Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kg mẻ dùng để xuất khẩu

Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kg mẻ dùng để xuất khẩu Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kg mẻ dùng để xuất khẩu Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kg mẻ dùng để xuất khẩu

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài *Lý chọn đề tài: Việt Nam nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nên thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, sản phẩm lương thực thực phẩm, rau mặt hàng trái Tuy nhiên đặc trưng sản xuất nơng nghiệp nước ta mang tính thời vụ, rau trái thường chín đồng loạt, khí hậu nóng ẩm lại gây tổn thất số lượng chất lượng nông sản cách nhanh chóng, gây thiệt hại cho nơng dân Do số sản phẩm nông sản sau thu hoạch sấy khô nhằm bảo quản dài lâu Trong loại nơng sản ớt mặt hàng xuất tương đối có giá trị Tuy nhiên nước ta q trình làm khơ ớt thường dùng cách thủ công dùng sân phơi tự nhiên nhờ xạ mặt trời Hình thức làm khơ có tính kinh tế có nhiều hạn chế như: sản phẩm khô không đồng đều, lẫn tạp chất khơng che phủ, tính an tồn thực phẩm khơng đảm bảo, bị phá hủy động vật, phụ thuộc vào thời tiết đòi hỏi nguồn nhân lực, khơng gian rộng Ngồi ra, thói quen làm giảm hiệu khai thác đất canh tác, đồng thời khiến cho sản phẩm bị lẫn đất cát, độ ẩm hạt cao, dễ bị nấm mốc, làm giảm chất lượng Sấy ớt phương pháp làm khô nhân tạo xem giải pháp với nhiều ưu điểm sau: chủ động sản xuất, tốn thời gian đảm bảo chất lượng sản phẩm Tuy nhiên sấy nhiệt độ cao phá hủy chất hoạt tính sinh học ớt hóc mơn, màu, mùi vị, vitamin, protein…làm thay đổi chất lượng sản phẩm Sấy lạnh nguyên lý bơm nhiệt phương pháp đáp ứng yêu cầu khắc khe chất lượng sản phẩm sau sấy Bởi tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt độ sấy thấp nên giữ màu sắc, mùi vị hạn chế thay đổi bất lợi so với phương pháp sấy thông thường Bên cạnh việc khai thác nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời vấn đề cần quan tâm với lý tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt, bảo vệ mơi trường, chống hiệu ứng nhà kính Trong Trang Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt υf = 2,115.10-7 m2/s: độ nhớt động học môi chất Prf = 3,18 - Lưu lượng thể tích mơi chất lạnh vf = m 0,002 = = 1,53.10−6 m3/s p f 1301 - Tốc độ môi chất chảy ống f = 4v f πdt2 = 4.1,53.10−6 = 0, 064 m/s 3.14.0, 00552 - Số Re dịng mơi chất: Re f = ωf d t 0,064.0,0055 = = 1675,5 υf 2,115.10−7 Nu f = 0, 22.Re  Prf   Prw 0,65 f Pr 0,36 f  Prf   Pr  w    0, 25 1   xét đến ảnh hưởng phương hướng dòng nhiệt Do chênh lệch nhiệt độ   Pr môi chất vách ống không lớn nên  f  Prw    0,25 =1 εl: hệ số hiệu chỉnh Thông thường ống dài nên L1/d1 > 50 ⇒ εl = Nu f = 0, 22.Re 0,65 f Pr 0,36 f  Prf    Pr   w 0,25 1 = 0, 22 x1675,50,65 x3,180,36 = 41,5 - Hệ số tỏa nhiệt phía mơi chất: f = Nu λ f dt = 41,5.0,1 = 755,8 W/m2k 0, 0055 - Hệ số truyền nhiệt tính qui đơn vị diện tích bề mặt ngồi là: Trang 107 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt −1    δ δ   k =  ,, + Rc + Rb  +  Rd + + c +  βc  W/m k  λ λ c α f    α k   Theo [10] ta sử dụng số liệu sau: Rc: nhiệt trở tiếp xúc ống bề mặt cánh Chọn Rc = 0,0005 m2 K/W Rb: nhiệt trở lớp bụi bám bề mặt cánh Chọn Rb = 0,0003 m2 K/W Rd: nhiệt trở lớp dầu tùy thuộc vào loại môi chất Đối với R22 hòa tan dầu tốt nên chọn Rd = Ta có δo chiều dày ống đồng 0 = d n − dt 0, 006 − 0, 0055 = = 2,5.10−4 (m) 2 λ0 = 390W/m.K: hệ số dẫn nhiệt đồng λc = 203,5W/m.K: hệ số dẫn nhiệt cánh nhôm −1      2,5.10−4 0,0002 k =  + 0,0005 + 0,0003  +  + +  30, 22 = 12,98 W/m k 27,03 203,5 755,      Vậy diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết là: F= Q0 310 = = 0,93 m2 k.t tb 12,98.25,5 Chọn dàn lạnh máy điều hịa cửa sổ cơng suất HP kích thước 29,5 x 29,5 Số ống: 28 ống Ф6 Trang 108 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt Phụ lục 3: Tính chọn thiêt bị ngưng tụ *Chọn kiểu loại dàn ngưng tụ Chọn loại dàn ngưng giải nhiệt khơng khí đối lưu cưỡng Cấu tạo gồm dàn ống trao đổi nhiệt bố trí so le đồng, bên ngồi ống cánh nhơm có dạng hình chữ nhật đính lên ống đồng *Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt dàn ngưng tụ Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt dàn ngưng tụ theo phương trình truyền nhiệt: Qk = k.F.t tb = F.q k Trong đó: Qk: suất nhiệt dàn ngưng tụ, W k: hệ số truyền nhiệt, W/m2.K F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 ∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K Qkk: mật độ dịng nhiệt, W/m2 *Xác định hiệu nhiệt độ trung bình logarit Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: ttb = tmax − tmin ,K tmax ln tmin Trong đó: ∆tmax Hiệu nhiệt độ lớn Ta có: ∆tmax = tk – t1 = 55 - 10 = 45 K ∆tmin Hiệu nhiệt độ bé Ta có: ∆tmin = tk – t2 = 55 - 40 = 15 K Trang 109 Luận văn thạc sĩ  ttb = GVHD: TS Lê Minh Nhựt 45 − 15 = 27,3 K 45 ln 15 *Xác định hệ số truyền nhiệt k Các thông số cánh ống sau: - Đường kính ống: dt = 0,008 m - Đường kính ngồi ống: dn = 0,01 m - Bước ống ngang: s1 = 0,03 m - Bước ống dọc: s2 = 0,028 m - Bước cánh: sc = 0,003 m - Chiều dày cánh: δc = 0,0002 m Ta tính tốn thiết kế dàn ngưng tụ với thơng số u cầu sau: + Công suất dàn ngưng tụ: Qk = 350 W + Nhiệt độ khơng khí vào dàn: t1 = 10℃ + Nhiệt độ khơng khí khỏi dàn: t2 = 40℃ + Nhiệt độ ngưng tụ môi chất: tk = 55℃ *Tính tốn phía khơng khí Tính chất vật lý khơng khí khơ nhiệt độ trung bình ttb = t1 10 + 40 = = 250 C t2 Ta có: ρk = 1,185 kg/m3: khối lượng riêng khơng khí cpk = 1,005 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng khơng khí Trang 110 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt λk = 0,0263 W/m.K: hệ số dẫn nhiệt khơng khí υk = 15,53.10-6 m2/s: độ nhớt động học khơng khí Prk= 0,702 - Chọn vận tốc khơng khí qua khe hẹp ωk = m/s - Số Re dòng khơng khí: Rek = ωk d n 1.0, 01 =  644 vk 15,53.10−6 - Cường độ tỏa nhiệt phía khơng khí; F  λ α k = C k Re0.625  n'  k dn  Fn  −0,375 Prk0.33 , W / m - Do chùm ống bố trí so le nên C = 0,45 - Diện tích cánh 1m ống: Fc = ( s1.s2 − 0,758d n2 ) sc = ( 0.03.0,028 − 0,785.0.012 ) 0,003 = 0,507m2 / m - Diện tích bề mặt ngồi ống nằm cánh ứng với 1m ống:     0, 0002  Fc =  d n 1 − c  = 3,14.0, 011 − = 0, 029m2 / m  0, 003    sc  - Tổng diện tích bề mặt ngồi ứng với 1m ống: Fn = Fc + F0 = 0,029 + 0,507 = 0,536 m2/m - Diện tích bề mặt ứng với 1m ống: Ft = πdt = 3,14.0,008 = 0,025m2/m - Diện tích bề mặt ngồi ống trơn ứng với 1m ống: Fn’ = π.dn = 3,14.0,01 = 0,0314 m2/m Trang 111 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt Hệ số làm cánh: c = Fn 0,536 = = 21, 44 Ft 0, 025 0,0263  0,536  6440.625  Vậy α k = 0, 45  0,01  0,0314  −0,375 0,7020,33 = 20,16 W / m - Nếu có xét đến ảnh hưởng tỏa nhiệt khơng đồng tồn bề mặt cánh ta có: αk’ = ψ.αk Chọn hệ số ψ = 0,85 đó: αk’ = 0,85.20,16 = 17,14 W/m2K - Mật độ dịng nhiệt phía khơng khí qui đổi đơn vị diện tích bề mặt ngồi: q2 = ttb    0 c     ' + Rc + Rb  +  Rd + + + 0 c  f  c  k   W / m2 Trong đó: ∆ttb: độ chênh nhiệt độ trung bình Rc: nhiệt trở tiếp xúc ống bề mặt cánh Chọn Rc = 0,0005 m2K/W Rb: nhiệt trở lớp bụi bám bề mặt cánh Chọn Rb = 0,0003 m2K/W Rd: nhiệt trở lớp dầu tùy thuộc vào loại môi chất Đối với R22 hòa tan dầu tốt nên chọn Rd = Ta có chiều dày ống đồng 0 = d n − dt = 0, 001m : λ0 = 390W/m.K: hệ số dẫn nhiệt đồng Trang 112 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt λc = 203,5W/m.K: hệ số dẫn nhiệt cánh nhôm  q2 = 27,3    0, 001 0, 0005 + 0, 0005 + 0, 0003  17,14  +  390 + 203,5 +     f   21, 44  = 27,3 21, 44 0, 059 + f *Tính cường độ tỏa nhiệt phía ngưng ống Hơi ngưng tụ ống có khác với ngưng ngồi ống chỗ lỏng bị đọng lại phần ống mà tách ngưng ngồi ống, làm giảm diện tích truyền nhiệt ngưng tụ - Khi ngưng Freon ống Rek < 35000 cường độ tỏa nhiệt tính theo cơng thức: 1/4  rf ρf λ 3f g  α f = 0,555   ,W / m K  υf d t Δt v  ∆tv = tk – tw: độ suy giảm nhiệt độ từ đến bề mặt vách Tra bảng thông số vật lý lỏng R22 trạng thái bão hịa nhiệt độ ngưng tụ 55 ta có: ρf =1058 kg/m3: khối lượng riêng màng chất lỏng rf = 146,985 kJ/kg = 146985 J/kg: nhiệt ẩn ngưng tụ λf = 0,068 W/mK: hệ số dẫn nhiệt màng chất lỏng υf = 1,94.10-7m2/s: độ nhớt động học màng chất lỏng g = 9,81 m/s2: gia tốc trọng trường 1/4  146985.1058.0, 0683.9,81   f = 0,555   −7  1,94.10 0, 008.Δtv  = 2327.Δ v−0,25W / m2 K - Dòng nhiệt ngưng tụ truyền cho vách ống trong: Q1 = αf.∆tv.Ft Trang 113 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt - Mật độ dòng nhiệt R22 qui đơn vị diện tích bề mặt ngồi (bề mặt phía khơng khí): q1ng = F Q1 0, 025 =  f tv t = 2327.tv Δt v−0,025 = 108,53.Δtv0,75 Fn Fn 0,536 Theo định luật bảo toàn lượng dịng nhiệt truyền từ mơi chất ngưng tụ đến vách ống q2 dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngồi có cánh đến khơng khí q1ng dịng nhiệt truyền từ mơi chất đến khơng khí qkk: q1ng = q2 = qkk Do ta có hệ phương trình sau:  q1ng = 108,53.Δtv0,75  27,3  q2 = 0, 059 + 0, 0092.Δt 0,25 v  Giải hệ phương trình ta kết quả: ∆tv = 5,21 qkk ≈ 374,264 W/m2 - Diện tích tồn bề mặt dàn ống cánh: F= Qk 350 = = 0,94 m2 qkk 374, Chon dàn ngưng máy điều hòa cửa sổ cơng suất HP có kích thước 33 x 41,5 số ống: 26 ống Ф10 * Chọn thiết bị ngưng tụ phụ Để hệ thống làm việc ổn định ngồi dàn ngưng tụ có nhiệm vụ gia nhiệt cho tác nhân sấy, hệ thống bố trí thêm dàn ngưng tụ phụ có nhiệm vụ thải nhiệt lượng môi trường Dàn ngưng tụ phụ lắp nối tiếp với dàn ngưng tụ đặt bên ngồi hệ thống sấy Khi nhiệt độ TNS qua dàn ngưng tụ đạt giá trị u cầu lượng nhiệt phải thải bên ngồi mơi trường thơng qua dàn ngưng tụ phụ Vì thế, để đảm bảo công suất hệ thống lạnh ta chọn dàn ngưng tụ phụ dàn ngưng tụ máy điều hịa nhiệt độ có cơng suất máy nén 1HP Trang 114 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt Phụ lục 4: Code lập trình vi điều khiển // mode_b: 1: single, 2: 4sensor, 3: cai dat temp_max, 4: cai dat temp_min // inc_b, dec_b temp_max va temp_min // cam bien nhiet - am byte temp_max=52, temp_min=50; // sensor - >> max: on dong co bom nhiet, >max: off, max >> min: off byte value_max=100, value_min=0; #include // for DHT22: VCC: 5V or 3V, DATA, NC, GND int dataPinSensor[6] = {A0,A1,A2,A3,A4,A5}; // sensor DHT22 SimpleDHT22 dht22; float temperature[6]; // NHIET DO C float humidity[6]; // DO AM int err[6]; // BAO LOI NEU KO THAY DHT22 // LCD #include LiquidCrystal lcd(2, 3, 9, 10, 11, 12); //RS chan 2, EN chan 3, D4,5,6,7 chan 9,10,11,12 // ghi dich 4094x2 = led 7doan int STB = A6; //Chân CLK 4094 int CLK= 4; //chân DATA 4094 int dataPin = 0; // Điều khiển công tắc tơ int triac=13; //button int mode_b=8; int inc_b=7; int dec_b=6; //mảng có 10 số (từ 0-9) - led đoạn A chung Trang 115 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt const int Seg[] = { 127 , 25 , 190 , 187 , 217 , 235 , 239 , 57 , 255 , 251 }; // Khai báo Các biến byte led1,led2; byte flag=0; // =0 nhiet tang, =1 nhiet giam int vitri=1; // defaule =1 int mode=1; void setup() { lcd.begin(16, 2); // khai bao LCD 16x2 pinMode(STB, OUTPUT); pinMode(CLK, OUTPUT); pinMode(dataPin, OUTPUT); pinMode(triac,OUTPUT); pinMode(mode_b, INPUT); pinMode(inc_b, INPUT); pinMode(dec_b, INPUT);} void giaima(byte so_a) { led2=so_a%10; led1=so_a/10; } void hienthi7s(byte a) { giaima(a); //set strobe pin low to begin storing bits digitalWrite(STB, HIGH); shiftOut(dataPin, CLK, MSBFIRST, Seg[led1]); shiftOut(dataPin, CLK, MSBFIRST, Seg[led2]); //set strobe pin high to stop storing bits digitalWrite(CLK,HIGH); digitalWrite(STB, LOW);} Trang 116 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lê Minh Nhựt void check_mode() { switch(mode) { case 1: mode_single(); break; case 2: mode_4sensor(); break; case 3: mode_max(); break; case 4: mode_min(); break; } } void mode_single() { if (!digitalRead(inc_b)) { delay(100); if (vitri>5) vitri=1; else vitri++;} if(!digitalRead(dec_b)) { delay(100); if (vitritemp_max) {digitalWrite(triac,LOW); flag=0;} if(temperature[1]