Theo màu sắc người ta phân ra 03 loại đá: đá đục, đá trong và đá pha lê.

a) Nước đá đục

Nước đá đục là nước đá có màu đục, không trong suốt, màu sắc như vậy là do có tạp chất ở bên trong. Về chất lượng, nước đá đục không thể sử dụng vào mọi mục đích được mà chỉ sử dụng trong kỹ thuật, công nghiệp nên gọi là nước đá kỹ thuật. Các tạp chất trong nước đá đục có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí

- Các chất khí: ở nhiệt độ 0oC và áp suất khí quyển, nước có khả năng hoà tan khí với hàm lượng đến 29,2 mg/l, tức cỡ 0,03% thể tích. Khi đóng băng các chất khí tách ra tạo thành bọt khí và bị ngậm ở giữa tinh thể đá. Dưới ánh nắng, các bọt khí phản xạ toàn phần nên nhìn không trong suốt và có màu trắng đục.

- Các chất tan và chất rắn: Trong nước thường chứa các muối hoà tan, như muối canxi và muối magiê. Ngoài các muối hoà tan còn có các chất rắn lơ lửng như cát, bùn, đất, chúng lơ lửng ở trong nước. Trong quá trình kết tinh nước đá có xu hướng đẩy các chất tan, tạp chất, cặn bẫn và không khí ra. Quá trình kết tinh thực hiện từ ngoài vào trong nên càng vào trong tạp chất càng nhiều. Sau khi toàn bộ khối đã được kết tinh, các tạp chất, cặn bẫn thường bị ngậm lại ở tâm của khối đá. Các tạp chất này làm cho cây đá không trong suốt mà có màu trắng đục.

b) Nước đá trong

Nước đá trong là nước đá trong suốt, dưới tác dụng của các tia sáng phản xạ màu xanh phớt. Để có nước trong suốt cần loại bỏ các chất tan, huyền phù và khí trong nước. Vì vậy khi tan không để lại chất lắng.

Có thể loại bỏ các tạp chất ngay trong quá trình kết tinh của đá bằng cách vớt bỏ tạp chất nổi trên bề mặt đá khi kết tinh, tránh cho không bị ngậm giữa các lớp tinh thể.

Để sản xuất đá trong bắt buộc phải sử dụng nguồn nước chất lượng tốt thoả mãn các điều kiện nêu trong bảng 3-3.

Khi chất lượng nước không tốt, để tạo ra đá trong có thể thực hiện bằng cách:

- Cho nước luân chuyển mạnh, nâng cao nhiệt độ đóng băng lên -6-8oC, có thể thực hiện làm sạch bằng cách kết tinh chậm ở -2 -4oC.

- Làm mềm nước: tách cacbônat canxi, magiê, sắt, nhôm bằng vôi sống. Ví dụ tách Ca+ như sau:

Ca(OH)2 + Ca(CHO3)2 = 2CaCO3 + 2H2O

Trong quá trình tách các thành phần này các chất hữu cơ lơ lửng trong nước cũng đọng lại với các hợp chất cacbônat. Quá trình tách các hợp chất cacbônat kết tủa có thể thực hiện bằng cách lọc.

Bảng 3-3: Hàm lượng cho phép của các chất trong nước

Sử dụng vôi sống không khử được iôn sắt nên thường cho ngậm khí trước lúc lọc, iôn sắt kết hợp CO2 tạo kết tủa dễ dàng lọc để loại bỏ.

Có thể lọc nước bằng cát thạch anh hay bằng nhôm sunfat. Phương pháp này không những đảm bảo làm mềm nước, tích tụ các hợp chất hữu cơ và vôi mà còn chuyển hoá bicacbonat thành sunfat, làm giảm độ dòn của đá. Vì thế có thể hạ nhiệt độ cây đá xuống thấp mà không sợ bị nứt.

c) Nước đá pha lê

Khi nước được sử dụng để làm đá được khử muối và khí hoàn toàn thì đá tạo ra là đá pha lê. Đá pha lê trong suốt từ ngoài vào tâm và khi tan không để lại cặn bẫn. Nước đá pha lê có thể được sản xuất từ nước cất, nhưng như vậy giá thành sản phẩm quá cao. Nước đá pha lê khi xay nhỏ ít bị dính nên rất được ưa chuộng.

Nước đá pha lê có thể sản xuất ở các máy sản xuất đá nhỏ nhưng phải đảm bảo tốc độ trên bề mặt đóng băng lớn và khử muối sạch.

Khối lượng riêng của đá pha lê cỡ 910 đến 920 kg/m3.

Theo hình dạng có thể phân ra nhiều loại đá khác nhau như sau:

- Máy đá cây: đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc lấy cây đá ra khỏi khuôn ít khi người ta sản xuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chóp phía đáy thường nhỏ hơn phía miệng. Đá cây được kết đông trong các khuôn đá thường có các cỡ sau: 5; 12,5 ; 24; 50 ; 100; 150 ; 200; 300 kg. Khi rót nước vào khuôn, chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, như vậy dung tích thực sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10%. Sở dỉ như vậy là vì khuôn phải dự phòng cho sự giãn nở của đá khi đông và nước trong khuôn phải đảm bảo chìm hoàn toàn trong nước muối. Máy đá cây có thời gian đông đá tương đối dài vì khi đông đá, các lớp đá mới tạo thành là lớp dẫn nhiệt kém nên hạn chế truyền nhiệt vào bên trong. Ví dụ máy đá với khuôn 50 kg có thời gian đông đá khoảng 18 giờ.

Đá cây được sử dụng trong sinh hoạt để phục vụ giải khát, trong công nghiệp và đời sống để bảo quản thực phẩm. Hiện nay một số lượng lớn đá cây được sử dụng cho ngư dân bảo quản cá khi đánh bắt xa bờ và lâu ngày. Hiện nay ở nước ta người dân vẫn quen sử dụng đá cây để cho giải khát với số lượng khá lớn.

- Máy đá tấm: Có dạng hình tấm được sản xuất bằng cách phun nước lên bề mặt dàn lạnh dạng tấm. Kích cỡ của đá tấm: dài từ 3  6 m, cao 2  3 m, dày 250300mm. Khối lượng từ 1,5 đến 2,5 tấn.

- Máy đá vảy: Máy đá vảy có dạng không tiêu chuẩn, được cắt tách ra khỏi bề mặt tạo đá của các thiết bị và gảy vỡ dước dạng các mãnh vỡ nhỏ.

Máy đá vảy được sản xuất nhờ các cối đá dạng hình trụ tròn. Nước được phun lên bên trong hình trụ và được làm lạnh và đóng băng trên bề mặt trụ. Trụ tạo băng có 2 lớp, ở giữa là môi chất lạnh.

Đá vảy được sử dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến, đặc biệt ở các nhà máy chế biến thực phẩm và thuỷ sản. Chúng được sử dụng để bảo quản thực phẩm khi nhập hàng và trong quá trình chế biến. Ngày nay nó đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn, bắt buộc phải có ở các xí nghiệp đông lạnh, vì chỉ có sử dụng đá vảy mới đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Ngoài ra đá vảy cũng có rất nhiều ưu điểm khác như giá thành rẻ, chi phí vận hành, đầu tư nhỏ.

Nước đá vảy có chiều dày rất khác nhau từ 0,5 đến 5mm tuỳ thuộc vào thời gian làm đá. Độ dày này có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi tốc độ quay của cối đá hoặc dao cắt đá.

- Máy đá viên (máy đá dạng ống): Nước đá có dạng các đoạn hình trụ rỗng được sản xuất trong các ống 57 x 3,5 và 38 x 3mm, nên đường kính của viên đá là 50 và 32. Khi sản xuất đá tạo thành trụ dài, nhưng được cắt nhỏ thành những đoạn từ 30100mm nhờ dao cắt đá. Máy đá viên được sử dụng khá phổ biến trong đời sống, hiện nay nhiều quán giải khát, quán cà phê có sử dụng đá viên.

- Máy đá tuyết: Đá sản xuất ra có dạng xốp như tuyết.

Đá tuyết có thể được ép lại thành viên kích thước phù hợp yêu cầu sử dụng.

Theo nguồn nước sử dụng làm đá thì có hai loại máy: Làm đá từ nước ngọt và nước mặn

- Đá nước ngọt được sử dụng trong nhiều mục ích khác nhau: Bảo quản thực phẩm, giải khát, sinh hoạt.

- Đá nước mặn sử dụng bảo quản thực phẩm, đặc biệt sử dụng bảo quản cá khi đánh bắt xa bờ. Nguyên liệu sản xuất đá là nước biển có độ mặn cao. Nhiệt độ đông đặc khá thấp nên chất lượng bảo quản tốt và thời gian bảo quản có thể kéo dài hơn. Để sản xuất đá mặn nhất thiết phải sử dụng phương pháp làm lạnh trực tiếp, vì thế hạn chế tổn thất nhiệt năng.

Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu một số hệ thống lạnh máy đá được sử dụng phổ biến trong đời sống và công nghiệp.

Trên hình 3-1 là sơ đồ nguyên lý của Hử thống lạnh máy đá cây được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Hệ thống có các thiết Bỵ chính sau:

2. Bình chứa cao áp.

3. Dàn ngưng: Có thể sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi, bình ngưng, dàn ngưng tụ kiểu tưới và có thể sử dụng dàn ngưng không khí.

4. Bình tách dầu.

5. Bình tách khí không ngưng.

6. Bình thu hồi dầu (sử dụng trong hệ thống NH3).

7. Bình tách lỏng.

8. Bình giữ mức- tách lỏng.

9. Bể nước muối làm đá, cùng bộ cánh khuấy và dàn lạnh kiểu xương cá.

Trong hệ thống lạnh máy đá có 2 thiết bị có thể coi là đặc thù của hệ thống. Đó là dàn lạnh xương cá và bình giữ mức – tách lỏng.

Đặc điểm hệ thống máy đá cây

Ưu điểm:

- Vì có dạng khối lớn nên có khả năng tích trữ lâu, rất tiện lớn cho việc vận chuyển đi xa và dùng bảo quản thực phẩm lâu ngày.

- Dễ dàng chế tạo, các thiết bị của hệ thống có thể chế tạo trong nước, không đòi hỏi phải có thiết bị đặc biệt.

Nhược điểm:

- Chi phí vận hành lớn: Chi phí nhân công vận hành, vào nước, ra đá, vận chuyển đá, xay đá, chi phí điện năng (mô tơ khuấy, cẩu đá, máy xay đá)

- Chi phí đầu tư lớn: Bể đá, cẩu đá, bể nhúng nước, bàn lật, hệ thống cấp vào nước khuôn đá, kho bảo quản đá, máy xay đá vv...

- Thời gian làm đá lâu nên không chủ động sản xuất và chế biến.

- Khi xuất đá thì đá ra hàng loạt nên cần kho bảo quản.

- Không bảo đảm vệ sinh: Bể muối và khâu xay đá.

- Tổn thất nhiệt lớn: Quá trình từ sản xuất đên sử dụng qua rất nhiều khâu nên tổn thất nhiệt lớn, ngoài ra khi xay đá và nhúng khuôn đá còn gây ra mất mát cơ học.

Do có nhiều nhược điểm như vậy nên hiện nay người ta ít sử dụng máy đá cây trong để chế biến thực phẩm, mà chủ yếu sản xuất để bán cho ngư dân đánh cá và cho sinh hoạt. Đối với các xí nghiệp chế biến thuỷ sản một trong những điều kiện để được cấp code EU nhập hàng vào các nước E.U thì phải sử dụng đá vảy để chế biến.

Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây

3.2.2 Kết cấu bể đá

Hình 3-5 giới thiệu kết cấu của một bể đá. Bể đá được chia thành 2 hoặc 3 ngăn, trong đó có 01 ngăn để đặt dàn lạnh, các ngăn còn lại đặt các khuôn đá. Bể có 01 bộ cánh khuấy, bố trí thẳng đứng hay nằm ngang tuỳ ý. Bố trí thẳng đứng tiện lợi hơn, tránh rò rỉ nước muối ra bên ngoài nên hay được lựa chọn. Các khuôn đá được ghép lại thành các linh đá. Mỗi linh đá có từ 5 đến 7 khuôn đá hoặc lớn hơn. Có nhiều cách bố trí linh đá, các linh đá bố trí cố định hoặc có thể di chuyển dồn đến hai đầu nhờ hệ thống xích. Khi bố trí như vậy rất tiện lợi khi cẩu linh đá ra ngoài.

Bên trên bể đá có bố trí hệ thống cần trục và cẩu để cẩu các linh đá lên khỏi bể, đem nhúng vào bể nước để tách đá, sau đó đặt lên bàn để lật đá xuống sàn. Trên bể nhúng người ta bố trí hệ thống vòi cung cấp nước để nạp nước vào các khuôn sau khi đã ra đá. Việc cung cấp nước cho các khuôn đã được định lượng trước để khi cấp nước chỉ chiếm khoảng 90% thể tích khuôn.

Nước muối thường sử dụng là Nacl hoặc CaCl2 và đôi khi người ta sử dụng cả MgCl2.

Bể muối được xây bằng gạch thẻ và bên trong người ta tiến hành bọc cách nhiệt và trong cùng là lớp thép tấm. Cấu tạo cách nhiệt bể muối được dẫn ra ở các bảng dưới đây:

3.2.2.1. Kết cấu cách nhiệt tường

Trên hình 3-2 mô tả kết cấu của tường bể đá, đặc điểm các lớp mô tả trên bảng 3-4.

Bảng 3-4: Các lớp cách nhiệt bể đá cây

- Số lượng linh đá được xác định

m1=Nn1m1=Nn1 size 12{m rSub { size 8{1} } = { {N} over {n rSub { size 8{1} } } } } {}(3-5)

N - Số khuôn đá,

n1 - Số khuôn đá trên 01 linh đá

Khoảng cách giữa các khuôn đá trong linh đá là 225mm, 02 khuôn hai đầu cách nhau 40mm để móc cẩu. Khoảng hở hai đầu còn lại là 75mm

Vì vậy chiều dài mỗi linh đá được xác định như sau

l = n1 x 225 + 2x75 + 2x40= n1 x 225 + 230

Ví dụ:

- Linh đá có 5 khuôn: l = 1355 mm

- Linh đá có 6 khuôn: l = 1580 mm

- Linh đá có 7 khuôn: l = 1805 mm

- Linh đá có 8 khuôn: l = 2030 mm

- Linh đá có 9 khuôn: l = 2255 mm

Chiều rộng của linh đá là 425mm, chiều cao linh đá là 1150mm

3.2.3.3 Xác định kích thước bên trong bể đá

Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các khuôn đá, dàn lạnh, bộ cánh khuấy và các khe hở cần thiết để nước muối chuyển động tuần hoàn.

Có 2 cách bố trí dàn lạnh: Bố trí dàn lạnh ở giữa, hai bên có 02 dãy khuôn đá và bố trí dàn lạnh một bên, khuôn đá một bên. Cách bố trí dàn lạnh ở giữa, hai bên có 02 dãy khuôn đá có ưu điểm là hiệu quả truyền nhiệt cao và tốc độ nước muối chuyển động trên toàn bể đồng đều hơn, vì vậy hay được lựa chọn.

1) Xác định chiều rộng bể đá:

W = 2.l + 4 + A(3-6)

trong đó

l - Chiều dài của 01 linh đá

 - Khe hở giữa linh đá và vách trong bể đá  = 25mm

A - Chiều rộng cần thiết để lắp dàn lạnh xương cá: A = 600  900mm

Ví dụ: Bề rộng của bể được xác định tuỳ thuộc vào số khuôn đá trên 01 linh đá cụ thể như sau:

- Linh đá có 5 khuôn: W = 2810 + A mm

- Linh đá có 6 khuôn: W = 3260 + A mm

- Linh đá có 7 khuôn: W = 3710 + A mm

- Linh đá có 8 khuôn: W = 4160 + Amm

- Linh đá có 9 khuôn: W = 4610 + Amm

Hình 3-5: Bế trí bể đá với linh đá 7 khuôn đá

2) Xác định chiều dài bể đá

Chiều dài bể đá được xác định theo công thức:

L = B + C + m2.b (3-7)

B - Chiều rộng các đoạn hở lắp đặt bộ cánh khuấy và tuần hoàn nước: B = 600mm

C - Chiều rộng đoạn hở cuối bể: C = 500mm

b - khoảng cách giữa các linh đá, được xác định trên cơ sở độ rộng của linh đá và khoảng hở giữa chúng b = 425 + 50mm = 475mm

m2 - Số linh đá dọc theo chiều dài (trên một dãy)

Như vậy:

L = m2.475 + 1100 mm

Ví dụ: Máy đá 10 Tấn, sử dụng linh đá 7 khuôn

- Số khuôn đá:

N = 10.000/50 = 200 khuôn

- Số linh đá :

m1 = N/7 = 200/7  29 linh đá

- Bố trí dàn lạnh ở giữa, các linh đá bố trí thành 02 dãy 2 bên. Vậy số linh đá trên một dãy:

m2 = 15 linh đá

- Chiều dài bể đá:

L = 15 x 475 + 1100 = 8.225mm

3) Xác định chiều cao của bể đá

Chiều cao của bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở cần thiết giữa đáy khuôn đá và bể. Mặt khác phía trên linh đá là một khoảng hở cỡ 100mm, sau đó là lớp gỗ dày 30mm

Tổng chiều cao của bể là h = 1250mm

Dưới đây là kích thước bể đá sử dụng khuôn đá 50 kg, linh đá 7 khuôn, dàn lạnh xương cá đặt ở giữa, các linh đá bố trí thành 02 dãi 2 bên, chiều rộng đặt dàn lạnh xương cá A khác nhau dùng tham khảo

Bảng 3-7: Thông số bể đá

Kích thước của bể xác định trên đây là kích thước bên trong, muốn xác định kích thước bên ngoài phải cộng thêm chiều dày kết cấu cách nhiệt.

3.2.4 Thời gian làm đá

Thời gian làm đá phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu các yếu tố sau:

- Khối lượng và kích thước cây đá. Cây đá có kích thước và khối lượng càng nhỏ thì thời gian làm đá càng nhanh và ngược lại.

- Nhiệt độ nước muối. Nhiệt độ nước muối khoảng –10oC. Khi giảm nhiệt độ nước muối thì thời gian giảm đáng kể. Tuy nhiên khi nhiệt độ quá thấp thì tiêu tốn điện năng và tổn thất nhiệt tăng.

- Tốc độ tuần hoàn của nước muối. Thường tốc độ này không lớn lắm, do tiết diện ngang bể lớn, tốc độ tuần hoàn khoảng 12 m/s.

Có rất nhiều phương pháp xác định thời gian làm lạnh, theo công thức thực nghiệm của Plank thời gian làm lạnh đá cây được xác định theo công thức:

 = A.bo.(bo+B)/tm(3-8)

 – Thời gian làm đá, giờ

tm- Nhiệt độ nước muối trung bình trong bể, oC

bo - Chiều rộng khuôn, m (Lấy cạnh ngắn của tiết diện lớn nhất của khuôn).

A,B – Là các hằng số phụ thuộc vào tỷ số n = ao/bo là tỷ số giữa cạnh dài trên cạnh ngắn của tiết diện lớn nhất.

Nếu khuôn có n = 1. A = 3120 và B = 0,036

Nếu n = 2 thì A = 4540 và B = 0,026

Nhiệt độ trung bình nước muối trong bể lấy như sau:

- Nước đá đục: tm = -10oC

- Nước đá trong suốt: tm = - 5 đến –7oC

- Nước đá pha lê : tm = - 4 đến –6oC

3.2.5 Tính nhiệt bể đá

3.2.4.1 Nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá

Các bể đá thường được đặt bên trong nhà xưởng nên khả năng bị bức xạ trực tiếp rất ít. Vì vậy nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá chỉ do độ chênh nhiệt độ giữa nước muối bên trong và không khí bên ngoài, gồm 3 thành phần:

- Nhiệt truyền qua tường bể đá Q11

- Nhiệt truyền qua nắp bể đá Q12

- Nhiệt truyền qua nền bể đá Q13

Q1 = Q11 + Q12 + Q13(3-9)

1) Nhiệt truyền qua tường bể đá

Q11 = kt.Ft.tt(3-10)

Ft - Diện tích tường bể đá, m2. Diện tích tường được xác định từ chiều cao và chu vi của bể. Chiều cao tính từ mặt nền ngoài bể đến thành bể. Chu vi được tính theo kích thước bên ngoài của bể.

tt - Độ chênh nhiệt độ bên ngoài và bên trong bể, tt = tKKN – tm

tKKN - Nhiệt độ không khí bên ngoài bể đá. Nhiệt độ này là nhiệt độ trong nhà, nên có thể lấy thấp hơn nhiệt độ tính toán ngoài trời 45OC.

tm - Nhiệt độ nước muối trong bể đá: tb = -8  -15oC

kt - Hệ số truyền nhiệt của tường bể đá, W/m2.K

kt=11α1+∑δiλi+1α2kt=11α1+∑δiλi+1α2 size 12{k rSub { size 8{t} } = { {1} over { { {1} over {α rSub { size 8{1} } } } + Sum { { {δ rSub { size 8{i} } } over {λ rSub { size 8{i} } } } } + { {1} over {α rSub { size 8{2} } } } } } } {}, W/m2.K(3-11)

1 - Hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên của không khí bên ngoài tường bể đá, W/m2.K

2 - Hệ số toả nhiệt đối lưu cưỡng bức của nước muối chuyển động ngang qua tường bên trong bể nước muối, W/m2.K

i, i - Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu tường bể.

Có thể lấy theo kinh nghiệm như sau:

2) Nhiệt truyền qua nắp bể đá

Q12 = kn.Fn.tn(3-12)

Fn - Diện tích nắp bể đá được xác định theo kích thước chiều rộng và chiều dài bên trong bể đá, m2 .

tn = tKKN - tKKT

tKKN - Nhiệt độ không khí bên ngoài bể đá, oC

tKKT - Nhiệt độ lớp không khí trong bể ở bên dưới nắp bể đá. Nhiệt độ lớp không khí này chênh lệch so với nước muối vài độ, tức khoảng -100oC

kn - Hệ số truyền nhiệt ở nắp bể đá, W/m2.K

kn=11α1+δλ+1α'2kn=11α1+δλ+1α'2 size 12{k rSub { size 8{n} } = { {1} over { { {1} over {α rSub { size 8{1} } } } + { {δ} over {λ} } + { {1} over {α' rSub { size 8{2} } } } } } } {}(3-13)

1 - Hệ số toả nhiệt bên ngoài từ không khí trong phòng bể đá lên nắp của nó, W/m2.K;

’2 - Hệ số toả nhiệt bên trong từ nắp bể đá ra lớp không khí bên dưới nắp bể , W/m2.K;

 - Chiều dày nắp gỗ: =30mm;

 - Hệ số dẫn nhiệt của gỗ, có thể tham khảo theo phụ lục 11 ở cuối sách này, hoặc lấy khoảng 0,5 kCal/m2.h.K

3) Nhiệt truyền qua nền bể đá

Có thể tính tổn thất nhiệt qua nền bể đá theo như tính cho nền kho lạnh, cụ thể phân nền bể đá ra 4 vùng, và tổn thất nhiệt qua nền là:

Q13=∑ki.Fi.(tKKN−tm).mQ13=∑ki.Fi.(tKKN−tm).m size 12{Q rSub { size 8{"13"} } = Sum {k rSub { size 8{i} } "." F rSub { size 8{i} } "." \( t rSub { size 8{ ital "KK"} rSup { size 8{N} } } - t rSub { size 8{m} } \) } "." m} {} (3-14)

ki – Hệ số truyền nhiệt của các vùng từ 1 đến 4, W/m2.K;

Fi – Diện tích tương ứng của các vùng, m2 .

Để tính toán dòng nhiệt vào qua sàn, người ta chia sàn ra các vùng khác nhau có chiều rộng 2m mỗi vùng tính từ bề mặt tường bao vào giữa buồng.

Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước kq,W/m2K, lấy theo từng vùng là:

- Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tường bao :

kI= 0,47 W/m2.K, FI =4(a+b)

- Vùng rộng 2m tiếp theo về phía tâm buồng:

kII = 0,23 W/m2.K, FII =4(a+b)-48

- Vùng rộng 2m tiếp theo:

kIII = 0,12 W/m2.K, FIII =4(a+b)-80

- Vùng còn lại ở giữa buồng lạnh: :

kIV = 0,07 W/m2.K, FIV =(a-12)(b-12)

Hệ số m đặc trưng cho sự tăng trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt:

m=11+1,25δ1λ1+δ2λ2+...+δnλnm=11+1,25δ1λ1+δ2λ2+...+δnλn size 12{m= { {1} over {1+1,"25" left ( { {δ rSub { size 8{1} } } over {λ rSub { size 8{1} } } } + { {δ rSub { size 8{2} } } over {λ rSub { size 8{2} } } } + "." "." "." + { {δ rSub { size 8{n} } } over {λ rSub { size 8{n} } } } right )} } } {}(3-15)

i - Chiều dày của từng lớp của kết cấu nền, m;

i - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K;

Nếu nền không có cách nhiệt thì m = 1.

3.2.4.2 Nhiệt để đông đá và làm lạnh khuôn đá

Nhiệt đông đá và làm lạnh khuôn đá được tính như sau:

Q2 = Q21 + Q22(3-16)

Q21 - Nhiệt làm lạnh nước đá

Q22 - Nhiệt làm lạnh khuôn đá

Q21=E.qoτQ21=E.qoτ size 12{Q rSub { size 8{"21"} } =E "." { {q rSub { size 8{o} } } over {τ} } } {}, W(3-17)

E - Năng suất bể đá, kg/mẻ

 - Thời gian đông đá cho một mẻ, Giây. Thời gian đông đá phụ thuộc vào nhiệt độ bể muối và kích thước khuôn đá, có thể tra theo bảng 3-6 hoặc tính toán theo công thức (3-8).

qo - Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn, J/kg.

Nhiệt làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo được xác định theo công thức:

qo = Cpn.t1 + r + Cpđ.t2 (3-18)

Cpn - Nhiệt dung riêng của nước : Cpn = 4186 J/kg.K;

r - Nhiệt đông đặc : r = 333600 J/kg (80 Kcal/kg);

Cpđ - Nhiệt dung riêng của đá: Cpđ = 2090 J/kg.K (0,5 kCal/kg.K);

t1 - Nhiệt độ nước đầu vào, có thể lấy t1= 30oC;

t2 - Nhiệt độ cây đá: t2 = -5  -10oC.

Thay vào ta có:

qo = 4186.t1 + 333600 + 2090.t2, J/kg(3-19)

2) Nhiệt làm lạnh khuôn đá

Q22=M.CpK.(tk1−tk2)τ,WQ22=M.CpK.(tk1−tk2)τ,W size 12{Q rSub { size 8{"22"} } =M "." { {C rSub { size 8{ ital "pK"} } "." \( t rSub { size 8{k1} } - t rSub { size 8{k2} } \) } over {τ} } ,W} {}(3-20)

M - Tổng khối lượng khuôn đá, kg.

Tổng khối lượng khuôn bằng số lượng khuôn nhân với khối lượng một khuôn đá. Khối lượng khuôn đá tham khảo bảng 3-6. Khối lượng khuôn 50 kg là 27,2 kg.

Cpk - Nhiệt dung riêng của khuôn, Khuôn làm bằn tôn tráng kẽm.

tK1, tK2 - Nhiệt độ khuôn ban đầu và khi đá đã hoàn thiện. Nhiệt độ khuôn ban đầu có thể lấy tương đương nhiệt độ nước, nhưng nhiệt độ khuôn khi kết thúc đông đá nhỏ hơn nhiệt độ trung bình của cây đá khoảng 23oC.

3.2.4.3 Nhiệt do bộ cánh khuấy gây ra

Bộ cánh khuấy được bố trí bên ngoài bể muối. Vì vậy nhiệt năng do bộ cánh khuấy tạo được xác định theo công thức sau đây:

Q3 = 1000..N, W (3-21)

- Hiệu suất của động cơ điện.

N – Công suất mô tơ cánh khuấy (kW), có thể tham khảo công suất mô tơ của các bộ cánh khuấy của MYCOM (Nhật) cho ở bảng 3-8 dưới đây

Bảng 3-8: Đặc tính kỹ thuật các bộ cánh khuấy MYCOM (Nhật)

3.2.4.4 Nhiệt do nhúng cây đá

Tổn thất nhiệt do làm tan đá được coi là tổng công suất cần thiết để làm lạnh khối đá đã bị làm tan nhằm rút đá ra khỏi khuôn.

Q4=n.g.qoτ=n.f.δ.ρ.qoτQ4=n.g.qoτ=n.f.δ.ρ.qoτ size 12{Q rSub { size 8{4} } =n "." g "." { {q rSub { size 8{o} } } over {τ} } =n "." f "." δ "." ρ "." { {q rSub { size 8{o} } } over {τ} } } {}, W(3-22)

n – Số khuôn đá;

g – Khối lượng phần đá đã tan, kg;

qo – Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh 01 kg đá từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cây đá, J/kg;

f – Diện tích bề mặt cây đá. Đối với loại 25kg f=0,75m2, đối với loại 50 kg f =1,25m2;

 - Chiều dày phần đá đã tan khi nhúng, m. Để có thể rút đá ra khỏi khuôn cần làm tan đá một lớp dày  = 0,001m. Tuy nhiên cần lưu ý, khi thời gian sử dụng lâu, các khuôn đá có thể bị móp méo, thì độ dày yêu cầu có thể cao hơn.

- Khối lượng riêng của đá: = 900 kg/m3 ;

- Thời gian đông đá, Giây.

3.2.4.5 Tổn thất nhiệt ở phòng bảo quản đá

Nếu hệ thống có sử dụng kho bảo quản đá cùng chung máy lạnh thì cần phải xác định thêm tổn thất nhiệt ở kho bảo quản đá. Trường hợp kho bảo quản đá có hệ thống lạnh riêng, thì mọi tính toán sẽ được tiến hành như tính kho lạnh. Các tổn thất ở kho bảo quản đá bao gồm các tổn thất giống như kho lạnh, cụ thể như sau:

- Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che.

- Tổn thất mô tơ quạt dàn lạnh

- Tổn thất do đèn chiếu sáng

- Tổn thất do vào ra nhập và xuất đá (tổn thất mở cửa).

- Tổn thất do người vận hành.

- Tổn thất do xả băng dàn lạnh.

* Diện tích phòng bảo quản đá:

F = G / (g..H) (3-23)

G – Sức chứa yêu cầu của kho đá, tấn;

g – Hệ số chất tải đá: g = 0,8 tấn/m3;

- Hệ số đầy  = 0,85;

H – Chiều cao kho chứa đá, m.

3.2.6 Các thiết bị phụ máy đá cây

3.2.5.1 Dàn lạnh bể đá

Dàn lạnh trong hệ thống máy đá cây được đặt chìm bên trong bể muối. Các dàn lạnh được cung cấp dịch lỏng theo kiểu ngập, nước muối chuyển động cưỡng bức qua dàn nhờ bộ cánh khuấy.

Dàn lạnh bể đá thường được sử dụng có các dạng chủ yếu sau đây:

- Dàn lạnh kiểu panel

- Dàn lạnh kiểu xương cá

- Dàn lạnh ống đồng (sử dụng trong hệ thống lạnh môi chất frêôn)

1) Dàn lạnh kiểu panel

Dàn lạnh kiểu bay hơi được sử dụng tương đối nhiều tại Liên Xô (cũ) để làm lạnh nước muối.

Dàn gồm các ống góp trên và ống góp dưới. Các ống trao đổi nhiệt có dạng ống thẳng đứng nối giữa 2 ống góp. Dàn lạnh kiểu panel có ưu điểm là dễ chế tạo, nhưng chiếm thể tích tương đối lớn làm cho kích cỡ bể đá lớn làm tăng chi phí đầu tư và vận hành.

Các thông số kỹ thuật của dàn lạnh pênl làm lạnh nước muối như sau:

- Tốc độ nước muối trong bể (qua dàn): 0,50,8 m/s.

- Hệ số truyền nhiệt : k = 460  580 W/m2.K.

- Độ chênh nhiệt độ: 5  6 oK.

- Mật độ dòng nhiệt: qkf = 2900  3500 W/m2.

- Diện tích dàn : 20  320 m2.

1- Bình giữ mức-tách lỏng; 2- Hơi về MN; 3- Ống góp hơi; 4- Ống góp lỏng; 5- Lỏng vào; 6- Xả tràn; 7- Tháo nước; 8- Xả cạn; 9- Lớp cách nhiệt; 10- Xả dầu; 11- Van AT

Hình 3-6: Dàn lạnh panel

2) Dàn lạnh xương cá

Trên hình 3-7 là cấu tạo dàn lạnh xương cá được sử dụng rất rộng rãi để làm lạnh chất lỏng. Dàn lạnh gồm các ống góp trên và dưới, các ống trao đổi nhiệt nối giữa các ống góp có dạng uốn cong giống như xương cá. Với việc uốn cong ống trao đổi nhiệt như vậy nên hạn chế được chiều cao của bể nhưng vẫn đảm bảo đường đi của môi chất đủ lớn để tăng thời gian tiếp xúc.

Đối với hầu hết các dàn lạnh xương cá, phương pháp cấp dịch là kiểu ngập lỏng. Dịch lỏng cấp cho dàn lạnh được cấp từ bình giữ mức và luôn duy trì ngập trong dàn lạnh.

Dàn lạnh xương cá có nhược điểm là chế tạo tương đối khó so với những kiểu khác nhất là các khâu uốn ống và hàn các ống vào ống góp. Tuy nhiên cấu tạo dàn lạnh xương cá gọn nên được sử dụng rất phổ biến.

Dàn lạnh xương cá được chế tạo theo từng mô đun nên có thể dễ dàng tăng công suất của dàn. Mỗi mô đun gồm 01 ống góp trên và 01 ống góp dưới, các ống trao đổi nhiệt có thể bố trí từ 35 dãy.