Đồ án: Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh bia sệt

Đồ án tốt nghiệp trình bày chi tiết quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống lạnh chuyên dụng để làm bia sệt, kèm sơ đồ và thông số.

• Tác giả: Bùi Văn Hai
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Lê Hồng Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt
• Đề tài: Tính toán thiết kế chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh bia sệt
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái niệm và Ứng dụng của Hệ Thống Làm Lạnh Bia Sệt

Bia sệt hay còn được gọi là bia tuyết là một loại thức uống được ưa chuộng ngày càng nhiều trên thị trường hiện nay. Đây là sản phẩm mà phần bia được đông lạnh một phần, tạo ra cảm giác vô cùng lạnh mới lạ và kích thích vị giác của người uống. Chất bia không bị pha loãng bởi đá, giữ nguyên hương vị nguyên bản của sản phẩm. Hệ thống làm lạnh bia sệt được thiết kế nhằm rút ngắn thời gian chế biến, nâng cao hiệu quả sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên, nhưng từ thế kỉ 19, phương pháp làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao, tạo ra vô số ứng dụng phục vụ nâng cao đời sống xã hội. Hệ thống này không chỉ rút ngắn thời gian mà còn nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm so với các dòng bia hiện có trên thị trường.

1.1. Đặc điểm của Bia Sệt

Bia sệt là loại bia có phần nước đông lạnh thành sệt tuyết, tạo cảm giác lạnh độc đáo khi thưởng thức. Sản phẩm này được ưa chuộng vì chất bia không bị pha loãng, giữ nguyên vị nguyên bản. Cảm giác mới lạ và kích thích vị giác làm cho loại bia này trở thành lựa chọn yêu thích nhất trên thị trường quán nhậu và các cơ sở kinh doanh giải khát hiện nay.

1.2. Tầm Quan Trọng của Hệ Thống Làm Lạnh

Hệ thống làm lạnh là yếu tố quyết định trong quy trình sản xuất bia sệt. Theo phương pháp truyền thống, thời gian để có một chai bia sệt 330ml mất từ 4 đến 8 giờ. Thiết kế hệ thống không chỉ giúp rút ngắn thời gian mà còn tăng hiệu quả sản xuất, giảm chi phí vận hành cho các cơ sở kinh doanh nhỏ lẻ và cá nhân.

II. Quy Trình Thiết Kế Hệ Thống Làm Lạnh Bia Sệt

Thiết kế hệ thống làm lạnh bia sệt tuân theo các nguyên tắc kỹ thuật lạnh cơ bản và được tối ưu hóa cho mục đích chế biến sản phẩm. Quy trình bao gồm lựa chọn chất tải lạnh, thiết kế buồng lạnh, chọn môi chất làm lạnh, và xác định các thông số kỹ thuật thích hợp. Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào tính toán chi tiết những yếu tố như dung tích buồng lạnh, khả năng cách nhiệt, công suất làm lạnh cần thiết, và lựa chọn thiết bị ngưng tụ, bay hơi. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống compact, hiệu quả cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm tối ưu cho nhu cầu kinh doanh nhỏ lẻ và sử dụng cá nhân.

2.1. Lựa Chọn Chất Tải Lạnh

Chất tải lạnh đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lạnh đều đến sản phẩm. Hệ thống sử dụng dung dịch nước muối (nước + muối ăn) hoặc các chất tải lạnh đặc biệt được thiết kế để đạt được nhiệt độ cần thiết mà không gây hư hỏng chất lượng bia. Việc lựa chọn chất tải lạnh phù hợp giúp tối ưu hóa thời gian làm lạnh và tiết kiệm năng lượng.

2.2. Thiết Kế Buồng Lạnh

Buồng lạnh được thiết kế với yêu cầu cơ bản về cách nhiệt, không động sương và tính bền vững. Vật liệu cấu tạo chọn lựa kỹ lưỡng để đảm bảo khả năng cách nhiệt tốt, giảm hao phí năng lượng. Kích thước buồng lạnh được tính toán dựa trên dung tích và phân bố sản phẩm, đảm bảo không gian đủ để luồng khí lạnh lưu thông hiệu quả.

III. Tính Toán Chu Trình Lạnh và Chọn Thiết Bị

Tính toán chu trình lạnh là bước quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống làm lạnh bia sệt. Quy trình bao gồm chọn môi chất làm lạnh phù hợp (thường là R134a, R404A hoặc tương đương), xác định các thông số của chế độ làm việc như nhiệt độ bay hơi, tụ ngưng, áp suất làm việc. Tiếp theo là lựa chọn và tính toán chi tiết các thiết bị như thiết bị ngưng tụ để thoát nhiệt cho khí nóng, thiết bị bay hơi để hút nhiệt từ buồng lạnh, van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng môi chất, và các thiết bị phụ trợ như mắt xem gas, van điện tử. Mục đích là đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả cao với công suất phù hợp cho mục đích chế biến bia sệt.

3.1. Chọn Môi Chất Làm Lạnh

Môi chất làm lạnh (refrigerant) là chất quan trọng nhất trong vòng tuần hoàn làm lạnh. Lựa chọn môi chất phải đảm bảo tính an toàn, hiệu suất cao, thân thiện với môi trường. Các thông số như nhiệt độ bay hơi và áp suất làm việc được xác định dựa trên yêu cầu của nhiệt độ buồng lạnh cần đạt được.

3.2. Lựa Chọn và Tính Toán Thiết Bị

Thiết bị ngưng tụ và bay hơi được tính toán dựa trên công suất làm lạnh cần thiết của hệ thống. Van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng môi chất, van điện tử tự động hóa hoạt động của hệ thống. Tất cả các thông số được tính toán chi tiết để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống làm lạnh.

IV. Ứng Dụng Thực Tế và Triển Vọng Phát Triển

Hệ thống làm lạnh bia sệt được thiết kế với công suất nhỏ nhưng đảm bảo chất lượng cao, phù hợp cho cá nhân, quán nhậu nhỏ lẻ và các cơ sở kinh doanh giải khát. Mục tiêu ban đầu tập trung vào rút ngắn thời gian chế biến, tăng hiệu quả và cải thiện cạnh tranh sản phẩm trên thị trường. Trong tương lai phát triển, hệ thống hoàn toàn có khả năng nâng cấp công suất, trang bị các tính năng ưu việt bổ sung như tự động hóa toàn bộ quy trình, kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn, tiết kiệm năng lượng tốt hơn. Đây là sản phẩm có tiềm năng lớn phục vụ ngành công nghiệp đồ uống, đặc biệt là thị trường bia sệt đang phát triển nhanh chóng.

4.1. Ứng Dụng Hiện Tại

Hệ thống làm lạnh bia sệt hiện đã được ứng dụng thành công tại các quán nhậu, quán cà phê, và những cơ sở kinh doanh giải khát nhỏ lẻ. Với công suất vừa phải và kích thước compact, thiết bị dễ lắp đặt, vận hành đơn giản. Sản phẩm bia sệt chất lượng cao được tạo ra nhanh chóng, tăng tính cạnh tranh trên thị trường và thu hút khách hàng.

4.2. Triển Vọng Phát Triển Tương Lai

Trong tương lai, hệ thống làm lạnh bia sệt có khả năng được nâng cấp công suất, trang bị tự động hóa hoàn toàn và điều khiển từ xa. Những cải tiến bổ sung như tiết kiệm năng lượng tối ưu, cảm biến thông minh sẽ làm cho thiết bị trở nên hiệu quả và thân thiện hơn. Đây là hướng phát triển hứa hẹn cho ngành công nghiệp sản xuất bia sệt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG LẠNH LÀM LẠNH BIA SVTH : BÙI VĂN HAI MSSV : 16147136 HỒ NHẬT ĐỨC MSSV : 16147133 TRẦN THÁI HOÀNG MSSV : 16147145 LÊ CHÍ BẢO MSSV : 16147118 TRẦN HOÀNG QUÂN MSSV : 16147184 GVHD : Th.S NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020 ` LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Lê Hồng Sơn, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, quan tâm, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp: “Tính toán thiết kế hệ thống lạnh làm lạnh bia .” để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án. Chúng em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy (cô) trong Bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ chúng em có một nền tản kiến thức cơ bản để vận dụng vào việc hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã trình bày một cách trọn vẹn nhất. Tuy nhiên do khả năng chúng em còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em kính mong sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo thêm của quý thầy cô. Cuối cùng em xin cảm ơn các bạn sinh viên cùng chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt khóa 2016 đã luôn đồng hành giúp đỡ, hỗ trợ tính thần cho chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp. Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT Đề tài này nhằm mục đích hướng đến “Tính toán thiết kế hệ thống lạnh làm lạnh bia.” Từ đó đưa ra những thông số lý thuyết cũng như thực nghiệm để thu được kết quả và so sánh với nghiên cứu lý thuyết.

Cùng với dòng phát triển của xã hội loài người thì bia cũng đã phát triển rất nhiều về mọi mặt, có những loại bia như: bia tươi, bia sữa, bia pizza, bia trái cây,… được làm từ men lúa mạch, men sữa, men trái cây và thậm chí cả gia vị như tỏi và rất nhiều thứ khác, nhưng có điểm chung đều là lên men. Hiểu thêm lịch sử về bia để thấy được thức uống này thực sự không chỉ là giải khát đơn thuần, mà còn là cảm nhận những tinh túy có trong sản phẩm. Hôm nay, chúng tôi sẽ giới thiệu về một loại bia rất thú vị, mới lạ và hấp dẫn đó là bia sệt. Bia sệt hay còn thường được gọi là bia tuyết đang rất được ưa chuộng trên thị trường hiện nay.

Chất bia không hề bị pha loãng bởi đá, do khi uống một phần bia đông lại uống vô cùng lạnh mang lại cảm giác thích thú cho người sử dụng. Trên thị trường bia rượu, kinh doanh giải khát quán nhậu thì loại hình bia sệt là lựa chọn yêu thích nhất đối với đại đa số. Cảm giác mới lạ kích thích vị giác của người uống làm cho loại bia đóng tuyết này càng ngày càng được lựa chọn nhiều hơn. Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng tuyết để ướp lạnh bảo quản thực phẩm và cũng để sử dụng sản phẩm tốt hơn.Từ thế kỉ 19 phương pháp làm lạnh nhân tạo đã ra đời và phát triển đến đỉnh cao của khoa học kỹ thuật hiện đại đã tạo ra rất vô số ứng dụng phục vụ nâng cao đời sống xã hội.

Trong đó, bia sệt là một phần rất nhỏ phát triển theo. Chúng ta hoàn toàn có thể làm ra bia sệt chỉ với đá và muối (VD: muối ăn), nhưng với kĩ thuật làm lạnh hiện nay việc làm này trở nên đơn giản nhưng cũng mất từ 4 tiếng đến 8 tiếng để có được một chai bia sệt thể tích 330ml theo phương pháp làm lạnh thông thường. Vì vậy dựa trên những tính toán, nghiên cứu trên thị trường và cả thực tế nhằm để rút thời gian để có một chai bia sệt như ý muốn, chúng tôi đã bắt tay thiết kế, nghiên cứu một hệ thống không chỉ rút ngắn thời gian mà còn nâng cao hiệu quả để tạo ra bia sệt có tính cạnh tranh hơn so với các sản phẩm đang có trên thị trường. Với mục đích ban đầu được đặt ra nhằm vào những cá nhân hoặc kinh doanh nhỏ lẻ để thưởng thức vị ngon của bia hoặc xem bia như một loại nước giải khát đặc biệt trong đời sống.

Chính vì vậy, những thiết kế và thiết bị được tạo ra có công suất nhỏ, nhưng đảm bảo chất và lượng. Trong một tương lai tốt đẹp thì hoàn toàn có thể có những cải tiến về công suất và hàng loạt những nâng cấp bổ sung để thiết bị có những tính năng ưu việt hơn. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC .ii DANH MỤC HÌNH ẢNH. vi DANH MỤC BẢNG .vii GIỚI THIỆU CHUNG.

Mục đích của đề tài. Nhiệm vụ đề tài. Khái niệm bia sệt. Qui trình làm lạnh cơ bản.

3 CHỌN CHẤT TẢI LẠNH VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BUỒNG LẠNH. Phân loại kho lạnh và buồng lạnh:. Chọn chất tải lạnh:. Dung tích và phân bố sản phẩm:.

Cách làm dung dịch tải nhiệt (nước muối). 6 CẤU TẠO BUỒNG LẠNH. Yêu cầu chung. Vật liệu cấu tạo buồng lạnh.

Kiểm tra tính đọng sương. Tính nhiệt buồng lạnh. 12 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN THIẾT BỊ. Chọn môi chất làm lạnh.

Chọn các thông số của chế độ làm việc. Chọn thiết bị ngưng tụ. Tính toán chọn thiết bị bay hơi. Chọn van tiết lưu.

Mắt xem gas. Van điện tử. 41 SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG. Sơ đồ mạch động lực:.

Bảng thống kê thiết bị và vật liệu. 48 BẢNG THỐNG KÊ SỐ LIỆU CHẠY THỬ MÁY. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 61 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CTL : CHẤT TẢI LẠNH v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.

1: Hình ảnh bia sệt thực tế. 1: Cấu tạo và kích thước của buồng. 1: Cấu tạo lớp vỏ cách nhiệt. 1: Hình ảnh gas R404a.

2: Sơ đồ chu trình một cấp có quá lạnh quá nhiệt ( sử dụng van tiết lưu ngoài). 3: Đồ thị lgP-h và T-s biểu diễn chu trình lạnh 1 cấp có quá lạnh quá nhiệt. 4: Ảnh thực tế dàn ngưng kiểu EMTH. 5: Dàn bay hơi của hệ thống làm lạnh bia sệt.

6: Mặt cắt van tiết luu Danfos TES 2. 7: Kích thước van tiết lưu dạng loe và dạng hàn. 8: Cách hàn van tiết lưu và lắp đặt đầu cảm biến đổi với van tiết lưu Danfos TES 2 dạng hàn. 9: Cách hàn van tiết lưu và lắp đặt đầu cảm biến đối với van tiết lưu Danfos TES 2 dạng loe.

10: Vị trí lắp đặt đầu cảm biến. 11: Khuyến cáo không nên lắp đặt van. 13: Điều chỉnh Van tiết lưu TES 2. 14: Van chặn Danfos BM kiều màng.

15: Catalog các kiểu van chặn. 16: Một số chú ý chiều quay của van. 17: Các chú ý trước và trong khi hàn. 18: Lưu ý làm mát tránh nhiệt độ cao.

19: Chú ý khi lắp đặt ron trong van. 20: Cách bôi mở lên tay van khi vận hành. 21: Cấu tạo chi tiết của phin lọc gas Danfos DCL. 22: Catalog các kiểu của phin lọc gas DCL.

23: Bản vẽ mặt cắt xem gas. 24: Ảnh thực tế mắt xem gas. 25 Bản vẽ mặt cắt van điện từ. 3: Sơ đồ mạch động lực.

4: Mô hình hệ thống lạnh làm lạnh bia. 5: Đồng hồ cao áp thấp áp và rowle kép. 6: Bia đang được làm lạnh. 7: Sản phẩm bia đã đạt yêu cầu.

52 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 4. 1: Thành phần hóa học của Gas lạnh R404a cụ thể. 2: Thông số các điểm nút. 3: Thông số máy nén SC21CL.

4: Thông số quạt dàn ngưng. 5: Nội dung các chi tiết của mặt cắt. 1: Bảng thiết bị bóc tách từ hệ thống. 2: Bảng vật liệu bóc tách từ hệ thống.

3: Các thiết bị điện bóc tách từ hệ thống. 49 vii GIỚI THIỆU CHUNG 1. Mục đích của đề tài Vận dụng tổng hợp toàn bộ kiến thức đã được học về chuyên ngành nhiệt vào việc tính toán thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy làm bia sệt. Sản phẩm của đề tài không chỉ thể hiện được sự thành công của đề tài mà qua đó còn là tiền đề để phát triển sản phẩm theo mục đích thương mại.

Từ một mô hình chạy thử nhóm rút ra nhận xét đánh giá và dự tính sẽ cải tiến hơn về mặt thẩm mĩ cũng như kĩ thuật để có thể trở thành một sản phẩm có thể bán được. Cho thấy được bản thân người thực hiện còn học tập thêm nhiều mặt khác: Rèn tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong công việc. Tích lũy kinh nghiệm đồng thời định hướng nghề nghiệp trong tương lai. Nhiệm vụ đề tài Để phục vụ mục đích thiết kế, tính toán cho tủ cấp đông và trữ đông bia thành bia sệt được hoạt động hiểu quả và lâu bền thì phải tính toán kĩ và dựa trên những số liệu như sau: – Dung tích buồng chứa: 𝐸 = 50 𝑙í𝑡 – Sản phầm là bia chai thể tích 330ml, nồng độ bia từ 4,5% đến 5% – Công suất: 24 chai/mẻ (thời gian trung bình một mẻ là 120 phút) nhiệt độ tâm sản phẩm: −8𝑜 𝐶 – Môi chất lạnh sử dụng: R404a – Nước muối NaCl, nồng độ 23,1%.

– Nhiệt độ bay hơi: 𝑡𝑜 = −23𝑜 𝐶 – Nhiệt độ ngưng tụ: 𝑡𝑘 = 45𝑜 𝐶 – Hệ thống lắp đặt tại: tp.Hồ Chí Minh Hướng đi xa hơn của đề tài này là nâng cấp hệ thống lạnh đến mức tốt nhất để phục vụ nhu cầu kinh doanh, ăn uống hay dành cho những cá nhân, nhóm hội xem bia sệt như một thức uống giải khát và thưởng thức mùi vị đặc biệt. Theo cách tiện lợi và chi phí bỏ ra thấp nhất có thể. Phạm vi nghiên cứu Do những điều kiện khách quan cũng như chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau :  Tổng quan về hệ thống làm bia sệt  Thiết kế tính toán chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh bia  Vận hành chạy thử ghi chép lại các thông số  Kiểm nghiệm đánh giá mức độ hoạt động của sản phẩm 1 1.