TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY CÁ CƠM DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NĂNG SUẤT 200 KGMẺ

Để bảo quản cá cơm sử dụng trong thời gian dài, người ta làm khô cá bằng phương pháp truyền thống là phơi nắng, nghĩa là dùng nhiệt của ánh sáng mặt trời để làm khô sản phẩm, không tốn k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

**************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY CÁ CƠM

DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

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

***************

DƯƠNG CÔNG THÀNH

HÀ VĂN NAM

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY SẤY CÁ CƠM

DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NĂNG SUẤT 200 KG/MẺ

Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Lạnh

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: T.S NGUYỄN HUY BÍCH

Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 6/2012

LỜI CẢM TẠ

Trong suốt thời gian học tại trường Đại Học Nông Lâm TP HCM, dưới

sự giảng dạy tận tình của tất cả quý thầy cô Khoa Cơ Khí Công Nghệ, chúng tôi đã có biết bao kiến thức bổ ích Những kiến thức quý báu đó sẽ phục vụ cho công việc kỹ sư sau này của chúng tôi

Chúng tôi rất biết ơn đến các thầy cô và chân thành cảm tạ:

 Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM

 Ban chủ nhiệm Khoa cơ khí công nghệ

 Toàn thể quý thầy cô Khoa cơ khí công nghệ đã tận tình giảng dạy chúng tôi trong thời gian học tập tại trường

 Toàn thể Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ thiết bị nhiệt lạnh và các anh ở trung tâm đã tận tình giúp đỡ chúng tôi

 Đặc biệt, chúng tôi cám ơn thầy TS Nguyễn Huy Bích và KS Đinh Công Bình đã tận tình hướng dẫn chúng tôi suốt quá trình thực hiện đề tài

 Cuối cùng chúng tôi xin cảm ơn gia đình cũng như các bạn lớp DH08NL

đã giúp đỡ, hỗ trợ, và động viên

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ Tính toán thiết kế máy sấy cá cơm dùng năng lượng mặt trời năng suất 200 kg/mẻ ” được tiến hành tại trường đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, thời gian từ 28/2/2012 đến 28/5/2012

Mục tiêu của đề tài:

1 Nghiên cứu và hoàn chỉnh mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời tại trung tâm Công nghệ và Thiết bị nhiệt lạnh, Trường ĐH Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

2 Sấy khảo nghiệm trên mô hình tìm chế độ sấy thích hợp, so sánh giữa hai phương pháp sấy dùng năng lượng mặt trời và phơi nắng

3 Tính toán thiết kế máy sấy cá cơm năng suất 200 kg/mẻ sử dụng năng lượng mặt trời và ước tính chí phí đầu tư cho máy sấy

Kết quả đạt được trong đề tài:

1 Đã khảo nghiệm sấy cá cơm trên mô hình sấy dùng năng lượng mặt trời

và tìm ra các chế độ sấy phù hợp cho cá cơm, nhiệt độ sấy 45 oC, vận tốc gió 0,45 m/s cùng với thời gian sấy 6,64 giờ Đã so sánh giữa hai phương pháp và cho thấy sấy dùng năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, kinh tế hơn, chất lượng sản phẩm cho ra tốt hơn phương pháp phơi nắng

2 Đã tính toán thiết kế được máy sấy cá cơm dùng năng lượng mặt trời năng suất 200 kg/mẻ phù hợp cho người dân vùng biển Ninh Thuận, Bình Thuận với ước tính chi phí có thể chấp nhận đầu tư từ người dân

SUMMARY

The Bachelor thesis named "Calculating and designing the Solar Dryer for Anchovy drying with capacity of 200 kg/batch" has been conducted at the Nong Lam University Ho Chi Minh City during the period from 28/02/2012 to 28/05/2012 under the advice of Dr Nguyen Huy Bich and Eng Dinh Cong Binh

The objectives of the thesis are:

1 To complete a solar dryer model for drying testing and anchovy drying experimental investigation

2 To dry the anchovy on the experimental model in order to find out the drying regime for anchovy and to compare the drying product with the one is treated

by using the solar directly

3 To calculating and designing a solar dryer with capacity of 200 kg/batch and

to estimating the cost of the dryer

The achieved results of the thesis are:

1 The experimental investigation for anchovy solar dryer using our solar dryer model shown that the drying temperature can be reached to 45°C, wind speeds is 0.45 m/s, and the drying time is 6.64 hours The anchovy dried by solar dryer is more clean with bright color and the time dryer is shorter when comparing with the one uses sun directly method

2 A solar dryer with capacity of 200 kg/batch has been developed completely The cost estimation of the dryer is not too high which might suite with the investment from famers

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH x

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU xi

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 CÁ CƠM VÀ CHẾ BIẾN CÁ CƠM 3

2.1.1 Nguồn gốc 3

2.1.2 Đặc điểm cá 3

2.1.3 Thành phần hóa học của cá 5

2.1.4 Đối tượng sấy thí nghiệm 6

2.1.5 Phương pháp sơ chế cá cơm trước khi sấy 7

2.2 TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 8

2.2.1 Giới thiệu chung về NLMT 8

2.2.2 Bức xạ mặt trời 11

2.2.3 Ứng dụng của NLMT 15

2.3 SẤY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY 20

2.3.1 Khái niệm sấy 20

2.3.2 Phân loại phương pháp sấy 20

2.3.3 Sấy dùng năng lượng mặt trời 21

2.3.4 Lý thuyết về sấy 27

2.3.5 Một số yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy 30

2.3.6 Phương pháp tính toán quá trình sấy 32

2.4 PHÂN LOẠI MÁY SẤY DÙNG NLMT 33

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 35

3.1 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 35

3.1.1 Phương pháp sấy thí nghiệm 35

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 35

3.1.3 Phương pháp tính toán thiết kế 35

3.2 PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN 35

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

4.1 SẤY THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH 37

4.1.1 Mô hình và Nguyên lý hoạt động 37

4.1.2 Sấy thí nghiệm với mô hình 41

4.1.3 Kết quả khảo nghiệm 47

4.1.4 Kết quả tính toán cho mô hình 48

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY CÁ CƠM 200 KG/ MẺ 54

4.2.1 Tính toán thực tế 54

4.2.2 Ước Tính chi phí 68

4.3 THỐNG KÊ CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 69

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71

5.1 KẾT LUẬN 71

5.2 ĐỀ NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 75

G1: Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy (kg)

G2: Khối lượng sau khi sấy của vật liệu sấy (kg)

X1: Ẩm độ đầu của vật liệu sấy (%)

X2: Ẩm độ sau khi sấy của vật liệu sấy (%)

U1: Lượng nước lấy đi trong vật liệu sấy (kg)

L1: Lượng không khí cần thiết để bốc hơi 1kg nước trong vật liệu sấy (kg kkk/kg

H2O)

L2: Lượng không khí cần thiết để bốc hơi m kg nước trong vật liệu sấy (kg kkk/kg

H2O)

Vkkk: Tổng thể tích không khí khô cần cho quá trình sấy (m3)

Qsấy: Tổng lượng nhiệt cần cho quá trình sấy (kJ)

v: Vận tốc gió trong buồng sấy (m/s)

Qll: Lưu lượng qua buồng sấy (m3/s)

A: Diện tích mặt thu nhiệt (m2)

ρ: Khối lượng riêng của không khí (kg/m3)

M: Lưu lượng khối của không khí (kg/s)

Qtt: Tổng tổn thất nhiệt (kJ)

Qout: Lượng nhiệt sau khi đi ra khỏi bộ thu nhiệt (kJ)

c: Nhiệt dung riêng của không khí (J/kg.K)

F’: Hiệu suất hiệu dụng của bộ thu nhiệt

U: Tổn thất nhiệt chung giữa mặt đen và môi trường

γ: Hiệu suất quang học

Qk: Là tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi (kJ/h)

Gk: Khối lượng của khay đặt cá (kg)

Ck: Nhiệt dung riêng của khay cá (kJ/kg độ)

tk1: Nhiệt độ vào của khay (oC)

t k2: Nhiệt độ ra của khay sấy (oC)

Qv: Tổn thất nhiệt do khay sấy mang đi (kJ/h)

Gv: Khối lượng vật liệu sấy ra (kg)

Cv: Nhiệt dung riêng của cá cơm (kJ/kg.độ)

tv1: Nhiệt độ vào của vật liệu sấy (oC)

tv2: Nhiệt độ ra của vật liệu sấy (oC)

Cv: Nhiệt dung riêng của cá (kJ/kg.độ)

Cvk: Nhiệt dung riêng của vật liệu trước khi sấy (kJ/kg.độ)

Ca: Nhiệt dung riêng của nước (kJ/kg)

Qe: Tổn thất qua vách (W)

δ: Bề dày vách (m)

λ: Hệ số dẫn nhiệt của vách (W/m.độ)

ts: Nhiệt độ tác nhân sấy (oC)

tmt: Nhiệt dộ môi trường (oC)

Qs: Tổn thất nhiệt qua sàn sấy (W)

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Cá cơm 3

Hình 2.2 Hình thái cá cơm thường 6

Hình 2.3 Chần cá trước khi sấy 8

Hình 2.4 Góc nhìn mặt trời 12

Hình 2.5 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời đến trái đất 13

Hình 2.6 Máy sấy năng lượng mặt trời dạng tủ 16

Hình 2.7 Máy sấy NLMT đối lưu cưỡng bức trực tiếp 17

Hình 2.8 Máy sấy NLMT gián tiếp qua bộ thu nhiệt 18

Hình 2.9 Hệ thống chưng cất nước NLMT 19

Hình 2.10 Phơi nắng truyền thống 22

Hình 2.11 Thiết bị sấy khô đơn giản dùng NLMT 22

Hình 2.12 Thiết bị sấy dùng NLMT 22

Hình 2.13 Máy sấy dạng hộp 23

Hình 2.14 Máy sấy dạng hiệu ứng nhà kính 23

Hình 2.15 Máy sấy dạng ống khối 24

Hình 2.16 Máy sấy cá có bộ thu nhiệt nối với buồng sấy 25

Hình 2.17 Máy sấy cá sử dụng hiệu ứng nhà kính 26

Hình 2.18 Máy sấy cá dạng hầm 27

Hình 2.19 Các dạng máy sấy dùng NLMT phổ biến 34

Hình 3.1 Dụng cụ dùng cho khảo nghiệm 36

Hình 4.1 Mô hình máy sấy cá cơm năng lương mặt trời 37

Hình 4.2 Buồng sấy của mô hình 38

Hình 4.0.3 Khay sấy của mô hình 39

Hình 4.4 Bộ thu nhiệt của mô hình 39

Hình 4.5 Tiết diện buồng sấy 56

Hình 4.6 Khung khay sấy 57

Hình 4.7 Bản vẽ khung khay sấy 63

Hình 4.8 Khung buồng sấy 63

Hình 4.9 Khung bộ thu nhiệt 64

Hình 4.10 Sơ đồ khối bộ năng lượng lắp đặt cho quạt 67

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của cá cơm thường 5

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của cá cơm 5

Bảng 2.3 Thành phần các axit amin của cá cơm tươi 6

Bảng 2.4 Yêu cầu của cá cơm sau khi sấy 8

Bảng 4.1 So sánh chất lượng cảm quan của hai mẫu phơi nắng và sấy 48

Bảng 4.2 Kích thước buồng sấy 57

Bảng 4.3 vật liệu cho việc thiết kế buồng sấy 58

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật của quạt 65

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật tấm pin mặt trời 200 Wp 66

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật bộ Inverter 66

Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật của ổn áp 67

Bảng 4.8 Ước tính đầu tư thiết bị và vật liệu 68

Bảng 4.9 Thống kê các kết quả 69

Biểu đồ 4.1 Thể hiện kết quả khảo nghiệm ngày 7/3 41

Biểu đồ 4.2 Thể hiện kết quả khảo nghiệm ngày 8/3 42

Biểu đồ 4.3 Thể hiện kết quả khảo nghiệm ngày 9/3 43

Biểu đồ 4.4 Thể hiện kết quả khảo nghiệm ngày 12/3 44

Biểu đồ 4.5 Thể hiện kết quả khảo nghiệm ngày 13/3 45

Biểu đồ 4.6 Thể hiện kết quả khảo nghiệm ngày 6/4 46

Biểu đồ 4.7 Thể hiện đường thoát ẩm của cá cơm 47

Chương 1

MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Cá cơm là loại hải sản có nhiều chất dinh dưỡng, là nguồn thực phẩm dễ chế biến, được biết đến thông qua nhiều món ăn, có thể dùng làm nước mắm, phơi khô,

ăn tươi, muối chua và làm bột cá dành cho gia súc…

Vùng Ninh Thuận, Kiên Giang là hai tỉnh có sản lượng cá cơm tương đối cao Với sản lượng thu hoạch nhiều như vậy nên vấn đề bảo quản và chế biến sau khi thu hoạch rất cần thiết Để bảo quản cá cơm sử dụng trong thời gian dài, người

ta làm khô cá bằng phương pháp truyền thống là phơi nắng, nghĩa là dùng nhiệt của ánh sáng mặt trời để làm khô sản phẩm, không tốn kém nhiên liệu Tuy nhiên, mặt hạn chế lớn nhất là không đảm bảo được vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm do thiếu bao che nên cá cơm tiếp xúc trực tiếp với đất cát và các loại vi khuẩn, ruồi, ký sinh trùng ảnh hưởng đến người dùng, phụ thuộc điều kiện thời tiết dẫn đến thiếu chủ động, tốn nhiều công, không cơ giới hóa được, thời gian để đạt tới độ ẩm cần thiết thường kéo dài

Khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã thiết kế chế tạo máy sấy cá cơm năng suất 300 kg/mẻ sử dụng than đá tại tỉnh Ninh Thuận, máy đã khắc phục được một số hạn chế ở phương pháp truyền thống Mặc

dù các hạn chế đã được khai thác nhưng máy sấy dùng nguyên liệu than và máy được làm từ kim loại nên không phù hợp phong tục tập quán, đây là vùng gần biển nên kim loại sẽ rất dễ bị ăn mòn, do đó vấn đề sử dụng vật liệu chống ăn mòn phải đặt ra

Với các yếu tố nói trên thì máy sấy dùng năng lượng mặt trời kết hợp với vật liệu chống ăn mòn có thể sẽ là giải pháp hợp lý hơn cho người dân vùng ven biển Được sự phân công của Khoa Cơ Khí Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP

Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của T.S Nguyễn Huy Bích và K.S Đinh Công Bình, chúng tôi thực hiện đề tài: “ Tính toán, thiết kế máy sấy cá cơm năng suất 200 kg/mẻ dùng năng lượng mặt trời”

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

♦ Mục đích chung:

Tính toán, thiết kế máy sấy cá cơm năng suất 200 kg/mẻ dùng năng lượng mặt trời

♦ Mục đích cụ thể:

- Thiết kế và hoàn chỉnh mô hình để sấy cá cơm bằng năng lượng mặt trời

- Sấy thí nghiệm cá cơm trên mô hình hoàn chỉnh để tìm chế độ sấy thích hợp, đối chứng và so sánh với phương pháp phơi nắng

- Nhân rộng mô hình bằng phương pháp đồng dạng

- Tính thực: tính toán thiết kế máy sấy cá cơm năng suất 200 kg/mẻ dùng năng lượng mặt trời cho vùng Ninh Thuận

- Chọn quạt dùng năng lượng mặt trời, tính toán bộ năng lượng cho quạt

- Ước tính chi phí

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 CÁ CƠM VÀ CHẾ BIẾN CÁ CƠM

Cá cơm sống thành từng đàn chủ yếu tập trung ở các vùng ven biển (độ sâu dưới 100m) của biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, có một số loài phân bố rộng vào các cửa sông Các nơi có sản lượng cá cơm cao là: Quảng Ninh, Cửa Lò, Bình Định, Quảng Nam, Đà Nẵng, Nha Trang, Phan Rang, Phan Thiết, Ninh Thuận, Bình Thuận, Vũng Tàu, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, SócTrăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau và vịnh Thái Lan Ở Việt Nam giống cá cơm có khoảng 140 loài

2.1.2 Đặc điểm cá

a Môi trường sống

Ở các vùng ven biển và các cửa sông, vụng,vịnh nước lợ,…

Cá cơm có thân hình dài thon, hơi dẹp bên, màu trắng đục, dọc hai bên đều

có dọc trắng bạc Chúng có xương hàm trên dài, mút sau vượt quá rìa sau của xương nắp mang trước, ở phía sau đỉnh trán rộng, rìa bên cong lồi ra, giữa mút cuối xương hàm trên và rìa sau của xương nắp mang trước phẳng hơn, bên ngoài lồi lên Đầu tương đối to, trên đầu có hai chấm màu xanh lục, mõm nhọn, mắt to, không có màng mắt, miệng rộng hơi xiên răng rất nhỏ Có một vây lưng tương đối to, vây bụng nhỏ, vây hậu môn tách biệt với vây đuôi rộng dạng đuôi én, khởi điểm ở dưới gốc vây lưng Các tia phần trên vây ngực không kéo dài thành sợi, cơ trên phần má kéo dài về phía trước che lấp xương gốc nắp mang Ở gốc vây lưng và vây hậu môn đều có một số chấm nhỏ Cá cơm thường có chiều dài thân gấp 4,4 - 5,2 lần chiều cao thân, gấp 4,2 - 4,5 lần chiều dài đầu, chiều dài đầu gấp 4 - 6 lần chiều dài mõm Kích thước thông thường của cá cơm thường là 50 - 70 mm, lớn nhất là 100 mm

d Đặc điểm phân bố

Trên thế giới cá cơm chủ yếu có ở các nước nhiệt đới như: Indonesia, Malaysia, Thái Lan, Philippin, Trung Quốc, Nam Triều Tiên, Ấn Độ,… Ở Việt Nam cá cơm phân bố chủ yếu ở các vùng biển như: Quảng Ninh, Hải Phòng, Thanh Hóa, Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Quãng Nam, Quãng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Vũng Tàu, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau và vịnh Thái Lan…

f Đặc điểm kinh tế

Cá cơm có sản lượng khai thác được nhiều nhất so với các loài cá khác, có thể lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm, mỗi mẻ có thể đạt 4-5 tấn cá Giá trị sử dụng có thể dùng để ăn tươi, phơi khô, sấy khô, làm nước mắm, mắm chua

Bảng 2.3 Thành phần các axit amin của cá cơm tươi

STT Tên axit amin (mg%) Cá tươi

2.1.4 Đối tượng sấy thí nghiệm

Đối tượng mà chúng tôi sẽ khảo nghiệm ở đề tài để xác định chế độ sấy là loại cá cơm thường có nhiều ở vùng Ninh Thuận, Kiên Giang Dưới đây là một số thông tin về loại cá cơm này

Hình 2.2 Hình thái cá cơm thường

Thân dài, dẹp bên Đầu tương đối to Mõm hơi nhọn Chiều dài thân gấp 4,4

- 5,2 lần chiều cao thân và 4,2 - 5,0 lần chiều dài đầu Mắt to, không có màng mỡ mắt, khoảng cách hai mắt rộng Trên hàm, xương lá mía, xương khẩu cái đều có răng nhỏ Khe mang rộng, lược mang dẹp, mỏng và cứng Vảy tròn, to vừa, rất dễ rụng Khởi điểm của vây lưng nằm ở sau khởi điểm của vây bụng, gần ngang bằng với khởi điểm của vây hậu môn Vây hậu môn to, dài Thân màu trắng, trên đầu có hai chấm màu xanh lục, bên thân có một sọc dọc màu trắng bạc [16]

2.1.5 Phương pháp sơ chế cá cơm trước khi sấy

- Phương pháp sơ chế:

Trước khi sấy, cá được đưa vào sơ chế nhằm đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh và giữ được hình dạng, hàm lượng các chất trong cá Mặt khác trước khi sấy cá phải được chần qua nước muối khoảng 2 đến 3 phút

Quy trình sơ chế cá cơm trước khi sấy được thể hiện qua chuỗi công đoạn sau:

Cá cơm → làm sạch, tách cát, sạn → muối khô

Hình 2.3 Chần cá trước khi sấy [17]

- Yêu cầu cá cơm sau khi sấy:

Bảng 2.4 Yêu cầu của cá cơm sau khi sấy

1 Màu sắc - Vảy màu vàng đục, da màu từ sáng nhạt tới sang

4 Trạng thái - Khô, rắn, chắc, thịt dai, không mục, không mùn

Loại để nguyên con, loại khía cạnh mình hoặc loại

bỏ ruột, bụng không bị giập nát

2.2 TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.2.1 Giới thiệu chung về NLMT

a Năng lượng mặt trời(NLMT)

Nguồn gốc của hầu hết các dạng năng lượng trên Trái Đất là từ tia nắng, từ bức xạ Mặt Trời Tổng năng lượng Mặt Trời tới Trái Đất là 170 ngàn tỷ kW, toàn thể năng lượng đó trong một năm là 1,5 tỷ tỷ kW Trong khi đó toàn thể năng lượng trong một năm của thế giới xuất phát từ các loại nguyên liệu như than đá, dầu mỏ, điện…chỉ khoảng 60 ngàn tỷ kW Hiện nay nguồn năng lượng này đã bắt đầu được

chú ý và được khai thác Mặt khác, các nguồn năng lượng hóa thạch là có hạn, con người khai thác đến một lúc nào đó sẽ hết, hơn nữa khi khai thác các tài nguyên như nguồn nguyên liệu hóa thạch, thủy điện, điện nguyên tử… đã để lại cho loài người những hậu quả tác động vào môi trường là vô cùng to lớn Một trong số đó là việc thải vào bầu khí quyển bao quanh Trái Đất một lượng lớn khí độc như CO và CO2gây hiệu ứng nhà kính làm thay đổi khí hậu tác động xấu tới cuộc sống hiện nay và tương lai con người

Mặc dù được chú trọng rất nhiều về nghiên cứu và phát triển, năng lượng Mặt Trời hiện nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi vì nhiều lý do Đa số các nước đang phát triển chưa có nền công nghiệp điện tử hiện đại nên việc sử dụng năng lượng Mặt Trời còn nhiều khó khăn

Ưu điểm của năng lượng Mặt Trời là đặc tính vô hạn, không bị ô nhiễm, có ở khắp nơi trên Trái Đất Nhược điểm của dạng năng lượng này là tính không liên tục, phân tán không đồng đều

b Lược sử phát triển, sử dụng NLMT ở Việt Nam [18]

Trải dài từ vĩ độ 23o23’ Bắc đến 8o27’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Do đó, Việt Nam được cung cấp nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời

Năm 1990, Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh đã triển khai các sản phẩm từ điện mặt trời Tại một số huyện như: Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, điện mặt trời

được sử dụng khá nhiều trong một số nhà văn hoá, bệnh viện…

Năm 1995, hơn 180 nhà dân và một số công trình công cộng tại buôn Chăm,

xã Eahsol, huyện Eahleo tỉnh Đắk Lắk đã sử dụng điện mặt trời.Viện Năng lượng (EVN) và Trung tâm Năng lượng mới (ĐH Bách khoa HN) triển khai ứng dụng pin mặt trời cung cấp điện cho hộ gia đình và các trạm biên phòng ở đảo Cô Tô (Quảng Ninh), dự án hoàn thành vào 11/2002

Từ năm 2000 – 2005, Trung tâm Nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới (ĐH Đà Nẵng) và Tổ chức phục vụ năng lượng mặt trời triển khai Dự án “Bếp năng lượng mặt trời” cho các hộ dân tại làng Bình Kỳ 2, Phường Hòa Quý, Quận Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng)

Hiện nước ta có hơn 3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa được điện khí hóa bằng

hệ điện mặt trời, 8.500 hộ sử dụng điện mặt trời qua các trạm sạc ắc quy…Gần đây,

dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai

Tuy nhiên ở một số TP lớn: Hà Nội, TP HCM…số công trình sử dụng pin mặt trời mới chỉ đếm trên đầu ngón tay “Rào cản” lớn nhất của vấn đề này bắt nguồn từ kinh phí Sở dĩ, năng lượng mặt trời chưa phát triển ở Việt Nam là do chi phí thiết bị còn khá cao Loại năng lượng này còn được ứng dụng để tạo nhiên liệu cho xe cấp cứu của bệnh viện huyện Easup, Dak Lak; du thuyền của Công ty Mê Kông, Hệ thống pin mặt trời cung cấp điện cho tất cả các hộ gia đình ở xã Thiềng liềng, huyện Cần Giờ, TP.Hồ Chí Minh, trạm điện thoại vô tuyến ở cù lao Long Định, Đồng Tháp

Ở khu vực miền núi, vùng sâu vùng xa tại Việt Nam được áp dụng rộng rãi

về các thiết bị ứng dụng NLMT hơn ở các khu vực đô thị, thành phố vì những khu vực này là nơi có diện tích thuận lợi nhất để lắp đặt các thiết bị NLMT Hơn nữa, chi phí cho việc truyền tải năng lượng điện tới những khu vực vùng sâu, vùng

xa rất tốn kém Việc lắp đặt các thiết bị NLMT ở những khu vực nông thôn tuy chi phí bước đầu cũng khá cao nhưng có thể tận dụng tuyệt đối được lợi thế của vùng

và đảm bảo lợi ích của hộ gia đình về sau này vì khả năng tiết kiệm tuyệt đối Thêm vào đó, khu vực nông thôn cũng là nơi thí nghiệm lý tưởng về những ứng dụng NLMT tại Việt Nam nên được đầu tư và tài trợ từ kinh phí trong và ngoài nước

c Hướng sử dụng NLMT [18]

- Trên thế giới, với việc phát triển mạnh về khoa học công nghệ, cho phép khai thác tốt hơn nguồn năng lượng vô hạn này Đây cũng là xu hướng sử dụng chính vì hiện tại các nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần Đã đến lúc chúng ta phải hạn chế

sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch vì ngoài những hạn chế đã nêu, nó còn là một trong các nguyên nhân dẫn đến hiệu ứng ấm dần của trái đất

- Ở Việt Nam, NLMT tuy được sử dụng nhưng còn hạn chế do những nguyên nhân khách quan như: giá thành thiết bị còn cao, hiệu suất thiết bị thấp, việc triển khai ứng dụng thực tế còn hạn chế , nhưng vẫn có chung xu hướng là tăng cường sử dụng NLMT để thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch Hiện tại, Việt Nam cũng

đã sản xuất được những tấm pin mặt trời, bếp nấu bằng năng lượng mặt trời, máy nước nóng NLMT, các loại máy sấy nông sản thực phẩm bằng năng lượng mặt trời Tin rằng, trong tương lai không xa, chúng ta có thể khai thác tốt nguồn năng lượng quý giá này

2.2.2 Bức xạ mặt trời

a Khái niệm [3]

Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3% Bức xạ γ ban đầu khi đi qua 5.105km chiều dày của lớp vật chất mặt trời, bị biến đổi rất mạnh Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản chất sóng và chúng khác nhau ở bước sóng Bức xạ γ

là sóng ngắn nhất trong các sóng đó (phụ lục 8 ) Từ tâm mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức

xạ có bước sóng dài Như vậy bức xạ chuyển thành bức xạ Rơngen có bước sóng dài hơn Gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra

Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài Mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 - 10 μm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 μm đó là vùng nhìn thấy của phổ

Chùm tia truyền thẳng từ Mặt trời gọi là bức xạ trực xạ Tổng hợp các tia trực xạ và tán xạ gọi là tổng xạ Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức:

4

) 100 / ( C T

/ 1353 100

5762 67 , 5 4

60 360

32 14 , 3 2

m W

Hình 2.4 Góc nhìn mặt trời

Do khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời thay đổi theo mùa trong năm nên β cũng thay đổi, do đó q cũng thay đổi nhưng độ thay đổi này không lớn lắm nên có thể xem q là không đổi và được gọi là hằng số mặt trời

Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái đất, các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới Trái đất Toàn bộ năng lượng của bức xạ tử ngoại được sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợp nhất của O, O2 và O3, đó là một quá trình ổn định Do quá trình này, khi đi qua khí quyển, bức xạ tử ngoại biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn

Các bức xạ với bước sóng ứng với các vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại của phổ tương tác với các phân tử khí và các hạt bụi của không khí nhưng không phá vỡ các liên kết của chúng, khi đó các photon bị tán xạ khá đều theo mọi hướng

và một số photon quay trở lại không gian vũ trụ Bức xạ chịu dạng tán xạ đó chủ yếu là bức xạ có bước sóng ngắn nhất Sau khi phản xạ từ các phần khác nhau của khí quyển bức xạ tán xạ đi đến chúng ta mang theo màu xanh lam của bầu trời trong sáng và có thể quan sát được ở những độ cao không lớn Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa đó là do sự hấp thụ của các phần tử hơi nước, khí cacbonic và các hợp chất khác, mức độ của sự hấp thụ này phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng giữa vùng hồng ngoại của phổ

Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày không có mây ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000 W/m2 (Hình 2.5)

Hình 2 5 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời đến trái đất

Để sử dụng năng lượng mặt trời trước hết cần xác định vị trí mặt trời thay đổi thế nào trong năm, và theo địa điểm cụ thể trên trái đất Kể đến cần hiểu tính chất và cường độ bức xạ mặt trời, cách định lượng và cách đo lường nguồn năng lượng này trên mặt đất

Hằng số mặt trời (Solar constant): là giá trị bức xạ trung bình toàn năm, đo thẳng góc với bề mặt ngoài khí quyển (cách mặt đất khoảng 75 km)= 1,367 kW/m2(sai số ± 3% trong năm do quỹ đạo ellipse)

Bức xạ mặt trời gặp bầu khí quyển, một phần phản xạ trở lại vũ trụ khoảng 6% Tầng ozone hấp thụ khoảng 3%, phần tới mặt đất gồm 2 thành phần:

- Trực xạ (direct beam radiation): đo trên mặt thẳng góc với tia mặt trời Trời nắng chói IDN ≈ 900 W/m2

- Tán xạ (diffuse radiation): đo trên mặt nằm ngang Trời trong không mây: Id

≈ 100 W/m2; trời mây che: Id ≈ 300 – 600 W/m2 Cả ban đêm cũng có tán xạ,

do nhiệt độ của bầu khí quyển

Tổng bức xạ (Global solar irradiance) trên mặt nằm ngang:

Ig = IDN.cosθ + Id

b Công thức tính toán bộ thu nhiệt đun nóng không khí

Theo hình dạng có thể chia ra thành 2 loại:

- Loại tấm phẳng

- Loại ống dài

Sau đây là các tính toán tiêu biểu về bộ thu nhiệt tấm phẳng

Gọi:

q= Công suất nhiệt, tính trên 1 m2

Q = Công suất nhiệt, tính trên mặt thu nhiệt A m2

A= Diện tích mặt thu nhiệt

qin= Bức xạ mặt trời đến với mặt thu nhiệt

γ = Hiệu suất quang học =() TB; với 1 tấm kính trong, ()TB  0,7

γ.qin = Bức xạ được mặt đen hấp thụ

q out = Công suất đầu ra của bộ thu nhiệt trên một đơn vị diện tích

F’ = Hiệu suất hiệu dụng bộ thu nhiệt; thường F’ = 0,87 – 0,9

U = Hệ số tổn thất nhiệt chung giữa mặt đen và môi trường

Ta = Nhiệt độ môi trường không khí

Tin = Nhiệt độ không khí đầu vào

Tout = Nhiệt độ không khí đầu ra

M = lưu lượng khối không khí = G.A

G = Lưu lượng khối trên một đơn vị diện tích

c = Nhiệt dung riêng lưu chất, với không khí c= 1005 Jkg-1K-1

W/m2

W

m2

W/m2W/m2

Wm-2K-1

oC

oC

oC Kg/s Kg.s-1m-2Jkg-1K-1 Các công thức:

)]

(

R out AF q U T T

AU

Mc F

in out in

out

q

T T U F

Q Q q

2.2.3 Ứng dụng của NLMT [18]

a Trong công nghiệp

Công nghiệp ngày càng hiện đại giúp chúng ta sống trong vũ trụ với bao sự tiện nghi nhưng nó cũng kéo theo những hệ quả tất yếu Khí thải công nghiệp gây ô nhiễm môi trường, ung thư, hiệu ứng nhà kính… Do đó chúng ta cần ứng dụng các dạng năng lượng tự nhiên vào công nghiệp như: năng lượng gió, năng lượng từ dòng chảy…mà đặc biệt trong đó phải kể đến NLMT vì năng lượng mặt trời sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng

Máy phát điện

Máy phát điện ghép pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang - Gia Lai Máy phát điện ghép pin mặt trời và động cơ gió với công suất 9 kW đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà-Kon Tum

Hệ thống cung cấp nước sạch dùng năng lượng mặt trời

Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của năng lượng mặt trời là dùng để đun nước nóng Các hệ thống nước nóng dùng năng lượng mặt trời

đã được dùng rộng rãi ở nhiều nơi Tại việt nam hệ thống này đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở Hà Nội, TP HCM, Đà nẵng Các hệ thống này đã tiết kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng góp phần thực hiện chương trình tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường của nước ta

Còn rất nhiều ứng dụng mới từ NLMT trong lĩnh vực công nghiệp: xe bốn bánh sử dụng năng lượng mặt trời, máy bay năng lượng mặt trời không cần tên lửa

đẩy, nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời, tháp năng lượng mặt trời…, tuy nhiên các thiết bị trên chưa được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam

b Trong nông nghiệp

Nhờ có ánh sáng mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy được mọi vật Việc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời sẽ giúp kích thích da sản sinh ra lượng vitamin D phục vụ nhu cầu cơ thể NLMT có thể ứng dụng nhiều trong đời sống vì năng lượng không thể thiếu cho sự sống và phát triển của sinh vật, ánh sáng mặt trời chiếm hơn 90% năng suất cây trồng Bên cạnh đó NLMT là một phần cực kỳ quan trọng và không thể thiếu trong canh tác nông nghiệp, đặc biệt là trồng trọt, dưới đây là một

số ứng dụng của NLMT từ hai lĩnh vực trên:

Thiết bị sấy khô nông sản dùng năng lượng mặt trời

Hình 2.6 Máy sấy năng lượng mặt trời dạng tủ

Một trong những truyền thống sử dụng năng lượng mặt trời đó là dùng để sấy nông sản trong nông nghiệp Quá trình sấy khô nhằm loại bỏ độ ẩm và giúp bảo quản sản phẩm tốt hơn Theo truyền thống quá trình sấy này thực hiện trên nền đất, những khó khăn liên quan tới quá trình này là: quá trình xảy ra chậm, côn trùng, bụi ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Việc dùng máy sấy sử dụng năng lượng mặt trời giúp loại bỏ các nhược điểm trên Máy sấy thúc đẩy quá trình sấy xảy ra nhanh hơn và có thể dễ dàng kiểm soát, ngoài ra có thể thu được sản phẩm có chất lượng tốt hơn

Máy sấy năng lượng mặt trời dạng tủ có quy mô nhỏ được thể hiện như (Hình 2.6) Máy sấy được bao bọc bởi vật liệu trong suốt, vật liệu sấy được để trên khay có đục lỗ Bức xạ mặt trời đi vào tủ sấy được hấp thụ vào trong sản phẩm và không khí bên trong được làm nóng Các ô cửa phía trên và dưới được đảm bảo thông thoáng tự nhiên Nhiệt độ thường đạt được vào khoảng 50 - 80°C, thì gian sấy kéo dài khoảng 2 - 4 ngày Một số nông sản điển hình có thể áp dụng vào sấy như: chà là, ớt, nho, mơ…

Khi sấy với quy mô lớn thiết bị thụ động như (Hình 2.6) được thay thế bằng một thiết bị hoạt đông hoàn toàn chủ động như (Hình 2.7), hệ thống này đã được sử dụng trong sấy gỗ, vải Loại máy sấy này phù hợp với các loại ngũ cốc và các sản phẩm như trà, thuốc lá… Hệ thống sử dụng cả bức xạ trực tiếp và gián tiếp vào sấy Tại Ấn Độ có khoảng 150 hệ thống sấy có quy mô lớn được xây dựng trong vòng khoảng 10 năm

Hình 2.7 Máy sấy NLMT đối lưu cưỡng bức trực tiếp

Thiết bị sấy sử dụng NLMT gián tiếp, bức xạ mặt trời không chiếu ngay vào sản phẩm sấy mà thông qua không khí được làm nóng bởi bộ thu nhiệt từ NLMT, quá trình tuần hoàn không khí sử dụng quạt cưỡng bức, làm nhiệt độ sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng sản phẩm sấy tốt hơn (Hình 2.8)

Hình 2.8 Máy sấy NLMT gián tiếp qua bộ thu nhiệt

Hiện nay năng lượng mặt trời được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm nhằm giảm tỉ lệ hao hụt

và tăng chất lượng sản phẩm Ngoài mục đích để sấy các loại nông sản, năng lượng mặt trời còn được dùng để sấy các loại vật liệu như gỗ

Hệ thống thổi khí

Công nghệ NLMT ứng dụng vào quy trình nuôi tôm công nghiệp tại Bạc Liêu; Đầm Dơi - Cà Mau Thiết bị là những tấm thu NLMT, năng lượng hấp thu chuyển đến hệ thống bình ắc-quy Nguồn điện tích trữ trong bình ắc-quy cung cấp dòng năng lượng để các thiết bị thổi khí oxy vận hành

Máy ấp trứng tự động

Máy dùng pin mặt trời thay nguồn điện, máy nước nóng cấp nhiệt thay cho điện trở trên máy ấp tự động Máy có công suất 300 trứng/mẻ, tỉ lệ nở đạt trên 80% Trong khi cúp điện vào mùa khô ảnh hưởng đến sản xuất thì máy này là giải pháp hữu ích; giúp doanh nghiệp đỡ tốn chi phí tiền điện

Nấu nướng

Bếp năng lượng mặt trời sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để nấu nướng nhờ khả năng tập trung lại nguồn nhiệt Nhưng nó phụ thuộc rất lớn vào cường độ ánh sáng của ngày đó Nếu những ngày có mây hoặc mưa nhiều thì cường độ nhiệt không đủ cao để nấu nướng

Xử lý nước:

Hiện nay hầu hết mọi người đều xử lý nước uống của mình thông qua việc dùng các chai (bình) nhựa đựng đầy nước, rồi để phơi dưới ánh nắng mặt trời khoảng 1 đến 2 ngày nhằm để xử lý các loại vi khuẩn có trong nước nhờ vào việc dùng bức xạ mặt trời

Chưng cất:

Ở một số nơi, nước sạch trong tự nhiên không được cung cấp đầy đủ, trong khi đó nguồn nước lợ hoặc nước mặn lại khá dồi dào Chưng cất bằng năng lượng mặt trời có thế chứng minh một cách có hiệu quả của việc cung cấp nước ngọt cho một khu vực nhỏ

Hình 2.9 Hệ thống chưng cất nước NLMT

Nguyên tắc của việc chưng cất bằng năng lượng mặt trời khá đơn giản có thế giải thích bằng (Hình 2.9), đó là quy tắc thông thường của việc thu năng lượng mặt trời Việc lót màu đen bên trong các hệ thống chứa nước kín với các vật liệu không thấm nước rất là phù hợp nhằm tăng khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt Một mái che nghiêng trong suốt bên trên Bức xạ mặt trời truyền qua mái che nghiêng trong suốt

và được hấp thụ thông qua lớp màu đen Cứ như vậy làm nhiệt độ của nước tăng thêm khoảng từ 10 – 20 °C, nước sẽ dễ dàng bốc hơi Hơi nước bốc hơi và ngưng tụ thành nước tinh khiết ở mặt dưới của mái che, dưới tác dụng của độ nghiêng sẽ chảy xuống kênh thu nước ở phía dưới Sản lượng khoảng 3 lít/m2, nếu ngày nắng tốt thì hiệu suất thu được vào khoảng từ 30 – 35 % Một số dạng nhà máy năng lượng mặt

trời có diện tích lớn hơn 100 m2 đang hoạt động tại nhiều nơi trên thế giới Tại Ấn

Độ, một nhà máy có công suất 5000 lít/ngày được xây dựng tại một ngôi làng của Awania gần Bhavnagar vào năm 1978 Một vài trong số đó cũng được xây dựng tương tự với cùng công suất gần ngay sau đó, tổng cộng diện tích của các nhà máy năng lượng mặt trời được xây dựng trên Ấn Độ vào khoảng 10000 m2

Điện mặt trời

Là việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện nhằm mục đích phục vụ cho đời sống Một số loại: pin quang điện, điện mặt trời tập trung Ngoài ra, NLMT còn dùng để sưởi ấm, làm mát và thông gió, phơi thức ăn và các vật khác.

2.3 SẤY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY

2.3.1 Khái niệm sấy

Sấy là quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng khá phức tạp giữa sản phẩm sấy

và tác nhân sấy Nhằm làm bốc hơi lượng ẩm trong sản phẩm, chuyển nước trong sản phẩm từ dạng lỏng sang dạng hơi và đưa ra ngoài Nghĩa là làm giảm khối lượng của sản phẩm

Mục đích là làm giảm lượng nước trong sản phẩm tới mức cần thiết nhằm tăng độ bền vững cơ học và sinh học, tăng thời gian bảo quản, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển

2.3.2 Phân loại phương pháp sấy

Có nhiều phương pháp sấy, tùy thuộc vào nguồn năng lượng, nguyên tắc tiếp xúc giữa tác nhân và vật liệu sấy, theo cách di chuyển dòng vật liệu sấy và đối với sấy theo nguyên tắc truyền nhiệt

Tùy vào loại vật liệu sấy và yêu cầu phương pháp sấy mà chọn cho phù hợp

Có hai phương pháp sấy khô cơ bản đó là phơi nắng tự nhiên và nhân tạo:

Phương pháp phơi nắng tự nhiên

Đây là phương pháp có từ lâu đời ở nhiều nước trên thế giới Phương pháp này cần nhiều nhân lực và diện tích phơi Nhờ vào nguồn năng lượng bức xạ của mặt trời mà nước bên trong sản phẩm khuếch tán và thoát ra ngoài cho đến khi đạt được độ ẩm theo yêu cầu thì kết thúc:

 Ưu điểm: tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên không mất tiền để làm khô sản phẩm phương pháp này hiệu quả đối với các vùng nắng nhiều Tận dụng lực lượng lao động rỗi ở địa phương, chi phí sấy cho một đơn vị sản phẩm thấp

 Nhược điểm: không kiểm soát được thời gian và khó chủ động trong quá trình làm khô Trong quá trình làm khô sản phẩm có thể bị nhiễm bẩn làm ảnh hưởng tới giá trị của sản phẩm

Làm khô bằng phương pháp nhân tạo

Để làm khô bằng phương pháp nhân tạo người ta dùng thêm một bộ thiết bị sấy gồm: buồng sấy, bộ phận cung cấp năng lượng, quạt, tác nhân sấy từ buồng đốt vào buồng sấy, nguồn động lực để sấy Làm khô bằng phương pháp này giải quyết được nhược điểm của phương pháp tự nhiên, tuy nhiên chi phí cao hơn do phải đầu

2.3.3 Sấy dùng năng lượng mặt trời

a Các phương pháp sấy dùng NLMT

Sản phẩm có thể sấy khô bằng cách sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp bức xạ mặt trời Phương pháp đơn giản nhất của sấy bằng năng lượng mặt trời là phơi trực tiếp sản phẩm dưới ánh nắng mặt trời và để cho nắng và gió làm khô sản phẩm Sản phẩm có thể được làm khô hiệu quả bằng phương pháp này

Hình 2.10 Phơi nắng truyền thống [11]

Thiết bị sấy khô đơn giản dùng NLMT có thể được tạo thành từ những tấm lưới mắt cáo làm bằng vật liệu gỗ hoặc các khối ximăng để cho phép không khí luân chuyển quanh sản phẩm Đậy hờ lên sản phẩm một lớp vải thưa để tránh côn trùng

và chim chóc trong quá trình phơi khô Kiểm tra sản phẩm mỗi ngày, và di chuyển

nó vào nơi an toàn nếu trời sắp mưa

Hình 2.11 Thiết bị sấy khô đơn giản dùng NLMT [11]

Tấm nhôm có thể được tận dụng để phản chiếu ánh nắng mặt trời lên khay sấy Ví dụ dưới đây có sử dụng một tấm nilon để giữ nhiệt và rút ngắn thời gian sấy

Hình 2.12 Thiết bị sấy dùng NLMT [11]

Ngoài ra người ta còn sử dụng nhiều loại máy sấy năng lượng mặt trời khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả cho quá trình sấy, dưới đây là một vài dạng chủ yếu:

Máy sấy dạng tủ hoặc hộp:

Hình 2.13 Máy sấy dạng hộp

Máy sấy này hoạt động rất đơn giản, hoạt động theo nguyên lý đối lưu tự nhiên Máy bao gồm các bộ phận: một hộp bằng gỗ hoặc một số vật liệu khác được làm chắc chắn (chiều dài bằng 2 đến 3 lần chiều rộng), cách nhiệt mặt đáy và có thể

cả hai mặt bên và được phủ một mái trong suốt Những bề mặt trong được sơn đen

và vật liệu sấy được để bên trong máy sấy trên những khay có lưới bằng kim loại Những khay này được để bên trong máy sấy và được lấy ra nhờ một cửa sau đáy

Có những lỗ thông hơi ở mặt đáy để khí sạch vào máy và ở mặt bên để khí ẩm nóng thoát ra ngoài Nhiệt được tạo ra bằng sự hấp thụ bức xạ mặt trời trên chính vật liệu sấy cũng như bề mặt trong của buồng sấy, gây ra sự bốc ẩm từ vật liệu Ở máy loại này, thời gian sấy giảm 1/3 đến 1/2 so với phơi nắng thông thường

Máy sấy dạng nhà kính:

Hình 2.14 Máy sấy dạng hiệu ứng nhà kính

Máy sấy dạng này được phủ một mái dài làm bằng kính đặt nghiêng trên 2 mặt lưới kim loại song song Giữa 2 mái bằng kính là một khoảng trống nhỏ để hơi

ẩm bay lên đỉnh và trên khoảng trống đó là một nóc bằng kim loại Khí nóng ẩm di chuyển ra ngoài thông qua khoảng trống, tạo áp suất riêng phần bên trong máy sấy

và vì thế không khí sạch được hút vào thông qua những lỗ ở đáy của lưới kim loại Bức xạ mặt trời xuyên qua mái kính vào buồng sấy, đốt nóng vật liệu trực tiếp và được hấp thụ bên trong máy sấy làm nhiệt độ tăng lên

Máy sấy hạt dạng ống khói:

Hình 2.15 Máy sấy dạng ống khối

Máy sấy bao gồm một bộ đốt nóng khí đơn giản, buồng sấy và một ống khói cao dùng để tăng khả năng đối lưu Bộ đốt nóng là một khung đỡ làm bằng những thanh tre hình trụ dài được phủ tấm PVC dày trong suốt, mặt đáy được phủ một lớp tro trấu dùng để hấp thụ bức xạ mặt trời và đốt nóng khí Vật liệu sấy được để ở buồng sấy trên sàn tre với những lớp dưới nilon đủ cỡ lỗ Lớp vật liệu đủ mỏng để không khí nóng đi xuyên qua và đi lên ống khói Ống khói là một hình trụ dài, khung đỡ làm bằng tre phủ tấm PVC đen để giữ không khí nóng bên trong Trên đỉnh ống có một cái nắp với khoảng trống vừa đủ để khí nóng lưu thông Nắp này cũng bảo vệ sản phẩm sấy khỏi mưa và các vật lạ rơi vào

b Các lợi điểm của sấy dùng NLMT

Ưu điểm của sấy năng lượng mặt trời có thể được tóm tắt như sau:

- Nhiệt độ cao hơn, chuyển động của không khí và độ ẩm thấp hơn, làm tăng tỷ lệ phơi khô

- Thực phẩm được đặt trong máy sấy do đó được bảo vệ khỏi bụi, côn trùng và động vật

- Nhiệt độ cao ngăn cản côn trùng và tốc độ nhanh khô làm giảm nguy cơ hư hỏng bởi các vi sinh vật

- Tốc độ sấy cao hơn cũng cung cấp cho thực phẩm một chất lượng cao hơn so với phơi nắng

- Máy sấy không thấm nước nên thực phẩm không cần phải được di chuyển khi có mưa

- Máy sấy có thể được xây dựng từ các vật liệu sẵn có ở địa phương và tương đối chi phí thấp

c Ứng dụng cho sấy cá

Hiện nay trên thới giới có nhiều loại máy sấy sử dụng năng lượng mặt trời nhưng có thể chia ra làm ba loại chính:

- Máy sấy năng lượng mặt trời có bộ thu nhiệt nối với buồng sấy:

Hình 2.16 Máy sấy cá có bộ thu nhiệt nối với buồng sấy

Cấu tạo gồm có bộ phận thu nhiệt mặt mặt trời, quạt vận chuyển khí nóng từ buồng thu đến buồng sấy Buồng sấy là nơi xếp cá thành lớp mỏng Quá trình sấy cá tương tự như sấy thông dụng Bộ phận thu nhiệt cũng có thể là mái che

- Máy sấy năng lượng mặt trời hiệu ứng nhà kính:

Hình 2.17 Máy sấy cá sử dụng hiệu ứng nhà kính

Hệ thống sấy về cơ bản giống như một nhà kính chức năng thu nhiệt của bộ phận thu nhiệt có thể đồng thời là buồng sấy bằng các cấu trúc trong suốt Bằng cách sử dụng vật liệu bao che cho toàn bộ máy là các lớp vật liệu trong suốt, hệ thống cho phép tia bức xạ mặt trời tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm sấy, ngoài ra có thể bố trí thêm các tấm hấp thụ nhiệt bức xạ nhằm tăng nhiệt độ cho không khí bên trong

Việc quan trọng khi sấy bằng hiệu ứng nhà kính là phải biết bố trí thích hợp quạt thổi không khí vào và hút không khí ra để quá trình sấy được liên tục, cách bố trí các khay chứa vật liệu sấy sao cho vật liệu nhận nhiệt đồng đều

- Máy sấy hầm dùng năng lượng mặt trời:

Gồm có khung làm bằng thép hoặc bằng gỗ, tấm phủ làm bằng chất liệu dẻo trong suốt, sàn sấy là tấm kim loại phủ đen, về cơ bản giống như hiệu ứng nhà kính

Cấu tạo có 2 phần: một phần có chức năng là bộ thu nhiệt mặt trời, một phần

là buồng sấy có sàn phơi và được cách nhiệt bằng các loại vật liệu cách nhiệt (bông thủy tinh)

Hình 2.18 Máy sấy cá dạng hầm

Ngoài các dạng chính ở trên, để sấy cá hay là các loại hải sản thì người ta vẫn còn dùng nhiều dạng máy sấy NLMT khác để phù hợp cho các điều kiện khác nhau Ở đề tài này, chúng tôi sẽ bắt đầu tiếp cận với máy sấy hầm dùng năng lượng mặt trời để sấy cho cá cơm Máy sẽ có bộ phận thu nhiệt từ bức xạ mặt trời nối với buồng sấy, sử dụng quạt sấy cưỡng bức, không có hệ thống nhiệt phụ trợ

2.3.4 Lý thuyết về sấy

Sấy là quá trình tách lỏng ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nhiệt

Độ chứa hơi: (d) là tỷ số khối lượng hơi nước với khối lượng không khí khô trong không khí ẩm

- Nếu gọi Ga là khối lượng hơi nước Gk là kg không khí khô (kkk):

d = 0.622*

h

h

P P

Entanpy của không khí A là lượng nhiệt chứa trong 1 kg không khí khô và d

kg ẩm ở nhiệt độ t của không khí:

C pk = 1.004 (kJ/kg*độ) : Nhiệt dung riêng của không khí

C pa = 1.842 (kJ/kg*độ): Nhiệt dung riêng của hơi nước

r = 2500 (kJ/kg) : Ẩm nhiệt hóa hơi

Độ ẩm tương đối: (φ) đơn vị đo %

Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa lượng hơi nước hiện có và lượng hơi nước mà khối không khí đó có thể chứa được ở cùng điều kiện nhiệt độ

Trong đó Ph là phần áp suất của hơi nước có trong khối không khí ẩm

P hbh là phần áp suất của hơi nước khi không khí ở trạng thái bão hòa

Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước có trong một đơn vị không khí:

Lưu lượng không khí sấy:

Lưu lượng không khí càng cao càng làm cho quá trình sấy nhanh hơn Theo thực nghiệm sấy cá với vận tốc yêu cầu là từ 1.5-2 m/s Tuy nhiên có trường hợp sấy với vận tốc thấp hơn Chính vì thế hệ thống sấy đối lưu tự nhiên có vận tốc sấy thấp cũng vẫn sấy được Ngoài ra hướng dòng cho luồng không khí sấy cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng

Khảo nghiệm cho thấy, bố trí dòng song song với hướng di chuyển của cá cho hiệu quả thoát ẩm tốt hơn so với dòng khí vuông góc với hướng di chuyển của

cá Thời gian sấy tùy thuộc vào loại cá, nhiệt độ sấy, tốc độ dòng không khí sấy, cách bố trí các khay cá…

Diễn biến quá trình sấy:

Nếu chế độ sấy đối lưu, nghĩa là nhiệt độ và tốc độ của tác nhân sấy vừa phải, đồng thời vật có độ ẩm tương đối cao thì quá trình sấy xảy ra ba giai đoạn :

- Giai đoạn làm nóng vật liệu: giai đoạn này bắt đầu khi cá đưa vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ cá đạt tới nhiệt độ nhiệt kế ướt Trong quá trình này, toàn bộ vật liệu sấy được gia nhiệt, nước trong vật liệu sấy cũng được gia nhiệt Giai đoạn này ẩm độ của vật liệu sấy giảm do quá trình gia nhiệt Tuy vậy

sự tăng nhiệt độ trong quá trình sấy xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và bên trong vật liệu sấy

- Giai đoạn tốc độ sấy không đổi: kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng với nhiệt kế ướt Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật liệu sẽ hóa hơi còn nhiệt của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Lớp vật liệu sát

bề mặt vật sẽ hóa hơi ẩm còn lớp ẩm bên trong sẽ tiếp tục truyền ra ngoài để hóa hơi

- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do

đã bay hơi hết còn lại trong vật liệu là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi lượng ẩm