BILANS ENERGETYCZNY POWIERZCHNI CHŁODZONYCH

Bartosz Tyrała

Gr.1

Wymiary wewnętrzne chłodni

A= 15,5m

B= 8,75m

C= 6,3m

A₂=A + 2* (0,25+0,12) m = 15,5m + 0,74m = 16,24m

B₂=B+2*(0,25+0,12) m = 8,75m + 0,74m = 9,49m

C₂=C+0,25+0,12 m = 6,3m + 0,37m = 6,67m

Wymiary zewnętrzne chłodni

A2 = 16,24m

B2 = 9,49m

C2= 6,67m

Powierzchnia wewnętrzna dla 5 ścian :

Fw= 2*A*C+2*B*C+A*B=2*15,5*6,3+2*8,75*6,3+15,5*8,75 = 441,175m2 ~441,18m²

Powierzchnia zewnętrzna dla 5 ścian :

Fz = 2*A₂*C₂+2*B₂*C₂+A₂*B₂= 2*16,24*6,67+2*9,49*6,67+16,24*9,49= 497,3558m2 ~497,36m²

Fx= $\sqrt{F_{w}*F_{Z}}$ = $\sqrt{441,18*497,36} = 468,43$ m²

	Temperatura jabłek
Początkowa	tz = 16^o C
Końcowa	tw = 3^o C

	Wilgotność względna
Zewnętrzna	ϕz = 50 %
Wewnętrzna	ϕw = 0,0

τ =24 $\frac{h}{d}$

Sumaryczny współczynnik przenikania ciepła :

k= 0,25 $\frac{W}{\ m^{2}*K}$ = 0,25$\frac{J}{s*m^{2}*K}$ = $\frac{0,85*0,001}{\frac{1}{3600}}\text{\ \ \ }\frac{\text{kJ}}{h*m^{2}*K}$ = 0,9$\text{\ \ }\frac{\text{kJ}}{h*m^{2}*K}$

Ciepło przenikające z otoczenia Q₁ :

Q₁ = k * F_x* (t_z-t_w)*τ

(t_z-t_w)= ( 16-3) = 13^oC

Q₁ =0,9 $\frac{\text{kJ}}{h*m^{2}*K}$*468,43 m²* 13K* 24$\frac{h}{d}$ = 131534 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Q1	131534 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Objętość jednostkowa palety Vp= 1*1,2*0,65 = 0,78 $\frac{m^{3}}{\text{paleta}}$

Całkowita objętość chłodni Vc= 15,5*8,75*6,3 = 854,44 m³

Robocza objętość chłodni Vr= 0,64*854,44 = 546,84 m³

Liczba palet $n = \frac{\text{Vr}}{\text{Vp}}$ =$\frac{546,84}{0,78} =$ 702 palety

Masa jabłek : 320 kg/paletę

M = n*320 = 702*320 = 224640 kg

Ciepło odprowadzone z produktu Q₂ :

Ciepło właściwe jabłek przed zamrożeniem C_w = 3,79 $\frac{\text{KJ}}{kg*K}\text{\ \ \ }$

	Temperatura produktu
Początkowa	t1= 16^oC = 289 K
Zamrażania	t2= -2^oC =271 K

Q₂= M* C_w*(t₁-t₂)= 224640*3,79*[289-271]K = 15324940,80 $\frac{\text{kJ}}{d}$

Q2	15324940,80 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło zużyte do odprowadzenia wody z produktu Q₃ :

Ilość odprowadzonej wody G=0,001*M = 0,001*224640,00 kg = 224,64 kgH₂O/24h

Ciepło parowania wody w temperaturze produktu r= 595 kcal/kg * 4,19kJ/kcal = 2493,0 kJ/ kgH₂O

Q₃= G*r = 224,64 kgH₂O/d * 2493,0 kJ/ kgH₂O = 568 005,12$\ \frac{\text{kJ}}{d}$

Q3	560027,52 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło wprowadzone do chłodni z opakowaniami i urządzeniami do składowania produktu Q₄ :

Masa palet m = 702 palet * 50kg = 35100,00 kg

Ciepło właściwe drewna zużytego do opakowania c= 2,74 kJ/kgK

Temperatura początkowa t₁= 16^OC= 289K

Temperatura końcowa t₂= 3^OC=276K

Q₄= m*c*(t₁-t₂) = 35100,00 kJ/d*2,74kJ/kgK*[289-276]K = 1250262,00 kJ/d

Q4	1250262,00 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło wentylacji Q₅ :

Q₅ = M * (i₁-i₂) = n*V*p* (i₁-i₂) kJ/d

Pojemność komory : V=V_c= 854,44 m³

Krotność wymiany powietrza w ciągu doby :

$n = \frac{70}{\sqrt{V}}$ = $\frac{70}{\sqrt{554,44}}$ = 2,39 $\frac{1}{d}$

Gęstość powietrza w komorze : ρ= 1,29 kg/m³

Dla 3^OC = [(0,0054-0,0038)/5]*3 = 0,00096 0,00096+0,0038= 0,00476

Dla 16^OC = [(0,0146-0,0106)/5]*1 = 0,0008 0,0106+0,0008= 0,0114

	Dla 3^OC	Dla 16^OC
xn [kg pary/kg p.s. ]	0,00476	0,0114

Dla 16^oC x=ϕ₁*x_n = 0,5*0,0114= 0,0057

I₁= [0,24*t+x(595+0,47*t)]*4,19 = [0,24*16^OC+0,0057*(595+0,47*16)]*4,19 = 30,48 kJ/ kg p.

Dla 3^oC x=ϕ₂*x_n = 0,9*0,00476= 0,004284

I₂= [0,24*t+x(595+0,47*t)]*4,19 =[0,24*3^OC+0,004284*(595+0,47*3)]*4,19 = 13,72 kJ/ kg p.s.

Q₅ = 2,39*854,44*1,29*(30,48-13,72) = 44151,27 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Q5	44151,27 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło pracy silnika Q₆ :

Q₆= 3600*P*($\frac{1}{\eta_{s}} - 1)$*η₁*η₂*η₃*τ kJ/24h

Równoważnik pracy 3600kJ/kW*h

Współczynnik wyzyskania mocy zainstalowanego silnika η₁= 0,85

Współczynnik obciążenia η₂= 0,6

Moc zainstalowanego silnika P= 2 kW

Sprawność silnika elektrycznego η₅= 0,8

Współczynnik przyswajania energii cieplnej η₃= 0,9

Czas pracy silnika τ= 2h/d

Q₆= 3600*2*($\frac{1}{0,8} - 1)$*0,85*0,6*0,9*2 = 1652 kJ/d

Q6	1652 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło oświetlenia Q₇ :

Q₇ = 3600*P*τ kJ/d

Moc włączonych żarówek P=0,5 kW

Czas włączenia żarówek τ= 3 h /d

Q₇ = 3600*0,5*3= 5400 kJ/d

Q7	5400 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło pracy ludzi Q₈ :

Q₈ : n*q₁*τ kJ/d

Liczba osób znajdujących się w pomieszczeniu n= 3

Czas przebywania w ciągu doby τ=3 h/d

Całkowite ciepło wydzielane prze 1 osobę w ciągu 1 godziny q₁=1100 kJ/os*h

Q₈ = 3*1100*3 = 9900 kJ/d

Q8	9900 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Ciepło oddychania tkanki roślinnej Q₉ :

Q₉ =M*q kJ/d

Ilość towaru składowanego w pomieszczeniu M= 224,640 Mg/d

Jednostkowe ciepło oddychania dla okresu q=1507 kJ/Mg

Q₉ == 224,640 *1507= 338532,48 kJ/d

Q9	338532,48 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Straty dodatkowe Q₁₀ :

Q₁₀ = 0,05*$\sum_{n = 1}^{n = 9}Q_{n}$ = 0,05*(131533,98+15324940,80+560027,52+1250262,00+44151,27+1652+5400,00+9900+338532,48)= 883320,00 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Q10	883320,00 $\frac{\text{KJ}}{d}$

Lp.	Pozycja bilansu	Q kJ/d	Udział procentowy
Q1	Ciepło przenikające z otoczenia	131 534,0	0,71 %
Q2	Ciepło odprowadzone z produktu	15324940,80	82,62 %
Q3	Ciepło zużyte do odprowadzenia wody z produktu	560027,52	3,02 %
Q4	Ciepło wprowadzone do chłodni z opakowaniami i urządzeniami do składowania produktu	1250262,00	6,74 %
Q5	Ciepło wentylacji	44151,27	0,24 %
Q6	Ciepło pracy silnika	1652,0	0,01 %
Q7	Ciepło oświetlenia	5400,0	0,03 %
Q8	Ciepło pracy ludzi	9900,0	0,05 %
Q9	Ciepło oddychania tkanki roślinnej	338532,48	1,83 %
Q10	Straty dodatkowe	883320	4,76 %
Łącznie		18549720,07	100%

Dobór sprężarki

Łączna wartość ciepła odprowadzanego z chłodni w ciągu doby.

Q = 18549720,07 kJ/d

Zamiana ciepła Q kJ/d na moc J/s = W

Q = 18549720,07 kJ/d =18549720,07 * (1000/86400) J/s = 214695,83 W

W celu uzyskania łącznej mocy sprężarek, wyliczoną moc /2.

Q_s = Q/2 =214695,83W / 2 = 107347,92 W

Minimalna moc dla mniejszej sprężarki, która będzie stanowiła 1/3 uzyskanej wyżej mocy (Q_s =108 860,42 ).

Q_s1/3 = 107347,92 W * 1/3 = 35782,64 W = 35,78 kW

Minimalną moc dla większej sprężarki, która będzie stanowiła 2/3 uzyskanej wyżej mocy (Q_s = 108 860,42).

Q_s2/3 = 107347,92 W * 2/3 = 71565,28 W = 71,6 kW

Dwie sprężarki :

Firma Danfoss- Maneurop : model MT160 moc 38 270 W

Danfoss-Maneurop : model SH300 moc 77 300 W

Wnioski:

Sprężarki zostały dobrane zgodnie z zapotrzebowaniem na moc. Dobrałem mniejszą i większą sprężarkę po to by podczas eksploatacji nie było konieczności wykorzystywania całej mocy sprężarki, gdy nie wymagają tego warunki przechowywania produktów. Wraz ze wzrostem załadowania magazynu zwiększa się zapotrzebowanie na moc sprężarek.