Thiết kế thiết bị sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời

Vò viÖt anh - cknnk49
khoa c¬ - ®iÖn
BÀI TẬP
Môn học: SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
I. ĐỀ BÀI
Một thiết bị sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời có:
- Năng suất sấy là N
s
(kg/mẻ).
- Độ ẩm của vât liệu trước khi sấy là φ
o
và sau khi sấy là φ
2.
- Nhiệt độ sấy lớn nhất cho phép là t
max
.
- Thời gian sấy τ
s
.
- Collector có chiều cao H
c
, bề rộng B
c
và chiều dài L
c
.
Xác định diện tích cần thiết của collector.
Bảng số liệu cho sẵn và số liệu điều tra:
Số liệu Nhóm I
vật liệu sấy ngô
N

s
(kg/mẻ). 1200
φ
o
(%) 25
φ
2
(%) 13
τ
s
(ngày) 2
Τ
n
(giờ/ngày) 8
nơi đặt thiết bị Sơn La
φ
o
(không khí) 80
0
t
max
(
o
c)
80
0
II.QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN:
Trêng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi
Vò viÖt anh - cknnk49
khoa c¬ - ®iÖn

Nhận xét:
+ Diện tích collector được tính toán dựa vào:
- năng lượng cung cấp cho quá trình sấy
- nhiệt độ khi sấy.
+ Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy được xác định theo quan hệ giữa diện tích của tấm hấp
thụ với nhiệt lượng hữu ích do không khí mang ra khỏi collector.
1. Tính toán nhiệt cho quá trình sấy.
+ Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi 1kg nước từ vật sấy là:
Q = G
k
.q =
02
01
dd
II
−
−
(kJ/kg)
Tra đồ thị I-d của không khí ẩm ta có.
Với
%72
0
=
ϕ
, t
0
mt
= 25
0

⇒
d
0
= 13.10
-3
(kgẩm/kg.k
2
), I
0
= 58,4 (kJ/kg.k
2
).

d2
do=d1
1
t=
o
t
C
B
A
1
i

d
0
i
Qúa trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d
Khi tăng nhiệt độ sấy lên t

0
sấy
= 65
0
giá trị độ chứa ẩm d không đổi vậy với

%18
2
=
ϕ
, t
0
sấy
= 60
0
, d
1
= d
0
= 13.10
-3

⇒
I
1
= 100,46 (kJ/kg.k
2
), d
2
= 27.10

-3
(kgẩm/kg.k
2
) .
Vậy Q =
33
10.1310.27
4,5846,100
−−
−
−
=
004,0
06,42
= 10515 (kJ/kg).
Trêng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi
Vò viÖt anh - cknnk49
khoa c¬ - ®iÖn
G
k
: Lượng không khí khô cần thiết để làm bay hơi 1kg nước.
G
k
=
02
1
dd −
=
013,0017,0
1

−
= 25.(kg. k
2
/kg.ẩm)
q: Nhiệt lượng cần thiết để đốt lóng 1kg không khí khô.
q = I
1
– I
0
= 42,06.
Vậy lượng nước cần bốc hơi từ vật liệu sấy là.
W = G.
2
20
1
ϕ
ϕϕ
−
−
Với G = 100 kg.
%72
0
=
ϕ
,
%18
2
=
ϕ

⇒
W = 100.
18.01
18.072.0
−
−
= 65,8 kg.
- Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy. với thời gian sấy là
s
τ
= 16h.
Q
s
= W.Q.
3600.
10
3
s
τ
= 65,8.10515.
3600.16
10
3
= 12012 (w).
II/ Tính diện tích collector.

Tấm hấp thụ Tấm cách nhiệt
Hình 2: Sơ đồ biểu diễn quá trình truyền nhiệt trên collector phẳng.
Từ phương trình cân bằng năng lượng ta có.
G = Q

m-n
+ Q
m-ph
+Q
s
+ Q
u
.
G: Năng lượng đến.
Trêng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi
K
ch
T
mt
S
T
tb
T
r
bthtR −.
α
khtR −.
α
K
d
Vò viÖt anh - cknnk49
khoa c¬ - ®iÖn
G = E.F
c
E: Bức xạ toàn phần E = 5.076 kw/m

2
= 5076 w/m
2
.
F
c
: Diện tích collecter (m
2
)
- Q
m-ph
Hao tổn quang học.
Q
m-ph
= G.(1 – D.
ε
).
D: độ trong của tấm che: chọn tấm che là kính trắng thì. D = 0.95.
ε
: độ hấp thụ của tấm hấp thụ; chọn tấm hấp thụ là hợp kim nhôm thì.
ε
= 0.85.

⇒
Q
m-ph
= G.(1 – 0.95.0.85). = 0.1925.G.
- Q
m-n
Tổn thất nhiệt tổng cộng

Q
m-n
= F
c
.K
G
.(T
ht
– T
mt
). (a)
k
G
: hệ số trao đổi nhiệt toàn phần
T
ht
: nhiệt độ tấm hấp thụ (
0
k).
T
mt
: nhiệt độ môi trường (
0
k).
Vậy ta có:
G.D.
ε
= Q
m-n
+ Q

m-ph
+Q
s
+ Q
u
. (*)
Từ (a) và (*)
⇒
Q
u
= G.D.
ε
- F
c
.K
G
.(T
ht
– T
mt
).
Vậy F
c
=
).(E.D.
ht mthtG
u
TTK
Q
−−

ε

Với
- Q
u
: là nhiệt lượng hữu ích do không khí mang ra khỏi collector.
Q
u
= Q
v
= Q
s
Q
u
: dòng nhiệt sử dụng.
Q
v
: nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ không khí lên.
Q
s
: nhiệt lượng cần để cung cấp cho quá trình sấy.
Q
v
= L
o
.c
p
(T
v
– T

r
) (W)
c
p:
nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí. (kJ/kg.k
2
)
c
p
= 0.2378 + 0.00002221.25
0
= 0.23835.
T
v
: nhiệt độ khí vào.
T
v
= T
mt
= 273 + 25 = 298.
0
k.
T
r
: nhiệt độ khí ra.
T
r
= T
sấy
= 273 + 65 = 338.

0
k.
Trêng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi
Vò viÖt anh - cknnk49
khoa c¬ - ®iÖn
L
o
= G
k
.W
Với G
k
= 25, W = 65.8 kg.

⇒
L
o
= 25.65,8 = 1645 (kg/h).
Q
v
= Q
u
= Q
s
= 2402,4 (w).
- E : Bức xạ toàn phần.
E = 5,076 kw/m
2
/ngày
- D : Độ trong tấm che.

D = 0,95
-
ht
ε
: Độ hấp thụ của tấm hấp thụ

ht
ε
=
ε
= 0.85
T
mt
: nhiệt độ môi trường
T
mt
= T
v
= 303.
o
k
K
G
: hệ số hao tổn nhiệt toàn phần, hệ số trao đổi nhiệt toàn phần được xác định theo công thức.


K
G
=
khtRdbthtR

dbthtRchkhtRkhtRchdbthtR
K
KKKK
−−
−−−−
+++
++++++−
.2.21
21.2..21.
.).(
)).(.()..).((
ααααα
ααααααααα
1
α
: hệ số truyền nhiệt đối lưu đến dòng khí.
2
α
: hệ số truyền nhiệt đối lưu đến tấm che.

1
α
=
2
α
=
h
N
u
λ

.
N
u
: hệ số Nussel : xác định theo điều kiện chảy rối
N
u
= 0,0158.Re
0,8
Re : hệ số Reynol được xác định như sau.
Re =
ν
h
DV .
1
D
h
: bán kính thuỷ lực
D
h
chọn có giá trị bằng b
c

b
c
: là chiều rộng Collecter

b
c
= 2m
⇒

D
h
= 2m
h : là chiều dày collecter h = 2m
Vậy diện tích mặt cắt ngang collecter là :
Trêng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi