Tải bản đầy đủ (.pdf) (7 trang)

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẤY THÓC BẰNG THIẾT BỊ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KIỂU ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN" docx

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (205.47 KB, 7 trang )



27

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 55, 2009


NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẤY THÓC BẰNG THIẾT BỊ SẤY NĂNG LƯỢNG
M
ẶT TRỜI KIỂU ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN
Minh C ng, Phan Hòa
Tr
ng i h c Nông Lâm, i h c Hu
TÓM TẮT
Thi t b s y n ng l ng m t tr i ki u i l u t nhiên dùng s y thóc có k t c u n
gi
n, d s d ng và giá thành th p, phù h p v i quy mô h nông dân, có th s d ng v t li u có
s
n a ph ng ch t o. Khi s d ng thi t b này, th i gian s y rút ng n nhi u so v i ph i
n
ng t nhiên khi trong cùng m t i u ki n nh nhau, m b o s l ng và ch t l ng c a thóc
s
y, không b các côn trùng và chim chu t thâm nh p phá ho i, phòng ng a c m a m.
Thi
t b này c ng có th c s d ng s y m t s s n ph m nông nghi p khác.

1. Đặt vấn đề
Trong khâu phơi sấy thóc, nông dân thường sử dụng dạng hong phơi tự nhiên
tr
ực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Đó là phương pháp đơn giản với chi phí thấp nhất,
nh


ưng có nhiều hạn chế như: thóc khô không đều, có thể nhiễm bẩn do đất cát hoặc bị
các lo
ại chim, chuột phá hoại và không chủ động bởi thời tiết thất thường.
Vi
ệc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời (NLMT) để gia nhiệt cho thiết bị
s
ấy thóc nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng bức xạ mặt trời, bảo đảm năng suất và chất
l
ượng quá trình sấy là một hướng đi phù hợp với điều kiện thực tế và là vấn đề cấp thiết
hi
ện nay. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu quá trình sấy thóc
b
ằng thiết bị sấy NLMT kiểu đối lưu tự nhiên, nhằm:
- Xác
định mẫu thiết bị sấy thóc sử dụng NLMT phù hợp với đặc điểm nông hộ
trên
địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Xác
định trạng thái của quá trình sấy hạt nông sản bằng thiết bị sấy sử dụng
NLMT ki
ểu đối lưu tự nhiên, làm cơ sở để thiết kế, chế tạo các thiết bị sấy NLMT.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Ph
ương pháp thu thập thông tin thông qua các tài liệu xuất bản và internet.
- Ph
ương pháp đo số liệu bằng các dụng cụ chuyên dùng.
- Ph
ương pháp xử lý số liệu bằng toán xác xuất thống kê nhờ phần mềm Excel,



28

Cropwat 4.0.
- Ph
ương pháp tính toán lý thuyết bằng toán giải tích.
- Ph
ương pháp thực nghiệm sấy lúa trên mô hình thí nghiệm.
3. Nội dung và kết quả nghiên cứu
3.1. L
ựa chọn nguyên lý làm việc của thiết bị
Thi
ết bị sấy bằng NLMT được thực hiện theo hai phương pháp: Thiết bị sấy trực
ti
ếp và thiết bị sấy gián tiếp.
Thi
ết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên. Thóc được trải thành một lớp
m
ỏng trong một phòng kín hấp thụ với phía trên được che phủ bằng một tấm trong suốt.
Thóc
được gia nhiệt và nóng lên, ẩm được bốc hơi và thoát ra ngoài. Phương pháp này
đơn giản, không sợ trời mưa và thóc không bị nhiễm bẩn. Nhưng nó có nhược điểm:
Quá trình s
ấy chậm, mất nhiều thời gian, chỉ sấy được lớp thóc mỏng nên năng suất thấp.
Thi
ết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng bức. Thóc được đặt tại các sàng sấy,
khí nóng
được lấy từ bộ thu nhiệt NLMT thổi xuyên qua các vĩ sấy và lớp thóc làm cho
thóc khô d
ần. Phương pháp này có ưu điểm: Do hiệu suất của bộ hấp thụ cao hơn nên
nhi

ệt độ sấy cao hơn, quá trình sấy đều hơn do không khí nóng đi từ dưới lên. Nhưng nó
có nh
ược điểm: diện tích chiếm chỗ của thiết bị lớn, quá trình sấy còn phụ thuộc vào
ngu
ồn năng lượng bên ngoài để chạy quạt, giá thành thiết bị cao hơn.
Xu
ất phất từ những ưu, nhược điểm của hai phương pháp trên, chúng tôi chọn
nguyên lý s
ấy hỗn hợp kiểu đối lưu tự nhiên
3.2. Tính toán lý thuyết mô hình thiết bị
T
ừ công thức tính hiệu suất của collector: η
C
=
v.ρ.C
P
.∆t
A
C
.E
n


Trong đó: v – Thể tích khí thổi qua collector trong một thời gian, m
3
/s
ρ – T
ỷ trọng của không khí, kg/m
3


C
P
– Nhiệt dung riêng của không khí, KJ/kg
o
K
∆t – Nhi
ệt độ nóng lên của không khí sau khi đi qua Collector,
o
C
E
n
– Cường độ của bức xạ mặt trời, W/m
2

A
C
– Diện tích của collector , A
C
=
v.ρ.C
P
.∆t
η
C
.E
n
, m
2

* L

ượng ẩm cần tách khỏi hạt tính theo công thức: m
W
=
m (W
1
– W
2
)
(100 – W
2
)
, kg ẩm
Trong đó: m – Khối lượng thóc tươi cần sấy, m = 200 kg


29

W
1
– Độ ẩm của thóc tươi, W
1
= 27%
W
2
– Độ ẩm của thóc khô thành phẩm, W
2
=13%
=> m
W
=

200 x (27 – 13)
(100 – 13)
= 32,18 (kg)
* L
ượng ẩm cần tách trong 1 giờ:
g = m
W
/t ,
kg/h

Trong đó: t – Thời gian sấy: t =
(W
2
- W
1
)

ω
(h);
Với ω – Tốc độ sấy (%/h), đối với sấy đối lưu tự nhiên, chọn ω = 0,9%/h
t =
(27 - 13)
0.9
= 15,6 (h) ; Ta chọn thời gian sấy: t = 16 h.
=>
g = m
W
/t
= 32,18 / 16 = 2,01 (kg ẩm /h)
* Tính toán cân b

ằng nhiệt - ẩm quá trình sấy:
+ Tr
ạng thái không khí trước collector:
V
ới t
1
= 30
0
C; ϕ
1
= 80%; tra phụ lục [3] có p
s1
= 0,04142 bar
Độ chứa ẩm của không khí tự nhiên:
d
1
= 0,622.
ϕ
1
P
s1
P- ϕ
1
P
s1
= 0,622 .
0.8x0.04241
1-0.8x0.04241
= 0,022 (kg/kgKK)
Entanpi c

ủa không khí tự nhiên là :
I
1
= C
pk
. t
1
+d
1
(r+C
ph
.t
1
), kJ/kgKK
Trong
đó: C
pk
≈ 1kJ/kgKK – Nhiệt dung riêng của không khí khô;
C
ph
≈ 1,93kJ/kgKK – Nhiệt dung riêng của hơi nước;
r ≈ 2500 kJ/kg – Nhi
ệt ẩn hóa hơi của nước.
=> I
1
= 1. 30 + 0,022 (2500 +1,93. 30) = 86,3 (kJ/kgKK)
+ Tr
ạng thái không khí cuối collector:
Ch
ọn t

2
= 70
0
C; tra phụ lục [3] có p
s2
= 0,3117 bar
Xem h
ệ thống là kín, có d
1
= d
2
nên I
2
= C
pk.
t
2
+d
2
(r+ C
ph
.t
2
)
I
2
= 1.70 +0,022 (2500 +1,93. 70) = 127,97 (kJ/kgKK)
Tính ϕ
2
=

d
2
P
(0,622+d
2
)P
s2
.100% =
0.022x1
(0.622+0.022)x0.3117
.100% = 11 (%)
+ Trạng thái không khí cuối quá trình sấy:
Tr
ạng thái này xác định bởi I
3
= I
2
, chọn t
3
= 38
0
C, => P
s3
= 0,06674 bar


30

=> d
3

=
I
3
- t
3
2500+1.93t
3
=
127.97- 38
2500+1.93x38
= 0,035 (kg/kgKK)
ϕ
3
=
d
3
P
(0.622+d
3
)P
s3
100% =
0.035x1
(0.622+0.035)x0.06674
. 100% = 80%
+ Tiêu hao không khí lý thuyết:
l
0
=
1

d
3
-d
1
=
1
0.035-0.022
= 76 (kgKK/kg ẩm)
Nếu xem hệ thống là kín thì lượng không khí khô cần thiết để sấy 200 kg thóc từ
độ ẩm 27% đến độ ẩm 13% là:
m
L
= m
W
. l
0
= 32,18 . 76 = 2445,7 (kgKK)
Tra ph
ụ lục [3], ta tính được tổng thể tích không khí ẩm qua collector là:
V = m
L
.v
0
= 2445,7 . 0,951 = 2325,9 (m
3
)
=> Th
ể tích không khí đi qua collector trong một giây là:
v = 2325,9/ 16. 3600 = 0,0404 (m
3

/s)
T
ỷ trọng của không khí được tính như sau:
ρ =
99333
(287+462xd
1
)x(273+t
1
)
=
99333
(287+462x0,022)x(273+30)
= 1,224 (kg/m
3
)
* Với các số liệu tính được, ta có: v = 0,0404 m
3
/s; ρ = 1,224 kg/m
3
; C
P
= 1,005
KJ/kgKK;

∆t (kk)= 40
o
C; E
n
, = 900 W/m

2
; chọn η
C
= 0,30. Vậy diện tích của
collector:
A
C
=
v.ρ.C
P
.∆t
η
C
.E
n
=
0.0404x1.224x1.005x1000x40
0.30x900
= 7,36 (m
2
)
Do ch
ọn mô hình thí nghiệm theo nguyên lý sấy hỗn hợp đối lưu tự nhiên, nên lấy
di
ện tích của Collector 1 (sấy gián tiếp): S
1
= 3,4m
2
; diện tích của Collector 2 (buồng sấy
tr

ực tiếp): S
2
= 4m
2
* Diện tích sàn sấy: S = m/ γ. a , m
2

Trong
đó: γ – Tỷ trọng của thóc, γ = 530 kg/m
3
;
a – B
ề dày lớp thóc sấy, chọn a = 0,08 m.
=> S = 200/530 . 0,08 = 3,8 (m
2
). Ta chọn diện tích sàn sấy là 4 m
2
.
3.3 Chế tạo mô hình thiết bị sấy thóc sử dụng NLMT, năng suất 200 kg/mẻ

Hình ảnh mô hình thiết bị sấy để khảo nghiệm được thể hiện ở hình 1:


31


Hình 1. Hình
nh c a mô hình kh o nghi m s y thóc 200 kg/m .
1. Tôn m k m s n en; 2. T m kính trong su t; 3. G t p dày 3 mm;
4. T

m ph trong su t; 5. Khung s t V.
3.4. Khảo nghiệm
Sau khi ch
ế tạo mô hình, chúng tôi đã tiến hành khảo nghiệm với sản phẩm sấy
là thóc t
ươi (giống XL). Bề dày lớp thóc sấy là 10 cm; diện tích sấy là 4 m
2
; độ ẩm
không khí t
ự nhiên 80%; nhiệt độ cao nhất trong ngày là 37
0
C, trời nắng không mưa.

Hình 2. ng cong gi m m c a các l p h t.
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
8h00
9h00
10h00
11h00
12h00
13h00

14h00
15h00
16h00
8h00
9h00
10h00
11h00
12h00
13h00
14h00
15h00
16h00
T, h
W,%
L p trên
L p gi a
L p d i
T Bình
Ngày s y th hai
Ngày s y th nh t


32

Qua 02 ngày sấy tại sân của khoa Cơ khí - Công nghệ, trường Đại học Nông
Lâm Hu
ế, kết quả khảo nghiệm được thể hiện ở các đồ thị sau:
-
Đường cong giảm ẩm của các lớp sấy theo thời gian của các lớp sấy (hình 2)
K

ết quả khảo nghiệm cho thấy, quá trình giảm ẩm của các lớp hạt cũng tuân theo
quy lu
ật. Đây là phương pháp sấy có ủ (thời gian ủ khoảng 16 giờ) nhằm tạo cho độ ẩm
ở bên trong khối hạt được thoát ra ngoài. Sau ngày sấy thứ nhất, có sự sai khác về độ
ẩm của các lớp hạt. Kết thúc quá trình sấy, độ ẩm giữa các lớp hạt chênh lệch không
đáng kể.
30
32
34
36
38
40
42
44
46
8h00
9h00
10h00
11h00
12h00
13h00
14h00
15h00
16h00
8h00
9h00
10h00
11h00
12h00
13h00

14h00
15h00
16h00
t,oC
T, h
L p trên
L p gi a
L p d i

Hình 3. th bi u th bi n thiên nhi t c a các l p h t theo th i gian.
Qua các đồ thị ở hình 3 ta thấy, quy luật biến thiên nhiệt độ của các lớp hạt trong
quá trình s
ấy sử dụng NLMT có sai khác so với quy luật biến thiên nhiệt độ các lớp hạt
trong s
ử dụng các loại phương pháp sấy khác. Khi khảo nghiệm với máy sấy sử dụng
NLMT ki
ểu đối lưu tự nhiên ta thấy: Giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ khối hạt tăng nhanh;
giai
đoạn tốc độ sấy không đổi, nhiệt độ sấy tăng chậm và có quan hệ phi tuyến với thời
gian do c
ường độ bức xạ mặt trời biến thiên theo thời gian trong ngày. Sự sai khác nhiệt
độ giữa các lớp trong ngày rất rõ rệt. Chênh lệch nhiệt độ của khối hạt so với không khí
t
ự nhiên tối đa đến 10
0
C.

Qua quá trình khảo nghiệm trên mô hình thiết bị sấy thóc sử dụng NLMT, ta
th
ấy: Với hệ thống sấy hỗn hợp đối lưu tự nhiên có thể sấy được các loại hạt nông sản

c
ần nhiệt độ thấp, thời gian sấy dài (sấy có ủ). Hệ thống có thể nâng nhiệt độ khối hạt
lên
đến 45 - 54
0
C. Quá trình sấy có thể không cần đảo trộn với độ dày nhất định, do vậy,
gi
ảm được nhân công.
S
ử dụng thiết bị cũng đã tăng nhanh tốc độ sấy (16 giờ) so với phơi tự nhiên
(trên 24 gi
ờ) với cùng một diện tích chiếm chỗ, giảm tổn thất trong phơi sấy (không bị
sâu b
ọ, chim chuột phá hoại hay bụi bẩn), tránh được mưa, khống chế được nhiệt độ nên
gi
ảm được tỷ lệ rạn nứt ngầm của hạt, chất lượng sấy đồng đều hơn nên tăng được chất
l
ượng sản phẩm.
Ngày s y th nh t Ngày s y th hai


33

Nhược điểm của thiết bị: Trong quá trình sấy, nhiệt độ sấy biến thiên theo thời
gian trong ngày và quá trình s
ử dụng phụ thuộc nhiều vào thời tiết.
4. Kết luận
Sau khi tính toán,
đã lựa chọn được nguyên lý và chế tạo thiết bị sấy thóc hỗn
h

ợp kiểu đối lưu tự nhiên với năng suất 200 kg/mẻ. Kết quả khảo nghiệm, cho thấy thiết
b
ị sấy NLMT có thể giảm được nhân công phục vụ, giảm được tổn thất trong quá trình
s
ấy so với phơi nắng tự nhiên, đặc biệt là tăng được tốc độ sấy (gấp 1,5 đến 2 lần so với
s
ấy tự nhiên với bề dày lớp sấy như nhau). Kết cấu thiết bị sấy đơn giản, dễ chế tạo, vật
li
ệu sẵn có ở địa phương. Có thể vận dụng thiết bị này để sấy các loại hạt nông sản khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cao V n Hùng, Nguy n H u D ng, “S y và b o qu n thóc, ngô gi ng trong gia ình”,
Nhà xu
t b n Nông nghi p, Thành ph H Chí Minh, 2001.
2. Tr
n V n Phú, Tính toán và thi t k h th ng s y, Nhà xu t b n Giáo d c, 2001.
3. Tr
n V n Phú, Giáo trình k thu t nhi t, Nhà xu t b n Giáo d c, 2003.
4. Nguy
n Duy Thi n, K thu t s d ng N ng l ng m t tr i, Nhà xu t b n Xây d ng,
Hà N
i, 2001.
5. Nguy
n Công Vân, N ng l ng m t tr i – lý thuy t và ng d ng, Nhà xu t b n Khoa
h
c k thu t, Hà N i, 2002
6. Làm khô nông s
n b ng n ng l ng m t tr i, T ch c l ng th c và nông nghi p th
gi
i.
7. Taylor and Francis Group, Handbook Dryer, LLC, 2006.

8. Solar dryers - their role in post – harvest processing, Commonwealth science council.
RESEARCH ON PROCESS OF PADDY DRYING BY SOLAR ENERGY
EQUIPMENT WITH NATURAL CONVECTION TYPE
Do Minh Cuong, Phan Hoa
College of Agriculture and Forestry, Hue University
SUMMARY
The proposed drying equipment using solar energy was designed and constructed
simply with low accuracy and low cost. Material used to prepare this equipment is locally
available and this can be easily made by farmers. This equipment can shorten the drying time
by half comparing with natural sunlight drying under the same condition ensuring the quantity
and quality of the drying paddy so that humid air may be prevented. It also can be used for
drying some other agricultural products.

×