TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH
BỘ MÔN: NHIỆT LẠNH

BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT LẠNH
ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỂ ĐÁ CÂY

GVHD: Lê Thái Sơn
SVTH: Nhóm 12 CĐ NL 13
Lê Đức Hậu
Nguyễn Lương Tùng
Trần Văn Nghĩa
1


Nhận xét của giáo viên:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

2



LỜI MỞ ĐẦU
Từ xa xưa con người đã biết lấy các loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao,
hồ...để sử dụng làm lạnh, dự trữ, trong nhà để mùa hè lại đem ra dùng. Qúa
trình hình thành đá thiên nhiên dựa vào lạnh của thiên nhiên, nhiều nơi mùa
đông không khí lạnh đến −20°C , −30° C ...làm cho nước trong ao, hồ, sông,
suối,...bị đóng băng.
Cho đến khi ngành lạnh ra đời, và bắt đầu phát triển mạnh ở trên thế giới thì con
người sử dụng kĩ thuật lạnh vào trong nhiều mục đích khác nhau của mình, từ
đơn giản cho đến tinh vi.
Một trong những ứng dụng đầu tiên của con người chính là sản xuất ra nước đá
( đá nhân tạo) ở nhiều dạng khác nhau ( dạng khối, dạng viên, dạng vẩy, dạng
bột,..) tùy theo yêu cầu sử dụng và điều kiện thực tế.
Nước đá được sử dụng rộng rãi trong làm lạnh, trữ cho vận chuyển, bảo quản
nông thủy sản, thực phẩm, cho chế biến lạnh các sản phẩm từ thịt, thủy sản và
cho sinh hoạt của người dân.
Vì nước đá có ý nghĩa quan trọng trong đời sống, nên khi nhận được đề tài ‘thiết
kế bể đá cây, năng suất 5 tấn/ ngày’ em cảm thấy rất thích thú.
Từ trước đến nay, nói đến nước đá ai cũng biết, nói đến làm nước đá thì người
ta chỉ nghỉ đơn giản là hạ nhiệt độ xuống thấp để nước đóng băng, nhưng để
làm được điều đó thì đòi hỏi người kĩ sư phải tính toán và thiết kế được những
thiết bị làm lạnh, và phải đảm bảo những tiêu chuẩn của nước đá.
Trên thực tế nếu muốn xây dựng thành công một nhà máy, để nó đi vào hoạt
động có hiệu quả thì người kĩ sư không phải chỉ có kiến thức về kĩ thuật mà đòi
hỏi phải tính đến tính kinh tế khi xây dựng một phân xưởng. Trong khuôn khổ
đồ án môn học này chắc chắn những gì em làm vẫn còn thiếu sót, nhưng thông
qua đồ án này em cũng học được rất nhiều kiến thức, đặc biệt là phải biết cách
ứng dụng những gì mình đã học trên sách vở thực tế.
Trong khi thực hiện đố án này có những kiến thức thực tế em không rõ, không
có kinh nghiệm cũng nhờ sự chỉ dẫn tận tình của thầy LÊ THÁI SƠN đả giúp
em hoàn thành đồ án này.

Em xin chân thành cám ơn thầy LÊ THÁI SƠN đã giúp đở chúng em. Do thời
gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót. vì vậy, kính mong
các thầy, cô đóng góp những ý kiến quý báu để em có thể hiểu biết thêm nhiều
điều bổ ích.
3


CHƯƠNG 1: VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ
1.1 Tính chất vật lí của nước:
Ở áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn nhất là ở 4°C . Trong quá
trình hạ nhiệt độ từ 4°C − 0°C khối lượng riêng giảm từ 1000-999,9 kg / m3 và khi
biến thành nước đá khối lựong riêng tiếp tục giảm tới 916,8 kg / m3
Nước có nhiệt dung riêng cao bất thường, Cnuoc = 4,18 kJ/kgK. Từ đó có thể
thấy nước là một chất tỏa nhiệt rất tốt.
Nhiệt độ nóng chảy của nước: λc = 334 kJ/kg
Nhiệt độ hóa hơi cuả nước: λh = 2253 kJ/kg
1.2 Tính chất vật lí của nước đá:
- Nhiệt độ nóng chảy t = 0°C
- Khối lượng riêng nước đá: ρd = 916,8kg / m3
- Khối lượng riêng của nước đá có quan hệ nhiệt độ như sau:
ρ d = 917(1 − 0, 00015t )

- Khi nước đóng băng thành nước đá thì thể tích nó tăng 9%
- ẩn nhiệt đóng băng: r = 334 kJ/kg. Khi nhiệt độ hạ 1°C thì r tăng 2,12
kJ/kg
- Nhiệt dung riêng của nước đá: Cd = 2,12 kJ/kg
- Hệ số dẫn nhiệt: λd = 2, 22 W/mK
1.3 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá
Tạp chất hòa tan trong nước làm cho chất lượng và thẩm mỹ của đá
bị biến đổi. Các tạp chất có thể tạo ra màu sắc, màu đục không trong

suốt. Một số tạp chất làm cho đá dễ bị nứt nẻ. Một số tạp chất tách ra
được khi đông đá tạo thành cặn bẩn nằm ở đáy, nhưng một số thì
không, có tạp chất khi hòa tan trong nước làm cho đá khó đông hơn, do
nhiệt độ đóng băng giảm. Dưới đây là ảnh hưởng của một số tạp chất
đến chất lượng đá.

4


5


CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
2.1 Chọn phương án sản xuất
Ngày nay khoa học kĩ thuật tiến bộ nên nhiều loại máy sản xuất nước đá
như: máy đá khối, máy đá vảy, máy đá viên,... các loại máy trên có thể hoạt
động liên tục hoặc gián đoạn, có loại làm nước đá trực tiếp, có loại gián tiếp qua
nước muối. Làm lạnh trực tiếp có ưu điểm là chỉ tiêu kinh tế cao ( do không mất
thời gian giữa nước muối và môi chất lạnh) nhưng năng suất giới hạn, chế tạo
máy móc thiết bị khó khăn nên vốn đấu tư cao.
Đối với đồ án này thì năng suất thuộc loại nhỏ và dạng nước đá sản xuất
để tiêu dùng ( dạng cây 50 kg) nên em chọn phương án làm lạnh gián tiếp qua
nước muối. Phương pháp này thuộc loại cổ điển, có nhiều nhược điểm về chỉ
tiêu kinh tế cũng như vệ sinh nhưng được ưu điểm lớn là đơn giản, dễ chế tạo,
sử dụng cho năng suất lớn, thao tác trong sản xuất gọn, vốn đấu tư thấp. Hiên
nay hầu hết các phân xưởng sản xuất nước đá ở nước ta đều chọn phương pháp
này.
Theo phương pháp này thì hệ thống thiết bị bao gồm: máy nén, thiết bị
ngưng tụ, thiết bị bay hơi ngâm trong bể nước muối, bình chứa cao áp, khuôn
đá, các thiết bị phụ khác,... với năng suất lớn đòi hỏi sản xuất liên tục thì còn có

cơ cấu tự động đẩy khuôn đá, balance cẩu đá, máy rót nước vào khuôn. Tuy
nhiên với năng suất nhỏ như phân xưởng này thêm vào đó là việc cung cấp sản
phẩm với số lượng lớn đồng thời,nên em chọn sản xuất nước đá theo từng mẻ
Em sẽ chia bể đá làm 2 ngăn, mỗi ngày sẻ xuất đá làm 2 đợt, như thế thì
lúc nào ta cũng có đá dự trữ, đồng thời sau khi sản xuất đá lại tiếp tục châm đá
nên cứ như thế mẻ này ra lại có mẻ khác thay thế. Do đó phân xưởng củng sẽ
không xây thêm kho trữ đá vì như thế vừa không tốn chi phí xây dựng kho trữ,
vừa không tốn điện năng cho kho.
2.2 Tác nhân lạnh:
Trong phương pháp sản xuất nước đá bằng bể đá khối thì hệ thống lạnh thường
sử dụng máy nén 1 cấp với tác nhân lạnh là NH 3 .
Ưu điểm:
- Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 (kJ/kg) lớn nên lưu lượng môi chất
tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh có năng suất
lớn.
- Năng suất lạnh riêng thể tích qv ( kJ / m3 ) tương đối nhỏ nên máy nén gọn
nhẹ.
6


- Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tụ tương
đương với nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt
với nước.
- Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van nhỏ, nên
các thiết bị này khá gọn nhẹ.
- Amoniac không ăn mòn thép, các kim loại đen chế tạo máy ,nhưng ăn
mòn đồng và các hợp kim của đồng ( trừ hợp kim đồng có photpho ) nên
không sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong hệ thống lạnh
amoniac.
- Có mùi khó chịu, dễ phát hiện rò rỉ ra ngoài môi trường.

- Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đở ảnh
hưởng đến chất lượng của tác nhân lạnh.
Nhược điểm:
- Trong không khí chứa một lượng NH 3 nhất định có thể bắt lửa, gây nổ,
hỏa hoạn, không an toàn cho thiết bị và người.
- Amoniac độc hại đối với cơ thể con người gây kích thích niêm mạc của
mắt, dạ dày, gây co thắt cơ quan hô hấp, làm bỏng da.
Tuy độc hại nhưng amoniac là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển,
bảo quản tương đối dể dàng, nước ta sản xuất được nên nó vẫn được sử
dụng.
2.3 Bể nước đá khối:
Khuôn đá tiêu chuẩn khối lượng 50 kg có:
- Tiết diện trên: 380 × 190 (mm)
- Tiết diện dưới: 340 × 160 (mm)
- Chiều cao: tiêu cao chuẩn: 1101 mm,chiều cao tổng 1115 mm
Bể đá tiêu chuẩn đối với cây 50 kg:
- Dài : 4900 mm
- Rộng: 4370 mm
Tổng số khuôn đá: 8 khuôn × 7 dãy × 2 ngăn
- Khoảng cách giữa các khuôn trong một dãy: 30 mm
- Khoảng cách giữa các dãy khuôn: 70 mm
7


2.4 Quy trình xử lí nước
Mặc dù nước cấp từ thành phố đã qua xử lí sơ bộ tuy nhiên do nước đá dùng để
uống, bảo quản thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh như đối với các thực
phẩm tiêu dùng trực tiếp vì vậy cần phải được xử lí trước khi đưa vào sản xuất.
Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, người ta đòi hỏi nhửng yêu cầu
đặc biệt đối với nguyên liệu ( nước) và sản phẩm (nước đá), thiết bị và quá trình

sản xuất.
Thông thường nguồn nước phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Số lượng vi khuẩn trong nước phải nhỏ hơn 100 con/ml
- Vi khuẩn đường ruột phải nhỏ hơn 3 con/l
- Chất khô cho phép: 1 g/l
- Độ cứng chung của nước: < 7 mg/l
- Độ đục theo hàm lượng các hạt lơ lửng không quá 1,5 mg/l
- Hàm lượng sắt < 0,3 mg/l
- pH = 6,5 ÷ 9,5
2.5 Cấp nước vào bể chứa:
Nước sau khi xử lí sẽ được đưa vào bơm để cung cấp cho sản xuất và
sinh hoạt.
 Tính thể tích bể đá: V
Lượng nươc dùng để sản xuất 100 cây đá ( cây 50 kg) trong ngày:
V1 = G.g / ρ (2 − 1)

Trong đó: G: 100 cây/ ngày
g: khối lượng một cây đá g= 50 kg
ρ : khối lượng riêng của nước, ρ = 999kg / m3

 V1 = 100 × 50 / 999 = 5m3 / ngay
Lượng nước dự trữ : V2 = 1m3
Vậy thể tích bể chứa là: V = V1 + V2 = 5 + 1 = 6m3
Kích thước bể chứa: dài × rộng × cao = 2.2.1,75=7 m3
8


CHƯƠNG 3: TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM
VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ
Vật liệu cách nhiệt:

Để hạn chế tổn thất lạnh, do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bể đá, kho trữ đá
và môi trường bên ngoài nên gây ra tổn thất lạnh. Khi chọn vật liệu cách
nhiệt cho một trường hợp ứng dụng nào đó cần phải lợi dụng triệt để các
ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm của nó. Ta phải
dùng kết cấu bao che đế giảm tồn thất lạnh, bể đá và phòng trữ cần phải
được cách nhiệt thật tốt, chất lượng vách cách nhiệt phụ thuộc chủ yếu
vào tính chất của vật liệu kết cấu lớp cách nhiệt cần có các tinh chất sau:
- Hệ số dẫn nhiệt nhỏ
- Khối lượng riêng nhỏ
- Ít bị hút ẩm
- Không mùi, không cháy, không bị nấm bốc
- Tuổi thọ kéo dài
- Rẻ tiền.
Vật liệu cách nhiệt thường dùng hiện nay là polystyrol xốp và polyuretan. Loại
vật liệu này có nhược điểm là dễ co rút do nhiệt độ thấp, sự co rút này có thể
làm hở các mối ghép do đó ta phải thường dùng 2 lớp cách nhiệt với mối ghép
so le.
Vật liệu cách ẩm:
Hơi ẩm bên ngoài luôn có xu hướng thâm nhập vào bên trong lớp cách
nhiệt. Lớp cách nhiệt ẩm ướt sẽ giảm khả năng cách nhiệt và do đó sẽ làm
tăng tổn thất lạnh và lớp cách nhiệt mau hư hỏng. Vì thế, việc cách nhiệt
luôn đi kèm với cách ẩm.
Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bị ẩm ướt người ta sử dụng các loại vật
liệu cách ẩm phủ lên mặt ngoài của lớp cách nhiệt.
Vật liệu cách ẩm thường dùng là: keo, giấy dầu, giấy nhựa...
9


3.1 Tính cách nhiệt – cách ẩm cho bể đá:
3.1.1 Vách bể đá:

Giữa cách lớp giấy dầu, tường và lớp cách nhiệt có quét Bitum nóng chảy
để dán dính chúng lại.
Chọn kết cấu vách bể đá như hình vẽ:

Hình 1: kết cấu vách cách nhiệt
Bảng 1: thông số các lớp cách nhiệt vách bể đá.
Bề dày

Hệ số dẫn nhiệt

δ i (m)

λi (W/mK)

STT

Vật liệu

1

Vữa xi măng

0,02

0,88

2

Gạch


0,025

0,82

3

Vữa xi măng

0,02

0,88

4

Giấy dầu

0,004

0,18

5

Polystyrol

δ CN

0,047

6


Lưới thép

0,006

45

7

Vữa trát

0,02

0,88

Hệ số truyền nhiệt qua vách:

10


k=

1

δ δ
1
1
+ ∑ i + cn +
α1 i =1 λi δ cn α 2
n


1  1

n

(3-1)
δ

1 

 δ cn = λcn  −  + ∑ i + ÷ (3-2)
 k  α1 i =1 λi α 2  
Trong đó:
-

α1 : hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tường

( W / m2 K )
- Bảng 3-7/86 [3] : chọn α1 = 23,3 ( W / m 2 K )
α 2 : hệ số tỏa nhiệt của vách vào trong bể nước muối, chọn α 2 = 8 (
W / m2 K )

-

δ cn : chiều dày lớp cách nhiệt (m)

-

λcn : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt.

- K : hệ số truyền nhiệt của bể đá W / m 2 K . Hệ số truyền nhiệt K

được xác định trên cơ sở tính toán kỉ thuật. Có thể lấy hệ số truyền
nhiệt K tương đương với hệ số truyền nhiệt của kho lạnh.
Theo bảng 3-5/86: ta có k=0,58 ( W / m 2 K )
 1
3.0, 02 0, 25 0, 004 0, 006 1  
 1
−
+
+
+
+
+ ÷ = 0,055
45
8 
 0,58  23,3 0,88 0,82 0,18

Vậy δ cn = 0, 047 
(m)

 Chọn δ cn = 0,1 m
Khi đó:

k=

1
= 0, 46(W / m 2 K )
1
3.0, 02 0, 25 0, 004 0, 006
0,1
1

+
+
+
+
+
+
23,3 0,88 0,82 0,18
45
0, 047 8

Vậy chiều dài của vách bể đá là: δ = 194 mm
Kiểm tra đọng sương của vách cách nhiệt:
-

t1 : nhiệt độ ngoài không khí, t1 =37,3 ° C

-

t2 : nhiệt độ trong bể đá, t2 = -10 ° C

-

t s : nhiệt độ đọng sương, tra giản đồ trạng thái không khí ẩm ( với
không khí có nhiệt độ 37,3 ° C và độ ẩm 75%) ta có : ts = 31 ° C

11


Hình 2: sự truyền nhiệt qua vách
t −t


1
w1
 k = α1 t − t
1
2

(3-5)

Điều kiện không đọng sương là tw1 > ts
t −t

1
s
 k < α1 t − t
1

(3-6)

2

37,3 − 31

2
Thực tế người ta lấy: ks = 0,95.23,3 37,3 − (−10) = 2,95(W / m K )

Để vách ngoài không bị đọng sương k = 0,46 < ks =2,95 (thỏa)
Kiểm tra đọng ẩm của vách cách nhiệt:

Hình 3: cơ cấu truyền nhiệt qua vách

Từ bảng 3-7 : α1 = 23,3 W/m.K ; α 2 = 8 W/m.K
- Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt:
q = K1.∆t = 0,46.(37,3+10) = 21,758 W / m 2 K

12


- Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách:
q = α1 (t f 1 − t1 )
q

21, 758

 t1 = t f 1 − α = 37,3 − 23,3 = 36, 4°C
1
t2 = t1 −

q.δ1
21, 758.0, 02
= 36, 4 −
= 36°C
λ1
0,88

t3 = t 2 −

q.δ 2
21, 758.0, 025
= 36 −
= 35°C

λ2
0,82

t 4 = t3 −

q.δ 3
21, 758.0, 02
= 35 −
= 34,5°C
λ3
0,88

t5 = t 4 −

q.δ 4
21, 758.0, 004
= 34,5 −
= 34°C
λ4
0,18

t 6 = t5 −

q.δ 5
21, 758.0,1
= 34 −
= −12°C
λ5
0, 047


t 7 = t6 −

q.δ 6
21, 758.0, 006
= −12 −
= −12°C
λ6
45

t8 = t7 −

q.δ 7
21, 758.0, 02
= −12 −
= −12,5°C
λ7
0,88
q

Vậy t f 2 = t8 − α = −12,5 −
2

21, 758
= −15, 2°C
8

3.1.2 Nền bể đá.
Kết cấu cách nhiệt nền bể đá như hình vẽ:

Hình 4: kết cấu cách nhiệt nền bể đá


13


Bảng 2: thông số lớp cách nhiệt nền bể đá.
STT

Vật liệu

δ1 (m)

λi (kcal/m.h độ)

1

Lớp thép

0,006

45

2

Lớp vữa xi măng

0,02

0,88

3


Lớp bê tông

0,2

1,4

4

Lớp cach nhiệt

δ cn

0,19

5

Lớp cách ẩm

0,003

0,15

6

Lớp bê tông đất

0,2

1,4


7

Lớp đá dăm kín

0,1

0,45

Từ công thức (3-2) :
n
1  1
δi 1 
δ
=
λ
−
+
+ ÷
 cn cn  
∑
k
α
λ
α 2 
i
=
1
1
i




 1
0, 06 0, 02 0, 2 0, 005 0, 2 1  
 1
= 0,19 
−
+
+
+
+
+
+ ÷
 0,58  23,3 45 0,88 1, 4 0,18 1, 4 8  

= 0,23 (m)
Chọn δ cn = 230 mm
3.1.3 Kết cấu nắp bể đá:
Để thuận tiện cho việc ra vào đá, ta nên dùng gổ để đậy, trên cùng phủ thêm lớp
vải bạc nên tổn thất nhiệt ở nắp bể khá lớn
Nắp dùng gỗ có λ = 0,15 ( W / m 2 K )
Hệ số truyền nhiệt qua nắp: k= 2,32
Từ công thức (3-2)
 1
1 
 1
−
+   = 0, 039 (m)
 2,32  23,3 8  


 δ cn = 0,15 

Chọn δ cn = 50mm
3.2 Xác định kích thước của bể đá
14


Để xác định kích thước bể đá phải căn cứ vào số lượng, kích thước của cây đá,
linh đá, dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh, loại khuôn đá, hệ thống tuần hoàn
nước muối bên trong bể.
3.2.1 Xác định số lượng và kích thước khuốn đá
Số lượng khuôn đá:
N=

M
m

M = 5 tấn/ mẻ là năng suất bể đá
m = 50 kg là khối lượng cây đá
vậy N =

5000
= 100 khuôn
50

kích thước khuôn đá chọn theo tiêu chuẩn ở bảng (6-12) tr192:
cao: 1115 mm
đáy lớn: 380 × 190 mm
đáy bé: 340 × 160 mm

khối lượng khuôn:27,5 kg
thời gian đông đá: τ = 19h
3.2.2 Xác định số lượng và kích thước linh đá
Ta chọn số khuôn đá trên 1 linh đá là 8 khuôn. Số linh đá được xác định:
S1 =

N
trong đó:
n

N= 100 số khuôn đá
n = 7 là số khuôn đá trên 1 linh

vậy S1 =

100
= 12,5 ta chọn S1 = 16 linh
7

Chiều rộng của 1 khuôn đá là 225 mm, khoảng cách 2 khuôn đá gần nhau 40
mm, khoảng hở hai đầu ngoài của khuôn đá là 75 mm. Vì vậy chiều dài của linh
đá được xác định:
L= 7.225 + 2.75 + 2.40= 1805 mm
Chiều cao của linh đá là 1150 mm
15


Chiều rộng của linh đá là 425 mm

Hình 5: kết cấu linh đá có 7 khuôn đá

3.2.3 Xác định kích thước bên trong bể đá:
Kích thước bể đá phải đủ lớn để bố trí các khuôn đá, dàn lạnh, bộ cánh
khuấy: khe hở cần thiết để nước muối chuyển động tuần hoàn. Ta chọn cách bố
trí dàn lạnh ở giữa, hai bên là hai dãy linh đá: một bên 8 linh
Xác định chiều rộng bể đá:
R = 2L+4 δ + A + 60
L = 1805 mm là chiều dài linh đá
δ : khe hở giữa các linh đá và vách trong của bể đá. Chọn δ = 25 mm

A: chiều rộng để lắp dàn lạnh. Tra bảng ( 6-13) tr194 ta được A= 660 mm
Vậy R= 2.1805 + 4.25 + 660 = 4370 mm
Xác định chiều dài bên trong bể đá
D = B + C + m.b
B: chiều rộng đoạn hở đầu bể để lắp bộ cánh khuấy. B = 600 mm
C: chiều rộng đoạn hở cuối bể. C = 500 mm
m: số linh đá dọc theo chiều dài. m = 8 mm
16


b: khoảng hở giữa các linh đá, được xác định trên cơ sở độ rộng của linh
đá và khoảng hở giữa chúng b = 425 + 50 = 475 mm
D = 600 + 500 + 8.475 = 4900 mm
Xác định chiều cao bể đá
Chiều cao bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở giữa đáy khuôn đá và bể đá.
Tra bảng 6-13/tr 194 ta có chiều cao H = 1250 mm

Hình 6: kết cấu bể đá.
3.3 Tính nhiệt bể đá Q0
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , kW
Q1 : dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che vào bể, ở đây là thành , đáy và


nắp bể.
Q2 : dòng nhiệt thu của nước làm đá từ 30 ° C xuống 0 ° C
Q3 : dòng nhiệt do thông gió, ở đây lấy bằng 0

17


Q4 : dòng nhiệt do vận hành như bơm khuấy nước muối, lấy đá ra khỏi

khuôn.
Q5 : dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp, ở đây lấy bằng 0

3.3.1 Nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá: Q1
Bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị bức xạ trực tiếp rất ít vi
vậy nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá chỉ do chênh lệch nhiệt độ
giữa nước muối trong bể và không khí bên ngoài. Gồm 3 thành phần:
Nhiệt truyền qua tường bể đá
Q11 = K t .Ft .∆tt
K t : hệ số truyền nhiệt của tường đá. K= 0,49 W / m 2 K
Ft : diện tích tường bể đá, m 2 . diện tích tường được xác định từ chiều cao

và chu vi của bể. Chiều cao tính từ mặt nền ngoài bể đến thành bể. Chu vi
được tính theo kích thước bên ngoài của bể.
Ft = 2.(D + R).1250

R = 4370 mm là chiều rộng bể đá
H = 1250 mm là chiều cao bể đá
D = 4900 mm là chiều dài bể đá
Ft = 2(4900 + 4370).1250 = 24300000 mm 2 = 24,3 m 2

∆tt = t1 − t2 = 37,3 - (-10) = 47,3 ° C

Vậy Q11 = 0,49.24,3.47,3 = 556,248 W
Nhiệt truyền qua nắp bể đá:
Q12 = K n .Fn .∆tn

18


Fn : diện tích nắp bể đá xác định theo kích thước chiều dài và chiều rộng

bên trong bể đá ( m 2 )
Fn = D.R = 4370.4900 = 21413000 mm 2
∆tn = t1 − t3
t1 = 37,3 ° C nhiệt độ không khí bên ngoài
t3 : nhiệt độ không khí ở bên dưới nắp bể đá thường chênh lệch 5 ÷ 6 ° C so

với nước muối trong bể. Ta chọn t3 = −5°C
∆tn = 37,3 – (-5) = 42,3 ° C
K n : hệ số truyền nhiệt ở nắp bể đá ( W / m 2 K ):
Kn =

1
(W / m 2 K )
1 δ 1
+ +
α1 λ α 2

Tra bảng 3-7/tr86 ta có :
α1 = 23,3W / m 2 K . Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài

α 2 = 8W / m 2 K . Hệ số tỏa nhiệt bên trong
δ = 50mm . Chiều dày nắp bể
λ = 0,23 W/mK. Hệ số dẫn nhiệt của gỗ.
Kn =

1
= 2, 6W / m 2 K
1
0, 05 1
+
+
23,3 0, 23 8

Vậy Q12 = 2,6.24,3.42,3 = 2672,514 W
Nhiệt truyền qua nền đá:
Do nền có sưởi nên dòng nhiệt qua sàn có thể xác định theo biểu thức:
19


Q13 = ∑ K q .F .(t1 − t 2 ) m
t1 = 37,3°C là nhiệt độ không khí bên ngoài
t 2 = −10°C là nhiệt độ nước muối trong bể
K q hệ số truyền nhiệt qui ước tương ứng với từng vùng

F: diện tích tương ứng với từng vùng nền
Để tính toán dòng nhiệt qua sàn, người ta chia sàn ra các vùng khác nhau
có chiều rộng 2m mỗi vùng tình từ bề mặt tường bao vào giữa buồng.
Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước K q , W / m 2 K , lấy từng vùng là:
Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tường bao
-


K q = 0,47 W / m 2 K

- F = 2. [DR- ( D – 4 ).(R – 4 )]
= 2.[4,9.4,37 – ( 4,9 – 4 )(4,37 – 4 )]
= 42,16 m 2
- Vùng còn lại ở giữa bể đá:
-

K q = 0,07 W / m 2 K

- F = ( D – 4 )(R – 4 )= (4,9 – 4)(4,37 – 4) = 0,333 m 2
- Hệ số tính đến sự gia tăng tương đối trở nhiệt của nền khi có lớp
cách nhiệt
m=

1
1 + 1, 25∑

δi
λi

Từ bảng 2 ta có:
20


δ i chiều dày của từng lớp kết cấu nền (m)
λi hệ số dẫn nhiệt của từng lớp vật liệu ( W/m.K)
m=


1
 0, 006 0, 02 0, 2 0, 23 0, 003 0, 2 0,1 
1 + 1, 25 
+
+
+
+
+
+
0,88 1, 4 0,19 0,15 1, 4 0, 45 
 45

= 0,175
Vậy Q13 = (0, 47 + 0, 07).(42,16 + 0,333).(37,3 + 10).0,175
= 190 W
 Q1 = Q11 + Q12 + Q13 = 556,248 + 2672,514 + 190 = 3148,762 W
3.3.2 Nhiệt để đông đá và làm lạnh khuôn đá :
Nhiệt làm lạnh nước và đông đá:
Q21 = E.

q0
τ

W

E = 5000 ( kg/mẻ) năng suất bể đá
τ : 19.3600 = 68400 ( giây) thời gian để đông đá cho một mẻ
q0 : nhiệt lượng làm lạnh 1 kg nước đá từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông

đá hoàn toàn

q0 = C pn .t1 + C pd t2

(J/kg)

C pn = 4186 J/kg.K . nhiệt dung riêng của nước

r = 333600 J/kg. Nhiệt đông đặc ( 80 Kcal/kg)
C pd = 2090 J/kg.K ( 0,5 kcal/kg.K)
t1 = 30 ° C . nhiệt độ nước đầu vào
t2 = - 8 ° C . nhiệt độ cây đá

21


q0 = 4186.30 + 333600 + 2090.8 = 475900 J/Kg

Vậy Q21 = 5000.

475900
= 34788 W
68400

Nhiệt làm lạnh khuôn đá:
Q22 = M .

C pk (tk1 − tk 2 )

τ

τ = 68400 giây


M – Tổng khối lượng khuôn đá, kg
Tổng khối lượng khuôn bằng số lượng khuôn nhân với khối lượng
1 khuôn đá.
Khối lượng khuôn 50 kg là 27,2 kg
M = 112.27,5 = 3080 kg
C pk = 390 J/kg.K. nhiệt dung riêng của khuôn ( làm bằng tôn kẽm)
tk1 = 30 ° C nhiệt độ khuôn ban đầu ta lấy bằng nhiệt độ nước
tk 2 = -10 ° C nhiệt độ của nước muối
Q22 = 3080.

390(30 + 10)
= 702 W
68400

 Q2 = Q21 + Q22 = 34788 + 702 = 35490 W
3.3.3 dòng nhiệt do vận hành như bơm khuấy nước muối, lấy đá ra
khỏi khuôn Q4
Nhiệt do bộ cánh khuấy gây ra Q41 :
Do năng suất bể đá là 5 tấn nên ta chọn bộ cánh khuấy có hãng MYCOM
có MODEL là 180 VGM có tốc độ 1000 V/P, lưu lượng 7,5 m3 / p , công
22


suất N = 1,5 kW, hiệu suất η = 0,9. Bộ cánh khuấy được bố trí bên ngoài
bể muối vì vậy nhiệt năng do bộ cánh khuấy tạo ra được xác định:
Q41 = 1000.η.N = 1000.0,9.1,5 = 1350 W

Nhiệt do nhúng cây đá Q42 :
Tổn thất nhiệt do làm tan đá được coi là tổng công suất cần thiết để làm

lạnh khối đá bị làm tan nhằm rút đá ra khỏi khuôn.
Q42 = n.g .

q0
q
= n. f .δ .ρ . 0
τ
τ

n = 112 là số khuôn đá
g: khối lượng phẩn đá tan rã, kg
g = f .δ .ρ

F = 1,25 m 2 là diện tích bề mặt cây đá
δ : chiều dài phần đá đã tan khi nhúng. Để có thể rút đá ra khỏi khuôn cần

làm tan đá một lớp δ = 0,001 m
ρ = 900 kg / m3 là khối lượng riêng của đá.

g = 1,25.0,001.900 = 1,125 kg
q0 : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh 1 kg đá từ nhiệt độ ban đầu đến khi

đông đá hoàn toàn. Q0 = 480080 J/kg
τ = 68400 giây thời gian đông đá
Q42 = 112.1, 25.0, 001.900.

480080
= 884,358 W
68400


 Q4 = Q41 + Q42 = 1350 + 884,358 = 2234,358 W
Vậy tổn thất dòng nhiệt từ bể đá là :
23


Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 3,1 + 35 + 0 + 2,2 + 0 = 40,3 Kw

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH, TÍNH CHỌN
MÁY NÉN
4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc:
Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 nhiệt độ sau:
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0
Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk
Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tq1
Nhiệt độ của hơi hút về máy nén ( quá nhiệt ) tqn
4.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 :
t0 = tb − ∆t0
tb - nhiệt độ buồng lạnh. tb = - 10 ° C
∆t - hiệu nhiệt độ yêu cầu

Trong các hệ thống lạnh gián tiếp, nhiệt độ sôi của môi chất lấy thấp hơn
nhiệt độ của nước muối 5 ÷ 6 ° C và nhiệt độ của nước muối lấy thấp hơn
nhiệt độ buồng lạnh từ 8 ÷ 10 ° C
Chọn ∆t0 = 13 ° C
 t0 = -23 ° C
4.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh: phụ thuộc vào môi trường
làm mát của thiết bị ngưng tụ.
tk = tw 2 + ∆tk

24



Trong đó:
∆tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, chọn ∆tk = 5 ° C
t w 2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
t w 2 = t w1 + (2 ÷ 6)°C
t w1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng . ta lấy là 35 °C

 tw 2 = 35 + 6 = 41°C
 tk = 41 + 5 = 46°C
4.1.3 Nhiệt độ quá lạnh tql : nhiệt độ của hơi môi chất lạnh trước khi vào
van tiết lưu
Đối với máy lạnh một cấp không có hồi nhiệt thì:
tql = t w1 + ∆tql (3 ÷ 5)°C

Chọn ∆tql = 4°C => tql = 35 + 4 = 39°C
4.1.4 Nhiệt độ hơi hút về máy nén th :
thc = t0 + ∆th (5 ÷ 15)°C

Chọn ∆th = 8 °C => th = -23 + 8 = -15 °C
tk = 46°C => pk = 1,83 Mpa
t0 = −23°C => p0 = 0,16 Mpa
p

1,83

k
Tỉ số nén π = p = 0, 21 = 8, 7
0


4.2 Chu trình máy nén hơi một cấp:
4.2.1 sơ đồ và chu trình 1 cấp sử dụng môi chất NH 3
25