Khóa luận tốt nghiệp Cơ khí công nghệ: Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm máy sấy nông sản thực phẩm quy mô nhỏ bằng năng lượng mặt trời

Hiện nay, sản pham hat sản xuất vùng sâu, xa của các nước đang phát triển, cụ thê là Việt Nam đều được sấy khô bằng không khí hoăc bằng mặt trời.. Vì vậy dé hoàn thiện những nhược điểm t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HÒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

Vũ Kim Thiên Anh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NONG LAM TP HO CHÍ MINH

KHOA CO KHI - CONG NGHE

-Cơ khí Bao quan và Chê biên Nông sản - Thực phầm

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

TS Phan Hiệu Hiên Vũ Kim Thiên Anh KSTrân Thị Thanh Thuỷ

KHÓA: 2002 - 2006

Thành phố Hồ Chí Minh

tháng 7 — 2006

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG-LAM UNIVERSITY, HO-CHI-MINH CITY

Faculty of Engineering and Technology

Phan Hieu Hien, Ph.D Vũ Kim Thiên Anh

Tran Thi Thanh Thuy, B.Eng

Academic years:

2002 - 2006

HO-CHI-MINH CITY

JULY 2006

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy Phan hiếu Hiền và cô kỹ sư Trần

Thị Thanh Thuỷ vì những chỉ bảo nghiêm khắc, tận tình của thầy đã giúp chúng tôihoàn thành đề tài này

Chúng tôi xin gởi lời cảm ơn đến Ban Giám Đốc Trung tâm Năng Lượng và Máynông nghiệp cùng toàn thé các anh chị trong Trung Tâm đã cho chúng tôi mượnxưởng, mượn dụng cụ đo đạc và đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gianthực hiện đề tài

Trải qua 4 năm học tập tại trường Dai hoc Nông Lâm Tp.HCM, chúng tôi luôn

nhận được sự dạy dỗ và sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô Qua luận văn này,chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến:

- Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM.

- Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ khí công nghệ.

- Quý thay cô đã tận tình chi dạy, hướng dan và giúp đỡ chúng tôi trong thời

gian qua.

Cuối cùng, xin cảm ơn Cha mẹ, các anh em tôi và các bạn lớp cơ khí chế biến khoá

28 luôn động viên và hiệp lực giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Trong thời gian thực hiện đề tài, chúng tôi đã cé gắng nỗ lực dé hoàn thành đề tàimột cách tốt nhất, nhưng do trình độ còn hạn chế nên không thẻ tránh những thiếuxót, chúng tôi rất mong được sự cảm thông và động viên của quý thầy cô và các

bạn.

Chúng tôi xin gởi đến quý thầy cô và toàn thé các bạn lời chúc sức khoẻ và lời cảm

ơn chân thành nhất

Tp.HCM, ngày 02/07/2006

TÓM TẮT

ĐÈ TÀI: TÍNH TOÁN THIET KE, CHE TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM

MAY SAY NĂNG LƯỢNG MAT TRỜI QUY MÔ NHỎ

> Nội dung đề tài:

-_ tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy sấy năng lượng mặt trời quy mô

nhỏ

- khảo nghiệm sây ở một số nông sản

> Kết qua:

5 đã chế tạo một máy sấy nang lượng mặt trời quy mô nhỏ kiểu ngang khay

kết quả từ quá trình sấy khô một số loại nông sản:

Sấy khoai lang :

> độ âm ban đầu : 73,56 %;

> độ âm sau cùng : 13,85 -— 14,1%;

> nhiệt độ trung bình quá trình sấy: 44 — 45 °C;

> thời gian sấy > T1 - 13 giờ

Sấy củ cải:

> độ âm ban đầu : 96,3 %;

> độ âm sau cùng :32,4%;

> nhiệt độ trung bình quá trình sấy: 41,9 °C;

> thời gian sấy : 11 giờ

7 Say mỳ sợi :

> độ 4m banđầu :36 - 37%;

> độ ẩm sau cùng :22-—24,5 %;

> nhiét d6 trung binh qua trinh say: 36,9 - 41 °C;

> thoi gian say : 5-6 gid

May say năng lượng mặt trời quy mô nhỏ có thé sấy khô nhiều loại nông sản một

cách hiệu quả.

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

TS Phan Hiếu Hiền Vũ Kim Thiên Anh

TOPIC: DESIGN, FABRICATION AND TESTING

SMALL-SCALE SOLAR FOOD DRYER

Objectives:

- design, fabrication and testing small-scale solar food dryer

- test drying on some agricultural products

9 Results:

- fabricated a flat-bed style solar power dryer

results from test drying on some agricultural products

7 Sweet potatoes drying:

MỤC LỤC

Trang

ee |2.MỤC DICH LUẬN VĂN - TQ SSSĐSĐĐS S111 H HH1 VY x vc 33.TRA CỨU TÀI LIEU PHUC VỤ DE TÀI + ⁄⁄c⁄ 2222 zzssesse2 43.1.TÌM HIEU VE NĂNG LƯỢNG MAT TRỜI -. 2c c2 43.1.1 Nguồn gốc bản chất nguồn năng lượng mặt trời - 43.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới - -: 53.1.3 Nguồn năng lượng mặt trời ở nước ta ‹ c2 se 63.1.4 Các lợi điểm của việc sử dụng NLMT cc c2 se 83.2 SAY BANG NLMT 222022111111 11 1111111111111 11k ky §3.2.1 Định nghĩa, nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy khô bằng NLMT 8

CDA nt tren gu tu Bo cahetexyybrottebortrirotttoarrertoragudsapssen 9

3.2.3 Một số máy say NLMT được dùng trên thé giới ccc 552 103.2.4 Các dạng máy sấy + kkc s22 111111111 1211111111111 xe 123.2.5 Ngu6n nhiệt phụ trỢ E E11 1222221111111 2555551111111 133.3 SAY NONG SAN BẰNG NLMT 2 222222222 sccee 14

En 143.5.7 MOts6 đối HƯỢNE SÊY các oxcsusueesrainyesvarteuvusaccetuveveswawierdenesvenrann 153.3.3 Quá trình sấy khô 2 011111111222 22111111111 225551111 xu 163.3.4 Dong luc hoc vé say ¬— nee ene EEE EEE ee EEE EEE; EEE SEES EEE EEE ESSE EE ES 173.3.5 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy -cc<<< <<: 193.3.6 Sơ đồ chung của quy trình công nghệ sấy rau quả sees 19

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN - 222222222252 rrre 204.1 Phương pháp thiết kế - -Lcc c2 1111111111111 1 1111111113355 204.2 Phương pháp chế tạO cccc 2222221111111 2555511111111 x62 20

4:3 .Phương:pháp khảo:nghiỆN:¿‹:ssssss vs gen on oe tan cSES5 Xã SAIBE4isg š Haĩng Si 0:000.30 20 4.3.1 Mục đích khảo nghiệm -ccc 22c c2 22221222262 20 4.3.2 Nội dung khảo nghiệm - -.c 2c 222cc cS S212 20

4.3.3 Phương tiện đo đạc các số liệu thực nghiệm cc << c5: 214.4 Phương pháp chuẩn bị nguyên liệu sấy -‹ - << 52 215.THỰC HIỆN DE TÀI - KET QUA VA THẢOLUẬN -cc s22 22

A TINH TOÁN THIẾT KE 0.0.0 ccccceceeceececeesssseeeeeeeeeeeeeeeeeeeennes 225.1 Chạn phương án thiết les eeviervcercsverens ca g1 V604 matuness moms V9 0604 rewes 325.1.1 Chọn dang thiết bị sấy - ccc 2222111111111 255551111111 xx2 22

5 1.2 Neuyen lý :.H0af'dfOTPI sms: manowaenanrnmaeseiennean ei ek RE RNS 23 5.2 Tính toán -c cence tease eee eeeeeeeeeeeeeeteeaeeeneeeegnees 23 32: Vn, CHÚ dUNÊ sgk cu x10 go HH1 nghe HH4 18 esncas dinsesotnate dtdoaeserattetessovn 23

LE ii Ằ.—-.-.- a.-aa.i=iẳaearse=armsamaei 255.2.3 Buồng sấy -LLc Q22 0111111111115 5 111111 2n cv vxe 25T211 L1 ee ee eee 265.2.5 Tính thời gian Sấy - c c1 12 1111111111111 1111112222522 2 52 xxe 26

3.2.6 Tĩnh điện tích tâm: thủ nHiệt, co cc suai ti 22611222141 22x24 ceada 28

5.2.7 Chế tạo bộ thu nhiỆt 22 ©2-S2+SSS‡EE2EEEEEEE2E12521121121212112111211 21122 xe 29

B KET QUA KHẢO NGHIỆM À 2-2-5221 2122122122122127122122111221 1E re 305.3 Khao nehiéay BỘ thu HH is ewer 305.4.Tiến hành các thí nghiệm say cc.ccccccccscsecsesssessesseesseeseessesstseesseestesseeseeeees 30SAL n4 305.4.2 Say khoai lang mẻ Ì CS cece 1111111111111 1 1111111111111 xe 315.4.3 Say khoai lang mẻ 2 ‹cc c2 0111111311211 1111111135555 £ key 325.4.4 Khoai lang phơi nắng - -LL c2 2221111111122 525111 xxe 347 355.4.6 Củ cải phơi nắng cc c0 1 2n n HH ST TT HH TT nh se 365.4.7 Say mì mẻ Ì tt HH 222211111111 2111111 net 37Š.4 B Bến dHÌ THỂ Ÿ vnuesnv nh y HE ng cv thủ vEdE0EcvetnEet3240090019 0-06:05 r2 ven 385.5 Tinh giá thành chế tạo máy +2 2222222252E2EEEEErrrrre 406.KẾT LUẬN VÀ ĐÈ NGHỊ 2222222115551 11 1111 E SE kết 4I

F1 HH re eetsaraeaanrarrsnrdrsaerretreecoesanreonieraiariontgsesenonngsnd 4I

7.TÀI LIEU THAM KHẢO À 2-©222S222E22SE9EE22EE2E52212212222221 7212212222 xe 42

§.PHỤ LUC.

1 MỞ ĐẦU.

Ở những nước đang phát triển thường bị tổn thất nặng né về lương thực sau thời kỳ

thu hoạch Những ton thất về hạt chủ yếu là do các loại gặm nhấm, chim muông,rơi vãi và nhiễm bệnh, thông thường mắt 10-15% sản lượng

Điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến nền kinh tế còn phụ thuộc vào nông

nghiệp, với sự tôn thất lương thực lớn như vậy càng cản trở sự phát triển kinh tế ở

các nước nghèo.

Phần lớn sau thu hoach cần có biện pháp sử lí đặc biệt để ngăn cản sự phát triển các

loài nam Việc sây khô hạt sau thu hoạch là một quá trình đặc biệt quan trọng débao quan san phẩm nông nghiệp Vi trong giai đoạn này sự thoái hoá sản pham

nông nghiệp thường xảy ra nhất

Hiện nay, sản pham hat sản xuất vùng sâu, xa của các nước đang phát triển, cụ thê

là Việt Nam đều được sấy khô bằng không khí hoăc bằng mặt trời Về phương pháptruyền thống, say khô bằng mặt trời là trải sản phẩm lên sàn, sân gạch để phơinang trong ngày, đậy lai ban đêm dé tránh mưa và các yếu tô gây hại khác

Say khô ngoài trời bằng không khí thích hợp ở một số trường hợp, nhưng có nhữngsản phẩm chỉ đảm bảo tốt khi nhiệt độ sây được kiểm soát Hơn nữa, sản phẩm

không được bảo vệ một cách dé dàng khỏi các nhân tố khác và khỏi các loài súc vật

tìm kiếm thức ăn, đặc biệt khi cần trải ra một khoảng rộng dé phoi Do thiéu sukiểm soát trong quá trình phơi khô nên dùng phương pháp truyền thống thì chatlượng sản phẩm sẽ kém và một phần bị mat mát do hau quả của nam mốc và các

loại kí sinh vvv Ngoài ra , liên tục bi âm và khô ở điều kiện thời tiết thay đổi có

thê gây ra vỡ hạt, giảm chất lượng sản phẩm

Sấy khô các sản phẩm hữu cơ như thực vật, quả cà phê, hạt, cá, ca cao thuốc lá làcách làm lâu đời của các nông dân ở các nước đang phát triển Phần lớn quá trình

say khô thực hiện ngoài trời dé tận dung năng lượng mặt trời làm khô nông sản Vìvậy quá trình sấy khô ở ngoài trời là một quá trình “được chăng hay chớ” Do

không được kiểm soát nên sản phẩm phơi có thé quá khô hoặc chưa khô dẫn tới

phát triển nam và vi khuan ở các hạt chưa khô và cứng, gãy ở các hạt quá khô

Vấn đề này đòi hỏi phải có biện pháp để khắc phục được những khuyết điểm mà

phương pháp phơi thủ công mắc phải, là tìm ra một phương pháp chế biến hợp lý,chất lượng sản phẩm cao mà lại đảm bảo vệ sinh an toàn Do đó, việc cơ khí hoá

trong nông nghiệp là rất quan trọng Những loại máy sấy trở nên rất tiện lợi cho

việc chế biến các sản pham khô, nhưng nguồn nhiên liệu và nguồn nhiệt sử dụngtrong các máy đó rất đắt Vì vậy dé hoàn thiện những nhược điểm trên cần tìm ranhững nguồn năng lượng mới, như nguồn năng lượng mặt trời, dé sử dụng trong

các máy chế biến và bảo quản nông sản Việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

có rất nhiều ưu điểm: tận dụng được nguồn năng lượng vô tận, tránh ô nhiễm môitrường, tiết kiệm chi phí và thời gian chế biến bảo quản nông sản của nông dân, vàmặt trời thi ở dau cũng có.

Dựa và những điều vừa phân tích trên đây, được sự cho phép của Khoa Cơ KhíCông nghệ trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng

dẫn của thầy Ts Phan Hiếu Hiền và Ks Trần Thị Thanh Thuỷ, chúng tôi đã thực

hiện đề tài:

“Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mô hình máy sấy nông sản thực phẩm quy mônhỏ bằng năng lượng mặt trời”

2 MỤC DICH DE TÀI

Mục đích của dé tai là: Nghiên cứu, thiết kế chế tao và khảo nghiệm mô hình máy

say nông san quy mô nhỏ (10kg/mẻ) dùng năng lượng mặt trời

Những nội dung thực hiện chính như sau:

- Nghiên cứu, tính toán, thiết kế mô hình máy sấy quy mô nhỏ 10 kg/mẻ

- Hoàn thành tập bản vẽ

- Tiến hành chế tạo mô hình trên

- Khảo nghiệm sơ bộ và chỉnh sửa.

- Khảo nghiệm sấy củ cải, khoai lang, mì trứng, thu thập và xử lý các số liệu thu

được.

Địa điểm thực hiện: Khoa Cơ Khí Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí MinhThời gian thực hiện:27/3-06/7/2006

3 TRA CỨU TÀI LIEU SÁCH BAO TRUC

TIẾP PHUC VU DE TÀI

Xuất phat từ mục đích đề tài, chúng tôi đã tra được những nội dung sau:

1 Tìm hiểu về năng lượng mặt trời gồm : nguồn gốc, bản chất nguồn năng lượng

mặt trời, tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thé giới và ở nước ta, các lợi

điểm của việc sử dụng năng lượng mặt trời

2 Say bằng năng lượng mặt trời (NLMT) gồm có: thiết bị say bang năng lượng mặt

trời, một số máy sấy bằng năng lượng mặt trời được dùng trên thế giới, và nguồn

nhiệt phụ trợ bằng lò sinh khối

3 Say khô bằng NLMT: Vài nét về vật liệu say, một số đối tượng say, qua trinh say

khô, những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy, và quy trình chung chế biến nôngsản.

3.1 TÌM HIỂU VE NĂNG LƯỢNG MAT TRỜI

3.1.1 Nguồn gốc, bản chất nguồn năng lượng mặt trời

Mặt trời là một khối khí cực nóng , dạng hình cầu Đường kính của Mặt Trời là1,39.10° km,trong khi đó đường kính của Trái Dat là 1,24.10! km Khoảng cách

giữa Mặt Trời và Trái Dat là 1,496.108 km, khoảng cách này được gọi là một đơn

vị thiên văn Từ khoảng cách này tại một điểm nằm trên mặt đất người ta nhìn thấyMặt Trời dưới một góc o= 32 phút Dưới góc này hai tia sáng từ Mặt Trời đến

Trái Dat là gần như song song

Thực chat mặt trời là một lò phản ứng nhiệt hạch ,xảy ra bởi sự kết hợp giữa bốnhạt nhân Hydro tạo thành một hạt nhân Heli, toả ra một lượng bức xạ y rất lớn,nhiệt độ ở trên bề mặt của mặt trời lên tói gần 6000 ° C Trong quá trình diễn biến

của phản ứng ,chừng 3/4 % vật chất bị mất đi Khối lượng của Mặt Trời do đó mỗi

giây giảm chừng 4.105 tan Tuy nhiên theo các nhà nghiên cứu ,trạng thái của Mặt

Trời vẫn không thay đổi trong thời gian hang ty năm nữa.Như vậy, sự tồn tại của

năng lượng mặt trời gan như vĩnh cửu với sự tôn tai va phát triên của trái dat.

Hình 1 : Sự tương tác của bức xa mặt trời với khí quyền của trái đất

3.1.2 Tình hình sử dụng NLMT trên thé giới

Cách đây hàng chục năm người ta đã biết sử dụng nguồn năng lượng mặt trời một

cách có hiệu quả như: phơi, sấy, sưởi ấm, làm mát nhà cửa Vào những năm

1978— 1980 nước Mỹ đã chi cho các công trình nghiên cứu nguồn NLMT hang tỷđola chủ yêu làm mát và sưởi ấm

Ngày nay, sử dụng năng lượng mặt trời đã trở nên rất phd biến ở các nước trên thégiới Người ta dùng năng lượng mặt trời cho nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ nhưviệc sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước Các thiết bị đun nước bằng nănglượng mặt trời là loại hình công nghệ hiện nay được sử dung rộng rãi trên thế gidi

Các thiết bi nay đã lắp đặt ở trên hai triệu gia đình Nhật ban, 600.000 gia đình ởIsrael và trên 300000 gia đình ở Mỹ Hơn nữa, các thiết bị đun nước bằng năng

lượng mặt trời đã được sử dụng phổ biến ở Bắc Uc, nơi đây các loại nhiên liệu đều

rất đắt, ở Hy lạp và Síp đã có nhiều nỗ lực để tạo năng lượng điện từ làm nóngnước bằng mặt trời và giảm bớt sự phụ thuộc và việc nhập dầu đề phát điện

Hiện nay, Các nước trên thế giới đang tập trung nghiên cứu việc phát triển ngànhquang điện Các tế bào quang điện trực tiếp chuyên ánh năng mặt trời sang điện

năng bằng các proton ánh sáng sang điện Quang điện có thể cung cấp năng lượng

cho một loạt các thiết bị điện, thắp sáng, chạy các máy lạnh, máy bơm nước ỞIndonesia, Bộ công nghệ và nghiên cứu Cộng hoà Liên bang Đức đã đầu tư 50 triệu

DM để xây dựng 3 dàn quang điện ở địa phương Nhật là một nước khó khăn về tàinguyên, ở đây có cả những chương trình rộng lớn nghiên cứu mang tên “Ánh sáng

mặt trời “, đặt nhiệm vụ cho nước Nhật độc lập về năng lượng, chi 3,5 tỷ dola cho

các nghiên cứu, phần lớn dành cho các ngành quang điện

Ngoài ra, các nước tiên tiến sử dụng ánh sáng mặt trời tạo năng lượng dùng trong

các vệ tinh, các con tau vũ trụ qua các pin mặt trời bang silicon và nó đã chính thức

bước vào thời kỳ thương mại.

Trên các lĩnh vực khác nhau, thế giới đã sử dụng NLMT vào cuộc sống con người,

nhưng việc sử dung vẫn chưa rộng rãi, vì bức xạ mặt trời có đặc điểm riêng và khókhăn về kỹ thuật có liên quan đến việc biến đổi nó Chang han như bức xạ mặt trời

khá phân tán có mật độ nhỏ (công suất riêng), thay đổi theo thời gian, hiệu suâtbiến đổi năng lượng, tia sáng mặt trời thành cơ năng và điện năng bị giới hạn bởinhững nguyên tử vật lý và nhiệt động học [3]

[] : Số trong ngoặc là số tài liệutham khảo

3.1.3 Nguồn năng lượng mặt trời ở nước ta

a Vài nét về nguôn NLMT ở nước ta:

Việt Nam nằm ở khu vực xích đạo, có tiềm năng về NLMT, cường độ bức xạ trung

bình vào khoảng 1346.8 — 2153.5 kWh/m?/năm va số giờ nắng trung bình từ 1600 —

2720 h/năm, rất thuận lợi cho việc phát triển và sử dụng NLMT

Theo chương trình khoa học công nghệ ICC — 01 phối hợp với đài thuỷ văntp.HCM đo đạc và khảo sát lượng bức xạ mặt trời ở các tỉnh phía nam Việt Nam,

kết quả cho thấy ở các tỉnh phía nam có số giờ nắng trung bình ngày khoàng 6.5

giờ Tuy nhiên, sự chênh lệch khá lớn ở các địa phương như cần thơ lượng nắng đạt

6.9 gid/ngay, nhưng ở Da Lat chỉ dat 6.1 giờ/ngày.

Cường độ tong bức xạ trung bình ngày trong 12 tháng chỉ dat khoảng4kW/mZ/ngày.

Như vậy, nhìn chung, lượng bức xạ mặt trời ở các tỉnh miền bắc giảm khoảng 20%

so với các tỉnh miền trung và miền nam Nếu xét cụ thể ở một số tỉnh, sự chênh

lệch này càng lớn, có thể lên đến 50% Điều quan trọng hơn cả là ở các tỉnh phía

bắc, lượng bức xạ mặt trời không phân bô đêu quanh năm vào mùa xuân, đông,

mưa kéo dài hàng chục ngày liên tục và nguồn bức xạ mặt trời hầu như không đáng

lễ, chỉ khoảng 1 -2 kW/m?/ngay Điều này không xảy ra đối với các tỉnh phía nam

do có mặt trời chiếu rọi quanh năm, én định, kề cả mùa mưa

Tổng lượng bức xạ mặt trời tông cộng trung bình ngày trong 12 tháng được trìnhbày ở phụ lục 1.

b.Tình hình phân bố bức xa và giờ nắng ở nước ta

Nước ta thuộc vòng khí hậu nhiệt đới trải dài từ vĩ độ 23N đến 8N Chế độ bức xamặt trời và chế độ nắng khác nhau rõ rệt tuỳ theo điều kiện địa hình có núi non

ngăn cách và chế độ gió mùa tạo nên mây mưa của các vùng lãnh thé khác nautrong năm Nếu tính trung bình thì giá trị tổng xạ trên toàn lãnh thổ đạt khoảng

69.8— 122,2 kW/m”/năm Nhưng giá trị nay thay đổi nhiều theo vùng địa lý và vituyến.

Bảng 1: Tình hình phân bo bức xa và giờ nắng ở nước ta [3]

Về sô giờ năng trong năm cũng thay đôi khá nhiều theo vùng lãnh thô và theo mùa

Do đặc điểm địa lý và khí hậu, nước ta có nhiều mây thấp trong thới kỳ gió mùađông xuân nên tổng số giờ nắng trong năm không cao, số giờ nắng thấp hơn nhiều

so với các nước có cùng vĩ tuyến Ở nước ta có từ 1,000 — 2,500 giờ/năm (An Độtrên 2,500, Bắc Phi và Trung Cân Đông trên 3000 giờ/năm)

Bang 2: Phân bo tong xạ và giờ nắng trong năm của Việt Nam [3]

Vùng lãnh thô Tổng số giờ nắng trong năm

Miễn núi cực Bắc nhỏ hơn 1500 giờ

Tây Bắc và khu 4 cũ trở ra nhỏ hơn 1750 giờ

Trung Nam Bộ 1750 — 2000 giờ

Nam Trung Bộ và Nam Bộ 2000 — 2500 giờ

3.1.4 Các lợi điểm của việc sử dụng NLMT.

- Không làm ô nhiễm không khí

- Không tạo ra hiệu ứng nhà kính

- Không tạo ra chất thải rắn và khí như các nguồn năng lượng do than đá, khí đốt,

và năng lượng nguyên tử và là nguôn năng lượng vô tận.

nay trong các thiết bi say bằng năng lượng mặt trời thường gồm các thiết bi sau:

1 Bộ thu góp nhiệt: gồm lớp phủ trong suốt và tam hap thụ

- Lớp phủ trong suốt: Lớp phủ trong suốt khi tương tác với bức xạmặt trời xảy ra 3 khả năng là: phản xạ, hấp thụ và truyền qua Lớp này phải đảmbảo khả năng truyền qua tốt các bức xạ có bước sóng ngắn À.< 4 wm và ngăn cácbước sóng đài ^< 4 ym Những chất có thé làm lớp phủ trong suốt là kính trong

suốt và màng polime trong suốt Thông thường, người ta sử dụng kính trong suốt

do kính có nhiều đặc tính quang và cơ tốt Màng polime ít sử dụng do độ bền cơhọc kém, dé bị rách xước, dé bị lão hoá, biến màu và biến dang dưới tác dụng củabức xạ mặt trời [9]

- Tam hap thụ: thường làm bằng tôn đen, tôn hoa, đồng, nhôm, trên

có phủ chất hấp thụ Chất hấp thụ dùng sơn đen hoặc sơn đen kết hợp với một sốchất khác

Mặt đen hấp thụ nhiệt và tự nó cũng phát ra bức xạ nhiệt Đề tăng nhiệt độ bên

trong buông sấy có thé áp dụng các biện pháp làm tăng diện tích bề mặt hap thụnhư: dùng mặt hấp thụ có dạng uốn sóng, dùng phoi sắt tiện nhuộm đen và số mặt

trong suốt tăng lên 2 hoặc 3 lớp thì nhiệt độ hấp thụ càng cao Hộp thu nhiệt kiểunày thì thu được cả tán xạ nghĩa là lúc trời không mưa nhưng có mây che ánh nắngthì vẫn thu được nhiệt

Đề nhiệt độ hấp thụ không bị ton thất ra môi trường, cần sử dụng chất cách nhiệtcho mấy sây NLMT Chất cách nhiệt phải có hệ số dẫn nhiệt bé và khả năng chống

am cao Chất cách nhiệt tốt nhất là bông thuỷ tinh (hệ số dẫn nhiệt bé A = 0,0465

W/m?.độ) Nếu không có bông thuỷ tinh có thé dùng trấu, rơm ra khô, xốp cáchnhiệt Chat cách nhiệt phải dày ít nhất 5 cm.[9]

3.2.2 Phân loại

Đa số máy khô hiện nay là nhiệt cho quá trình sấy sinh ra do nguyên liệu dầu, gas,năng lượng điện Các phương pháp say khô trên không thích hợp cho trang trại nhỏ

ở các nước đang phát triển, vì nhiên liệu hạn chế và đắt Các máy sấy nhiệt cô

truyền thường phải nhập khẩu, giá đắt không thích hợp với vùng sâu vùng xa

Dé làm khô một sản phẩm vừa đủ độ thì điều cần thiết trước hết là phải biết độ âm

ban đâù của nó và độ âm mong muốn khi khô Lượng sấy khô phải được kiểm

soát bởi:lượng nhiệt áp dụng cho sấy sản phâm, lương nhiệt mà độ âm bên tronggiải phóng khỏi bề mặt, lương nhiệt mà không khí âm dược thoát khỏi không gianxung quanh Lượng nhiệt say khô được kiểm soát bằng cách thay đổi nhiệt độ

không khí duoc làm nóng và độ âm Do mức độ chiếu nóng của mặt trời thay đổi

nên máy sây bằng năng lượng mặt trời phải được thiết kế để đạt đươc các điều kiệnsay khô 6n định

Rất nhiều loại máy sấy bằng năng lượng mặt trời hiện nay đã sản xuất, song vẫnphải nghiên cứu thêm để tối ưu hoá thiết kế, tăng tuổi thọ vật liệu dùng dé chế tạo

và làm sao thích ứng với từng loại nông sản khác nhau, cho từng vùng khí hậu.Các loại máy say mặt trời được phát triển qua nhiều năm, có thé chia làm 5 loại:

- Các máy sây không khí tự nhiên ngoài trời: Loại này kết câu rất đơn giản Sảnphâm sây được đặt ở ngoài cửa trên một cái khay, giá hoặc sàn được sây khô băng

ánh nắng mặt trời ở xung quanh và gió Một số loại máy say này có một máng cố

định hoặc có thé di động được dé bảo vệ san pham khi mua

- Các máy say mặt trời trực tiếp: Loại này, sản phẩm sấy đặt ở trong một khung

kính trắng, hoặc khung chất dẻo Mặt trời làm nóng sản phẩm được say và khungtạo ra nhiệt do hiệu ứng nhà kính Đôi khi thông gió vào khung nhờ các khe hướng

gió hoặc ống thông gió

- Các máy sấy mặt trời gián tiếp: Các máy này, mặt trời không tác động trực tiếplên sản phẩm sấy, vì vậy loại này dùng cho những sản phẩm pahi tránh lượng

vitamin bị phân huỷ( vitamin A trong củ càrốt) Không khí được làm, nóng trongmột tam thu nhiệt mặt trời, sau đó dẫn qua buông sấy, nơi có sản pham say Có ống

thông gió dé dòng không khí lưu thông tốt hon

- Các máy sấy hỗn hop: Máy sấy này là sự phối hợp của tia tới bức xạ mặt trời trênsản phẩm sấy va không khí được hâm nóng trước trong một tam thu nhiệt mặt trời

cung cấp nhiệt cần thiết cho sấy

-Các hệ thống say ghép: loại mặt trời này trong đó còn có nguồn sấy khác như dùng

biogas hay điện để phụ thêm vào năng lượng mặt trời trong quá trình sấy, thêmnhiệt làm nóng không khí trong thời gian có mây che mặt trời, hoặc tăng cường thông gió ta dùng quat.[4]

3.2.3 Một số máy sấy NLMT được dùng trên thé giới

quả và cây rau [4|

trời dém không khi

Hình 2: Máy sấy mặt trời kiểu buồng cho Hình 3: Máy sấy mặt trời đệm không khí |4]

1V Cửa không khi ra

'{ _ Tam chat dẻo den

Đường đón không khí cưỡng bức vào máy sây Máy sAy không khí liên hoàn

Hình 6: Lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời [4 ]

3.2.4 Các dạng máy sấy: gồm máy sấy buồng (ham), máy say khay

a Máy say tĩnh vi ngang:

Hình 8 : Máy sấy tĩnh vỉ ngang

b Máy sấy buồng:

Hình 9 : Máy sấy buồng

1 Động cơ điện 3 Quạt gió

2 Van điều chỉnh tác nhân sấy hồi lưu 4 Ong thoát âm

5 Calorifer

c Máy sấy khay:

Chính là hệ quả của say buồng Chỉ khác nhau cơ bản là vật liệu sấy trong máy

say buồng cùng xe goòng chuyên động không liên tục trong buồng sấy, dẫn đến saybuồng là quá trình sấy bán liên tục, phù hợp cho những hệ thống sấy đòi hỏi năng

suất cao, quy mô sản xuất lớn Bên cạnh đó, đối với những cơ sở sản xuất quy mô

nhỏ thì mô hình say khay sẽ phù hợp hơn

Say khay cũng là dạng say bằng xe goòng, tuy nhiên ở đây, xe goòng sẽ đứng yên

trong quá trình sấy chính vì thế quãng đường dịch chuyên của tác nhân sấy sẽ bị

giới hạn hay nói cách khác là số xe goòng sẽ ít đi

Tuy thuộc vào cách bé trí giữa hướng dòng tác nhân sấy so với các khay say mà

người ta chia làm hai loại say khay đó là thôi ngang khay và thổi khay

d Máy say khay kiểu gió thôi ngang khay:

Ưu điểm của kiểu máy sấy này là tất cả các khay đều được tiếp xúc với tácnhân sây như nhau Vật liệu sây được trải mỏng và tiếp xúc trực tiếp với tác nhânsay nên khả năng thoát âm trên toàn bộ vật liệu là khá tốt và đồng đều Vấn đề ở

đây là thôi ngang khay thì tốn thất áp suất qua khay say, hay nói cách khác là mức

độ cản gió của các khay là rất nhỏ nên khi thiết kế cần phải tập trung giải quyếtviệc phân bố tác nhân say sao cho đều trong toàn bộ buồng sấy Nếu giải quyếtđược vân đê này thì sẽ tăng độ đông đêu âm độ sản phâm sau khi sây rât nhiêu.

Hình 10: Máy sấy thối xuyên khay Hình 11: Máy sấy thổi ngang

khay

e Máy sấy khay kiểu gió thối xuyên khay:

Về kết cầu buồng sấy và cách bé trí vật liệu sấy là gan giống như kiểu thôi ngang

khay Tuy nhiên, điều kác biệt ở đây là tác nhân sấy sẽ đi xuyên lần luợt qua các

khay Như vậy về nguyên ly, say thổi xuyên khay giống với sấy tĩnh vỉ ngang Tác

nhân sây tiêp xúc với từng lớp vật liệu cho đên khi ra khỏi buông sây.

3.2.5 Nguồn nhiệt phụ trợ : Vào ban đêm hay lúc thời tiết xấu, rất cần nhiệt bổ

sung dé tiếp tục sấy, nêu không nông sản rat dễ bị phân huỷ, thối rữa, làm chat

lượng sấy giảm Có thé dùng lò sinh khối để bổ sung nhiệt Lò có thể làm từ thùngdầu đã sử dụng, dùng mat cưa, trâu, hay củi dé đốt Phần dưới thùng khoan lỗ 25 —

50 mm, dùng một ống tre hoặc gỗ tròn lưu thông với đường khí vào Dé giảm ton

thất nhiệt, có thê cách nhiệt lò đốt một cách phù hợp

Nguồn nhiệt phụ trợ nối với hệ thống ống đối lưu tự nhiên dé quạt của máy sấy cóthê lưu thông khí nóng dễ dàng

Hình 12: Bố trí nguồn nhiệt phụ trợ [11] Hình 13: Lò sinh khối[HỊ

3.3 SAY NÔNG SAN BẰNG NLMT

3.3.1 Vai nét vé rau qua

Rau quả là nguồn dinh dưỡng không thé thiếu trong bữa ăn hang ngày Trong rau

quả chứa chủ yếu là đường dễ tiêu hoá, các polisacarit, axit hữu cơ, muối khoáng,các hợp chất nitơ, chất thơm và các vitamin, đặc biệt là vitamin C Thành phần hoá

học của rau quả phụ thuộc vào độ già, giống, loại, điều kiện chăm bón va gieotrồng, thời tiết thu hái và bảo quản Giá trị dinh dưỡng của mỗi loại rau quả khôngchỉ phụ thuộc ở lượng các chất trong đó mà vào loại chất, và đặc biệt là cả cácthành phần vi lượng Dac diém vé thanh phan hoá hoc cua rau qua là hàm lượng

nước rất cao, trung bình 80 — 90%, có khi đến 93 — 97% Do hàm âm cao và trong

rau quả các quá trình xảy ra mãnh liệt làm tăng hô hấp, tiêu tốn các chất dinh

dưỡng và sinh, bốc hơi nước khi bảo quản, do đó làm giảm khối lượng rau quả héonhanh và chóng hư hỏng, vi sinh vật dễ phát triển Rau quả sau khi thu hoạch nếu

không có bảo quản và sơ chế thì chỉ sau một khoảng thời gian ngắn từ 3 ngày đến

vài tuần sẽ bị thối, khô, nây mam và biến chat

Do trong tế bào sông không ngừng xảy ra các quá trình chuyên hoá và thay đổi chất

nên các thành phần hoá học của rau quả cũng không ngừng biến đổi trong suốt quátrình chế biến và bảo quản Dé bảo quản rau quả, cần sấy rau quả đến 4m độ cuối là

14%, dé bảo quản lâu, cần say đến độ âm 4 — 7% [6]

Hang năm nước ta gieo trồng khoảng 260 — 270 ngàn hecta rau các loại với tôngsản lượng 3225 — 3250 ngàn tan

3.3.2 Một số doi tượng sấy:

Bang 3: Một số đối tượng sấy [7|

Loại thực phâm | T° say | Âm độ lúc tươi (%) | Âm độ lúc khô (%) | Tỷ nhiệt

Trong các đối tượng trên, chúng tôi chi chọn 2 loại nông san dé sấy thực nghiệm:

a Củ cải trăng sây

Củ cải trắng có tên khoa học la Raphanus Sativus L.var.Longipinatus Bail, tên

tiếng anh la White radish hoặc Turnip, thuộc loại rau ăn rễ củ, thích hợp trồng ở đất

cát pha đất phù sa, thoát nước nhanh, độ ầm đất 50 — 60%, pH từ 6 — 7,5, cây cần

cường độ ánh sáng trung bình, ưa khí hậu mát lạnh.

Thành phần hoá học của củ cải: 92.1 % nước; 1.5 % protein; 3.7 Y%gluxit; 1.5%xenluloza; 1.2% tro Ngoai ra còn có Vitamin C (30 mg %); Bị; Ba; và PP.

Vai trò của củ cải: là thực phâm cung cấp chất dinh dưỡng cho con người, là nguồnnguyên liệu cho công nghiệp chế biến thực phẩm, là nguồn thức ăn gia súc, đặc biệt

củ cải có tác dụng dược liệu nên dùng để nấu canh dưỡng sinh rất tốt cho sức

đường, 0.18% lipit, 1% xenluloza, 1% tro, và lượng vitamin(mg%): axI

ascobic(20), carotin tiamin(0.1), riboflavin(0.07), axit nicotic(0.9), kali(586),

photpho(50), canxi(10), magie(23), sat(1.2)

Thanh phan hoá học của khoai tây sấy khô la: nước 10%, đường 10%, tinh bột

65,1%, Protein 6,6%, lipit 0,3%, xenluloza 2,9%, axit 0,5%, tro 3,6%.

Khoai lang sấy khô được xay ra làm bột dinh dưỡng cho trẻ em,hoặc làm thức ăn

gia súc.|6]

3.3.3 Quá trình sấy khô

Say khô các san phẩm hữu cơ như thực vat , qua cà phê, hạt, cá , ca cao thuốc lá là

cách làm lâu đời của các nông dân ở các nước đang phát triển Phần lớn quá trình

say khô thực hiện ngoài trời dé tận dung năng lượng mặt trời làm khô nông sản Vìvậy quá trình sấy khô ở ngoài trời là một quá trình “được chăng hay chớ” Do

không duoc kiểm soát nên sản phẩm phơi có thé quá khô hoặc chưa khô dan tới

phát triển nắm va vi khuẩn ở các hạt chưa khô và cứng, gãy ở các hạt quá khô

Đề làm khô một sản pham vừa đủ độ thì điều cần thiết trước hết là phải biết độ âm

ban đâù của nó và độ âm mong muốn khi khô Lượng sấy khô phải được kiểmsoát bởi:lượng nhiệt áp dụng cho sấy sản phẩm, lương nhiệt mà độ âm bên trong

giải phóng khỏi bề mặt, lương nhiệt ma không khí âm dược thoát khỏi không gianxung quanh Lượng nhiệt say khô được kiểm soát bằng cách thay đổi nhiệt độ

không khí duoc làm nóng và độ âm Do mức độ chiếu nóng của mặt trời thay đôi

nên máy say bằng năng lượng mặt trời phải được thiết kế dé dat duoc các điều kiện

say khô ồn định

Ngay khi trời ấm, không khí khô có thé chỉ hấp thụ được lượng 4m một lần khikhông khí không có sự di chuyền thường xuyên, lúc đó, không khí trở nên bão hoà

và quá trình say khô sẽ chậm lại Do đó, sấy khô tốt nhất được hoàn thành khi khối

không khí di chuyển thường xuyên và cham chậm trên sản phẩm đưa vào sấy

Nói chung, các máy sấy mặt trời thường làm khô sản phẩm từ từ hơn là hệ thống

sấy không khí nóng được đốt bằng dầu theo cách truyền thống, vì quá trình sấy khôtiến hành bằng nhiệt độ thấp và sự di chuyên không khí cao và luồng không khíthôi thấp Say khô nhanh không thích hợp với các loại nông sản

Dé duy tri được điều kiện tối ưu trong máy sấy, cần có phương pháp đo nhiệt độkhông khí xung quanh, không khí ở cửa vào, cửa ra và nhiệt độ sản phẩm sấy khô

Phải có phương pháp đo độ 4m sản phẩm sấy, trước va sau quá trình khô, đồng

thời, đo độ âm tương đối của không khí vào và ra khỏi buồng sấy Với các máy sấyđặc biệt thiết bị kiểm soát nhiệt độ, độ âm sẽ cho ta chất lượng sản phẩm sấy tốthơn và giảm đáng ké tôn thất nhiệt

3.3.4 Động lực học về sấy:

a Nguyên lý thoát âm

Dé hiểu rõ hơn quá trình sấy, chúng ta cần nắm được nguyên lý thoát âm của vậtliệu.

Quá trình tách 4m ra khỏi vật liệu khi sấy diễn biến theo các quá trình chủ yếu: sự

đi chuyền ầm bên trong vật liệu, sự tạo thành hơi và sự di chuyền ẩm từ bề mặt vật

liệu vào môi trường.Như vậy trong quá trình sấy, vật liệu nhận được sự di chuyền

liên tục của dòng âm từ trong ra ngoài rôi khuyêch tán vào môi trường Trong suôt

tiễn trình này, nước thoát ra sẽ bi can trở theo một mức nao đó, điều này còn phụ

thuộc vào từng loại vật liệu và hình thức liên kết của phân tử nước trong vật liệuđó.Theo các mối liên kết thì nước tự do sẽ được bay hơi và thoát ra khỏi vật liệu

đầu tiên, sau đó là các phân tử nước liên kết đa phân tử, đơn phân tử, và cuối cùng

là các phân tử liên kết ion.Ảnh hưởng của quá trình này liên quan đến năng lượng

dùng đề thoát âm

b Đường cong sây

Sự phụ thuộc 4m độ của vật liệu vào thời gian sấy gọi là đường cong say

Tốc độ sấy là lượng phần trăm âm thoát ra trong một đơn vị thời gian Dựa vàođường cong tốc độ say có thé chia quá trình sấy thành 3 giai đoạn:

Giai đoạn đốt nóng vật liệu sấy: thực hiện cung cấp nhiệt lượng từ bên bề mặt vậtliệu và phân bó nhiệt lượng đó cho toàn bộ thé tích vật liệu, dé nâng nhiệt độ vật

liệu say đến nhiệt độ hơi âm Trong quá trình này, hàm 4m vật liệu thay đôi rấtchậm và thời gian diễn tiên rât nhanh.