểu thêm về ngành nhiệt lạnh và điều hòa không khí. Trong quá trình biên soạn giáo trình, tác giả đã tham khảo rất nhiều các tài liệu của các tác giả khác nhau cả trong và ngoài nước. Mong rằng giáo trình này sẽ giúp cho học sinh, sinh viên cao đẳng, trung học có thể dùng làm tài liệu để học tập, tham khảo. Tuy có nhiều cố gắng, song cũng không tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc. Ninh Bình, ngày…..........tháng…........... năm 2019 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Lê Quý Huệ
MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................ 2 Chương 1: Các điều kiện hoạt động cơ bản của hệ thống nén hơi ................ 5 1. Kỹ thuật lạnh và các thông số nhiệt động .................................................... 5 1.1. Lịch sử ngành lạnh và ứng dụng ............................................................ 5 1.2. Giới thiệu về hệ thống lạnh nén hơi ..................................................... 10 1.3. Nhiệt ................................................................................................... 11 1.4. Nhiệt độ và độ ẩm tương đối ............................................................... 14 1.5. Nhiệt hiện và nhiệt ẩn.......................................................................... 17 1.6. Áp suất ................................................................................................ 17 1.7. Các trạng thái môi chất lạnh ................................................................ 18 2. Dụng cụ sử dụng kiểm tra hệ thống lạnh.................................................... 18 2.1. Phát hiện rò rỉ ...................................................................................... 18 3. Các thành phần cơ bản của hệ thống lạnh .................................................. 19 3.1. Máy nén lạnh....................................................................................... 19 3.2. Thiết bị ngưng tụ và các bộ phận liên quan ......................................... 39 3.3. Thiết bị bay hơi ................................................................................... 49 3.4. Thiết bị tiết lưu môi chất lạnh thông dụng ........................................... 51 Chương 2. Các điều kiện vận hành điều hòa không khí cơ bản .................. 54 1. Kỹ thuật điều hòa không khí và các tiêu chuẩn cơ bản .............................. 54 1.1. Ngành điều hòa nhiệt độ ...................................................................... 54 1.2. Làm việc an toàn với hệ thống điều hòa không khí.............................. 57 1.3. Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm tương đối .............................................. 57 1.4. Các quá trình điều hòa không khí cơ bản ............................................. 57 1.5. Thông gió ............................................................................................ 58 2. Các thông số cơ bản của không khí ........................................................... 59 2.1. Thành phần không khí ......................................................................... 59 2.2. Biểu đồ độ ẩm ..................................................................................... 59 2.3. Thuật ngữ sư dụng trong nghiên cứu không khí .................................. 61 3. Tính toán tải nhiệt trong điều hòa không khí ............................................. 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 65
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học:Kỹ thuật nhiệt - lạnh và điều hòa không khí Mã môn học: MH 24 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Là môn học kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị các kiến thức cần thiết cho các phần học kỹ thuật chuyên môn tiếp theo; - Tính chất: Là môn học bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Là môn học cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến thức chung rất hữu ích khi cần phải nghiên cứu chuyên ngành sâu hơn. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Hiểu được kiến thức cơ bản về chất môi giới trong hệ thống máy lạnh và ĐHKK: + Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy lạnh, cấu trúccủa hệ thống máy lạnh và ĐHKK cơ bản; - Về kỹ năng: +Tra cứu được các thông số trạng thái của môi chất, sử dụng được đồ thị, biết chuyển đổi một số đơn vị đo và giải được một số bài tập đơn giản; - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện khả năng tư duy logic của sinh viên; các ứng dụng trong thực tế vận dụng để tiếp thu các kiến thức chuyên ngành. + Cẩn thận, nghiêm túc thực hiện các qui định về an toàn lao động. Nội dung của môn học:
Chương 1: Các điều kiện hoạt động cơ bản của hệ thống nén hơi Mã chương:MH24 - 01 Giới thiệu: Chương này giới thiệu cho học sinh, sinh viên lịch sử phát triển và ứng dụng của ngành lạnh trong thực tế. Đồng thời cung cấp những kiến thức cơ bản về cơ sở nhiệt động và truyền nhiệt cũng như hoạt động của hệ thống lạnh cơ bản. Mục tiêu: - Trình bày được hoạt động của hệ thống lạnh cơ bản với các thành phần chính; - Xác định được các điều kiện hoạt động của hệ thống lạnh nén hơi bao gồm: làm việc một cách an toàn, xác định áp suất và nhiệt độ môi chất lạnh, nhiệt độ không khí và nước có liên quan; - Sử dụng thành thạo các dụng cụ đo lường và phương pháp tính toán cơ bản; - Rèn luyện tính tỉ mỉ, khả năng tư duy logic và tính chủ động trong học tập. Nội dung chính: 1. Kỹ thuật lạnh và các thông số nhiệt động 1.1.Lịch sử ngành lạnh và ứng dụng 1.1.1. Lịch sử ngành làm lạnh Kem chúng ta mua ở cửa hàng góc phố, các loại rau đông lạnh chúng ta làm nóng cho bữa ăn tối, nước giải khát chúng ta uống ở máy làm lạnh nước trong văn phòng hoặc nhà xưởng, tất cả đều phụ thuộc vào khoa học điện lạnh. Không có ngành khoa học này sẽ không có điều hòa không khí trong văn phòng, nhà ở, hoặc nhà máy; không có tủ lạnh hoặc tủ đông để dự trữ thực phẩm. Trong khi làm lạnh ở các dạng đặc biệt của nó là sự phát triển tương đối hiện đại, một số dạng làm lạnh đã được thực hiện từ nhiều thế hệ. Như xa trở lại như lịch sử có thể được truy tìm, tuyết, nước đá và nước lạnh đã giúp bảo quản thực phẩm trong tình trạng tốt. Làm lạnh, ngành bảo quản thực phẩm bằng lạnh, lần đầu tiên trở thành ngành thương mại quan trọng trong khoảng thế kỷ 18. Khi băng được hình thành trong mùa đông trên bề mặt của hồ, ao, nó đã được cắt và lưu trữ trong phòng lưu trữ cách nhiệt để sử dụng trong suốt mùa hè. Thực tế này đã được theo sau bởi vận chuyển nước đá từ các vùng có khí hậu lạnh lẽo tới các vùng nóng hơn để sử dụng bằng hộp cách nhiệt, nhưng phương pháp cung cấp này không thành công. Việc sử dụng đá tự nhiên cần thiết đựng cách nhiệt hoặc thùng đá được xây dựng. Những hộp băng đầu tiên xuất hiện trên một quy mô lớn trong thế kỷ 19. Nước đá lần đầu tiên được sản xuất nhân tạo vào khoảng năm 1820, nhưng nó đã không được cho đến năm 1834 mà sản xuất của nó đã thực sự thành công. Jacob Perkins, một kỹ sư người Mỹ, đã phát minh ra thiết bị là tiền thân của hệ thống nén hiện đại của chúng ta. Năm 1855, một người Đức đã giới thiệu cơ chế làm lạnh loại hấp thụ đầu tiên, mặc dù Michael Faraday phát hiện ra các nguyên tắc hoạt động vào năm 1824. Đóng góp của Úc đến ngành lạnh thế giới là một quan trọng. Năm 1857, James
Harrison bắt đầu phát triển máy làm lạnh, sử dụng máy nén của Perkin. Dự án này đạt đỉnh cao bằng các nhà máy lạnh thành công ở Victoria cho các nhà máy bia, lưu trữ hàng hóa dễ hư hỏng, và trong những năm 1870, lô hàng thịt đến Anh bằng phòng lạnh. Dự án ban đầu đã thất bại vì tàu bị phá vỡ trên đường nhưng những ý tưởng đã được áp dụng thành công bởi dự án khác. Máy lạnh dân dụng đầu tiên xuất hiện vào khoảng năm 1910. Vào năm 1918, KELVINATOR đã sản xuất tủ lạnh tự động đầu tiên cho thị trường Mỹ. Lần đầu tiên máy lạnh tự động kín đã được giới thiệu bởi General Electric vào năm 1928. Máy lạnh tự động, để tạo tiện nghi làm mát một phần của điều hòa không khí, xuất hiện năm 1927. đóng băng nhanh để bảo quản thực phẩm trong thời gian dài đã phát triển khoảng năm 1923. Điều này đánh dấu sự khởi đầu của công nghiệp đông lạnh thực phẩm hiện đại. Hệ thống máy lạnh đầu tiên được kết nối với máy sưởi để cung cấp làm mát mùa hè vào cuối năm 1920. Đến năm 1940, thực tế tất cả các máy lạnh gia dụng là loại kín. Các máy lạnh thương mại cũng đã được chế tạo thành công và sử dụng. Các máy này có khả năng làm lạnh hệ thống thương mại bảo quản thực phẩm lớn, làm mát tiện nghi các hội trường lớn, và việc tạo ra nhiệt độ thấp được sử dụng trong nhiều hoạt động thương mại. Từ một khởi đầu nhỏ, chậm vào cuối những năm 1930, điều hòa không khí xe ô tô cũng đã phát triển nhanh chóng. 1.1.2. Ứng dụng, phân loại và thiết bị được sử dụng trong ngành lạnh a. Ứng dụng Trong những ngày đầu của ngành cơ điện lạnh, các thiết bị cồng kềnh, tốn kém, và theo tiêu chuẩn hiện nay là không hiệu quả. Nó đòi hỏi một kỹ sư cơ khí hoặc kỹ sư vận hành để làm nhiệm vụ ở tất cả thời gian. Điều này hạn chế việc sử dụng cơ điện lạnh cho một vài ứng dụng lớn như nhà máy nước đá, nhà máy đóng gói thịt và kho lưu trữ lớn. Trong khoảng thời gian ngắn chỉ có vài thập niên, máy lạnh đã trở thành ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng và khổng lồ như ngày nay. Tăng trưởng bùng nổ này xuất hiện như là kết quả của nhiều yếu tố. Đầu tiên, với sự phát triển của các phương pháp sản xuất chính xác người ta có thể sản xuất thiết bị nhỏ, hiệu quả hơn. Điều này, cùng với sự phát triển của chất làm lạnh 'an toàn' và những sáng chế của các bộ phận làm lạnh nhỏ trong đó được sử dụng rất rộng rãi tại thời điểm hiện tại trong các ứng dụng như tủ lạnh gia dụng và máy lạnh, điều hòa không khí nhỏ, và đồ đạc thương mại, đã dẫn đến sự phổ biến rộng rãi sử dụng các máy làm lạnh / làm mát. Rất ít người bên ngoài của những người kết nối trực tiếp với ngành công nghiệp nhận thức được một phần đáng kể làm lạnh đã đóng trong sự phát triển của xã hội kỹ thuật cao, Úc là ngày hôm nay, và họ cũng không nhận ra mức độ mà một xã hội như vậy là phụ thuộc vào ngành cơ điện lạnh cho sự tồn tại của nó. Nó sẽ không được tốt, ví dụ, để bảo quản thực phẩm với số lượng đủ để nuôi sống số dân đô thị ngày càng tăng mà không có cơ điện lạnh. Nhiều tòa nhà lớn là nơi cư ngụ của nhiều doanh nghiệp và các ngành công nghiệp của quốc gia sẽ trở nên quá quắt trong những tháng mùa hè vì nhiệt, nếu họ không phải là không khí
lạnh với thiết bị làm lạnh cơ khí. Ngoài các ứng dụng được biết tốt hơn về điện lạnh, chẳng hạn như máy điều hòa không khí thoải mái và chế biến, đông lạnh, lưu trữ, vận chuyển, và trưng bày sản phẩm dễ hư hỏng, cơ điện lạnh được sử dụng trong chế biến hay sản xuất của hầu hết các sản phẩm hoặc hàng hóa trên thị trường hiện nay . Danh sách các quy trình hoặc sản phẩm có thể được thực hiện hoặc được cải thiện thông qua việc sử dụng các cơ điện lạnh là gần như vô tận. Ví dụ, điện lạnh đã thực hiện tốt việc xây dựng các đập thủy điện khổng lồ rất quan trọng để cải tạo quy mô lớn và các dự án thủy điện. Nó đã làm tốt việc xây dựng đường giao thông và đường hầm, và nền móng chìm và khai thác hầm mỏ xuyên qua và qua hình mặt đất không ổn định. Nó đã làm cho có thể sản xuất nhựa, cao su tổng hợp, và nhiều vật liệu mới và hữu ích khác và sản phẩm. Một lần nữa vì ngành cơ điện lạnh, thợ làm bánh có thể lấy thêm ổ bánh mì từ một 1 kg bột mì, và các nhà sản xuất dệt may và giấy có thể tăng tốc độ máy của họ và có được sản xuất nhiều hơn. Phương pháp tốt hơn về làm cứng thép cho máy công cụ có sẵn do làm lạnh. Những đại diện cho chỉ một vài trong số hàng trăm cách thức mà cơ điện lạnh hiện đang được sử dụng. Nhiều công dụng mới đang được tìm thấy mỗi năm. b. Phân loại * Lạnh dân dụng Lạnh dân dụng có phạm vi khá hạn chế, liên quan chủ yếu với các tủ lạnh gia dụng và tủ đá gia dụng. Tuy nhiên, vì số lượng đơn vị trong dịch vụ là khá lớn, làm lạnh dân dụng chiếm một tỷ lệ đáng kể của ngành lạnh. Trong khi tủ lạnh gia đình có thể được cho là nhỏ và đơn giản so với các thiết bị thương mại và công nghiệp, ngược lại thường đúng. Tủ lạnh hiện tại có thể có hai ngăn nhiệt độ, xả băng khí nóng điều khiển, và một bộ phận làm đá tự động, thêm vào đó các mạch điện tử bán dẫn. * Lạnh thương mại Lạnh thương mại liên quan đến việc thiết kế, lắp đặt, và bảo trì các thiết bị lạnh được sử dụng bởi các cửa hàng, nhà hàng, khách sạn và các cơ sở bán lẻ, để bảo quản, trưng bày, chế biến và phân phối tất cả các loại hàng hóa dễ hư hỏng. Những thay đổi trong cuộc sống đã mang lại một phạm vi ngày càng tăng của các thiết bị trong lĩnh vực này - từ tủ lạnh trưng bày đơn giản'cắm phích điện', đến các thiết bị trong tủ lạnh phức tạp hơn, hoạt động từ phòng máy tập trung. Nhu cầu chính trên thiết bị là với kiểu dáng và khả năng cho hàng hóa sản phẩm. khách hàng sẽ mua từ thiết bị này? Các yếu tố khác tác động tới ngành công nghiệp này là: - Hiệu quả năng lượng - chúng ta làm thế nào để làm giảm chi phí vận hành và tăng lợi nhuận? - Các yếu tố môi trường - vấn đề nóng lên toàn cầu có liên quan đến cả hiệu quả năng lượng và số lượng và loại môi chất lạnh được sử dụng. Sự ra đời của các hệ thống nhỏ hơn sử dụng ít môi chất lạnh sơ cấp; hệ thống lạnh thứ cấp, và hệ thống điều khiển bằng máy tính là tất cả những nỗ lực để cải thiện môi trường của lĩnh vực này của Lạnh công nghiệp. * Lạnh công nghiệp
Lạnh công nghiệp thường bị nhầm lẫn với lạnh thương mại vì sự phân chia giữa hai khu vực này không được định nghĩa rõ ràng. Như một quy luật chung, các ứng dụng công nghiệp có kích thước lớn hơn so với các ứng dụng thương mại và có các đặc trưng phân biệt đòi hỏi người phục vụ, thường là một kỹ sư vận hành được cấp phép, có trách nhiệm. Điều này thực tế là, tuy nhiên, dần thay đổi với sự phát triển ngày càng cao của điều khiển tự động cho các hệ thống thương mại và chất lượng của các thiết bị điều khiển máy đáng tin cậy và dịch vụ hiện nay. Ứng dụng công nghiệp tiêu biểu bao gồm các nhà máy nước đá, nhà máy đóng gói thực phẩm lớn; Ví dụ, thịt, cá, gia cầm, thực phẩm đông lạnh, vv (xem hình 1.1) nhà máy bia, xưởng sản xuất bơ, phó mát, kem và nhà máy công nghiệp, chẳng hạn như nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất, nhà máy cao su, vv làm lạnh công nghiệp cũng bao gồm những ứng dụng liên quan đến các ngành công nghiệp xây dựng , như được mô tả trước đó. * Lạnh hàng hải và vận tải Ứng dụng rơi vào thể loại này sẽ được liệt kê một phần trong lạnh thương mại và phần dưới lạnh công nghiệp. Tuy nhiên, cả hai lĩnh vực này về chuyên môn hóa đã phát triển về kích thước vừa đủ để đảm bảo đề cập đặc biệt. Lạnh Hàng Hải, tất nhiên, đề cập đến lạnh trên tàu biển, và bao gồm, ví dụ, làm lạnh cho tàu thuyền đánh cá và cho tàu vận chuyển hàng hóa dễ hư hỏng, cũng như làm lạnh cho các kho hàng của tàu trên các loại tàu thuyền. Chuyên môn hóa về các tàu 'container' có được kết quả bởi sự phát triển của hộp làm lạnh. Cấu tạo cực kỳ chắc chắn và chịu mọi thời tiết là cần thiết vì các hộp này bị phơi hoàn toàn trên boong tàu. Những hộp (xem hình 1.2) được thiết kế có kích thước tiêu chuẩn mà cũng có thể dễ dàng nâng lên bất cứ xe tải tiêu chuẩn đường bộ hay đường sắt cho vận tải trên đất liền. Điều này cho phép một container được chất tải tại nhà máy, vận chuyển đường bộ đến ga đường sắt gần nhất, hoặc cảng biển, và khi tới đích, chuyển lên xe tải vận chuyển nội vùng. Vận tải lạnh khi đó là có liên quan với các thiết bị điện lạnh như nó được áp dụng cho xe tải, cả vận tải đường dài và vận chuyển nội vùng, và toa lạnh xe lửa. Một xe tải lạnh điển hình được thể hiện trong hình 1.3. Hình 1.3 Xem phía trong xe tải lạnh minh họa vị trí đơn vị và luồng không khí lạnh
* Điều hòa (tiện nghi và công nghiệp) Như tên của nó, điều hòa không khí là có liên quan với các điều kiện của không khí ở một số khu vực hoặc không gian được chỉ định. Điều này thường liên quan đến việc kiểm soát không chỉ nhiệt độ không gian mà còn độ ẩm không gian và không khí chuyển động, cùng với việc lọc và làm sạch không khí. Nên nhớ rằng điều hòa không khí có liên quan chủ yếu với làm lạnh, và thứ hai với sự kiểm soát và phân phối của không khí lạnh. Dưới đây là ba lĩnh vực chuyên môn: - hệ thống đường ống nước - sự lưu thông của nước lạnh và nước nóng từ đầu đến cuối tòa nhà - phân phối không khí - ống dẫn không khí với số lượng chính xác, vận tốc quy định, nhiệt độ và độ ẩm, thông qua các cửa ra xung quanh tòa nhà - hệ thống điều khiển - hoặc điện, điện tử hoặc khí nén. Đó là sự phức tạp của từng lĩnh vực công việc mà một kỹ thuật viên có trình độ trong nghề máy lạnh và điều hòa không khí có thể chuyên về một hoặc nhiều của các lĩnh vực bên trên, nhưng kiến thức tổng quan của tất cả các lĩnh vực là quan trọng. * Điều hòa không khí tiện nghi Điều hòa không khí bất kỳ mà nó có chức năng chính là điều hòa không khí thoải mái cho con người được gọi là máy điều hòa không khí tiện nghi. Lắp đặt điển hình của điều hòa tiện nghi có thể được thấy trong những ngôi nhà (xem Hình 1.4), trường học, văn phòng, nhà thờ, nhà trọ, cửa hàng bán lẻ, các tòa nhà công cộng, nhà máy, ô tô, xe buýt, xe lửa, máy bay, tàu, vv * Điều hòa không khí công nghiệp Một hệ thống điều hòa không khí mà không có mục đích chính là điều hòa không khí thoải mái cho con người được gọi là máy điều hòa không khí công nghiệp. Một ví dụ điển hình của điều hòa không khí công nghiệp là hệ thống cung cấp cho các thiết bị điện tử như máy tính. Thường thì những hệ thống tình cờ phục vụ như điều hòa không khí thoải mái nhưng đây không phải là chức năng chính của hệ thống.
* Bảo quản thực phẩm Bảo quản hàng hóa dễ hư ư hỏng, h đặc biệt là thực phẩm, là một ột trong những ứng dụng ụng phổ biến nhất của ngành ng cơ khí làm lạnh. Như vậy, nó làà một m chủ đề cần được ợc xem xét trong bất kỳ nghi nghiên cứu toàn diện về làm lạnh. Các phương tiện được ợc sử dụng rộng rãi nhất ất trong bảo quản thực phẩm ở trạng thái tươi ban đầu ầu của nó làl do lạnh. Điều này, tất nhiên,ên, là Ưu điđiểm chính mà lạnh có hơn ơn các phương pháp bảo b quản thực phẩm khác. Tuy nhiên, ên, llạnh quá có nhược ợc điểm của nó. Ví dụ, khi thức ăn đ được bảo quản bằng lạnh, nh, quá trình làm lạnh phải đượcợc bắt đầu rất sớm sau khi mổ hoặc giết chết và v phải ải li liên tục cho đến ến khi thực phẩm cuối ccùng được tiêu thụ. Vì điều này đòi hỏi ỏi thiết bị tương t đối đắt tiền và cồng ồng kềnh, nó ththường là bất tiện và không kinh tế. Rõ ràng, không có một ột phương ph pháp bảo quản thực phẩm nào ào là ttốt nhất trong tất cả các trường hợp, vàà phương pháp cụ c thể được ợc sử dụng trong một tr trường hợp ợp bất kỳ sẽ phụ thuộc v vào một số yếu tố, chẳng hạn như ư lo loại sản phẩm, khoảng ảng thời gian sản phẩm đ được được bảo quản, mục đích mà các ssản phẩm được ợc sử dụng, sự sẵn có thiết bị vận chuyển và v lưu trữ, vv. Thường ờng cần sử dụng một số phương ương pháp cùng m một lúc để có đượcợc kết quả mong muốn. 1.2. Giới thiệu về hệ thống ng llạnh nén hơi 1.2.1. Hoạt động của hệ thống th lạnh cơ bản Đồ thị Trong đó : 1-2 : quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy ở máy nén 2-3 : quá trình nh nhả nhiệt đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ 3-4 : quá trình ti tiết lưu đẳng enthanpy ở thiết bị tiếtt lưu 4-1 : quá trình nh nhận nhiệt đẳng áp ở thiết bị bay hơi
1.2.2. Các thành phần chính của hệ thống lạnh cơ bản 1. Thiết bị bay hơi, có chức năng là cung cấp một bề mặt truyền nhiệt, qua đó nhiệt có thể truyền từ không gian được làm lạnh hoặc sản phẩm vào môi chất lạnh hoá hơi. 2. Đường ống hút, vận chuyển hơi áp suất thấp từ thiết bị bay hơi tới cửa hút của máy nén. 3. Máy nén hơi, có chức năng di chuyển hơi từ thiết bị bay hơi, và tăng nhiệt độ và áp suất của hơi đến một điểm sao cho hơi có thể được ngưng tụ với môi trường ngưng tụ thông thường có sẵn. 4. 'khí nóng' hoặc đường ống xả, vận chuyển hơi áp suất cao, nhiệt độ cao từ đầu xả của máy nén tới thiết bị ngưng tụ. 5. Thiết bị ngưng tụ, mục đích là để cung cấp một bề mặt truyền nhiệt qua đó nhiệt truyền từ hơi nóng môi chất lạnh vào môi trường ngưng tụ. 6. Bình chứa, lưu trữ chất lỏng ngưng tụ sao cho cung cấp liên tục chất lỏng có sẵn tới thiết bị bay hơi, khi cần thiết. 7. Đường ống lỏng, dẫn môi chất lạnh lỏng từ bình chứa tới điều khiển lưu lượng môi chất lạnh. 8. Điều khiển lưu lượng môi chất lạnh, có chức năng là đo chính xác lượng chất làm lạnh tới thiết bị bay hơi và giảm áp lực của lỏng vào thiết bị bay hơi, để cho lỏng sẽ bốc hơi trong thiết bị bay hơi ở nhiệt độ thấp mong muốn. 1.3. Nhiệt 1.3.1. Vật chất Nhiệt luôn được cho là liên quan với vật chất. Vật chất là bất cứ điều gì mà chiếm không gian và có khối lượng. Vật chất có thể được tìm thấy như là chất rắn, chất lỏng, hoặc hơi như thể hiện trong hình 1.8.
Hình1.8 Trạng thái cơ bản của vật chất Tất cả cácvật chất, bất kể trạng tháicủa nó, được tạo thành từcác hạtnhỏ gọi làcác phân tử. Một phân tửlàhạt nhỏ nhấtcủa vật chấtmà vẫn giữ đượctất cảcác tính chấtcủa vật liệuban đầu. Các phân tử trongvật chấtđượcdi chuyển liên tục, bất kể trạng tháicủa nó. Chuyển động này, hoặcnăng lượng, được gọi làđộng năngvì nó là năng lượngcủa chuyển động.Việc bổ sungnăng lượngnhiệt đếnmột chất rắnlàm tăngđộng năng củacác phân tửcủa nó, như thể hiện tronghình 1.9. Tại một nhiệt độ nhất định việc bổ sung nhiệt không làm tăng chuyển động hoặc động năng của các phân tử. Việc bổ sung nhiệt, tuy nhiên, sẽ đột nhiên gây ra chất rắn thay đổi thành chất lỏng. Bổ xung nhiệt này làm tăng sự tự do của các phân tử hay năng lượng tiềm năng của chúng. Các phân tử trong chất lỏng chuyển động tự do hơn trong chất rắn, và thậm chí chuyển động lớn hơn trong hơi. Hình 1.9 Sự chuyển động của các phân tử ở các trạng thái cơ bản của vật chất 1.3.2. Nhiệt năng Nhiệt năng (nhiệt lượng): là dạng năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự chênh lệch nhiệt độ. Đơn vị đo nhiệt năng: - Calorie (Cal) - 1 Cal là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 gam nước tăng từ 14.50C đến 15.50C. - British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 pound nước tăng từ 59.50F lên 60.50F. - Joule (J) - 1 [J]
1 Cal = 4.187 J 1 Btu = 252 Cal = 1055 J 1.3.3. Entanpi Enthalpy (i hoặc h) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức : i = h = u + p.v Như vậy, cũng tương tự như nội năng, enthalpy của khí thực là hàm của các thông số trạng thái. Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. 1.3.4. Dòng nhiệt Nhiệt luôn luôn chảy từ một chất ấm hơn tới một chất lạnh hơn. Phân tử chuyển động nhanh hơn truyền một số năng lượng của mình tới các phân tử di chuyển chậm hơn. Do đó, các phân tử nhanh hơn sẽ di chuyển chậm một chút và các phân tử chậm hơn sẽ di chuyển nhanh hơn một chút. Đốt nóng gây ra một số chất rắn trở thành chất lỏng hoặc hơi, hoặc chất lỏng trở thành hơi. Làm lạnh sẽ đảo ngược quá trình. 1.3.5. Truyền nhiệt 1.3.5.1. Các phương pháp truyền nhiệt a. Dẫn nhiệt Truyền nhiệt bởi sự dẫn nhiệt xảy ra khi năng lượng được truyền qua tiếp xúc trực tiếp giữa các phân tử của một vật duy nhất hoặc giữa các phân tử của hai hay nhiều vật tiếp xúc nhiệt tốt với nhau. Ví dụ, một mảnh kim loại có một đầu trên ngọn lửa sẽ sớm trở nên ấm áp từ đầu đến cuối (xem Hình 1.5). b. Đối lưu Truyền nhiệt bằng đối lưu là chuyển động nhiệt từ nơi này đến nơi khác bằng dòng chất lỏng hoặc khí. Ví dụ, không khí ấm áp đi lên đến trần nhà bằng đối lưu và được thay thế bởi không khí lạnh (xem Hình 1.6).
Khi không khí được làm nóng nó giãn nở, trở nên nhẹ và đi lên. Khi không khí ấm đi lên, nó được thay thế bởi không khí lạnh hơn, nặng hơn. Quá trình này là liên tục và do đó dòng chảy được thiết lập mà nhiệt được truyền; chúng được gọi là dòng đối lưu. Fig. 1.6 Convection c. Bức xạ Truyền nhiệt bằng bức xạ xảy ra bằng hình thức của một chuyển động sóng tương tự như sóng ánh sáng. Năng lượng được truyền từ một vật khác mà không cần tiếp xúc vật lý. Ví dụ, hãy xem xét các tác động của bức xạ từ mặt trời đốt cháy làn da của bạn trong khi nhiệt độ xung quanh là tương đối mát mẻ. Sóng năng lượng đi theo đường thẳng và có thể bị cản trở, ví dụ như trong bóng mát của một cây vào một ngày nắng. Chúng có thể được hấp thụ, thường là do các đối tượng tối thô như đá trở nên rất nóng trong ánh mặt trời. Chúng cũng có thể được phản xạ bằng cùng một cách như sóng ánh sáng và sẽ đi qua một đối tượng truyền ánh sáng như thủy tinh, mà không làm nóng các đối tượng. 1.4. Nhiệt độ và độ ẩm tương đối 1.4.1. Nhiệt độ Nhiệt độ đo cường độ nóng hoặc mức độ nóng của vật chất. Nhiệt độ một mình nó không đưa ra số lượng nhiệt trong vật chất. Nhiệt độ của vật có liên quan trực tiếp đến năng lượng nhiệt động học của các phân tử của nó. Do đó nhiệt độ có liên quan đến nhiệt. Nhiệt độ, tuy nhiên, không chỉ ra bao nhiêu nhiệt được chứa trong một chất; Ví dụ, một que diêm có thể là đủ để đốt nóng, nhưng không chứa năng lượng nhiệt đủ để đun sôi một ấm nước. 1.4.2. Các loại thang đo nhiệt độ 1.4.2.1. Thang oC Thang nhiệt độ được sử dụng phổ biến hiện nay là thang đo Celsius. Điểm mà tại đó nước đóng băng dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn được lấy làm điểm
zero, và điểm mà tại đó nước sôi dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn được chỉ định 100. Thang đo được chia thành 100 đơn vị bằng nhau gọi là độ. 1.4.2.2. Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin Thang Kelvin là một thang đo sử dụng các bộ phận tương tự như độ Celsius, nhưng thiết lập các số không của thangđo ở nhiệt độ mà tại đó tất cả chuyển động phân tử không còn; đó là, nơi không có nhiệt tồn tại trong vật và nhiệt độ không thể được hạ thấp hơn được nữa. Nhiệt độ này tương ứng với -273 ° trên thang đo Celsius; nghĩa là, không tuyệt đối là 273 ° thấp hơn số không tiêu chuẩn trên thang đo Celsius (xem Hình 1.11). Hình 1.11So sánh thangCelsius vàthang Kelvin Khi chỉ số nhiệt độ áp dụng trong các phương trình liên quan với các định luật cơ bản cần phải sử dụng thang đo Kelvin. 1.4.3. Chuyển đổi giữa các giá trị nhiệt độ sang nhiệt độ tuyệt đối Trong chuyển đổi đến và đi từ nhiệt độ tuyệt đối, các mối quan hệ sau đây được sử dụng: K = °C + 273 -A °C = K - 273 -B Nếu nhiệt độ của một chất khí là 100 °C thì nhiệt độ Kelvin là bao nhiêu? Lời giải: Áp dụng phương trình (A) K = 100°C + 273 = 373 K Nhiệt độ của hơi đi vào ống hút của một máy nén lạnh là -30 °C. Xác định nhiệt độ tuyệt đối Kelvin. Lời giải: Áp dụng phương trình (A)
K = -30°C + 273 = 243 K 1.4.4. Nhiệt độ khác biệt/thay đổi 1.4.5. Độ ẩm tương đối Việc bảo quản tất cả các sản phẩm dễ hỏng trong trạng thái tự nhiên của chúng (không đóng gói) đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ không chỉ nhiệt độ không gian mà còn kiểm soát độ ẩm không gian và không khí chuyển động. Một trong những nguyên nhân chính của sự suy thoái của thực phẩm tươi sống không đóng gói, như thịt, gia cầm, cá, trái cây, rau, phô mai, trứng, vv là sự mất độ ẩm từ bề mặt của sản phẩm bằng cách bốc hơi vào không khí xung quanh. Quá trình này được gọi là khô hay mất nước. Trong trái cây và rau quả, khô kèm theo sự khô và héo và các sản phẩm bị mất đáng kể cả trọng lượng và hàm lượng vitamin. Các loại thịt, pho mát, vv sự làm khô gây ra sự đổi màu co ngót, và mất nhiều sự gọn gàng. Nó cũng làm tăng tốc độ của quá trình oxy hóa. Trứng mất độ ẩm thông qua vỏ xốp, với tổn thất do trọng lượng và xuống cấp tổng thể của trứng. Sự làm khô sẽ xảy ra bất cứ khi nào áp suất hơi của sản phẩm là lớn hơn áp suất hơi của không khí xung quanh, tỷ lệ thất thoát nước từ các sản phẩm là tỷ lệ thuận với sự khác biệt trong áp lực hơi và số lượng bề mặt sản phẩm tiếp xúc. Sự khác biệt về áp suất hơi giữa các sản phẩm và không khí chủ yếu là một chức năng của độ ẩm tương đối và vận tốc của không khí trong không gian lưu trữ. Nói chung, độ ẩm tương đối thấp hơn và tốc độ không khí cao hơn, quan trọng hơn sẽ là sự khác biệt áp suất hơi và quan trọng hơn các tỷ lệ thất thoát nước từ các sản phẩm. Ngược lại, thất thoát độ ẩm tối thiểu là kinh nghiệm khi độ ẩm trong không gian lưu trữ được duy trì ở mức cao với tốc độ không khí thấp. Do đó, độ ẩm tương đối 100% và không khí tù đọng là điều kiện lý tưởng để ngăn ngừa tình trạng mất nước của các sản phẩm lưu trữ. Thật không may, những điều kiện này cũng là thuận lợi cho nấm mốc phát triển nhanh chóng và sự hình thành của chất nhờn (do vi khuẩn) trên thịt. Đồng thời, lưu thông tốt của không khí trong không gian lạnh và xung quanh các sản phẩm là cần thiết để làm lạnh đầy đủ sản phẩm. Đối với những lý do này, độ ẩm không gian phải được duy trì ở mức nào ít hơn 100% và vận tốc không khí phải đủ để cung cấp lưu thông không khí đầy đủ. Các độ ẩm tương đối được đề nghị cho việc lưu trữ các sản phẩm khác nhau được liệt kê trong Bảng 1.2. Kiểm soát độ ẩm là tác dụng chủ yếu bởi thiết kế cẩn thận về các kích thước tương đối của các cuộn ống làm mát (thiết bị bay hơi). Khi sản phẩm được lưu trữ trong các thùng chứa kín hơi, không gian, độ ẩm và tốc độ không khí là không quan trọng. Một số sản phẩm, chẳng hạn như trái cây sấy khô, có xu hướng hút ẩm và, do đó, đòi hỏi phải bảo quản ở độ ẩm tương đối thấp. Sự khác biệt về nhiệt độ giữa không khí trong phòng và nhiệt độ sôi của các chất làm lạnh trong các thiết bị bay hơi sẽ điều chỉnh độ ẩm trong phòng. Một sự khác biệt nhiệt độ lớn sẽ có nghĩa là độ ẩm được lấy ra từ không khí nhiều hơn, trong khi một sự khác biệt nhiệt độ nhỏ hơn có nghĩa là ít hơi ẩm được lấy đi. Để kích hoạt công suất của thiết bị bay hơi phải được cân bằng với công suất làm mát cần thiết, một thiết bị bay hơi kích thước lớn hơn hoạt động với một sự
khác biệt nhiệt độ thấp được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi độ ẩm tương đối cao. Thiết bị bay hơi nhỏ hơn hoạt động trên một sự khác biệt nhiệt độ cao hơn được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi độ ẩm tương đối thấp. 1.5. Nhiệt hiện và nhiệt ẩn 1.5.1. Định nghĩa a. Nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng của một chất là lượng nhiệt cần thêm vào hoặc lấy đi để thay đổi nhiệt độ của một kilogram chất đó một độ kelvin (K). Nhiệt hiện cần thiết để gây ra một sự thay đổi nhiệt độ trong các chất khác nhau phụ thuộc loại và khối lượng của vật chất. Nhiệt dung riêng của nước là 4,187 kJ / kg K. Các chất khác nhau đòi hỏi số lượng nhiệt khác nhau trên mỗi đơn vị khối lượng để thực hiện những thay đổi của nhiệt độ. Xem Bảng 1.3 cho nhiệt dung riêng của một số chất phổ biến. Các biểu thức chung để tính nhiệt lượng là: Lượng nhiệt bổ sung hoặc loại bỏ (Qh) bằng khối lượng của vật chất (m) nhân với nhiệt dung riêng (c) nhân với chênh lệch nhiệt độ (ΔT hoặc TD). Qh = mcΔT (Qh = m.c.TD) Có bao nhiêu kJ phải được loại bỏ từ 30 kg nước khi làm mát nó từ 95 °C đến 20 °C? Qh = khối lượng x nhiệt dung riêng x chênh lệch nhiệt độ = 30 x 4,187 x (95 ° -20 °) Qh = 30 x 4.187 x 75 = 9420,75 kJ= 30x4.187x75 = 9420.75 kJ Đối với bất cứ vật liệu khác, sử dụng nhiệt dung riêng của vật liệu đó. Chú ý: nhiệt dung riêng của một sản phẩm sẽ phụ thuộc vào ‘trạng thái' hoặc 'pha' của sản phẩm; Ví dụ, nước (chất lỏng) = 4,187 kJ / kg, nước đá (rắn) = 2.110 kJ / kg. b. Nhiệt ẩn Nhiệt ẩn được định nghĩa là nhiệt mà tạo ra sự thay đổi trạng thái và không có thay đổi về nhiệt độ. Điều này đề cập đến một sự thay đổi từ một trạng thái rắn sang lỏng, hoặc lỏng thành hơi. c. Nhiệt hiện Nhiệt hiện được định nghĩa là nhiệt mà gây ra một sự thay đổi về nhiệt độ trong một chất. Thuật ngữ nhiệt hiện được áp dụng cho nhiệt đặc biệt này vì những thay đổi về nhiệt độ nó gây ra có thể được phát hiện với cảm giác xúc giác và có thể được đo bằng nhiệt kế. 1.5.2. Tính toán nhiệt Phương trình nhiệt ẩn Q = m LH - Q = lượng nhiệt mất đi hoặc đạt được(kJ) - m = khối lượng (kg) - LH = giá trị nhiệt ẩn(kJ/kg) 1.6. Áp suất 1.6.1. Định nghĩa Áp suất được định nghĩa là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích, và nó được thể hiện bằng Pascals. Áp suất bình thường của không khí trên cơ thể con người ở mực nước biển là khoảng 101 300 Pascals hoặc 101,3 kPa.
1.6.2. Các loại thang đo áp suất - Thang đo tuyệt đối - Thang đo hệ Anh - Thang đo hệ mét 1.7. Các trạng thái môi chất lạnh 1.7.1. Nhiệt độ bão hòa Nhiệt độ bão hòa của một chất là nhiệt độ mà có sự bổ sung hoặc loại bỏ nhiệt, thì chất sẽ bắt đầu thay đổi trạng thái (bay hơi hoặc ngưng tụ), đối với áp suất đã cho. 1.7.2. Lỏng bão hòa/hơi bão hòa - Chất lỏng đã bão hòa là bất cứ chất lỏng nào đã đạt đến nhiệt độ bão hòa đối với áp suất liên quan. Sự bổ sung năng lượng nhiệt sẽ khiến cho chất lỏng bắt đầu thay đổi trạng thái (Sôi). - Hơi nước bão hòa là hơi nước đã đạt đến nhiệt độ bão hòa đối với áp suất liên quan. Loại bỏ năng lượng nhiệt sẽ khiến cho hơi nước bắt đầu thay đổi trạng thái (Ngưng tụ). 1.7.3. Hơi quá nhiệt Hơi nước quá nhiệt là hơi nước đã được đun nóng trên nhiệt độ bão hòa của nó đối với áp suất liên quan. 1.7.4. Lỏng quá lạnh Chất lỏng quá lạnh là bất cứ chất lỏng nào được làm lạnh dưới nhiệt độ bão hòa của nó đối với áp suất liên quan. 2. Dụng cụ sử dụng kiểm tra hệ thống lạnh 2.1. Phát hiện rò rỉ 2.1.1. Các loại máy phát hiện và ứng dụng a. Thiết bị điện tử Các thiết bị điện tử phát hiện rò rỉ rất nhạy và sẽ phát hiện các rò rỉ môi chất nhỏ. - Rất nhạy; - Có thể phát hiện floruacacbon từ các nguồn khác; - Phải được sử dụng rất cẩn thận; - Kiểm tra với nhà sản xuất nếu định sử dụng với các môi chất dễ cháy. b. Đèn halogen
Ngọn lửa Propan-Butan được dùng để nung nóng vòng bằng đồng. Khi môi chất lạnh đi vào ngọn lửa qua ống khí và được đốt cháy khi có vòng đồng nóng đỏ, môi chất sẽ tạo một ngọn lửa từ xanh lá cây đến xanh da trời. - Sản sinh các khí độc - Không thích hợp cho các môi chất không chứa clo - Vòng đồng phải nóng đỏ để có thể hoạt động hiệu quả - Không sử dụng với các môi chất dễ cháy c. Bong bóng Cho một dung dịch xà phòng và hệ thống và bất kỳ áp suất nào thoát ra khỏi hệ thống sẽ tạo thành bong bóng hoặc bọt - Rẻ - Dễ sử dụng - Phải nhìn trực diện d. Tia cực tím Một chất nhuộm được bơm vào hệ thống được hỗn hợp với dầu của hệ thống. Khi có hiện tượng rò điện, một vài chỗ dầu sẽ trồi ra với môi chất làm lạnh. Dầu có chất nhuộm sẽ phát sáng dưới ánh sáng của tia UV khiến cho ta dễ nhìn thấy bằng mắt thường. - Cần phải có quy trình dọn dẹp làm sạch tốt để đảm bảo rằng không còn nhìn thấy dấu vết của bất kỳ lần rò rỉ nào trước đó còn tồn tại. - Phải thẳng hàng Must be line of sight - Chất nhuộm là tạp chất và phải tương tích với dầu trong hệ thống. 3. Các thành phần cơ bản của hệ thống lạnh 3.1. Máy nén lạnh 3.1.1. Chức năng của máy nén Máy nén là thành phần di chuyển chính của hệ thống nén hơi .Nó cung cấp hệ thống với các lực hút hơi từ thiết bị bay hơi, ép nó vào thiết bị ngưng tụ bằng cách tạo ra áp lực cao, và để duy trì lưu thông môi chất lạnh. Hoạt động của máy nén bắt đầu bằng cách tạo ra một vùng áp thấp ở phía thấp của hệ thống cho phép hơi nhiệt độ thấp chảy từ thiết bị bay hơi thông qua các đường ống hút tới máy nén. Máy nén sau đó nén hơi nhiệt độ thấp, tăng áp suất