tính toán và thiết kế mô hình thực nghiệm sấy lạnh ứng dụng để sấy gỗ

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010

164

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH
ỨNG DỤNG ĐỂ SẤY GỖ
CALCULATING AND DESIGNING EXPERIMENTAL MODEL
FOR COLD DRYING APPLYING FOR WOOD DRYING

SVTH: Trần Quốc Dũng, Nguyễn Văn Minh
Lớp:05N1-Khoa CNNĐL, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: TS. Trần Văn Vang
Khoa Công nghệ Nhiệt-Điện lạnh, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT
Bài báo mô tả chi tiết cấu tạo máy sấy bơm nhiệt, các quy trình sấy, các bài thí nghiệm và
trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với loại gỗ được chọn để thí nghiệm. Từ các kết quả sấy
thực nghiệm, chúng tôi phân tích và đánh giá chất lượng gỗ sấy đồng thời chọn chế độ sấy với thời
gian sấy ngắn mà chất lượng gỗ không ảnh hưởng gì nhiều.
ABSTRACT
The article describes structured heat pump dryer, drying process, all experiments and
presented result of experimental studies for wood selected for the experiment. From the experimental
results of drying, we analyze and evaluate the quality wood drying simultaneously select drying mode
for a short time but does not affect much quality wood
1. Mở đầu
Gỗ là loại vật liệu bền nhẹ,được sử dụng nhiều trong sinh hoạt đời sống, cũng
như công nghiệp.Tuy nhiên việc chế biến gỗ bằng phương pháp thông thường còn tốn nhiều
thời gian và chất lượng gỗ kém.Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng sấy gỗ bằng phương pháp
sấy lạnh là điều cần thiết. Bởi theo lý thuyết thì sấy lạnh cho phép sấy vật liệu nhanh mà lại
đảm bảo chất lượng vật sấy tốt nhất.
2. Nội dung

2.1. Thiết bị sấy thực nghiệm
2.1.1. Cấu tạo
- Buồng sấy: Buồng sấy thực nghiệm có kích thước 1160Lx830Wx940H (mm). Bên
trong có xếp gỗ, 1 quạt tuần hoàn cưỡng bức công suất 160 W
- Bơm nhiệt: Máy nén 12000 BTU/h; 2 dàn lạnh diện tích 2x 0,19 m
2
, 3 dàn nóng diện
tích 3 x 0,25 m
2
, bình chứa cao áp; 2 ống mao, điện trở công suất 0,7 kW, quạt hút (hướng
trục) 130kW
Hệ thống còn lắp các thiết bị tự đông điều khiển như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, các van
điện từ … để điều khiển tự động duy trì nhiệt độ và độ ẩm
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010

165


Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt đã thực hiện

2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Không khí được quạt hút, hút vào dàn lạnh và được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ đọng
sương nên ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra khỏi không khí.Dung ẩm của không khí giảm xuống
nhưng do nhiệt độ cũng giảm nên độ ẩm tương đối của không khí sau dàn lạnh cao.Không khí
tiếp tục được quạt hút về dàn nóng và được gia nhiệt đẳng dung ẩm nên độ ẩm của không khí
giảm mạnh.Sau đó không khí được đưa về buồng sấy, hấp thụ ẩm của gỗ. Độ ẩm tương đối
của không khí tăng và không khí được hút về dàn lạnh. Chu trình cứ thế tiếp tục.

3
470
150
4
15
126
7
5
8
14
9
1
10 11
3
2
13
1155
440
250
Hình 1. Sơ đồ cấu tạo máy sấy bơm nhiệt
1-Bọc cách nhiệt; 2-Khung sắt; 3-Quạt hướng trục; 4-Máy nén; 5-Dàn lạnh; 6-Máng hứng nước;
7-Dàn nóng ngoài; 8-Dàn nóng trong; 9-Điện trở; 10-Tấm hướng dòng; 11-Buồng sấy; 12-Kính

xem ga; 13-Ống mao;14-Lọc bụi;15-Bình chứa cao áp

Hình 2: Mô hình máy sấy bơm nhiệt

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010

166

2.2. Quy trình thực nghiệm sấy gỗ
Gỗ được lựa chọn để sấy thí nghiệm là gỗ thông
2.2.1. Chuẩn bị gỗ sấy
Gỗ sấy có kích thước 710Lx100Wx25H (mm). Các thanh kê có kich thước 25x25x600
(mm).Gỗ được xêp đống đầy trong buồng sấy.
2.2.2. Chọn chế độ sấy thực nghiệm
Ta tiến hành 2 phương pháp sấy:
- Giữ nguyên chế độ sấy gỗ ( nhiệt độ, độ ẩm) cho đến khi gỗ đạt độ ẩm yêu cầu.Ta
tiến hành 2 bài thí nghiệm ở nhiệt độ 20 và 25
o
C , độ ẩm thấp nhất có thể.
- Thay đổi chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm) tùy thuộc từng giai đoạn bốc ẩm của gỗ
2.2.3. Phương pháp lấy số liệu
a. Xác định độ ẩm gỗ
- Đo độ ẩm gỗ:Chọn một số thanh ngẫu nhiên đo độ ẩm, sau đó lấy giá trị trung bình
là độ ẩm ban đầu của gỗ đưa vào sấy. Các thanh gỗ có độ ẩm quá cao hoặc quá thấp sẽ loại ra.
- Bố trí các mẫu gỗ phải thông qua việc lựa chọn tiêu chuẩn để mẫu gỗ đại diện thích
hợp nhất cho toan bộ đống gỗ.Mặt khác cách sắp xếp phải sao cho dễ lấy ra và xếp vào vị trí
trong việc kiểm tra định kỳ suốt quy trình sấy gỗ
- Đo độ ẩm của gỗ nhờ thiết bị đo độ ẩm gỗ cầm tay
- Trong quá trình sấy, cứ 6 tiếng lấy mẫu ra đo lại độ ẩm gỗ 1 lần
b. Xác định trạng thái không khí trong phòng

- Dùng sensor cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trong phòng
- Thiết bị đo tốc độ gió trong phòng
c. Xác định chất lượng gỗ sấy
- Độ cong vênh, nứt nẻ dẫn đến không sử dụng vào các mặt hàng cùng loại đã định ra
ban đầu.
- Sự đồng đều về độ ẩm trong đống gỗ và trong từng thanh gỗ sấy
- Độ chai cứng, nhăn nhúm bề mặt gỗ gây khó khăn và hao hụt gỗ trong quá trình chế
biến hàng mộc
- Ít co giãn và biến dạng trong quá trình sản xuất cũng như sử dung sản phẩm sau này.
2.3. Kết quả thực nghiệm
Sau khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi đã tổng hợp kết quả nghiên cứu thí nghiệm
theo các đồ thị quan hệ dưới đây.
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
167

2.3.1. Giữ nguyên chế độ sấy
Chúng ta tiến hành sấy gỗ thông ở 2 chế độ nhiệt độ, độ ẩm từ đó xác định độ ẩm
của gỗ theo thời gian. Kết quả được biểu diễn trên hình 3

Hình 3. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông
Kết quả
- Thời gian sấy nhanh (3-4 ngày) hơn khi sấy bằng phương pháp sấy nóng (7-10
ngày). Vì khi sấy bằng bơm nhiệt không có giai đoạn phun ẩm bổ sung đồng thời gradient
nhiệt độ và độ ẩm có xu hướng cùng chiều nhau nên sẽ thúc đảy quá trình tách nước ra
khỏi gỗ.
- Trên bề mặt gỗ bị nứt nẻ nhiều vì khi độ ẩm gỗ đạt đến trạng thái bão hòa thớ gỗ
w
bhtg
(25%< w
bhtg

<30%) ta vẫn giữ nguyên chế độ sấy với thế sấy lớn mà trong giai đoạn
này gỗ thường hay bị cong vênh, biến dạng.
Nhận xét
Từ kết quả nghiên cứu trên ta rút ra được chế độ sấy gỗ phải phải thay đổi qua 3
giai đoạn:
Giai đoạn thoát ẩm tự do (w> 30%): là giai đoạn ẩm thoát ra nhiều nên thế sấy lớn
Giai đoạn gỗ có độ ẩm nằm trong khoang độ ẩm bão hòa thớ gỗ(w
bhtg
=25-30%):
Giai đoạn này gỗ thường cong vênh, biến dạng nên thế sấy phải nhỏ
Giai đoạn thoát ẩm liên kết: (w<20%) cần tăng thế sấy để rút ngắn thời gian sấy.
2.3.2. Thay đổi chế độ sấy
Ta tiến hành chế độ sấy:
Giai đoạn đầu, ta tiến hành chế độ sấy ở nhiệt độ 25
o
C cho đến khi độ ẩm của gỗ
còn 30%
Giai đoạn tiếp theo, ta tiến hành chế độ sấy dịu ở nhiệt độ 18
o
C cho đến khi độ ẩm
của gỗ còn 20%
Giai đoạn cuối, ta tiến hành chế độ sấy ở nhiệt độ 25
o
C cho đến khi gỗ khô kiệt
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
168

Kết quả thí nghiệm được biễu diễn trên đồ thị hình 4

Hình 4. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông

Kết quả
- Chất lượng gỗ tốt hơn hẳn, tỷ lệ gỗ bị nứt nẻ ít hơn nhiều so với sấy một chế độ,
các thanh nứt nẻ chủ yếu là do độ ẩm của gỗ ban đầu đưa vào sấy không đồng đều.
- Thời gian sấy tăng lên do phải duy trì chế độ sấy dịu ở giai đoạn độ ẩm của gỗ
nằm trong khoảng 20-30%.
3. Kết luận
Từ thực nghiệm nghiên cứu, sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt
đã đạt được những hiệu quả nhất định: thời gian sấy được rút ngắn mà chất lượng gỗ không
bị thay đổi nhiều, chi phí năng lượng thấp…Vì vậy việc sử dụng bơm nhiệt để sấy gỗ cần
được tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện để tìm ra chế độ sấy tối ưu, nhằm đưa phương
pháp sấy này ứng dụng vào thực tế với quy mô công nghiệp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS Trần Văn Vang (2010), “Nghiên cứu thực nghiệm sấy gỗ”, Tạp chí KH & CN, Đại
học Đà Nẵng, số 2(37).2010, tr. 100–110.
[2] GS-TSKH Trần Văn Phú, “Tính toán thiết kế hệ thống sấy”, NXB Giáo dục 2002.
[3] PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng (2009), “Nghiên cứu ảnh hưởng của cách bố trí dàn lạnh
và tốc độ gió đến khả năng tách ẩm từ dàn lạnh của may sấy kiểu bơm nhiệt”, Tạp chí
KH & CN, Đại học Đà Nẵng, số 5(34).2009, tr. 37– 43.