NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG THIẾT bị sấy DÙNG NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI (tt)

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY
DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hoàng Dương Hùng
Trường Đại học Quảng Bình
Tóm tắt. Năng lượng và vấn đề sử dụng năng lượng đang là mối quan tâm rất
lớn của mọi quốc gia. Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch và
được xem là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai. Do đó việc
nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sấy sử dụng NLMT và triển khai ứng
dụng chúng vào thực tế đang là vấn đề có tính thời sự. Hiện nay trong nước và
trên thế giới đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại thiết bị sấy NLMT. Tuy nhiên, do
đặc điểm của NLMT là chỉ được cung cấp khi có nắng nên quá trình cấp nhiệt cho
sản phẩm sấy không được ổn định và liên tục nên việc triển khai các thiết bị sấy
NLMT trong thực tế còn rất hạn chế. Bài báo này đưa ra kết quả nghiên cứu triển
khai thực nghiệm thiết bị sấy NLMT có sử dụng chất trữ nhiệt trong việc sấy một
số loại hải sản.
Từ khóa: Thiết bị sấy; năng lượng mặt trời; sấy hải sản; trữ nhiệt; quá trình
sấy
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay việc nghiên cứu ứng dụng các thiết bị cung cấp nhiệt bằng NLMT
phục vụ sản xuất công, nông nghiệp trên thế giới phát triển rất nhanh nhằm đảm
bảo cung cấp nguồn năng lượng sạch để bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, việc ứng
dụng NLMT trong thực tế còn rất khiêm tốn. Nguyên nhân chính là chưa thể
thương mại hóa các thiết bị và công nghệ sử dụng NLMT vì còn tồn tại một số hạn
chế lớn chưa được giải quyết như: giá thành thiết bị còn cao, hiệu suất thiết bị còn
thấp, phụ thuộc vào vị trí địa lý lắp đặt thiết bị, cần không gian đủ lớn để đặt thiết
bị… nhất là việc không đảm bảo độ tin cậy của các thiết bị sử dụng NLMT vì tính
không ổn định, không liên tục của nó [1].
Việt Nam là nước nông nghiệp, có nguồn lợi thủy, hải sản phong phú và đa
dạng. Vì vậy, quy trình sấy khô nhằm bảo quản chất lượng hải sản là rất quan

trọng. Từ trước tới nay, người dân Việt Nam đã và đang sử dụng NLMT để sấy
dưới dạng phơi nắng ngoài trời, phương pháp này có quá nhiều hạn chế như: phụ
thuộc vào thời tiết, mất vệ sinh, mất nhiều thời gian, có thể đến 2, 3 ngày nắng nên
sản phẩm khó đạt được chất lượng cao. Do vậy, cần nghiên cứu một thiết bị sấy
NLMT có thể sấy liên tục bằng cách sử dụng các chất chuyển pha (PCM) có khả
năng trữ nhiệt cao để cấp nhiệt cho quá trình sấy các loại hải sản với giá thành hợp
lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam.
2. THIẾT BỊ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG CHẤT CHUYỂN
PHA
2.1. Mô tả thiết bị
Mô hình thiết bị sấy nghiên cứu được mô tả như Hình 1: Hệ thống thiết bị sấy
gồm hai khối chính là thiết bị Collector dùng Paraffin tích trữ năng lượng nhiệt mặt
trời và thiết bị buồng sấy được kết nối với nhau bằng hệ thống kênh dẫn khí nóng.
Cả thiết bị sấy lẫn thiết bị tích trữ nhiệt đều hấp thụ nguồn năng lượng mặt trời và
làm việc đồng thời trong quá trình sấy sản phẩm [4].
2.2. Nguyên lý hoạt động
Khi trời có nắng, vật liệu sấy được sấy trực tiếp bằng năng lượng mặt trời,
Paraffin tích trữ nhiệt năng lượng mặt trời chuyển pha từ rắn sang lỏng. Khi cường
độ bức xạ mặt trời giảm vào cuối ngày, vật liệu sấy tiếp tục được sấy bằng không
khí nóng được gia nhiệt ở Collector, khi đó Paraffin sẽ giải phóng lượng nhiệt tích
trữ được cho không khí và chuyển pha từ lỏng sang rắn.


Hình 1. Mô hình thiết bị sấy cá NLMT có dùng chất Paraffin để trữ nhiệt


3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ
THỐNG SẤY
Thiết bị được sử dụng tính toán

nghiên cứu trong bài báo này là một hệ
thống sấy cá có công suất 15kg/mẻ,
thời
gian sấy 15giờ (G = 1kg/h). Độ ẩm của
cá
trước và sau quá trình sấy tương ứng là
1=75%, 2 = 10%. Không khí trước
khi
0
vào Collector có nhiệt độ t0=30 C, độ
ẩm
độ
tương đối 0 =77%, p=0,98bar. Cường
bức xạ mặt trời trung bình cực đại trong
ngày ở Đà Nẵng là En=940W/m2. Nhiệt
độ
tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy
(sau
0
khi ra khỏi Collector) là t1 = 45 C, sau
khi
0
ra khỏi buồng sấy t2=32 C. Collector có
kích
Hình 2. Cấu tạo collector
thước a x b x h=1200x1600x250mm, trong đó có đặt 13 ống đựng PCM có đường
kính 60/57mm, dài 1500mm. Trong ống có nhồi phoi kim loại. Khối lượng PCM
là 45kg. Collector có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời để gia nhiệt cho không
khí và gia nhiệt cho PCM. Trong Collector có lắp một nhiệt kế để đo nhiệt độ
không khí và PCM trong Collector. Kích thước chi tiết của Collector được thể hiện

trên Hình 2.
Buồng sấy có kích thước a x b x h = 820x420x1000mm. Chiều cao chân đế là
600mm. Trong buồng sấy có đặt kệ sấy
với 4 khay sấy. Kệ sấy làm bằng thép, có
4 tầng, kích thước mỗi tầng là
800x400x150mm. Khay sấy làm bằng
lưới thép viền khung gỗ, kích thước
650x400mm. Khoảng hở ở đầu kệ sấy,
giữa kệ và khay sấy là 150mm, mục đích
là tạo đường đi cho luồng không khí
nóng. Như vậy không khí nóng chuyển
động song song với các khay sấy và
được dẫn đi theo 4 pass như Hình 1.
Hình 3. Kích thước thiết bị sấy


Sau khi tính toán với chất trữ nhiệt là Paraffin và tính chọn các thông số, tổng
hợp lại ta có các thông số của Collector như sau:
Bảng 1. Các thông số thiết kế của Collector
Thông số
Collector đã
tính chọn

Ký
hiệ
u

Giá
trị

Đơn
vị

Thông số
Ký
Collector đã
hiệu
tính chọn

Giá
trị

Đơ
n vị

Lượng phoi
kim loại nhồi
vào mỗi ống

0,3

kg

Khối lượng
Paraffin

mpf

Khối lượng
riêng Paraffin

pf

910

kg/m Chiều rộng
3
Collector

l

1.2

m

Nhiệt dung
riêng đẳng áp
Paraffin rắn

Cppfr

2900

J/kg
K

Chiều dài
Collector

r

1.6

m

Nhiệt dung
riêng đẳng áp
Paraffin lỏng

Cppfl

2930

J/kg
K

Chiều cao
Collector



0.2

m

Nhiệt chuyển
pha của
Paraffin

rc

18900
0

J/kg
K

Chiều dày
thép làm
Collector

t

0,002

m

Nhiệt độ nóng
chảy của
Paraffin

tc

60

C

Chiều dày
tấm kính

K

0.005

m

K

0.8

W/
mK

45

kg

0

mpho
i

Đường kính
ngoài ống
đựng Paraffin

dông

0.06

m

Hệ số dẫn
nhiệt tấm
kính

Đường kính
trong ống
đựng Paraffin

dôtr

0.057

m

Độ trong tấm
kính

D

0.95

Chiều dài ống

hô

1.5

m

Độ đen tấm



0.95


đựng Paraffin
Chiều dày ống
đựng Paraffin
Khối lượng
riêng của thép
làm ống
Paraffin và
Collector
Nhiệt dung
riêng của thép
làm ống
Paraffin và
Collector
Nhiệt độ môi
trường

hấp phụ
ô

t

Cpt

tf

0.001
5

7850

500

30

m

kg/m
3

J/kg
K

0

C

Chiều dày
lớp cách
nhiệt

cn

0. 05

m

Hệ số dẫn
nhiệt lớp
cách nhiệt

cn

0.055

W/
mK

Tốc độ dòng
không khí
qua Collector

kk

1

m/s

Cường độ
bức xạ mặt
trời lớn nhất
trong ngày

En

940

W/
m2

4. KẾT QUẢ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM
4.1. Hệ thống thiết bị sấy thực

Buồng sấy
Bộ thu nhiệt có dùng chất trữ nhiệt


Hình 4. Hệ thống thiết bị thí nghiệm sấy cá
Hệ thống thiết bị sấy cá công suất 15kg/mẻ gồm các thiết bị chính như Hình
4. Kích thước các thiết bị của hệ thống được chế tạo dựa trên các tính toán thiết kế
ở mục 3.
4.2. Kết quả thí nghiệm sấy cá trên mô hình thiết bị
Thiết bị thí nghiệm được tiến hành sấy không tải và sấy có tải với loại cá trích
và cá giò nhiều mẻ (từ 7h đến 22h ) trong nhiều ngày để điều chính các thông số
thực nghiệm hợp lý. Kết quả đo đạc của một ngày sấy cá với cường độ bức xạ mặt
trời En = 920 W/m2 được ghi lại như đồ thị Hình 5 và Hình 6.
Sản phẩm cá trước lúc sấy và sau khi sấy được chụp lại như Hình 7 [2].

Hình 5. Kết quả đo nhiệt độ tại các điểm khảo sát trên hệ thống sấy
cá

Hình 6. Kết quả đo độ ẩm của cá trong quá trình sấy từ 7h đến 22h

Hình 7. Sản phẩm cá trước lúc sấy và sau khi sấy
5. TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ
Loại Collector có dùng chất trữ nhiệt Paraffin như trên đã được chế tạo với số
lượng lớn để lắp đặt cho hệ thống cấp nhiệt của hầm sấy cá công suất 300kg/mẻ tại
Công ty Trách nhiệm hữu hạn Sản xuất và Thương mại Hải Vy, Đà Nẵng.


Hình 8. Hệ thống Collector và ống dẫn khí nóng đến hàm sấy

Hệ thống cấp nhiệt cho hầm sấy gồm 30 Collector với diện tích hứng nắng
60m như Hình 8. Nhiệt độ trong hầm sấy được điều chỉnh từ 400C – 450C tùy theo
các giai đoạn sấy của quy trình sấy (Hình 9). Những ngày cường độ bức xạ mặt
trời lớn trên 900W/m2 hệ thống có thể cấp nhiệt để sấy trong thời gian từ 15 đến 17
giờ, còn những ngày cường độ bức xạ mặt trời thấp, hệ thống có thiết kế thêm
buồng đốt bằng củi để hỗ trợ trong quá trình sấy.
2

Hình 9. Hệ thống điều chỉnh và theo dõi nhiệt độ hầm sấy

6. KẾT LUẬN
Thiết bị sấy năng lượng mặt trời có dùng chất trữ nhiệt có khả năng duy trì
nhiệt độ sấy thích hợp (400C - 450C) trong thời gian dài, phù hợp để sấy các sản


phẩm có thời gian sấy khoảng 15 giờ. Dùng thêm các nguồn năng lượng phụ trợ
khác như than, củi… hệ thống sấy này có thể hoạt động liên tục trong những ngày
nắng yếu. Hệ thống thiết bị sấy dùng Collector có chất trữ nhiệt đã được thiết kế
chế tạo và bước đầu triển khai ứng dụng vào thực tế, đạt những kết quả tốt. Do vậy
hệ thống thiết bị sấy này hoàn toàn có thể triển khai ứng dụng rộng rãi vào thực tế

ở Việt Nam với công suất lớn hơn để sấy các loại nông, hải sản.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hoàng Dương Hùng (2007), Năng lượng Mặt trời lý thuyết và ứng dụng, Nhà
xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
[2] Nguyễn Thị Hồng Nhung (2011), Sử dụng chất chuyển pha để trữ nhiệt trong
thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Đà
Nẵng.
[3] Anthony F. Mills, Heat and Mass Transfer (1995), University of California at
Los Angeles.
[4] Arun S. Mujumdar (2006), Handbook of Industrial Drying, Taylor and Francis
Group, LLC.
[5] John A. Duffie, William A. Beckman (1991), Solar Engineering of Thermal
Processes, A Wiley - Interscience Publication.
RESEARCH ON APPLICATION OF SOLAR ENERGY DRYER

Hoang Duong Hung
Quang Binh University
Abstract. Energy and use of energy problems are great concern of all
nations. Solar energy is a clean energy source and is considered as one of
the main energy source in the future. Thus the study of improving the efficiency
of using solar drying equipment and deployed them to practical application is a
problem of taking time. Currently, the country and the world have research and
manufacturing many kinds of solar dryers. However, due to characteristics of


the Solar energy is only available when the sun should heat the dried product is
not stable and continuous deployment of solar dryers in fact very limited. This
paper
gives

results of
experimental research
and
development
of solar dryers have heat storage in the use of certain types of dried seafood.
Keyword: dryer; solar energy, dried seafood; heat storage; drying process