(Luận văn thạc sĩ) 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI QUANG HUY 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 NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115 S K C0 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018 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 mơi chất Đối với R22 hịa 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 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 thông số yêu cầu sau: + Công suất dàn ngưng tụ: Qk = 350 W + Nhiệt độ không khí vào dàn: t1 = 10℃ + Nhiệt độ khơng khí khỏi dàn: t2 = 40℃ + Nhiệt độ ngưng tụ mơi 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 dịng 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 dòng 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 mơi chất Đối với R22 hịa 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 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 hòa 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 tồn lượng dịng nhiệt truyền từ môi chất ngưng tụ đến vách ống q2 dịng 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 hịa 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 hệ thống sấy Khi nhiệt độ TNS qua dàn ngưng tụ đạt giá trị yêu cầu lượng nhiệt phải thải bên ngồi mơi trường thơng qua dàn ngưng tụ phụ Vì thế, để đảm bảo cơng 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]