Tổn thất nhiệt trong tủ cấp đông gồm có : - Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che
- Tổn thất nhiệt do sản phẩm, khay cấp đông và do nước châm vào - Tổn thất nhiệt do mở cửa
4.1.1 Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q1
- Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong tủ cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần.
- Do tủ cấp đông được đặt trong nhà xưởng nên không chịu ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời. Vì vậy ta chỉ xét tổn thất nhiệt qua tường bao, trần và nền của tủ cấp đông.
- Mặt khác chiều dày cách nhiệt của các bề mặt tủ là như nhau tức là đều dày 150 mm kể cả cửa tủ cấp đông. Do vậy ta có :
Q1 = kt. F ( t1 – t2), W Trong đó :
- kt : Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt , W/m2.K
Theo tính toán ở mục ( 2.2.3) ta có Kt = 0,13 W/m2.K - F : Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2 - t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C. t1 = 380C - t2 : Nhiệt độ bên trong tủ cấp đông, 0C. t2 = -350C
Theo tính toàn ở mục ( 2.1.2) ta có kích thước phủ bì của tủ cấp đông là : - Chiều dài : L = 3000 + 2 δCN= 3000 + 2 x 150 = 3300 mm
- Chiều rộng : W = 1500 + 2δCN= 1500+ 2x 150 = 1800mm - Chiều cao : H = 1180 + 2δCN = 1180 + 2 x 150 = 1480mm Lúc đó ta có : F = 2F1 + 2 F2 + 2F3
Trong đó :
2F1: Diện tích bề mặt trần và nền của tủ, m2 2F2 : Diện tích bề mặt trước và sau của tủ, m2 2F3 : Diện tích hai mặt bên của tủ , m2
==> F = 2 ( F1 + F2 + F3)
= 2 ( 3,3 x 1,8 + 3,3 x 1,9 + 1,8 x 1,9) = 31,26 m2 Vậy : Q1 = kt. F ( t1 – t2 ) , W
= 0,13 x 31,26 [ 38 – ( -35) ] = 296,657 W = 0,296 KW 4.1.2 Tổn thất do sản phẩm mang vào Q2
Tổn thất Q2 gồm :
- Tổn thất do sản phẩm mang vào Q21
- Tổn thất làm lạnh khay cấp đông Q22
- Ngoài ra một số sản phẩm khi cấp đông người ta tiến hành châm thêm nước để mạ 1 lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng đẹp, chống oxi hoá thực phầm, nên cũng cần tính thêm tổn thất do làm lạnh nước Q23
4.1.3 Tổn thất do sản phầm mang vào
Tổn thất do sản phẩm mang vào được tính theo công thức sau : Q21 = E
(i1−i2)
ℑ.x.3600, kW Trong đó :
- E : Năng suất tủ cấp đông, kg/mẻ ; E = 300 kg/mẻ
- i1 , i2 : Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra,kJ/ kg. Do sản phẩm trước khi đưa vào tủ cấp đông đã được làm lạnh ở kho chờ đông, nên nhiệt độ sản phẩm đầu vào sẽ là t1 = 120C. Nhiệt độ trung bình đầu ra của các sản phẩm cấp đông là t2 = -180C
ℑ : Thời gian cấp đông 1 mẻ, giờ/mẻ ℑ = 2 giờ
Tra bảng 4.2/ Sách HDTKHTL – Trang 81, ta có : i1 = 248,2 kJ/kg
i2 = 4,6 kJ/kg Vậy :
Q21 =
300(248,2−4,6)
2x3600 = 10,141666 kW = 10141,666 W 4.1.4 Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông
Q22 = MKh
CP(t1−t2)
ℑx3600 , kW Trong đó :
MKh: Tổng khối lượng khay cấp đông, kg
- Theo tính toán ở mục 2.1.1 thì số khay chứa sản phẩm sẽ là : 6 x 36 = 216 khay
- Một khay có khối lượng khoảng 1,5 kg và có dung tích chứa 2 kg sản phẩm.
Do vậy tổng số khối lượng khay cấp đông sẽ là : MKh = 216 x 1,5 = 324 kg
CP : Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, kJ/kg.K
- Khay cấp đông có vật liệu làm bằng nhôm có CP = 0,896 kJ/kg.K t1 , t2 : Nhiệt độ của khay trước và sau khi cấp đông, 0C
- Nhiệt độ của khay trước khi cấp đông bằng nhiệt độ môi trường tức là : t1 = 380C
- Nhiệt độ của khay sau khi cấp đông t2 = - 350C ℑ : thời gian cấp đông, giờ .
ℑ = 2 giờ Vậy :
Q22 = 324 .
0,896[38−(−35)]
2x3600 = 2,94336 kW = 2943,36 W 4.1.5 Tổn thất do châm nước
Tổn thất do châm nước được tính theo công thức : Q23 = Mn
qO
ℑx3600, kW Trong đó :
Mn : Khối lượng nước châm, kg
- Khối lượng nước châm chiếm khoảng 5 ¿10 % khối lượng hàng cấp đông, thường người ta châm dày khoảng 5mm.
Theo tính toán ở mục ( 2.3.2.2 ) thì tổng số khay chứa sản phẩm là 216 khay, mà 1 khay chứa được 2 kg sản phẩm .
- Do đó khối lượng hàng cấp đông là : 216 x 2 = 432 kg - Khối lượng nước châm là : Mn = 432
6
100 = 25,92 kg ℑ : thời gian cấp đông, giờ
ℑ = 2 giờ
qo : Nhiệt dung cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đã hoàn toàn, kJ/kg
- Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo đư ợc xác định theo công thức :
qo = CPn . t1 + r + CPđ| t2|
Trong đó :
- CPn : Nhiệt dung riêng của nước ; kJ/kg.K CPn = 4,186 kJ/kg.K
- r : Nhiệt đông đặc, kJ/kg r = 333,6 kJ/kg
- CPđ : Nhiệt dung riêng của đá, kJ/kg.K CPđ = 2,09 kJ/kg.K
- t1 : Nhiệt độ nước đầu vào , oC t1 = 5oC
- t2 : Nhiệt độ đông đá, oC t2 = -5oC ¿ -10oC Thay vào ta có :
qo = 4,186 . 5 + 333,6 + 2,09 |− 10 | = 375,43 kJ/kg Vậy :
Q23 = 25,92 .
375,43 2x3600=
1,85154 kW =1851,54 W Như vậy tổn thất Q2 sẽ là :
Q2 = Q21 + Q22 + Q23
=10141,666 + 2943,36 + 1851,54 = 14986,566W = 14,986 KW 4.1.6 Tổn thất nhiệt do mở cửa Q3
Tổn thất nhiệt do mở cửa được tính theo công thức Q3 = B . F , W
F : Diện tích của tủ cấp đông, m2 Theo như tính toán ở mục ( 2.4.1 ) ta có :
Chiều dài tủ là : L = 3,3 m Chiều rộng tủ là : W = 1,8 m Do dó F = 3,3 x 1,8 = 5,94 m2 B : Dòng nhiệt khi mở cửa, W/m2
Tra bảng 4.4/ Sách HDTKHTL – Trang 87 chọn B = 20 W /m2 Vậy Q3 = 20 x 5,94 = 118,8 W = 0,118 KW
4.1.7 Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén
Tải nhiệt cho thiết bị : Dùng để tính toán bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong tủ ở những điều kiện bất lợi nhất, ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất.
QTB = Q1 + Q2 + Q3 , W
= 296,657 + 14986,566+ 118,8 = 15402,023 W = 15,402 KW
Tải nhiệt cho máy nén :
QMN = 80% Q1 + 100%Q2 + 75%Q3
= 80
100296,657+100
100 .14986,566+75
100 .118,8
= 15312,992 W = 153,12992 kW 4.1.8 Công suất lạnh yêu cầu của máy nén
Công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là:
Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho tủ Q. Nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống. Bên cạnh đó thì máy nén không thể vận hành liên tục 24h trong 1 ngày được vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất mỏi làm hỏng máy nén. Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau:
Q0MN = Q . kb
Trong đó: k – hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ tủ là -350C nên dùng nội suy ta tính được nhiệt độ dàn bay hơi k = 1,085 ( trang 92, tài liệu [1] )
b – hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/ngày đêm => chọn b = 0,9 ( trang 92, tài liệu [1] )
Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là:
Q0MN = 15312,9920,9.1,085 = 18460,66 W = 18,46066 kW