NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009


SVTH : Huỳnh Văn Thương ,Hồ Quang Vũ-Lớp 04N2 Trang 1
NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN
DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Sinh viên : Huỳnh Văn Thương
Hồ Quang Vũ
CBHD : PGS.TS Hoàng Dương Hùng
Khoa
:
CN Nhiệt - ðiện Lạnh


Tóm tắt:
Bài báo này trình bày nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thực tế bộ thu năng lượng mặt trời sử
dụng bộ thu phẳng ñể gia nhiệt cho không khí cung cấp cho hệ thống sấy cá . Dựa trên các số liệu thí
nghiệm, ta xây dựng nên các ñường ñặc tính t = f(τ), Q = f(τ) và mối quan hệ giữa t, Q, G và τ. Rồi từ
ñó ñưa ra các nhận xét và kết luận về hiệu quả làm việc của bộ thu năng lượng mặt loại bộ thu phẳng.
Abstract :
The article presents the process of doing expremental research on model of practical plane solar
colector to increase heat for atmospheric,to supply for system dry fish.Basing on the resuts of the
research, we can build propties lines t = f(τ), G = f(τ) and the relationship between t, Q, G and τ, Then
we can give some comments and make conclusions about the effectiveness of plane solar colector.
1. Mở ñầu
Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời ñại khoa học kỹ thuật phát triển ngày
càng tăng. Trong khi ñó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than ñá, dầu mỏ, khí thiên nhiên
ngày càng càng kiệt khiến cho nhân loại có nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và
khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng ñịa nhiệt, năng
lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát

triển năng lượng.
Nước ta là nước giàu về năng lượng mặt trời nhưng sự ứng dụng nguồn năng lượng này còn
rất hạn chế. Thiết bị năng lượng mặt Trời ở nước ta chỉ mới dừng lại ở phạm vi nghiên cứu
riêng lẻ, chưa ñược triển khai phổ biến vào thực tế, nhất là trong lĩnh vực cung cấp khí nóng
ñể sấy hải sản bằng Năng lượng Mặt trời. Do vậy, nghiên cứu ứng dụng nguồn năng lượng
Mặt trời vào việc sấy hải sản ñang là một vấn ñề cần thiết và cấp thiết.
Hệ thống sấy hải sản dùng Năng lượng Mặt trời là hệ thống cung cấp khí nóng vào hầm sấy
ñể sấy hải sản với chất lượng sản phẩm ra cao phù hợp cho xuất khẩu, tiết kiệm ñược nguồn
năng lượng ñáng kể hàng năm và quan trọng hơn nữa là hoàn toàn không gây ô nhiễm môi
trường – ñang là vấn ñề bức xúc hiện nay trên toàn cầu. ðây là thiết bị có thể ñược sử dụng
rất tiện lợi ở Việt Nam.
2. Tổng quan
+Tình hình sấy thuỷ sản ở nước ta hiện nay:
Việt Nam là nước có bờ biển dài và vùng ngư truờng ñánh cá rất rộng .sản lượng tôm cá hàng
năm rất lớn .Cũng như các nước kém phát triển, trong ñó một phần không nhỏ ñược chế biến
dạng làm khô, biện pháp chủ yếu vẫn là phơi nắng truyền thống, dùng là làm thức ăn gia súc
hay làm thực phẩm cho người; phương pháp này rất bị ñộng khi thời tiết bất lợi; sản phẩm
chất lượng thấp; và gây ô nhiễm môi trường.
Nhu cầu sấy cá khô làm thực phẩm là cấp thiết ở nước ta hiện nay . Cá ñánh bắt ñược tiêu thụ
trong nước không hết, cần làm khô ñể bán cho các nước khác trên thế giới.
Vì vậy cần phải chế tạo ra các hệ thống sấy phù hợp với ñiều kiện của nước ta nhưng vẫn
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009


SVTH : Huỳnh Văn Thương ,Hồ Quang Vũ-Lớp 04N2 Trang 2
phải ñạt tiêu chuẩn vệ sinh, giá thành thấp nhằm giảm chi phí trong việc sấy cá, giảm giá
thành cá sấy.
+Tổng quan về thiết bị sấy thuỷ sản bằng năng lượng mặt trời ở nước ta
Hơn 20 năm trở lại ñây, nước ta ñã sử dụng nhiều loại thiết bị thu hứng ánh sáng mặt trời ñể
phục vụ cho quá trình sản xuất như thiết bị sấy, thiết bị ñun nước nóng, thiết bị chưng cất

nước và dàn pin mặt trời... Thiết bị sấy dùng ñể làm khô các loại nông sản, hải sản hoặc dược
liệu,nhưng thiết bị sấy cá dùng năng lượng mặt trời thì nước ta chưa có .
Trong ñiều kiện các nguồn nhiên liệu hoá thạch ñang cạn kiệt ,thì việc ứng dụng năng lượng
mặt trời ñể sấy cá sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn.
3. Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm :
Nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy cá bằng năng lượng mặt trời ñể xuất khẩu theo phương pháp
lý thuyết kết hợp với thực tiễn .
ðầu tiên dựa vào sản lượng cá cần sấy ta tiến hành tính nhiệt cần thiết cho thiết bị sấy
Sau ñó ñề xuất dạng mô hình thiết bị rồi tính toán lý thuyết ,dựa trên lý thuyết tìm các thông
số tối ưu của thiết bị ñể hoàn chỉnh mô hình .Chế tạo mô hình thiết bị thí nghiệm, thí nghiệm,
ño ñạc thu thập số liệu và ñối chiếu với lý thuyết ñể hoàn chỉnh mô hình thí nghiệm .Chế tạo
thiết bị thực tế,sử dụng thiết bị trong ñiều kiện thực tế và hiệu chỉnh lần cuối trước khi chế tạo
hàng loạt ñể triển khai ứng dụng .
3.1 Nghiên cứu lý thuyết:
3.1.1 Tính nhiệt hầm sấy :

Tên thông số Kí hiệu Giá trị ðơn vị
Sản lượng cá khô G
2
200 Kg/mẻ
Sản lượng cá tươi G
1
324 Kg/mẻ
ðộ ẩm ban ñầu của sản phẩm sấy φ
1
58 %
ðộ ẩm sau của sản phẩm sấy φ
2
32 %
Nhiệt ñộ sấy ban ñầu t

1
50
0
C
Nhiệt ñộ sau khi sấy t
2
38
0
C

Nhiệt ñộ môi trường t
0
27
0
C

ðộ ẩm môi trường φ
0
82 %
Nhiệt lượng yêu cầu của tác nhân sấy Q
yc
18832,2
W
Lưu lượng yêu cầu của tác nhân sấy L
yc
0,783 Kg/s
Bảng 1 .Tính nhiệt hầm sấy

3.1.2 Tính nhiệt bộ thu năng lượng mặt trời:
+ Thông số cơ bản của bộ thu

Tên thông số Kí hiệu Giá trị ðơn vị
Dài L
K
1,2 m
Rộng R
K
0,7 m
Bề dày δ
K
0,005 m
Hệ số dẫn nhiệt λ
K
0,8 W/m
0
K
Thông số của
kính
ðộ trong của kính D
K
0,95
Chiều dài L
ht
1 m Diện tích hấp
thụ
Chiều rộng R
ht
0,65 m
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009

SVTH : Huỳnh Văn Thương ,Hồ Quang Vũ-Lớp 04N2 Trang 3
ðộ ñen ε 0,95
Diện tích cánh hấp thụ F
c
0,135 m
2

Chiều dày δ
v
0,001 m Vật liệu vỏ hộp
Nhiệt dung riêng C
v
460 J/KgK
Chiều dày δ
c
0,05 m Lớp cách nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt λ
c
0,055 W/m
0
K
Chiều dày trung bình δ
k
0,165 m
Hệ số dẫn nhiệt λ
k
0,027 W/m
0
K
Nhiệt dung riêng C

k
1,002 J/KgK
Thông số của
lớp không khí
Khối lượng riêng
ρ
k

1,06 Kg/m
3

Nhiệt ñộ môi trường t
o
27
0
C Thông số bên
ngoài
Cường ñộ bức xạ trung bình E
n
940 W/m
2

Bảng 2
.
Thông số cơ bản của bộ thu


Hình 1. Mô hình tổng thể bộ thu
+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng
1.Cấu tạo

Hình 2 . Cấu tạo của bộ thu
2.
Nguyên lý hoạt ñộng

Không khí lạnh từ môi trường bên ngoài ñược quạt hút hút vào bộ thu qua ñường kênh dẫn
nằm dưới .Không khí lạnh này tiếp tục chuyển ñộng lên phía trên qua bề mặt hấp thụ nhiệt
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009


SVTH : Huỳnh Văn Thương ,Hồ Quang Vũ-Lớp 04N2 Trang 4
.Tại ñây không khí sẽ ñược năng lượng mặt trời gia nhiệt thành không khí nóng có nhiệt ñộ
khoảng (50-60)
0
C.Không khí nóng này tiếp tục ñược quạt hút hút qua ñường kênh dẫn ñến
hầm sấy .Mặt hấp thụ là bề mặt phẳng có tạo cánh nhằm tăng diện tích hấp thụ nhiệt .Nguyên
lý hấp thụ nhiệt của bề mặt hấp thụ dựa trên hiệu ứng lồng kính .
+Tính toán các thông số của bộ thu :
-Lập phương trình cân bằng nhiệt cho panel:
Phưong trình biểu diễn sự phân bố nhiệt ñộ theo thời gian của bộ thu:
Equation 1


)]
2
(2(
)4(
1[
2

)(
22
ω
ωτ
ω
τ
b
arctgSin
b
b
b
a
T +
+
−=
ðiều kiện
τ
h2≥


- Tính các thông số trung gian :
STT Tên thông số Công thức tính Giá trị ðơn vị
1 Hệ số toả nhiệt ra không
khí α
Chọn theo trao ñổi nhiệt ñối
lưu tự nhiên
23,3 W/m
2
K
2 Hệ số toả nhiệt ra không

khí hướng lên trên

12
3,1
αα
=

30,16 W/m
2
K
3 Hệ số truyền nhiệt qua lớp
cách nhiệt
)
1
2
1
(
21
1
αλ
δ
λ
δ
α
+++=
c
c
t
t
K

1,99 W/m
2
K
4 Hệ số truyền nhiệt lên trên
)
11
(
21
2
αλ
δ
α
++=
K
K
K

7,43 W/m
2
K
5 Khối lượng vỏ hộp
tttv
Fm
∑=
δρ

31,3 Kg
6 Khối lượng không khí tĩnh
trong hộp thu

kkk
Vm
ρ
=

0,2 kg
7 Nhiệt dung riêng của cả bộ
thu
kkvv
CmCmC
+=

15843 j/K
8 Dòng nhiệt dung qua hộp
ip
FGCW
i
K∑+=

38,7 W/K
9 Công suất hấp thụ max
ht
F
n
DEP
ε
=

2040,3 W
10 Tốc ñộ gia nhiệt cực dại

C
P
a =

0,1288 K/s
11 Tần số dao ñộng riêng
C
W
b =

0,00244 s
-1

12 Tốc ñộ góc
n
τ
ω
∏
=
2

7,27.10
-5
Rad.s
-1
Bảng 3 . Tính các thông số trung gian
KỶ YẾU HỘI NGHỊ “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2009


SVTH : Huỳnh Văn Thương ,Hồ Quang Vũ-Lớp 04N2 Trang 5

-
Tính các thông số ñặc trưng cho panel:

STT Tên thông số Công thức tính Giá trị
ðơn
vị
1 ðộ gia nhiệt max
)
)4(
1(
2
22
ω
+
+=
b
b
b
a
T
m

52,7
0
C
2 Nhiệt ñộ max
0
tTt
mm

+=

79,7
0
C
3 Thời ñiểm ñạt Tm
))
2
(
4
1
8
3
(
ω
ττ
b
arctg
nm
∏
−=

6,71 h
5 ðộ gia nhiệt trung bình
b
a
T
n
2
=

26.5
0
C
6
Công suất nhiệt trung
bình
npn
TGCQ =

794,7 W
7
Sản lượng nhiệt trên
một ngày nắng
2
n
n
QQ
τ
=

34,3 MJ
8 Hiệu suất của bộ thu
ht
F4
n
P
t
n
bE

aGC
Q
Q
∏
==
η

54 %
Bảng 4.Thông số dặc trưng của bộ thu
3.2 Nghiên cứu thực nghiệm.
- Xây dựng mô hình.
- Tiến hành thí nghiệm thực tế trên mô hình.
3.
2.1 Xây dựng ñường ñặc tính G = f(τ) với t = const.

Quá trình thí nghiệm:
Ở ñây chúng tôi tiến hành thí nghiệm ñể xác ñịnh lượng không khí nóng thu ñược tại một
nhiệt ñộ nhất ñịnh (t = const) trong ngày.
- ðầu tiên ta không cho quạt hút chạy,gia nhiệt cho không khí trong bộ thu lên ñến nhiệt ñộ
cần thiết (55
0
C) .Sau ñó cho quạt chạy ñiều chỉnh nhiệt ñộ không khí nóng ra ở nhiệt ñộ
không ñổi là (55
0
C) ,khi ñó ta sẽ thu ñược lượng không khí nóng với nhiệt ñộ không ñổi .
- Sau ñó tiến hành thí nghiệm:
Thời ñiểm bắt ñầu thí nghiệm là 7h sáng.
Thời ñiểm kết thúc là lúc nhiệt ñộ không khí nóng giảm xuống quá giá trị cần thiết ban ñầu .
Ở ñây chúng tôi tiến hành khảo sát t = 55
0

C.
Số liệu sau khi thí nghiệm ñược ghi lại thành bảng.

3.2.2 Xây dựng ñường ñặc tính t = f(τ) với G = const
+Quá trình thí nghiệm
Ở ñây chúng tôi tiến hành thí nghiệm ñể kiểm tra nhiệt ñộ không khí ñạt cao nhất ở một
lượng không khí vào nhất ñịnh (G = const) trong ngày.
Trước tiên cho quạt chạy với lưu lượng cần thiết ñể tốc ñộ không khí vào bộ thu là G = const.
Sau ñó ta tiến hành thí nghiệm ño nhiệt ñộ của không khí ñạt giá trị cực ñại là bao nhiêu và
vào thời ñiểm nào trong ngày.
Ở ñây chúng ta tiến hành khảo sát ở chế ñộ lưu lượng không khívào G = 0.03
kg/s
Số liệu sau khi thí nghiệm ñược ghi lại thành bảng.