Các phương pháp làm lạnh nhân tạo

Làm lạnh nhân tạo là quá trình làm lạnh được thực hiện nhờ các thiết bị hoặc phương tiện do con người chế tạo ra. Chúng bao gồm những phương pháp chính như sau:
1.      Phương pháp bay hơi khuếch tán
      Là hiện tượng chất lỏng bay hơi khuếch tán vào một chất khí và chất lỏng sẽ thu nhiệt làm lạnh môi trường xung quanh. Ví dụ ở tủ lạnh hấp thụ khuếch tán thường sử dụng trong gia đình, amôniăc lỏng trong dàn bay hơi đặt trong tủ sẽ bay hơi vào hydro (là chất khí cân bằng áp suất) và thu nhiệt của không khí trong tủ làm không khí trong tủ giảm nhiệt độ.
     Trong trường hợp khi phun nước vào không khí có cùng nhiệt độ, nước sẽ bay hơi, thu nhiệt và làm biến đổi trạng thái không khí. Nhiệt độ của không khí sẽ càng thấp khi lượng nước bay hơi càng nhiều hay nói  một cách khác, độ ẩm không khí càng thấp thì nhiệt độ bay hơi của không khí sau khi phun ẩm càng thấp.
Những nơi không khí nóng và khô có thể ứng dụng hiện tượng này để thực hiện việc làm mát không khí, nhưng nước ta không khí thường có độ ẩm tương đối cao nên phương pháp này không mang lại hiệu quả rõ rệt.
2.      Phương pháp hòa trộn lạnh
     Là hiện tượng giảm nhiệt độ khi hòa trộn muối và nước theo những tỉ lệ nhất định. Hiệu ứng này phụ thuộc nồng độ dung dịch và điểm cùng tinh. Ví dụ, nếu hòa trộn 200g CaCl2 với 100g nước ở 0oC thì nhiệ độ dung dịch sẽ giảm xuống -42oC. Với muối ăn (NaCl) hiện tượng này có xảy ra nhưng ở mức độ kém hơn, nhưng trong thực tế người ta vẫn dùng nước đá muối để bảo quản cá khi cần nhiệt độ thấp hơn 0oC trên các tàu đánh bắt cá.
3.      Phương pháp dùng máy giãn nở có sinh ngoại công
     Là phương pháp làm lạnh dựa theo nguyên lý khi chất khí giãn nở sẽ giảm áp suất và nhiệt độ. Hệ thống này có 4 thiết bị chính là máy nén, bình làm mát, máy giãn nở và buồng lạnh. Khác biết so với hệ thống lạnh thông thường là môi chất lạnh không biến đổi pha trong chu trình, vì vậy không có bình ngưng tụ và bay hơi và van tiết lưu thay bằng máy giãn nở.  
     Quá trình nén và giãn nở là quá trình đoạn nhiệt (s=0), quá trình thu nhiệt và thải nhiệt là các quá trình đẳng áp nhưng không đẳng nhiệt. Phạm vi ứng dụng của phương pháp này tương đối rộng, thường gặp trong điều tiết không khí và các máy sản xuất nitơ, ôxy lỏng, các loại khí hóa lỏng,…
4.      Phương pháp tiết lưu không sinh ngoại công
     Là hiện tượng một số môi chất lạnh giảm áp suất khi đi qua cơ chế tiết lưu, từ áp suất cao xuống áp suất thấp hơn, không có trao đổi nhiệt với bên ngoài.
     Quá trình tiết lưu là quá trình không thuận nghịch điển hình, tuy không có trao đổi nhiệt (q=0) nhưng áp suất giảm do dòng chảy tạo xoáy và ma sát mạnh. Đối với khí lý tưởng, sau khi tiết lưu nhiệt độ giữ nguyên, với khí thực ở nhiệt độ môi trường chỉ có hêli và hydrô, tăng nhiệt độ, còn hầu hết các khí và hơi đều giảm nhiệt độ, đặc biệt khi tiết lưu hơi ẩm hoặc lỏng.
5.      Phương pháp giãn nở trong ống xoay
     Là phương pháp làm lạnh không khí nhờ một hiệu ứng đặc biệt xảy ra khi có đầy đủ các điều kiện yêu cầu dưới đây:
     Dòng không khí có áp suất 6at ở 20oC thổi tiếp tuyến với thành trong của ống, vuông góc với trục ống, với ống có đường kính 12mm thì nhiệt độ ở thành ống sẽ tăng lên còn nhiệt độ ở tâm ống giảm xuống, nếu đặt bên trong ống sát với dòng không khí thổi vào một tấm chắn có lỗ ở tâm với đường kính nhỏ hơn rất nhiều đường kính ống thì không khí lạnh sẽ đi qua lỗ trên tấm chắn, không còn khí nóng đi theo hướng ngược lại. Nhiệt độ phía lạnh có thể tới -12oC, còn nhiệt độ phía nóng có thể tới 58oC (chênh lệch 70oC).
Hiệu ứng ống xoáy này hiện vẫn chưa có được ứng dụng trong thực tế do hệ số lạnh quá nhỏ.
6.      Phương pháp sử dụng hiệu ứng nhiệt điện
     Là hiện tượng nếu cho dòng điện một chiều đi qua vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau thì một đầu mối sẽ nóng lên và một đầu mối sẽ lạnh đi (hiệu ứng Peltier).
     Trong thực tếm, để có độ chênh lệch nhiệt độ lớn hơn giữa hai đầu người ta sử dụng các cặp vật liệu thích hợp để chế tạo vòng mạch khép kín đó. Các cặp vật liệu thường dùng là các chất bán dẫn đặc biệt của bismut, antimon, selen và các phụ gia.
     Hiệu nhiệt độ của máy lạnh nhiệt điện có thể đặt đến 60oC nhưng công suất tương đối nhỏ, chỉ 30W đến 100W. Tuy đơn giản, tiện lợi và có thể thay đổi chức năng (nóng- lạnh) khi đảo chiều dòng điện… nhưng do tốn năng lượng và giá thành cao nên phương pháp này không được dùng phổ biến.
7.      Phương pháp khử từ đoạn nhiệt
     Đây là phương pháp sử dụng kỹ thuật cryô để hạ nhiệt độ của các mẫu thí nghiệm từ nhiệt độ sôi của hêli (4 – 4oK) xuống gần nhiệt độ tuyệt đối, nguyên tắc làm việc như sau: khi đặt một loại muối nhiễm từ giữa hai cực từ mạnh, các tinh thể muối được sắp xếp thứ tự và tỏa ra một lượng nhiệt nhất định, lượng nhiệt này được truyền ra ngoài để bay hơi hêli lỏng, khi quá trình tỏa nhiệt và nhiễm từ kết thúc, từ trường bị ngắt, muối bị khử từ đoạn nhiệt, nhiệt độ giảm đột ngột tạo ra một năng suất lạnh q0, lặp lại quá trình này nhiều lần có thể tạo ra nhiệt độ thấp.
8.      Phương pháp hóa lỏng hoặc thăng hoa vật rắn
     Nguyên tắc của phương pháp này dựa vào hiện tượng thu nhiệt khi chất rắn biến đổi trạng thái. Chất rắn dùng ở đây là chất tải lạnh, trong thực tế hay dùng nước đá và đá khô.
     Nước đá tinh khiết khi tan hoàn toàn ở 0oC thu một lượng nhiệt khoảng 80Kcal/kg. Khi cần nhiệt độ thấp hơn thì phải dùng nước đá muối, nhiệt độ nóng chảy của nước đá muối phụ thuộc vào nồng độ, với muối ăn (NaCl) nhiệt độ này vào khoảng -21oC khi nồng độ là 23%. Nước đá và nước đá muối được sử dụng rộng rãi nhất là trong ngành công nghiệp đánh bắt hải sản do tính chất không độc, rẻ tiền.
     Đá khô là CO2 ở dạng rắn, ở điều kiện bình thường CO2 chuyển trực tiếp từ dạng rắn sang dạng hơi không để lại lỏng nên gọi là đá khô. Nhiệt độ ẩn thăng hoa của nó ở nhiệt độ -78,5oC khoảng 137Kcal/kg. Đá khô cũng đươc sử dụng rộng rãi do năng suất lạnh thể tích lớn và giá thành không đắt.
9.      Phương pháp bay hơi chất lỏng
     Chất lỏng khi bay hơi bao giờ cũng thu nhiệt, lượng nhiệt này còn gọi là nhiệt ẩn hóa hơi, nó lớn hơn rất nhiều nhiệt ẩn hóa rắn nên hiệu quả làm lạnh cũng cao.
     Chất lỏng bay hơi thu nhiệt có thể là môi chất lạnh hoặc chất tải lạnh. Môi chất lạnh thường dùng là các Frêôn để làm lạnh nhanh, chất tải lạnh thường là nitơ, ở nhiệt độ -198oC nhiệt ẩn hóa hơi của nitơ  khoảng 48Kcal/kg, khi nhiệt độ tăng lên 0oC hơi nitơ tăng thêm 48Kcal/kg nữa. Ngoài tác dụng làm lạnh nitơ còn có tác dụng bảo quản vì nó là khí trơ có tác dụng kìm hãm các quá trình sinh hóa trong sản phẩm.

www.veevn.com
Mọi chi tiết hay thắc mắc xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY TNHH LẮP ĐẶT ĐIỆN LẠNH KỸ THUẬT THƯƠNG MẠI VIỆT
Đ/C: 282 Đường Ba Tháng Hai, P.12, Q.10, TP. HCM
ĐT: 0943 498 292   hoặc +84 8 3862 6600
Email: sales@veevn.com
 

Các bài viết liên quan

Sản phẩm được nhập khẩu độc quyền chính hãng