NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN

DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Sinh viên : Huỳnh Văn Thương

Hồ Quang Vũ

CBHD : PGS.TS Hoàng Dương Hùng Khoa :CN Nhiệt - ðiện Lạnh

Tóm tắt:

Bài báo này trình bày nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thực tế bộ thu năng lượng mặt trời sử dụng bộ thu phẳng ñể gia nhiệt cho không khí cung cấp cho hệ thống sấy cá Dựa trên các số liệu thí nghiệm, ta xây dựng nên các ñường ñặc tính t = f(τ), Q = f(τ) và mối quan hệ giữa t, Q, G và τ Rồi từ

ñó ñưa ra các nhận xét và kết luận về hiệu quả làm việc của bộ thu năng lượng mặt loại bộ thu phẳng

Abstract :

The article presents the process of doing expremental research on model of practical plane solar colector to increase heat for atmospheric,to supply for system dry fish.Basing on the resuts of the research, we can build propties lines t = f(τ), G = f(τ) and the relationship between t, Q, G and τ, Then

we can give some comments and make conclusions about the effectiveness of plane solar colector

1 Mở ñầu

Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời ñại khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng tăng Trong khi ñó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than ñá, dầu mỏ, khí thiên nhiên ngày càng càng kiệt khiến cho nhân loại có nguy cơ thiếu hụt năng lượng Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng ñịa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng

Nước ta là nước giàu về năng lượng mặt trời nhưng sự ứng dụng nguồn năng lượng này còn rất hạn chế Thiết bị năng lượng mặt Trời ở nước ta chỉ mới dừng lại ở phạm vi nghiên cứu riêng lẻ, chưa ñược triển khai phổ biến vào thực tế, nhất là trong lĩnh vực cung cấp khí nóng

ñể sấy hải sản bằng Năng lượng Mặt trời Do vậy, nghiên cứu ứng dụng nguồn năng lượng Mặt trời vào việc sấy hải sản ñang là một vấn ñề cần thiết và cấp thiết

Hệ thống sấy hải sản dùng Năng lượng Mặt trời là hệ thống cung cấp khí nóng vào hầm sấy

ñể sấy hải sản với chất lượng sản phẩm ra cao phù hợp cho xuất khẩu, tiết kiệm ñược nguồn năng lượng ñáng kể hàng năm và quan trọng hơn nữa là hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường – ñang là vấn ñề bức xúc hiện nay trên toàn cầu ðây là thiết bị có thể ñược sử dụng rất tiện lợi ở Việt Nam

2 Tổng quan

+Tình hình sấy thuỷ sản ở nước ta hiện nay:

Việt Nam là nước có bờ biển dài và vùng ngư truờng ñánh cá rất rộng sản lượng tôm cá hàng năm rất lớn Cũng như các nước kém phát triển, trong ñó một phần không nhỏ ñược chế biến dạng làm khô, biện pháp chủ yếu vẫn là phơi nắng truyền thống, dùng là làm thức ăn gia súc hay làm thực phẩm cho người; phương pháp này rất bị ñộng khi thời tiết bất lợi; sản phẩm chất lượng thấp; và gây ô nhiễm môi trường

Nhu cầu sấy cá khô làm thực phẩm là cấp thiết ở nước ta hiện nay Cá ñánh bắt ñược tiêu thụ trong nước không hết, cần làm khô ñể bán cho các nước khác trên thế giới

Vì vậy cần phải chế tạo ra các hệ thống sấy phù hợp với ñiều kiện của nước ta nhưng vẫn

phải ñạt tiêu chuẩn vệ sinh, giá thành thấp nhằm giảm chi phí trong việc sấy cá, giảm giá thành cá sấy

+Tổng quan về thiết bị sấy thuỷ sản bằng năng lượng mặt trời ở nước ta

Hơn 20 năm trở lại ñây, nước ta ñã sử dụng nhiều loại thiết bị thu hứng ánh sáng mặt trời ñể phục vụ cho quá trình sản xuất như thiết bị sấy, thiết bị ñun nước nóng, thiết bị chưng cất nước và dàn pin mặt trời Thiết bị sấy dùng ñể làm khô các loại nông sản, hải sản hoặc dược liệu,nhưng thiết bị sấy cá dùng năng lượng mặt trời thì nước ta chưa có

Trong ñiều kiện các nguồn nhiên liệu hoá thạch ñang cạn kiệt ,thì việc ứng dụng năng lượng mặt trời ñể sấy cá sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn

3 Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm :

Nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy cá bằng năng lượng mặt trời ñể xuất khẩu theo phương pháp

lý thuyết kết hợp với thực tiễn

ðầu tiên dựa vào sản lượng cá cần sấy ta tiến hành tính nhiệt cần thiết cho thiết bị sấy

Sau ñó ñề xuất dạng mô hình thiết bị rồi tính toán lý thuyết ,dựa trên lý thuyết tìm các thông

số tối ưu của thiết bị ñể hoàn chỉnh mô hình Chế tạo mô hình thiết bị thí nghiệm, thí nghiệm,

ño ñạc thu thập số liệu và ñối chiếu với lý thuyết ñể hoàn chỉnh mô hình thí nghiệm Chế tạo thiết bị thực tế,sử dụng thiết bị trong ñiều kiện thực tế và hiệu chỉnh lần cuối trước khi chế tạo hàng loạt ñể triển khai ứng dụng

3.1 Nghiên cứu lý thuyết:

3.1.1 Tính nhiệt hầm sấy :

Bảng 1 Tính nhiệt hầm sấy

3.1.2 Tính nhiệt bộ thu năng lượng mặt trời:

+ Thông số cơ bản của bộ thu

Thông số của

kính

Diện tích hấp

ðộ ñen ε 0,95

Vật liệu vỏ hộp

Lớp cách nhiệt

Thông số của

lớp không khí

Thông số bên

n 940 W/m2

Bảng 2 Thông số cơ bản của bộ thu

Hình 1 Mô hình tổng thể bộ thu

+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng

1.Cấu tạo

Hình 2 Cấu tạo của bộ thu

2.Nguyên lý hoạt ñộng

Không khí lạnh từ môi trường bên ngoài ñược quạt hút hút vào bộ thu qua ñường kênh dẫn nằm dưới Không khí lạnh này tiếp tục chuyển ñộng lên phía trên qua bề mặt hấp thụ nhiệt

.Tại ñây không khí sẽ ñược năng lượng mặt trời gia nhiệt thành không khí nóng có nhiệt ñộ khoảng (50-60)0C.Không khí nóng này tiếp tục ñược quạt hút hút qua ñường kênh dẫn ñến hầm sấy Mặt hấp thụ là bề mặt phẳng có tạo cánh nhằm tăng diện tích hấp thụ nhiệt Nguyên

lý hấp thụ nhiệt của bề mặt hấp thụ dựa trên hiệu ứng lồng kính

+Tính toán các thông số của bộ thu :

-Lập phương trình cân bằng nhiệt cho panel:

Phưong trình biểu diễn sự phân bố nhiệt ñộ theo thời gian của bộ thu: Equation 1

)]

2 ( 2

( ) 4 ( 1

[

2

)

(

2

b

b b

a

+

−

- Tính các thông số trung gian :

khí α

Chọn theo trao ñổi nhiệt ñối lưu tự nhiên

3 Hệ số truyền nhiệt qua lớp

2 1

1

α λ

δ λ

δ

=

c c t

t K

4 Hệ số truyền nhiệt lên trên

) 1 1

(

2 1

2

α λ

δ

=

K

K

2

K

t t t

7 Nhiệt dung riêng của cả bộ

i

GC

ht

F

n

DE

10 Tốc ñộ gia nhiệt cực dại

C

P

C

W

-1

n

τ

-5

Rad.s-1

Bảng 3 Tính các thông số trung gian

- Tính các thông số ñặc trưng cho panel:

vị

) 4 ( 1 (

ω + +

=

b

b b

a

C

2

( 4

1 8

3 (

ω τ

∏

−

b

a

2

một ngày nắng

2

n n

Q

ht

F

4 n

P t

n bE

aGC Q

=

=

Bảng 4.Thông số dặc trưng của bộ thu

3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Xây dựng mô hình

- Tiến hành thí nghiệm thực tế trên mô hình

3.2.1 Xây dựng ñường ñặc tính G = f(τ) với t = const.

Quá trình thí nghiệm:

Ở ñây chúng tôi tiến hành thí nghiệm ñể xác ñịnh lượng không khí nóng thu ñược tại một nhiệt ñộ nhất ñịnh (t = const) trong ngày

- ðầu tiên ta không cho quạt hút chạy,gia nhiệt cho không khí trong bộ thu lên ñến nhiệt ñộ cần thiết (550C) Sau ñó cho quạt chạy ñiều chỉnh nhiệt ñộ không khí nóng ra ở nhiệt ñộ không ñổi là (550C) ,khi ñó ta sẽ thu ñược lượng không khí nóng với nhiệt ñộ không ñổi

- Sau ñó tiến hành thí nghiệm:

Thời ñiểm bắt ñầu thí nghiệm là 7h sáng

Thời ñiểm kết thúc là lúc nhiệt ñộ không khí nóng giảm xuống quá giá trị cần thiết ban ñầu

Ở ñây chúng tôi tiến hành khảo sát t = 550C

Số liệu sau khi thí nghiệm ñược ghi lại thành bảng

3.2.2 Xây dựng ñường ñặc tính t = f(τ) với G = const

+Quá trình thí nghiệm

Ở ñây chúng tôi tiến hành thí nghiệm ñể kiểm tra nhiệt ñộ không khí ñạt cao nhất ở một lượng không khí vào nhất ñịnh (G = const) trong ngày

Trước tiên cho quạt chạy với lưu lượng cần thiết ñể tốc ñộ không khí vào bộ thu là G = const Sau ñó ta tiến hành thí nghiệm ño nhiệt ñộ của không khí ñạt giá trị cực ñại là bao nhiêu và vào thời ñiểm nào trong ngày

Ở ñây chúng ta tiến hành khảo sát ở chế ñộ lưu lượng không khívào G = 0.03 kg/s

Số liệu sau khi thí nghiệm ñược ghi lại thành bảng

3.2.3 Các ựường ựặc tắnh:

1 Bảng khảo sát nhiệt ựộ trong ngày của bộ thu ứng với lưu lương G=0,03Kg/s

0 20

40

60

80

1

h 1

h 1

h 1

h 1

h 1

h 1

h 1 h

Thời gian (h)

Hình 4 đồ thị t -τ

2 Bảng khảo sát lưu lượng không khắ cung cấp trong ngày của bộ thu ứng với t = 55 0 C

0 0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Thời gian (h)

Hình 5 đồ thị G Ờ τ

4.đánh giá kết quả :

+ đánh giá kết quả :

-Thời gian ựạt nhiệt ựộ t ≥ 550C chỉ có 8h

-Số thời gian lưu lượng không khắ ựạt yêu cầu ựạt yêu cầu thấp

- Khi lưu lượng không khắ càng lớn thì nhiệt ựộ không khắ ựạt sẽ thấp

- Nhiệt ựộ và lưu lượng ựạt cực ựại trong khoảng từ (12ọ14h)

- để ứng dụng bộ thu phẳng vào mục ựắch sấy cá thì bên cạnh bộ thu năng lượng mặt trời chúng ta cần lắp ựặt thêm hệ thông sấy dùng khói nóng ựể dự trữ và bổ sung thêm lượng nhiệt còn thiếu

- Tăng diện tắch bề mặt hấp thụ nhiệt và khả năng dự trữ nhiệt khi trời không nắng bằng ựá hấp thụ nhiệt

- Thay vì chế tạo các tấm panel hấp thụ nhiệt riêng rẻ, ta có thể chế tạo trên trần mái một tấm panel lớn cho cả hệ thống

Từ kết quả thắ nghiệm bộ thu năng lượng mặt trời ta chọn thông số tối ưu của bộ thu

là : G = 0,03Kg/s , nhiệt ựộ không khắ mà bộ thu cung cấp là : t = 550C

Số bộ thu cần thiết là : 26

03 , 0

783 , 0

=

=

=

G

L

N

S

Collector

không khí nóng

ống dẫn

không khí nóng

Lá chắn

điều chỉnh

Cửa điều

chỉnh nhiệt độ

Quạt không khí nóng

Lò đốt củi phụ trợ

Hỡnh 4 Bố trớ bộ thu

Quạt hút

khí nóng

Quạt hút hơi ẩm

ống dẫn khí nóng

Hỡnh 5 Bố trớ lũ ủốt củi phụ trợ

5 Kết luận :

Sau khi thực hiện xong việc nghiờn cứu của ủề tài, chỳng tụi cú một số kết luận và kiến nghị sau

-ðề tài ủó hoàn thành tốt cỏc nội dung và mục tiờu ủề ra, sản phẩm của ủề tài cú khả năng triển khai ứng dụng rộng rói ở ủiều kiện Việt Nam

-Việt Nam chỳng ta cú tiềm năng về năng lượng mặt trời là rất lớn nhưng hiện nay việc nghiờn cứu triển khai ứng dụng cũn hạn chế mới chủ yếu là cỏc thiết bị ủun nấu dựng năng lượng mặt trời Nước ta là nước cú ủường bờ biển trải dài, cộng vào ủú là hệ thống sụng ngũi phong phỳ nờn sản lượng hải sản nước ta rất lớn, nhu cầu về sấy hải sản là rất cao

-Mặc dầu ựề tài ựã nghiên cứu hoàn thành tốt ựề tài nhưng ựể triển khai ứng dụng rộng rãi vào thực tế và sản phẩm ựến tận tay người sử dụng còn gặp nhiều khó khăn

-Do vậy ựề nghị nhà nước ựầu tư hơn nữa việc tuyên truyền về vấn ựề tiết kiệm năng lượng

và bảo vệ môi trường bằng việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch

Lời cảm ơn :

- Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Dương Hùng ựã rất tận tình trong việc hướng dẫn, góp ý ựể chúng tôi có thể hoàn thành tốt và kịp tiến ựộ ựề tài này

- Xin chân thành cảm ơn Khoa CN Nhiệt - điện Lạnh ựã tạo ựiều kiện cho chúng tôi tham gia nghiên cứu ựề tài khoa học hết sức hữu ắch này

- Xin gởi lời cảm ơn ựến những Kỹ sư, các anh Công nhân xưởng Nhiệt ựã nhiệt tình giúp

ựỡ ựể chúng tôi có thể hoàn thành ựược mô hình kịp tiến ựộ thời gian nghiên cứu ựề tài

Tài liệu tham khảo :

[1] Hoàng Dương Hùng ,Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng ,NXB KHvàKT, 2007

[2] Trần Văn Phú ,Tắnh toán và thiết kế hệ thống sấy ,NXB GD,2001

[3] Hoàng Văn Chước,Giáo trình Kĩ thuật sấy ,NXB KHvàKT ,1999

[4] Lê Văn Hoàng ,Cá thịt và chế biến công nghiệp ,NXB KH và KT ,2004

[5] Nguyễn Phước Hoàng ,Thuỷ lực và máy thuỷ lực ,NXB đH và THCN ,1979

[6] Nguyễn Văn May,Bơm quạt máy nén ,NXB KH và KT,2001

[7] Hoàng Dương Hùng ,Chuyên ựề năng lượng mặt trời ,đH Bách Khoa đà Nẵng

2 1

1

α λ

δ λ

δ

=

c c t

t

2 1

2

α λ

δ

=

Kc

K

Khối lượng không khắ tĩnh trong hộp

Tốc ựộ gia nhiệt cực ựại

C

P

Tần số dao ựộng riêng

C

Tốc ựộ góc

n

τ