Mục đích của đề tài
Vận dụng kiến thức chuyên ngành nhiệt, nhóm đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy làm bia sệt, tạo tiền đề cho phát triển sản phẩm thương mại Qua mô hình chạy thử, nhóm đã rút ra nhận xét và đánh giá, dự tính cải tiến về mặt thẩm mỹ và kỹ thuật để biến sản phẩm thành hàng hóa có thể bán được Điều này cho thấy người thực hiện còn cần học hỏi thêm nhiều khía cạnh khác.
Rèn tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong công việc
Tích lũy kinh nghiệm đồng thời định hướng nghề nghiệp trong tương lai.
Nhiệm vụ đề tài
Để thiết kế và tính toán hiệu quả cho tủ cấp đông và trữ đông bia thành bia sệt, cần phải thực hiện các phép tính chính xác dựa trên các số liệu cụ thể.
– Sản phầm là bia chai thể tích 330ml, nồng độ bia từ 4,5% đến 5%
– Công suất: 24 chai/mẻ (thời gian trung bình một mẻ là 120 phút) nhiệt độ tâm sản phẩm: −8 𝑜 𝐶
– Môi chất lạnh sử dụng: R404a
– Nước muối NaCl, nồng độ 23,1%
– Hệ thống lắp đặt tại: tp.Hồ Chí Minh
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài này là cải tiến hệ thống lạnh nhằm đáp ứng tối ưu nhu cầu kinh doanh và ẩm thực, đồng thời phục vụ cho những cá nhân và nhóm bạn yêu thích bia sệt như một thức uống giải khát độc đáo Mục tiêu là cung cấp giải pháp tiện lợi với chi phí hợp lý nhất.
Do những điều kiện khách quan cũng như chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau :
Tổng quan về hệ thống làm bia sệt
Thiết kế tính toán chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh bia
Vận hành chạy thử ghi chép lại các thông số
Kiểm nghiệm đánh giá mức độ hoạt động của sản phẩm
Phương pháp tổng quan tài liệu bao gồm việc nghiên cứu các bài báo khoa học, giáo trình và tài liệu chuyên khảo liên quan đến công nghệ điện phân trong xử lý nước Việc này giúp tổng hợp kiến thức hiện có và đánh giá hiệu quả của các công nghệ điện phân ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước.
- Phương pháp tính toán lý thuyết: Tính toán, thiết kế hệ thống phục vụ cho việc thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm bao gồm việc xây dựng và thực hiện thí nghiệm trên mô hình, nhằm phân tích và đánh giá các giá trị thực nghiệm thu được từ quá trình vận hành thực tế Qua đó, phương pháp này phục vụ cho việc đánh giá, thảo luận, rút ra kết luận và đưa ra các kiến nghị phù hợp.
Bia sệt đang trở thành xu hướng phổ biến, đặc biệt là tại TP Hồ Chí Minh, nhờ vào phương pháp bảo quản lạnh độc đáo Sự khác biệt này tạo ra trải nghiệm thưởng thức mới mẻ so với những loại bia truyền thống mà người tiêu dùng thường quen thuộc.
Cách dùng bia mới lạ này đang thu hút sự chú ý của nhiều người, đặc biệt là giới trẻ Phong cách thưởng thức bia độc đáo và thú vị, yêu cầu người tạo bia đông sệt phải chú ý, vì loại bia này cần được ướp lạnh vừa phải Điều này giúp bia đạt được độ lạnh lý tưởng để uống mà không bị đông đá bên trong.
Bia sệt, hay còn gọi là bia tuyết, là một loại bia độc đáo có vẻ ngoài giống như bị đông đá nhưng bên trong vẫn ở dạng lỏng Khi gặp tác động mạnh, bia sẽ bắt đầu nổi bọt tuyết bên trong, mang lại trải nghiệm thú vị khi uống Cảm giác như bia được vùi trong tuyết, từng bọt tuyết tan ngay khi chạm vào đầu lưỡi, tạo ra sự kết hợp giữa hương vị ngon miệng và cảm giác mới lạ, quen thuộc Có thể hình dung bia sệt như là đá xay vị bia, mang đến trải nghiệm thú vị cho người thưởng thức.
Khi uống, bạn lấy bia ra và đặt mạnh lên bàn Bọt tuyết hình thành trong chai và bạn chỉ việc thưởng thức
Nếu không có nhu cầu sử dụng ta có thể giữ nhiệt độ ở −8 𝑜 𝐶 để sử dụng ở lần sau, không để quá lạnh, tránh trường hợp vỡ bia
Hình 1 1: Hình ảnh bia sệt thực tế
1.6 Qui trình làm lạnh cơ bản
Quy trình làm lạnh bia đơn giản nhất là sử dụng tủ lạnh chứa đầy nước muối Khi cần sử dụng, chỉ cần gõ nhẹ vào vỏ chai để thưởng thức.
Quy trình làm lạnh trong hệ thống sử dụng buồng chứa nước muối, được làm lạnh nhờ dàn lạnh bên trong và môi chất lạnh di chuyển qua ống kim loại chống ăn mòn Các sản phẩm bia được ngâm trong nước muối ở nhiệt độ thấp để làm lạnh hiệu quả Khi nhiệt độ bia đạt khoảng −12 °C, quá trình làm lạnh sẽ dừng lại và duy trì nhiệt độ −8 °C cho đến khi sử dụng, nhằm tránh tình trạng bia bị vỡ.
CHỌN CHẤT TẢI LẠNH VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC
Kho lạnh và buồng lạnh là thiết bị lý tưởng cho cả sinh hoạt và kinh doanh, phục vụ nhu cầu sử dụng bia sệt tại nhà hoặc tại các nhà hàng, quán nhậu Với thiết kế đa năng, ngoài việc tạo ra bia sệt, tủ lạnh này còn có khả năng bảo quản nhiều sản phẩm khác nhau, với dải nhiệt độ từ 0°C đến -18°C, giúp người dùng tận hưởng hương vị tuyệt vời của bia sệt và bảo quản thực phẩm hiệu quả.
2.2 Chọn chất tải lạnh: Định nghĩa chất tải lạnh:
Chất lỏng hay chất khí được sử dụng làm chất trung gian trong các thiết bị lạnh, nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và chuyển tải tới môi chất làm lạnh trong bình bốc hơi Chất trung gian lạnh (CTL) thường được áp dụng trong các trường hợp không thể sử dụng trực tiếp dàn bay hơi, khi môi chất lạnh có tính độc hại hoặc ảnh hưởng xấu đến môi trường và sản phẩm bảo quản, cũng như khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh ở xa nguồn cung cấp Yêu cầu đối với CTL bao gồm điểm đông đặc thấp, độ nhớt nhỏ, nhiệt dung và độ dẫn nhiệt cao, không độc hại, chống nổ và không ăn mòn thiết bị Thông thường, CTL được sử dụng dưới dạng dung dịch nước của các muối như Natri clorua (NaCl) cho nhiệt độ đến -15°C, Magie clorua (MgCl2) đến -27°C, và Canxi clorua (CaCl2) đến -45°C Trong các thiết bị nhiệt độ thấp, chất chống đông và Freon được sử dụng, chẳng hạn như dung dịch nước Propilenglicol (đến -47°C), Etilenglicol (đến -60°C), và Freon -30 (đến -90°C).
Nước là chất lỏng lý tưởng được sử dụng để điều hòa nhiệt độ không khí trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 100 độ C Tuy nhiên, các chất lạnh CFC (cloflorocacbon) như fucan đang bị thay thế do tác động tiêu cực của chúng đối với tầng ozone.
Yêu cầu đối với chất tải lạnh:
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ít nhất 5 0 C, tránh làm hỏng tủ
- Ít bay hơi hay nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển phải cao để đỡ tổsn thất chất tải lạnh đặc biệt là khi không chạy máy
- Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn nhiệt dung càng lớn càng tốt, khả năng trữ nhiệt cao
- Độ nhớt phải bé để giảm tổn thất thủy lực
- Không làm hỏng các sản phẩm cần làm lạnh
- Không tác dụng hóa học, không ăn mòn kim loại của hệ thống
- Bền vững hóa học trong giải nhiệt độ làm việc
- Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản
→ Từ những yêu cầu trên nên chất tải lạnh được chọn là dung dịch NaCl (nước muối)
Dùng nước muối làm chất tải lạnh có những ưu điểm:
Hệ số truyền nhiệt của chất lỏng có thể đạt từ 200 đến 400 (kcal/m² hK), và trong trường hợp chất lỏng chuyển động với tốc độ 5 m/s, hệ số này có thể lên đến 400000 (kcal/m² hK) Điều này mang lại lợi ích kinh tế đáng kể bằng cách rút ngắn thời gian sản xuất và thời gian phục vụ.
Muối NaCl rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản
Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa
Nhiệt độ đóng băng thấp nhất của nước muối là -21,2 0 C với nồng độ dung dịch là ξ = 23,1%
Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất cánh khuấy và trở lực thủy lực NaCl 20% có μ = 4,08 Pas ở -10 0 C
Ăn mòn kim loại gây ra tình trạng rỉ sét và hư hỏng nhanh chóng cho thiết bị Để khắc phục tình trạng này, có thể sử dụng chất chống ăn mòn, cụ thể là pha 3,2 kg Na2Cr2O7 với 1m³ dung dịch, kèm theo 0,27 kg NaOH cho mỗi kg Na2Cr2O7, và điều chỉnh pH của dung dịch về mức 7 Hàng năm, cần bổ sung 1/2 lượng Na2Cr2O7 vào kiềm ban đầu để duy trì hiệu quả Ngoài ra, cũng có thể sử dụng 1,6 kg chất chống ăn mòn khác để bảo vệ thiết bị.
Na2HPO4.12H2O cho 1 m 3 dung dịch NaCl ( thêm vào hàng tháng )
Việc sử dụng môi trường nước muối để tải lạnh có thể tiềm ẩn nguy cơ do hiện tượng chất tải lạnh bị đóng băng Do đó, cần thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối và lựa chọn nồng độ phù hợp, đảm bảo có khoảng nhiệt độ dự trữ để tránh tình trạng dung dịch bị đóng băng khi nhiệt độ giảm xuống dưới yêu cầu.
Khi chọn nhiệt độ nước muối trong buồng chứa là -15 0 C Tính chất của nước muối có nồng độ dung dịch ξ = 23%:
Nhiệt dung riêng ở -15 0 C : c = 0,802 kCal/kgK
Hệ số dẫn nhiệt ở -15 0 C: λ = 0,449 kCal/kgK
2.3 Dung tích và phân bố sản phẩm:
Phân loại kho lạnh và buồng lạnh
Tủ lạnh đa năng này được thiết kế dành cho sinh hoạt và kinh doanh tư nhân, phục vụ nhu cầu sử dụng bia sệt tại nhà hoặc trong các nhà hàng, quán nhậu Với khả năng giữ lạnh từ 0°C đến -18°C, nó không chỉ tạo ra bia sệt mà còn bảo quản nhiều sản phẩm khác, đáp ứng nhu cầu giải khát và thưởng thức vị ngon của bia sệt.
Chọn chất tải lạnh
Định nghĩa chất tải lạnh:
Chất lỏng hay chất khí được sử dụng làm chất trung gian trong các thiết bị lạnh có vai trò quan trọng trong việc nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và chuyển tải nhiệt tới môi chất làm lạnh trong bình bốc hơi Chất trung gian lạnh (CTL) thường được áp dụng trong các trường hợp không thể sử dụng trực tiếp dàn bay hơi, đặc biệt khi môi chất lạnh có tính độc hại hoặc ảnh hưởng xấu đến môi trường và sản phẩm bảo quản Yêu cầu đối với CTL bao gồm điểm đông đặc thấp, độ nhớt thấp, nhiệt dung và độ dẫn nhiệt cao, cùng với tính không độc hại, chống nổ và không ăn mòn thiết bị Thông thường, CTL được sử dụng dưới dạng dung dịch nước của các muối như Natri clorua (NaCl) cho nhiệt độ đến -15°C, Magie clorua (MgCl2) đến -27°C, và Canxi clorua (CaCl2) đến -45°C Trong các thiết bị nhiệt độ thấp, chất chống đông và Freon cũng được sử dụng, ví dụ như dung dịch nước Propilenglicol đến -47°C, Etilenglicol đến -60°C, và Freon –30 đến -90°C.
Nước là chất lỏng lý tưởng để điều hòa nhiệt độ không khí trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 100 oC Tuy nhiên, các chất lạnh thuộc nhóm CFC (cloflorocacbon) như fucan đang dần bị thay thế do tác động tiêu cực của chúng đến tầng ozon.
Yêu cầu đối với chất tải lạnh:
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ít nhất 5 0 C, tránh làm hỏng tủ
- Ít bay hơi hay nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển phải cao để đỡ tổsn thất chất tải lạnh đặc biệt là khi không chạy máy
- Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn nhiệt dung càng lớn càng tốt, khả năng trữ nhiệt cao
- Độ nhớt phải bé để giảm tổn thất thủy lực
- Không làm hỏng các sản phẩm cần làm lạnh
- Không tác dụng hóa học, không ăn mòn kim loại của hệ thống
- Bền vững hóa học trong giải nhiệt độ làm việc
- Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản
→ Từ những yêu cầu trên nên chất tải lạnh được chọn là dung dịch NaCl (nước muối)
Dùng nước muối làm chất tải lạnh có những ưu điểm:
Hệ số truyền nhiệt của chất lỏng có thể đạt từ 200 đến 400 (kcal/m² hK), và trong trường hợp chất lỏng chuyển động với tốc độ 5 m/s, hệ số này có thể lên đến 400000 (kcal/m² hK) Điều này mang lại lợi ích kinh tế bằng cách rút ngắn thời gian sản xuất và thời gian phục vụ.
Muối NaCl rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản
Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa
Nhiệt độ đóng băng thấp nhất của nước muối là -21,2 0 C với nồng độ dung dịch là ξ = 23,1%
Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất cánh khuấy và trở lực thủy lực NaCl 20% có μ = 4,08 Pas ở -10 0 C
Để chống lại tính ăn mòn kim loại, gây rỉ sét và hư hỏng thiết bị, chúng ta có thể sử dụng chất chống ăn mòn bằng cách pha 3,2 kg Na2Cr2O7 với 0,27 kg NaOH cho mỗi 1 kg Na2Cr2O7, đồng thời điều chỉnh pH của dung dịch về 7 Hàng năm, cần bổ sung 1/2 lượng Na2Cr2O7 vào kiềm ban đầu để duy trì hiệu quả Ngoài ra, cũng có thể sử dụng 1,6 kg chất khác để hỗ trợ quá trình này.
Na2HPO4.12H2O cho 1 m 3 dung dịch NaCl ( thêm vào hàng tháng )
Sử dụng môi trường nước muối để tải lạnh có thể gặp rủi ro do hiện tượng đóng băng chất tải lạnh Do đó, cần thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối và lựa chọn nồng độ phù hợp, đảm bảo có khoảng nhiệt độ dự trữ, để tránh tình trạng dung dịch bị đóng băng khi nhiệt độ hạ xuống dưới mức yêu cầu.
Khi chọn nhiệt độ nước muối trong buồng chứa là -15 0 C Tính chất của nước muối có nồng độ dung dịch ξ = 23%:
Nhiệt dung riêng ở -15 0 C : c = 0,802 kCal/kgK
Hệ số dẫn nhiệt ở -15 0 C: λ = 0,449 kCal/kgK
