LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sản xuất thực phẩm, các hệ thống máy móc công nghiệp đang ngày càng chiếm vai trò then chốt trong việc làm giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động. Đối với đời sống thƣờng nhật, việc sử dụng các loại máy móc để cải thiện chất lƣợng cuộc sống là một điều tất yếu. Trong hoàn cảnh nƣớc ta hiện nay, nhu cầu đối với các loại máy công nghiệp là hết sức đa dạng. Tuy nhiên, lâu nay thị trƣờng này vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nƣớc ngoài với rất nhiều ƣu thế về công nghệ và kinh nghiệm, việc sản xuất máy móc trong nƣớc thƣờng không đáp ứng tốt về mặt chất lƣợng và năng suất mặc dù vẫn có ƣu thế về giá thành.
Vì vậy, đòi hỏi bức bách đối với lớp kỹ sƣ trẻ hiện nay là phải thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã đạt đƣợc của những đàn anh đi trƣớc và mạnh dạn áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhất của thế giới vào việc thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu cầu của sản xuất và đời sống. Tại các gia đình, công sở và trƣờng học “máy nƣớc uống nƣớc nóng - lạnh” đã và đang dần thay thế các loại vật dụng chứa nƣớc uống khác. Sử dụng các bình nƣớc lọc sẵn của các hãng tuy chất lƣợng có đảm bảo nhƣng chi phí, giá thành sẽ khá cao so với mặt bằng chung kinh tế hiện nay vì nƣớc ta còn đang phát triển, việc đun nƣớc khá bất tiện và đun nhiều sẽ sử dụng không hết, để lâu nƣớc uống sẽ không đảm bảo vệ sinh, không thích hợp cho cho những nơi nhƣ công sở nhất là trƣờng học. Việc thiết kế các loại máy công nghiệp rất phức tạp và chắc chắn không tránh khỏi sai sót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên nƣớc ta vẫn còn thấp so với các nƣớc, nhƣng hy vọng rằng với sự dìu dắt của các thầy cô và sự nỗ lực tự thân của các sinh viên trẻ, trong tƣơng lai gần chúng ta sẽ tự sản xuất đƣợc những loại máy đáp ứng đƣợc đòi hỏi của thị trƣờng.
1 Sau thời gian học tập tại trƣờng, đƣợc sự chỉ bảo hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành Điện tự động công nghiệp trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ đƣợc vốn kiến thức nhất định. Đƣợc sự đồng ý của nhà trƣờng và thầy cô giáo trong khoa em đƣợc giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và xây dựng hệ thống máy nƣớc uống nóng - lạnh công suất 1KW sử dụng nƣớc đã xử lí nguồn điện 220V – 50hz”. Đồ án tốt nghiệp của em gồm ba chƣơng: - Chƣơng 1: Kỹ Thuật Lạnh. - Chƣơng 2: Hệ thống máy uống nƣớc nóng - lạnh.
- Chƣơng 3: Máy đun nƣớc uống nóng lạnh phục vụ gia đình và công sở. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, các thầy cô giáo trong ngành Điện tự động công nghiệp trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua. Hải Phòng, ngày 5 tháng 7 năm 2014 Sinh viên thực hiện: Tống Xuân Hà 2 CHƢƠNG 1. KỸ THUẬT LẠNH 1.
KHÁI QUÁT CHUNG 1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh Từ xa xƣa loài ngƣời đã biết sử dụng lạnh trong đời sống: để làm nguội một vật nóng ngƣời ta đƣa nó tiếp xúc với vật lạnh. Ở những nơi mùa đông có băng tuyết thì vào mùa đông ngƣời ta sản xuất nƣớc đá cây ngoài trời, sau đó đƣa nƣớc đá cây vào hầm tích trữ lại, vào mùa hè ngƣời ta sử dụng lƣợng lạnh do nƣớc đá cây nhả ra để bảo quản rau quả, thịt cá thu hoạch đƣợc để dành cho mùa đông. Ở thế kỷ 17 nhà vật lý ngƣời Anh là Bôi và nhà vật lý ngƣời Đức là Gerike đã phát hiện: ở áp suất chân không nhiệt độ bay hơi của nƣớc thấp hơn ở áp suất khí quyển. Trên cơ sở này năm 1810 nhà bác học ngƣời Anh đã chế tạo ra máy lạnh sản xuất nƣớc đá.
Năm 1834 bác sỹ Perkin ngƣời Anh đã đƣa máy lạnh dùng môi chất êtylen C2H2 vào ứng dụng. Khi một nhà bác học ở viện hàn lâm Pháp trình bày phƣơng pháp bảo quản thịt bằng làm lạnh thì công nghệ lạnh mới thực sự phát triển. Các môi chất lạnh ban đầu đƣợc sử dụng là không khí, êtylen C2H2, ôxit cacbon CO2, ôxít sulfuric SO2, peôxit nitơ NO2.Về sau môi chất lạnh tìm đƣợc là amoniac NH3. Những năm 30, 40 của thế kỷ 19 ngƣời ta tìm ra các freon, là các dẫn xuất từ dãy hydro cacbon no.Năm 1862 máy lạnh hấp thụ ra đời.
Năm 1874 kỹ sƣ Linde ngƣời Đức chế tạo ra máy nén lạnh đầu tiên tƣơng đối hoàn chỉnh. Sang thế kỷ 20 các cơ sở nhiệt động của máy lạnh đã tƣơng đối hoàn thiện. Máy lạnh hiệu ứng Peltie, hiệu ứng từ trƣờng ra đời. Công cuộc chạy 3 đua làm lạnh về 0 K vẫn tiếp diễn.Kỹ thuật lạnh đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành trong công nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; trong sản xuất sữa, bia, nƣớc ngọt đồ hộp.
Nƣớc đá dùng rộng rãi trong ăn uống, bảo quản sơ bộ cá đánh bắt ở biển.Trong công nghiệp: ngành luyện kim hóa lỏng không khí thu ôxy cấp cho các lò luyện gang (36 - 38% ôxy), lò luyện thép và hàn cắt kim loại (tới 96 - 99% ôxy); hóa lỏng rồi chƣng cất không khí thu các đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe để nạp vào bóng đèn điện. Sử dụng lạnh cryo trong siêu dẫn. Trong nông nghiệp: hóa lỏng không khí thu nitơ làm phân đạm. Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản các phôi, dùng lạnh trong mổ xẻ để giảm bớt chảy máu.
Trong quốc phòng: dùng ôxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ. Trƣớc khi tên lửa khai hỏa ngƣời ta cho ôxy lỏng có nhiệt độ dạng khí -180oC ra khỏi bình chứa nên ta thấy phần ống phóng ở đuôi có băng và hơi nƣớc ngƣng tụ mù mịt, sau ít giây mới thấy lửa phụt ra, khi tên lửa bay phần đuôi vẫn đóng băng. Điều hòa không khí cho nhà ở, nhà công cộng, các xí nghiệp công nghiệp, các phƣơng tiện giao thông.Ngày nay ngƣời ta đã chế tạo đƣợc nhiều loại máy nén khác nhau có công suất lạnh cho 1máy nén tới 1000MCal/h với động cơ điện tới 400kW.2 Ý nghĩa kinh tế của kỹ thuật lạnh: a. Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẩm: Theo một số thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nhƣ chế biến thịt cá, rau quả, công nghiệp thủy hải sản, các kho lạnh bảo quản, các kho lạnh chế biến phân phối, các máy lạnh thƣơng nghiệp, đến các tủ lạnh gia đình, các nhà máy sản xuất nƣớc đá, máy lạnh lắp đặt trên tàu thủy và các phƣơng tiện vận chuyển, kể cả các ngành công nghiệp rƣợu bia, nƣớc giải khát, nƣớc hoa quả, công nghiệp sữa, sản xuất aga - aga.
Sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa là một phƣơng pháp sấy hiện đại hầu nhƣ không làm giảm lƣợng của vật sấy, lúc này vật đƣợc làm lạnh đông nhanh dƣới -200C và đƣợc sấy bằng cách hút chân không. Vì giá thành cao do đó chỉ ứng dụng cho các sản phẩm quý hiếm nhƣ những dƣợc liệu từ hoa, cây, quả. những sản phẩm y dƣợc dễ biến đổi chất lƣợng do tác động của nhiệt độ nhƣ máu, thuốc tiêm, hoóc môn. Công nghiệp hóa chất: * Ứng dụng quan trọng nhất là sự hóa lỏng khí nhƣ: Clo, NH3, CO2, HCl, khí đốt, khí sinh học.
* Nhờ kỹ thuật lạnh nên chủ động điều khiển tốc độ các phản ứng hóa học. * Ứng dụng trong kỹ nghệ sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh. Điều tiết không khí: * Ngày nay không thể tách rời kỹ thuật điều tiết không khí với các ngành cơ khí chính xác, kỹ thuật điện tử, vi điện tử, máy vi tính, kỹ thuật quang học. * Điều tiết không khí cũng đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp nhẹ nhằm đảm bảo chất lƣợng sản phẩm nhƣ công nghiệp dệt, vải, sợi, thuốc lá * Trong công nghiệp chăn nuôi điều tiết để đạt tốc độ tăng trọng cao nhất.
* Điều tiết không khí công nghiệp và dân dụng nhằm tạo điều kiện cho con ngƣời để sống và làm việc. Siêu dẫn: Năm 1911 nhà Vật lý Kamerlingh (Hà Lan) phát hiện ra rằng khi giảm đến một nhiệt độ rất thấp nào đó (nhiệt độ nhẩy), điện trở sẽ biến mất và kim loại trở thành siêu dẫn. Ứng dụng hiện tƣợng này để tạo ra các nam châm cực mạnh trong các máy gia tốc ở các nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, hoặc các đệm từ cho tàu hỏa cao tốc. Sinh học Cryô: Kỹ thuật lạnh thâm độ (còn gọi kỹ thuật cryô) với nhiệt độ -80 đến 196oC đƣợc ứng dụng trong việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông.
Thể dục thể thao: Tạo ra các sân trƣợt băng, đƣờng đua trƣợt băng và trƣợt tuyết nhân tạo cho các đại hội thể thao ngay cả khi nhiệt độ không khí cao. Các ứng dụng khác: * Trong hàng không và du hành vũ trụ: tạo ra nhiệt độ thấp để kiểm tra máy móc làm việc trong điều kiện tƣơng tự. * Trong khai thác mỏ, trong cơ khí, trong y dƣợc .3 Kỹ thuật lạnh ở Vịêt Nam: Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế ở nƣớc ta, thực vật kỹ thuật đã xâm nhập vào hơn 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào các ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, công nghiệp nhẹ, điều hòa không khí. Nhƣng nhƣợc điểm chủ yếu của ngành lạnh nƣớc ta hiện nay là quá nhỏ bé non yếu và lạc hậu.
Nƣớc ta chỉ chế tạo đƣợc các loại máy NH3 loại nhỏ, chƣa chế tạo đƣợc các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy lạnh freon, các thiết bị tự động. 6 Và đặc điểm quan trọng khác là ngành lạnh ở ta bị tản mạn và phân tán, không có cơ quan trung ƣơng chủ trì nên không đƣợc đầu tƣ và phát triển đúng mức. Các đơn vị sử dụng lạnh thƣờng trang bị tự phát nên nhiều khi gây ra lãng phí. Khái niệm về máy lạnh Máy điều hòa nhiệt độ còn gọi là máy lạnh là một thiết bị truyền nhiệt.
Nó truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp (nguồn nhiệt) đến nơi có nhiệt độ cao (nơi thoát nhiệt) ngƣợc lại với sự truyền nhiệt của tự nhiên.