Đồ án thiết kế xây dựng mô hình điều hòa không khí ô tô - HCMUTE

Tổng hợp đồ án HCMUTE về thiết kế, lắp đặt và xây dựng mô hình hệ thống điều hòa không khí. Tài liệu chi tiết gồm tính toán tải lạnh và quy trình thi công.

• Tác giả: Dương Trung Kiên
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thành Tuyên
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Thiết kế, lắp đặt và xây dựng mô hình hệ thống điều hòa không khí
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế và xây dựng mô hình điều hòa không khí

Mô hình điều hòa không khí được xây dựng từ hệ thống Lexus ES300 là một bản sao miniatur hóa để giảng dạy và thực hành. Nó bao gồm tất cả các thành phần chính như máy nén, giàn lạnh, van tiết lưu, quạt và bộ trao đổi nhiệt. Mục tiêu là tái hiện nguyên lý hoạt động của hệ thống thực tế trong điều kiện phòng thí nghiệm. Thiết kế này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cơ chế làm lạnh, sưởi và điều khiển nhiệt độ. Nó cũng phục vụ như một công cụ dạy học hiệu quả cho môn Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

1.1. Các thành phần cơ bản trong mô hình

Mô hình bao gồm máy nén để nén môi chất lạnh, giàn lạnh để trao đổi nhiệt, và van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng môi chất. Quạt thổi không khí qua giàn lạnh, trong khi bộ sưởi sử dụng nhiệt động cơ để làm nóng không khí. Các thành phần này được lắp đặt trên khung kim loại để đảm bảo tính ổn định và dễ dàng quan sát. Mỗi bộ phận đều được kết nối bằng ống dẫn và dây điện theo nguyên lý hoạt động thực tế.

1.2. Ứng dụng trong giảng dạy và nghiên cứu

Mô hình này được sử dụng để giảng dạy nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa không khí cho sinh viên. Nó cho phép sinh viên thực hành lắp đặt, kiểm tra và sửa chữa các thành phần. Ngoài ra, mô hình còn phục vụ cho nghiên cứu về hiệu suất làm lạnh và tối ưu hóa hệ thống. Nó cũng giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách các thành phần tương tác với nhau trong điều kiện thực tế.

II. Phân tích vấn đề và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống điều hòa không khí gặp vấn đề về hiệu suất khi môi trường bên ngoài thay đổi. Nhiệt độ cao làm tăng tải nhiệt cho giàn lạnh, trong khi nhiệt độ thấp làm giảm hiệu quả làm lạnh. Van tiết lưu và bộ điều khiển nhiệt độ phải hoạt động chính xác để duy trì nhiệt độ ổn định. Nếu van không điều chỉnh kịp thời, hệ thống có thể bị quá tải hoặc không làm lạnh đủ. Mô hình này tái hiện các tình huống này để sinh viên phân tích và tìm giải pháp.

2.1. Nguyên lý làm lạnh và sưởi không khí

Hệ thống làm lạnh hoạt động bằng cách nén môi chất lạnh, sau đó làm nóng khi đi qua máy nén. Khi môi chất đi qua giàn lạnh, nó bay hơi và hút nhiệt từ không khí. Quạt thổi không khí qua giàn lạnh để làm mát cabin. Hệ thống sưởi sử dụng nhiệt động cơ để làm nóng không khí qua một bộ trao đổi nhiệt. Hai quá trình này hoạt động độc lập nhưng cùng duy trì nhiệt độ ổn định trong xe.

2.2. Vấn đề hiệu suất và giải pháp tối ưu

Hiệu suất hệ thống phụ thuộc vào lưu lượng môi chất và nhiệt độ giàn lạnh. Nếu van tiết lưu không điều chỉnh đúng, môi chất có thể không đủ để làm lạnh. Giải pháp là sử dụng van tự động điều chỉnh dựa trên nhiệt độ ra của giàn lạnh. Mô hình này cho phép sinh viên kiểm tra và điều chỉnh van để tối ưu hóa hiệu suất. Ngoài ra, việc kiểm tra kín khí và dầu nhờn cũng quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

III. Giải pháp thiết kế và phương pháp lắp đặt mô hình

Thiết kế mô hình bắt đầu từ việc chọn lựa các thành phần phù hợp với hệ thống Lexus ES300. Máy nén và giàn lạnh được chọn với công suất phù hợp để tái hiện nguyên lý. Các ống dẫn và van được lắp đặt theo sơ đồ kỹ thuật để đảm bảo tính chính xác. Quá trình lắp đặt bao gồm việc nối các thành phần, kiểm tra kín khí và bơm môi chất lạnh. Sau đó, mô hình được thử nghiệm để đảm bảo hoạt động ổn định. Các bộ phận điện như quạt và van điều khiển cũng được kiểm tra kỹ lưỡng.

3.1. Chọn lựa và lắp đặt các thành phần cơ khí

Máy nén và giàn lạnh được chọn từ các nhà sản xuất uy tín để đảm bảo chất lượng. Các ống dẫn được nối bằng cách hàn hoặc sử dụng các kết nối nhanh để tránh rò rỉ. Van tiết lưu và van điều khiển nhiệt độ được lắp đặt theo sơ đồ kỹ thuật để đảm bảo hoạt động chính xác. Quá trình lắp đặt này yêu cầu sự cẩn thận để tránh hư hại các thành phần nhạy cảm như máy nén và giàn lạnh.

3.2. Kiểm tra và điều chỉnh hệ thống

Sau khi lắp đặt, mô hình được kiểm tra kín khí bằng máy kiểm tra áp suất. Nếu có rò rỉ, các kết nối được sửa chữa. Sau đó, môi chất lạnh được bơm vào hệ thống và kiểm tra áp suất. Van điều khiển nhiệt độ được điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Cuối cùng, mô hình được thử nghiệm với các điều kiện khác nhau để xác nhận hiệu suất và tính ổn định.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của mô hình

Mô hình điều hòa không khí đã thành công tái hiện nguyên lý hoạt động của hệ thống thực tế. Nó giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách các thành phần tương tác và cách giải quyết các vấn đề hiệu suất. Mô hình này cũng có thể được sử dụng trong giảng dạy và nghiên cứu để cải tiến hệ thống điều hòa không khí. Ngoài ra, nó còn phục vụ như một công cụ thực hành cho sinh viên trong quá trình học tập. Kết quả cho thấy mô hình này là một công cụ hữu ích trong việc giảng dạy và nghiên cứu về công nghệ ô tô.

4.1. Kết quả và hiệu quả của mô hình

Mô hình đã đạt được hiệu suất làm lạnh và sưởi ổn định trong các điều kiện thử nghiệm. Nó cho phép sinh viên thực hành lắp đặt và kiểm tra các thành phần một cách an toàn. Kết quả này chứng minh rằng mô hình là một công cụ hiệu quả trong giảng dạy và nghiên cứu. Ngoài ra, mô hình cũng có thể được sử dụng để thử nghiệm các cải tiến kỹ thuật trong tương lai.

4.2. Ứng dụng trong giảng dạy và nghiên cứu tiếp theo

Mô hình này có thể được sử dụng để giảng dạy các khóa học về hệ thống điều hòa không khí và các môn liên quan. Nó cũng phục vụ như một nền tảng để nghiên cứu về hiệu suất và cải tiến hệ thống. Sinh viên có thể thực hành và tìm hiểu về các vấn đề như rò rỉ môi chất, hiệu suất làm lạnh và cách tối ưu hóa hệ thống. Mô hình này cũng có thể được mở rộng để bao gồm các thành phần mới như hệ thống điều khiển tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Lí do chọn đề tài Trải qua từng giai đoạn tồn tại và phát triển, nhu cầu sống của con người ngày một nâng cao, ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi. Đòi hỏi về các tiện nghi, tính năng an toàn của người sử dụng cũng ngày càng nâng cao hơn.

Các tiện nghi trên ôtô hiện đại ngày càng phát triển, giữ vai trò quan trọng đối với việc đảm bảo nhu cầu của khách hàng như nghe nhạc, xem phim, một số hệ thống thông minh (khóa chống trộm, đèn tự động bật tắt, gương chiếu hậu thông minh,…) và một trong những tiện nghi bắt buộc phải có trên một chiếc ôtô đó là hệ thống điều hòa không khí ôtô. Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật sớm đã bắt kịp được xu hướng nên đã đưa hệ thống điều hòa vào việc giảng dạy trên cơ sở lý thuyết chuyên sâu và đi kèm với đó là mô hình thực tế minh họa nguyên lý hoạt động bên ngoài lẫn hệ thống trên xe. Dựa trên nền tảng kiến thức được học nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài: “Thiết kế, lắp đặt và xây dựng mô hình hệ thống điều hòa không khí” với mục đích chính là nghiên cứu sâu hơn về hệ thống điều hòa cũng như tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh. Nhóm thực hiện rất mong rằng khi đề tài của nhóm được hoàn thành sẽ đóng góp phần nhỏ trong công tác giảng dạy của nhà trường.

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh những thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm rất mong được sự giúp đỡ và góp ý từ các thầy cô để đề tài của nhóm được hoàn thiện hơn. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài Nhóm tiếp nhận mô hình mô tả hoạt động của hệ thống điều hòa tại xưởng điện ở Viện Sư Phạm Kỹ Thuật. Mô hình đã khá cũ, không còn hoạt động, thiếu nhiều bộ phận và hư hỏng khá nhiều. Vì vậy dựa trên những kiến thức được học kèm với quá trình nghiên cứu nhóm thực hiện áp dụng thực hiện các vấn đề sau: - Thiết kế khung 3D mô hình hệ thống điều hòa bằng phần mềm Inventor.

- Lắp ráp mô hình điều hòa hoàn chỉnh với đầy đủ các cảm biến cần thiết. - Dùng Arduino kết hợp thu thập các tín hiệu cảm biến để hiển thị lên màn hình LCD các giá trị điện áp và nhiệt độ. 1 i - Biên soạn tập thuyết minh một cách rõ ràng và chi tiết về cơ sở lí thuyết, nguyên lí hoạt động của hệ thống điều hòa cũng như chi tiết về mô hình. Phạm vi nghiên cứu: Vì đây là mô hình cũ nên trong quá trình thi công mô hình một số vật tư trong mô hình đã mất vì vậy nhóm thực hiện đã tìm mọi cách để thay thế và sữa chữa và cũng vì thế mà một số thông số trên mô hinh có thể sai lệch đôi chút so với trên xe thực tế.

Phương pháp nghiên cứu - Ôn tập các kiến thức còn thiếu sót và phát sinh trong quá trình thực hiện đề tài. - Tham khảo kiến thức từ giảng viên hướng dẫn. - Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài để hoàn thiện cơ sở lý thuyết. - Thực nghiệm nhiều lần trên mô hình kết hợp mô phỏng bằng máy tính nhằm cho ra kết quả chính xác nhất.

Phạm vi ứng dụng Mô hình thực tế có thể đưa vào chương trình giảng dạy và học tập. Các bạn sinh viên có thể thực hành trực tiếp trên mô hình dưới sự hướng dẫn của giảng viên nhằm hiểu sâu hơn về nguyên lí hoạt động của hệ thống điều hòa. Tài liệu đi kèm mô tả chi tiết về hoạt động của hệ thống giúp các bạn sinh viên có cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống đang học. Giới thiệu chung về điều hòa không khí 2.

Vùng nhiệt độ lý tưởng đối với cơ thể con người Yếu tố chính gây cảm giác nóng lạnh đối với con người là nhiệt độ. Cơ thể con người thường có nhiệt độ là tct = 37oC. Trong quá trình vận động cơ thể con người luôn luôn toả ra nhiệt lượng qtỏa. Lượng nhiệt do cơ thể toả ra phụ thuộc vào cường độ vận động.

Để duy trì thân nhiệt cơ thể thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường. Sự trao đổi nhiệt đó sẽ biến đổi tương ứng với cường độ vận động. Theo các nhà khoa học nghiên cứu chỉ ra rằng con người sinh trưởng và phát triển tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 22oC đến 27oC. Xét về độ ẩm, độ ẩm không khí tốt cho sức khỏe con người là ở mức 55% - 65%.

Con người có xu hướng vẫn cảm thấy dễ chịu nếu độ ẩm cao trên 70% nhưng nhiệt độ thấp dưới 22oC hoặc nhiệt độ cao khoảng 28oC đến 32oC nhưng độ ẩm thấp chỉ khoảng 30%. Nhiệt và sự truyền nhiệt Nói một cách ngắn gọn thì nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất. Trong vật chất, các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn loạn không ngừng, do đó chúng có động năng. Động năng này có thể chia làm động năng chuyển động của khối tâm của phân tử, cộng với động năng trong dao động của các nguyên tử cấu tạo nên phân tử quanh khối tâm chung, và động năng quay của phân tử quanh khối tâm.

Tổng các động năng này của các phân tử chính là nhiệt năng của vật. Nhiệt có xu hướng truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp, ví dụ như cơ thể chúng ta cảm thấy mát mẻ là do nhiệt từ cơ thể đã truyền ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn làm giảm nhiệt độ tại vùng cơ thể đó. Có 3 cách truyền nhiệt chính là: Dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ: - Dẫn nhiệt (hay tán xạ nhiệt) là sự truyền động năng giữa các nguyên tử hay phân tử lân cận mà không kèm theo sự trao đổi phần tử vật chất. Hình thức trao đổi nhiệt luôn diễn ra từ vùng có mức năng lượng cao hơn (với nhiệt độ cao hơn) đến vùng có mức năng lượng thấp hơn (với nhiệt độ thấp hơn).

Sự truyền nhiệt trong kim loại thông qua sự chuyển động của các electron cũng là sự dẫn nhiệt. 3 i - Đối lưu nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện nhờ sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau hoặc sự truyền nhiệt từ một hệ rắn sang một hệ lỏng (hoặc khí) và ngược lại. Người ta phân biệt giữa đối lưu tự nhiên (dòng vật chất chuyển động nhờ nội năng trong chất lỏng, khí) và đối lưu cưỡng bức (dòng chuyển động do ngoại lực tác dụng, ví dụ như quạt, bơm. - Bức xạ nhiệt là sự trao đổi nhiệt thông qua sóng điện từ.Bức xạ nhiệt có thể truyền qua mọi loại vật chất cũng như qua chân không.

Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối (0 Kelvin) đều bức xạ nhiệt. Trong bức xạ nhiệt, dòng nhiệt không chỉ truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh mà còn theo chiều ngược lại. Tuy nhiên, vì dòng nhiệt từ nóng sang lạnh luôn luôn lớn hơn dòng từ lạnh sang nóng nên dòng nhiệt tổng hợp luôn theo chiều từ nóng sang lạnh. Hiểu theo một cách khác, sự chênh lệch nhiệt độ luôn nhỏ đi.

Trong bức xạ nhiệt, dòng nhiệt được tính thông qua định luật Stefan- Boltzmann. Sự trao đổi nhiệt 2. Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí Điều hòa không khí là thiết bị tuần hoàn không khí, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong không gian kín. Khác với thông gió, trong hệ thống điều hòa, không khí trước khi thổi vào phòng đã được xử lý về mặt nhiệt ẩm.

Vì thế điều hòa không khí sẽ đạt hiệu quả cao hơn thông gió. 4 i Điều hòa không khí trên ô tô là một thiết bị không chỉ điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn không khí trong xe mà nó còn hoạt động như một máy hút ẩm có chức năng điều khiển nhiệt độ thay đổi từ cao xuống thấp. Nó còn giúp loại bỏ các tác nhân gây cản trở tầm nhìn như sương mù, băng đọng trên mặt trong của kính xe. Các chức năng của điều hòa không khí trên ô tô: + Điều khiển nhiệt độ và thay đổi độ ẩm trong xe.

+ Điều khiển dòng không khí trong xe. + Lọc và làm sạch không khí. Khái quát hệ thống điều hoà không khí ô tô 2. Phân loại điều hòa theo vị trí lắp đặt *Điều hòa kiểu phía trước: Giàn lạnh của điều hòa kiểu phía trước được gắn sau bảng đồng hồ và được nối với giàn sưởi.

Motor quạt dẫn động quạt giàn lạnh. Gió từ bên ngoài hoặc không khí tuần hoàn bên trong được cuốn vào. Không khí đã làm lạnh (hoặc sấy) được đưa vào bên trong. Kiểu điều hòa phía trước *Điều hòa kiểu kép: Kiểu giàn lạnh này là sự kiểu kết hợp của kiểu phía trước với giàn lạnh phía sau được đặt trong khoang hành lý.

Cấu trúc này cho không khí thổi ra từ phía trước hoặc từ phía sau. Kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn và nhiệt độ đồng đều ở mọi nơi trong xe. Kiểu điều hòa kép *Điều hòa kép treo trần: Kiểu kép treo trần bố trí hệ thống điều hòa có giàn lạnh phía trước kết hợp với giàn lạnh trên trên trần xe. Kiểu thiết kế này giúp tăng được không gian khoang xe nên thích hợp với các loại xe khách.

Kiểu kép treo trần là kiểu điều hòa này được sử dụng chủ yếu cho khách ngồi với hệ thống làm lạnh được đặt ở phía trước có sự kết hợp của giàn lạnh treo ở trên trần giúp cho việc làm mát không khí được đồng đều và hiệu quả. Kiểu điều hòa kép treo trần 2. Phân loại điều hòa theo phương pháp điều khiển. *Kiểu bằng tay: Kiểu này cho phép điều khiển nhiệt độ bằng tay các công tắc và nhiệt độ đầu ra bằng cần gạt.

Ngoài ra còn có cần gạt hoặc công tắc điều khiển tốc độ quạt, điều khiển lượng gió, hướng gió. Điều khiển bằng tay (Khi trời nóng) Hình 2. Điều khiển bằng tay (Khi trời lạnh) *Kiểu tự động: Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn, bằng cách trang bị bộ điều khiển điều hòa và ECU động cơ. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ không khí ra và tốc độ động cơ quạt một cách tự động dựa trên nhiệt độ bên trong xe, bên ngoài xe, và bức xạ mặt trời báo về hộp điều khiển thông qua các cảm biến tương ứng, nhằm điều khiển nhiệt độ bên trong xe theo nhiệt độ mong muốn.

Điều khiển tự động 7 i 2. Điều khiển nhiệt độ 2.