III. 1.1.6.1 Tổn thất áp suất
III.2 Hệ thống cung cấp nước làm mát
III.2.1. Nguyên tắc cơ bản
Hệ thống nước làm mát cho bất kỳ thiết bị nhiệt nào trong thử nghiệm động cơ phải đảm bảo nhiệt độ và áp suất thích hợp để cho phép đủ lưu lượng nước đi qua các thiết bị để có đủ khả năng làm mát.
Tỉ lệ áp suất và lưu lượng phải đủ ổn định để cho phép duy trì kiểm soát các thiết bị.
Thông thường thì việc thiết kế hệ thống nước làm mát thường mắt một lỗi là hệ thống sẽ không kịp đáp ứng áp lực và nhiệt độ theo sự thay đổi đột ngột của điều kiện phòng thử.
Đó là điều cần thiết cần xem xét khi sử dụng hệ thống nước làm mát, cần kiểm tra kỹ nhiệt độ nước đầu vào đúng quy định để thực hiện đúng yêu cầu.
III.2.1.1. Nước:
Nước là dung dịch làm mát trung gian lý tưởng. Nhiệt dung riêng của nước cao hơn so với bất kỳ chất lỏng nào khác, xấp xỉ gấp đôi các hydrocarbon.
Nhiệt dung riêng của nước:
C = 4.1868 kJ/kgK
được quy định ở “Bảng năng suất tỏa nhiệt của hơi nước quốc tế” ở nhiệt độ 140C.
Nhiệt dung riêng của nước cao hơn ở mỗi giai đoạn thay đổi trạng thái: 4.21 kJ/kgK ở 00C và 950C, nhưng sự chênh lệch này có thể bỏ qua.
Việc sử dụng các chất phụ gia chống đông giúp nước có thể hoạt động ở phạm vi nhiệt độ rộng hơn bình thường. Khoảng 50% khối lượng nước là dung dịch hòa tan ethylene glycol cho phép tăng phạm vi làm việc đến -330C. Chất chống đông làm tăng điểm sôi của nước lên và nếu nước có 50% dung dịch hòa tan thì nhiệt độ sôi sẽ tăng lên 1350C với áp suất chỉ 1.5 bar.
Nhiệt dung riêng của ethylen glycol là 2.28 kJ/kgK và tỉ trọng là 1.128 kg/l, nhiệt dung riêng của dung dịch có 50% ethylen glycol là:
(0.5 x 4.1868) + (0.5 x 2.28 x 1.128) = 3.38 kJ/kgK bằng 80% nhiệt dung riêng của nước.
Vì vậy, tốc độ tuần hoàn phải tăng thêm 25% với cùng tốc độ truyền nhiệt và tăng nhiệt độ.
Mối quan hệ giữa lưu lượng qw (l/h), độ tăng nhiệt độ Δt và nhiệt truyền qua nước H (kW) là:
4.1868qwΔt = 3600H qwΔt = 860H
để hấp thụ 1kW với mức tăng nhiệt độ 100C thì lưu lượng yêu cầu là 86l/h III.2.1.2. Lưu lượng yêu cầu:
Trong trường hợp không có yêu cầu đặc biệt, lưu lượng yêu cầu có mục đích để giới hạn sự gia tăng nhiệt độ thông qua áo nước động cơ (100C).
Đối với các thiết bị đo, lưu lượng được quyết định bởi nhiệt độ đầu ra tối đa mà thiết bị cho phép. Nhiệt độ này rất quan trọng để tránh sự kết tủa trên bề mặt bên trong thiết bị. Thiết bị đo sử dụng dòng Foucault dễ bị hỏng do vấn đề nêu trên hơn các thiết bị đo thủy lực.
Nhiệt độ tối đa được đề xuất:
• Thiết bị đo sử dụng dòng foucault: 600C
• Thiết bị đo thủy lực: 700C
Độ cứng carbonate của nước (độ cứng tạm thời) không vượt quá 50 mg CaO/l. Nếu muốn tăng giá trị độ cứng thì nhiệt độ giới hạn phải ở mức 500C.
Tải làm mát trên một kW công suất động cơ phát ra được thể hiện ở bảng 3.3:
Sự tương quan giữa lưu lượng và nhiệt độ được thể hiện ở bảng 3.4:
III.2.1.3. Chất lượng nước:
Khi xây dựng phòng thử, cần phải đảm bảo nguồn cung cấp nước đầy đủ và đảm bảo chất lượng. Kiểm soát chất lượng nước, bao gồm ngăn chặn sự nhiễm khuẩn, bùn và cặn; là một vấn đề phức tạp và cần tham khảo ý kiến của các chuyên gia địa phương. Nếu nguồn nước cung cấp không đảm bảo chất lượng thì ta phải trang bị các thiết bị xử lý nguồn nước.
Các nhà sản xuất đều công bố các bảng chất lượng nước thích hợp cho từng loại thiết bị, được soạn thảo bởi các chuyên gia.
III.2.1.4. Các chất rắn trong nước:
Nước tuần hoàn trong hệ thống cần loại bỏ chất rắn hết mức có thể. Nếu nước được lấy từ các nguồn tự nhiên như sông, hồ thì cần phải lọc nước trước khi sử dụng. Bề mặt nước chưa qua xử lý thường bị vẫn đục bởi bùn và đất sét. Các chất này chỉ được loại bỏ qua một số phương pháp đặc biệt như làm kết tủa và kết bông. Ngoài ra còn có một số nguồn chất rắn khác như nước chảy qua các bề mặt bẩn, cát bị gió thổi vào và bụi từ quá trình đúc áo nước. Các thiết bị đo thủy lực dễ bị mài mòn khi có các mảnh bụi hoặc kim loại nhỏ lẫn vào, vì vậy các chất rắn phải nằm trong khoảng 2-5mg/l. Các nguồn nước sông và nước biển không được khuyến khích sử dụng ngoại trừ các trường hợp đặc biệt như thiết kế các thiết bị hàng hải.
III.2.1.5. Độ cứng của nước:
Khi nhiệt độ của nước cứng vượt quá 700C sẽ tạo ra lớp “gỉ” CaC2 (Canxi cacbua) lắng đọng lại và có ảnh hưởng tiêu cực đến băng thử và bộ trao đổi nhiệt. Càng nhiều gỉ càng làm cho việc trao đổi nhiệt trở nên khó khăn và lớp gỉ đó có thể rời ra lẫn vào nước làm tắc nghẽn van điều khiển và đường nước. Nước được làm mềm có chứa một số đặc tính gây ra sự ăn mòn, vì vậy ta nên tránh việc làm mềm quá mức và sử dụng nước này.
Nước cứng là nước có chứa nhiều hơn 120mg/l các ion dương Ca2+ và Mg2+.
Có những đại lượng đo lường quốc tế khác nhau về độ cứng, nhưng tới nay chưa có một hệ thống đo lường chung nào:
• Anh và Mỹ: 10US= 10UK = 1mg CaCO3/kg nước = 1ppm CaCO3
• Pháp: 10F = 10mg CaCO3/l nước
• Đức: 10G = 10mg CaCO3/l nước
10dH = 10mg CaO/l nước = 1.250độ cứng Anh (hệ thống đo cũ của nước Anh, 1 độ Clarke = 1 gpg = 14.25 ppm CaCO3).
Nước có thể là acid hoặc bazơ. Những phân tử nước có khả năng phân ly, ion hóa rất ít. Đối với nước trung tính, nồng độ H+ và OH- là như nhau. pH được đo bằng nồng độ ion H+: giá trị của nó quan trọng trong mọi trạng thái của quá trình xử lý nước, bao gồm những công đoạn xử lí sinh học.
Nước acid có giá trị pH <7.07 và hầu hết các nhà sản xuất băng thử cần giá trị pH vào khoản 7 -9; giá trị lý tưởng nằm trong khoản 8 – 8.4.