Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với quy mô nông hộ sản xuất bánh tráng trên địa bàn tỉnh quảng ngãi

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất cứ
cơng trình nào khác. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đã được trích dẫn cụ thể.

Tác giả

Nguyễn Đạt

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy giáo
khoa Cơ khí – Cơng nghệ, trường Đại học Nơng Lâm Huế đã truyền đạt kiến thức cho
tơi trong suốt khóa học.
Đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Đỗ Minh
Cường, người đã luôn theo sát bên tơi, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi cả về
kiến thức, vật chất lẫn tinh thần trong suốt q trình để tơi có thể hồn thành luận văn
tốt nghiệp của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn cán bộ - giáo viên xưởng thực hành khoa Cơ khí –
Trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ Dung Quất đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tơi
hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã động viên
tơi trong suốt q trình học tập và hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!

Huế, tháng 20 tháng 8 năm 2017
Học viên

Nguyễn Đạt

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


iii

TÓM TẮT
Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hồn chỉnh mơ hình hệ thống sấy bánh
tráng sử dụng năng lượng mặt trời kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên hoạt động với hiệu
quả đáng kể. Cụ thể:
Thứ nhất, đề tài đã phân tích điều kiện thời tiết, khí hậu tại Quảng Ngãi để làm
cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo.
Thứ hai, Lựa chọn kết cấu, thiết bị sấy bánh tráng sử dụng NLMT với qui mô
25kg/mẻ.
Thứ ba, thiết kế, chế tạo được giàn sấy theo hình bậc thang và có thể gấp xếp
gọn gàng.
Thứ tư, Thiết kế bộ điều khiển khay sấy với hai phương án hoạt động theo
nguyên lý hẹn giờ và sử dụng cảm biến nhiệt, quang (nắng, mưa).
Thứ năm, Giàn sấy cũng có thể gọi là 1 giàn phơi thông minh để phơi các loại
nông sản, hải sản... Nhờ bộ phận rơ le thời gian kết hợp với cảm biến nhiệt, cảm biến
quang điều khiển động cơ điện 1 chiều thu gọn các khaysấy khi trời mưa hoặc đã đảm
bảo độ ẩm.
Thứ sáu, lựa chọn phương án truyền động cơ khí, đó là sử dụng bộ truyền động
xích để xếp các khay sấy đơn giản, hiệu quả.
Thứ bảy, Xác định độ ẩm ban đầu của bánh tráng, độ ẩm tráng sau khi khô để
được bảo quản lâu dài và xác định thời gian sấy bánh tráng của hệ thống sấy.

Thứ tám, tiến hành khảo nghiệm để đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống
sấy bánh tráng. Kết quả chỉ ra rằng hiệu suất bộ thu nhiệt của hệ thống sấy cao lên trên
600C dẫn đến giảm thời gian sấy so với phơi tự nhiên là 2 giờ (=1/2 thời gian phơi).
Kết quả tính tốn các thơng số kỹ thuật để thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh
tráng sử dụng năng lượng mặt trời, sẽ làm cơ sở khoa học cho sự phát triển của việc
nghiên cứu các ứng dụng khai thác năng lượng Mặt Trời.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................................ix
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀTÀI ................................................................................1
2. MỤC TIÊU CHUNG CỦA ĐỀTÀI ............................................................................2
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰCTIỄN .................................................................2
3.1. Ý nghĩa khoahọc .......................................................................................................2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................2
4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀTÀI ............................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ................................................................ 3
1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ BỨC XẠ MẶT TRỜI ..................3
1.1.1. Một số khái niệm ...................................................................................................3

1.1.2. Định nghĩa các góc tạo bởi chùm tia bức xạ với mặt phăng .................................4
1.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến CĐBX nhận được trên mặt đất .............................. 6
1.1.4. Tương tác chùm tia bức xạ mặt trời với mơi trường vật chất................................ 7
1.1.5. Tính chất cơ lý hóa của một số vật liệu thường dùng trong thiết bị sử dụng
NLMT............................................................................................................................ 10
1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................................15
1.2.1. Sơ lược tình hình sử dụng NLMT trên thế giới ...................................................15
1.2.2. Sơ lược tình hình sử dụng NLMT ở Việt Nam ...................................................19
1.2.3. Các nguyên lý sấy sử dụng NLMT......................................................................22
1.3. CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..............................................26

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


v
1.3.1. Đặc trưng của bánh tráng.....................................................................................26
1.3.2. Tình hình sản xuất, chế biến và tiêu thụ bánh tráng ............................................27
1.4. NHẬN XÉT VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU .........................................33
CHƯƠNG 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN
CỨU............................................................................................................................... 35
2.1. MỤC TIÊU CỤ THỂ.............................................................................................. 35
2.2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊNCỨU .............................................................. 35
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................ 35
2.2.2. Đối tượng nghiêncứu ........................................................................................... 35
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU ...........................................................................35
2.3.1.Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu ....................................................... 35
2.3.2.Phương pháp đo đạc số liệu ..................................................................................36
2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu đo đạc .......................................................................37
2.3.4. Phương pháp giải tích .......................................................................................... 38
2.3.5. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................................38

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY ....................................40
3.1. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU SẤY ....................40
3.1.1. Độ ẩm của vật liệu sấy......................................................................................... 40
3.1.2. Phân loại vật ẩm ..................................................................................................42
3.2. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY .................................44
3.2.1. Khơng khí ẩm ......................................................................................................44
3.2.2. Khơng khí nóng ...................................................................................................46
3.3. ĐỘNG HỌC Q TRÌNH SẤY ...........................................................................47
3.3.1. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy..................................................................47
3.3.2. Một số quy luật cơ bản của quá trình sấy ............................................................ 48
3.3.3.Cơ sở vật lý của quá trình sấy ..............................................................................51
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................54
4.1. KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU Ở TỈNH QUẢNG NGÃI .......................... 54
4.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH CHUYỂN HĨA QUANG
NHIỆT TRONG THIẾT BỊ SỬ DUNG NLMT. ......................................................... 57

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


vi
4.3. NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG SẤY SỬ DỤNG NLMT
PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN NÔNG HỘ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI. ..58
4.3.1. Phân tích ưu nhược điểm của các nguyên lý sấy sử dụng NLMT......................58
4.3.2.Lựa chọn kết cấu, cấu tạo của hệ thống sấy sử dụng NLMT để thiết kế, chế tạo,
thí nghiệm. .....................................................................................................................61
4.4. THIẾT KẾHỆ THỐNG SẤY .................................................................................61
4.4.1. Tính tốn, thiết kếhệ thống sấy NLMT kiểu kết hợp đối lưu tự nhiên................61
4.4.2. Chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng NLMT năng suất 25kg/mẻ ................64
4.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SẤY BÁNH TRÁNG TRÊN HỆ THỐNG SẤY ......74
4.6. TÍNH TỐN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ ..................................................................76

4.7. NHẬN XÉT CHUNG: ........................................................................................... 77
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................... 78
1. KẾT LUẬN ...............................................................................................................78
2. ĐỀ NGHỊ ...................................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 79
PHỤ LỤC ......................................................................................................................80

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CNH-HĐH

: Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa

NLMT

: Năng lượng mặt trời

CĐBX

: Cường độ bức xạ

NLBX

: Năng lượng bức xạ

HSMT

: Hằng số mặt trời

BXMT

: Bức xạ mặt trời

O2

: Ơxy

O3

: Ơzơn

CO2

: Cacbon dioxít

NO2

:

P.P.O

: Polyphenyloxid

Etrx

: Cường độ bức xạ trực xạ

Etx

: Cường độ bức xạ tán xạ

Eqp

: Cường độ bức xạ quang phổ

Nitrit

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Tính chất của một số bề mặt tấm hấp thụ. ....................................................12
Bảng 1.2. Thành phân dinh dưỡng của bánh tráng ........................................................ 31
Bảng 4.1. Nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi ..54
Bảng 4.2. Số giờ nắng các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi................................ 55
Bảng 4.3. Độ ẩm khơng khí trung bình các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi .....56

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Các thành phần bức xạ lên mặt nghiêng .......................................................... 4
Hình 1.2. Mơ tả vị trí tương đối của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nằm ngang và
mặt phẳng nghiêng...........................................................................................................4
Hình 1.3. Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng .........................................5
Hình 1.4 Sơ đồ thể hiện khả năng xuyên qua tấm trong suốt của bức xạ mặt trời ..........7
Hình 1.5. Quá trình truyền của tia bức xạ .......................................................................8
Hình 1.6. Quá trình truyền tia của tia bức xạ qua lớp phủ khơng trong suốt ..................9
Hình 1.7. Bếp nấu NLMT.............................................................................................. 16
Hình 1.8. Thiết bị lọc nước sử dụng năng lượng mặt trời Carocell .............................. 16
Hình 1.9. Xe năng lượng mặt trời 4 chỗ đầu tiên thế giới chạy được 800 km ..............17
Hình 1.10. Máy bay Solar Impulse 2 chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời..........17
Hình 1.11. Đèn giao thơng sử dụng NLMT ..................................................................18
Hình 1.12. Sạc pin bằng NLMT ....................................................................................18
Hình 1.13. Hầm sấy kiểu kết hợp với sinh khối và kiểu trực tiếp đối lưu tự nhiên ......19
Hình 1.14.Thiết bị sấy kiểu gián tiếp đối lưu tự nhiên và kiểu hỗn hợp đối lưu tự
nhiên ................................................................................................................ 19
Hình 1.15. Số giờ nắng trung bình mỗi tháng và trong năm 2002-2003 tại Việt Nam .20
Hình 1.16. Máy sấy nơng sản/lúa bằng NLMT sử dụng ống nhiệt thủy tinh chân
khơng ............................................................................................................... 21
Hình 1.17. Hệ thống sấy tỏi SMT kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên – 01LS tại An Vĩnh,
Lý Sơn, Quảng Ngãi ......................................................................................................22
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống sấy NLMT đối lưu tự nhiên................................................23
Hình 1.19. Máy sấy NLMT đối lưu tự nhiên ................................................................ 24
Hình 1.20. Sơ đồ máy sấy NLMT dùng quạt cưỡng bức ..............................................24
Hình 1.21. Một số dạng bố trí dịng khí đi qua collector ..............................................25
Hình 1.22. Kết cấu của bộ thu phẳng ...........................................................................26
Hình 1.23. Kết cấu của collector ziczắc ........................................................................26
Hình 1.24. Bánh tráng đã được phơi khô ......................................................................27

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


x
Hình 1.25. Qui trình cơng nghệ sản xuất Bánh tráng ....................................................29
Hình 1.26. Hệ thống sấy bằng hơi nước .......................................................................32
Hình 1.27. Phơi bánh tráng ............................................................................................ 33
Hình 1.28. Thiết bị sấy bánh tráng được lắp đặt tại hộ dân .........................................33
Hình 2.1. một số hình ảnh các thiết bị đo sử dụng trong đề tài .....................................37
Hình 2.2. Chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dung NLMT năng suất 25kg bánh
tráng/mẻ sấy...................................................................................................................39
Hình 3.1. Đường cong vật sấy ....................................................................................... 49
Hình 3.2. Đường cong tốc độ sấy hạt ngơ .....................................................................50
Hình 3.3. Đường cong nhiệt độ sấy ...............................................................................50
Hình 4.1. Sơ đồ thiết bị sấy trực tiếp NLMT ................................................................ 58
Hình 4.2. Sơ đồ thiết bị sấy bằng NLMT kiểu gián tiếp với bộ thu năng lượng riêng .59
Hình 4.3. Sơ đồ thiết bị sấy hỗn hợp đối lưu tự nhiên ..................................................60
Hình 4.4. Sơ đồ thiết bị sấy NLMT kiểu gián tiếp cưỡng bức ......................................60
Hình 4.5. Cấu tạo của hệ thống sấy NLMT năng suất 25kg/mẻ ...................................61
Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý sấy dùng NLMT đối lưu tự nhiên và đồ thị I-d ..................62
Hình 4.7.Hình 3D Cấu tạo của giàn sấy ........................................................................65
Hình 4.8. Giàn sấy gấp xếp đưa vào kho khi khơng sấy hoặc phơi. ............................. 66
Hình 4.9. Bộ truyền đai .................................................................................................67
Hình 4.10. Bộ truyền xích ............................................................................................. 67
Hình 4.11. Bộ truyền trục vít ......................................................................................... 68
Hình 4.12. Thiết bị tủ điều khiển ...................................................................................70
Hình 4.13. Một số hành ảnh thiết bị điện .....................................................................71
Hình 4.14. Sơ đồ mạnh điện động lực và sơ đồ mạch nguyên lý ..................................72
Hình 4.15. Một số hành ảnh chế tạo và khảo nghiệm của hệ thống sấy ......................73

Hình 4.15. Đường cong giảm ẩm của bánh tráng .......................................................... 74
Hình 4.16. Đồ thị biến thiên của nhiệt độ các lớp bánh tráng theo thời gian ................75
Hình 4.17. Khả năng nâng nhiệt của collector .............................................................. 75

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀTÀI
Trong q trình Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa (CNH-HĐH), nhu cầu về năng
lượng ngày càng tăng. Trong đó, nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ,
khí thiên nhiên… đóng vai trò chủ chốt hiện nay. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng
nguồn năng lượng truyền thống này quá mức đã và đang gây ô nhiễm môi trường
nghiêm trọng. Đồng thời, với một trữ lượng có hạng, nguồn năng lượng truyền thống
có khả năng dần cạn kiệt sau 50 đến 70 năm nữa đang khiến cho nhân loại đứng trước
nguy cơ thiếu hụt năng lượng trầm trọng. Vì vậy, các nguồn năng lượng tái tạo như
năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng lớn và ít biến đổi
nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay. Nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời
như một nguồn năng lượng tái tạo dần thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống,
đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội là chiến lược phát triển năng lượng sạch có ý
nghĩa cao về mặt kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng.
Hơn thế nữa, Việt Nam là một nước nhiệt đới, nằm ở vành đai nội chí tuyến, tổng
số giờ nắng trong năm lớn. Ở khu vực miền Trung có khoảng 2900 giờ nắng/năm và với
cường độ bức xạ cao, lên đến 950W/m2. Vì thế, việc triển khai ứng dụng các thiết bị sử
dụng năng lượng mặt trời là rất triển vọng. Năng lượng mặt trời được coi là một giải
pháp hoàn toàn phù hợp nếu được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.
Hiện nay, ở nước ta trong khâu phơi sấy bánh tráng, các hộ sản xuất bánh tráng
thường sử dụng dạng hong phơi tự nhiên trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Đây là

phương pháp đơn giản với chi phí thấp, phù hợp với điều kiện sản xuất quy mô nhỏ lẻ
và truyền thống của các nông hộ. Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều hạn chế như:
Việc đơ thị hóa nơng thôn dẫn đến hạn chế về mặt bằng để phơi, thời tiết mưa nắng bất
thường đòi hỏi cần tốn nhân cơng lao động nhiều, hao hụt trong q trình phơi, vấn đề
an tồn thực phẩm khơng đảm bảo (lẫn tạp chất do điều kiện sân phơi)….
Vì vậy, nghiên cứu thiết kế và ứng dụng các thiết bị sấy để nâng cao năng suất
và chất lượng sản phẩm bánh tráng khô là hết sức cấp thiết, đặc biệt là thiết bị sử dụng
nguồn năng lượng nhiệt mặt trời. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên, tôi thực hiện
đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt
trời phù hợp với quy mô nông hộ sản xuất bánh tráng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi”.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


2
2. MỤC TIÊU CHUNG CỦA ĐỀTÀI
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế đưa ra mơ hình hệ thống sấy bánh
tráng sử dụng năng lượng mặt trời kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên năng suất 25kg/mẻ
phù hợp với quy mơ hộ gia đình và sản xuất nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi.Hệ
thống có thể gập xếp các khay sấy sau một khoảng thời gian sấy nhất định được cài đặt
sẵn hoặc khi gặp trời mưa, đảm bảo giữ cho bánh tráng không bị ảnh hưởng bởi điều
kiện thời tiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰCTIỄN
3.1. Ý nghĩa khoahọc
Việc ứng dụng năng lượng mặt trời vào sấy bánh tráng cũng như sấy nông sảnhải sản là đề tài được quan tâm từ lâu. Nó phù hợp với quy mô nông hộ và sản xuất
nhỏ ở những nơi có cường độ bức xạ cao như tỉnh Quảng Ngãi. Đặc biệt chi phí vận
hành thấp, bảo trì đơn giản nên có thể ứng dụng rộng rãi. Năng lượng mặt trời là năng
lượng tái tạo, vì vậy đề tài mở ra hướng phát triển bền vững cho việc ứng dụng vào
công nghệ sấy bánh tráng để xuất khẩu.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả xây dựng một hệ thống sấy bánh tráng hồn chỉnh, bán tự độngsố bộ
phận trong mơ hình sấy hoặc phơi với giá thành thấp, dễ sử dụng, dễ thay thế, hoạt
động hiệu quả phù hợp với điều kiện giờ nắng và đối tượng sử dụng trên địa bàn tỉnh
Quảng Ngãi.Đề tài đã góp phần tạo ra một sản phẩm thiết thực, đáp ứng kịp thời nhu
cầu của đời sống kinh tế xã hội. Từ đó, tạo điều kiện phổ biến rộng rãi và khuyến
khích người dân sử dụng hệ thống sấy bánh tráng nhằm tiết kiệm chi phí chất đốt bảo
vệ mơi trường, tiến tới tự động một số khâu trong sản xuất bánh tráng, giảm chi phí
nhân cơng lao động trong sản xuất, tăng chất lượng và giá thành sản phẩm.
4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀTÀI
Đề tài nghiên cứu ứng dụng hệ thống sấy bánh tráng sử dụng NLMT có kết cấu
đơn giản, dễ sử dụng và chế tạo dựa trên cơ sở các vật liệu sẵn có trên thị trường, phù
hợp với nhu cầu các nơng hộ tại tỉnh Quảng Ngãi. Hệ thống có thể bán tự động gập
xếp các khay sấy sau một khoảng thời gian sấy nhất định được cài đặt sẵn hoặc khi gặp
trời mưa, đảm bảo giữ cho bánh tráng không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết và có
chất lượng tốt nhất.
Giàn sấy cũng có thể sử dụng như một giá phơi thông minh,bộ điều khiển
LOGO với hai phương án hoạt động theo nguyên lý hẹn giờ và sử dụng cảm biến
nhiệtcảm biến quang.Mơ hình có thể gấp xếp gọn gàng và di chuyển thuận tiện.
Ngoài phơi, sấy bánh tráng thì mơ hình cịn có thể áp dụng rộng rãi cho cả nông sản
và hải sản khác.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ BỨC XẠ MẶT TRỜI
Thực chất mặt trời là một lò phản ứng nhiệt hạch, xảy ra bởi sự kết hợp giữa
nguyên tử hydro có 4 proton, tạo thành một ngun tử "He" có số proton ít hơn. Do đó

khi tạo thành nguyên tử He xảy ra hiện tượng hụt khối m, và giải phóng ra năng lượng
theo định luật bảo toàn năng lượng của Einstein E=m.C2. Trong đó, C là tốc độ ánh
sáng. Năng lượng này tạo ra nhiệt độ rất cao tới nhiều triệu độ. Ở trung tâm khoảng từ
8.106 0K ÷ 40.106 0K rồi lan truyền qua lớp vỏ mặt ngoài của mặt trời, nhiệt độ trên bề
mặt là 57620 k, sau đó phát xạ dưới dạng sóng và hạt lan truyền ra khắp khơng gian
vào vũ trụ.
Hình dáng mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106km (lớn
hơn 110 lần đường kính trái đất), cách xa trái đất 150.106km (Ánh sáng mặt trời cần
khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến trái đất). Khối lượng mặt trời khoảng Mo =
2.1030kg.
Khoảng cách trung bình giữa mặt trời và trái đất là 1,5.108km. Mặt trời tự quay
quanh trục của nó với chu kỳ 28 ngày đêm, nhưng không giống như sự tự quay của vật
rắn, chu kỳ quay của xích đạo mặt trời là 27 ngày đêm. [19].
1.1.1. Một số khái niệm
* Tổng bức xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên trái đất bao gồm hai phần chính
đó là trực xạ và tán xạ.
- Phần trực xạ: Là phần bề mặt nhận được ánh sáng chiếu trực tiếp.
- Phần tán xạ: Hướng của bức xạ khuếch tán truyền tới bề mặt là hàm số của
độ mây và độ trong suốt của khí quyển. Các đại lượng này thay đổi khá nhiều. Có thể
xem bức xạ tán xạ là tổng hợp của ba thành phần.
+ Thành phần tán xạ đẳng hướng: Phần tán xạ nhận được đồng đều từ tồn bộ
vịm trời.
+ Phần tán xạ quanh tia: Phần tán xạ bị phát tán của bức xạ mặt trời xung quanh
tia mặt trời.
+ Phần tán xạ chân trời là: Phần tán xạ tập trung gần đường chân trời

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


4

Hình 1.1. Các thành phần bức xạ lên mặt nghiêng
* Cường độ bức xạ (CĐBX), En(W/m2): Là cường độ năng lượng bức xạ mặt
trời đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt. Enđược lấy trị
trung bình cả năm theo số liệu đo lường thực tế tại vĩ độ cần xét. Cường độ bức xạ
tổng xạ bao gồm cường độ bức xạ trực xạ Etrx, cường độ bức xạ tán xạ Etx và cường
độ bức xạ quang phổ Eqp.
* Năng lượng bức xạ (NLBX), (J/m2): Là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới
một đơn vị diện tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức xạ là
một đại lượng bằng tích phân của cường độ bức xạ trong một khoảng thời gian nhất
định (thường là 1 giờ hay 1 ngày).
* Hằng số mặt trời (HSMT): HSMT được định nghĩa là CĐBX đo được trong
khơng gian nằm ngồi lớp khí quyển bao quanh trái đất trong một đơn vị thời gian,
trên một đơn vị diện tích bề mặt đặt vng góc với tia bức xạ. Người ta đã xác định
được HSMT có giá trị bằng Esn= 1.353W/m2, tương đương với 1940Cal/cm2/phút, hay
4.871kJ/m2/h. Tuy nhiên, khi đến mặt đất, do bị hấp thụ và tán xạ nên cường độ bức xạ
giảm đi đáng kể. Theo [8] cụ thể En= 500 - 1000 W/m2.
1.1.2. Định nghĩa các góc tạo bởi chùm tia bức xạ với mặt phăng

Hình 1.2. Mơ tả vị trí tương đối của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nằm ngang và
mặt phẳng nghiêng

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


5
Trong đó: OZ - pháp tuyến của mặt phẳng ngang (p);
OZ' - pháp tuyến của mặt phẳng nằm nghiêng (p);
p - góc hợp bởi mặt phẳng nằm nghiêng và mặt phẳng nằm ngang;

ϴT - góc tới của tia bức xạ trên mặt phẳng nghiêng;
ϴZ- góc đỉnh, hợp bởi tia bức xạ và pháp tuyến của mặt phẳng nằm ngang;
Y - góc phương vị mặt phẳng nghiêng, hợp bởi hình chiếu của pháp tuyến mặt
phẳng nghiêng (OZ') trên mặt phẳng nằm ngang và phương chính Nam, dương khi mặt
phẳng nghiêng hướng về phía Nam và âm khi mặt phẳng nghiêng về hướng Bắc;
Ys - góc phương vị của mặt trời, hợp hình chiếu của tia tới trên mặt phẳng nằm
ngang và phương chính Nam, dương khi mặt trời ở phía Đơng, âm khi Mặt Trời ở phía
Tây và bằng khơng khi mặt trời ở đỉnh đầu;
 - góc độ cao mặt trời;
ΔAz - hiệu của góc phương vị mặt trời và phương vị của mặt phẳngnghiêng;
Ngồi ra ta cịn phải định nghĩa thêm các góc có liên quan đến tọa độ của địa
điểm đặt thiết bị trên mặt đất, và vị trí của mặt trời trên bầu trời tại thời điểm đang xét.
Ví dụ như: góc vĩ tuyến φ, góc kinh tuyến ϕvà góc giờ mặt trời ω.
Góc giờ mặt trời ω là góc xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời tại một thời
điểm bất kỳ từ lúc mặt trời mọc đến lúc mặt trời lặn. Người ta quy ước khi mặt trời ở
đỉnh đầu (lúc 12 giờ trưa ) ω = 0. Vì Quả Đất quay xung quanh trục của nó một vịng
24 giờ, nên mỗi giờ nó quay được một góc là 150.
Bây giờ ta tìm hệ thức khi mặt trời cũng ở độ cao  nhưng tia bức xạ En chiếu
trên mặt phẳng nghiêng với góc tớiϴ(hình 1.3), khi đó cường độ bức xạ Ebnghtrên mặt
phẳng nghiêng sẽ là:
Ebngh= Encosϴ

(1.1)

Hình 1.3. Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng
a - Trên mặt phẳng nằm ngang ϴZ; b - Trên mặt phẳng nghiêng ϴ.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma

6
Ta thấy khi có cùng một giá trị cường độ bức xạ gửi tới nhưng các giá trị nhận
được trên các mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nghiêng có sự khác nhau.
1.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến CĐBX nhận được trên mặt đất
a. Tỉ khối khí m:
Tỷ khối khí m là tỉ số của quãng đường xuyên qua lớp khí quyển từ một điểm
bất kỳ trên mặt đất nhìn thấy mặt trời so với quãng đường cũng xuyên qua lớp khí
quyển theo phương xuyên tâm của trái đất.
Như vậy, khi tia trực xạ tới từ đỉnh đầu thì giá trị của tỉ khối khí bằng đơn vị (m
=1), và khi tia tới hợp với thiên đỉnh một góc ϴz = 600 thì m = 2; cịn khi ϴz>600thì m
> 3; khi góc tới ϴz> 600, nếu xét tới hiện tượng khúc xạ xuyên qua lớp khí quyển
quanh mặt đất theo một đường cong thì m được tính bằng công thức:
m

1
cos  z

(1.2)

b. Sự suy giảm cường độ BXMT khi xuyên qua lớp khí quyển
Khi phân tích các số liệu BXMT phát ra từ bề mặt mặt trời ở bên ngồi lớp khí
quyển trong nhiều năm người ta thấy cường độ BXMT thay đổi rất ít, khoảng 1%. Vì
vậy, khi xét cho q trình nhiệt dùng cho mục đích năng lượng, thì sự thay đổi này có
thể bỏ qua. Tuy nhiên, khi BXMT xun qua lớp khí quyển thì cường độ của chúng
suy giảm đáng kể là do bị hấp thụ hơi nước hay do bị tán xạ khi gặp các phần tử khí
như O2, O3, CO2, NO2..., các hạt bụi bay lơ lửng trong khơng khí hay các phân tử khác,
hoặc khi xuyên qua các đám mây...
c. Ảnh hưởng bởi khoảng cách giữa mặt trời và trái đất
Khoảng cách giữa mặt trời và trái đất có ảnh hưởng đến cường độ bức xạ mặt
trời. Để xem ảnh hưởng của quả đất và mặt trời đến cường độ BXMT trên mặt đất, khi

quả đất chuyển động trên quỷ đạo của nó trong chu kỳ một năm. Sự định hướng của trục
quả đất cùng với sự chuyển động của nó xung quanh mặt trời và xung quanh trục riêng
của nó, dẫn tới sự thay đổi khoảng cách giữa quả đất và mặt trời, và tức là thay đổi
cường độ BXMT trên bề mặt quả đất hàng ngày, hàng tháng và hàng mùa trong năm.
Cường độ bức xạ mặt trời phụ thuộc vào khoảng cách tương đối giữa mặt trời
và điểm quan sát trên trái đất. Trong một ngày khoảng cách này sẽ giảm dần cho đến
khi mặt trời lặn. Như vậy, cường độ bức xạ tương ứng sẽ tăng dần trong buổi sáng cho
đến khi đạt giá trị lớn nhất Emaxvào giữa trưa sau đó giảm dần vào buổi chiều.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


7
1.1.4.Tương tác chùm tia bức xạ mặt trời với môi trường vật chất
Giả sử một tia bức mặt trời có năng lượng E0 tác dụng lên một vật đặt trên bề
mặt trái đất. Khi tương tác với vật chùm tia bức xạ bị biến thành ba thành phần là:
phản xạ, hấp thụ và truyền qua.
Phương trình cân bằng năng lượng trong trường hợp này là:
E0 = E r + E a + E t

(1.3)

Chia hai vế cho E0 : ER /E0 + Ea /E0 + E t/E0 = 1 Trong đó: E 0 - năng lượng
bức xạ tới;
Er - phần năng lượng bức xạ bị phản xạ từ bề mặt của vật;
Ea - phần năng lượng bức xạ bị hấp thụ;
Et - phần năng lượng bức xạ được truyền qua.

Hình 1.4 Sơ đồ thể hiện khả năng xuyên qua tấm trong suốt của bức xạ mặt trời
* Các tỷ số ở hai vế của phương trình được định nghĩa:

Er/E0= p là hệ số phản xạ.
Ea/E0= alà hệ số hấp thụ.
Et/E0= tlà hệ số truyền qua.
Hay

p + + t= 1

Nếu = t= 0 thì p = 1, ta có vật trắng tuyệt đối, phản xạ hoàn toàn.
Nếu p = t= 0 thì = 1, ta có vật đen tuyệt đối, hấp thụ hồn tồn, và nếu = p =
0 thì I =1, ta có vật trong suốt tuyệt đối.
Trong thực tế khơng có trường hợp nào như vậy, mà mỗi vật khi tương tác với
tia bức xạ mặt trời đều xảy ra hoặc cả ba khả năng trên, tuỳ theo từng chất liệu mà các
khả năng đó có khác nhau. Giá trị của các hệ số này luôn nhỏ hơn 1 (p, , t< 1). Vật
mà các giá trị p, , tđều khác không được gọi là vật mờ.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


8
Dựa trên các đặc tính đó của vật chất khi tương tác với bức xạ mặt trời người ta
chế tạo các dạng thiết bị khác nhau để thu năng lượng mặt trời. Sử dụng khả năng
phản xạ để chế tạo các thiết bị gương hội tụ; khả năng truyền qua của kính và hấp thụ
của tấm để chế tạo bộ thu phẳng.
Đối với các bề mặt nhẵn, biểu thức Fresnel của độ phản xạ bức xạ qua môi
trường thứ nhất có độ khúc xạ (chiết suất) n1 đến mơi trường thứ 2 có chiết suất n2 là:
r 

sin 2 ( 2  1 )
; đối với thành phần vng góc.
sin 2 ( 2  1 )

r// 

tg 2 ( 2  1 )
; đối với thành phần song song của bức xạ
tg 2 ( 2  1 )

r

Er r  r0

; là độ phản xạ trung bình của 2 thành phần song song và vng góc.
Ei
2

Ei,Er, tương ứng là cường độ bức xạ tới, cường độ bức xạ phản xạ.
Các góc 1 , 2 , là góc tới và góc khúc xạ (hình 1.5) có quan hệ với độ khúc xạ n
theo định luật Snell:

n
n2



sin  2
sin 1

Hình 1.5. Quá trình truyền của tia bức xạ
Như vây, nếu biết các đại lượng 1 , 2 và chiết suất các môi trường n1, n2 ta có
thể xác định được độ phản xạ r của bề mặt. Đối với tia bức xạ tới vng góc 1   2  0

và các phương trình trên có thể kết hợp
2

n n 
E
r0  r   1 2  ( 1.5)
Ei  n1  n2 

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


9
Nếu một mơi trường là khơng khí (chiết suất n2 ≈ 1) thì:
2

 n 1
E
 ( 1.6)
r0  r   1
Ei  n1  1 

Đối với các loại bộ thu NLMT, thường sử dụng kính hoặc vật liệu màng mỏng
trong suốt phủ trên bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ.Vì vậy, ln có 2 bề mặt ngăn cách
của mỗi lớp vật liệu phủ gây ra tổn thất phản xạ. Nếu bỏ qua nhiệt lượng hấp thụ của
lớp vật liệu này và xét tại thời điểm mà chỉ có thành phần vng góc của bức xạ tới
(hình 1.6), thì đại lượng (1- r ) của tia bức xạ tới sẽ tới được bề mặt thứ 2, trong đó (12

r ) đi qua bề mặt phân cách và r (1- r ) bị phản xạ trở lại bề mặt phân cách thứ nhất..

.Cộng tất cả các thành phần được truyền qua thì hệ số truyền qua của thành phần

vng góc :
d   (1 - r ) 2

 r2n 

(1  r ) 2
(1  r )

2
(1  r )
(1  r )

(1.7)

Đối với thành phần song song cũng có kết quả tương tự và hệ số truyền qua
trung bình của cả hai thành phần :
dr 

(1  r ) 
1  (1  r )

 (1.8)


2  (1  r ) (1  r ) 


Nếu bộ thu có N lớp vật liệu phủ trong suốt như nhau thì
d rN 

(1  r )
1
(1  r )



2  1  (2 N  1)r 1  (2 N  1)r



 (1.9)


Hình 1.6. Quá trình truyền tia của tia bức xạ qua lớp phủ không trong suốt

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


10
1.1.5.Tính chất cơ lý hóa của một số vật liệu thường dùng trong thiết bị sử
dụng NLMT
a. Tấm đậy trong suốt.
Hiện nay, người ta thường dùng 3 loại vật liệu trong suốt dưới đây để làm
tấm đậy:
Kính xây dựng.
Kính xây dựng có hai loại: Trong suốt và có màu. Tuy nhiên, thường dùng loại
trong suốt (vì trong kính màu xanh có hàm lượng oxit sắt cao, hấp thụ nhiều ánh sáng
mặt trời). Với loại kính trong suốt chiều dày 3mm khi tia tới trùng với pháp tuyến của
mặt phẳng kính sẽ cho qua 84 - 92% bức xạ mặt trời. [19].
Hạn chế lớn nhất của kính là giịn, dễ vỡ, trọng lượng lớn gây khó khăn cho

việc vận chuyển và lắp đặt. Nhưng khi đã lắp đặt xong thì nó rất bền vững, cấu trúc
hóa học khơng bị thay đổi dưới tác động của bức xạ tử ngoại của ánh sáng mặt trời.
Đơi khi người ta lắp hai tấm kính để tăng cường hiệu quả hiệu ứng nhà kính và giảm
tổn thất nhiệt lên phía trên. Nhưng lại làm cho giá thành thiết bị cao và làm giảm hệ số
tích truyền qua xa. Do đó khi thiết kế các cơng trình cần nhiệt độ cao nên dùng hai lớp
kính đậy.
Polycarbonat
Loại vật liệu hữu cơ này có tên thương mại là “Lexan” hoặc “Macrolon” Hệ số
truyền qua của vật liệu này kém hơn kính, khoảng 83% lúc cịn mới khi tia tới trùng
với pháp tuyến, nhưng giảm dần theo thời gian phơi nắng. Theo đo đạc thì sau 5 năm
hệ số truyền qua giảm xuống còn 79%. Tuy nhiên, hiệu ứng nhà kính của Polycarbonat
tốt hơn kính, do đó thường được dùng để uốn thành vòm tạo thành hai vách.
Polymethacrylat Methyl
Trên thị trường loại này có nhiều tên như: Thủy tinh hữu cơ hoặc kính chống vỡ
hay kính “dị ứng” nắng. Nó có các tính chất quang học khác nhau tùy thuộc vào chuổi
cấu trúc phân tử Polycacbonat. Về cơ tính vật liệu này giịn, khơng chịu được tải nặng,
khơng biến dạng. Nhiệt độ làm việc của nó có thể lên tới 950C (có loại đạt tới 1400C).
Vật liệu này được ưu chuộng vì giá thành khơng đắt, chịu được nhiệt độ tương đối cao
và dễ uốn thành nhiều hình dạng khác nhau như bán cầu.
* Các loại tấm khác.
Ngoài các loại chất dẻo rắn đã được nêu trên, các loại phim mỏng cũng được
làm tấm phủ cho bộ thu như: polytephatalat ethyl. Tên thương phẩm “tephan” hoặc
“mylar”, có độ bền cơ đặc biệt cao so với các loại chất dẻo khác, và các chất fuorur
polyvinyl, (hay tedlar). Nhưng loại vật liệu này biến chất theo thời gian. Để bảo vệ

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


11
khỏi bị tác động khí quyển người ta cho rằng có thể đặt dưới một lớp kính để tăng hiệu

quả của nó.
Ngồi ra, cịn có hai loại vật liệu đặc biệt cũng được ứng dụng như:
Polyester tăng cường sợi thủy tinh. Loại này được khun nên dùng thay cho
kính vì giá rẻ hơn kính, ánh sáng phân bố rất đồng đều sau khi xuyên qua.
Polyethylene có khối lượng riêng bé. Chất dẻo này không nên dùng làm tấm
phủ cho các bộ thu phẳng, vì các tính chất quang và cơ tính rất kém, chóng già hóa, chỉ
nên dùng làm tấm phủ trong sản xuất nơng nghiệp, vì giá rất rẻ, có thể phủ trên diện
tích nhiều hecta và chỉ cần làm việc được trong một vài tháng. Các loại tấm mỏng
chiều dày 59 |um, chiều rộng 12m và chiều dài hàng nghìn mét để giữ ấm cho đất
trong sản xuất rau, màu; chống rét cho mạ và giữ ấm cho hoa trong những ngày giá
rét..., năng suất có thể tăng đến 50%.
b. Tấm hấp thụ.
Tấm hấp thụ trong bộ thu phẳng có vai trị rất quan trọng trong việc biến sóng
điện từ của bức xạ mặt trời thành nhiệt và truyền nhiệt này cho chất lỏng tải nhiệt. Do
đó, tấm hấp thụ phải có các tính chất sau:
Hệ số hấp thụ gần bằng đơn vị;
Hệ số phát xạ đối với tia hồng ngoại phải nhỏ nhất nếu có thể được;
Hệ số dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt phải tốt;
Độ bền hóa học tốt, khơng bị chất tải nhiệt ăn mịn.
Thế hệ thứ nhất, tấm hấp thụ được làm bằng một trong 3 vật liệu sau đây có phủ
một lớp sơn mỏng, đen trộn với bột oxit sắt để tăng độ nhám, tăng hệ số hấp thụ và
giảm hệ số phát xạ của mặt hấp thụ.
Đồng là vật liệu tốt nhất nhưng giá thành đắt nhất. Tôn thép thường dùng
trong các lò sưởi, cũng như trong một số bộ thu làm tấm hấp thụ phát xạ của lị
sưởi trung tâm.
Nhơm có ưu điểm là nhẹ và có độ dẫn nhiệt tốt. Nhưng có nhược điểm là dễ bị
ăn mịn, đặc biệt cần phải tránh ghép nối với các vật liệu khác. Vì như thế sẽ gây ra
hiệu ứng Pile làm cho hệ bị phá hủy một cách nhanh chóng.
Các chất dẻo phủ lên bề mặt các vật liệu nói trên để làm giảm khả năng bị ăn
mịn, đơi khi người ta trộn thêm một ít bột cacbon đen để chống bong lớp sơn. Nhưng

điều đó cũng làm cho khả năng dẫn và khuếch tán nhiệt giảm, nhiệt độ của nó tăng gây
tổn thất nhiệt lên mặt trên lớn.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


12
Thế hệ thứ hai của tấm hấp thụ dùng bằng các loại chất dẻo như sau:
Polypropylen là chất trơ hóa học đã được thử nghiệm ngay với Clo hòa tan
trong nước ở các bể bơi. Tấm hấp thụ được làm dưới dạng ống dẫn phơi nắng, trải trên
mặt đất. Người ta bơm nước từ bể bơi tuần hoàn qua ống dẫn. Loại này có độ dẫn nhiệt
kém, nhưng diện tích trao đổi nhiệt lớn, trên mỗi 1m2 bề mặt có thể rải 25m ống dẫn.
Polyphenyloxid (P.P.O) có tên thương phẩm “Noryl” chịu được nhiệt độ 150oC.
Tuy độ dẫn nhiệt của nó kém hơn đồng đến 1500 lần, nhưng người ta có thể tạo được
một bộ thu hồn tồn bằng chất dẻo và hiệu suất có thể so sánh được với loại làm bằng
kim loại.
Polyamid, trên thương phẩm “rilsan” được dùng dưới dạng ống cuốn theo tỷ lệ
100m cho mỗi một bộ thu. Vì tính mềm của vật liệu mà người ta tìm thấy trong
“noryl” giống như chất hấp thụ bằng cao su đen, khi bị đóng băng khơng làm hỏng bộ
thu. Phương pháp này tiết kiệm được việc phá băng khi bộ thu đặt ở ngồi trời vào
đêm đơng, và có mối liên hệ rất chặt chẽ với q trình trao đổi nhiệt. Loại vật liệu này
có độ dẫn nhiệt kém so với các loại đã nói trước đây.
Để cải thiện khả năng hấp thụ bức xạ, có thể phủ lên mặt tấm hấp thụ một lớp
mỏng oxit hoặc sulfur với các phương pháp xử lý hóa học khác nhau. (Ví dụ tạo lớp
oxit niken: đầu tiên tạo một lớp niken sạch dày 13miromet trên đế silicơn, sau đó phủ
lên một lớp oxit dày 0,3micromet). Các tính chất của một số bề mặt hấp thụ được cho
ở bảng 1.3.
Bảng 1.1.Tính chất của một số bề mặt tấm hấp thụ. [19], [21], [22]
Chất
Crơm đen

Oxit sắt

Hệ số hấp Hệ số
thụ
phát xạ
0,95-0,97 0,09-0,13
0,85-0,97

0,12

Chất
Ơxit đồng

Hệ số hấp
thụ
0,85

Hệ số
phát
0,10
xạ

Đồng đen

0,85-0,95

0,10

0,95

0,07

Nhơmđánh bóng

0,20

-

Sulfur niken và

Crơm đánh bóng

0,40

-

sulfur-kẽm

Đồng đánh bóng

0,18

-

Giấy dầu

0,82

-

Sơn đen

0,95-0,97 0,95-0,97

Lá cây

0,71- 0,79

-

Niken đen

0,85-0,96 0,05-0,15

Tuyết

0,20 - 0,35

-

Asbestos.nhăn đen

0,33

T ônlátrángkẽm,đen

0,38

Asbestosnhăn. xám

0,25

Butamennhănđen

0,2

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


13
c. Chất cách nhiệt.
Chất cách nhiệt đóng một vai trị rất quan trọng trong các ứng dụng nhiệt năng
lượng mặt trời. Giống như các chất hấp thụ, nó vừa hạn chế được tổn thất nhiệt, vừa
giữ được nhiệt lượng trong các ống dẫn nhiệt, trong các bình tích trữ nhiệt...
Người ta có thể chia các chất cách nhiệt làm ba loại: khoáng chất, thực vật và
chất dẻo. Vấn đề là, trong mọi trường hợp các chất phải có khối lượng riêng nhỏ, có
tích được khơng khí trong các khe trống của các sợi, hoặc bọt bóng.
* Các chất cách nhiệt khoáng chất.
Đá bọt là các loại đá (sản phẩm của Nam Mỹ), rắn và chứa nhiều bọt khí.
Trên thị trường thường bán để làm đá kỳ, hoặc đá mài, đôi khi cịn dùng làm chất
cách nhiệt.
Sợi thủy tinh có dạng sợi rất mảnh, trong thương phẩm có nhiều dạng: Tấm
phẳng, cuộn tròn hoặc được bọc trong thạch cao v.v... Độ dẫn nhiệt của nó thay đổi từ
0,034 W. m-1.K-1 ở 00C đến 0,063 W. m-1.K-1 ở 2900C Đó là loại vật liệu khá hiệu quả,
nhưng khó khăn khi thao tác bằng tay vì những kim thủy tinh tự bay ra và bắn vào
người. Cần phải tránh không được sơn làm mất đi tính cách nhiệt của nó. Sợi thuỷ tinh
rất có hại cho mơi trường.
Vermiculit hoặc cịn gọi là mica co giãn (hệ số dẫn nhiệt X bằng 0,120,16W.m-1.K-1) thường được tạo thành dạng hạt, rất nhẹ thuận tiện khi nhét đầy vào
mọi không gian cách nhiệt.
Ba chất cách nhiệt khống chất này là loại tự nhiên, khơng cháy và khơng bị

thối hóa vì nhiệt.
*Chất cách nhiệt thực vật hữu cơ
Gỗ khô (X=0,13-0,4 W. m-1.K-1), tùy theo bản chất và phương truyền nhiệt. Gỗ
là vật liệu cách nhiệt rất tốt, đồng thời cũng là loại vật liệu dùng trong xây dựng. Gỗ
dùng làm chất cách nhiệt thường được chế tạo dưới dạng sợi dính kết (X=0,05-0,1 W.
m-1.K-1).
Mùn cưa, (X=0,11W. m-1.K-11 ) là phụ phẩm trong chế biến gỗ. Nhưng có hạn
chế là chất dễ cháy và có độ dẫn nhiệt rất cao khi nóng, nên khơng thích hợp dùng làm
chất cách nhiệt.
Các loại tro thực vật rất dồi dào ở các nước nhiệt đới, đặc biệt là rơm, rạ là
nguồn nhiên liệu chính dùng để đun nấu trong các gia đình nơng thơn, cho rất nhiều
tro. Đây là chất cách nhiệt nhẹ và an toàn.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


14
* Chất cách nhiệt hữu cơ tổng hợp
Nói chung, các vật kiệu thuộc loại này như đã nói trước đây, ưu điểm của chúng
là khơng gây cảm giác khó chịu cho con người, Tuy nhiên, nó có nhược điểm là giải
phóng ra khí độc khi bị hỏa hoạn. Vì vậy, khơng nên dùng hoặc nếu dùng thì phải hạn
chế bằng cách bóc ngồi bằng một lớp khống hoặc nhơm.
Các chất dẻo, có độ dẫn nhiệt kém. Thường có thể làm thay đổi tính dẫn nhiệt
của nó bằng cách tạo bọt khí khi đơng rắn để thành mút, và được gọi là mút phenol
(X=0,044 W.m-1.k-1) và mút clorua-polyvinil (X=0,033 W.m-1.k-1).
Mút polyurethan là một sản phẩm công nghiệp, nhờ phản ứng của rất nhiều chất
khác nhau: ioscyanat, nước, chất nhũ hóa, chất ủ định, freon,.. phản ứng thải ra khí
CO2 trong quá trình nung rắn và tạo thành những bọt khí nhỏ, phấn bố đều trong tồn
bộ khối thể tích. Tùy theo tỷ lệ thành phần mà người ta nhận được hai loại mút có
trọng lượng riêng khác nhau: polyurethan có tỷ trọng lớn ( d=0,6), đủ cứng dùng để

làm thành hộp của bộ thu vừa nhẹ, vừa cách nhiệt tốt (X=0,08W. m- 1.K-1). Loại khác
có tỷ trọng nhỏ (d=0,03), rất dịn, có độ cách nhiệt tốt hơn (X=0,025 W. m'1.K'1).
Người ta có thể thu trực tiếp polyurethan lỏng vào các khoảng trống giữa các thành
cách nhiệt sau khi đông rắn sẽ tạo ra mút định hình theo khoảng khơng gian này.
Nhơm là loại có độ dẫn nhiệt tốt (Ằ, = 230W.m-1.K-1), nhưng nó cũng trở thành
“cách nhiệt” khi tạo ra những lá rất mỏng trên màng đế chất dẻo. Loại này có hệ số
phản xạ rất tốt (p = 0,95), được dùng để quấn xung quanh các vách nóng, và tránh
nguy hiểm cho người khi chạm phải và làm giảm tổn thất nhiệt do bức xạ.
Ngồi ra, cịn có phương pháp cách nhiệt bằng chân không. Đây là loại cách
nhiệt rất hiệu quả và khá đắt. Chân không thường được dùng trong các bộ thu có cơng
suất cao như các bộ thu hội tụ.
d. Chất tải nhiệt.
Chất tải nhiệt có chức năng vận chuyển nhiệt từ tấm hấp thụ đến nơi sử dụng
hoặc bình cách nhiệt. Người ta có thể dùng hai chất tải nhiệt chính sau đây:
Khơng khí:
Khơng khí là mơi chất sẵn có và dồi dào, tuy nhiên hạn chế lớn nhất là nhiệt
dung riêng của nó quá bé. Cần phải dùng 3000 lít khơng khí để vận chuyển năng lượng
của một lít nước. Để có một cơng suất có ý nghĩa cần phải dùng một thể tích khơng khí
rất lớn. Điều đó dẫn tới các đường ống và bộ trao đổi nhiệt có kích thước phải lớn.
Một ưu điểm so với nước là khơng bị rị và han rỉ thiết bị nhưng lại phải dùng quạt
công suất lớn và gây nhiều tiếng ồn.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


15
Nước:
Nước là chất lỏng tải nhiệt tốt, nhiệt dung riêng lớn, khối lượng riêng và độ
nhớt bé. Tuy nhiên, có một số hạn chế khi hoạt động ở nhiệt độ tới hạn như: Có nguy
cơ đóng băng khi nhiệt độ ngồi trời < 0oC. Nhưng có thể khắc phục bằng cách dùng

các chất hấp thụ mềm (cao su, noryl, risal), hoặc bằng cách đưa vào chất hấp thụ phủ
lên kim loại hay ống chất dẻo chứa đầy khơng khí để khử bỏ sự dãn nở trong lúc
chuyển pha từ nước thành băng. Khi ở nhiệt độ quá cao, nước có thể sơi làm tăng áp
suất. Các hiện tượng này có thể khống chế được với điều kiện phòng ngừa bằng cách
giảm áp suất của hệ.
Nước ở nhiệt độ trên 800C có thể gây ra sự lắng đọng calic đường ống dẫn. Mặt
khác, nước cũng là mơi chất có độ dẫn điện tốt, dễ gây ra sự ăn mòn điện phân đối với
các kim loại, đặc biệt là nhôm
1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Sơ lược tình hình sử dụng NLMT trên thế giới
Việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng trên thế giới đã có từ lâu, đặc biệt là sau
sự cấm vận dầu năm 1973 và sự khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1979 đã làm
thay đổi chính sách năng lượng trên phạm vi toàn thế giới, nhu cầu năng lượng thay
thế và phát triển bền vững cho tương lai càng trở nên rõ ràng và cấp thiết. Các nước
công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu và ứng dụng NLMT như
Mỹ, EU, Nhật Bản, Israel, Trung Quốc, Ấn Độ... Nhiều tổ chức quốc tế đã có những
chương trình nghiên cứu, hỗ trợ, khuyến khích việc phát triển ứng dụng NLMT nhằm
phát triển bền vững, xóa đói giảm nghèo, đặc biệt là ở châu Phi, châu Á. Hai dạng ứng
dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống chuyển hố NLMT thành nhiệt năng
như hệ thống đun nước nóng NLMT, bếp nấu ăn bằng NLMT, hệ thống sấy NLMT...
và hệ thống chuyển hoá NLMT thành điện năng như pin NLMT.
Các ứng dụng phổ biến sử dụng NLMT là:
- Bếp NLMT: Có hai dạng bếp nấu là bếp parabol và bếp hộp. Với bếp parabol,
NLMT thu được qua các chảo thu nhiệt hình parabol hay hình hộp. Bếp parabol, nồi
chứa thức ăn được đặt giữa một bán cầu được tráng gương để phản xạ và tập trung tia
mặt trời vào nồi chứa. Để duy trì nhiệt độ, người ta đặt một cái bao giữ nhiệt trong
suốt bằng nylon bao quanh nồi chứa. Chảo thu nhiệt cần phải thường xuyên điều chỉnh
quay theo hướng mặt trời để thu được nhiều nắng nhất.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma