Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị sử dụng trường phóng điện coron làm xuyên thủng vỏ quả mọng (ớt) trong quá trình sấy khô

Luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, khóa luận, cao học, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

NGUYỄN VĂN HƯNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRƯỜNG PHÓNG ĐIỆN CORON LÀM XUYÊN THỦNG

VỎ QUẢ MỌNG (ỚT) TRONG QUÁ TRÌNH LÀM KHÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : ĐIỆN KHÍ HOÁ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP VÀ NÔNG THÔN

Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐÌNH LỤC

HÀ NỘI – 2008

LỜI CAM ĐOAN

- Tôi xin cam đoan: Kết quả nghiên cứu và các số liệu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam đoan: mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Nguyễn Văn Hưng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị sử dụng trường phóng điện coron làm xuyên thủng vỏ quả mọng ( ớt) trong quá trình làm khô” Tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể, đồng nghiệp và những người thân

Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Đình Lục đã trực tiếp hướng dẫn tìm tài liệu và phương pháp nghiên cứu giúp tôi thực hiện thành công luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng đo lường hiệu chuẩn VILAS

019 – Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện luận văn

Tôi xin cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn cung cấp và sử dụng điện, Bộ môn điện kĩ thuật – Khoa cơ điện – Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội đã đóng góp những ý kiến quý báu để tôi hoàn thiện bản luận văn này

Tác giả

Nguyễn Văn Hưng

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên đề tài

“Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị sử dụng trường phóng điện coron làm xuyên thủng vỏ quả mọng ( ớt) trong quá trình làm khô”

* Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài:

- Thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 02/2008 đến tháng 10/2008

- Địa điểm: + Phòng đo lường hiệu chuẩn VILAS 019 – Viên cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch

+ Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội

* Mục tiêu của đề tài:

Triển khai công nghệ và thiết bị xuyên thủng vỏ quả ớt bằng trường phóng điện coron năng suất 200kg/h nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả

10 tài liệu tham khảo

*Nội dung nghiên cứu của luận văn:

Nhiệm vụ chính của đề tài là nghiên cứu thực nghiệm xác định được các thông số và chế độ làm việc của các bộ phận, làm cơ sở để chế tạo thiết bị xuyên thủng vỏ quả ớt sử dụng trường phóng điện coron

Để giải quyết được nhiệm vụ trên của đề tài, cần tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các thông số và chế độ công nghệ chính bao gồm:

- Thiết kế thiết bị nguồn cao áp tạo dòng coron

- Thực nghiệm các thông số thiết bị và công nghệ xuyên thủng vỏ quả ớt:

1- Khoảng cách kim điện cực răng cưa phóng điện coron

2- Cường độ trường phóng điện corron

3- Mật độ trường xuyên thủng vỏ quả

4- Vận tốc chuyển động của quả trong trường coron

5- Ảnh hưởng kích thước của ớt quả đến quá trình xuyên thủng

* Đối tượng nghiên cứu:

trợ cho quá trình chế biến và bảo quản (sấy) nông sản là việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

* Tính thực tiễn của đề tài:- Sử dụng trường phóng điện coron xuyên

thủng vỏ quả là phương pháp mới, chưa được nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam

- Xử lý vỏ quả bằng trường phóng điện coron làm bốc hơi nhanh, không làm dập nát quả và rút ngắn được thời gian sấy, vì vậy nâng cao được chất lượng và hiệu quả kinh tế của sản phẩm

* Hướng phát triển của đề tài:

Hoàn thiện công nghệ và thiết bị Sử dụng trường phóng điện coron xuyên thủng vỏ quả để áp dụng vào trong thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao hiêu quả kinh tế và bảo vệ môi trường góp phần thúc đẩy tiến trình công nghiệp hoá- hiện đại hoá đất nước

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU ……… 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN……… 5

1.1 Khái niệm về quả mọng……… 5

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển cây ớt……… 5

1.3 Tình hình làm khô ớt quả ở ngoài nước……… 7

1.4 Tình hình làm khô ớt quả trong nước……… 8

1.4.1 Một số phương pháp xử lý trước khi sấy……… 10

1.4.2 Một số phương pháp sấy……… 12

1.5 Mục tiêu của ñề tài……… 18

1.6 Phương pháp tiếp cận……… 18

1.7 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu… 18

1.7.1 Đối tượng nghiên cứu……… 18

1.7.2 Nội dung nghiên cứu……… 18

1.7.3 Phương pháp nghiên cứu……… 19

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYỂT TRƯỜNG PHÓNG ĐIỆN CORON………

24 2.1 Khái quát về trường phóng điện coron……… 24

2.2 Phương pháp phóng điện trong không khí………… 25

2.3 Xác định các thông số của trường phóng điện coron 30 2.3.1 Phương pháp giải tích gần đúng gồm có………… 31

a Phương pháp dẫy (chuỗi)……… 31

b Phương pháp Deitr-popkov……… 31

c Phương pháp Tcưr lin……… 32

2.4 Nguyên lý tạo trường coron……… 32

2.4.1 Xác định cường độ điện trường của dây dẫn hoặc

điện cực răng cưa………

34

2.4.2 Xác định cường độ điện trường của hệ điện cực gồm

nhiều dây dẫn hoặc điện cực răng cưa ………

34

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ XUYÊN

THỦNG VỎ QUẢ MỌNG (ỚT) SỬ DỤNG TRƯỜNG PHÓNG ĐIỆN CORON

37

3.1 Xác định các thông số của ớt quả……… 37 3.2 Nghiên cứu cấu tạo của vỏ ớt quả……… 41 3.3 Nghiên cứu tổng quan, chọn nguyên lý kết cấu hệ

thống………

41

3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị xuyên

thủng vỏ quả sử dụng trường phóng điện coron…

41

b Nguyên lý làm việc của thiết bị ……… 44

c Cơ chế tác động xuyên thủng vỏ quả của dòng coron 46 3.4 Thiết kế hệ thống điện cực phóng điện trường coron 47 3.5 Nghiên cứu lựa chọn nguồn cao áp ……… 57

4.1 Kết quả kiểm tra khả năng xuyên thủng của trường

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, toàn cầu hoá và khu vực hoá đang diễn ra ngày càng sâu sắc mà không một quốc gia nào có thể đứng ngoài Các quan

hệ kinh tế quốc tế trở nên sôi động hơn bao giờ hết và có tác động to lớn đến

sự phát triển của các quốc gia

Trong bối cảnh đó, nền kinh tế Việt Nam trên đà phát triển và đang nhanh chóng hội nhập với các nước trong khu vực và hội nhập vào cộng đồng kinh

tế thế giới Việt Nam đã trở thành thành viên của diễn đàn hợp tác kinh tế Châu Á - Thái Bình Dương, đã kí kết hiệp định thương mại song phương với Hoa Kỳ, và trở thành thành viên của tổ chức thương mại thế giới (WTO) Bên cạnh đó, Việt Nam còn thiết lập quan hệ hợp tác kinh tế – thương mại với

nhiều tổ chức kinh tế quốc tế và hầu hết các quốc gia trên thế giới

Hiện nay, Việt Nam là nước có khoảng 80% dân số cả nước làm nông nghiệp, thu nhập chính của họ dựa vào các sản phẩm nông nghiệp chính vì vậy việc nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu hoạch, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng là một vấn đề cấp thiết và được nhiều người quan tâm

Các sản phẩm nông sản khô phổ biến ở nước ta là chuối sấy, vải khô, ớt khô… một số loại có sản lượng khá lớn, góp phần đáng kể trong kinh ngạch xuất khẩu nông sản như vải thiều sấy khô, long nhãn, chuối sấy, ớt khô… (năm cao nhất Việt Nam đã xuất khẩu được 7.000 tấn chuối sấy và gần 500 tấn vải thiều sấy khô) Rau quả khô có ưu điểm gọn nhẹ, dễ vận chuyển và bảo quản được lâu, có rất nhiều phương pháp làm khô nông sản sau thu hoạch, tuỳ từng loại nông sản mà người dân có cách bảo quản khác nhau Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là sấy khô

Sấy là một trong những phương pháp chế biến và bảo quản nông sản cổ điển và đơn giản nhất vì không yêu cầu các thiết bị đặc biệt như là các

phương pháp khác như đóng hộp hay làm lạnh (UIUC, 1984) Quá trình sấy bao gồm việc làm cho nước trong nông sản từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái hơi và thoát khỏi bề mặt sản phẩm làm cho chúng có khả năng bảo quản lâu hơn

Các sản phẩm sấy có mùi vị hấp dẫn, giá trị dinh dưỡng cao, có khối lượng nhẹ, dễ chuẩn bị và dễ sử dụng (Whitfield, 2000; Makeni et al., 2001) Năng lượng tiêu hao cần thiết thấp hơn so với các phương pháp chế biến khác (chẳng hạn đồ hộp hay làm lạnh) và diện tích kho ít hơn so với các đồ hộp hay

là các thùng bảo quản lạnh Sự hao tổn giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm sấy là thấp nhất so với các các sản phẩm chế biến khác.Vitamin A sẽ được duy trì trong quá trình sấy Tuy nhiên, do vitamin A rất nhạy cảm với ánh sáng nên để duy trì vitamin A, các sản phẩm sấy cần được đóng trong các loại bao bì sẫm màu.Vitamin C sẽ bị tiêu hủy trong quá trình sấy do tiếp xúc với nhiệt độ cao (tuỳ từng loại rau quả và tuỳ từng phương pháp sấy mà tổn thất vitamin C có thể lên tới 90%), tuy nhiên có thể hạn chế bằng cách xử lý lưu huỳnh Các sản phẩm sấy có hàm lượng chất xơ và Carbonhydrates cao, ít chất béo vì thế nên được người tiêu dùng ưa chuộng Các sản phẩm sấy rất dễ vận chuyển và có giá thành vận chuyển thấp và dễ bảo quản chính vì thế giúp cho nhà nông chủ động trong việc tiêu thụ sản phẩm vào thời điểm thích hợp

mà họ muốn Vì vậy các sản phẩm sấy tăng cường an ninh lương thực qui mô

hộ gia đình, tạo thêm công ăn việc làm và nguồn thu nhập ổn định

Ớt (Capsicum annuum), đã là một phần trong ẩm thực của loài người ít

nhất là 7500 năm trước công nguyên, là một loại rau phổ biến và được ưa thích trên khắp thế giới nhờ màu sắc, hương vị và giá trị dinh dưỡng (Berke et al., 2004), nhiều khi không thể thiếu trong bữa ăn của nhiều gia đình, nhất là khu vực Châu Á Cây ớt là một trong những loại cây trồng đầu tiên ở châu

làm gia vị, rau và thuốc Các quốc gia trên thế giới đều rất thích ớt trong bữa

ăn hàng ngày, nhất là Indonexia, Malaixia, Thái Lan , Hàn Quốc, Trung Quốc… Với không ít người, ớt là loại gia vị không thể thiếu trong các bữa ăn, giúp làm tăng cảm giác ngon miệng Nhưng có lẽ ít ai biết ớt còn là một vị thuốc rất quý trong y học cổ truyền

Nghiên cứu của y học hiện đại cũng thống nhất với y học cổ truyền về tác dụng chữa bệnh của ớt Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc cho thấy quả ớt có rất nhiều lợi ích cho sức khoẻ Trong ớt có chứa hoạt chất: Capsicain là một Alkaloid chiếm tỷ lệ khoảng 0,05 ÷ 2% Cấu trúc hoá học đã được xác định là acidisodexenic vanilylamit, có đặc điểm bốc hơi ở nhiệt độ cao Ngoài ra còn có Capsaicin, là hoạt chất gây đỏ, nóng, chỉ xuất hiện khi ớt quả chín, chiếm tỷ lệ từ 0,01 ÷ 0,1% Một điều lý thú là Capsaicin

có tác dụng kích thích não bộ sản xuất ra chất Endorphin, một chất Morphin nội sinh, có đặc tính như những thuốc giảm đau, đặc biệt có ích cho những bệnh nhân bị viêm khớp mạn tính và các bệnh ung thư

Ngoài ra, ớt còn có tác dụng ngăn ngừa tình trạng huyết áp tăng cao Một

số nghiên cứu cho thấy, những loại ớt vỏ xanh, trái nhỏ có hàm lượng Capsaicin nhiều hơn Trong ớt quả cũng chứa nhiều loại vitamin như vitamin

C, B1, B2, acid citric, acid malic, beta caroten… Chính vì vậy, ngoài việc dùng làm gia vị ớt quả còn được nhân dân ta sử dụng làm thuốc chữa bệnh từ ngàn xưa Trong kho tàng y học dân gian, không ít bài thuốc quý trong đó có

ớt

Sản phẩm ớt quả được dùng rất đa dạng như: ớt quả tươi, ớt bột, ớt quả muối, tương ớt Hiện nay, ở các nước có nền nông nghiệp phát triển đã sử dụng môt số phương pháp làm khô hiện đại, có thể điều khiển được quá trình nhiệt ẩm và tự động hoá nên chất lượng sản phẩm rất tốt, giảm đáng kể chi phi năng lượng, rút ngắn thời gian sấy Ở nước ta, ớt quả dược làm khô chủ

yếu bằng phơi nắng tự nhiên: Sau khi hái lượm về để nguyên quả mang phơi nắng nên thời gian làm khô kéo dài, quá trình bốc hơi chậm, ớt dễ bị chuyển màu xám, chất lượng giảm, phụ thuộc nhiều vào các yếu tố thiên nhiên

Ở một số công ty chế biến ớt xuất khẩu của nước ta đã sử dụng phương pháp chần (hấp), phương pháp này rút ngắn được thời gian sấy xuống còn (8÷10)h, tuy nhiên phương pháp có nhược điểm màu sắc và mùi vị sản phẩm

ớt quả khô bị thay đổi có màu sẫm hơn

Ở Nga, Ucraina đã nghiên cứu thành công công nghệ làm khô nông sản như (nho, cỏ xanh, ) bằng trường phóng điện coron Công nghệ này có nhiều ưu điểm: Giữ được các chất dinh dưỡng trong rau quả, giảm được 30 ÷ 40% chi phí năng lượng do rút ngắn được thời gian sấy

Xử lý xuyên thủng vỏ quả sử dụng trường phóng điện coron là giải pháp mới, đặc biệt hiệu quả đối với quả mọng Nghiên cứu ứng dụng công nghệ này nhằm hỗ trợ cho quá trình chế biến và bảo quản (sấy) nông sản là việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn đang được nhiều người quan tâm

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn đặt ra, được sự đồng ý của thầy

giáo hướng dẫn TS Nguyễn Đình Lục tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị sử dụng trường phóng điện coron làm xuyên thủng vỏ quả mọng (ớt) trong quá trình làm khô”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niện về quả mọng

Về phân loại thực vật, có các loại quả khác nhau [1]: quả có múi, quả hạch, quả mọng, cấu tạo giải phẫu gồm có: hạt ( nội nhũ, vỏ hạt), thịt quả,

vỏ quả Vỏ quả có vai trò bảo vệ thịt quả và hạt quả, vỏ quả được cấu tạo chủ yếu bằng màng xenluloz Tuy nhiên tuỳ từng loại quả mà vỏ có cấu tạo khác nhau mặc dù bản chất vẫn là màng xenluloz

Đối với quả mọng [2] ( ớt, nho, cà chua, cà tím, cà pháo, ) vỏ quả dính chặt với thịt quả Cấu tạo vỏ quả là màng xenluloz gồm các chuỗi xếp đôi song song tạo thành sợi có đường kính khoảng 3,5 nm Các sợi lại kết hợp với nhau thành bó gọi là mixen có đường kính 20 nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống gọi là khí khổng ( khi tế bào còn non, những khoảng chứa đầy nước) và được gắn chặt với nhau bởi polyxacarit- phân tử lượng không lớn lắm gọi là pectin Dù cấu tạo vỏ chỉ là lớp rất mỏng, nhưng mật độ khí khổng ít hơn, kích thước khí khổng cũng bé hơn rất nhiều so với các loại vỏ quả khác, do đó nước trong thịt quả rất khó khuyếch tán ra bề mặt

vỏ, cho nên quả mọng rất khó bị mất nước ở điều kiện tự nhiên so với các loại quả khác Vì vậy, để làm khô quả mọng người ta thường phải dùng phương pháp cơ học làm vỡ vỏ quả, hoặc dùng phương pháp chần (hấp) để làm nứt vỏ quả, nhờ vậy mà nước trong thịt quả bay hơi nhanh hơn

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển cây ớt

Ớt đã là một phần trong ẩm thực của loài người ít nhất là 7500 năm trước Công nguyên và có lẽ sớm hơn có những bằng chứng khảo cổ ở các khu vực ở tây nam Ecuador cho thấy ớt đã được thuần hoá hơn 6000 năm về trước, và là một trong những loại cây trồng đầu tiên ở châu Mỹ Người ta cho rằng ớt đã được thuần hoá ít nhất năm lần bởi những cư dân tiền sử ở các khu

vực khác nhau của Nam và Bắc Mỹ, từ Peru ở phía Nam đến Mexico ở phía Bắc và một số vùng của các bang Colorado và New Mexico bởi các dân tộc Pueblo cổ đại

Trong cuốn sách đã xuất bản Svensk Botanisk Tidskrift ( 1995), giáo sư Hakon Hjelmqvist đã xuất bản một bài viết về ớt trong thời kỳ tiền columbus

ở Châu Âu Trong một nơi khai quật khảo cổ của St Botulf ở Lund, các nhà khảo cổ đã tuyên bố tìm thấy một Capsicum frutescens trong một lớp có niên đại thế kỷ 13 Hjelmqvist cũng tuyên bố rằng Capsicum đó đã được miêu tả bởi Therophrasteus người Hy Lạp (370 - 286) trước công nguyên Christopher columbus đã là một trong những người Châu Âu đầu tiên thấy ớt (ở Caribbean), và gọi chúng là “Tiêu” vì chúng có vị cay tương tự (không phải

bề ngoài giống nhau) Ớt đã được trồng khắp nơi trên thế giới sau thời columbus Diego Aslvarez Chanca, một thầy thuốc trong chuyến đi của columbus đến west Indiesnawm 1493, đã mang những hạt ớt đầu tiên về Tây Ban Nha, và lần đầu tiên viết về tác dụng dược lý của chúng vào năm 1494

Từ Mexico, vào thời đó đang là thuộc địa của Tây Ban Nha, cũng là một nước kiểm soát thương mại với Châu Á, ớt đã nhanh chóng được chuyển qua Philippines và sau đó là Trung Quốc, Triều Tiên, Nhật Bản với sự chợ giúp của các thuỷ thủ Châu Âu Gia vị mới này đã nhanh chóng được sủ dụng trong chế biến thức ăn của các quốc gia này

Một con đường khác mà ớt di chuyển đó là do người Bồ Đào Nha lấy

từ Tây Ba Nha, sau đó đưa qua Ấn Độ như được miêu tả bởi Lizzie Collingham trong cuấn sách của bà Currry Bằng chứng là ớt được sử dụng rất nhiều trong chế biến thức ăn ở vùng Goan của ấn Độ, Goan vốn là một thuộc địa của Bồ Đào Nha Collingham cũng miêu tả chuyến hành trình của ớt từ

Ấn Độ, qua trung Á và Thổ Nhĩ Kỳ, đến Hungary, nơi ớt trở thành một loại

Hiện nay, Ấn Độ là nước sản xuất ớt lớn nhất thế giới với khoảng một triệu tấn mỗi năm, nơi chỉ riêng Chợ Guntur (lớn nhất Châu Á) có tới một triệu bao ớt (100lb mỗi bao)

1.3 Tình hình làm khô ớt quả ngoài nước

Ở các nước có nền nông nghiệp phát triển, việc sơ chế làm khô hoặc sấy nông sản gắn chặt với sản xuất nông nghiệp cứ 200 ÷ 400 hecta (ở các nước có quy mô trang trại lớn như: Úc) hoặc 20 ÷ 200 hecta (ở các nước có quy mô trang trại nhỏ như: Nhật Bản, Đài Loan) lại có một xưởng sơ chế làm khô Các xưởng này do trang trại viên, hợp tác xã hay doanh nghiệp đầu tư quản lý Nhờ đẩy mạnh việc sơ chế mà tổn thất sau thu hoạch giảm đáng kể, giá trị của sản phẩm tăng lên Ở Nhật Bản, làm khô và sấy đã giảm tổn thất từ 20% xuống còn 8%, ở Inđônêxia qua sơ chế đã tăng giá trị rau quả từ 10 ÷ 22% Trên thế giới, tại nhiều nước như Nhật Bản, Inđônêxia, Ấn Độ, Châu Phi Nhất là Hungary chồng hàng ngàn hecta ớt, mỗi năm xuất khẩu từ

2500 ÷ 3000 tấn ớt khô Có những cơ quan chuyên nghiên cứu chồng ớt, chọn giống, hướng dẫn cách thu hái, chế biến và có các xí nghiệp chuyên chế biến

ớt

Làm khô là phương pháp bảo quản chế biến nông sản được áp dụng lâu dài nhất Nhiều vùng trên trái đất đã phơi nắng một lượng lớn rau quả như Hy Lạp, Tây Ban Nha, các nước vùng địa trung hải, các nước Ả Rập, Châu Úc Phương pháp làm khô hiện đại, sấy rau quả với điều kiện khống chế được nhiệt độ và độ ẩm đang được ứng dụng rông rãi trong thực tế sản xuất nông nghiệp, rau quả sấy khô ngọn nhẹ chi phí chế biến thấp dễ bảo quản và vận chuyển Tuy nhiên, rau quả sấy khô có nhược điểm bị giảm hương vị và màu sắc kém Để khắc phục các nhược điểm đó, các nhà khoa học đã đầu tư nghiên cứu và ứng dụng nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực sấy khô nông sản nhất là sấy khô rau quả Trong đó ớt khô là một nguyên liệu phổ

biến và quan trọng của các nước có truyền thống thích gia vị và được sử dụng trong việc chuẩn bị đồ ăn cũng như tăng vẻ hấp dẫn của thực phẩm kể cả một

số đồ hộp Ngoài ra, ớt sấy được xem là một loại sản phẩm có giá trị cao Nếu được sấy tốt, ớt sẽ giữ được mùi vị đặc trưng như của ớt tươi khi được hoàn nguyên

1.4 Tình hình làm khô ớt quả trong nước

Hiện đai hoá sản xuất nông nghiệp trên nền tảng công nghiệp truyền thống được xem là phương pháp hữu hiệu để tăng năng suất lao động và chất lượng sản phẩm, đặc biệt hơn là nước ta đã trở thành thành viên thứ 115 của

tổ chức thương mại thế giới (WTO)

Để tăng 1% sản phẩm nông nghiệp cần tăng 2 ÷3% chi phí năng lượng Thực tiễn cho thấy cùng với lợi ích trước mắt, sử dụng điện theo phương pháp truyền thống cũng nhanh chóng làm kiệt quệ nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm môi trường sống Cùng với việc khai thác các nguồn năng lượng không truyền thống, sử dụng năng lượng một cách có hiệu quả bằng các phương pháp công nghệ mới, dựa trên nguyên lý tác động điện vật lý trong sản xuất và bảo quản, chế biến nông sản nhằm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

Khác với các phương pháp và công nghệ sử dụng điện năng truyền thống dưới dạng cơ năng, nhiệt năng trong truyền động điện và quá trình biến đổi điên nhiệt Nghiên cứu ứng dụng các dạng năng lượng điện từ trường, điện xung và điện tích thông thường được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm Khó khăn thường gặp phải trong việc khái quát hoá lý luận là do phương thức sử dụng điện năng ở đây khá đa dạng, mới mẻ và độc đáo Tuy nhiên, các phương pháp và công nghệ mới này đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất ở các nước phát triển với các ưu điển như:

Điện từ trường cao áp một chiều (tĩnh điện và coron), môi trường ion hoá (ở dải liều lượng rộng)

Dễ điều khiển tự động và điều khiển chính xác thông qua điều khiển năng lượng điện

Tác động trực tiếp lên đối tượng, không phế thải, không tạo ra sản phẩm phụ độc hại tăng năng suất, chất lượng sản phẩm

Sử dụng các lợi thế của năng lượng điện, các phương pháp và công nghệ mới tiên tiến này có thể giảm chi phí năng lượng đến mức tối thiểu và tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm Trong một số trường hợp, điện

từ trường cường độ cao, có vai trò như là cơ cấu tác động trực tiếp lên đối tượng bảo quản, phân loại, sấy nông sản, có hiệu suất sử dụng cao Tác động tốt lên một số tính chất hoá sinh và nông sinh, thúc đẩy quá trình chuyển hoá trong đối tượng mà không làm biến dạng hay dập nát nguyên liệu, sản phẩm

Sử dung năng lượng điện từ trường cao tần, siêu cao tần trong các quá trình sản xuất, chế biến nông sản cho phép rút ngắn thời gian công nghệ, tăng khả năng giữ được lượng vitamin sẵn có trong thực phẩm, đảm bảo vệ sinh trong quá trình sấy và chế biến Hầu hết các quá trình nhiệt đều có thể áp dụng công nghệ cao tần Đây là một trong các công nghệ tiết kiệm năng lượng (giảm từ 25 ÷ 40 % chi phí năng lượng so với công nghệ truyền thống), không phế thải, dễ tự động hoá quá trình sản xuất, rất phù hợp cho các sản phẩm hàng tiêu dùng và xuất khẩu

Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp và công nghệ điện vào sản xuất và chế biến, bảo quản nông sản là hướng đi đúng đắn có nhiều triển vọng Tuy nhiên, nhiều vấn đề liên quan đến cơ chế tác động của các yếu tố vật lý lên các đối tượng khác nhau cần được tiếp tục nghiên cứu, kiểm chứng trong thực tiễn sản xuất nhằm tao ra các phương tiện kỹ thuật, công nghệ phù

hợp, tiến tới thoả mãn các yêu cầu của sản xuất nông nghiệp sạch, chất lượng cao, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường Hiện nay ở nước ta mới chỉ ứng dụng, chế tạo được thiết bị và công nghệ phân loại hạt bằng trường phóng điện coron ở hai dạng:

Máy phân loại hạt coron kiểu điện cực phẳng;

Máy phân loại hạt coron kiểu trống quay, đối với các lĩnh vực khác hiện chưa thấy có

Hiện nay khu vực nông thôn nước ta làm khô ớt quả chủ yếu bằng phơi nắng thời gian kéo dài phụ thuộc vào thời tiết, ở một số cơ sở chế biến ớt xuất khẩu đã sử dụng phương pháp chần (hấp) để xử lý trước khi sấy cho thời gian sấy nhanh nhưng do tác dụng nhiệt và ẩm nên ớt dễ bị sẫm mầu

Ở việt nam, ớt rất được ưa chuộng nhất là ở miền Nam và một số tỉnh miền Bắc, hầu như không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày của người miền Trung Có lẽ chính vì lẽ đó mà ớt được trồng khắp mọi miền, nhưng trồng tập trung nhiều nhất là ở Quang Trị với diện tích khoảng 2000 hecta, Quảng Binh

1700 hecta, Thừa thiên Huế trên 1000 hecta, có năng suất trung bình 4 ÷ 5 tấn/ha Ớt quả chủ yếu hái quả dùng tươi, đóng hộp, phơi hoặc sấy khô Nước

ta hiện nay các phương pháp hỗ trợ làm khô chủ yếu bằng cơ học, chần hấp

1.4.1 Một số phương pháp xử lý trước khi sấy

v Phương pháp cơ học:

phương pháp này chủ yếu cho quả qua lô lăn để làm vỡ vỏ, yêu cầu của phương pháp là kích thước quả phải đều, bề dầy cấp quả đi qua lô lăn chỉ được một lớp quả, điều này khó thực hiện, do vậy lượng quả dập nát nhiều, năng suất thấp

v Phương pháp chần (hấp):

Chần (hấp) là quá trình nhúng nguyên liệu trong nước nóng trong một thời gian ngắn nhằm ức chế hoạt động của các enzyme gây biến màu và mùi của sản phẩm trong quá trình sấy và bảo quản, “phá vỡ” lớp vỏ cứng và sáp của nguyên liệu làm cho nước thoát ra dễ dàng hơn do đó giảm thời gian sấy (UIUC, 1984; Berke et al., 2004) Ngoài ra, chần còn có tác dụng tiêu diệt một số vi khuẩn và côn trùng gây hại Nếu chần bằng nước sôi thì thời gian chần thông thường khoảng 30 ÷ 50 giây, nguyên liệu ngay sau khi chần phải được làm mát trong nước lạnh (UIUC, 1984) Chần có thể được tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn (65 0C), nhưng thời gian chần sẽ dài hơn, khoảng 3 phút (Berke et al., 2004) Hơn nữa, chần chỉ nên nhằm mục đích làm mềm vỏ hơn

là sử dụng các dung dung dịch xút như dung dịch kiềm ( 0.5-3%) vì các yếu tố độc hại khi sử dụng (UIUC, 1984) Nói chung, chần có hiệu quả thấp hơn so với sử dụng lưu huỳnh trong việc duy trì màu sắc của sản phẩm Đối với rau quả có lớp sáp mỏng trên bề mặt như (mận, ớt, cà chua…), chần làm mất lớp sáp này, tạo ra các vết nức nhỏ li ti trên bề mặt, do đó gia tăng quá trình trao đổi ẩm giữa quả với môi trường xung quanh, dẫn đến rút ngắn thời gian sấy

v Xử lý hoá chất:

Để ngăn ngừa quá trình ôxy hoá trong quá trình sấy, người ta thường

sử dụng các chất chống ôxy hoá như Axit sunfurơ, axit ascobic, axit xiric và các muối natri của axit sunfurơ (như metabunsunfit, bisunfit, sunfit…)

Axit xitric có tác dụng kiềm hãm biến màu không do men Axit sunfurơ

và các muối natri của nó có tính khử mạnh, tác dụng với nhóm hoạt động của men oxy hoá và làm chậm các phản ứng sẫm màu có nguồn gốc men Ngoài

ra, chúng còn có tác dụng ngăn ngừa sự tạo thành melanoidin (chất gây hiện tượng sẫm màu) và ổn định vitamin C, làm cho vitamin C không bị tiêu hoá Hàm lượng tối thiểu của SO2 để có khả năng chống oxi hoá là 0,02% (tính

theo khối lượng)

Đối với rau quả có lớp sáp mỏng trên bề mặt như (mận, nho, ớt…), chần làm mất lớp sáp này, tạo ra các vết nứt nhỏ li ti trên bề mặt, do đó gia tăng quá trình trao đổi ẩm giữa quả với môi trường xung quanh, dẫn đến rút

ngắn thời gian sấy Tuy nhiên, ớt quả khô qua chần hấp màu sắc thay đổi do

tác dụng của nhiệt và ẩm nên tính chất hoá lý của nguyên liệu bị biến đổi

Một phương pháp làm bay hơi nhanh, rút ngắn thời gian sấy, tạo lỗ thủng nhỏ trên bề mặt quả sử dụng trường phóng điện coron [5,6] là phương pháp mới được ứng dụng cho nho quả và cỏ lá… Nghiên cứu hiệu ứng coron xuyên thủng vỏ quả mọng là một hướng mới thuộc lĩnh vực công nghệ tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm phục vụ hàng tiêu dùng và xuất khẩu

Phương pháp này có nhiều ưu điểm: Mật độ đánh thủng quả lớn, không làm dập nát hoặc thay đổi màu sắc, biến dạng quả

1.4.2 Một số phương pháp sấy

Để chủ động việc làm khô phải sử dụng các thiết bị sấy Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm hoá hơi một phần nước trong nguyên liệu Đó là quá trình khuếch tán nước từ các lớp bên trong ra bề mặt sản phẩm và hơi nước từ bề mặt sản phẩm khuếch tán ra môi trường xung quanh

Quá trình sấy phụ thuộc vào các yếu tố nguyên liệu như: kích thước, cấu tạo, dạng liên kết ẩm, tính chất hoá lý, trạng thái bề mặt Yêu cầu quá trình sấy đảm bảo giữ được tính chất và chất lượng sản phẩm Nhiệt độ sấy không được quá cao đến mức làm chín sản phẩm Nhiệt độ sấy phù hợp, đặc biệt đối với ớt, nằm trong khoảng từ 50 ÷ 65 0C, nhưng có thể sử dụng nhiệt

độ cao hơn để sấy sản phẩm ở thời điểm ban đầu khi hàm lượng ẩm còn cao Tuy nhiên, trong phương pháp phơi nắng, hoặc sấy khô bằng năng lượng mặt trời, rất ít khi đạt được khoảng nhiệt độ này Khay sấy có thể được làm từ các

tấm thép không rỉ, hoặc từ các mảnh gỗ mỏng Không nên làm bằng nhôm, vì

nó sẽ phản ứng với axit trong quả Kim loại được mạ điện, đồng, sợi thủy tinh, hoặc các tấm vinyl cũng không dùng được

Sản phẩm nên được sấy khô nhanh, nhưng không được nhanh đến mức khiến cho lớp vỏ bị khô cứng trước khi ẩm bên trong vận chuyển ra bề mặt để bay hơi Quá trình sấy không được bị gián đoạn trong thời gian dài Nấm mốc

và sinh vật gây thối hỏng có thể phát triển trên một bộ phận sản phẩm đã sấy khô

Ớt được làm khô xuống độ ẩm 8 ÷ 12% Tỉ số giữa trọng lượng quả tươi và sản phẩm sấy là khoảng 5/ 1

Các thiết bị sấy thông thường sử dụng khí nóng làm tác nhân sấy, bao gồm: các tủ sấy, lò sấy thủ công hoặc các máy sấy có bộ phận cấp nhiệt và quạt gió

v Bản chất đặc trưng của quá trình sấy

Hình 1.1: Đồ thị đường cong sấy

Giai đoạn ĐA: Vật sấy được hun nóng

Giai đoạn AB: Quá trình hoá hơi phần ẩm trong vật sấy ổn định Giai đoạn BC: Quá trình hoá hơi phần ẩm trong vật sấy giảm dần và đạt đến độ chứa ẩm cân bằng

v Phương pháp làm khô đơn giản nhất là phơi nắng

Phơi nắng là phương pháp sấy đơn giản nhất và kinh tế nhất Sản phẩm được

đổ trên khay sấy hoặc đổ lên một tấm phủ trên mặt đất (trên chiếu, hoặc trên tấm nhựa), và phơi dưới ánh nắng mặt trời Một công ty thương mại lớn đang sản xuất sản phẩm ớt sấy chất lượng cao bằng phương pháp phơi nắng Quy trình bắt đầu bằng 12 giờ xông khí SO

2 để giữ màu sắc và hương vị, ngăn cản sinh vật gặm nhấm, côn trùng và các loại chim ăn quả Trước khi sấy, quả được chuẩn bị theo một quy trình, từ phân loại tuyển chọn, loại bỏ hạt, đến rải ra khay sấy Dưới điều kiện của phương pháp phơi nắng truyền thống, mặc dù sản phẩm thường có chất lượng kém

và không vệ sinh, không tránh được bụi, mưa gió, cũng như côn trùng, các loại chim và loài gặm nhấm, nhưng có thể khắc phục điều này bằng cách che phủ lên sản phẩm một lớp vải thô hoặc vải màn Quá trình thường diễn ra chậm, đặc biệt là trong các vùng nhiệt đới ẩm, mưa nhiều, và nhiều sương, quả thường dễ bị thối mục (Berke và cộng sự, 2004) Vì vậy, việc bổ sung các phương tiện thuận lợi cho việc sấy khô, như máy sấy dùng năng lượng mặt trời hoặc máy tách nước, và đốt nóng nhân tạo là điều cần thiết

Như kiểu phơi Allfale của tổ chức TS.P.C (trung tâm sản xuất sản phẩm nhiệt đới):

Hình 1.2: Ảnh phơi nắng kiểu Allfale

v Sấy tĩnh

Sấy tĩnh là phương pháp dùng để sấy hạt Hạt được trải thành từng lớp nằm ngang và được không khí lưu thông từ dưới lên trên Muốn sử dụng phương pháp này cần chú ý đến độ dày lớp hạt và tạo điều kiện lưu lượng không khí nóng phù hợp cho việc sấy hạt đồng đều

v Sấy tiếp súc

Được thực hiện khi đốt nóng sản phẩm bằng chất tải nhiệt qua thành dẫn nhiệt Không khí nóng hay khói lò, hơi nước đi qua phần dưới của buồng sấy, ngăn cách phần trên bởi thành đặc Trên đó xếp vật liệu ẩm Nhờ tiếp xúc với thành đã đốt nóng mà sản phẩm nóng lên và được sấy khô

v Sấy bức xạ

Là phương pháp được thực hiện bằng cách chiếu các tia hồng ngoại lên sản phẩm Nguồn phát tia hồng ngoại là những đèn điện đặc biệt có trang bị

Vì lớp bề mặt nóng nhanh hơn bên trong nên không dùng để sấy các vật liệu có bề dày

v Sấy trong trường của dòng điện cao tần

Phương pháp này dùng để tách lượng ẩm liên kết bền với sản phẩm Người ta đặt sản phẩm dịch chuyển giữa hai tấm kim loại có dòng điện cao tần (500KhZ) tạo ra bằng hệ thống chỉnh lưu và đèn phát

Ngoài ra, còn có phương pháp sấy khác như sấy thăng hoa, sấy hồng ngoại…

v Sấy thăng hoa

Làm lạnh rau quả ở nhiệt độ khoảng âm 200 0C, nước trong rau quả bị đóng băng thành nước đá ở thể rắn, sau đó làm cho nước từ thể rắn chuyển sang thể hơi và bay hơi khỏi vật liệu

Quá trình sấy gồm 2 giai đoạn: làm lạnh động ở nhiệt độ 0 0C, khi đó tất cả nước trong sản phẩm đông lại và nước đá không nóng chẩy, bốc hơi trong chân không Thiết bị sấy loại này phải có hệ thống bơm chân không cao

Hìmh 1.3: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy sấy thăng hoa

v Sấy hồng ngoại

Sấy hồng ngoại là dùng tia bức xạ hồng ngoại (giải tầng hẹp) để cung cấp năng lượng cho các phần tử nước trong rau quả để thắng các lực liên kết, thoát ra khỏi sản phẩm Hiện nay Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh và một số cơ sở khác đã áp dụng phương pháp này để sấy ớt quả

Sấy thăng hoa và sấy hồng ngoại có ưu điểm là đảm bảo được màu sắc

và hương vị tự nhiên của sản phẩm; ngoài ra, còn bảo toàn lượng vitamin C trong quá trình sấy rau quả Tuy nhiên, do giá thành sản phẩm còn khá cao, đòi hỏi thiết bị hiện đại nên các phương pháp này ít được áp dụng rộng rãi trong thực tiến sản xuất ( thường chỉ dùng để sấy các sản phẩm cao cấp)

Ớt có nhiều loại khác nhau ở hình dáng, kích cỡ và màu sắc Ngoài ớt cay làm gia vị còn có loại ớt dùng làm rau Người ta chỉ dùng ớt cay làm nguyên liệu sấy Chất cay chủ yếu trong ớt là capsaicin (C9H14O2, 0,5 ÷ 2%) Trong ớt còn chứa các vitammin C, B1, B2 các axit xitric, malic

v Các bước trong quy trình sấy ớt như sau

1 Chọn ớt chính đỏ đều, không rụng cuống, tươi tốt

- Nhiệt độ sấy: Sấy ở nhiệt độ 500 C trong suốt quá trình

( Đối với chần hấp: Giai đoạn đầu ở nhiệt độ 75 ÷ 800 C Khi khối lượng ngót

đi còn 50% khối lượng ban đầu thì giảm nhiệt độ xuống khoảng 60 ÷ 650C,

- Thời gian sấy: 10 giờ

- Tỷ lệ thành phẩm: 5 tươi/ 1 khô

Chú ý: trong quá trình sấy cần đảm bảo lưu thông không khí tốt, nếu độ

ẩm không khí cao sẽ làm cho ớt bị thâm đen

1.5 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế, thiết bị xuyên thủng vỏ quả mọng ( ớt) sử dụng trường phóng điện coron năng suất 200kg/ h nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả trong quá trình làm khô

1.6 Phương pháp tiếp cận

Thu thập thông tin, phương pháp thực nghiệm, phân tích

1.7 Đối tượmg, nội dụng và phương pháp nghiên cứu

1.7.1 Đối tượmg nghiên cứu

Ớt quả và các thông số của trường phóng điện coron

1.7.2 Nội dung nghiên cứu

Nhiệm vụ chính của đề tài là nghiên cứu thực nghiệm xác định được các thông số và chế độ làm việc của các bộ phận, làm cơ sở để chế tạo thiết bị xuyên thủng vỏ quả ớt sử dụng trường phóng điện coron

Để giải quyết được nhiệm vụ trên đề tài tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các thông số và chế độ công nghệ chính bao gồm:

- Thiết kế thiết bị nguồn cao áp tạo dòng coron

- Thực nghiệm các thông số thiết bị và công nghệ xuyên thủng vỏ quả

ớt

6- Khoảng cách kim điện cực răng cưa phóng điện coron

7- Cường độ trường phóng điện corron

8- Mật độ trường xuyên thủng vỏ quả

9- Vận tốc chuyển động của quả trong trường coron

10- Ảnh hưởng kích thước của ớt quả đến quá trình xuyên thủng

v Chỉ tiêu đánh giá:

- Dựa trên các chỉ tiêu cảm quan ( màu sắc, độ ẩm, )

- Dựa trên các chỉ tiêu kinh tế ( thời gian sấy, năng lượng tiêu thụ, )

1.7.3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình xuyên thủng được tiến hành tại Phòng thí nghiệm cơ điện VILAS - 019 Viện Cơ Điện Nông nghiệp & Công Nghệ Sau Thu Hoạch Nguyên liệu thực nghiệm đã được tiến hành trên các loại ớt quả của ba vùng: Bắc Ninh, Hưng Yên và Lạng Sơn đường kính quả

đo bằng thước cặp số Mitutoyo của Nhật Bản có độ phân giải đến 0,01mm như Hình 3.1, kết quả đo được thể hiện ở Bảng 3.1; 3.2; 3.3 Chương III

Kiểm tra thực nghiệm hiệu ứng xuyên thủng vỏ ớt quả bằng phương pháp đánh giá gián tiếp: so sánh thời gian sấy quả đi qua và không đi qua trường coron

Quá trình sấy ớt quả đã tiến hành trong máy sấy Trung Quốc DL 101- 1 được trang bị hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động, nhiệt độ buồng sấy đến

250 ± 10C, không gian buồng sấy có kích thước 350 x 450 x 450mm, công suất của buồng 2,6kW Sấy khô tuyệt đối sử dụng máy đo độ ẩm hồng ngoại

IR – 200

Hình1 4: Máy sấy thí nghiệm DL 101 – 1

Đo cường độ dòng điện bằng thiết bị chuyên dùng FLUKE – 41 cấp chính xác ( 1 ÷ 3)%, đo điện áp sơ cấp FLUKE – 8842A cấp chính xác 1%

Kiểm tra khả năng xuyên thủng của trường phóng điện coron bằng phương pháp chụp ảnh bề mặt đánh thủng tờ giấy trắng Bãi Bằng, sử dụng máy ảnh Canon A620- 7.1 và thiết bị kính hiển vi gắn máy chụp ảnh Olimpus

SC – 35 chụp bề mặt vỏ ớt quả bị xuyên thủng bằng trường coron và ớt quả không bị xuyên thủng Độ phóng đại được xác định bằng tích của thị kính 100

Hình 1.5 : Bố trí hệ thống thiết bị thử nghiệm phóng điện coron

Trong đó:

1- Biến thế thí nghiệm FLUKE – 41 cấp chính xác ( 1 ÷ 3)%;

2 - Thiết đo điện áp sơ cấp FLUKE – 8842A cấp chính xác 1%;

3 - Thiết bị tạo cao áp 1 chiều;

5 – Phễu cấp liệu; 8 – Biến thế hạ áp 220V/ 110V

6 – Bộ rung điện từ;

6

7

Hình1 6: Bố trí hệ thống thiết bị thử nghiệm phóng điện coron

v Thiết bị được bố trí với các thông số kĩ thuật như sau:

- Khoảng cách k giữa các đỉnh răng của kim điện cực phóng điện dạng răng cưa k = 2,5 ; 5; 7,5 ; 10mm;

- Số lượng thanh răng điện cực 3; 6; 9 thanh

- Cường độ phóng điện của trường coron; Ec = (6,5 ÷ 7,5) kV/cm

- Vận tốc v chuyển động của ớt quả: V = 90; 120; 180m/h tương đương với năng suất 150; 210; 250kg/h

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRƯỜNG PHÓNG ĐIỆN CORON 2.1 Khái quát về trường phóng điện coron

Vào những năm gần đây song song với các lĩnh vực công nghệ truyền thống, ứng dụng điện năng trong sản xuất và chế biến, bảo quản nông sản đã hình thành một hướng đi mới mang tên công nghệ điện tử – ion, dựa trên cơ sở sử dụng các lực tác dụng tương hỗ của điện trường và điện tích để điều khiển chuyển động có trật tự các phần tử hạt của chất rắn và chất lỏng Chuyển động này được xác định bởi các luật trạng thái của các điện tích trong điện trường, tương tự như chuyển động của điện tử và ion trong các đèn, ống phóng điện

tử

Điểm nổi bật của các quá trình của công nghệ điện tử – ion là xẩy ra trong không gian của các thiết bị công nghiệp, trong môi trường khí quyển, trong khi quá trình của điện tử trong đèn, ống phóng điện tử ở trong chân không

Trong các thiết bị của công nghệ điện tử – ion, trường điện từ được ứng dụng rông rãi, đặc biệt là trường phóng điện coron và trường tĩnh điện

Lý thuyết trường điện từ là cơ sở nghiên cứu tìm tòi các nguyên lý làm việc, cũng như tính toán thiết kế các thiết bị sử dụng điện từ trường và điện trường phù hợp với điều kiện ứng dụng xác định trong thực tiễn

Trường điện từ là dạng vật chất đặc biệt, mang năng lượng, đặc trưng

và tuân thủ bởi các tính chất từ trường và điện trường Tĩnh điện trường là một dạng riêng của trường điện từ, tạo bởi những điện tích tĩnh tại (so với người quan sát) phân bố trong không gian và không thay đổi theo thời gian

Trong công nghệ điện tử – ion, phóng điện trong chất khí hay chất lỏng

có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Về nguyên tắc, phóng điện trong không khí ở

điều kiện khí quyển được chia làm hai dạng chính: Phóng điện coron và phóng điện tia lửa

Phóng điện coron xuất hiện trong điện trường không đồng nhất Khi tăng điện áp giữa các điện cực đến một giá trị xác định đủ lớn, bắt đầu quá trình ion hoá mạnh, đánh thủng không khí giữa các điện cực Giá trị điện áp này phụ thuộc vào cấu trúc và hình dáng của điện cực gọi là phóng điện coron, còn hiệu ứng của nó gọi là hiệu ứng coron Khi phóng điện đánh thủng toàn phần không khí giữa các điện cực gọi là phóng điện tia lửa Phóng điện coron có thể tạo được bằng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều

2.2 Phương pháp phóng điện trong không khí

Hiện nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh về trường phóng điện coron Những công trình nghiên cứu thực nghiệm hiện tại chưa cho phép giải thích

cơ chế quá trình cơ bản trong lớp coron và ảnh hưởng của chúng đến đặc tính phóng điện

Các hướng nghiên cứu cơ bản về quá trình động lực học trong khoảng phóng điện của coron đã được trình bày trong các công trình [95,109] Những nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết thể hiện nhiều lĩnh vực rất rộng Tuy nhiên những nghiên cứu này còn xa mới kết thúc bởi vì hiện nay còn thiếu lý thuyết đầy đủ về trường phóng điện coron Những công trình nghiên cứu thực nghiện hiện có chưa cho phép làm sáng tỏ được cơ chế các quá trình cơ bản trong vùng phóng điện coron và những ảnh hưởng của chúng đến đặc tính phóng điện thậm chí kể cả hệ các phương trình để giải những vấn đề về phân

bố mật độ ion và điện tử trong lớp coron

Những phương trình này thu được kết quả mới chỉ dưới dạng chung chưa đi đến được những tính toán thực tế và nó chỉ đặc trưng được định tĩnh của các quá trình trong lớp coron Trên cơ sở những nghiên cứu này không

thể nhận được những biểu thức đơn trị để xác định các đặc tính Vôn-Ampe, cường độ điện trường bắt đầu phóng điện coron

Giải những hệ phương trình để giải quyết vấn đề về phân bố mật độ ion

và điện tử ở điện cực coron Những phương trình này được giải dưới dạng tổng quát chưa đi đến những kết quả thực tiễn và chỉ đặc trưng về khía cạnh chất lượng của quá trình phóng điện

Bình thường các phân tử hỗn hợp khí trong môi trường nằm trong trạng thái cân bằng nhiệt động học, không gây nên các chuyển hoá hoá học Để quá trình phóng điện diễn ra một cách có hiệu quả trong quá trình xuyên thủng vỏ

ớt quả cần tạo các điều kiện thuận lợi để quá trình diễn ra nhanh chóng Quá trình này phụ thuộc vào hằng số tốc độ chuyển biến hoá học Kt, phụ thuộc nhiệt độ môi trường T và năng lượng hoạt hoá của phân tử Ea [52]

(-Ea/R.T) - đặc trưng số phần tử tham gia phản ứng

Để tăng tốc độ phản ứng hoá học cần tăng nhiệt độ môi trường hoặc giảm năng lượng hoạt động hoá phần tử Trong thực tiễn tăng nhiệt độ môi trường thường gắn liền với các biện pháp kỹ thuật phức tạp và tốn kém, ngoài

ra chỉ có thể tăng đến một giới hạn cho phép Mặt khác tốc độ phản ứng hoá học tỷ lệ thuận với năng lượng dự trữ và mức dao động của các phần tử tự do hoạt hoá phân tử khí thành phân tử không cân bằng (bị kích thích) trong điện trường cao thế không đồng nhất Phương pháp này có nhiều ưu việt và được

ứng dụng rông rãi Các điện tử tự do và các ion chuyển động hỗn loạn dưới tác dụng của lực culông F→ phụ thuộc vào cường độ điện trường E→

ρ 0 – là mật độ nguyên tử ôxy trong điện trường có không khí Đặc trưng của điện trường không đồng nhất có bước nhẩy đột biến là

sự phân bố không đồng đều trong khoảng không giữa hai điện cực như Hình 2.1 Trong vùng cường độ điện trường mạnh tạo vùng ion hoá (plazma), còn ở vùng ngoài các điện tích ion chuyển động dưới tác dụng của lực culon Ở vùng điện trường mạnh và trong thời gian bước nhẩy tự do điện tử nhận được năng lượng cỡ vài Electrovolt, liên tục dịch chuyển, va chạm với các phân tử không khí Các va chạm được gọi là đàn hồi nếu không làm thay đổi nội năng của các phân tử Và nếu làm thay đổi nội năng của chúng không đàn hồi Năng lượng va chạm không đàn hồi của điện tử được tính theo biểu thức

m m

Hình 2.1: Phân bố cường độ điện trường trong vùng phóng điện coron

Hình 2.2 Đồ thị phân bố cường độ điện trường trong vùng phóng điện coron

Trong đó:

Eq- Cường độ điện trường của mây ion;

E - Cường độ điện trường cộng tác;

1- Điện cực dạng răng cưa;

2- Điện cực phẳng (điện cực nối đất)

Trong vùng plazma xảy ra đồng thời các quá trình ion hoá, phân ly và kích thích phân tử, tạo ra các phân tử có thời gian tồn tại ngăn ngủi, dễ dàng tham gia các phản ứng hoá học Như vậy hoạt hoá các chuyển biến hoá học trong vùng ion hoá gắn liền với các va chạm không đàn hồi các phân tử không khí Sau các phản ứng hoá học tạo ra nhiều thành phần mới Các dạng va chạm chủ yếu giữa các điện tử với phân tử và nguyên tử bao gồm: [108]

1 Va đập không đàn hồi thiết lập trang thái điện tử kích thích

v1 ,v2 - Là hằng số lượng tử dao động của phân tử

1 Phân ly phân tử mạng điện tử

Một trong các phản ứng cơ bản trong vùng ion hoá phóng điện là phản ứng tạo trường coron Vai trò chủ yếu trong quá trình tạo trường coron là các