Giáo Trình Kỹ Thuật Lạnh Tại Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM

Giáo trình kỹ thuật về kỹ thuật lạnh iuh, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Lạnh
• Đề tài: Giáo Trình Kỹ Thuật Lạnh
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH
• 1.1. Khái niệm về nóng và lạnh
• 1.2. Phương pháp tạo ra nhiệt độ thấp
• 1.2.1. Làm lạnh khi các chất biến đổi pha
• 1.2.2. Sự nóng chảy
• 1.2.3. Thăng hoa
• 1.2.4. Làm lạnh bằng cách giãn nở khí
• 1.2.5. Làm lạnh bằng tiết lưu (hiệu ứng Joule-Thomson)
• 1.2.6. Làm lạnh bằng hiệu ứng xoáy
• 1.2.7. Làm lạnh bằng hiệu ứng nhiệt điện
• 1.3. Quá trình nghịch khép kín
• 1.3.1. Chu trình lạnh
• 1.3.2. Năng suất lạnh và năng suất lạnh riêng
• 1.3.3. Sự phụ thuộc của năng suất lạnh vào nhiệt độ sôi to và nhiệt độ ngưng tụ tk
• 1.3.4. Chu trình bơm nhiệt
• 1.3.5. Chu trình hỗn hợp
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU LẠNH
• 2.1. Môi chất lạnh
• 2.1.1. Yêu cầu đối với môi chất lạnh
• 2.1.1.1. Yêu cầu về nhiệt động
• 2.1.1.2. Yêu cầu về hoá lý
• 2.1.1.3. Yêu cầu về sinh lý
• 2.1.1.4. Yêu cầu về kinh tế
• 2.1.2. Một số môi chất lạnh thông dụng
• 2.1.2.1. Môi chất NH3 (Amoniac)
• 2.1.2.2. Môi chất Freon 12
• 2.1.2.3. Môi chất Freon 22
• 2.1.2.4. Môi chất Freon 134a
• 2.2. Chất tải lạnh
• 2.2.1. Các yêu cầu đối với chất tải lạnh
• 2.2.1.1. Tính chất hoá học
• 2.2.1.2. Tính chất vật lý
• 2.2.1.3. Tính chất sinh lý
• 2.2.1.4. Tính kinh tế
• 2.2.1.5. Tính an toàn cháy nổ
• 2.2.2. Các chất tải lạnh thường dùng
• 2.2.2.1. Dung dịch nước muối NaCl
• 2.2.2.2. Dung dịch nước muối CaCl2
• 2.3. Dầu bôi trơn
• 2.3.1. Nhiệm vụ của dầu bôi trơn
• 2.3.2. Yêu cầu đối với dầu bôi trơn
• 2.3.3. Một số tính chất cơ bản của dầu bôi trơn
• 2.3.3.1. Khối lượng riêng
• 2.3.3.2. Nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ lưu động
• 2.3.3.3. Nhiệt độ bốc cháy
• 2.3.3.4. Hàm lượng nước và tính hút ẩm của dầu
• 2.3.3.5. Sức căng bề mặt
• 2.3.3.6. Hàm lượng asfat
• 2.3.3.7. Tính ổn định nhiệt
• 2.3.3.8. Hình dạng và mầu sắc
• 2.3.3.9. Sự sủi bọt
• 2.3.3.10. Tính bôi trơn và tính chất mài mòn
• 2.3.4. Các đặc tính riêng biệt của dầu lạnh
• 2.3.4.1. Tính ổn định với môi chất lạnh
• 2.3.4.2. Nhiệt độ vẩn đục
• 2.3.4.3. Sự hoà tan dầu với môi chất lạnh
• 2.3.4.4. Độ nhớt của hỗn hợp
• 2.3.4.5. Độ lưu động của hỗn hợp
• 2.3.5. Sử dụng dầu lạnh
• 2.3.5.1. Sử dụng dầu trong máy lạnh NH3
• 2.3.5.2. Sử dụng dầu trong máy lạnh freon
• 2.3.6. Ảnh hưởng của tính hòa tan dầu trong môi chất lạnh đến sự làm việc của hệ thống lạnh
• 2.3.6.1. Làm giảm năng suất lạnh
• 2.3.6.2. Đặc tính khởi động của máy nén
• 2.3.6.3. Sự trao đổi nhiệt trong thiết bị
• 2.3.6.4. Sự tuần hoàn dầu trong hệ thống
• 2.4. Vật liệu cách nhiệt
• 2.4.1. Một số phương pháp cách nhiệt lạnh
• 2.4.1.1. Cách nhiệt bằng bọt xốp
• 2.4.1.2. Cách nhiệt bằng phương pháp điền đầy
• 2.4.1.3. Phương pháp cách nhiệt chân không
• 2.4.2. Các tính chất của vật liệu cách nhiệt lạnh
• 2.4.2.1. Yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt lạnh
• 2.4.2.2. Hệ số dẫn nhiệt
• 2.4.2.3. Sự phụ thuộc vào khối lượng riêng
• 2.4.2.4. Phụ thuộc vào độ lớn của lỗ xốp
• 2.4.2.5. Ảnh hưởng của cấu trúc phân tử rắn
• 2.4.2.6. Ảnh hưởng của độ ẩm
• 2.4.2.7. Ảnh hưởng của áp suất không khí
• 2.4.2.8. Ảnh hưởng của độ ẩm và độ khuyếch tán ẩm đến tính chất của vật liệu cách nhiệt
• 2.4.2.9. Độ ẩm cân bằng của vật liệu
• 2.4.2.10. Độ hút ẩm mao dẫn
• 2.4.2.11. Độ khuyếch tán ẩm qua các vật liệu cách nhiệt
• 2.4.2.12. Một số tính chất khác
• 3. CHƯƠNG 3: CHU TRÌNH LẠNH MỘT CẤP NÉN
• 3.1. Chu trình Carnot ngược chiều
• 3.1.1. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động
• 3.1.2. Nguyên lý làm việc
• 3.1.3. Tính toán chu trình
• 3.2. Chu trình khô
• 3.2.1. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động
• 3.2.2. Nguyên lý làm việc
• 3.2.3. Tính toán chu trình
• 3.3. Chu trình quá lạnh, quá nhiệt
• 3.3.1. Quá lạnh, quá nhiệt
• 3.3.2. Nguyên nhân gây ra quá lạnh, quá nhiệt
• 3.3.3. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động
• 3.3.4. Nguyên lý làm việc
• 3.3.5. Tính toán chu trình
• 3.4. Chu trình hồi nhiệt
• 3.4.1. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị nhiệt động
• 3.4.2. Nguyên lý làm việc
• 3.4.3. Tính toán chu trình
• 4. CHƯƠNG 4: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NHIỀU CẤP
• 4.1. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian một phần
• 4.1.1. Chu trình lý thuyết
• 4.1.2. Tính toán chu trình
• 4.2. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian một phần
• 4.2.1. Chu trình lý thuyết
• 4.2.2. Tính toán chu trình
• 4.3. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần
• 4.3.1. Cơ sở hình thành
• 4.3.2. Chu trình lý thuyết
• 4.3.3. Tính toán chu trình
• 4.4. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn
• 4.4.1. Cơ sở hình thành
• 4.4.2. Chu trình lý thuyết
• 4.4.3. Tính toán chu trình
• 4.5. Chu trình hồi nhiệt hai cấp nén
• 4.5.1. Chu trình lý thuyết
• 5. CHƯƠNG 5: MÁY NÉN LẠNH
• 5.1. Công dụng và phân loại máy nén
• 5.2. Quá trình nén lý thuyết
• 5.3. Quá trình nén thực
• 5.4. Máy một tầm nén
• 5.5. Máy nén hai tầm (Một máy 2 tầm nén)
• 5.6. Các bộ phận chi tiết trong máy nén pittông
• 5.6.1. Đầu van an toàn (Safety valve) và cơ cấu van
• 5.6.2. Bộ tải và giảm tải (Unloader mechanism)
• 5.6.3. Van xoay tay
• 5.6.4. Cơ cấu bôi trơn (Lubrication mechanism)
• 5.6.5. Kính xem dầu (oil sight glass)
• 5.6.6. Bộ tản nhiệt dầu (Oil cooler)
• 5.6.7. Cơ cấu bộ đệm kín (Shaft seal mechanism)
• 5.6.8. Pistong và sơ mi xylanh
• 5.6.9. Cụm van hút, van đẩy
• 5.7. Tính toán máy nén pittông
• 5.7.1. Thể tích hút lý thuyết
• 5.7.2. Thể tích hút thực tế
• 5.7.3. Năng suất khối lượng của máy nén
• 5.7.4. Hiệu suất nén và công suất động cơ yêu cầu
• 5.7.5. Năng suất lạnh của máy nén
• 5.8. Máy nén roto tấm trượt
• 5.9. Máy nén xoắn ốc
• 5.10. Cấu tạo máy nén trục vít
• 5.11. Nhiệt độ cuối tầm nén, tỉ số nén, hệ số cấp
• 5.12. Điều chỉnh năng suất lạnh máy nén
• 5.13. Máy nén ly tâm
• 5.13.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• 5.13.1.1. Tốc độ vòng quay
• 5.13.1.2. Ưu và nhược điểm
• 6. CHƯƠNG 6: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
• 6.1. Đặc điểm của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh
• 6.1.1. Vai trò, vị trí của thiết bị ngưng tụ
• 6.1.2. Đặc điểm của thiết bị ngưng tụ
• 6.2. Khái niệm và Phân loại thiết bị ngưng tụ
• 6.2.1. Khái niệm về thiết bị ngưng tụ
• 6.2.2. Phân loại thiết bị ngưng tụ
• 6.2.2.1. Theo môi trường làm mát, có thể chia các thiết bị ngưng tụ thành 4 nhóm
• 6.2.2.2. Theo đặc điểm của quá trình ngưng tụ môi chất, có thể chia các thiết bị ngưng tụ thành 2 nhóm lớn
• 6.2.2.3. Theo đặc điểm của quá trình lưu động của môi trường làm mát qua bề mặt trao đổi nhiệt có thể chia các thiết bị ngưng tụ thành các nhóm
• 6.3. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước
• 6.3.1. Bình ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang
• 6.3.1.1. Cấu tạo chung của bình ngưng NH3 và Freon
• 6.3.1.2. Nguyên lý hoạt động
• 6.3.1.3. Sự khác biệt giữa bình ngưng ống vỏ nằm ngang NH3 và bình ngưng ống vỏ nằm ngang Freon
• 6.3.2. Bình ngưng tụ ống vỏ thẳng đứng
• 6.3.2.1. Nguyên lý hoạt động
• 6.3.2.2. Năng suất làm việc
• 6.3.2.3. Ưu, nhược điểm của bình ngưng tụ ống vỏ NH3 và Freon
• 6.3.3. Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử và kiểu ống lồng
• 6.3.3.1. Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử
• 6.3.3.2. Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng
• 6.3.3.3. Ưu và nhược điểm của cả 2 thiết bị kiểu phần tử và kiểu ống lồng
• 6.3.4. Thiết bị ngưng tụ kiểu panen
• 6.3.4.1. Nguyên lý hoạt động
• 6.3.4.2. Ưu và nhược điểm của thiết bị
• 6.4. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí
• 6.4.1. Dàn ngưng đối lưu tự nhiên
• 6.4.2. Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức
• 6.4.2.1. Nguyên lý hoạt động
• 6.4.2.2. Năng suất làm việc
• 6.4.2.3. Ưu và nhược điểm của thiết bị
• 6.5. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí
• 6.5.1. Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới
• 6.5.1.1. Nguyên lý hoạt động
• 6.5.1.2. Năng suất làm việc
• 6.5.1.3. Ưu và nhược điểm của thiết bị
• 6.5.2. Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi
• 6.5.2.1. Nguyên lý hoạt động
• 6.5.2.2. Năng suất làm việc
• 6.5.2.3. Ưu và nhược điểm của thiết bị
• 6.5.2.4. Sự khác biệt giữa thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi và kiểu tưới
• 6.6. Tính chọn thiết bị ngưng tụ
• 6.6.1. Chọn kiểu của thiết bị thiết kế và dự kiến chế độ làm việc
• 6.6.2. Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk trong quá trình tính toán nhiệt chu trình máy lạnh
• 6.6.3. Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh và môi trường ttb
• 6.6.4. Xác định hệ số truyền nhiệt k
• 6.6.5. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F, m2
• 6.6.6. Xác định chiều dài tổng cộng ống thiết bị ngưng tụ
• 6.6.7. Bố trí kết cấu thiết bị ngưng tụ
• 6.6.7.1. Xác định số ống trong một đường nước theo vận tốc nước đã chọn
• 6.6.7.2. Xác định tổng số ống
• 6.6.7.3. Xác định thông số m
• 6.6.7.4. Xác định đường kính mặt sàng D (đường kính trong của vỏ)
• 6.6.7.5. Xác định số đường nước z
• 6.6.7.6. Xác định tiết diện giữa các ống để môi chất lưu động
• 7. CHƯƠNG 7: THIẾT BỊ BAY HƠI
• 7.1. Khái niệm và phân loại thiết bị bay hơi
• 7.1.1. Khái niệm về thiết bị bay hơi
• 7.1.2. Phân loại thiết bị bay hơi
• 7.1.2.1. Theo môi trường làm lạnh
• 7.1.2.2. Theo mức độ choán chỗ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị
• 7.1.2.3. Theo điều kiện tuần hoàn của chất tải lạnh
• 7.2. Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng
• 7.2.1. Thiết bị bay hơi ống vỏ kiểu ngập
• 7.2.1.1. Cấu tạo
• 7.2.1.2. Sự khác nhau về cấu tạo giữa bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập amôniăc và bình bay hơi ống vỏ frêôn
• 7.2.1.3. Nguyên lý làm việc
• 7.2.1.4. Ưu và nhược điểm
• 7.2.2. Thiết bị bay hơi ống vỏ môi chất sôi trong ống và trong kênh
• 7.2.2.1. Bình bay hơi ống vỏ chùm ống thẳng, chùm ống chữ U
• 7.2.2.2. Thiết bị bay hơi kiểu panen
• 7.2.2.3. Dàn lạnh xương cá
• 7.2.2.4. Dàn lạnh tấm bản
• 7.3. Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
• 7.3.1. Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí bằng nước và nước muối
• 7.3.1.1. Nguyên lý làm việc
• 7.3.2. Thiết bị làm lạnh không khí kiểu hỗn hợp
• 7.3.2.1. Nguyên lý làm việc
• 7.3.2.2. Ưu và nhược điểm
• 7.4. Tính chọn thiết bị bay hơi
• 7.4.1. Chọn loại thiết bị bay hơi
• 7.4.2. Tính diện tích trao đổi nhiệt
• 7.4.3. Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình ttb
• 7.4.4. Xác định hệ số truyền nhiệt k
• 7.4.5. Xác định lưu lượng chất tải lạnh lỏng hoặc không khí làm lạnh
• 7.4.6. Xác định tổng chiều dài truyền nhiệt L
• 7.4.7. Xác định số ống trong một hàng của thiết bị và tổng số ống trong thiết bị
• 7.4.7.1. Số ống trong một hàng của thiết bị, n1
• 7.4.7.2. Tổng số ống trong thiết bị, n
• 7.4.8. Cách bố trí ống trong thiết bị bay hơi
• 7.4.8.1. Xác định bước ống
• 7.4.8.2. Xác định số ống bố trí trên đường chéo lớn nhất của lục giác ngoài cùng trên mặt sàng m
• 7.4.9. Xác định đường kính mặt sàng và đường kính trong của bình bay hơi
• 7.4.9.1. Đường kính mặt sàng
• 7.4.9.2. Đường kính trong của bình bay hơi
• 8. CHƯƠNG 8: THIẾT BỊ TIẾT LƯU
• 8.1. Lý thuyết chung về tiết lưu
• 8.2. Van tiết lưu tay
• 8.3. Van tiết lưu nhiệt
• 8.3.1. Nguyên lý làm việc
• 8.4. Van tiết lưu điện tử
• 9. CHƯƠNG 9: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH
• 9.1. Thiết bị tách lọc
• 9.1.1. Thiết bị tách dầu
• 9.1.1.1. Lý do cần phải tách dầu
• 9.1.1.2. Vị trí lắp đặt bình tách dầu
• 9.1.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động, phạm vi sử dụng bình tách dầu
• 9.1.1.4. Các lưu ý khi lắp đặt và sử dụng bình tách dầu
• 9.1.1.5. Tính toán chọn bình tách dầu
• 9.1.2. Thiết bị tách lỏng
• 9.1.2.1. Lý do cần phải tách lỏng
• 9.1.2.2. Vị trí lắp đặt bình tách lỏng
• 9.1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động, phạm vi sử dụng bình tách lỏng
• 9.1.2.4. Tính toán chọn bình tách lỏng
• 9.1.3. Thiết bị tách khí không ngưng
• 9.1.3.1. Lý do cần phải tách khí không ngưng
• 9.1.3.2. Nguyên nhân khí không ngưng lọt vào bên trong hệ thống lạnh
• 9.1.3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bình tách khí không ngưng
• 9.1.4. Thiết bị lọc
• 9.1.4.1. Lý do cần phải lắp đặt thiết bị tách lọc
• 9.1.4.2. Các loại thiết bị lọc
• 9.2. Thiết bị chứa đựng
• 9.2.1. Bình chứa cao áp
• 9.2.1.1. Nhiệm vụ của bình chứa cao áp
• 9.2.1.2. Cấu tạo, vị trí lắp đặt bình chứa cao áp
• 9.2.1.3. Xác định thể tích bình chứa cao áp
• 9.2.2. Bình chứa hạ áp
• 9.2.2.1. Nhiệm vụ của bình chứa hạ áp
• 9.2.2.2. Cấu tạo và vị trí lắp đặt bình chứa hạ áp
• 9.2.2.3. Xác định thể tích bình chứa hạ áp
• 9.2.3. Bình chứa tuần hoàn
• 9.2.3.1. Nhiệm vụ của bình chứa tuần hoàn
• 9.2.3.2. Cấu tạo và vị trí lắp đặt bình chứa tuần hoàn
• 9.2.3.3. Xác định thể tích bình chứa tuần hoàn
• 9.2.4. Bình chứa bảo vệ
• 9.2.5. Bình chứa dầu (Bình tập trung dầu)
• 9.2.5.1. Nhiệm vụ của bình chứa dầu
• 9.2.5.2. Cấu tạo bình chứa dầu và nguyên lý hoạt động
• 9.2.5.3. Chọn dung tích bình chứa dầu
• 9.2.6. Bình giữ mức lỏng – tách lỏng
• 9.2.6.1. Nhiệm vụ của bình giữ mức lỏng – tách lỏng
• 9.2.6.2. Cấu tạo bình giữ mức - tách lỏng
• 9.2.7. Bình trung gian
• 9.2.7.1. Nhiệm vụ của bình trung gian
• 9.2.7.2. Cấu tạo của bình trung gian
• 9.2.7.3. Tính toán bình trung gian
• 9.3. Thiết bị đường ống
• 9.3.1. Ống tiêu âm
• 9.3.2. Van một chiều
• 9.3.3. Van an toàn
• 9.4. Một số các thiết bị phụ khác
• 9.4.1. Thiết bị hồi nhiệt
• 9.4.1.1. Nhiệm vụ của thiết bị hồi nhiệt
• 9.4.1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc thiết bị hồi nhiệt
• 9.4.2. Thiết bị quá lạnh
• 9.4.2.1. Nhiệm vụ của thiết bị quá lạnh lỏng
• 9.4.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc thiết bị quá lạnh
• 9.4.3. Thiết bị tháp giải nhiệt
• 9.4.3.1. Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt nước
• 9.4.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tháp giải nhiệt

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Kỹ Thuật Lạnh Tại ĐH Công Nghiệp TP

Giáo trình Kỹ thuật lạnh tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM cung cấp kiến thức cơ bản và chuyên sâu về lĩnh vực kỹ thuật lạnh. Chương trình đào tạo này không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành cần thiết. Nội dung giáo trình bao gồm các khái niệm cơ bản về nhiệt động học, vật liệu lạnh, và các chu trình lạnh. Đặc biệt, giáo trình còn đề cập đến các ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp lạnh.

1.1. Nội dung chính của giáo trình Kỹ thuật lạnh

Giáo trình bao gồm các chương như cơ sở nhiệt động, vật liệu lạnh, và chu trình lạnh. Mỗi chương được thiết kế để cung cấp kiến thức từ cơ bản đến nâng cao, giúp sinh viên hiểu rõ về công nghệ lạnh.

1.2. Đối tượng và mục tiêu đào tạo

Đối tượng của chương trình là sinh viên ngành công nghệ lạnh. Mục tiêu là trang bị cho sinh viên kiến thức vững chắc và kỹ năng thực hành, đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động.

II. Thách thức trong việc giảng dạy Kỹ thuật lạnh tại ĐH Công Nghiệp TP

Việc giảng dạy kỹ thuật lạnh tại ĐH Công nghiệp TP.HCM gặp phải nhiều thách thức. Một trong số đó là sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ và yêu cầu từ thị trường. Giảng viên cần cập nhật kiến thức mới và cải tiến phương pháp giảng dạy để phù hợp với xu hướng hiện đại.

2.1. Sự thay đổi công nghệ trong ngành lạnh

Công nghệ lạnh đang phát triển nhanh chóng với nhiều cải tiến mới. Điều này đòi hỏi giáo trình phải thường xuyên được cập nhật để sinh viên có thể tiếp cận với những công nghệ tiên tiến nhất.

2.2. Nhu cầu từ thị trường lao động

Thị trường lao động yêu cầu sinh viên không chỉ có kiến thức lý thuyết mà còn phải có kỹ năng thực hành. Điều này tạo ra áp lực lớn cho giảng viên trong việc thiết kế chương trình học.

III. Phương pháp giảng dạy hiệu quả trong Kỹ thuật lạnh

Để nâng cao chất lượng giảng dạy, các phương pháp giảng dạy hiện đại được áp dụng trong chương trình kỹ thuật lạnh. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành là rất quan trọng để sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tế.

3.1. Kết hợp lý thuyết và thực hành

Giảng viên sử dụng các mô hình thực tế và thiết bị thí nghiệm để sinh viên có thể trải nghiệm trực tiếp. Điều này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết.

3.2. Sử dụng công nghệ trong giảng dạy

Công nghệ như mô phỏng và phần mềm thiết kế được sử dụng để hỗ trợ giảng dạy. Điều này giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan và thực tế hơn về ngành công nghệ lạnh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Kỹ thuật lạnh trong ngành công nghiệp

Kỹ thuật lạnh có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như thực phẩm, y tế và công nghiệp. Việc hiểu rõ các ứng dụng này giúp sinh viên có cái nhìn rõ hơn về vai trò của kỹ thuật lạnh trong đời sống.

4.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Kỹ thuật lạnh được sử dụng để bảo quản thực phẩm, giúp kéo dài thời gian sử dụng và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các công nghệ như làm lạnh nhanh và đông lạnh được áp dụng rộng rãi.

4.2. Ứng dụng trong ngành y tế

Trong ngành y tế, công nghệ lạnh được sử dụng để bảo quản thuốc và vaccine. Việc duy trì nhiệt độ ổn định là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của các sản phẩm này.

V. Kết luận và tương lai của Kỹ thuật lạnh tại ĐH Công Nghiệp TP

Giáo trình Kỹ thuật lạnh tại ĐH Công nghiệp TP.HCM đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành công nghệ lạnh. Tương lai của chương trình hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến và cập nhật để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Định hướng phát triển chương trình đào tạo

Chương trình sẽ tiếp tục được cải tiến để phù hợp với xu hướng công nghệ mới. Việc hợp tác với các doanh nghiệp cũng sẽ được tăng cường để sinh viên có cơ hội thực tập và làm việc thực tế.

5.2. Tầm quan trọng của Kỹ thuật lạnh trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao trong ngành lạnh, kỹ thuật lạnh sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Đào tạo chất lượng cao sẽ giúp sinh viên tự tin bước vào thị trường lao động.

Nội dung chính

THƯ MỤC VÀ MÔ TẢ HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT LẠNH

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Kỹ thuật Lạnh do Bộ môn Kỹ thuật Lạnh - Điều hòa Không khí (KTL - ĐHKK), Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh biên soạn và lưu hành nội bộ (ấn bản năm 2015). Đây là tài liệu giảng dạy trọng tâm thuộc khối kiến thức cơ sở ngành và chuyên ngành bắt buộc trong chương trình đào tạo kỹ sư, cử nhân ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt - Lạnh.

Mục tiêu học tập của giáo trình nhằm trang bị cho người học hệ thống cơ sở lý thuyết nhiệt động của các phương pháp sản xuất lạnh, phương pháp phân tích và tính toán chu trình máy lạnh một cấp và nhiều cấp; đồng thời cung cấp các nguyên lý lựa chọn vật liệu lạnh (môi chất, chất tải lạnh, dầu bôi trơn, vật liệu cách nhiệt) và quy trình tính toán, thiết kế, lựa chọn các thiết bị chính (máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, van tiết lưu) cùng các thiết bị phụ trợ trong hệ thống lạnh công nghiệp và dân dụng.

Giáo trình được cấu trúc thành 9 chương theo phương pháp tiếp cận từ nguyên lý nhiệt động nền tảng, khảo sát vật liệu chuyên dụng, tính toán chu trình nhiệt động cho đến tính toán thiết kế kết cấu cơ khí - nhiệt của từng thiết bị trong một hệ thống hoàn chỉnh. Điểm đặc thù của tài liệu là sự tích hợp chặt chẽ giữa công thức lý thuyết giải tích và các bảng số liệu, đồ thị nhiệt động học ($T-s$, $\lg p-h$) cùng hướng dẫn từng bước thiết kế hình học cụ thể cho thiết bị trao đổi nhiệt.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

[Chương 1: Cơ sở nhiệt động của máy lạnh]
[Chương 2: Vật liệu lạnh (Môi chất, Dầu, Cách nhiệt)]
[Chương 3 & 4: Chu trình máy lạnh một cấp & nhiều cấp]
[Chương 5, 6, 7, 8: Máy nén, Thiết bị ngưng tụ, Bay hơi & Tiết lưu]
[Chương 9: Các thiết bị phụ trong hệ thống lạnh]

Các chương và chủ đề chính

• Chương 1: Cơ sở nhiệt động của máy lạnh: Khảo sát các hiện tượng và phương pháp tạo nhiệt độ thấp bao gồm biến đổi pha (nóng chảy của hỗn hợp muối $\text{NaCl}, \text{CaCl}_2$, sôi, thăng hoa của đá khô $\text{CO}_2$), giãn nở khí đoạn nhiệt, tiết lưu Joule-Thomson, hiệu ứng ống xoáy Ranke và hiệu ứng nhiệt điện Peltier. Thiết lập các thông số trạng thái trên giản đồ $T-s$, $\lg p-h$, chu trình Carnot ngược chiều, chu trình bơm nhiệt và chu trình hỗn hợp.
• Chương 2: Vật liệu lạnh: Phân tích các tiêu chí nhiệt động, hóa lý, sinh lý và kinh tế của môi chất vô cơ ($\text{NH}_3$) và môi chất freon ($\text{R12}, \text{R22}, \text{R134a}$); chất tải lạnh (nước, dung dịch muối $\text{NaCl}, \text{CaCl}_2$); tính chất của dầu bôi trơn gốc khoáng và tổng hợp (dầu $\text{XA30}, \text{XA35}$, dầu este), hiện tượng hòa tan dầu trong môi chất; cùng các vật liệu và phương pháp cách nhiệt lạnh (polyurethane, polystyrene, cách nhiệt chân không).
• Chương 3 & Chương 4: Chu trình máy lạnh một cấp và nhiều cấp: Phân tích nguyên lý và phương pháp tính toán chu trình Carnot ngược, chu trình khô, chu trình quá lạnh - quá nhiệt, chu trình hồi nhiệt; các dạng chu trình hai cấp nén với một hoặc hai tiết lưu, làm mát trung gian một phần hoặc toàn phần và bình trung gian có ống xoắn.
• Chương 5: Máy nén lạnh: Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán nhiệt - thể tích cho máy nén piston (thể tích hút lý thuyết, thể tích hút thực tế, năng suất khối lượng, công suất động cơ yêu cầu), cùng các dạng máy nén trục vít, xoắn ốc (scroll), roto tấm trượt và máy nén ly tâm; cơ cấu giảm tải (unloader) và bôi trơn.
• Chương 6 & Chương 7: Thiết bị ngưng tụ và Thiết bị bay hơi: Phân loại và nguyên lý làm việc của bình ngưng ống vỏ nằm ngang/đứng cho $\text{NH}_3$ và Freon, dàn ngưng không khí đối lưu cưỡng bức, thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi và kiểu tưới; bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập, dàn lạnh tấm bản, dàn lạnh xương cá; quy trình chuẩn hóa tính chọn diện tích trao đổi nhiệt $F$, hệ số truyền nhiệt $k$ và kết cấu mặt sàng.
• Chương 8 & Chương 9: Thiết bị tiết lưu và Các thiết bị phụ: Khảo sát van tiết lưu tay, van tiết lưu nhiệt, van tiết lưu điện tử; cấu tạo, nguyên lý và tính toán lựa chọn các thiết bị tách dầu, tách lỏng, tách khí không ngưng, bình chứa cao áp/hạ áp/tuần hoàn, bình trung gian và tháp giải nhiệt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố và phát triển các khối kiến thức lý thuyết cơ sở bao gồm:

• Định luật II Nhiệt động học áp dụng cho chu trình ngược chiều: Thiết lập mối quan hệ giữa nhiệt lượng lấy từ nguồn lạnh $q_0$, công nén tiêu hao $l_c$ và nhiệt lượng thải cho nguồn nóng $q_k$.
• Mô hình hiệu suất lạnh lý tưởng: Biểu thức hệ số lạnh Carnot $\varepsilon = \frac{T_0}{T_k - T_0}$ và hệ số làm nóng của bơm nhiệt $\mu = \varepsilon + 1 = \frac{T_k}{T_k - T_0}$, làm cơ sở đánh giá độ hoàn thiện nhiệt động của máy lạnh thực tế.
• Hiện tượng truyền nhiệt - truyền chất phức hợp: Cơ chế dẫn nhiệt qua vách đa lớp, ảnh hưởng của trở nhiệt màng dầu, hiện tượng ngưng tụ và bay hơi môi chất trong/ngoài ống, cùng quá trình khuếch tán ẩm do chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước qua kết cấu cách nhiệt.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tra cứu bảng thông số hơi bão hòa; biểu diễn chu trình làm việc của hệ thống lạnh trên đồ thị $\lg p-h$ và $T-s$; xác định entanpi, entropi, thể tích riêng tại các điểm nút của chu trình.
• Kỹ năng tính toán và phân tích (Analytical skills): Tính toán cân bằng nhiệt, xác định năng suất lạnh riêng thể tích $q_v$, lưu lượng khối lượng môi chất, công nén chỉ thị và hệ số cấp $\lambda$; phân tích định lượng ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi $t_0$ và nhiệt độ ngưng tụ $t_k$ tới hệ số làm lạnh $\varepsilon$.
• Kỹ năng thiết kế thực tế (Practical competencies): Tính toán diện tích trao đổi nhiệt $F$; xác định số lượng ống truyền nhiệt, bước ống, đường kính trong vỏ thiết bị và phân bố số đường nước $z$ trên mặt sàng của bình ngưng và bình bay hơi; tính chọn thể tích bình chứa cao áp và bình tách dầu.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Thành phần	Phương thức triển khai trong giáo trình
Tiếp cận sư phạm	Diễn dịch từ quy luật nhiệt động tổng quát đến mô hình chu trình lý thuyết, chu trình thực tế và thiết kế chi tiết từng cụm thiết bị.
Ví dụ định lượng mẫu	Cung cấp bài toán mẫu (như xác định thông số trạng thái và nhiệt lượng của $20\text{ kg }\text{NH}_3$ tại nhiệt độ sôi $-20^\circ\text{C}$).
Thuật toán thiết kế	Quy trình hóa các bước tính chọn thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi theo 7-8 bước tuần tự.
Tự học và tra cứu	Sử dụng hệ thống bảng số liệu nhiệt động hơi bão hòa ở phần phụ lục để tính toán chu trình độc lập.

Phương pháp tiếp cận sư phạm của giáo trình tuân theo cấu trúc suy luận kỹ thuật: phân tích hiện tượng vật lý $\rightarrow$ thành lập mô hình toán học và nhiệt động $\rightarrow$ thiết lập phương trình cân bằng năng lượng $\rightarrow$ dẫn xuất công thức tính toán kích thước kết cấu.

Giáo trình cung cấp các bài tập ví dụ mẫu có số liệu thực tế, yêu cầu người học tra cứu số liệu entanpi ($h$), entropi ($s$), áp suất bão hòa ($p$) từ bảng hơi bão hòa tương ứng để giải quyết các bài toán về cân bằng nhiệt và tiêu hao công nén.

Đối với phần tính toán thiết bị, tài liệu hướng dẫn học viên thực hiện theo quy trình chuẩn:

1. Xác định phụ tải nhiệt ($Q_k$ hoặc $Q_0$).
2. Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình logarit ($\Delta t_{tb}$).
3. Tính toán hệ số truyền nhiệt $k$.
4. Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt $F$.
5. Bố trí số ống, bước ống và tính toán đường kính vỏ thiết bị.

Phương pháp đánh giá học tập dựa trên khả năng đọc hiểu đồ thị nhiệt động, tính toán chính xác chu trình máy lạnh một cấp/hai cấp và hoàn thành thuyết minh thiết kế cho các thiết bị trao đổi nhiệt.

---

Điểm nổi bật và tính ứng dụng thực tế

           [LÝ THUYẾT NHIỆT ĐỘNG & VẬT LIỆU]
[HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP NH3]        [HỆ THỐNG DÂN DỤNG FREON]
- Bôi trơn: Dầu XA30, XA35        - Môi chất: R12, R22 -> R134a
- Đặc tính: Dầu không tan NH3     - Đặc tính: Dầu tan trong Freon
- Kết cấu: Bầu lắng dầu,          - Kết cấu: Bẫy dầu đường hút,
  bình tách dầu hiệu suất 95%       bộ sấy dầu cácte chống sủi bọt

• Cập nhật quy định về môi chất lạnh: Phân tích rõ lộ trình loại bỏ và thay thế môi chất: môi chất $\text{R12}$ bị cấm sử dụng do chỉ số phá hủy tầng ozone và gây hiệu ứng nhà kính; $\text{R22}$ bị hạn chế; môi chất thay thế $\text{R134a}$ đi kèm các yêu cầu thay đổi về dầu bôi trơn gốc este, phin sấy lọc và gioăng đệm cao su.
• Đặc tính dầu bôi trơn trong môi trường làm việc: Khảo sát chi tiết hành vi hóa lý của dầu bôi trơn khi kết hợp với từng nhóm môi chất:
  • Hệ thống $\text{NH}_3$: Dầu không hòa tan trong $\text{NH}_3$, tỷ trọng lớn hơn môi chất nên lắng đọng dưới đáy thiết bị; yêu cầu lắp đặt bình tách dầu trên đường đẩy (hiệu suất tối đa 95%) và bầu lắng định kỳ xả dầu về cácte; sử dụng dầu chuyên dụng như $\text{XA30}, \text{XA35}$.
  • Hệ thống Freon: Môi chất hòa tan một phần hoặc toàn phần trong dầu; phân tích hiện tượng dầu bị giữ lại trong dàn bay hơi ở nhiệt độ thấp đòi hỏi thiết kế bẫy dầu trên đường ống hút; hiện tượng môi chất bốc hơi đột ngột gây sủi bọt dầu trong cácte khi khởi động máy nén kín và giải pháp dùng điện trở sấy dầu.
• Kỹ thuật cách nhiệt lạnh: Phân loại và so sánh hệ số dẫn nhiệt giữa bọt xốp polyurethane ($\lambda = 0{,}022\text{ W/m}\cdot\text{K}$), polystyrene, bột cách nhiệt tự nhiên (perlite, aerosil hạt $0{,}3 - 3\text{ mm}$) và cách nhiệt chân không (ở áp suất $0{,}1 - 1\text{ Pa}$ đạt $\lambda = 1%$ so với áp suất khí quyển). Làm rõ cơ chế xâm nhập ẩm do chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước từ môi trường nóng vào môi trường lạnh.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học và cao đẳng: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Nhiệt Lạnh, Kỹ thuật Điều hòa Không khí. Giáo trình đóng vai trò là tài liệu học tập chính thức cho học phần Kỹ thuật Lạnh.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần:
  • Nhiệt động lực học kỹ thuật (các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí và hơi, chu trình thuận - nghịch).
  • Truyền nhiệt và Truyền chất (dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ, trao đổi nhiệt phức hợp).
  • Cơ học chất lỏng và Vật liệu học cơ khí.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm đề cương chuẩn để biên soạn bài giảng lý thuyết, thiết kế bài tập lớn và hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế Hệ thống Lạnh hoặc đồ án Tốt nghiệp kỹ sư Nhiệt Lạnh.
• Cán bộ kỹ thuật và kỹ sư công trình: Sử dụng làm tài liệu tra cứu các công thức tính toán thể tích bình chứa cao áp, dung tích bình tách dầu, phương pháp bố trí ống trao đổi nhiệt trên mặt sàng và quy trình vận hành hệ thống lạnh công nghiệp sử dụng $\text{NH}_3$ hoặc Freon.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên theo học ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Lạnh tại các trường đại học kỹ thuật, đồng thời phù hợp làm tài liệu tra cứu kỹ thuật cho các kỹ sư đang làm việc trong lĩnh vực thiết kế, lắp đặt và vận hành trạm lạnh, nhà máy đá và kho lạnh công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững kiến thức về Nhiệt động lực học kỹ thuật (đặc biệt là các định luật nhiệt động và bảng trạng thái của hơi nước/môi chất), lý thuyết Truyền nhiệt (phương trình truyền nhiệt qua vách), Thủy lực học và khả năng đọc các bản vẽ kỹ thuật cơ khí.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Tài liệu liên kết chặt chẽ giữa lý thuyết nhiệt động chu trình với quy trình tính toán kích thước hình học chi tiết của thiết bị (như tính đường kính mặt sàng $D$, xác định số ống $n$, số đường nước $z$, khoảng cách bước ống trong bình ngưng và bình bay hơi), thay vì chỉ dừng lại ở tính toán nhiệt học thuần túy.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên kết hợp nghiên cứu phần mô tả nguyên lý thiết bị song song với việc vẽ lại chu trình trên đồ thị nhiệt động $\lg p-h$ và $T-s$, sau đó tự thực hiện việc tra thông số entanpi từ bảng phụ lục để tính toán các chỉ tiêu năng lượng của chu trình trước khi áp dụng vào quy trình thiết kế thiết bị.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình tích hợp hệ thống bảng số liệu tra cứu hơi bão hòa của các môi chất lạnh phổ biến ($\text{NH}_3$, $\text{R12}$, $\text{R22}$, $\text{R134a}$), đồ thị nhiệt động và các sơ đồ nguyên lý cấu tạo chi tiết của các thiết bị phụ (bình tách dầu, bình chứa cao áp, bình giữ mức lỏng - tách lỏng) ở phần phụ lục.

---

Kết luận

Giáo trình Kỹ thuật Lạnh (Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, 2015) cung cấp một hệ thống lý thuyết chuẩn mực và hoàn chỉnh về cơ sở nhiệt động máy lạnh, vật liệu kỹ thuật lạnh, chu trình làm việc và quy trình tính toán thiết kế thiết bị cơ nhiệt.

Lộ trình học tập được thiết kế tối ưu hóa theo chuỗi liên tục: từ việc tiếp thu các nguyên lý sản xuất nhiệt độ thấp và tính chất vật liệu lạnh (Chương 1 - 2), phân tích và tính toán chu trình lạnh một cấp/nhiều cấp (Chương 3 - 4), đến việc trực tiếp tính toán, lựa chọn máy nén, thiết bị ngưng tụ, bay hơi, tiết lưu và các thiết bị phụ trợ (Chương 5 - 9).

Tài liệu kết hợp chặt chẽ với phần phụ lục bảng tra số liệu hơi bão hòa, tạo thành hệ thống tài nguyên học thuật nền tảng cho đào tạo chuyên ngành Nhiệt - Lạnh ở bậc đại học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH 1.1 Khái niệm về nóng và lạnh Khái niệm về nóng: Nếu được cung cấp nhiệt, sự chuyển động của các phân tử của vật thể nhanh lên và vật thể đó nóng lên. Khái niệm về lạnh: Khi bị mất nhiệt thì sự chuyển động của các phân tử sẽ chậm lại và vật thể bi lạnh đi. Như vậy sự chuyển động của các phân tử là nguyên nhân làm cho vật thể nóng lên hay lạnh đi. Sự làm lạnh một vật thể đến nhiệt độ môi trường xung quanh diễn ra một cách tự nhiên bằng cách mất đi nhiệt cho môi trường (không khí, nước) không cần đến kỹ thuật lạnh.

Muốn làm lanh vật thề đến nhiệt độ tháp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh chỉ có thể thực hiện được bằng các máy lạnh hoặc bằng các nguồn lạnh khác (ví dụ như nước đá). Trạng thái nhiệt cùa một vật thể được đặc trưng bởi nhiệt độ. Trong hệ thống đơn vị quốc tế người ta sử dụng hai thang đo nhiệt độ: nhiệt độ Kelvin T,K (còn gọi là nhiệt độ tuyệt đối) và nhiệt độ Celcius t, oC. Quan hệ giữa hai nhiệt độ như sau: t = T – 273oC Đơn vị đo nhiệt lượng: [J] Trong hệ thống đơn vị quốc tế, đơn vị đo nhiệt lượng được sử dụng là Joule (J), tức là công sinh ra khi có 1 lực là 1 Newton thực hiện một quãng đường dài là 1m.

Để thuận lợi hơn người ta sử dụng KiloJoule (KJ) bằng 1000J. Ngoài ra cón có đơn vị nhiệt lượng khác là Kilocalo (Kcal), tức là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1kg nước từ 19,5 oC đến 20,5oC ở áp suất khí quyển. 1 Kcal = 4186,8J = 4,1868 KJ Để nung nóng một khối lượng như nhau của các vật thể khác nhau đến một số nhiệt độ như nhau cần có một nhiệt lượng khác nhau. Điều đó có nghĩa là nhiệt dung của các vật thể phụ thuộc vào tính chất vật lý của chúng.

Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng hoặc làm lạnh 1Kg vật chất lên hoặc xuống 1 độ. 1 Kcal/Kg độ = 4186,8J/Kg.K 1 Nhiệt dung của các chất lỏng và chất rắn phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng. Khi nhiệt độ giảm, nhiệt dung của đa số các chất đều giảm.2 Phương pháp tạo ra nhiệt độ thấp 1.1 Làm lạnh khi các chất biến đổi pha Trạng thái của một chất (thể rắn, thể lỏng, thể khí) phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài: nhiệt độ t và áp suất P. Khi cò sự thay đỗi các điều kiện đó thì mối liên kết giữa các phân tử vật thể cũng thay đổi và vật thể đó được chuyển sang một trạng thái khác.

Sự biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của một vật thể đồng nhất gọi là biến đổi pha. Sự biến đổi pha của các chất đồng nhất diễn ra ở nhiệt độ không đổi, phụ thuộc vào các điều kiện biến đổi và các tính chất vật lí của các chất, có kèm theo sự tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt một lượng cần thiết để thay đổi mối liên kết giữa các phân tử. Quá trình biến đổi trang thái của một chất được chỉ ra trên hình 1.1 bởi biểu đồ biến đổi pha của cacbonic. Đường AB trên biểu đồ phân chia vùng chất rắn và chất khí, đường AC phân chia vùng chất rắn và chất lỏng, đường AD phân chia vùng chất lỏng và chất khí.

Ở các điểm đặc biệt trên các đường AB, AC, AD vật thể có thể đồng thời ở cả hai pha: rắn và khí, rắn và lỏng, lỏng và khí. Trạng thái như vậy được gọi là trạng thái ba thể. Các thông số của điểm ba thể phụ thuộc vào các tính chất vật lý của vật thể. Khi t > tth (ở điểm tới hạn D) chỉ còn một thể khí.

2 Sự biến đổi pha là quá trình vật lý không kèm theo sự biến đổi hóa học. Có một số chất khí biến đối pha (nóng chảy, sôi, thăng hoa) thì thu một nhiệt lượng khá lớn ở nhiệt độ thấp, cho nên chúng có thể sử dụng để làm lạnh.2 Sự nóng chảy Sự nóng chảy của nước đá được sử dụng rất nhiều để lám lạnh ở nhiệt độ t>0oC. Muốn đạt được nhiệt độ thấp hơn người ta trộn thêm vào nước đá (hoặc tuyết) một lượng các loại muối. Các loại muối này khi hòa tan trong hỗn hợp với nước đá sẽ thu nhiệt và làm lạnh hỗn hợp đến nhiệt độ tương đối thấp.

Ví dụ như hỗn hợp nước đá với muối NaCl có thể làm lạnh đến nhiệt độ -21,2oC và với muối CaCl2 thì có thẻ đến -55oC. Nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy 1Kg nước đá hoặc 1Kg hỗn hợp gọi là nhiệt nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của các thành phần dung dịch càng giảm thì các thành phần dung dịch càng giảm. Trong thực tế người ta thường sử dụng nước đá làm từ các dung dịch 3 thể có nhiệt độ nóng chảy thấp được xác định ở điểm 3 thể.

Ví dụ, các dung dịch Na2S2O3 và NaNO3 có nhiệt độ đông đặc -11oC và -18,5oC. Nhiệt độ thấp có thể nhận được khi hỗn hợp nước đá với các loại axit loãng. Ví dụ, hỗn hợp với số lượng như nhau giữa H2SO4 nồng độ 66% và tuyết hoặc đá nghiền vụn sẻ có nhiệt độ đông đặc -37oC.3 Sự sôi Quá trình sôi diễn ra khi cung cấp nhiệt cho một chất lòng. Nhiệt lượng cần thiết để làm 1Kg chất lỏng biến thành hơi bão hòa khô gọi là nhiệt ẩn hóa hơi qh.

Để làm lạnh người ta sử dụng các chất lỏng có nhiệt độ sôi to thấp ở áp suất Po bình thường và có nhiệt ẩn hóa hơi lớn; to phụ thuộc vào Po khi Po tăng thì to tăng, còn qh thì giảm. Quá trình sôi của chất lỏng được áp dụng rộng rãi trong chu trình lạnh.4 Thăng hoa Quá trình biến đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí không qua trạng thái lỏng trung gian gọi là thăng hoa. Để làm lạnh người ta còn sử dụng cacbonic rắn thăng hoa hay còn gọi la “đá khô”. Nhiệt độ thăn hoa của đá khô ở áp suất khí quyển la -78,9oC, nhiệt ẩn thăng hoa bằng 574 KJ/Kg (137 Kcal/Kg); nếu áp suất giảm, có thể giảm nhiệt độ thăng hoa của đá khô đến -100oC.5 Làm lạnh bằng cách giãn nở khí Trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt của một chất khí, nhiệt độ sẽ giảm xuống, vì rằng ngoại công lúc bấy giờ sinh ra là do nội năng của chất khí.

Mối liên hệ giữa t và P trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt đối với một chất khí lý tưởng như sau: , với K là số mũ đoạn nhiệt. Nếu không khí nén đến áp suất 90 bar ở t 1 = 25oC và cho dãn nở đến 1 bar với K = 1,4; nhiệt độ cuối T2 sẽ bằng : hay là t2 = 82,4 – 273 = - 190,6oC (1bar = 105Pa = 1. Nguyên lý làm việc của máy lạnh nén khí (a) Sơ đồ thiết bị ; (b) Chu trình lạnh biểu diễn trên đồ thị T-s. - Cấu tạo: + Bao gồm máy nén, bình làm mát trung gian, máy giãn nở và buồng lạnh.

+ Môi chất lạnh: Không khí hay chất khí bất kỳ không biến đổi pha trong chu trình. - Nguyên lý hoạt động: + Quá trình 1 – 2: Xảy ra ở tại máy nén, không khí được nén đoạn nhiệt S 1 = const. 4 + Quá trình 2 – 3: Xảy ra tại bình làm mát, không khí thải nhiệt cho môi trường, P = const. + Quá trình 3 – 4: Xảy ra tại máy giãn nở, không khí giãn nở đoạn nhiệt S2 = const, nhiệt độ thấp, áp suất thấp.

+ Quá trình 4 – 1: Xảy ra tại buồng lạnh (phòng lạnh), không khí thu nhiệt của môi trường ở po = const và nóng dần lên đến điểm 1 do đó khép kín vòng tuần hoàn. - Nhận xét : + Quá trình máy lạnh nén khí gồm hai quá trình nén và giãn nở đoạn nhiệt với hai quá trình trình thu và thải nhiệt đẳng áp nhưng không đẳng nhiệt. + Công của chu trình bằng diện tích (1 - 2 - 3 - 4) biểu diễn trên đồ thị T-s. + Nhiệt độ to (nhiệt độ phòng lạnh) đạt được phụ thuộc vào t3, áp suất P1 và P2.

- Đặc điểm: Đây là phương pháp tạo ra nhiệt độ thấp quan trọng. Máy làm việc theo nguyên lý giãn nở khí có sinh ngoại công gọi là máy lạnh nén khí. - Phạm vi ứng dụng: Phương pháp tạo ra nhiệt độ thấp này được áp dụng ứng dụng rộng rãi từ máy điều tiết không khí cho đến trong kỹ thuật siêu lạnh (kỹ thuật Cryo) ở các máy lạnh không khí để sản xuất Nitơ, oxy hóa lỏng, hóa lỏng không khí và tách khí, hóa lỏng khí đốt.6 Làm lạnh bằng tiết lưu (hiệu ứng Joule-Thomson) Hình 1. Tiết lưu không sinh ngoại công của một dòng môi chất Tiết lưu là một quá trình giảm áp suất của một chất lỏng hoặc chất khí khi chuyển động qua cửa nghẽn (van).

Trong quá trình này không có sinh công và entanpi không đổi. Nội năng của chất khí dùng để thắng ma sát bên trong khi chuyển động qua cửa nghẽn. 5 Sự thay đổi nhiệt độ của khí lý tưởng bị tiết lưu gọi là hiệu ứng Joule- Thomson. Hiệu ứng này được sử dụng trong kỹ thuật siêu lạnh.

Sự giảm nhiệt độ trong quá trình tiết lưu ít hơn nhiều so với quá trình dãn nở đoạn nhiệt.7 Làm lạnh bằng hiệu ứng xoáy Năm 1931 một kỹ sư người Pháp tên là Rank đã đề nghị một phương án làm lạnh bằng hiệu ứng xoáy. Thiết bị gồm có một “ống xoáy” đặc biệt: Hình 1. Ống xoáy Không khí được nén và làm lạnh đến nhiệt độ môi trường và đi vào ống phun. Sau khi dãn nỡ dòng khí có vận tốc rất lớn tạo thành dòng xoáy.

Tốc độ góc ở ngoài cùng thì nhỏ, còn ở gần tâm trục thì rất lớn. Khi chuyển động đến van tiết lưu do ma sát giữa các lớp khí, dòng có tốc độ góc hầu như không đổi, tức là ở các lớp bên trong tốc độ giảm còn ở bên ngoài thì tăng. Cho nên có sự truyền động năng từ các lớp trong cho các lớp ngoài và làm tăng nhiệt độ của các lớp ngoài, còn các lớp khí bên trong thì lạnh đi. Kết quả là các lớp khí bên ngoài (đi qua van tiết lưu) thì nóng, còn các lớp khí bên trong (đi qua cửa nghẽn) thì lạnh.

p ở nhiệt độ môi trường Thí nghiệm cho thấy không khí có áp suất vừa phải có thể chấp nhận được một dòng khí lạnh (-10 -50oC) và dòng khí nóng (100 130)oC. Quá trình làm lạnh trong ống xoáy đòi hỏi rất nhiều điện năng.