ĐỀ TÀI: HÃY TÌM HIỂU, PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY GỖ CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI: HÃY TÌM HIỂU, PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY GỖ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Giới thiệu 1.2. Vai trò và ứng dụng của việc sấy gỗ 1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy gỗ 1.4. Các phương pháp sấy gỗ 1.5. Nhiệm vụ đề tài CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.1. Phân tích công nghệ và đưa ra các nhiệm vụ cụ thể cần thực hiện của bài toán 2.2. Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống 2.3. Xây dựng mô hình hệ thống bao gồm các thiết bị, khâu chức năng 2.4. Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống 2.5. Sơ đồ đấu nối hệ thống CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ 3.1. Các kết quả đạt được 3.2. Các hạn chế khi thực hiện 3.3. Biện pháp khắc phục  

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

*********

BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

ĐỀ TÀI: HÃY TÌM HIỂU, PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO

VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY GỖ CÔNG NGHIỆP

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu

1.2 Vai trò và ứng dụng của việc sấy gỗ

1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy gỗ

1.4 Các phương pháp sấy gỗ

1.5 Nhiệm vụ đề tài

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

2.1 Phân tích công nghệ và đưa ra các nhiệm vụ cụ thể cần thực hiện của bài toán

2.2 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống

2.3 Xây dựng mô hình hệ thống bao gồm các thiết bị, khâu chức năng

2.4 Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống

2.5 Sơ đồ đấu nối hệ thống

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ

3.1 Các kết quả đạt được

3.2 Các hạn chế khi thực hiện

3.3 Biện pháp khắc phục

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của conngười đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị phục vụcông cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần vào sựphát triển đó thì ngành kỹ thuật điện, điện tử đã góp phẩn không nhỏ vào sựphát triển đất nước Trong đó môn “ Đo lường và cảm biến ” trình bày các kiếnthức về kĩ thuật đo dùng trong ngành điện hiện nay Giới thiệu những phép đo

cơ bản để ứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp Môn nghiên cứu cácphương pháp đo dại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất,

… và đại lượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc… Cung cấp cho sinh viênchúng e những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trongngành điện.Trình bày các dụng cụ đo, nguyên lý đo và phương pháp đo cácthông số Từ đó sinh viên chúng em biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý sốliệu sau kết quả đo và một số nguyên lý, ứng dụng 1 số cảm biến thông dụng

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của của những ứng dụng trong thực tế củamôn “ Đo lường và cảm biến ” chúng em sau một thời gian học tập được cácthầy, các cô trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên ngành đồng thời

được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Hà Văn Phương chúng em đã “Tìm hiểu,

phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp”.

Cùng với sự nỗ lực của nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nhiệmcủa chúng em vẫn còn hạn chế sẽ không chánh khỏi sự thiếu sót Chúng em rấtmong có được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằmđóng góp, phát triển và hoàn thiện đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu

Sấy gỗ là bước đầu tiên và quan trọng nhất trước khi gỗ xẻ được chế biến(gia công).Với gỗ sấy đạt tiêu chuẩn, sản phẩm với chất lượng tốt có thể đạtđược Gỗ ở trạng thái tự nhiên, luôn luôn chứa một lượng nước lớn Khi không

có một lượng nào hoặc một lượng nước nhỏ đựơc thoát ra, gỗ được gọi là “gỗtươi” hoặc “gỗ chưa sấy” Lượng nước tồn tại trong gỗ ảnh hưởng đến tính chấtcủa gỗ Chính vì vậy gỗ phải được sấy vì nhiều lý do

1.2 Vai trò và ứng dụng của việc sấy gỗ

- Vai trò:

+ Gỗ đã qua sấy sẽ được cải thiện về nhiều mặt về tính chất, gỗ sẽ tốt hơn, chấtlượng sau khi gia công được đảm bảo, chất lượng thành phẩm cũng tốt hơn, tuổithọ sản phẩm đồ gỗ được kéo dài và hiệu quả sử dụng được cải thiện

+ Gỗ không qua sấy tương đương không thể sản xuất các sản phẩm đồ gỗ xuấtkhẩu được vì độ ẩm không đạt tiêu chuẩn

- Ứng dụng:

Gỗ là nguyên liệu ngày càng được sử dụng rộng rãi đa dạng và phong phútrong các ngành như xây dựng, chế tạo máy, giao thông vận tải, hàng hải, các đồdùng gia dụng, thủ công mĩ nghệ …Nhu cầu sử dụng gỗ ngày một tăng cao vàcàng đỏi hỏi chất lượng gỗ tốt hơn trước Để đồ gỗ có chất lượng tốt thì kỹthuật sấy gỗ đóng một vai trò cũng rất quan trọng Vì thế lò xấy gỗ ra đời đápứng nhanh chóng được nguồn nguyên liệu cần thiết

1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sấy gỗ

+ Hong phơi là một cách thức sấy gỗ tự nhiên Mặt trời cung cấp năng lượng(nhiệt) cho việc làm bay hơi nước ở trong gỗ trong khi đó gió lưu thông khôngkhí xung quanh gỗ.

+ Ưu điểm: Quá trình hong phơi này có thể đưa độ ẩm của gỗ tươi xuống độ ẩmxấp xỉ bằng độ ẩm bão hòa của thớ gỗ ( 25-30% ) nhằm tiết kiệm năng lượngcho quá trình sấy gỗ

+ Nhược điểm: Quá trình thoát ẩm chậm, khó đưa gỗ về độ ẩm sử dụng sản xuất

đồ mộc

1.4.2 Sấy hơi quá nhiệt

Sấy hơi quá nhiệt là phương pháp sấy gỗ trong môi trường hơi nước có nhiệt

độ lớn hơn 100OC ( cao hơn điểm sôi của nước, thường sấy ở 110OC ), làm chonước trong gỗ hầu như được chuyển hóa thành dạng hơi nước tạo ra chênh lệch

áp suất lớn giữa tế bào gỗ và môi trường bên ngoài ( 2 atm ) làm cho hơi nươcdịch chuyển thoát ra ngoài

1.4.3 Sấy ngưng tụ ẩm

Không khí nóng và ẩm sau khi đi qua đống gỗ trong lò sấy, phần lớn sẽ đượchút qua dàn lạnh Hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ lại thành nước và đượcđưa ra ngoài Không khí lạnh chứa hàm lượng ẩm thấp này được làm nóng trởlại sẽ rất khô ( độ ẩm thấp ) sau khi đii qua đống gỗ làm cho gỗ khô Sau khi điqua đống gỗ làm cho nước trong đống gỗ thoát ra làm không khí ẩm trở lại vàquá trình sấy cứ vậy lặp lại

+ Áp dụng cho các loại gỗ cứng và dây sấy ở nhiệt độ thấp

+ Dễ dàng tự động hóa

+ Độ ẩm cuối cùng không đòi hòi quá thấp

+ Năng suất sấy thấp

1.4.4 Sấy cao tần

Sấy cao tần là phương pháp sấy trong từ trường của dòng điện xoay chiều cótần số cao Nguyên lý: Qua chuyển động của các phần tử mang điện, dưới sựảnh hưởng của từ trường, dòng điện xoay chiều có tần số cao, hình thanhchuyển động ma sát và chuyển hóa thành nhiệt làm hóa hơi nước trong gỗ vàlàm khô gỗ

Sấy cao tần:

 Thời gian sấy ngắn

 Dễ dàng cơ giới và tự động hóa

 Chất lượng gỗ sấy đảm bảo

 Phương pháp sấy này thì phù hợp cho các loại gỗ có hình thù và kínhthước đa dạng và phức tạp

 Tổn thất nhiệt rất ít

1.4.5 Sấy chân không

Nguyên lý của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc điếm sôi củanước và áp suất Nếu làm giảm áp suất trong thiết bị chân không xuống đến ápsuất mà tại đó nước trong gỗ bắt đầu sôi và bốc hơi, sẽ tạo sự chênh lệch giữa

áp suất trong gỗ và môi trường làm cho dòng ẩm dịch chuyển từ trong gỗ vàmôi trường làm cho dòng ẩm dịch chuyển từ trong ra bên ngoài mặt gỗ

1.5 Nhiệm vụ đề tài

- Tìm hiểu tổng quan hệ thống

- Phân tích công nghệ và đưa ra các nhiệm vụ cụ thể cần thực hiện của bàitoán

- Vẽ sơ đồ khối nguyên lý hệ thống

- Xây dựng mô hình hệ thống bao gồm các thiết bị, khâu chức năng

- Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống như cảm biến, bộ điều khiển,

cơ cấu chấp hành,… (trình bầy nhiệm vụ, hình ảnh, nguyên lí làm việc,thông số kỹ thuật của thiết bị đó)

- Sơ đồ đấu nối hệ thống

- Chương trình điều khiển

Giới hạn điều kiện:

1 Thể tích lò 20m3- 40m3.

2 Dải nhiệt độ làm việc điều chỉnh được

3 Sai số của phép đo nhiệt độ là1℃

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

2.1 Phân tích công nghệ và đưa ra các nhiệm vụ cụ thể cần thực hiện của bài toán.

Để thiết kế một hệ thống lò sấy nông sản ta có nhiều hương pháp Dưới đây

là một số phương pháp mà nhóm em cho là tối ưu nhất

Hình 1: Mô hình lò sấy gỗ

- Các loại lò sấy:

Có hai loại lò sấy chính là lò sấy liên tục và lò sấy gián đoạn, hiện nay lò sấygián đoạn được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á Lò sấygián đoạn có nhiều loại, tuỳ vào nguồn nhiệt sử dụng nó được chia làm các loạisau:

• Lò sấy hơi nước

• Lò sấy tách ẩm

• Lò sấy năng lượng mặt trời

2.1.1 Lò sấy hơi nước:

Nhiệt trong lò sấy được cung cấp hơi nước bão hoà, hơi nước đi qua bộphận trao đổi nhiệt Sự lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằngquạt Nó giúp cho sự trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn Mặt cắtngang của lò sấy được chỉ ra ở hình 11 Sàn được làm bằng bê tông Tường vàcửa lò được làm bằng vật liệu cách và chịu nhiệt.

2.1.2 Lò sấy tách ẩm

Bơm nhiệt và hệ thống tách ẩm bao gồm một máy làm lạnh và một sốquạt.Máy làm lạnh có thể làm việc như là hệ thống nhiệt gọi là bơm nhiệt hoặcnhư một máy tách ẩm Hệ thống tách ẩm hoạt động ở nhiệt độ nhỏ hơn 600 c.Trong khi đó bơm nhiệt có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 750 c sự tuần hoànkhông khí trong lò được cung cấp bởi một số quạt Không khí ẩm tuần hoàntrong lò đi qua bộ phận làm lạnh tại đây nước được tách ra bởi bộ phận ngưngtụ.Lượng nước này sau đó được thải ra ngoài bằng đường ống.Nhiệt từ bộ phậnnén của máy làm lạnh được sử dụng để làm nóng lò.Hình 12 thể hiện một dạng

lò sấy tách ẩm.cửa xả ẩm Bộ phận trao đổi nhiệt Quạt Bộ phận phun ẩm Nhiệt

kế khô và nhiệt kế ướt Tường cách nhiệt Trần phụ Đống gỗ Đà kê

2.1.3 Lò sấy năng lượng mặt trời:

Lò sấy năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng từ mặt trời để sấy gỗ Có

04 loại lò sấy năng lượng mặt trời

• Lò sấy nhà kính: Tất cả tường và mái của lò sấy đều được làm bằng vật liệutrong suốt Bộ phận thu nhận năng lượng mặt trời được lắp ở bên trong lò sấy

• Lò sấy nửa nhà kính: Mái và một vài bức tường được làm bằng vật liệu trongsuốt trong khi đó một số bức tường khác và sàn được làm bằng vật liệu cáchnhiệt nhằm giảm sự thất thoát nhiệt

• Lò sấy có bộ phận thu năng lượng ở bên ngoài: Có một lò sấy riêng biệt, đượcnối với bộ phận thu năng lượng bê ngoài bằng các đường ống

• Lò sấy tách ẩm năng lượng mặt trời: Lò sấy này được lắp đặt một thiết bị tách

ẩm phù hợp Thiết bị tách ẩm này làm giảm độ ẩm của không khí trong lò Nócung cấp nhiệt thu được từ việc ngưng tụ nước Quạt Vỏ lò Bộ phận phụ trợnhiệt Quạt nhỏ Ngưng tụ ẩm Thiết bị tách ẩm Không khí ấm ẩm Không khí khônóng Đống gỗ Vật liệu sử dụng để làm nhà kính là kính, tấm film nhựa, PVC,polythene và sợi kính Khung thường được làm bằng nhôm Các bộ phận hấp

thụ nhiệt sử dụng các vật liệu đen mờ để hấp thụ năng lượng mặt trời để làmnóng không khí trong buồng sấy

+ Sử dụng hơi nước: Tránh hoàn toàn khả năng cháy gỗ

+ Mô đun hóa, tiêu chuẩn hóa: Giảm giá thành, rút ngắn thời gian giao hàng+ Sản xuất hoàn toàn trong nước: Giảm chi phí và chủ động trong việc bảo trì+ Thiết kế theo điều kiện khí hậu Việt Nam: Sấy tốt hơn, do các sản phẩm nướcngoài sử dụng chương trình có sẵn cho các loại sản phẩm tại nước ngoài, khác

xa về điều kiện khí hậu

2.2 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống

Hình 5: Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống

Hình 6: Sơ đồ mô hình hệ thống

Nguyên lý làm việc: Hơi nước được dẫn vào hệ thống dàn nhiệt (để tronghầm sấy) qua thanh dẫn nhiệt Dàn nhiệt có chức năng cung cấp nhiệt cho hầmsấy gỗ đồng thời nó có chức năng thu hồi lượng hơi nước trong lò bốc ra từ gỗ

và thanh dẫn nhiệt Lượng nước này sẽ quay lại bể nước của lò hơi và tiếp tục

quá trình cung cấp nhiệt cho hầm Nhiệt lượng trong hơi nước làm nóng toàn bộdàn nhiệt và được quạt đối lưu thổi xuống dưới phòng, ta biết là nhiệt hơi caothì được đẩy lên trên, khi đẩy lên trên lại có quạt đối lưu thổi xuống dưới nênnhiệt trong phòng sẽ đều Sau khi nhiệt được tỏa vào sản phẩm, hơi nước bốclên và thoát qua của thoát ẩm, làm cho gỗ được khô Chúng ta sẽ đặt 4 con cảmbiến nhiệt độ LM335 trong hầm: 4 con ở 4 góc tường không có thiết bị gia nhiệtcủa hầm để đo chuẩn nhiệt độ hơn và lúc này đồng hồ đo nhiệt hiển thị nhiệt độtrong hầm được đặt ở bộ xử lý trung tung ở cửa hầm để dễ theo dõi.

2.3 Xây dựng mô hình hệ thống bao gồm các thiết bị, khâu chức năng.

2.3.1 Dàn nhiệt

+ Đây là bộ phận trao đổi nhiệt của lò

sấy, thường bao gồm nhiều ống nhiệt

được hàn lại với nhau thành một khối

hoàn chỉnh Các ống nhiệt này thường

được gắn thêm nhiều lá nhôm mỏng (độ

dẫn nhiệt rất cao) để tăng hiệu quả

truyền nhiệt cho lò sấy Vì đặc trưng của

lò sấy gỗ là hoạt động trong môi trường

có độ ẩm cao – khiến các vật liệu bằng

kim loại có xu hướng bị mài mòn nhanh

chóng Do đó, một dàn nhiệt tốt thường

được làm bằng thép không rỉ để dàn

nhiệt có thể hoạt động tốt trong một thời

gian dài Hình 7: Dàn nhiệt

+ Hơi nước nóng bão hòa từ nồi hơi, khi đi qua dàn nhiệt này sẽ truyền mộtlượng nhiệt cực lớn vào không khí bên

trong lò

2.3.2 Quạt đối lưu

Quạt đối lưu không khí này thường

làm bằng nhôm, có sải cánh rộng và

thường được lắp trên trần phụ của lò sấy

Mỗi lò sấy gỗ thường có từ 3 đến 5 quạt

đối lưu tùy vào độ lớn của lò

Nhiệm vụ của quạt đối lưu không khí là giúp rút nhanh độ ẩm có trong bề mặt

gỗ cần sấy, giúp cả bề mặt gỗ dầy nhất cũng Hình 8: Quạt đối lưu

có thể khô nhanh trong một thời gian ngắn Quạt đối lưu tác động lực vào khôngkhí, giúp tạo gió nóng trong lò sấy, vận tốc của gió trong lò đạt mức từ 2 –4m/s Quạt sẽ đổi chiều cứ 5 giờ một lần, để đảm bảo 2 đầu gỗ đều được sấykhô đều

2.3.3 Động cơ

Là loại động cơ công suất 3-4kW/h, có dây quấn biến áp H, có cấp bảo vệIPP5 thì mới có thể hoạt động tốt trong môi trường có độ ẩm và nhiệt độcao Bộ động cơ này phải được kiểm tra định kỳ để tra mỡ vào trục động cơ vàphát hiện các trục trặc kịp thời vì đây là một trong những bộ phận quan trọnggiúp điều khiển hoạt động của quạt đối lưu

2.3.4 Động cơ van

Dùng để đóng mỏ van phun ẩm, tự động ngắt nguồn điều khiển khi van

đã mở hoàn toàn Thông thường, khi sử dụng công nghệ hơi nước để sấy gỗ,miếng gỗ sẽ được luộc (phun ẩm) trước khi sấy

2.3.5 Hộp thoát ẩm

Hay còn gọi là cửa thoát ẩm, được lắp thành hàng phía trên nóc lò sấy vàđược nối với nhau bằng một trục Hộp thoát ẩm này còn có một bộ điều khiển(gọi là sensor – giúp đo độ ẩm trong lò).

Khi không khí trong lò sấy quá ẩm, sensor đo độ ẩm sẽ điều khiển cho các hàngcửa thoát ẩm này mở ra, và phần có áp suất cao của quạt đối lưu không khí sẽ lànơi thoát ra các luồng không khí có độ ẩm cao, và phần áp suất thấp sẽ là lốivào của luồng không khí mới

2.3.6 Các bộ phận khác

Ngoài các bộ phận chính của lò sấy gỗ bằng hơi nước phía trên, một hệthống sấy gỗ hoàn chỉnh còn có rất nhiều các bộ phận khác, mỗi bộ phận lại cómột chức năng và nhiệm vụ khác nhau trong hoạt động của lò

Một số các bộ phận khác của hệ thống sấy gỗ bằng công nghệ hơi nước có thể

kể đến như: hệ thống van tách nước, trần phụ, động cơ ven –damper actuator và

bộ điều khiển helios

2.4 Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống

2.4.1 Cảm biến nhiệt độ

Trước tiên ta cần biết cảm biến là gì: Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý không điện thành các tín hiệu điện Ví dụ: Nhiệt độ là 1 đại lượng không liên quan đến điện chúng ta phải chuyển nó về 1 đại lượng khác ( điện trở, điện áp ) để phù hợp với các cơ cấu điện tử

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ : Nhiệt độ từ môi trường sẽ đượccảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệtnày thành một đại lượng điện nào đó ( điện áp, dòng điện ) Như thế một yếu tốhết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhậncủa cảm biến” Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà ta trông thấy nó đều làcái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡngkim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt

từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu

vi hiện tại từ 400 μA đến 5 mA và hầu nhưA đến 5 mA và hầu như

không thay đổi hiệu suất Khi hiệu chỉnh ở

25 ° C, LM335 thường có lỗi dưới 1 ° C

trong khoảng nhiệt độ 100 ° C Không

giống như các cảm biến khác, LM335 có

đầu ra tuyến tính

Các ứng dụng cho LM335 bao gồm hầu

hết các loại nhiệt độ cảm nhận trong khoảng

-40 ° C đến 100 ° C Trở kháng thấp và đầu

ra tuyến tính làm cho interfacing để readout

hoặc mạch điều khiển đặc biệt dễ dàng Hình 11: Cảm biến LM335 LM335 hoạt động trong khoảng nhiệt độ -40 ° C đến 100 ° C trong khiLM235 hoạt động trong khoảng nhiệt độ -40 ° C đến 125 ° C LM135 hoạt động

từ -55° C đến 150 ° C Các thiết bị LMx35 có sẵn đóng gói trong các gói bóngbán dẫn ẩn trong khi LM335 cũng có sẵn bằng nhựa