Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm mô hình sấy hành lá bằng năng lượng mặt trời kết hợp bơm nhiệt 4

68 CHƢƠNG 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4 1 Giới thiệu mô hình thực nghiệm Sơ đồ mô hình thực nghiệm thực tế đƣợc giới thiệu theo từng thực nghiệm ở phần tiếp theo, sau đây là sơ đồ thể hiện các vị trí thiết bị đo trong mô hình Chú thích (1) Thiết bị đo nhiệt độ không khí; (2), (3) Thiết bị đo BXMT; (4) Thiết bị đo vận tốc TNS; (5) Thiết bị đo nhiệt độ TNS; (6) Thiết bị đo nhiệt độ nƣớc Hình 4 1 Sơ đồ thể hiện vị trí lắp đặt các thiết bị đo và vị trí đo lấy mẫu các thông số trong thực nghiệm.

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

4.1 Giới thiệu mô hình thực nghiệm

Sơ đồ mô hình thực nghiệm thực tế được giới thiệu theo từng thực nghiệm ở phần tiếp theo, sau đây là sơ đồ thể hiện các vị trí thiết bị đo trong mô hình

Chú thích: (1) Thiết bị đo nhiệt độ không khí; (2), (3) Thiết bị đo BXMT; (4) Thiết

bị đo vận tốc TNS; (5) Thiết bị đo nhiệt độ TNS; (6) Thiết bị đo nhiệt độ nước Hình 4.1 Sơ đồ thể hiện vị trí lắp đặt các thiết bị đo và vị trí đo lấy mẫu các thông

số trong thực nghiệm

 Cấu tạo của mô hình thực nghiệm

chiều dài ống 15,4m Một ơm nhiệt có công suất 1HP Một dàn trao đổi nhiệt – khí

sử dụng để gia nhiệt không khí bằng nước nóng có chiều cao 0,33m, chiều rộng 0,21m, chiều dày 0,1m với kết cấu là ống nhôm và cánh tản nhiệt Buồng sấy có kết cấu là khung sắt bọc tole xung quanh và lớp cách nhiệt có độ dày 25mm Một quạt hút ly tâm có công suất 0,37kW Bình tích trữ nước nóng thể tích 50 lít bằng nhựa

và được bọc cách nhiệt dày 15mm Máy ơm nước tuần hoàn cho hệ thống gia nhiệt nước nóng có công suất 0,37kW Các đường ống PVC được bọc cách nhiệt dày 0,15mm

Mô hình được bố trí lắp đặt tại sân xe đạp trường Đại học Công Nghiệp TP HCM Hai bộ thu gia nhiệt nước nóng và GNKK được đặt nghiêng một góc 40ᴼ so với phương ngang và nghiêng theo hướng Nam [7] Sau khi lắp đặt hoàn thiện mô hình, tiến hành chạy thử và hiệu chỉnh các thông số vận hành của máy sấy, kiểm tra độ kín và ổn định của các thiết bị Để đảm bảo mô hình hoạt động ổn định tiến hành chạy sấy không tải trong 3 ngày

4.2 Xác định các thông số đầu ra và đầu vào của thực nghiệm

4.2.1 Xác định thông số đầu ra

- Thời gian sấy là một thông số đặc trưng trong quá trình thực nghiệm sấy và làm cơ

sở để nghiên cứu động học quá trình sấy, đánh giá hiệu quả vận hành của thiết bị sấy ( đơn vị là giờ)

- Tiêu hao điện n ng riêng của quá trình sấy là mức điện n ng tiêu thụ dùng để làm

ay hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy gồm toàn ộ tiêu thụ điện trên các thiết bị có trong mô hình thí nghiệm như quạt, ơm, máy nén (đơn vị là kWh/kg ẩm)

- Độ ẩm sản phẩm (%) là thông số quyết định chất lượng sản phẩm sau sấy, qua tài liệu nghiên cứu về sấy hành lá [14] độ ẩm đạt yêu cầu của hành lá sau khi sấy là 12%

4.2.2 Xác định thông số đầu vào

- Chiều dày vật liệu: Là độ dày lớp vật liệu sấy tính từ đáy của khay sấy Chiều dày lớp vật liệu ảnh hưởng đến quá trình sấy, nếu lớp vật liệu quá dày sẽ làm giảm sự lưu thông của TNS làm giảm hiệu quả của quá trình sấy, nếu lớp vật liệu càng mỏng thời gian sấy sẽ giảm và chất lượng sản phẩm đồng đều nhưng nếu lớp vật liệu quá mỏng sẽ làm giảm n ng suất sấy Trong mô hình sấy với số lượng khay sấy là 4, kích thước khay 40x40 cm, khối lượng hành lá trong một mẻ sấy 1 kg Ta xác định được độ dày lớp hành lá H0 = 0,92 cm (Phương pháp xác định được trình ày ở phần phụ lục 5)

- Nhiệt độ tác nhân sấy (°C): Là thông số ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm sau sấy, nếu nhiệt độ sấy quá cao sẽ làm mất đi hàm lượng dinh dưỡng có trong sản phẩm Qua tài liệu nghiên cứu về sấy hành lá [14] nhiệt độ sấy hành lá hợp lý là 40°C

0,5 m/s, 0,8 m/s; 1,1 m/s nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của vận tốc TNS đến hiệu quả quá trình sấy khi sấy bằng bộ gia nhiệt không khí

4.2.3 Cách xác định các thông số trong thí nghiệm

Hình 4.3 Hình ảnh và sơ đồ thể hiện cách ố trí thiết bị đo trong thí nghiệm

- Thời gian sấy được xác định bằng đồng hồ thời gian giờ trong ngày Đối với mỗi chế độ sấy thì mốc thời gian bắt đầu và kết thúc được xác định như sau:

+ Khi sấy bằng bộ GNKK và ơm nhiệt thời gian bắt đầu được tính từ lúc đưa vật liệu sấy vào uồng sấy cho đến khi vật liệu đạt độ ẩm yêu cầu ≤ 12%

Trong quá trình sấy khi chuyển đổi giữa các chế độ sấy do thời gian chuyển đổi và hiệu chỉnh không đáng kể nên ta xem như quá trình sấy diễn ra liên tục

- N ng lượng tiêu thụ riêng của quá trình sấy được xác định theo công thức sau

Trong đó: Ni là tiêu thụ điện n ng riêng (kWh/kg ẩm); W là lượng nước ay hơi từ VLS (kg); N là tổng tiêu thụ điện trong thời gian sấy (kWh);

Tổng tiêu thụ điện (N) của các chế độ sấy được đo ằng công tơ điện 1 pha

EMIC-01, sơ đồ điện được mô tả như hình dưới

Hình 4.4 Sơ đồ khối đấu nối các thiết bị điện trong mô hình

- Độ ẩm của vật liệu được xác định bằng phương pháp cân khối lượng nhờ cân điện

At: Khối lượng hiển thị trên cân theo thời gian

Gk: Khối lượng khay sấy và khung treo khay sấy, Gk= 6,86 kg

- Độ ẩm tương đối của VLS:

Với:

+ M1 = 92% là độ ẩm an đầu

+ G1 = 1 kg là khối lượng hành lá an đầu

+ Mt là độ ẩm tương đốitương ứng với khối lượng Gt

Độ ẩm tuyệt đối của VLS [31]:

)

- Nhiệt độ TNS được đo và ghi lại kết quả hiển thị trên đồng hồ đo nhiệt độ TOHO TTM-004, vị trí đo được xác định như trên hình 4.3

4.3 Dụng cụ đo trong thí nghiệm

Bảng 4.1 Bảng liệt kê dụng cụ đo sử dụng trong thực nghiệm

STT Tên thiết bị Độ phân

giải Model Hãng sản suất Độ chính xác

4.4 Kết quả thực nghiệm sấy bằng bằng năng lượng mặt trời với bộ gia nhiệt không khí và nước nóng tích trữ

Lưu đồ thực hiện thực nghiệm

Hình 4.8 Lưu đồ thực hiện thực nghiệm sấy bằng bộ GNKK và nước nóng tích trữ

4.4.1 Sấy bằng bộ gia nhiệt KK-NLMT

Chú thích: 1 Buồng sấy; 2 Khay sấy; 3 Quạt ly tâm; 4 Bộ thu gia nhiệt không khí;

5 Khóa ộ thu

Hình 4.9 Sơ đồ mô hình khi sấy bằng bộ gia nhiệt không khí

- Nguyên lý làm việc khi sấy bằng bộ GNKK: Khi quạt ly tâm (3) hoạt động TNS là không khí đi qua ộ thu GNKK (4), tại đây TNS thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với tấm hấp thụ, TNS được gia nhiệt làm cho độ ẩm tương đối giảm xuống Sau đó TNS sẽ đi vào uồng sấy (1) thực hiện quá trình sấy và thải ẩm ra môi trường Khóa (5) dùng để hòa trộn thêm không khí nhằm thay đổi nhiệt độ của TNS

4.4.1.1 Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện nhằm tìm ra vận tốc TNS và thời gian sấy phù hợp với việc sấy hành lá ằng bộ gia nhiệt không khí, thông qua việc đánh giá sự ảnh hưởng

4.4.1.2 Bố trí thí nghiệm

- Thực nghiệm được thực hiện trong mùa khô tháng 4 trời nắng đều và không mưa

- Chuẩn bị nguyên liệu: hành tươi được rửa sạch, loại bỏ gốc, cắt khúc 5-10mm khối lượng hành sau khi cắt khúc là 1 kg được xếp đều lên 4 khay

- Thực nghiệm được thực hiện với các thông số được cố định:

+ N ng suất đầu vào G1 = 1 kg

Nhiệt độ TNS trong thí nghiệm được điều chỉnh nhờ cách hòa trộn thêm không khí tươi vào TNS dựa thay đổi độ mở của Van khóa (5) trên hình 4.10 Trong suốt quá trình thí nghiệm ta không thực hiện đảo vật liệu sấy

4.4.1.3 Kết quả và thảo luận

a) Xác định thời gian sấy và lựa chọn nhiệt độ sấy thực tế

Bảng 4.2 Bức xạ mặt trời, nhiệt độ môi trường,nhiệt độ TNS theo thời gian khi sấy

bằng bộ GNKK

Thời

gian

Vận tốc TNS 0,5 m/s Vận tốc TNS 0,8 m/s Vận tốc TNS 1,1 m/s BX

Nhiệt

độ TNS (ºC)

BX

MT (W/

m 2 )

Nhiệt độ môi trường (ºC)

Nhiệt

độ TNS (ºC)

BX

MT (W/

m 2 )

Nhiệt độ môi trường (ºC)

Nhiệt

độ TNS (ºC)

Hình 4.10 Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ TNS theo thời gian tương ứng với

mỗi vận tốc TNS

* Nhận xét kết quả:

Kết quả thực nghiệm ở bảng 4.2, hình 4.10 cho thấy:

- Cường độ BXMT bắt đầu t ng dần và đạt đỉnh lúc 13h sau đó giảm dần, trung ình trong các ngày thực nghiệm là từ 600-680 W/m2, giữa 3 vận tốc TNS cường độ BXMT có sự chênh lệnh không lớn

- Nhiệt độ TNS chênh lệch với nhiệt độ môi trường từ 5-9ᴼC và chệnh lệnh nhiệt độ cao nhất ở vận tốc TNS 0,5 m/s sau đó giảm dần ở vận tốc TNS 0,8 và 1,1 m/s Chênh lệnh nhiệt độ trung ình so với nhiệt độ sấy hành lá lý thuyết 40°C cao nhất

của bộ thu GNKK do đó nhiệt độ TNS vào uồng sấy sẽ cao hơn, duy trì nhiệt độ lâu hơn

* Kết luận:

Dựa vào kết quả trên ta chọn thời gian sấy phù hợp là ắt đầu từ 10h cho đến 16h30 nhiệt độ TNS trung ình 38°C

b) Ảnh hưởng của vận tốc tác nhân sấy đến độ ẩm sản phẩm

Bảng 4.3 Độ ẩm vật liệu và nhiệt độ TNS theo thời gian khi sấy bằng bộ GNKK

nắng (giờ)

Vận tốc TNS 0,5 m/s

Vận tốc TNS 0,8 m/s

Vận tốc TNS 1,1 m/s

Độ chứa

ẩm (kgÂ/kg VLK)

Độ ẩm (%)

Độ chứa

ấm (kgÂ/kg VLK)

Độ ẩm (%)

Độ chứa

ấm (kgÂ/kg VLK)

Độ ẩm (%)

Hình 4.11 Đồ thị giảm ẩm tương ứng với các vận tốc TNS

- Khi vận tốc TNS là 0,8 m/s với thời gian sấy là 6,5h độ ẩm vật liệu đạt 11,1%.Trong khi đó vận tốc TNS 0,5 m/s với thời gian sấy là 6,5h độ ẩm đạt 19,1%, vận tốc TNS 1,1 m/s với thời gian sấy là 6,5h độ ẩm đạt 27%

Nhƣ vậy ta có thể thấy rằng thời gian sấy không tỷ lệ thuận với tốc độ sấy, đối với hành lá khi t ng vận tốc sấy quá cao sẽ dẫn tới việc ay nguyên liệu ở cuối thời gian sấy do khối lƣợng vật liệu giảm

- Trong khoảng 3h đầu tốc độ sấy của vận tốc TNS 0,8 m/s và 1,1 m/s cao hơn rõ rệt

so với vận tốc TNS 0,5 m/s nhưng trong thời gian từ 3h-6h thì tốc độ sấy của vận tốc TSN 0,5 m/s lại cao hơn so với 2 vận tốc TNS còn lại

- Trong giai đoạn sấy giảm tốc ta thấy tốc độ sấy thay đổi theo quy luật đường cong

Sử dụng phần mềm MATLAB ta thiết lập được phương trình hồi quy dự đoán sự thay đổi độ tốc độ sấy theo thời gian tương ứng với mỗi vận tốc TNS như sau (kết quả phân tích và đồ thị được thể hiện rõ trong phần phụ lục 6):

c) Ảnh hưởng của vận tốc tác nhân sấy đến điện n ng tiêu thụ riêng

Bảng 4.4 Điện n ng tiêu thụ riêng tương ứng với mỗi vận tốc TNS

W (kg ẩm) N (kWh) N i (kWh/kg ẩm)

Hình 4.13 Biểu đồ so sánh điện n ng tiêu thụ riêng của mỗi vận tốc TNS

* Nhận xét:

Dựa vào số liệu ở bảng 4.4 và hình 4.13 ta thấy rằng:

- Điện n ng tiêu thụ riêng ở vận tốc 0,8 m/s là thấp nhất tuy nhiên chênh lệch không lớn so với vận tốc TNS 0,5 m/s Vận tốc TNS 1,1 m/s có mức điện n ng tiêu thụ riêng cao nhất 2,81 (kWh/kg ẩm)

- Khi t ng vận tốc TNS thì mức tiêu hao điện n ng càng t ng Điều này được giải thích đơn giản là khi thay đổi vận tốc TNS thì phải thay đổi công suất của quạt, vận tốc TNS càng lớn công suất của quạt càng cao

* Kết luận:

Trong 3 vận tốc TNS sấy 0,5 m/s; 0,8 m/s; 1,1 m/s thì vận tốc TNS 0,8 m/s cho mức

điện n ng tiêu thụ riêng thấp nhất

 Kết luận thực nghiệm sấy bằng bộ GNKK-NLMT:

- Dựa vào kết quả đánh giá sự ảnh hưởng của vận tốc TNS đến nhiệt độ TNS qua bộ

2,81

2,20 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90

Vận tốc TNS 0,5 m/s

Vận tốc TNS 0,8 m/s

Vận tốc TNS 1,1 m/s

nhất cho việc sấy hành lá ằng bộ thu GNKK và thời gian sấy phù hợp là từ 10h cho đến 16h30

- Khi sấy bằng bộ GNKK với vận tốc TNS 0,8 m/s độ ẩm vật liệu đã đạt yêu cầu

<12%, do đó việc sấy bằng nước nóng tích trữ sẽ được thực hiện cho một mẻ sấy mới nhằm đánh giá hiệu quả của việc sấy bằng nước nóng tích trữ

4.4.2 Sấy bằng nước nóng tích trữ thông qua bộ gia nhiệt ( NN-KK)

Chú thích: 1 Buồng sấy; 2 Khay sấy; 3 Quạt ly tâm; 4 Bộ trao đổi nhiệt-khí; 5.Bộ thu nung nóng nước; 6 Khóa nước; 7 Bồn nước; 8 Bơm; 9 Bộ thu gia nhiệt không khí; 10 Khóa ộ thu

Hình 4.14 Sơ đồ mô hình khi sấy bằng nước nóng tích trữ

tuần hoàn qua dàn trao đổi nhiệt nước nóng- không khí nhờ ơm (8) Không khí được quạt hút (3) đưa qua dàn trao đổi nhiệt nước nóng- không khí tại đây không khí được gia nhiệt và làm giảm độ ẩm tương đối sau đó đi vào uồng sấy thực hiện quá trình sấy và thải ẩm ra môi trường

- Chuẩn bị vật liệu tương tự như thực nghiệm sấy bằng bộ GNKK

- Thực nghiệm được thực hiện với các thông số được cố định:

+ N ng suất đầu vào G1 = 1 kg

qua dàn trao đổi nhiệt (NN-KK) nhờ thay đổi thông số chiết áp, khi nhiệt độ TNS

ổn định khoảng 40°C ta đưa khay sấy đã xếp sẵn hành lá vào uồng sấy bắt đầu tính thời gian sấy

Các thông số cần đo trong thực nghiệm: thời gian sấy τ (giờ), khối lượng VLS theo thời gian Gt (kg), điện n ng tiêu thụ N (kWh), bức xạ mặt trời I (W/m2), nhiệt độ môi trường t0 (°C), nhiệt độ TNS t1 (°C), nhiệt độ nước nóng trong bồn tn (°C) Tất

cả các thông số được đo và ghi lại sau mỗi 30 phút

4.4.2.3 Kết quả và thảo luận

a) Đánh giá sự thay đổi nhiệt độ nước và nhiệt độ TNS

Bảng 4.5 BXMT, nhiệt độ nước trong bồn và điện n ng tiêu thụ theo thời gian khi

0 200

Hình 4.16 Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ TNS, nhiệt độ nước theo thời gian

* Nhận xét

Kết quả thực nghiệm ở hình 4.15 cho thấy rằng:

- Nhiệt độ nước tỉ lệ thuận với cường độ BXMT trong khoảng thời gian từ 8h cho đến 13h, sau 13h cường độ BXMT giảm tuy nhiên nhiệt độ nước vẫn t ng Điều này được giải thích là do hiện tượng hiệu ứng nhà kính trong ộ thu NLMT làm cho nhiệt độ trong bộ thu được duy trì trong thời gian dài

- Nhiệt độ nước lúc 8h sáng là 34ᴼC đạt nhiệt độ cao nhất là 64ᴼC vào lúc 15h sau

đó sẽ giảm dần

- Kết quả ở hình 4.16 cho thấy nhiệt độ TNS cao nhất đạt được là 42ᴼC và giảm dần tới nhiệt độ 35ᴼC trong khoảng thời gian 4h Nhiệt độ TNS chênh lệnh trung ình 10ᴼC so với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ nước nógng

0 10 20 30 40 50 60 70

THỜI GIAN (GIỜ)

b) Đánh giá sự thay đổi độ ẩm của vật liệu khi sấy bằng nước nóng tích trữ

Bảng 4.6 Nhiệt độ nước, nhiệt độ TNS, độ ẩm vật liệu theo thời gian khi sấy bằng

Độ chứa ẩm (kg Â/kgVLK)

Độ

ẩm (%)

Chỉ số điện (kWh)

M = (9,5 – 0,05t2)2 với hệ số R2 = 0,98 Trong đó M là độ ẩm (%), t là thời gian (giờ)

Ta thiết lập được đồ thị tương quan giữa độ ẩm và thời gian trong hình 4.18

Hình 4.17 Đồ thị giảm ẩm khi sấy bằng nước nóng

* Nhận xét:

- Kết quả thực nghiệm trong hình 4.17 và ảng 4.6 cho thấy độ ẩm của hành lá giảm

từ 92% đến 77,1% trong khoảng thời gian 4h

 Kết luận thực nghiệm sấy bằng nước nóng tích trữ:

- Như vậy mô hình sấy nước nóng đã đạt hiệu suất tính toán ở chương 4 (nhiệt độ nước trong bồn 55ºC, nhiệt độ TNS đạt 40°C)

- Từ 9h cho đến 15h là thời gian thu nóng nước đạt hiệu quả cao nhất

Thoi gian (gio)

65 70 75 80 85 90 95 100

4.5 Kết quả thực nghiệm sấy bằng bơm nhiệt

Hình 4.18 Lưu đồ thực hiện thực nghiệm sấy bằng ơm nhiệt

Chú thích: 1 Buồng sấy; 2 Khay sấy; 3 Quạt ly tâm; 11 Dàn nóng; 12 Van tiết lưu; 13 Dàn lạnh; 14 Máy nén

Hình 4.19 Sơ đồ mô hình khi sấy bằng ơm nhiệt

 Nguyên lý làm việc:

Khi sấy bằng ơm nhiệt: Tác nhân sấy (không khí) được quạt ly tâm (3) hút qua dàn lạnh (6), tại đây không khí được tách ẩm do đó độ chứa ẩm và nhiệt độ của TNS giảm xuống Tiếp theo TNS đi qua dàn nóng (4) tại đây TNS được gia nhiệt đẳng dung ẩm đến nhiệt độ sấy sau đó đi vào uồng sấy (1) thực hiện quá trình sấy

và thải ẩm ra môi trường

4.5.1 Mục đích thí nghiệm

Việc sử dụng ơm nhiệt để sấy nhằm đảm bảo quá trình sấy được diễn ra liên tục kể

cả vào những ngày mưa hoàn toàn không có nắng

Thí nhiệm thực hiện nhằm ghi nhận thời gian sấy (giờ) và điện n ng tiêu thụ (kWh/kg ẩm) của phương pháp sấy ơm nhiệt

4.5.2 Bố trí thí nghiệm

- Chuẩn bị vật liệu tương tự như thực nghiệm sấy bằng bộ GNKK

- Thực nghiệm được thực hiện với các thông số được cố định:

+ N ng suất đầu vào G1 = 1 kg

+ Độ ẩm vật liệu an đầu M1 = 92%

+ Độ dày lớp hành lá H0 = 0,92 cm

+ Nhiệt độ TNS 40ºC, vận tốc tác nhân sấy 0,8 m/s

Để đảm bảo nhiệt độ thấp tương tự ngày mưa ta chọn thời gian sấy vào uổi chiều

thay đổi độ mở van tiết lưu (5) và cửa chắn phụ thay đổi diện tích dàn nóng khi nhiệt độ ổn định 40°C lúc này đưa khay sấy chứa hành lá vào uồng sấy và ắt đầu tính thời gian sấy Trong suốt quá trình sấy ta không thực hiện đảo vật liệu sấy Các thông số cần đo trong thực nghiệm: thời gian sấy τ (giờ), khối lượng VLS theo thời gian Gt (kg), điện n ng tiêu thụ N (kWh), nhiệt độ TNS t1 (°C) Tất cả các thông số được đo và ghi lại sau mỗi 30 phút

4.5.3 Kết quả và thảo luận

Bảng 4.7 Bảng thông số thực nghiệm sấy bằng ơm nhiệt

Thời

gian

Nhiệt độ MT (ᴼC)

Nhiệt độ TNS (ᴼC)

Độ ẩm VLS (Kg ẩm/Kg VLK)

Độ ẩm (%)

Chỉ số điện (kWh)

M = (9,47 – 0,11t2)2 với hệ số R2 = 0,98 Trong đó M là độ ẩm (%), t là thời gian (giờ)

Ta thiết lập được đồ thị tương quan giữa độ ẩm và thời gian trong hình 4.21

Hình 4.20 Đồ thị giảm ẩm sấy khi sấy bằng ơm nhiệt

* Nhận xét:

Kết quả ở bảng 4.7 và hình 4.20 cho thấy rằng:

- Khi sấy hành lá ằng ơm nhiệt thì để đạt độ ẩm 12% cần thời gian sấy là 7h

- Điện n ng thiêu thụ của toàn quá trình sấy là 9,7 kWh

Thoi gian (gio)

* Kết luận:

Với thực nghiệm sấy bằng ơm nhiệt thì thời gian sấy để vật liệu đạt độ ẩm 12% là 7h tiêu tốn mức điện n ng là 9,7 kWh

4.6 Kết quả thực nghiệm sấy kết hợp bằng bộ gia nhiệt không khí (KK

NLMT) sấy bằng nước nóng tích trữ( KKNN) và sấy bằng bơm nhiệt (BN)

Hình 4.21 Lưu đồ thực hiện thực nghiệm sấy kết hợp bộ GNKK, nước nóng và ơm

nhiệt

4.6.1 Mục đích thí nghiệm

Thí nhiệm thực hiện nhằm ghi nhận thời gian sấy (giờ) và điện n ng tiêu thụ

(kWh/kg ẩm) của phương pháp sấy kết hợp

4.6.2 Bố trí thí nghiệm

- Chuẩn bị vật liệu tương tự như thực nghiệm trước

- Thực nghiệm được thực hiện với các thông số được cố định:

+ N ng suất đầu vào G1 = 1 kg

từ khi kết thúc sấy bằng nước nóng cho đến khi hành lá đạt độ ẩm ≤ 12%, nhiệt độ TNS 40ºC

4.6.3 Kết quả và thảo luận

Bảng 4.8 Bảng thông số thực nghiệm sấy kết hợp 3 phương pháp sấy

BXMT (W/m 2 )

Nhiệt

độ nước (ᴼC)

Nhiệt

độ TNS (ᴼC)

Độ ẩm VLS (Kg ẩm/Kg VLK)

Độ

ẩm (%)

Chỉ số điện (kWh)

Trong đó Mk là độ ẩm (%), t là thời gian (giờ)

Ta thiết lập được đồ thị tương quan giữa độ ẩm và thời gian trong hình 4.23

Hình 4.22 Đồ thị giảm ẩm của thực nghiệm sấy kết hợp 3 phương pháp sấy

* Nhận xét:

Kết quả ở bảng 4.8 và hình 4.22 cho thấy:

-Thời gian sấy là 8h trong đó sấy bằng NLMT bao gồm sấy bằng bộ gia nhiệt không khí và nước nóng tích trữ duy trì trong 6h (từ 13h30 đến 20h30) độ ẩm hành lá giảm

từ 92% đến 47,2% từ 20h chuyển sang sấy bằng ơm nhiệt đến 21h30 thì đạt độ ẩm 12%

Thoi gian (gio)

* Kết luận:

Với thực nghiệm sấy kết hợp bộ gia nhiệt không khí, nước nóng tích trữ và ơm nhiệt thì thời gian sấy để vật liệu đạt độ ẩm 12% là 8h tiêu tốn mức điện n ng là 6,9kWh

4.7 Điện năng tiêu thụ của các chế độ sấy

Bảng 4.9 Điện n ng tiêu thụ riêng của các chế độ sấy (kWh/kg ẩm)

Bằng ộ NNKK

Bằng nước nóng tích trữ

Bằng ơm nhiệt

Kết hợp 3 phương pháp

tế vì khi sấy bằng bộ GNKK chỉ có quạt ly tâm hoạt động, khi sấy bằng ơm nhiệt thì cả quạt ly tâm và máy nén của ơm nhiệt hoạt động sẽ tiêu tốn nhiều n ng lượng hơn

- Khi sấy bằng bộ GNKK tiết kiệm 80% n ng lượng tiệu thụ so với ơm nhiệt, khi sấy kết hợp là 40% và sấy bằng nước nóng tích trữ là 36%

ẩm vật liệu đạt 11,1%

N ng lượng tiêu thụ riêng khi sấy bằng bộ gia nhiệt không khí, nước nóng tích trữ,

ơm nhiêt và chế độ sấy kết hợp ( GNKK, nước nóng tích trữ, ơm nhiệt) tương ứng là 2,4 (kWh/kg ẩm), 7,2 (Wh/kg ẩm), 10,8 (Wh/kg ẩm), 7,7 (Wh/ kg ẩm)

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

- Đã trình ày được nội dung tổng quan về công nghệ sấy bằng NLMT, công nghệ sấy bằng ơm nhiệt, công nghệ sấy kết hợp NLMT và ơm nhiệt từ đó đưa ra được

mô hình sấy bằng NLMT kết hợp ơm nhiệt

- Đã tính toán, thiết kế, chế tạo được mô hình sấy bằng NLMT kết hợp ơm nhiệt,

mô hình hoạt động ổn định khắc phục được việc sấy trong những ngày không có nắng

- Dựa vào kết quả đánh giá sự ảnh hưởng của vận tốc TNS đến nhiệt độ TNS qua bộ thu gia nhiệt không khí, độ ẩm vật liệu sấy và điện n ng tiêu thụ riêng ta thấy rằng với 3 vận tốc TNS 0,5 m/s ; 0,8 m/s và 1,1 m/s thì vận tốc TNS 0,8 m/s là hiệu quả nhất cho việc sấy hành lá ằng bộ thu GNKK, với độ ẩm an đầu hành là 92% sấy đến độ ẩm 12% trong thời gian 6,5h (10h-16h30) nhiệt độ TNS duy trì trung ình 38°C

- N ng lượng tiêu thụ riêng khi sấy bằng bộ gia nhiệt không khí, nước nóng tích trữ,

ơm nhiêt và chế độ sấy kết hợp ( GNKK, nước nóng tích trữ, ơm nhiệt) tương ứng là 2,4 (kWh/kg ẩm), 7,2 (Wh/kg ẩm), 10,8 (Wh/kg ẩm), 7,7 (Wh/ kg ẩm) Ta thấy rằng khi sấy bằng bộ GNKK tiết kiệm 80% n ng lượng tiệu thụ so với ơm nhiệt, khi sấy kết hợp là 40% và sấy bằng nước nóng tích trữ là 36% Về hiệu quả kinh tế lượng điện tiết kiếm được khi sấy bằng bộ gia nhiệt không khí so với ơm nhiệt là 7,7 kWh với giá điện hiện tại là 1,678 đồng/kWh (theo EVN giá điện sản xuất dưới 6 kV n m 2020) thì ta tiết kiệm được khoảng 13.000 VND cho một mẻ sấy 1kg hành tươi

2 Kiến nghị

Với kết quả đạt được của đề tài cho thấy việc sấy hành lá ằng n ng lượng mặt trời kết hợp ơm nhiệt có thể triển khai vào sản xuất thực tế ứng dụng cho các công ty sản xuất thực phẩm như mì n liền, cháo, phở…

Tiếp tục nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của góc tới θ, góc ức mặt trời tới bộ thu

n ng lượng mặt trời, đánh giá chất lượng dinh dưỡng sản phẩm sau sấy

Nghiên cứu sử dụng mô hình sấy NLMT kết hợp ơm nhiệt cho các loại vật liệu khác như nấm, cây thuốc, các loại thực phẩm sấy khác…

Với việc sấy thực phẩm thì không yêu cầu nhiệt độ cao mà cần thời gian duy trì nhiệt độ lâu do đó chúng ta có thể nghiên cứu phát triển khả n ng tích trữ nhiệt như

sử dụng chất chuyển pha paraffin… Đồng thời kết hợp nghiên cứu ứng dụng công nghệ roto hút ẩm kết hợp với mô hình sấy NLMT để nâng cao hiệu quả sấy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Ngh a Khang và cộng sự “Khảo sát khả n ng ứng dụng máy sấy n ng

lượng mặt trời vào quá trình sấy khô cá tra phồng tại An Giang,” Tạp chí Khoa học Trường Đại học An Giang Tập 7, số 3, trang 52 – 65, 2015

[2] Đinh Vương Hùng và Nguyễn Xuân Trung “Một số kết quả nghiên cứu sấy tỏi bằng hệ thống sấy dùng n ng lượng mặt trời kiểu hỗn hợp đối lưu tự

nhiên,” Tạp chí Công nghiệp nông thôn Số 02, trang 12-16, 2011

[3] Mai Thanh Phong và Phan Đình Tuấn “Chế tạo và ứng dụng hệ thống thiết bị

sấy cà phê sử dụng kết hợp n ng lượng mặt trời và sinh khối,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Tập 50, số 2, trang 247-252, 2012

[4] Hoàng Xuân Niên và Nguyễn Minh Hùng “Nghiên cứu hệ thống thiết bị thí

nghiệm sấy gỗ bằng n ng lượng mặt tời kết hợp nồi dầu,” Tạp Chí Khoa học

và Công nghệ Lâm nghiệp Số 4, 2015

[5] Đỗ Minh Cường và Phan Hòa “Nghiên cứu quá trình sấy thóc ằng thiết bị

sấy n ng lượng mặt tời kiểu đối lưu tự nhiên,” Tạp chí Khoa học Đại học Huế

Số 55, 2009

[6] Nguyễn V n Thành “Kỹ thuật sơ chế ca cao,” Dự án CARD 013VIE05 - Lên men,sấy và đánh giá chất lượng ca cao ở Việt Nam - Chương trình Hợp tác nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2009

[7] Đỗ Minh Cường và cộng sự “Ảnh hưởng của kết cấu và vật liệu tạo tấm hấp

phụ đến thông số nhiệt của bộ thu n ng lượng mặt trời,” Tạp chí Khoa học & Công nghệ nông nghiệp Tập 3, số 2, 2019

[8] Ahmad Fudholi et al “Techno-economic analysis of solar drying system for seaweed in malaysia,” Recent Researches in Energy, Environment and

Landscape Architecture, 2009

[9] Mohd Azam Yahya et al “Evaluation of energy requirement for drying of

[10] M Yahya et al “Design and performance of solar-assisted fluidized bed drying of paddy,” Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology Vol 12, no 4, pp 420-426, 2016

[11] Võ Mạnh Duy và Lê Chí Hiệp “Nghiên cứu sấy cà rốt bằng máy sấy ơm

nhiệt kiểu thùng quay,” Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ Số 20b,

trang 209-216, 2011

[12] Trần Đại Tiến và Lê Như Chính “Ảnh hưởng của chế độ sấy đối lưu kết hợp

với ơm nhiệt đến n ng lượng tiêu hao và chất lượng mực khô,” Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3, 2015

[13] Hoàng Ngọc Đồng và Lê Minh Trí “Nghiên cứu xây dựng mô hình thực

nghiệm thiêt ị sấy bằng ơm nhiệt,” Tạp chí KH & CN, Đại học Đà Nẵng

Tập 4, số 27, 2008

[14] Nguyễn Thị Út Hiền và Trần Đức Độ “Nghiên cứu chế độ hoạt động máy sấy

buồng đối với hành lá theo nguyên lí ơm nhiệt,” Trường Đại học Công

nghiệp Thực phẩm TP HCM, tháng 9/2016

[15] Roonak Daghigh et al “Air source heat pump system for drying application,” Selected Topics In System Science And Simulation In Engineerin ISBN: 978- 960-474-230-1, 2010

[16] Yu Qiu et al “Performance and operation mode analysis of a heat recovery and thermal storage solar-assisted heat pump drying system,” Solar Energy

Vol 137, pp 225–235, 2016

[17] M Yahya et al “Design and performance evaluation of a solar assisted heat pump dryer integrated with biomass furnace for red chilli,” International

[21] Đặng Quốc Phú và các cộng sự Truyền nhiệt Nhà xuất bản Giáo dục, 2006 [22] Nguyễn Đức Lợi và các cộng sự Kỹ thuật lạnh ứng dụng Nhà xuất bản Giáo

dục, 2009

[23] Nguyễn Công Vân Năng lượng mặt trời quá trình nhiệt và ứng dụng Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006

[24] Hoàng Dương Hùng Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng Nhà xuất

[31] Bùi Trung Thành Giáo trình lý thuyết tính toán và thiết kế hệ thống sấy Nhà

xuất bản Trường Đại học Công Nghiệp TP HCM, 2011

PHỤ LỤC

Phụ lục 1 Tính toán bơm nhiệt

a) Chọn môi chất lạnh

Ở đây ta chọn môi chất lạnh là R-22 với những lý do sau

+ Nhiệt độ ay hơi và nhiệt độ ngưng ở mức trung ình

+ Hệ thống với quy mô nhỏ

+ Rất thông dụng và dễ tìm mua ngoài thị trường

+ Hệ số trao đổi nhiệt lớn

+ An toàn cho môi trường và sức khỏe con người

b) Tính chọn công suất máy nén cho bơm nhiệt

* Chọn nhiệt độ ngưng

Dàn ngưng tụ của ơm nhiệt có nhiệm vụ gia nhiệt cho không khí nên môi trường làm mát dàn ngưng chính là TNS, đối với dàn ngưng giải nhiệt bằng gió cưỡng bức, hiệu nhiệt độ trung ình giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ không khí yêu cầu là

∆ttb = (13 ÷ 17ᴼC) [26] Ta chọn ∆ttb =15ᴼC Khi đó, nhiệt độ ngưng tụ củamôi chất là: