Chương 6: TÍNH NHIỆT HẦM CẤP ĐÔNG 3000 KG/MẺ Tổn thất nhiệt ở hầm cấp đông gồm có : - Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che - Tổn thất nhiệt do sản phầm, khay cấp đông và xe đựng hàng mang vào. - T ổn thất nhiệt do vận hành gồm có : + Tổn thất nhiệt do mở cửa + Tổn thất nhiệt do chiếu sáng buồng + Tổn thất nhiệt do người toả ra + Tổn thất nhiệt do các động cơ quạt + Tổn thất nhiệt do xả băng . 3.4.1/ Tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q 1 Tổn thất qua kết cấu bao che gồm 2 thành phần : - Tổn thất qua tường, trần Q 11 - Tổn thất qua nền Q 12 3.4.1.1/ Tổn thất qua tường, trần Q 11 = k t . F t . t  , W Trong đó : F t : Diện tích tường, trần , m 2 F t = 2 F 1 + 2 F 2 + F 3 , m 2 2F 1 : Diện tích tường trước và tường sau , m 2 2F 2 : Diện tích 2 tường bên F 3 : Diện tích trần Theo tính toán ở phần ( 3.3.2.2 ) thì ta có kích thước thực tế của hầm cấp đông là : 4,8 m x 3,9 m x 3 m ( dài ) ( r ộng) ( cao ) Thay vào ta có : F t = 2 ( 4,8 x 3 ) + 2 ( 3,9 x 3 ) + ( 4,8 x 3,9 ) = 70,92 m 2  t = t n - t t , 0 C t n : Nhiệt độ không khí bên ngoài tường , 0 C t n = 38 0 C t t : Nhiệt độ không khí bên trong buồng , 0 C t t = -35 0 C k t : Hệ số truyền của tường, trần, W/m 2 . K k t = 0,13 W/m 2 . K Thay t ất cả vào ta có : Q 11 = 0,13 . 70,92 [ 38 – (-35)] = 673,03 W 3.4.1.2/ Tổn thất qua nền Nền kho cấp đông có thông gió nên có thể tính tổn thất nhiệt theo công thức sau : Q 12 = k tn . F.(t n – t 2 ) , W Trong đó : F: diện tích nền , m 2 F = 4,8 . 3,9 = 18,72 m 2 k tn : hệ số truyền nhiệt của nền , W/m 2 .K k tn = 0,127 W/m 2 .K t n : nhiệt độ trung bình của nền , o C t n = 30 o C t 2 : nhiệt độ không khí trong kho cấp đông , o C t 2 = - 35 o C Thay t ất cả vào ta có : Q 12 = 0,127 . 18,72 ( 30 – ( -35 )) = 154,533 W V ậy tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q 1 là : Q 1 = Q 11 + Q 12 = 673,03 + 154,533 = 827,563 W 3.4.2/ Tổn thất do sản phầm mang vào Q 2 Tổn thất Q 2 gồm : - Tổn thất do sản phẩm mang vào Q 21 - Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông Q 22 - Tổn thất làm lạnh xe chất sản phẩm Q 23 - Ngoài ra một số sản phầm khi cấp đông người ta tiến hành châm thêm nước để mạ một lớp băng trên bề mặt làm cho bề mặt phẳng, đẹp, chống ôxi hoá thực phẩm, nên cũng cần tính thêm tổn thất do làm lạnh nước Q 24 3.4.2.1/ Tổn thất do sản phầm mang vào Tổn thất nhiệt do sản phầm mang vào được tính theo công thức : Q 21 = E .   21 ii , kW Trong đó : E : Năng suất kho cấp đông, kg/mẻ E = 3000 kg/mẻ i 1 , i 2 : Entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và đầu ra , kJ/kg. Nhi ệt độ sản phẩm đầu vào do đã được làm lạnh ở kho chờ đông, nên có thể lấy nhiệt độ đầu vào t 1 = 10 0 C Nhi ệt độ trung bình đầu ra của các sản phầm cấp đông phải đạt – 18 0 C Tra b ảng 4.2/ Sách HDTKHTL – Trang 81 Ta chọn : i 1 = 283 kJ/kg i 2 = 5 kJ/kg  : Thời gian cấp đông của một mẻ, giây/mẻ  = 3 giờ = 3 x 3600 = 10800 giây/mẻ Thay tất cả vào ta có : Q 21 = 3000 .   10800 5283  = 77,222222 kW = 77222,222 W 3.4.2.2/ Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông - Đối với kho cấp đông, thực phẩm thường được đặt trên các khay c ấp đông loại 5 kg thực phầm. - Các đặc tính kỹ thuật của khay cấp đông loại 5 kg như sau : Bảng 3-3 : Đặc tính kỹ thuật của khay cấp đông STT Thông số Giá trị 1 Kích thước 726 x 480 x 50 2 Vật liệu Nhôm tấm, dày 2 mm 3 Khối lượng khay 2,7 kg 4 Dung tích chứa 5 kg Tổn thất do làm lạnh khay cấp đông được tính theo công thức : Q 22 = M Kh     21 ttC P , kW Trong đó : M Kh : Tổng khối lượng khay cấp đông , kg Tổng số lượng khay chứa sản phẩm trong kho là 5 3000 = 600 Khay Mà m ỗi khay cân năng 2,7 kg. Do vậy : M Kh = 600 x 2,7 = 1620 kg C P : Nhiệt dung riêng của vật liệu khay cấp đông, kJ/kg . K Vật liệu nhôm : C P = 0,896 kJ/kg . K t 1 , t 2 : Nhiệt độ khay trước và sau cấp đông, 0 C t 1 = 38 0 C t 2 = -35 0 C  : Thời gian cấp đông, giây  = 3 giờ = 10800 giây Thay tất cả vào ta có : Q 22 = 1620     10800 3538896,0   = 9,8112 kW = 9811,2 W 3.4.2.3/ Tổn thất do làm lạnh xe chất hàng Q 23 = M X     21 ttC P , kW Trong đó : M X : Tổng khối lượng xe chất hàng, kg - Xe ch ất hàng là xe dùng để đỡ khay cấp đông sản phầm bên trong h ầm cấp đông, xe được làm bằng vật liệu thép không rỉ Inox định h ình dày 2 mm cho mỗi ngăn. Bánh xe chế tạo bằng vật liệu chịu được nhiệt độ âm sâu và tải trọng chất hàng, kho ảng cách giữa các khay được bố trí một cách hợp lý nhằm tăng khả năng lưu thông gió trong tủ. Mỗi xe có khối lượng khoảng 50 kg, sức chứa là 600 kg sản phẩm/ xe. Số lượng xe trong h ầm là 5 xe. Lúc đó ta có : M X = 5 x 50 = 250 kg C P : Nhiệt dung riêng của vật liệu xe chất hàng, kJ/kg . K V ật liệu không rỉ Inox có C P = 0,046 kJ/kg . K t 1 , t 2 : Nhiệt độ khay trước và sau cấp đông , 0 C t 1 = 38 0 C t 2 = -35 0 C  : Thời gian cấp đông , giây  = 3 giờ = 10800 giây Thay tất cả vào ta có : Q 23 = 250 . 10800 )]35(38[046,0   = 0,077731 kW = 77,731 W 3.4.2.4/ Tổn thất do làm lạnh nước châm Q 24 = M n .  O q , kW Trong đó : M n : Khối lượng nước châm , kg - Khối lượng nước châm chiếm khoảng 5  10 % khối lượng h àng cấp đông, thường người ta châm dày kho ảng 5mm. Ta có : M n = 3000 x 5 % = 150 kg  : Thời gian cấp đông, giây  = 3 giờ = 10800 giây q O : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá ho àn toàn, kJ/kg Nhi ệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn q o được xác định theo công thức sau : q o = C pn . t 1 + r + C pđ . 2 t , kJ/kg C pn : Nhiệt dung riêng của nước : C pn = 4,186 kJ/kg r : Nhi ệt đông đặc r = 333,6 kJ/kg C pđ : Nhiệt dung riêng của đá C pđ = 2,09 kJ/kg t 1 : Nhiệt độ nước đầu vào, 0 C t 1 = 5 0 C t 2 : Nhiệt độ cây đá , 0 C t 2 = -5  -10 0 C Thay vào ta có : q o = 4,186 . 5 + 333,6 + 2,09. 10 = 375,43 kJ/kg Thay t ất cả vào ta có : Q 24 = 150 10800 43,375 = 5,214305 kW = 5214,305 W V ậy tổn thất do sản phẩm mang vào Q 2 là : Q 2 = Q 21 + Q 22 + Q 23 + Q 24 , W = 77222,222 + 9811,2 + 77,731 + 5214,305 = 92325,458 W 3.4.3/ Tổn thất nhiệt do vận hành Q 3 - Tổn thất nhiệt do mở cửa Q 31 - Tổn thất nhiệt do chiếu sáng buồng Q 32 - Tổn thất nhiệt do người toả ra Q 33 - Tổn thất nhiệt do các động cơ quạt Q 34 - Tổn thất nhiệt do xả băng Q 35 3.4.3.1/ Tổn thất nhiệt do mở cửa Q 31 - Trong quá trình vận hành kho cấp đông, người vận hành trong nhi ều trường hợp cần phải mở cửa vào kiểm tra hàng và các thi ết bị nên một lượng nhiệt và ẩm thâm nhập vào phòng gây ra t ổn thất lạnh. Lượng nhiệt do mở cửa rất khó xác định. Có thể xác định lượng nhiệt mở cửa giống như kho lạnh như sau : Q 31 = B . F , W Trong đó : B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m 2 Tra bảng 4-4/ Sách HDTKHTL – Trang 87 ta chọn : B = 32 W/m 2 F: Diện tích buồng , m 2 F = 4,8 x 3,9 = 18,72 m 2 Thay vào ta có : Q 31 = 32 x 18,72 = 599,04 W 3.4.3.2/ Tổn thất nhiệt do chiếu sáng buồng Q 32 Q 32 = A . F , W Trong đó : F: Diện tích buồng , m 2 F = 18,72 m 2 A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m 2 diện tích buồng, W/m 2 . Ch ọn A = 1,2 W/m 2 Thay vào ta có : Q 32 = 18,72 x 1,2 = 22,464 W 3.4.3.3/ Tổn thất nhiệt do người toả ra Q 33 Dòng nhiệt do người toả ra được xác định theo công thức : Q 33 = 0,35 . n , kW n: s ố người làm việc trong buồng Số người làm việc trong kho cấp đông cỡ 1  3 người 0,35 : Nhiệt lượng do một người thải ra khi làm công việc nặng nhọc, 0,35 kW/người Thay vào ta có : Q 33 = 0,35 x 2 = 0,7 kW = 700 W 3.4.3.4/ T ổn thất nhiệt do các động cơ quạt Q 34 Dòng nhiệt do các động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo công thức sau : Q 34 = N , kW N : Công su ất động cơ điện , kW Các buồng đông có từ 2  4 quạt, công suất của quạt từ 1  2,2 kW . Dàn l ạnh buồng cấp đông có 4 quạt, công suất 2 kW Vậy Q 34 = 4 x 2 = 8 kW = 8000 W 3.4.3.5/ Tổn thất nhiệt do xả băng Q 35 Tổn thất nhiệt do xả băng được tính theo biểu thức : Q 35 =  Q , kW Trong đó :  : Thời gian cấp đông, giây  = 3 giờ = 108000 giây Q : lượng nhiệt do xả băng mang vào , kJ Lượng nhiệt do xả băng mang vào phụ thuộc vào hình thức xả băng . Xả băng bằng nước, ta có : Q = G n . C P .  t n . 1  , kJ G n : Lưu lượng nước xả băng , kg/s Lưu lượng nước tối đa cần thiết 400 lít/phút dùng để xả đá d àn l ạnh . Như vậy G n = 60 400 , kg/s C P : Nhiệt dung riêng của nước , kJ/kg . K C P = 4,186 kJ/kg . K  t n : Độ chênh nhiệt độ nước vào ra xả băng , 0 C  t n = 3  5 0 C 1  : Thời gian xả băng , giây 1  = 60 giây Thay vào ta có : Q = 60 400 . 4,186 . 5 . 60 = 8372 kJ Thay vào ta có : Q 35 = 10800 8372 = 0,775185 W = 775,185 W Như vậy tổn thất nhiệt do vận hành Q 3 sẽ là : Q 3 = Q 31 + Q 32 + Q 33 + Q 34 + Q 35 , W = 599,04 + 22,464 + 700 + 8000 + 775,185 = 10096,689 W 3.4.4/ Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén  Tải nhiệt cho thiết bị - Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất. Q TB = Q 1 + Q 2 + Q 3 , W = 827,563 + 92325,458 + 10096,689 = 103249,71 W  Tải nhiệt máy nén Q MN = 80 % Q 1 + 100%Q 2 + 75% Q 3 = 100 80 .827,563 + 100 100 .92325,458 + 100 75 . 10096,689 = 100560,025 W  Năng suất lạnh của máy nén Q o = b Qk MN . , W Trong đó : k : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh . Chọn k = 1,1 b: hệ số thời gian làm việc Chọn b = 0,9 Q MN : Tổng tải nhiệt của máy nén đối với nhiệt độ bay hơi , W . Thay t ất cả vào ta có : Q o = 9,0 025,1005601,1 x = 122906,697 W  122,906 kW . 599,04 + 22, 464 + 700 + 8000 + 775,185 = 100 96, 689 W 3.4.4/ Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén  Tải nhiệt cho thiết bị - Tải nhiệt cho thiết. nhiệt máy nén Q MN = 80 % Q 1 + 100%Q 2 + 75% Q 3 = 100 80 .827, 563 + 100 100 .92325,458 + 100 75 . 100 96, 689 = 100 560 ,025 W  Năng suất lạnh của máy