Nghiên cứu thực nghiệm sấy nông sản thực phẩm ở nhiệt độ thấp

Nghiên cứu thực nghiệm sấy nông sản thực phẩm ở nhiệt độ thấp

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SẤY NÔNG SẢN

THỰC PHẨM Ở NHIỆT ĐỘ THẤP

EXPERIMENTAL STUDIES FOR DRYING OAGRICULTURAL

FOOD PRODUCTS AT LOW TEMPERATURE

SVTH: BÙI TUẤN SƠN - VÕ NHƯ QUANG

Lớp : 03N1 – Khoa CNNĐL – Trường Đại học Bách Khoa

GVHD : PGS.TS HOÀNG NGỌC ĐỒNG

Khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh – Trường Đại học Bách Khoa

TÓM TẮT

Bài báo này trình bày nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thực tế thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp

sử dụng bơm nhiệt Dựa trên các số liệu thí nghiệm, ta có thể xác định được mối quan hệ giữa chế độ sấy và thời gian sấy, rồi từ đó đưa ra các nhận xét và kết luận về hiệu quả làm việc của thiết bị sấy sử dụng bơm nhiệt

SUMMARY

The article presents experimental studies on model of low-temperature drying equipment with heat pump Based on the results of the experiment, we can define the relationship between drying conditions and drying time, and make remarks and conclusions about effectiveness of the drying equipment with heat pump

1 Mở đầu:

Hiện nay trong thời kỳ hội nhập WTO, khối lượng sản phẩm xuất khẩu của nước ta ngày càng tăng, các yêu cầu đối với chất lượng sản phẩm sấy như rau, củ, quả, dược liệu quý hiếm… ngoài độ khô còn đòi hỏi phải đảm bảo màu sắc, mùi vị, chất lượng sản phẩm cao Các phương pháp sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… và làm thay đổi chất lượng sản phẩm Vì vậy để đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm, giữ được màu sắc, mùi vị tự nhiên sau khi sấy, người ta đã

áp dụng phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt Phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam

- Điện năng sử dụng cũng thấp hơn so với phương pháp dùng máy hút ẩm hấp phụ

- Thích hợp để sấy khô các vật phẩm không chịu được nhiệt độ cao

- Chất lượng, màu sắc và mùi vị của sản phẩm sấy được giữ tốt hơn

Để có thể đánh giá chính xác hơn khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt, trong đề tài này chúng tôi đã tiến hành xây dựng mô hình sấy sử dụng bơm nhiệt và cũng đã tiến hành thí nghiệm với một số nông sản Các kết quả

sẽ được trình bày trong báo cáo này

2 Nội dung:

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy sử dụng bơm nhiệt

2.1.1 Cấu tạo

- Bơm nhiệt: bao gồm máy nén, van tiết lưu, dàn lạnh, dàn nóng Công suất máy nén: 1,86 KW Diện tích dàn lạnh: 0,672 m2 Diện tích dàn nóng: 0,832 m2

- Buồng sấy:có kích thước Dài x Rộng x Cao = 660 x 600 x 520 mm Khung buồng sấy được làm bằng thép V, vỏ ngoài bằng tôn kẻm dẻo dày 0,35mm, lớp cách nhiệt bằng xốp dày 30mm Phía trong buồng sấy có các vách ngăn hướng dòng cho dòng không khí, nhằm kéo dài thời gian dòng không khí di chuyển trong buồng sấy

Tuyển tập Bâo câo “Hội nghị Sinh viín Nghiín cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đă Nẵng - 2008

113

- Ống gió: được lăm bằng tôn kẽm dẻo dăy 0,35 mm, có tiết diện 150 x 150 mm

- Khay sấy: có kích thước Dăi x Rộng = 600 x 540 mm Khay sấy được lăm bằng lưới gắn cố định văo khung gỗ

- Giâ đỡ: được lăm bằng thĩp V

KK khô

KK ẩm

1

KK vào

7

2 4

9

Nước ngưng

3

8

9

14 12

13

15

16

a) Sơ đồ nguyín lý b) Cấu tạo Hình 2.1: Sơ đồ nguyín lý vă cấu tạo của mô hình thực nghiệm

thiết bị sấy sử dụng bơm nhiệt

a) Mặt trước b) Mặt sau

1 - Mây nĩn; 2 - Van tiết lưu; 3 - Động cơ quạt; 4 - Dăn lạnh; 5,6 - Quạt; 7 – Dăn nóng;

8 - Ống gió cấp; 9 - Buồng sấy; 10 - Lớp câch nhiệt; 11 – Khay sấy; 12 - Cửa thải gió ; 13 -

Cửa cấp gió tươi; 14 - Kính dẫn gió lạnh; 15 - Giâ đỡ; 16 - Dđy điện trở

Hình 2.2: Mô hình thực nghiệm hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt 2.1.2 Nguyín lý hoạt động

Không khí ngoăi trời được quạt (5) hút văo qua cửa cấp gió tươi (13) vă đưa qua dăn lạnh (4) vă được lăm lạnh xuống dưới nhiệt độ đọng sương nín ẩm sẽ ngưng tụ vă tâch ra khỏi không khí Dung ẩm của không khí giảm xuống nhưng do nhiệt độ cũng giảm nín độ ẩm tương đối của không khí sau khi ra khỏi dăn lạnh cũng cao (95%) Không khí tiếp tục được quạt (6) hút qua kính dẫn gió (15) vă đi qua dăn nóng (7) vă được lăm nóng đẳng dung ẩm nín

độ ẩm của không khí giảm mạnh Sau đó không khí khô được đưa vào buồng sấy qua ống gió cấp (8) và hấp thụ ẩm của vật sấy Không khí ra khỏi buồng sấy được thải ra môi trường qua cửa thải gió (12)

Van tiết lưu (2) dùng để điều chỉnh tỷ số nén của bơm nhiệt

Dây điện trở (16) dùng để làm nóng không khí trong trường hợp sấy bằng dây điện trở

2.2 Kết quả thực nghiệm

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm Nhiệt điện - Trường Đại học Bách Khoa

- Thiết bị đo: Nhiệt kế điện tử, nhiệt kế thủy ngân, cân, ẩm kế, Ampe kìm, đồng hồ đo vận tốc gió, áp kế đo áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi, bình đo lượng nước tách ra từ dàn bay hơi, mô hình thực nghiệm bơm nhiệt

- Các ký hiệu:

+ t0, P0: nhiệt độ và áp suất bay hơi

+ tk, Pk: nhiệt độ và áp suất ngưng tụ

+ t1: nhiệt độ môi trường

+ t2: nhiệt độ không khí sau dàn lạnh

+ t3: nhiệt độ không khí sau dàn nóng

+ I: cường độ dòng điện

+ Gnước: lượng nước ngưng được tách từ dàn bay hơi

+ v: tốc độ gió trong buồng sấy

2.2.1 Các thông số thực nghiệm khi điều chỉnh khối lượng gas

- Mục đích: xác định ảnh hưởng của khối lượng gas trong bơm nhiệt đến các thông số vận hành của mô hình bằng cách tăng lượng gas nạp vào hệ thống

- Kết quả thực nghiệm:

Trước khi nạp thêm gas:

T

(phút)

t0 (0C)

P0 (at)

tk (0C)

Pk (at)

t1 (0C)

t2 (0C)

t3 (0C)

I (A)

Gnước

(g)

Sau khi nạp thêm gas:

T

(phút)

t0

(0C)

P0

(at)

tk

(0C)

Pk

(at)

t1

(0C)

t2

(0C)

t3

(0C)

I (A)

Gnước

(g)

Nhận xét:

+ Khối lượng gas trong hệ thống càng nhiều thì khả năng sấy của hệ thống càng tốt,

khả năng tách ẩm của dàn lạnh càng cao

+ Tuy nhiên nếu lượng gas quá nhiều thì máy nén có hiện tượng quá tải

2.2.2 Các thông số thực nghiệm khi điều chỉnh tỷ số nén của bơm nhiệt

- Mục đích: xác định ảnh hưởng của tỷ số nén đến các thông số vận hành của bơm nhiệt bằng cách điều chỉnh van tiết lưu tay

- Kết quả:

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

STT

t0 (0C)

P0 (at)

tk (0C)

Pk (at)

t1 (0C)

t2 (0C)

t3 (0C)

I (A)

2 -10 2,65 50,1 18,7 30,5 21,7 51,7 9,9

4 0 4,15 48,0 18,2 31,5 22,6 49,8 9,6

- Nhận xét:

+ Khi giảm tỷ số nén, hệ thống sẽ hoạt động hiệu quả hơn do khả năng tách ẩm của dàn lạnh tăng, đồng thời nhiệt độ vào buồng sấy cũng tăng

+ Tuy nhiên nếu nhiệt độ bay hơi tăng trên 00C thì nhiệt độ t2 có xu hướng tăng lên kèm theo máy nén có hiện tượng quá tải Do vậy ta chọn chế độ tiết lưu để duy trì nhiệt độ bay hơi từ -50C đến 00C, ở trạng thái này máy hoạt động bình thường

2.2.3 Các thông số thực nghiệm khi điều chỉnh tốc độ gió trong buồng sấy

- Mục đích: xác định ảnh hưởng của tốc độ gió trong buồng sấy đến các thông số vận hành của bơm nhiệt bằng cách điều chỉnh tốc độ quạt

-Kết quả:

(m/s)

t0

(0C)

P0

(at)

tk

(0C)

Pk

(at)

t1

(0C)

t2

(0C)

t3

(0C)

I (A)

- Nhận xét:

+ Khi tốc độ gió giảm thì hiệu quả trao đổi nhiệt tăng lên nên khả năng tách ẩm của dàn lạnh cao hơn, đồng thời nhiệt độ không khí vào buồng sấy cũng tăng lên

+ Tuy nhiên tốc độ gió quá thấp cũng sẽ làm cho Pk tăng lên, máy nén sẽ bị quá tải

2.2.4 Xác định thời gian sấy

- Mục đích: xác định thời gian sấy với các năng suất khác nhau và các chế độ sấy khác nhau cho cùng một loại vật liệu, qua đó có thể so sánh hiệu quả kinh tế giữa các chế độ sấy

để tìm ra chế độ sấy tối ưu

- Vật liệu sấy: cà rốt thái lát, chiều dày = 3 mm

a) Kết quả khi sấy bằng bơm nhiệt

Chọn chế độ tiết lưu để duy trì nhiệt độ bay hơi ở nhiệt độ 00

C và tốc độ gió trong buồng sấy là 1,5 m/s

* Chế độ sấy 1: Chế độ sấy liên tục

Tlv = 360 phút, Gnước = 970 g Tlv = 540 phút, Gnước = 2040 g

SẤY LIÊN TỤC, G = 2,4 kg

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

T(phút)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540

T(phút)

(%)

* Chế độ sấy 2: Chế độ sấy dịu

Tlv=

300 phút,

Tn=9

0 phút

Tlv=

280 phút,

Tn=160 phút

Gnước=1680 g Gnước=810 g

b) Kết quả khi sấy bằng điện trở

trở bằng với công suất hoạt động của bơm nhiệt

Tlv = 420 phút

* Nhận xét

- So với chế độ sấy liên tục thì thời gian sấy của chế độ sấy dịu tăng lên nhưng thời gian làm việc của hệ thống lại giảm, nên công suất điện tiêu thụ thấp hơn so với chế độ sấy liên tục Do đó tùy theo yêu cầu sản xuất ta có thể chọn chế độ sấy thích hợp để tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ của hệ thống

- So với phương pháp sấy bằng điện trở, phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt cho sản phẩm sấy giữ được màu sắc và mùi vị tự nhiên hơn, đồng thời cũng tiết kiệm năng lượng hơn

- Năng suất sấy tối ưu của hệ thống đạt được từ 9 – 10 kg/mẻ

3 Kết luận:

Mô hình thiết bị sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt đã được xây dựng và đưa vào thử nghiệm đã đáp ứng được các yêu cầu đề ra và thu được các kết quả đáng tin cậy Qua kết quả nghiên cứu sấy cà rốt ta thấy ưu điểm nổi bật của phương pháp sấy nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt là chi phí năng lượng thấp, chất lượng sản phẩm cao hơn so với các phương pháp sấy nóng Như vậy phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt có ưu thế lớn trong sấy nông sản thực phẩm, đặc biệt đối với các sản phẩm rau quả, dược liệu có giá trị nên cần được tiếp tục nghiên cứu để tìm ra chế độ sấy hợp lý với từng loại sản phẩm nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS.TS Phạm Văn Tuỳ, KS Vũ Huy Khuê, KS Nguyễn Khắc Tuyên (2003), “Nghiên cứu hút ẩm và sấy lạnh rau củ thực phẩm bằng bơm nhiệt máy nén”, Tạp chí KH & CN

Nhiệt, (9/2003), trang 10 – 12

[2] PGS.TS Phạm Văn Tuỳ, KS Phạm Văn Hậu (2004), “ Nghiên cứu thực nghiệm sấy lạnh dược liệu bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp”, Tạp chí KH & CN Nhiệt, (9/2004), trang 8-10

SẤY LIÊN TỤC ĐẾN PHÚT 120, NGHỈ 10 PHÚT, TIẾP TỤC SẤY 20 PHÚT, G = 2,4 kg

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

T(phút)

(%)

SẤY BẰNG ĐIỆN TRỞ - SẤY LIÊN TỤC

G = 2,4 kg

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

T(phút)

(%)

SẤY LIÊN TỤC ĐẾN PHÚT 120, NGHỈ 20 PHÚT, TIẾP

TỤC SẤY 20 PHÚT, G = 2,4 kg

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 30 60 90 120 160 200 240 280 320 360 400 440

T(phút)

(%)

3

2

S

3

4

2

1

i