Khi nhiệt độ môi trường tăng thì nhiệt lượng tại các giá trị của nhiệt độ t1 giảm dần.. Khi nhiệt độ môi trường tăng lên thì các giá trị nhiệt lượng tại các giá trị nhiệt độ t1 cũng tăng
Trang 1MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT VÀ CẤP GIÓ KHI NHIỆT ĐỘ
MÔI TRƯỜNG THAY ĐỔI TẠI HÀ NỘI CỦA
MÔ HÌNH SẤY LẠC VỎ DẠNG VỈ NGANG
Hà Huy Thắng 1 , Trần Minh Ngọc 1 , Phạm Quang Trung 2 , Lê Thanh Long 2
1 Trường Đại học Thủy Lợi
2 Khoa Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa TP HCM
TÓM TẮT:
Kỹ thuật sấy với từng nông sản là khác nhau
phụ thuộc vào tính chất vật lý và yêu cầu sấy của
con người ví dụ như lạc Ở Việt Nam, do quá trình
canh tác lạc có năng suất theo từng hộ gia đình
và do đó, việc sấy lạc cho năng suất thấp và thời
vụ với mức năng suất 100 kg/h Mô hình máy sấy lạc vỏ dạng vỉ ngang dùng điện trở 2kW đưa ra để tiết kiệm diện tích và tận dụng thời gian sấy cho người dân với nhiệt độ gió tiếp xúc với lạc khoảng
60 o C.
Từ khóa: sấy lạc, sấy vỉ ngang, điện trở sấy
1 GIỚI THIỆU
Tùy thuộc vào mùa và khu vực trồng trọt, độ
ẩm của hạt lạc thu hoạch tính trung bình vào
khoảng 30-50% trên cơ sở nhiệt độ nhiệt kế ướt
Sau khi thu hoạch, lạc được phơi thêm 2-5 ngày
trước khi sử dụng phương pháp sấy khô nhằm
giảm ẩm từ khoảng 18 đến 10% [1]
Sấy khô là một trong những hoạt động quan
trọng nhất trong việc duy trì chất lượng hạt giống
lạc vì vỏ lạc khác loại cây họ đậu khác Việc trao
đổi nước giữa hạt giống và môi trường được trao
đổi trung gian qua các lớp vỏ lụa [2] và vỏ lụa này
là rào cản tránh nhiễm nấm [3]
Chất tải nhiệt sử dụng trong sấy là không khí
nóng được gia nhiệt, trong đó thời gian và vị trí
sấy khác nhau do hàm lượng độ ẩm khác nhau
Khi sấy, không khí mang nhiệt vào hệ thống và
làm bay hơi độ ẩm và sau đó mang hơi nước bốc
hơi ra khỏi hệ thống [4]
Khi sấy khô bằng khí nóng, nhiệt độ khoảng
40.5 đến 43.3ºC là tối đa với dạng hạt giống mà
không gây ra thiệt hại về vật lý và hóa học [4]
Các sự kết hợp của nhiệt độ cao, độ ẩm tương
đối thấp và lưu lượng không khí cao là bất lợi đến
chất lượng sinh lý của hạt giống [5] Hạt ẩm dễ bị
thiệt hại về nhiệt; vì vậy độ ẩm hạt giống càng cao
thì nhiệt độ sấy càng thấp [6] Ví dụ hạt có độ ẩm
hơn 18% nên được sấy khô ở 32°C và những hạt
có độ ẩm thấp hơn có thể được sấy khô ở 38ºC
Nhiệt độ sấy cần được điều chỉnh theo độ ẩm
tương đối của không khí khô [7]
Để sản phẩm nông nghiệp này được nâng cao, lạc sau khi thu hoạch cần được bảo quản cẩn thận để tránh hư hại và tổn thất do chưa có cách bảo quản hợp lý Khác với hệ thống sấy lạc truyền thống, hệ thống sấy lạc sử dụng năng lượng điện
sẽ không phụ thuộc vào thời tiết Hệ thống sấy lạc được hoạt động trên nguyên lý sử dụng nhiệt để tách nước trong sản phẩm Tác nhân sấy (không khí nóng) trao đổi nhiệt và ẩm trực tiếp với vật liệu sấy Hệ thống sấy lạc có những ưu điểm như sau (xem Bảng 1):
Sản phẩm sấy liên tục được nhận nhiệt do có quạt thổi gió nóng đối lưu cưỡng bức nên sản phẩm được nhận nhiệt khá đều
Hệ thống sấy được thiết kế đóng kín nên tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường không nhiều nên năng lượng cung cấp để sấy được giảm bớt
Hệ thống được sử dụng điện trở để gia nhiệt cho không khí nên vật liệu sấy được đảm bảo
về độ sạch
Hệ thống thiết kế nhỏ gọn, dễ di chuyển
Mùa lạc rơi vào thời điểm nắng nóng trên toàn quốc nên thuận lợi trong quá trình phơi sơ bộ Bên cạnh đó, hệ thống sấy lạc vẫn tồn tại một
số nhược điểm như khâu nạp và lấy nguyên liệu bất tiện, năng suất sấy nhỏ, điều khiển phân bố nhiệt
Trang 23000
Ø76 0
9050
9050
gió và điện trở nhiệt
sấy lạc
2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN
Theo Tiêu chuẩn TCVN 1602:1975 về việc bảo
quản lạc để chống mốc, độ ẩm hạt lạc thành
phẩm không quá 7.5% Do đó trong bài báo này,
ta lấy nhiệt độ của hạt lạc chưa bóc sau khi sấy là
W2 = 7.5% trong khi độ ẩm ban đầu của lạc lấy
định mức trung bình là W1 = 20%
Do ngày nay lạc được thu hoạch quanh năm trên
cả nước nên nhiệt độ ban đầu to của lạc dao động
từ 17 – 30oC và độ ẩm không khí RHodao động
từ 67% – 73% theo số liệu tại Hà Nội [8]
Phân áp suất cực đại tại nhiệt độ ngoài trời to tính theo công thức của Antonie:
bar , t 5 235 42 4026 12 exp p
o hmax0
Để xác định phân áp suất của không khí tại nhiệt
độ môi trường to, ta có:
pho = Rho x phmaxo (2) Dung ẩm của không khí trước khi quạt thổi vào buồng sấy:
do = 0.622 x pho/(1-pho), kg ẩm/kg kk (3) Enthalpy tại nhiệt độ môi trường to được xác định
Ho = to + do x (2500 + 1.93 x to) (4)
Để lạc không bị cháy và lượng điện tiêu thụ cho 100kg lạc vừa phải, nhiệt độ t1 mà điện trở cần điều chỉnh là 60oC Bỏ qua tổn thất qua buồng sấy
và không gian hở để quạt thổi gió vào, quá trình gia nhiệt cho không khí từ thanh điện trở được xem là đẳng dung
do = d1 = 0.017 kg ẩm/kg kk (5) Phân áp suất của không khí nóng được tính theo:
ph1 = do/(do + 0.622), bar (6) Phân áp suất cực đại tại nhiệt độ bằng:
bar , t 5 235 42 4026 12 exp p
1 hmax1
Từ Pt (6) và (7), độ ẩm tại nhiệt độ t1được xác định:
RH1 = ph1/phmax1 x 100 (8) Enthalpy tại nhiệt độ sấy t1 là:
H1 = t1 + d1 x (2500 + 1.93 x t1) (9) Nhiệt độ gió thải thoát ra đỉnh thùng sấy t2 giả định
là 40oC và quá trình thổi gió nóng vào lạc là quá trình đẳng entropy H1 = H2 Như vậy, phân áp suất cực đại tại nhiệt độ t2 là:
bar , t 5 235 42 4026 12 exp p
2 hmax2
Dung ẩm của gió thải d2 sau quá trình sấy là:
d2 = (H1 - t2)/(2500 + 1.93 x t2) (11) Phân áp suất của gió thải tính theo công thức sau:
ph2 = d2/(d2+0.622) (12)
Độ ẩm tại nhiệt độ t2 là:
Trang 3RH2 = ph2/phmax2 x 100 (13)
Do lượng lạc người dân sấy trong ngày mưa là
không nhiều so với lượng thóc sấy theo vụ, đặc biệt
vào những ngày mưa sẽ là thời điểm thích hợp để
dùng máy sấy thay cho phơi tự nhiên Để phù hợp
với thu nhập của người dân, chủ nhiệm đề tài đưa
ra năng suất lạc thành phẩm G2 = 100 kg/h tức là
năng suất cho máy sấy mini phù hợp với tài chính
người dân và phù hợp với điều kiện môi trường
xung quanh Hà Nội Vậy lượng lạc trước khi sấy có
thể được tính như sau:
G1 = G2x(100-W2)/(100-W1) (14)
trong đó W1 và W2 lần lượt là độ ẩm trước và sau
của lạc Theo cách tính ở trên thì G1 và G2 tuyến
tính với nhau
Như vậy, lưu lượng khối lượng lạc thoát ra khỏi
máy sấy theo không khí nóng là:
Lượng không khí nóng tiêu tốn cho 1 kg ẩm là:
lo = 1/(d2 - d1) = 249.521 kg kk/kg ẩm (16)
Lưu lượng thể tích là:
trong đó là khối lượng riêng của không khí nóng
ứng với nhiệt độ tf = (t1 + t2)/2 và tra bảng số liệu
tính chất nhiệt độ ở [9] để xác định ρ; m3
/kg
L = 2298.217 kg kk/h
Lượng nhiệt tiêu tốn là:
q = (H2 – Ho)/(d2 – do) (18)
Công suất nhiệt cần thiết để sấy 100 kg lạc là:
Giả thiết chọn công suất nhiệt Qđt của điện trở U
từ 1-2kW để phù hợp với kết cấu cơ khí của máy
sấy Vậy với thời gian sấy khô τ của lạc trong 1h
sẽ cần số thanh điện trở là:
3 KẾT QUẢ
Giả sử khi thay đổi các thông số ban đầu ta có
các kết quả sau:
với các giá trị 60, 65, 70, 75o
C và giữ nguyên nhiệt độ gió ra t2 =40oC, RH=80%
Từ đồ thị, nhiệt lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường khi cho thay đổi các giá trị nhiệt độ trong máy sấy Khi nhiệt độ môi trường tăng thì nhiệt lượng tại các giá trị của nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường càng tăng cao thì nhiệt lượng càng giảm mạnh
giá trị nhiệt độ t1=60, 65, 70, 75oC và không thay đổi giá trị nhiệt độ gió ra t2=40oC, RH=80%
Lưu lượng gió tỷ lệ thuận với nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ môi trường tăng lên thì các giá trị nhiệt lượng tại các giá trị nhiệt độ t1 cũng tăng lên
để phù hợp với lượng gió cấp vào máy sấy
với các giá trị 60, 65, 70, 75 o
C và giữ nguyên nhiệt độ gió ra t2 =40oC, RH=85%
Nhiệt lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường khi cho thay đổi các giá trị nhiệt độ trong máy sấy Khi nhiệt độ môi trường tăng thì nhiệt lượng tại các giá trị của nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường càng tăng cao thì nhiệt lượng càng giảm
Trang 4mạnh Nhiệt lượng tăng đáng kể khi t1 tăng tới
75oC
môi trường và độ ẩm ở 85%
Lượng gió cấp thay đổi khi thay đổi các giá trị
nhiệt độ t2 =60, 65, 70, 75oC và không thay đổi giá
trị nhiệt độ gió ra t2 =40oC, RH=85%
Nhìn vào đồ thị lưu lượng gió tỷ lệ thuận với nhiệt
độ môi trường Khi nhiệt độ môi trường tăng lên
thì các giá trị nhiệt lượng tại các giá trị nhiệt độ t1
cũng tăng lên để phù hợp với lượng gió cấp vào
máy sấy
với các giá trị 60, 65, 70, 75o
C và giữ nguyên nhiệt độ gió ra t2 = 40oC, RH=90%
Nhìn vào đồ thị ta thấy nhiệt lượng có sự thay đổi
thất thường theo nhiệt độ và không theo một quy
luật Khi nhiệt độ môi trường tăng lên thì nhiệt
lượng tại các giá trị độ t1 lúc tăng lúc giảm
giá trị nhiệt độ t1 = 60, 65, 70, 75oC và không thay
đổi giá trị nhiệt độ gió ra t2 = 40oC, RH=90%
Lưu lượng gió tỷ lệ thuận với nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ môi trường tăng lên thì các giá trị nhiệt lượng tại các giá trị nhiệt độ t1 cũng tăng lên
để phù hợp với lượng gió cấp vào máy sấy
với các giá trị 60, 65, 70, 75 và giữ nguyên nhiệt độ gió ra t2 =40C, RH=95%
Nhìn vào đồ thị nhiệt lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt
độ môi trường khi cho thay đổi các giá trị nhiệt độ trong máy sấy Khi nhiệt độ môi trường tăng thì nhiệt lượng tại các giá trị của nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường càng tăng cao thì nhiệt lượng càng giảm mạnh
giá trị nhiệt độ t1 = 60, 65, 70, 75oC và không thay đổi giá trị nhiệt độ gió ra t2 = 40oC, RH=95% Nhìn vào đ thay đổi giá trị nhiệt độ gió ra trị nhiệt
độ ttrị của nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường càng tăng cao thì nhiệt các giá trị nhiệt độ t1cũng tăng lên đlưu lưá trị nhiệt độ gió ra trị nhiệt độ ttrị của nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường càng tăng cao thì nhiệt các giá
4 KẾT LUẬN
Mô hình lý thuyđlưu lưá trị nhiệt độ gió ra trị nhiệt
độ ttrị của nhiệt độ t1 gimôi trường tăng lên thì cá
lượng gió cấp dô hình lý thuyđlưu lưá trị nhiệt độ gió
ra t Khi nhiệt độ môi trường càng tăng, lượng nhiệt sấy yêu cầu có xu hướng giảm xuống Nhiệt độ
Trang 5môi trường cứ tăng lên 15oC thì nhiệt lượng giảm
5000 kJ
Khi nhiệt độ môi trường càng tăng, lưu lượng
gió vào có xu hướng tăng để đảm bảo thoát lượng
hơi nước trong lạc ra Bên cạnh đó, giá trị điểm
đốt từ thanh nhiệt trở càng cao thì càng cần nhiều
gió vào để lấy ẩm và giảm nhiệt độ cho thanh
nhiệt trở
Để phát triển mô hình thực nghiệm, phương
án đề xuất nghiên cứu trong tương lai bao gồm:
+ Hoàn thiện mô hình thực nghiệm với dụng
cụ đo đạc để so sánh với kết quả lý thuyết
+ Cần thay đổi năng suất lạc để đưa ra dải
thời gian sấy phù hợp khi sử dụng điện đốt
+ Lưu ý dùng điện 380V/3 pha/50Hz để thử
nghiệm
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] BADER, M J.; ADKINS, S W.; BUTSS, C L
Peanut curing by intermittent heat and air
using dual-trailer dryers.Applied Engineering
in Agriculture,St Joseph, v.12, n.2,
p.163-165, 1996
[2] KENTRING, D L.; BENEDICT, C R.; YEGER,
M Growing season and location effects on
water uptake and drying rates of peanut
seeds from genotypes resistant and
susceptible to invasion by Aspergillus flavus
Agronomy Journal, Madison, v.68, p.661-665,
1976
[3] ZAMBETTAKIS, C H Etude de la contamination de quelques varieties d´arachide par Aspergillus flavus Oleagineux, Paris, v.30, p.161-167, 1975 [4] BROOKER, D B.; BAKKER ARKEMA, F.W.; HALL, C W Drying cereal grains Westport: AVI, 1974 265p
[5] ESDRAS, J G M Effect of the drying over soybean seeds in a crossflow moving bed.1993 95f M.Sc Thesis Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 1993 [6] HARRINGTON, J F Seed storage and longevity In: KOZLOWSKI, T.T (Ed.) Seed Biology v.3, New York: Academic Press,
1972 p.145-245
[7] FRANÇA NETO, J B.; HENNING, A A.; KRZYZANOWSKI, F.C Seed production and technology for the tropics In: EMBRAPA Centro Nacional de Pesquisa de Soja Tropical soybean: improvement and production Rome: FAO, 1994 p.217-240 (FAO Plant Production and Protection Series, 27)
[8] http://www.hanoi.climatemps.com/graph.php [9] Trần Văn Phú, Tính toán và thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2002
Bảng 1 So sánh ưu nhược điểm của các nguồn năng lượng cho máy sấy
Trang 6MODELLING OF THE HEAT TRANSFER AND SUPPLIED FLOW WHEN SURROUNDING TEMPERATURE CHANGING IN HANOI OF PEANUT
FLAT BED DRYER
ABSTRACT
Drying technique with each agricultural
product is different depending on the physical
properties and drying human requirements such
as peanuts In Vietnam, due to lost productivity
cultivated by each household and thus, the
capacity of peanut drying is low án seasonal with
100 kg/h Flat bed peanut shell dryers model using 2 kW resistors is developed to save the contact area and ultilize the drying time for farmers with entering air temperature of about
60 o C
Keywords: peanut drying, flat bed drying, resistor