›
›

Bài giảng Điện lạnh cơ bản 1 - Phần 1: Các khái niệm cơ bản về nhiệt động

doc 47 trang huongle 90
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện lạnh cơ bản 1 - Phần 1: Các khái niệm cơ bản về nhiệt động", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docbai_giang_dien_lanh_co_ban_1_phan_1_cac_khai_niem_co_ban_ve.doc

Nội dung text: Bài giảng Điện lạnh cơ bản 1 - Phần 1: Các khái niệm cơ bản về nhiệt động

  1. ĐIỆN LẠNH CƠ BẢN 1 PHẦN 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT ĐỘNG 1.1. Khái niệm về nhiệt động và máy lạnh: Máy nhiệt là thiết bị thực hiện quá trình chuyển hố giữa nhiệt năng và cơ năng ở hai nguồn nĩng (T1) và lạnh (T2). Máy nhiệt được chia làm hai nhĩm: Nhĩm động cơ nhiệt và nhĩm máy lạnh, bơm nhiệt. Động cơ nhiệt: Gồm máy hơi nước, động cơ đốt trong, động cơ phản lực, turbine hơi, turbine khí, loại này làm việc theo nguyên lý chất mơi giới nhận nhiệt (Q 1) từ nguồn nĩng (quá trình cháy nhiên liệu), kế đến là giãn nỡ để biến một phần nhiệt thành cơng (L 0), sau đĩ chất mơi giới nhả phần nhiệt (Q2) cho nguồn lạnh. Q1 - Q2 = L0 . Máy lạnh và bơm nhiệt : Làm việc theo nguyên lý máy tiêu hao năng lượng L 0, chất mơi giới nhận nhiệt (Q2) từ nguồn lạnh để làm lạnh vật, rồi truyền (Q 2) và (L0) cho nguồn nĩng. Máy lạnh sử dụng nhiệt (Q2) để làm lạnh vật cịn bơm nhiệt sử dụng (Q1) để sưởi ấm hoặc sấy. Nhiệt và cơng là các dạng năng lượng là các đại lượng vật lý phụ thuộc vào quá trình. Qui ước: Nhiệt nhận Q > 0 Nhiệt nhả Q 0 Cơng tiêu hao L < 0 Đơn vị: 1cal = 4,18 J 1 Btu = 252 cal (British Thermal Unit) 1 Btu/h = 0,3 W. 1.2. Trạng thái và thơng số trạng thái 1.2.1 Trạng thái: Trạng thái là tập hợp các đại lượng xác định tính chất vật lý của chất mơi giới tại thời điểm nào đĩ. Các thơng số dùng để xác định trạng thái của chất mơi giới được gọi là thơng số trạng thái, ở mỗi trạng thái xác định thì thơng số trạng thái cũng cĩ những giá trị xác định. Một trạng thái được gọi là cân bằng của chất mơi giới khi các thơng số trạng thái cĩ cùng một giá trị ở mọi điểm trong tồn bộ khối chất mơi giới. Ngược lại gọi là trạng thái chất mơi giới khơng cân bằng. 1.2.2 Thơng số trạng thái: Để biểu diễn trạng thái của chất mơi giới người ta nhờ đến ba thơng số trạng thái cơ bản: Nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng. Ngồi 3 thơng số này cịn dùng đến các thơng số khác như : Nội năng, Enthanpy, Entropy, Exergy, a/ Nhiệt độ: Nhiệt độ là thơng số biểu thị mức độ nĩng lạnh của vật, cịn theo thuyết động học phân tử nhiệt độ biểu thị giá trị động năng trung bình của các phân tử chuyển động tịnh tiến. 2 m  2 kT (1-1) 3 2 Trong đĩ: T : Nhiệt độ tuyệt đối, K m : Khối lượng phân tử, kg 1
  2.  : Vận tốc trung bình các phân tử, m/s k : Hằng số Boltzmann. k = 1,3805 .10-23 (J/độ) Để xác định nhiệt độ người ta thường dùng 2 thang đo nhiệt độ: Nhiệt độ bách phân. ( Nhiệt độ Celcius : t, 0C ) Nhiệt độ tuyệt đối. ( Nhiệt độ Kelvin : T, K ) Mối quan hệ : T(K) = t(0C) + 273,15 Ngồi ra cịn cĩ các thang nhiệt độ khác như : Nhiệt độ Fahrenheit t(0F), Rankine T(0R). Mối quan hệ : 5 t o C t o F 32 (1-2) 9 5 t o C T o R 273,15 (1-3) 9 b/ Áp suất: Ap suất là lực tác dụng các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình chứa. F p (N/m2) (1-4) S Ở đây: p : áp suất tuyệt đối (N/m2) F : lực tác dụng (N) (1 N = 1 kgm/s2) S : diện tích thành bình (m2) Để đo áp suất người ta dùng nhiều đơn vị đo khác nhau, ta cĩ mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất như sau : 1at = 9,81 . 104 (N/m2) 0,981bar 9,81 . 104 Pa = 1 kG/cm2 = 14,7 psi = 10 mH2O = 735,5 mmHg Ngồi ra ta cĩ các khái niệm khác về áp suất như: Trong đĩ: p : áp suất tuyệt đối pd : áp suất dư P Pck pKT : áp suất khí trời Pkt p : áp suất chân khơng P CK * Khi đo áp suất bằng chiều cao cột thủy ngân phải qui về điều kiện 0 0C trước khi chuyển đổi đơn vị, theo cơng thức: 0 h0 C = h (1- 0,000172.t) 0 0 Trong đĩ : h0 C : chiều cao cột thuỷ ngân ở 0 C . h : chiều cao cột thuỷ ngân ở t 0C. 2
  3. c/ Thể tích riêng: Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng. Nếu một lượng khí cĩ khối lượng là G kg, thể tích là V m3 thì thể tích riêng sẽ là: V v = , (m3/kg) (1-5) G Khối lượng riêng là đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng. 1 , (kg/m3) (1-6) v d/ Nội năng: ( ký hiệu: u, J/kg) Nội năng của một vật bao gồm: nhiệt năng, hố năng, năng lượng nguyên tử. Đối với quá trình nhiệt động hố năng và năng lượng nguyên tử khơng thay đổi nên sự thay đổi nội năng của vật chỉ là sự thay đổi nhiệt năng. Nội năng bao gồm: Nội động năng và nội thế năng. Nội động năng sinh ra là do chuyển động tịnh tiến, chuyển động dao động, chuyển động quay của các phân tử. Nội thế năng sinh ra là do lực tương tác các phân tử. Theo thuyết động học phân tử thì nội động năng phụ thuộc vào nhiệt độ, nội thế năng phụ thuộc vào khoảng cách các phân tử, là hàm đơn trị của thể tích, do vậy: u = f (T, v) Đối với khí lý tưởng thì: u = f (T) Mặt khác nội năng là một thơng số trạng thái, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối, khơng phụ thuộc vào quá trình tiến hành.  du = cv dT. Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1đến trạng thái 2 độ biến thiên nội năng sẽ là: u = cv ( T2 – T1) (1-7) Ở đây: c v là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích(J/kg.độ) e/ Năng lượng đẩy: (d : J/kg) Đối với dịng khí hoặc chất lỏng chuyển động, ngồi động năng và thế năng bên ngồi cịn một năng lượng giúp khối khí dịch chuyển, gọi là năng lượng đẩy. Năng lượng đẩy được xác định bằng biểu thức : d = pv (1-8) Năng lượng đẩy là một thơng số trạng thái và chỉ cĩ ở hệ hở, khi dịng khí chuyển động thì năng lượng đẩy thay đổi và tạo ra cơng lưu động để đẩy dịng khí dịch chuyển. f/ Enthalpy: (i, h: J/kg) Enthalpy là một thơng số trạng thái. Trong nhiệt động enthalpy được định nghĩa bằng biểu thức: i = u + pv (1-9) Đối với khí thực enthalpy phụ thuộc vào 2 trong 3 thơng số trạng thái cơ bản, cịn đối với khí lý tưởng thì: 3
  4. (1-9) di = du + d(R.T) di = cvdt + RdT di = cpdT. Độ biến thiên enthalpy giữa hai trạng thái 1 và 2 sẽ là: i = c p (T2 – T1) (1-10) g/ Entropy: (s: J/kg.độ) Entropy là một đại lượng vật lý mà sự thay đổi của nĩ chứng tỏ cĩ sự trao đổi nhiệt. Phương trình vi phân entropy cĩ dạng : dq ds ( 1-11) T dq : nhiệt lượng trao đổi giữa chất mơi giới và mơi trường trong quá trình vơ cùng bé. 1.2.3: Phương trình trạng thái : Phương trình trạng thái của chất khí một cách tổng quát được biểu diễn theo mối quan hệ hàm số như sau: F ( p,v,T) = 0 (1-12) Nĩ cho phép ta xác định được một trạng thái bất kỳ khi biết 2 trong 3 thơng số trạng thái. a/ Phương trình trạng thái của khí lý tưởng: + Phương trình trạng thái khi viết cho 1 kg khí cĩ dạng : p.v = R.T (1-13) Trong đĩ : p : áp suất tuyệt đối (N/m2) v : Thể tích riêng (m3/kg) R : Hằng số chất khí (J/kg.độ) T : Nhiệt độ tuyệt đối (K) + Phương trình trạng thái đối với G kg khí : p.v.G = G.R.T p.V = G.R.T (1-14) + Phương trình khi viết cho 1 kmol chất khí: Từ (1-13) p.v. = .R.T pV = .R.T 3 với : V = v.  : Thể tích 1 kmol khí. (m /kmol) Đặt : R = .R : Hằng số phổ biến chất khí (J/kmol.độ) pV = RT (1-15) pV R = (1-16) T Theo Avogadro – Ampere: ở điều kiện tiêu chuẩn : p = 760 mmHg, t = 00C = 273,15 K, 3 thể tích 1 kmol khí lý tưởng V = 22,4 m vậy : 4
  5. 760 .105.22,4 750 101332.22,4 R = 273,15 273,15 R = 8314 (J/kmol.độ) R 8314 R =  .   b/ Phương trình trạng thái khí thực: Trong thực tế các khí sử dụng đều là khí thực và việc tính tốn nĩ rất phức tạp. Để thiết lập phương trình cho khí thực người ta dựa vào phương trình của khí lý tưởng rồi thêm vào một số hệ số điều chỉnh được rút ra từ thực nghiệm. Theo Vander Waals phương trình cĩ dạng: a p . v b R.T (1-17) v 2 Trong đĩ: a/v2: Hệ số điều chỉnh về áp suất nội bộ, khi kể đến lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử. b : Hệ số điều chỉnh về thể tích bản thân phân tử. a,b: Cịn gọi là các hằng số cá biệt biến thiên theo các loại chất khí. 1.3 Nhiệt dung riêng: 1.3.1. Định nghĩa: Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt lượng cần thiết để đưa một đơn vị chất mơi giới lên 1 độ theo một quá trình nào đĩ. Ký hiệu c . - Nếu ta cĩ 1 đơn vị chất mơi giới là 1 kg, cần một nhiệt lượng là dq làm cho nĩ thay đổi nhiệt độ là dt thì: dq c = : Nhiệt dung riêng thực (1-18) dt - Cịn nếu ta cung cấp cho 1 kg chất mơi giới một nhiệt lượng là q làm cho nĩ thay đổi nhiệt độ từ t1 đến t2 thì: q gọi là nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ t1 đến t2. t 2 t1 t 2 Ký hiệu nhiệt dung riêng trung bình từ t1 đến t2 là: c t1 t 2 q c = (1-19) t1 t 2 t1 1.3.2: Phân loại Cĩ nhiều cách phân loại nhiệt dung riêng, nếu dựa vào đơn vị đo và đặc tính quá trình ta cĩ các loại sau: a) Khi lấy đơn vị đo là kg: gọi là nhiệt dung riêng khối lượng, ký hiệu c (kJ/kg.độ) 5
  6. - Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện áp suất khơng đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp ký hiệu : cp - Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện thể tích khơng đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích ký hiệu: cv b) Khi lấy đơn vị đo là m3 tiêu chuẩn: gọi là nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu c’ (kJ/m3tc.độ) (m3tc đo ở điều kiện: p = 760 mmHg, t = 0 oC). Tương tự ta cũng cĩ c’p và c’v,lần lượt là nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp và nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích. c) Khi lấy đơn vị đo là kmol: gọi là nhiệt dung riêng kmol, ký hiệu c (kJ/kmol.độ). Tương tự ta cũng cĩ c p và cv, ký hiệu cho nhiệt dung riêng kmol đẳng áp và nhiệt dung riêng kmol đẳng tích. * Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng: Khi biết nhiệt dung riêng này cần xác định nhiệt dung riêng kia ta dùng các mối quan hệ sau: c + c =  c'.v (a)  tc + cp – cv = R (b) c + p k (c) cv Trong đĩ k là số mũ đoạn nhiệt: k > 1 Từ ( 3-3b) và (3-3c) R c v = (d) k 1 k.R c p = (e) k 1 1.3.3: Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ. a) Quan hệ hằng số: Trong kỹ thuật khi tính tốn khơng cần độ chính xác cao ta coi nhiệt dung riêng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất mơi giới, để xác định ta cĩ bảng sau: kcal/kmol.độ Loại khí k cv cp Khí 1 nguyên tử 1,6 3 5 Khí 2 nguyên tử 1,4 5 7 Khí từ 3 nguyên tử trở lên 1,3 7 9 b) Quan hệ đường thẳng: Ở mức độ chính xác vừa phải nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ đường thẳng như sau: c = a + bt (1-20) c) Quan hệ đường cong:Khi mức độ chính xác cao nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ đường cong: c = a’+ b’t + dt2 (1-21) 6
  7. Trong đĩ: a, b, a’, b’, d là những hằng số xác định từ thực nghiệm. 1.3.4. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng. a) Theo nhiệt dung riêng thực: dq Từ định nghĩa (3-1): c = dt  dq = c.dt Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 tích phân ta được 2 q = c dt 1 q = c(t2 – t1) (1-22) b) Theo nhiệt dung riêng quan hệ là đường thẳng: Ta cĩ: c = a + bt  dq = ( a + bt )dt Tích phân: 2 q = a bt dt 1 1 2 q = a.t + bt 2 2 1 1 2 2 q = a(t2 - t1) + b t t 2 2 1 t 2 t1 hay: q = [a + b] .(t2 - t1) (1-23) 2 c) Theo quan hệ là đường cong: Từ (3-5): c = a’+ b’t + dt2 2 q = a' b' t dt 2 dt 1 Tương tự tích phân theo t và đặt (t2 – t1) làm thừa số chung: t t t 2 t 2 t t 2 1 1 2 1 2 q = [a + b d ].(t2 - t1) (1-24) 2 3 d) Theo nhiệt dung riêng trung bình. Từ định nghĩa: t 2 q c = t1 t 2 t1 t 2 q = c (t2 – t1) (f) t1 7
  8. Các bảng khơng cho nhiệt dung riêng trung bình từ t 1  t2, chỉ cĩ từ 0  t nào đĩ mà thơi, do vậy nhiệt dung riêng trung bình từ t1  t2 được xác định: t 2 t1 t 2 c t c t c =0 2 0 1 (g) t1 t 2 t1 Thay (g) vào (f) và đơn giản ta được: t 2 t 2 q = c t2 – c t1 (1-25) 0 0 1.4. Định luật nhiệt động thứ nhất. 1.4.1. Nội dung định luật: Thực chất của định luật nhiệt động thứ nhất là định luật bảo tồn và biến hố năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt, định luật được phát biểu: “ Năng lượng khơng tự mất đi cũng khơng tự tạo ra, mà nĩ chỉ cĩ thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác trong các quá trình lý hĩa khác nhau mà thơi”. Hay nĩi cách khác: tổng năng lượng tồn phần trong hệ cơ lập là khơng đổi. Trong phạm vi nhiệt động, một lượng nhiệt năng nào đĩ bị mất đi tất yếu sẽ sinh ra một lượng cơ năng xác định và ngược lại. 1.4.2. Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất Xét 1 khối khí bất kỳ khi ta cung cấp cho nĩ một nhiệt lượng vơ cùng nhỏ dQ thì nĩ sẽ thay đổi nội năng dU và sinh ra một cơng tương ứng là dL. Theo định luật bảo tồn: dQ = dU + dL (1-26) Khi tính cho 1 kg: dq = du +dl dq = du + pdv (1-27) dq = du + d(pv) – vdp Hay dq = d(u + pv) - vdp với i = u + pv :enthalpy dq = di – vdp (1-28) Từ (4-4) suy ra: dq = cvdT + pdv Tích phân: q = u + l (l: cơng thay đổi thể tích) (1-29) Từ (4-5) suy ra: dq = cpdT - vdp Tích phân: q = i +lkt , ( lkt :cơng kỹ thuật) (1-30) Cơng thức (1-29) và (1-30) là phương trình của định luật nhiệt động thứ nhất cho hệ kín và hệ hở. 8
  9. 1.4.3. Cơng thay đổi thể tích: Là cơng sinh ra khi thể tích chất mơi giới thay đổi. Ký hiệu l (J/kg) xilanh p 1 kg p p dx dv v Piston cĩ diện tích S v1 v2 Cho 1kg chất mơi giới vào trong xilanh với áp suất p, trên đĩ đặt một piston cĩ diện tích S. Khi ta cung cấp cho chất mơi giới một nhiệt lượng vơ cùng bé là dp, chất mơi giới giãn nở làm piston dịch chuyển một đoạn nhỏ dx. Vậy cơng sinh ra tương ứng lúc này sẽ là: dl = p.S.dx dl = p.dv Khi quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 thì: 2 l = pdv , (J/kg) (1-31) 1 l > 0 khi chất mơi giới giãn nở l < 0 khi chất mơi giới nén Nếu tính cho G kg thì: 2 L = G.l = G pdv , (J) (1-32) 1 1.5: Các quá trình nhiệt động cơ bản cũa khí ly tưởng: 1.5.1: Khái niệm: Trong thực tế kỹ thuật xảy ra rất nhiều các quá trình nhiệt động khác nhau, những quá trình nhiệt động cơ bản thường gặp là: quá trình đẳng tích, quá trình đẳng áp, quá trình đẳng nhiệt, quá trình đoạn nhiệt, quá trình đa biến. Các quá trình đĩ xảy ra sự biến hĩa năng lượng dưới dạng nhiệt, cơng, nội năng, Ở đây ta nghiên cứu đặc tính các quá trình, xác lập biểu thức quan hệ các thơng số, tính tốn các dạng năng lượng cho từng quá trình. 1.5.2: Độ biến thiên enthalpy: i (J/kg) Định nghĩa: i = u + pv Hay: i = u + RT Vi phân: di = du + RdT di = cvdT + RdT di = cpdT Tích phân 2 vế từ trạng thái 1  2, ta được: i = cp(T2 – T1) (1-33) 9
  10. 1.5.3. Độ biến thiên entropy: s (J/kg.độ) Định nghĩa: dq ds = T du pdv p R Hay : ds = , với pv = RT T T v dT dv ds = c R v T v Tích phân 2 vế đi từ trạng thái 1  2, ta được: T2 v2 s = cv ln R ln (1-34) T1 v1 1.5.4. Quá trình đẳng tích: (v = const) - Quan hệ các thơng số: T P (1) p1v = RT1 (a)2 2 (1-35) T P (2) p2v = RT2 (b) 1 1 - Độ biến thiên entropy: Tổng quát: T2 v2 s = cv ln R ln T1 v1 Vì quá trình đẳng tích cĩ :v2 = v1 T2 s = cv ln (1-36) T1 - Cơng giãn nở: l (J/kg) 2 Ta cĩ: l = pdv , vì : v2 = v1 1 l = 0 - Cơng kỹ thuật: lkt (J/kg) 2 Ta cĩ: lkt = - vdp 1 Tích phân: p T lkt = v(p1-p2) Hay: lkt = R(T1 – T2) - Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = u + l mà l = 0 v s q = u = cv(T2 – T1) 10
  11. Hệ số biến hĩa năng lượng : là tỉ số giữa độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng tham gia quá trình (biết tỉ lệ các dạng năng lượng trong quá trình) u v = = 1 (1-37) q Giá trị 1: Nĩi lên quá trình đẳng tích nhiệt lượng tham gia chỉ để biến thiên nội năng, hồn tồn khơng sinh cơng. 1.5.5. Quá trình đẳng áp: (p = const) - Quan hệ các thơng số: (1) pv1 = RT1 (a)T v (1-38) 2 2 (2) pv = RT (b) 2 2 T1 v1 - Độ biến thiên entropy: Tổng quát: T2 v2 s = cv ln R ln T1 v1 T v Vì quá trình đẳng áp cĩ: 2 2 T1 v1 T2 s = ( cv + R) ln T1 T2 s = cp ln (1-39) T1 - Cơng giãn nở: l (J/kg) 2 Ta cĩ: l = pdv 1 l = p(v2 - v1) hay l = R(T2 – T1) (1-40) - Cơng kỹ thuật: lkt (J/kg) 2 Ta cĩ: lkt = - vdp , vì : p1 = p2 1 lkt = 0 - Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = u + l q = cv(T2 – T1) + R(T2 – T1) q = cp(T2 – T1) (1-41) 11
  12. p T 2v v s - Hệ số biến hĩa năng lượng : u c T T 1 Ta cĩ: = v 2 1 q c p T2 T1 k 7 Nếu chất mơi giới là khí 2 nguyên tử thì : k=1,4 5 5 5 = : để biến thiên nội năng. 7 7 2 : để sinh cơng. 7 1.5.6. Quá trình đẳng nhiệt: (T = const) Đối với quá trình đẳng nhiệt: u = 0 i = 0 vì : T2 = T1 - Quan hệ các thơng số: p v (1) p1v1 = RT = const2 1 (1-42) p v (2) p2v2 = RT = const 1 2 Tổng quát: pv = const (1-43) - Độ biến thiên entropy: Tổng quát: T2 v2 s = cv ln R ln T1 v1 T2 Vì quá trình đẳng nhiệt cĩ: cv.ln = 0 T1 v s = R ln 2 (1-44) v1 p Hay : s = R ln 1 p2 - Cơng giãn nở: l (J/kg) 12
  13. 2 Ta cĩ: l = pdv 1 RT const pv = RT p = = v v 2 dv l = RT 1 v v p Tích phân: l = RT ln 2 RT ln 1 v1 p2 v2 p1 Hay: l = p1v1 ln p2v2 ln (1-45) v1 p2 - Cơng kỹ thuật: lkt (J/kg) 2 Ta cĩ: lkt = - vdp 1 RT pv = RT v = p p2 p1 lkt = - RT ln RT ln p1 p2 v2 Hay lkt = RT ln (1-46) v1 Vậy đối với quá trình đẳng nhiệt ta cĩ: lkt = l. - Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = u + l mà: ( u = 0) v p q = l = RT ln 2 RT ln 1 (1-47) v1 p2 p T v s 1.5.7. Quá trình đoạn nhiệt: là quá trình chất mơi giới tiến hành hồn tồn khơng trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi. Tổng quát : q = 0 và dq = 0 - Phương trình của quá trình: 13
  14. Từ định luật 1: dq = cvdT + pdv = 0 (a) Từ phương trình trạng thái: pv = RT Vi phân 2 vế: pdv + vdp = RdT pdv vdp dT = R Thay dT vào (a): c v (pdv+vdp) + pdv = 0 R c c hay pdv(v +1) + v vdp = 0 R R cppdv + cvvdp = 0 Chia tất cả cho : cv k.p.dv + vdp = 0 (b) Tích phân 2 vế: Phương trình của quá trình đoạn nhiệt sẽ là: pvk = const (1-48) (b) k.pdv = - vdp Tích phân: k pdv = - vdp Hay : k.l = lkt (1-49) Điều này cho thấy rằng đối với quá trình đoạn nhiệt cơng kỹ thuật sẽ bằng k lần cơng thay đổi thể tích. - Độ biến thiên entropy: ( s) dq Định nghĩa ds = (mà dq = 0) T ds = 0 s = const s = 0 Quá trình đoạn nhiệt cịn gọi là quá trình đẳng entropy. -Độ biến thiên nội năng: ( u) u = cv (T2 - T1) -Độ biến thiên enthanpy: ( i) i = cp (T2 - T1) - Quan hệ các thơng số: 14
  15. k (1) p1v1 = RT1 ; p1 v1 = const (c) k (2) p2v2 = RT2 ;p2 v2 = const (d) 1 k k p2 v1 v2 p1 (c) và (d) , (e) p1 v2 v1 p2 1 k 1 k k T2 p2 v2 p2 p1 p2 (c)(d) và (e) T1 p1 v1 p1 p2 p1 k k 1 T2 v2 v1 v1 T1 v1 v2 v2 k 1 k 1 k T2 p2 v1 (1-50) T1 p1 v2 - Cơng giãn nở: l (J/kg) 2 Ta cĩ: l = pdv (f) 1 Từ (2-24) và (c): p vk const p = 1 1 vk vk 2 (f) l = p v k v k dv 1 1 1 Tích phân: k p v 2 l = 1 1 v k 1 k 1 1 k p1v1 k 1 k 1 l = v1 v2 k 1 1 l = p1v1 p2v2 (1-51) k 1 R Hay l = T T (1-52) k 1 1 2  l = cv (T1 – T2) = - u k 1 p T p v p k Từ (4-27) l = 1 1 1 2 (4-29) k 1 p1 v s 15
  16. 1.5.8. Quá trình đa biến: Trong trường hợp tổng quát ta nghiên cứu quá trình cĩ = const, quá trình như vậy được gọi là quá trình đa biến, với mỗi giá trị ta cĩ một quá trình đa biến tương ứng. - Phương trình của quá trình: u Ta cĩ: = = const q u q = c Vi phân: dq = v dT cv Đặt: cn = : nhiệt dung riêng đa biến dq = cn.dT (a) Từ định luật 1: dq = cvdT + pdv (b) Và: dq = cpdT – vdp (c) Từ (a) và (c) (cn – cp) dT = - vdp (d) Từ (a) và (b) (cn – cv) dT = pdv (e) Chia (d) cho (e): c c vdp n p cn cv pdv c c Đặt n = n p : số mũ đa biến cn cv n.pdv + vdp = 0 (g) Tích phân: pv n = const (1-53) (1-53) là phương trình của quá trình đa biến - Quan hệ các thơng số: Tương tự quá trình đoạn nhiệt ta cũng cĩ : n 1 n 1 n T2 p2 v1 (1-54) T1 p1 v2 - Cơng giãn nở: l (J/kg) 1 l = p1v1 p2v2 n 1 R l = T1 T2 n 1 (1-55) n 1 RT p n l = 1 1 2 n 1 p1 16
  17. - Cơng kỹ thuật: lkt = n.l (1-56) Vậy cơng kỹ thuật bằng n lần cơng thay đổi thể tích. - Nhiệt lượng: 2 q = c dT n 1 q = cn(T2 – T1) c c mà n = n p cn cv n k c n = cv n 1 n k nên : q = cv (T2 – T1) (1-57) n 1 - Độ biến thiên entropy: dq dT ds = c T n T T2 s = cn ln (1-58) T1 n= n = p n=± T n= k n = ± n= 1 k 0 n= n= 0 1 v s - Khi n = 0 (1-53) cĩ: p = const quá trình đẳng áp - Khi n =1 (1-53) cĩ: T = const quá trình đẳng nhiệt - Khi n = k (1-53) cĩ: pvk = const quá trình đoạn nhiệt - Khi n  (1-53) cĩ: v = const quá trình đẳng tích 1.6. Định luật nhiệt động thứ hai: Định luật nhiệt động thứ hai là định luật xác định khả năng (điều kiện) và chiều hướng xảy ra của các quá trình. A Xác định rằng: Mọi quá trình tự nhiên đều là các quá trình tự phát (quá trình khơng thuận nghịch) biến đổi từ trạng thái khơng cân bằng đến trạng thái cân bằng. Trong quá trình biến đổi này cho phép ta nhận năng lượng cĩ ích và khi đã ở trạng thái cân bằng rồi tự nĩ khơng thể biến đổi ngược lại. B Muốn đổi ngược lại nĩ phải tiêu tốn một năng lượng từ bên ngồi. 17
  18. A: Trạng thái khơng cân bằng B: Trạng thái cân bằng Đi từ A đến B: tự nhiên Đi từ B đến A: cần năng lượng từ ngồi. Định luật được rút ra từ thực nghiệm và cĩ thể phát biểu bằng các cách như sau: + Nhiệt lượng luơn đi từ nơi cĩ nhiệt độ cao đến nơi cĩ nhiệt độ thấp. (Muốn làm ngược điều này ta phải tiêu hao một năng lượng) + Khơng thể cĩ máy nhiệt chạy tuần hồn cĩ khả năng biến đổi tồn bộ nhiệt cấp cho máy thành cơng mà khơng mất một phần nhiệt truyền cho vật khác. (l 0 1 l 0). Các động cơ nhiệt đều làm việc theo kiểu này. b) Chu trình nghịch chiều. Chu trình nghịch chiều là chu trình bao gồm các quá trình cĩ chiều tiến hành ngược chiều kim đồng hồ. (Hình 1. b). Chu trình này cĩ đường cong giãn nở nằm dưới đường cong nén nên cơng của chu trình này cĩ giá trị âm (l < 0). Các loại máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo kiểu này. c) Cơng của chu trình. (lct: J/kg) Cĩ thể tính cơng chu trình bằng các cách sau: * Cách 1: Ta cĩ: d(pv) = pdv + vdp d( pv) pdv vdp Trong đĩ tích số pv là hàm trạng thái nên: d( pv) = 0 18
  19. 0 = pdv vdp Với n quá trình: n n  0 = li lKTi i 1 i 1 n n l CT = li = lKTi (1-58) i 1 i 1 Cơng của chu trình bằng tổng cơng các quá trình.Cĩ thể xác định theo tổng cơng thay đổi thể tích hoặc tổng cơng kỹ thuật Cơng của chu trình thuận chiều ở hình 1 a lCT = l1a2 – l2b1 hay : lCT = dt(1.a.2.v2,v1) – dt(1.b.2.v2.v1) lCT = dt(1a2b1) > 0 Cơng của chu trình nghịch chiều ở hình 1 b lCT = l1b2 – l2a1 hay : lCT = dt(1.b.2.v2,v1) – dt(2.a.1v1.v2) mà : dt(2.a.1.v1.v2) > dt(1.b.v2.v1) lCT = dt(1b2a) < 0 * Cách 2: Cơng chu trình tính theo nhiệt lượng: Ta cĩ: dq = du + pdv dq du pdv Với chu trình du 0 n lCT =  qi (1-59) i 1 - Đối với chu trình thuận: lCT = q1 - q2 - Đối với chu trình nghịch: lCT = q1 - q2 c) Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh, hệ số bơm nhiệt. * Hiệu suất nhiệt: Để đánh giá mức độ hồn thiện của chu trình thuận chiều, người ta đưa ra đại lượng gọi là hiệu suất nhiệt, kí hiệu : t lCT q1 q2 t = q1 q1 q2 t = 1 , (1-60) q1 19
  20. ( 0 ≤ t ≤ 1 ) * Hệ số làm lạnh: Đối với chu trình ngược chiều,chu trình máy lạnh để đánh giá mức độ hồn thiện người ta đưa ra đại lượng  gọi là hệ số làm lạnh. Cịn đối với chu trình bơm nhiệt ta cĩ hệ số bơm nhiệt . q q  = 2 2 (1-61) lCT q1 q2 ( : Cĩ thể lớn hơn 1) 1.6.2. Chu trình Carnot. a) Chu trình carnot thuận nghịch thuận chiều: Là chu trình bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau. (cĩ chiều theo chiều kim đồng hồ). - Quá trình đầu tiên là quá trình giãn nở đẳng nhiệt, chất mơi giới hồn tồn tiếp xúc với nguồn nĩng nên chất mơi giới nhận nhiệt q1 từ nguồn nĩng. (T1 = const) - Quá trình thứ hai sẽ là quá trình giãn nở đoạn nhiệt, chất mơi giới đi từ nguồn nĩng T 1 đến nguồn lạnh cĩ nhiệt độ T2. - Quá trình tiếp theo là quá trình nén đẳng nhiệt chất mơi giới tiếp xúc hồn tồn với nguồn lạnh (T2 = const) đồng thời nhả nhiệt lượng q2 cho nguồn lạnh. - Quá trình cuối sẽ là quá trình nén đoạn nhiệt chất mơi giới đi từ nguồn lạnh để trở về nguồn nĩng ứng với trạng thái ban đầu. p T1=c T q1 a b a q1 TY1 b dq=0 T2 c d T2 =c d q2 c q2 v  s s Hình 2: Đồ thị p-v và T-s chu trình Carnot thuận. Hiệu suất nhiệt: q2 Ta cĩ:  t = 1 q1 q1 = T1 (sb – sa) = T1( s) q2= T2 sd -sc = T2 s T2 Vậy: t = 1 (1-62) T1 Nhận xét: - Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nĩng và lạnh, khơng phụ thuộc vào tính chất của chất mơi giới. - Hiệu suất nhiệt càng lớn khi độ chênh nhiệt độ giữa hai nguồn nĩng và lạnh càng cao. 20
  21. - Hiệu suất nhiệt 1 khi hoặc T2 0 hoặc T1  (điều này khơng thể xảy ra). - Hiệu suất nhiệt = 0 khi T2 = T1 hay nĩi cách khác khi chỉ cĩ một nguồn nhiệt duy nhất. b/ Chu trình Carnot thuận nghịch ngược chiều: Tương tự chu trình carnot thuận, chu trình này cũng bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau. (cĩ chiều ngược chiều kim đồng hồ) p T1=c T q1 a b a q1 YT1 b dq=0 T2 c d T2 =c d q2 q2 c v  s s Hình 3: Đồ thị p-v và T-s chu trình Carnot ngược. Hệ số làm lạnh: q Ta cĩ:  = 2 q1 q2 Tương tự: q 1 = T1 s q2 = T2 s T Vậy:  = 2 (1-63) T1 T2 Nhận xét:  của chu trình Carnot ngược cũng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T 1, T2 khơng phụ thuộc vào tính chất của chất mơi giới. 1.7. Truyền nhiệt 21
  22. 1.8. Chu trình máy lạnh một cấp và ứng dụng hệ thống lạnh 1.8.1. Chu trình ngược chiều Carnot (1796 - 1832) a). Định nghĩa: chu trình ngược Carnot là chu trình ngược được thực hiện bởi 2 quá trình đẳng nhiệt và 2 quá trình đẳng entropy. Chu trình ngược Carnot là chu trình ngược lý tưởng, mọi quá trình là thuận nghịch, nhiệt lượng qo được lấy ở nguồn lạnh cĩ nhiệt độ t o, nhiệt lượng qk được lấy ở nguồn lạnh cĩ nhiệt độ tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 cơng l b). Sơ đồ, đồ thị, chu trình lý thuyết. k k T NGUỒN NÓNG Û T k 2 Ơ 3 2 3 N Ù N E N Õ N A l Y Ù D A Y Ù To M A 1 ldn ln 4 M 1 4 q NGUỒN LẠNH o To q o s4 s1 s Hình 1.1: Máy lạnh 1 cấp dùng mơi chất là khơng khí. 1-2: quá trình nén đẳng entropy ở máy nén; 2-3: quá trình nhả nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn nĩng; 3- 4: quá trình dãn nở đănge entropy ở máy dãn nở; 4-1: quá trình nhận nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn lạnh. c). Tính tốn chu trình. 1) Cơng cấp cho máy nén: lmn = h2 – h1; 2) Cơng cấp cho máy dãn nở: ldn = h3 – h4; 3) Cơng cấp cho chu trình: lct = lmn – ldn = dt(12341) = (s1-s4)*(Tk-To); 4) Nhiệt lượng nhận được ở nguồn lạnh: qo = dt(s114s4s1) = (s1-s4)*(T1-T4); 5) Nhiệt lượng nhả ra ở nguồn nĩng: qk = dt(s123s4s1) = (s1-s4)*(T2-T3); q T 1 6) Hệ số làm lạnh :  o o . l T T T k o o 1 Tk Ý nghĩa hệ số làm lạnh : khi l = 1 ta cĩ  = qo. Vậy: hệ số làm lạnh  cho biết lượng lạnh thu được là bao nhiêu khi tiêu tốn một đơn vị cơng. d). Nhận xét, kết luận. 1) Khi cĩ cùng dải nhiệt độ Tk, To thì chu trình Carnot cĩ hệ số làm lạnh  lớn nhất. 2) Trong thực tế các quá trình đẳng nhiệt với nhiệt độ mơi chất bằng nhiệt độ nguồn nhiệt là khơng thực hiện được. Muốn trao đổi nhiệt cho nhau nhiệt độ mơi chất phải khác nhiệt độ nguồn nhiệt. Ở chu trình thực tế các quá trình nhận nhiệt là đẳng áp (đẳng nhiệt nếu ở vùng 2 pha hơi bão hịa ẩm). 3) Các quá trình thực tế đều khơng thuận nghịch, do đĩ làm giảm hệ số làm lạnh  . 22
  23. 1.8.2. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khơ dùng van tiết lưu. Hành trình ẩm là hành trình nén của máy nén hút hơi bão hịa ẩm. Hành trình khơ là hành trình nén của máy nén hút hơi bão hịa khơ hay hơi quá nhiệt. Để tránh cho máy nén làm việc vùng 2 pha ta cho máy nén cháy hành trình khơ. a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. k 3 II 2 I III 1 l 4 IV qo lgp 3 2 T pk pk p 2 3 kTk Tk T k l po p T 1 4 1 p 5 o o To o 6 4 q To h o s 7 3' 4' 1' Hình 3.3: Máy lạnh 1 cấp dùng van tiết lưu. I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III-Van tiết lưu; IV-Thiết bị bay hơi. 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu III; 4-1: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi IV; Chu trình lý thuyết: hơi bão hịa khơ từ thiết bị bay hơi IV đi đến máy nén, nén đoạn nhiệt, đẳng entropy theo quá trình 1-2 trở thành hơi quá nhiệt cao áp, tiêu tốn ngoại cơng l. Mơi chất với thơng số trạng thái 2 đi vào thiết bị ngưng tụ II, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả nhiệt qk thành lỏng hồn tồn (lỏng bão hịa khơ với thơng số trạng thái 3). Lỏng cao áp với thơng số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu III và tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hịa ẩm hạ áp với thơng số trạng thái 4. Với thơng số trạng thái 4 mơi chất đi vào cụm thiết bị bay hơi IV và bình tách lỏng V nhận nhiệt qo đẳng áp, đẳng nhiệt đến thơng số trạng thái 1 rồi quay trở về máy nén I. Cứ thế chu trình tiếp diễn. b). Tính tốn các thơng số của chu trình. 1) Cơng nén: l = h2 - h1. 2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3 = dt(1’12533’1’) trên đồ thị T-s. 3) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4 = dt(1’144’1’) trên đồ thị T-s. q h h 4) Hệ số làm lạnh:  o 1 4  l h2 h1 23
  24. c). So sánh với chu trình Carnot. Hệ số làm lạnh  nhỏ hơn chu trình Carnot song máy nén chạy hành trình khơ. d). Các nhận xét. 1) Máy lạnh chạy hành trình khơ nên năng suất lạnh riêng q o đạt giá trị cực đại do điểm 1 nằm trên đường cĩ độ khơ x=1. 2) Biểu diễn cơng trên đồ thị T-s: l = qk - qo = dt(1233’4’41) = dt(123541) Chứng minh: ta phải chứng minh dt(365) = dt(644’3’). Các chất lỏng thực tế xem như khơng chịu nén. Do đĩ cĩ thể coi mọi đường đẳng áp ở phần lỏng là trùng nhau và trùng với đường độ ẩm y=1. Từ đĩ ta cĩ thể xem quá trình 35 là quá trình đẳng áp với pk=const, nhiệt lượng nhả ra ở quá trình 35 là: h3 - h5 = dt(33’753) = dt(365) + dt(563’7). Quá trình 45 là quá trình đẳng áp po = const, nhiệt lượng nhả ra ở quá trình 45 là: h4 - h5 = dt(544’7) = dt(644’3’) + dt(563’7). Quá trình 3-4 là quá trình tiết lưu nên: h3 = h4. Do đĩ: h3 – h5 = dt(365) + dt(563’7) = h4 – h5 = dt(644’3’) + dt(563’7). Ta cĩ: dt(365) = dt(644’3’) là điều phải chứng minh. 3) Các máy lạnh thực tế khi làm việc theo chế độ tính tốn thiết kế thơng số trạng thái điểm bắt đầu nén đều là hơi quá nhiệt do mơi chất trao đổi nhiệt trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén với mơi trường xung quanh, do mơi chất tiếp xúc với các chi tiết cĩ nhiệt độ cao trong buồng nén của xy lanh máy nén. 4) Cĩ 2 phương pháp chính chạy hành trình khơ là dùng bình tách lỏng và dùng thiết bị hồi nhiệt. 1.8.3. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khơ dùng bình tách lỏng. a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. qk 3 II 2 I III 1 l 4 V IV qo lgp Hình 3.4: Máy lạnh 1 cấp dùngT thiết bình tách lỏng.p 3 2 p k I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III-Van ktiết lưu; IV-Thiếtp bị bay hơi;2 V-Bình tách lỏng. 3' k Tk Tk 3 Tk p o 24 p T 1 4 1 p o o To o 4 4' To h s
  25. qk 3 II 2 I III 1 l 4 V IV qo lgp T p 3 2 p k k p 2 3' k Tk Tk T 3 k po p T 1 4 1 p o o To o 4 4' To h s Hình 3.5: Đồ thị máy lạnh 1 cấp dùng thiết bình tách lỏng 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu III; 4-1: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi IV; Chu trình lý thuyết: hơi bão hịa ẩm từ thiết bị bay hơi IV đi vào bình tách lỏng V, ở bình tách lỏng các giọt lỏng bão hịa với thơng số trạng thái 6 được tách ra khỏi mơi chất rồi quay trở về thiết bị bay hơi. Hơi mơi chất ra khỏi bình tách lỏng là hơi bão hịa khơ với thơng số trạng thái 1 được đưa đến máy nén, nén đoạn nhiệt, đẳng entropy theo quá trình 1-2 trở thành hơi quá nhiệt cao áp, tiêu tốn ngoại cơng l. Mơi chất với thơng số trạng thái 2 mơi chất đi vào thiết bị ngưng tụ II, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả nhiệt q k thành lỏng hồn tồn (lỏng bão hịa khơ với thơng số trạng thái 3’, lỏng quá lạnh với thơng số trạng thái 3). Lỏng cao áp với thơng số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu III và tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hịa ẩm hạ áp với thơng số trạng thái 4. Với thơng số trạng thái 4 mơi chất đi vào cụm thiết bị bay hơi IV và bình tách lỏng V nhận nhiệt q o đẳng áp, đẳng nhiệt đến thơng số trạng thái 1 rồi quay trở về máy nén I. Cứ thế chu trình tiếp diễn. b). Tính tốn các thơng số của chu trình. 1) Cơng nén: l = h2 - h1. 2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3. 3) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4. q h h 4) Hệ số làm lạnh:  o 1 4  l h2 h1 c). Các nhận xét. 1) Chu trình máy lạnh cĩ quá lạnh: T3<T3’ (Tql= T3-T3’; nếu Tk = const mà ta cĩ thể quá lạnh thì cơng nén khơng thay đổi mà năng suất lạnh q o tăng lên so với chu trình khơng cĩ quá lạnh một lượng qql= h3’-h3. Tuy nhiên phải thêm thiết bị quá lạnh. 2) Máy lạnh amơniăc 1 cấp làm việc theo chu trình này. 1.8.4. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khơ dùng thiết bị hồi nhiệt. a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. 25
  26. qk 3 II 2 I 1 l V 6 III 4 IV5 qo lgp p 4 pk Tk p 2 T 2 k k p 8 3 3 k Tk Tk 4 T k po p p T 1 7 o To 1 p 7 o o To 5 6 o 5 9 6 To h s 10 11 12 Hình 3.6: Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khơ dùng thiết bị hồi nhiệt. I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III- Thiết bị hồi nhiệt; IV-Van tiết lưu; V-Thiết bị bay hơi. 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình quá lạnh ở thiết bị hồi nhiệt III; 4-5: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu IV; 5-6: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi V; 6-1; quá trình quá nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt III. b). Tính tốn các thơng số của chu trình. 1) Cơng cấp cho chu trình: l = h= - h1. 2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3. 3) Nhiệt lượng trao đổi ở thiết bị hồi nhiệt: qhn = h3 - h4 = h1 - h6 4) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h6 - h5. q h h 5) Hệ số làm lạnh:  o 6 5  l h2 h1 c). Các nhận xét. 1) Khi nào dùng thiết bị hồi nhiệt? So sánh chu trình máy lạnh sử dụng thiết bị hồi nhiệt với chu trình sử dụng bình tách lỏng ta thấy chu trình sử dụng thiết bị hồi nhiệt được thêm một lượng lạnh: hn hn qo qo qo h6 h5 h6 h9 h9 h5 dt 5 9 10 11 5  Tốn thêm một lượng cơng: lhn lhn l h2 h1 h8 h6 h2 h8 h1 h6 dt 12861 . Về mặt thiết bị tốn thêm thiết bị hồi nhiệt. Chu trình hồi nhiệt chỉ được sử dụng nếu hệ số làm lạnh  hn cao hơn hệ số làm lạnh  khi khơng cĩ hồi nhiệt: 26
  27. hn hn qo qo qo qo lhn hn >   l lhn l qo l 2) Đối với các mơi chất lạnh thực tế thơng dụng là NH 3, freon thì khi sử dụng chu trình hồi NH3 NH3 nhiệt đối với NH 3 ta cĩ: hn khn ; do đĩ chu trình máy lạnh NH 3 khơng dùng thiết bị hồi freon freon nhiệt. Đối với freon ta cĩ:  hn  khn . Do đĩ chu trình máy lạnh freon nên sử dụng thiết bị hồi nhiệt. Đây là chu trình cho các máy lạnh freon. 1.8.5. Tính tốn chu trình máy lạnh 1 cấp. a). Các đại lượng cho trước.  Nhiệt độ của mơi trường giải nhiệt (nước hoặc khơng khí): tw.  Nhiệt độ của sản phẩm cần làm lạnh, hoặc mơi trường cần làm lạnh (lỏng hoặc khí): tf.  Năng suất lạnh cần đảm bảo Qo cho 1 giờ; quy đổi ra kJ/h. b). Trình tự tính tốn. 1) Tính nhiệt độ ngưng tụ tk: o  Nếu mơi trường giải nhiệt là khơng khí: tk = tw+(10  20) C; o  Nếu mơi trường giải nhiệt là nước: tk = tw+(5  8) C; 2) Tính nhiệt độ bay hơi to: o  mơi trường làm lạnh là khơng khí: to = tf - (7  10) C; o  mơi trường làm lạnh là khơng khí cho điều hịa nhiệt độ: to = tf - (1220) C; o  mơi trường làm lạnh là chất lỏng: to = tf - (4  6) C; 3) Chọn độ qúa nhiệt: o  Máy lạnh amơniăc: tqn = 3  5 C; o  Máy lạnh freon: tqn = 10  45 C tùy theo mức độ hồi nhiệt; 4) Chọn độ quá lạnh: o  Máy lạnh amơniăc: tql = 2  3 C tại thiết bị ngưng tụ;  Máy lạnh freon: tql xác định theo phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: h1- h6=h3-h4, kJ/h; 5) Xây dựng đồ thị, xác định giá trị t, p, v, h, s ở các điểm nút của chu trình. 2 k 3 Tk 4 l p q t o 1 To n 7 5 6 q t s Hình: Đồ thị T-s chu trình máy lạnh 1 cấp. 27
  28. 6) Tính cơng máy nén: l = h2-h1, kJ/h; 7) Tính nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ: qk=h2-h3, kJ/kg; 8) Tính nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo=h6-h5, kJ/kg; q 9) Tính hệ số làm lạnh:  o . l Q 10) Tính lượng mơi chất G tuần hồn trong hệ thống lạnh trong 1 giờ: G o  kg/h qo 3 11) Thể tích hút giờ máy nén: Vh=G.v1, m /h. Bảng 1.1: Thơng số trạng thái các điểm nút của chu trình. TSTT t p v h s Điểm nút oC Mpa m3/kg kJ/kg kJ/(kg.độ) 1 2 3 4 5 6 7 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ONESTAGEREFRICYCLES 1.8.6. Ứng dụng kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh được ứng dụng trong nhiều ngành: 2. Trong cơng nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; trong sản xuất sữa, bia, nước ngọt, đồ hộp Nước đá dùng rộng rãi trong ăn uống, bảo quản sơ bộ cá đánh bắt ở biển. 3. Trong cơng nghiệp: ngành luyện kim: hĩa lỏng khơng khí thu ơxy cấp cho các lị luyện gang (36  38% ơxy), lị luyện thép và hàn cắt kim loại (tới 96  99% ơxy); hĩa lỏng rồi chưng cất khơng khí thu các đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe - để nạp vào bĩng đèn điện. Sử dụng lạnh cryo trong siêu dẫn. 4. Trong nơng nghiệp: hĩa lỏng khơng khí thu nitơ làm phân đạm. 5. Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản các phơi, dùng lạnh trong mổ xẻ để giảm bớt chảy máu. 6. Trong quốc phịng: dùng ơxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ. Trước khi tên lửa khai hỏa người ta cho ơxy lỏng cĩ nhiệt độ dạng khí -180 oC ra khỏi bình chứa nên ta thấy phần ống phĩng ở đuơi cĩ băng và hơi nước ngưng tụ mù mịt, sau ít giây mới thấy lửa phụt ra, khi tên lửa bay phần đuơi vẫn đĩng băng. 7. Điều hịa khơng khí cho nhà ở, nhà cơng cộng, các xí nghiệp cơng nghiệp, các phương tiện giao thơng. 28
  29. PHẦN 2: LẮP RÁP HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ Trong quá trình lắp đặt hệ thống và thiết bị, các quá trình kết nối, liên kết thiết bị cũng như khắc phục những sự cố (rị rỉ đường ống, di chuyển thiết bị ) địi hỏi người tiến hành phải thực hiện nhiều thao tác để hồn thành tốt cơng việc như : cắt ống, loe ống, nơng ống, uốn ống, hàn ống Trong phần này sẽ trình bày những thiết bị sử dụng cũng như giới thiệu các kỹ thuật trong thao tác để tiến hành những thao tác trên. 2.1. Hướng dẫn sử dụng bộ cắt ống, nơng ống, loe ống, uốn ống. * Phân loại chức năng và cơng dụng của các dụng cụ . 2.1.1. Bộ cắt ống. * Giới thiệu 2 1 -1: Lưỡi dao cắt. 3 -2: Trục lăn. -3: Núm vặn điều chỉnh lưỡi dao -4: Lưỡi dao làm sạch mạt đồng cịn lại. 2 Hình 1: Bộ cắt ống. 1 2 3 6 5 2.1.2. Bộ loe ống: * Giới thiệu: - 1 : Bộ kẹp ống. - 2 : Lỗ kẹp ống. 4 - 3 : Ốc vặn siết kẹp. - 4 : Đầu loe. - 5 : Tay vặn. - 6 : Đồ gá. Hình Hình 2: Bộ loe ống. 29
  30. 2.1.3. Bộ nơng ống. 1 2 3 6 5 * Giới thiệu: - 1 : Bộ kẹp ống. - 2 : Lỗ kẹp ống. 4 - 3 : Ốc vặn siết kẹp. - 4 : Đầu nơng ống. - 5 : Tay vặn. - 6 : Đồ gá. Hình Hình 3: Bộ nơng ống. Hình 4: Các cỡ đầu nơng ống. 2.1.4. Bộ uốn ống. 1 2 4 3 * Giới thiệu: - 1: Rãnh đặt ống. - 2: Mỏ giữ ống cố định. - 3: Mỏ giữ để uốn ống động. - 4: Mặt chia độ. Hình 5: Bộ uốn ống. 30
  31. 2.2. Cắt ống. 2.2.1. Kỹ thuật cắt: * Thao tác: - Kiểm tra cẩn thận chiều dài của ống, sau đĩ lấy dũa vạch dấu vào chổ cần phải cắt. - Kiểm tra dao cắt. - Đặt ống vào giữa những con lăn đĩa cắt. - Đặt đúng lưỡi dao cắt vào vạch dấu đã vạch bằng dũa. - Vặn tay vít tới khi lưỡi cắt chạm sát vào ống đồng. - Quay từ từ dao cắt xung quanh ống để dao cắt ăn sâu dần vào ống. - Sau khi thấy nhẹ tay, siết thêm tay vít để làm tăng sức ép của dao cắt, và lại quay dao xung quanh ống. - Tiếp tục cắt bằng cách tăng dần sức ép của đĩa cắt nhưng khơng mạnh quá để khỏi làm ống hỏng.( ảnh hưởng đến quá trình nơng ống và loe ống để kết nối với hệ thống). - Tẩy sạch rìa (nạo ba via) miệng ống bằng dao cạo ba via. - Trong khi làm sạch rìa, phải để dốc đầu ống xuống để phơi đồng khơng rơi vào bên trong ống. Hình 6: Chuẩn bị cắt ống Hình 7: Nạo bavia 2.3. Loe ống. - Khi nối ống bằng racco ta phải loe trước một đầu ống để nĩ ơm sát vào thân racco tạo thành một mối nối kín. 2.3.1. Kỹ thuật loe ống: - Trước khi loe nhớ lồng racco đúng chủng loại vào ống.( phải thật lưu ý để tránh phải cắt ống khi quên lồng racco). - Kiểm tra lại miệng ống xem đã làm sạch rìa ống chưa, ống cĩ bị hư hỏng gì khơng?( miệng ống khi chiếu lên mặt phẳng phải là hình trịn, nếu là hình elip phải tiến hành cắt lại ống) 31
  32. - Đặt ống vào trong bộ kẹp, chọn đường kính của lỗ kẹp thật sự phù hợp với đường kính của ống. Kiểm tra lại racco đã lồng vào ống chưa. - Đặt vị trí của ống sao cho đầu ống cao hơn mặt của đồ kẹp tùy theo kích cỡ racco,kẹp chặt ống. - Bơi trơn đầu loe. - Gắn đồ gá cĩ gắn đầu loe ống vào và tiến hành vặn tay vặn để đầu loe ép chặt vào ống, khi vặn nên vặn vào độ một vịng lại nới ra ¼ vịng rồi lại vặn tiếp. - Khi đầu loe đã ăn sâu tới mức cần thiết thì vặn ngược lại để rút đầu ra. - Tháo ống ra. - Kiểm tra đầu ống đã loe (nếu ống bị nứt là do ta đã vặn đầu loe vào quá nhanh). - Kiểm tra lại để chắc chắn là đường kính ống đã làm vừa khít bên trong racco. Hình 8: Vặn tay vặn cho Hình 9: Ống sau khi loe đầu loe tiến sát vào ống Hình 10: Gắn ống bằng racco 32
  33. * Một số sai sĩt sau khi loe ống. 2.4. Nơng ống. - Để nối hai đầu ống cĩ cùng đường kính, ta phải làm rộng một đầu để đầu kia cĩ thể đưa lọt vừa khít vào. 2.4.1. Kỹ thuật nơng ống : - Đưa ống vào bộ kẹp và chọn đường kính lỗ cho phù hợp với đường kính ống. - Đặt đầu ống thị lên mặt bộ kẹp 1 độ dài bằng đường kính ống cộng thêm 3mm. Ví dụ nếu ống cĩ đường kính 6mm, thì chiều dài ống thị lên là : 6 + 3 = 9mm. - Kẹp chặt ống. 33
  34. - Chọn đầu nơng cĩ đường kính phù hợp để nơng ống. - Gắn đồ gá cĩ gắn đầu nơng vào thiết bị và tiến hành vặn tay vặn để đầu nơng tiến sâu vào ống ( tiến hành thao tác khơng nên quá vội vàng tránh làm biến dạng ống) - Khi vặn xuống vừa đủ thì vặn ngược lại để rút đầu nơng ra. - Tháo ống ra và lắp vào đầu ống kia. - Nếu đầu nơng quá rộng thì cần phải loe đầu ống cịn lại sao cho hai miệng ống thật sát nhau. Hình 11: Ống và bộ nơng ống Hình 12: Nơng ống 2.5. Uốn ống. - Trong quá trình thi cơng lắp đặt hệ thống, khơng phải lúc nào đường ống dẫn mơi chất cũng nằm trên một đường thẳng, chính vì vậy ta phải uốn ống để vừa đảm bảo tính thẩm mĩ, khơng lảm ảnh hưởng đến chất lượng ống cũng như yêu cầu lắp đặt hệ thống. * Kỹ thuật uốn ống: - Đặt ống cần uốn vào đúng rãnh tương ứng với đường kính của ống. - Xác định gĩc cần uốn. - Quay cần gạt một gĩc đúng bằng gĩc cần uốn để tạo hình ống theo yêu cầu. Hình 13: Uốn ống. 34
  35. Hình 14: Uốn gập (uốn 180o) Hình 15: Uốn vuơng gĩc (uốn 90o) 2.6. Làm sạch ống 2.7. An tồn 2.8. Chuẩn bị và định vị ống: Trong cơng tác lắp ràp hệ thống và thiết bị, khâu chuẫn bị và định vị ống hết sức quan trọng. Mối hàn cĩ đạt được yêu cầu kỹ thuật, tính thẩm mỹ hay khơng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào khâu này (cho cã hàn điện và hàn khí). Do vâỵ trước khi hàn, các mép của vật hàn phải vệ sinh cẩn thận bằng cách: - Tẩy rữa các lớp sơn cũ nếu cĩ. - Làm sạch lớp oxyt kim loại bám trên bề mặt kim loại hàn. - Kim loại hàn khơng dính các loại dầu mỡ. - Nếu mối hàn ỡ hạng tấm phẵn, các mối hàn cần sữa phẵn, sau đĩ hàn đính trước khi hàn. - Nếu mối hàn ở dạng ống, chổ hai đầu ống nối với nhau, cũng phải chuẫn bị cẩn thận, sao cho khi ráp nối với nhau khơng những đạt được độ kín mà phải cĩ độ đơng tâm cao. 2.9.Thử điện hàn chính xác: Đối với hàn điện, cường độ dịng điện hàn phụ thuộc nhiều yếu tố quan trọng nhất là chiều dày vật hàn. Cường độ dịng điện hàn được xác đính theo cơng thức thực nghiệm sau: Ih = (35 ÷ 50)*dq Ih: Cường độ dịng điện hàn (Amp). dq : Đường kính que hàn (mm). - Khi hàn giáp mối. 35
  36. s dq = 1 2 - Khi hàn gĩc K dq = 2 2 Trong đĩ: S: chiều dài vật hàn (mm). K: cạnh mối hàn (mm). Giá trị cường độ dịng điện xác đình từ cơng thức ở trên được áp dụng cho hàn vị trí phẳn, cịn đối với vị trí đứng và ngữa giá trị này khĩ hơn, thường khoản 80% so với vị trí nằm. 2.10.Các loại mối hàn: Đối với phương pháp hàn nĩi chung, thường bao gồm các loại hàn sau: a) Mối hàn giáp mối: (h1) Mối hàn loại này khâu chuẩn bị đơn giản, dể hàn, kim loại mỏng khơng cần vác mép. Tuy nhiên trước khi hàn phải hàn đính. Mối hàn náy áp dụng cho cã hàn điện và hàn khí. b) Mối hàn gấp mép: (h2) Trong phương pháp hàn khí, loại mối hàn náy rất phổ biến, áp dùng cho kim loại hàn cĩ chiều dày mỏng. Mối hàn cĩ độ kín cao, tăng độ bền chắc so với chiều dày. c) Mối hàn chồng: (h3) Loại náy ít sử dụng vì tốn kim loại, thường áp dụng cho phương pháp hàn điện. d) Mối hàn gĩc: (h4) Loại náy áp dụng trong thiết kế để chế tạo một cấu kiện mới. Mối hàn cĩ độ cứng vững và bền chắc cao. e) Mối hàn nối các ống: Mối hàn náy áp dụng một cách phổ biến trong chế tạo cũng như sữa chữa của ngành nhiệt điên lạnh. Đối với kim loại đen dày, chỉ cần đâu mí để hàn. Cịn đối với đồng, hoặc thau một ống để nguyên cịn ống kia được nơng ra lồng vào nhau trước khi hàn. (h5). Đối với ngành nhiệt điện lạnh, trong khâu sữa chữa ta thường gặp các mối hàn nối cụ thể sau: - Mối hàn đầu ra giữa block với giàn nĩng. (h6a) - Mối hàn giửa hàn giàn nĩng với bộ lọc. (h6b) - Mối hàn nối giửa bộ lĩc với ống mao. (h6c) - Mối hàn giữa đường về đầu hút với block máy. (h6d) 36
  37. - Mối hàn Racco vào block máy để náp gas. (h6e) - Mối hàn Racco với bộ lọc. (h6f) Dàn nĩng bộ lọc b Ống mao c f Dàn điểm nạp gas Hút lạnh e d a Block 2.11. Lắp các ống lĩt làm lạnh thơng thường: a) Nối ống cùng đường kính: Để nối hai ống cĩ cùng đường kính ta sử dụng các cách sau: - Một ống để nguyên, ống cịn lại nơng ra sao cho đường kính trong của ống nơng lớn hơn đường kính ngồi của ống kia từ (0,5 ÷ 0,4) mm (h7a) - Dùng một đoạn ống khác cĩ đường kính trong lớn hơn so với đường kính ngồi của 2 ống cần nối khoảng (0.3 ÷ 0,4) mm (h7b) b) Nối hai ống cĩ đường kính khác nhau: - Độ chênh đường kính nhõ: trường hợp này ta lồng ống nhõ vào ống lớn sau đĩ tiến hành hàn. -Độ chênh đường kính lớn: trước khi hàn ta phải nơng ống nhõ sao cho đường kính ngồi của ống này gần bằng đường kính trong của ống lớn và tiến hành hàn. c) Hàn bít ống: Dùng kẹp, kép dẹp ống cách mặt đầu khoảng 10 mm, sau đĩ làm dẹp mặt đầu trước khi tiến hành hàn bít. 37
  38. 2.12: Hàn khí: (02 – C2H2) Trong sửa chữa ngành điện lạnh, phương pháp hàn sử dung nhiều nhất đĩ là hàn khí. Vì vậy yêu cầu đối với phương pháp này là phải taọ được một mối hàn chắc, kín, khơng giảm tiết diện ống, mối hàn bĩng đẹp phủ đều và phải an tồn khi sử dụng. a) Thiết bị hàn khí: Thiết bị hàn khí bao gồm: - Bình chứa 02 (giĩ) - Bính chứa C2H2 (Đá) - Van giảm áp bình 02 - Van giảm áp bình C2H2 - Dây hàn - cần và mỏ hàn. Mỏ hàn Van giảm Hình 3. Mỏ hàn, van giảm áp chai gas, chai gióáp và dây dẫn 38
  39. mm + Bình chứa 02: Làm bằng thép khơng hàn cĩ chiều dày từ (12 ÷ 16) . Chịu được áp tối đa lên đến 200 at. mm + Bính chứa C2H2 :Cũng làm bằng thép cĩ chiều dày (10 ÷ 12) chiều cao thấp hơn bính 0 2, suất tồi đa khoảng 20 at. C2H2 là loại khí rất dể cháy nỗ, nên hết sức cẩn thận khi sử dụng. + Van giảm áp: Cơng dụng của van giảm áp cho 0 2 và C2H2 là như nhau. Cĩ nghĩa là nĩ làm giảm áp suất trong bình xuơng bằng với áp suất sử dụng ở mỏ hàn. Khi sử dụng van giảm áp ta điều chỉnh tay vặn theo chiều kim đơng hồ. 2 Đối với 02 từ (3 ÷ 6) kgf/cm 2 Đối với C2H2 từ (0,3÷ 0,6) kgf/cm Khi khơng sử dụng ta nới lỏng tay vặn. + Dây hàn: Dùng để dẫn khí từ van giảm áp đến cần và mõ hàn. Dây hàn chịu được áp lớn nhờ cấu tạo gồm nhiều lớp. Để tránh nhầm lẫn người ta qui ước dây đỏ cho C 2H2, màu xanh cho 02. Ngồi ra các đầu nối đối với 02 cĩ ren phải, C2H2 cĩ ren trái, tránh lắp lẫn cho nhau. + Cần và mỏ hàn: Dùng để hồ trộn 02 và C2H2 và tạo ngọn lửa hàn, phụ thuộc vào cơng suất ngọn lửa mà ta cĩ thể thay đổi mõ hàn bằng các kích cở khác nhau. 39
  40. Hình 3.2. Các bước thao tác mối hàn thuận 2.13: Hàn bạc: Trong khâu chế tạo cũng như sữa chữa ngành nhiệt điện lạnh, người ta thường sử dụng bạc để hàn. Đối với bạc cĩ một số đặc điểm sau: a) Đặc điểm: - Nhiệt độ nĩng chảy vào khoảng > 900c (thấp hơn thau) - Độ chảy loảng, điền đầy cao, do đĩ rất dể thẩm thấu vào những khe nhỏ của mối hàn, làm cho mối hàn chắc, kín. - Mối hàn bạc cĩ độ bện chắc ngang cả ở nhiệt độ khá thấp. - Mối hàn bạc thường đựơc sử dụng khi nối hai kim loại: Đồng với Đồng, đồng với thau. - Mối hàn cĩ độ dẻo rất cao. b) Kỹ thuật hàn: - Đối với phương pháp hàn bạc, ngịn lửa hàn chỉnh hơi thừa C2H2 một ít. - Cơng suất ngọn lửa bằng 70% so với hàn thép cùng chiều dày. - Dùng ngọn lửa nung nĩng kim loại cần hàn đến nhiệt độ khoảng 450 0c. - Cho thước hàn (Boracw: Na2B4O7) vào mối hàn để tẩy sạch mối hàn. - Tiềp tục nung nĩng mối hàn, để cho thuốc hàn tẩy sạch mối hàn, đến khi kim loại bắt đầu chuyển màu. - Đưa que hàn bạc vào vị trí cần hàn, bạc hàn nĩng chảy và tự điển đậy mối hàn. - Ngọn lữa hàn khơng đặt quá gần mối hàn và dịch chuyển ( tránh bạc hàn loang đi nơi khác) - Khơng cho quá nhiều bạc hàn, vì làm cho mối hàn thơ kệch, cĩ khi làm bít đường ống. 40
  41. 2.14: Hàn thau: So với hàn bạc khơng thơng dụng bằng, nhưng hàn thau vẫn được sử dụng trong ngành cơng nghệ nhiệt điên lạnh. a) Đặc điểm: - Nhiệt độ nĩng chảy của than vào khoảng 820 0c, cao hơn so với bạc. - Độ chảy lỗng và thẩm thấu kém bạc. - Mối hàn cĩ tính bền chắc và cứng vững cao. - Cĩ thể dùng để ghép hai kim loại: đồng với đồng, đồng với thau, thép với đồng thép với thép - Độ cứng cao nhưng độ dẻo kém bạc. - Mối hàn trở nên dịn khi làm việc ở nhiệt độ < -20 0c. b) Kỹ thuật hàn: Gần giống với kỹ thuật hàn của phương pháp hàn bạc, đối với hàn thau cần lưu ý thêm các điểm sau: o - Ngọn lữa hàn cĩ thể sử dụng ngọn lữa trung hồ (2 = 1,1 ÷ 1,2) c2 h2 - Cơng suất ngĩn lữa gần bằng với hàn thép cùng chiều dày. - vẫn sử dụng thuốc hàn là Borắc. 41
  42. PHẦN 3: THỬ NGHIỆM VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 3.1 Thử kín: Theo quy định, áp suất thử các thiết bị làm việc áp lực như sau: áp suất thử kín bằng áp suất làm việc, áp suất thử bền bằng 1,5 lần áp suất làm việc. Trên cơ sở đĩ, ta cĩ thể tiến hành thử áp suất các thiết bị theo các số liệu sau: Hệ thống lạnh Phía Ap suất thử, bar Thử bền bằng Thử kín bằng chất lỏng chất khí Hệ thống NH3 và Cao áp 25 16 R22 Hạ áp 16 10 Hệ thống R12 Cao áp 24 16 Hạ áp 15 10 Hệ thống lạnh Phía Ap suất thử, bar Thử bền bằng Thử kín bằng chất khí chất khí Hệ thống NH3 và Cao áp 25 18 R22 Hạ áp 15 12 Hệ thống R12 Cao áp 24 15 Hạ áp 15 10 Để thử các hệ thống lạnh, người ta thường sử dụng: khí nén, khí CO2 hoặc N2. - Đối với hệ thống NH 3 khơng được sử dụng CO 2 vì cĩ gây phản ứng hố học, cịn với Frêon takhơng sử dụng hơi nước vì hơi nước trong khơng khí gây tắc ẩm. - Khi nối với bình N2 khơng được nối trực tiếp mà phải qua một van giảm áp. - Khi thử phải đĩng các van nối với các Rơle áp suất HP, LP và OP nếu khơng sẽ làm hỏng các thiết bị. - Khi nén khí để thử nếu nhiệt độ khí nén tang cao phải dừng lại ngay cho khí nén nguộirồi nén tiếp, khơng được cho nhiệt độ tăng cao. - Đối với các hệ thống cĩ các van điện từ, van tiết lưu tự động thì phải mở thơng bằng tay. Sau đây là quy trình thử kín hệ thống: - Nâng áp suất lên áp suất thử của hệ thống. 42
  43. - Duy trì áp suất thử trong vịng 24 giờ. Trong 6 giờ đầu, áp suất thử giảm khơng quá 10% và sau đĩ khơng giảm. - Tiến hành thử bằng nước xà phịng. Khả năng xảy ra rị rỉ trên đường ống nguyên rất ít xảy ra vì thế nên kiểm tra tại các mối hàn, mắt bích. Nếu đã thử hết mà khơng phát hiện vết xì hở mà áp suất vẫn giảm thì ta kiểm tra tiếp trên các đường ống. - Khi khơng phát hiện chỗ rị rỉ thì cần khoanh vùng kiểm tra. Một điều cần lưu ý là áp suất trong hệ thống phụ thuốc vào nhiệt độ mơi trường, nghĩa là phụ thuộc vào giờ trong ngày, vì vậy cần phải kiểm tra vào thời điểm nhất định trong ngày. - Khi phát hiện rị rỉ cần loại bỏ áp lực trong hệ thống rồi mới xử lý. Tuyệt đối khơng được xử lý khi vẫn cịn áp lực. - Sau khi đã thử xong hồn chỉnh, khơng phát hiện rị rỉ mới tiến hành bọc cách nhiệt đường ống và thiết bị. 3.2 Thử bền: Thử bền hệ thống được tiến hành như sau: - Chuẩn bị thử: cơ lập máy nén, ngắt áp kế đầu hút, mở van (trừ van xả), nối bình khí (hoặc N2) qua van giảm áp. - Nâng áp suất hệ thống từ từ lên áp suất thử bền cho phía cao áp và hạ áp. - Duy trì áp suất thử trong vịng 5 phút rồi giảm từ từ tới áp suất thử kín. Tuy nhiên cần lưu ý, máy nén và các thiết bị được thử bền tại nơi chế tạo rồi cĩ thể khơng cần thử thêm lần nữa, mà chỉ cần thử hệ thống đường ống, mối hàn. 3.3 Hút chân khơng: Việc hút chân khơng phải tiến hành nhiểu lần mới đảm bảo hút kiệt khơng khí và hơi ẩm cĩ trong hệ thống và thiết bị. Duy trì áp lực 50 – 75 mmHg (tức là độ chân khơng khoảng -700 mmHg) trong 24 giờ, tromg 6 giờ đầu áp lực cho phép tăng khoảng 50% nhưng sau đĩ khơng tăng. 3.4 Nạp gas: Để nạp mơi chất, trước hết cần xác định lượng mơi chất nạp vào hệ thống. Nạp quá nhiều hoặc quá ít đều ảnh hưởng đến năng suất của hệ thống. Nạp mơi chất qua nhiều: bình chứa khơng chứa hết dẫn đến một lượng lỏng sẽ nằm ở thiết bị ngưng tụ làm diện tích trao đổi nhiệt giảm, áp suất ngưng tụ tăng cao. Nạp mơi chất quá ít: khơng đủ để cho hệ thống hoạt động bình thường dẫn đến dàn lạnh khơng hoạt động tốt,năng suất lạnh giảm, mặt khác khi thiếu mơi chất thì lượng tiết lưu giảm do đĩ độ quá nhiệt tăng làm cho nhiệt độ đầu đẩy tăng cao. Cĩ nhiều phương pháp để xác định lượng mơi chất cần nạp. Tuy nhiên trên thực tế cách xác định hợp lý và chính xác nhất là lượng mơi chất trên từng thiết bị khi hệ thống đang hoạt động. Ở mỗi thiết bị, mơi chất thường tồn tại ở hai trạng thái: phía trên là hơi, phía dưới là lỏng, rõ ràng khối lượng mơi chất ở trạng thái lỏng mới đáng kể nên chỉ cần xác định lượng lỏng ở các thiết bị khi hệ thống đang hoạt động ở trạng chế độ bình thường, sau đĩ ta nhân thêm 10- 15 % khi tính đến mơi chất ở trạng thái hơi. 43
  44. Theo kinh nghiệm, số lượng phần trăm chứa lượng mơi chất lỏng trong các thiết bị cụ thể như sau: - Bình chứa cao áp : 20% - Bình trung gian nằm ngang: 90% - Bình trung gian kiểu đứng: 60% - Bình tách dầu: 0% - Bình tách lỏng: 20% - Dàn lạnh làm lạnh theo chế độ ngập lỏng: 80-100% - Dàn lạnh cấp dịch theo kiểu tiết lưu trực tiếp: 30% - Thiết bị ngưng tụ: 10% - Bình chứa hạ áp: 60% - Đường cấp dịch: 100% - Bình giữ mức lỏng: 60% Thường ta nạp mơi chất theo 2 phương pháp sau: a) Nạp mơi chất theo đường hút: Nạp mơi chất theo đường hút thường áp dụng cho các hệ thống nhỏ. Phương pháp này cĩ đặc điểm: - Nạp ở trạng thái hơi, số lượng nạp ít, thời gian nạp lâu. - Chỉ áp dụng cho máy cĩ cơng suất nhỏ. - Việc nạp mơi chất được tiến hành khi hệ thống đang hoạt động. Các thao tác: - Nối bình mơi chất vào đầu hút máy nén qua bộ đồng hồ áp suất. - Dùng mơi chất đuổi hết khơng khí trong ống nối. - Mở từ từ van nối để mơi chất đi theo đường ống hút vào hệ thống. Ta cần phải theo dõi lượng băng bám trên thân máy, kiểm tra dịng của máy nén và áp suất đầu hút khơng quá 3 KG/cm2. Nếu áp suất hút quá lớn thì cĩ thể quá dịng. Khi nạp mơi chất chú ý khơng được để cho lỏng hút về máy nén gây ra hiện tượng ngập lỏng rất nguy hiểm. Vì thế đầu hút chỉ được nối phía trên của bình để đảm bảo chỉ cĩ hơi về máy nén, khơng được dốc ngược hoặc nghiêng bình trong khi nạp và tốt nhất bình mơi chất đặt thấp hơn máy nén. Trong quá trình nạp cĩ thể theo dõi lượng mơi chất nạp bằng cách đặt bình mơi chất lên cân. b) Nạp mơi chất theo đường cấp dịch: Phương pháp này thường áp dụng cho các hệ thống lớn. Phương pháp này cĩ đặc điểm sau: - Nạp mơi chất dưới dạng lỏng, số lượng nạp nhiều, thời gian nạp nhanh. 44
  45. - Sử dụng cho hệ thống lớn. Các thao tác: - Nối bình mơi chất vào thiết bị bay hơi thơng qua bộ đồng hồ áp suất. - Dùng mơi chất đuổi hết khơng khí trong ống nối. - Mở từ từ van nối để mơi chất vào trong hệ thống. 3.5 Vận hành: a) Chuẩn bị vận hành: - Kiểm tra điện áp nguồn khơng được sai lệch so với định mức 5%. - Kiểm tra bên ngồi máy nén và các thiết bị chuyển động xem cĩ vật gì gây trở ngại sự làm việc bình thường của các thiết bị khơng. - Kiểm tra số lượng và chất lượng dầu trong máy nén. Mức dầu phải chiếm 2/3 mắt xem dầu. Mức dầu quá nhiều và quá ít đều cĩ ảnh hưởng khơng tốt. - Kiểm tra mức nước trong bể chứa, tháp giải nhiệt, đồng thời kiểm tra xem lượng nước cĩ bảo đảm yêu cầu kỹ thuật,nếu khơng ta phải bổ sung hoặc thay nước sạch hơn. - Kiểm tra các thiết bị đo lường, điều khiển và bảo vệ hệ thống. - Kiểm tra lại hệ thống điện. - Kiểm tra lại tình trạng đĩng mở của các van. b) Vận hành: Tuỳ thuộc vào những hệ thống cụ thể mà ta cĩ các cách vận hành khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết trong các hệ thống lạnh được thiết kế thường cĩ hai cách vận hành: chế độ vận hành tự động (AUTO) và chế độ vận hành bằng tay (MANUAL). Chế độ tự động: hệ thống hoạt động hồn tồn tự động, trình tự khởi động đã được người thiết kế lập trình sẵn. Chế độ này cĩ ưu điểm hạn chế những sai sĩt của người vận hành. Tuy nhiên ở chế độ này, các thiết bị ảnh hưởng, khống chế qua lại với nhau nên khơng thể tuỳ tiện thay đổi được. Các thao tác: - Bật aptomát tổng của tụ điện động lực, aptomát của tất cả các thiết bị của hệ thống. - Bật các cơng tắc chạy các thiết bị sang vị trí AUTO. - Nhấn nút START cho hệ thống hoạt động. Khi đĩ các thiết bị sẽ hoạt động theo một trình tự nhất định. - Từ từ mở van chặn hút của máy nén. Nếu mở nhanh cĩ thể gây ra ngập lỏng, mặt khác khi mở quá lớn thì dịng điện sẽ quá dịng. - Lắng nghe tiếng của máy nén, nếu cĩ tiếng gõ bất thường, kèm sương bám nhiều ở đầu hút thì dừng máy ngay. 45
  46. - Theo dõi dịng điện máy nén. Dịng khơng được quá lớn so với dịng định mức. Trong quá trình khởi động, mạch khởi động máy nén sẽ là mạch sao, hệ thống ở chế độ giảm tải, thời gian này rất ngắn. - Bật cơng tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình trung gian và bình chứa hạ áp (nếu cĩ). Chế độ bằng tay: người vận hành cho chạy độc lập các thiết bị. Khi chạy ở chế độ này, địi hỏi người vận hành phải cĩ kinh nghiệm. Chế độ chạy bằng tay chỉ nên sử dụng khi cần kiểm tra hiệu chỉnh các thiết bị hoặc khi cần chạy riêng lẻ một thiết bị nào đĩ. Các thao tác: - Bật aptomát tổng của tụ điện động lực, aptomát của tất cả các thiết bị của hệ thống. - Bật các cơng tắc chạy các thiết bị như bơm, quạt giải nhiệt, bộ cánh khuấy, qạt dàn lạnh, tháp giải nhiệt sang vị trí MANUAL. Các thiết bị này sẽ được chạy trước. - Bật cơng tắc giảm tải máy nén sang vị trí MANUAL để giảm tải trước khi chạy máy. - Nhấn START cho máy nén hoạt động. - Từ từ mở van chặn hút của máy nén. Nếu mở nhanh cĩ thể gây ra ngập lỏng, mặt khác khi mở quá lớn thì dịng điện sẽ quá dịng. - Bật cơng tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình trung gian và bình chứa hạ áp (nếu cĩ). c) Dừng máy:  Hệ thống đang hoạt động ở chế độ tự động: - Tắt tất cảc các cơng tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình chứa hạ áp, bình trung gian. - Khi áp suất Ph < 50 cmHg thì nhấn nút STOP để dừng máy hoặc đợi cho rơle áp suất thấp LP tác động dừng máy. - Đĩng van chặn hút máy nén. - Sau khi máy đã ngừng hoạt động cĩ thể cho bơm giải nhiệt hoặc quạt dàn ngưng chạy thêm 5 phút để giải hết nhiệt cho dàn ngưng bằng cách bật cơng tắc chạy bơm, quạt sang vị trí MANUAL. - Ngắt aptomat của các thiết bị. - Đĩng cửa tủ điện.  Hệ thống đang hoạt động ở chế độ bằng tay: - Tắt tất cả các cơng tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình chứa hạ áp, bình trung gian. - Khi áp suất Ph < 50 cmHg thì nhấn nút STOP để dừng máy. - Bật cơng tắc chạy bơm, quạt sang vị trí OFF để dừng chạy các thiết bị này. - Đĩng van chặn hút. - Ngắt các aptomat của các thiết bị. - Đĩng cửa tủ điện. 46
  47.  Dừng máy sự cố: Khi cĩ sự cố khẩn cấp cần tiến hành ngay lập tức: - Nhấn nút EMERENCY hoặc STOP để dừng máy. - Tắt aptomat tổng của tủ điện. - Đĩng van chặn hút. - Nhanh chĩng tìm hiệu và khắc phục sự cố. Cần lưu ý: + Nếu sự cố rị rỉ NH3, thì phải sử dụng mặt nạ phịng độc để xử lý sự cố. + Các sự cố áp suất xảy ra, sau khi xử lý xong muốn phục hồi để chạy lại cần nhấn nút RESET trên tủ điện. + Trường hợp sự cố ngập lỏng thì khơng được chạy lại ngay. Bạn cĩ thể sử dụng máy khác để hút kiệt mơi chất trong máy ngập lỏng rồi mới cĩ thể chạy lại tiếp. Trường hợp khơng cĩ máy khác nén khác thì phải để như vậy cho mơi chất tự bốc hơi hết hoặc sử dụng máy nén bên ngồi rút dịch trong thân máy ngập lỏng.  Dừng máy lâu dài: Để dừng máy lâu dài cần tiến hành hút nhiều lần để hút kiệt mơi chất trong dàn lạnh và đưa về bình chứa cĩ áp. Sau khi đã tiến hành dừng máy, tắt aptomat nguồn và khĩa tủ điện. 3.6 Đo các thơng số: Khi hệ thống đang hoạt động bình thường, phảiluơn cĩ người theo dõi và ghi lại tồn bộ thơng số hoạt động của hệ thống. Cứ 30 phút ghi một lần. Các số liệu bao gồm: điện áp nguồn, dịng điện các thiết bị, nhiệt độ đầu đẩy, đầu hút và nhiệt độ ở tất cả các thiết bị, buồng lạnh, áp suất đầu đẩy, áp suất đầu hút, áp suất trung gian, áp suất dầu, áp suất nước. Sau đĩ ta so sánh, đánh giá các số liệu so với các thơng số thường ngày. 47