68 CHƢƠNG 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4 1 Giới thiệu mô hình thực nghiệm Sơ đồ mô hình thực nghiệm thực tế đƣợc giới thiệu theo từng thực nghiệm ở phần tiếp theo, sau đây là sơ đồ thể hiện các vị trí thiết bị đo trong mô hình Chú thích (1) Thiết bị đo nhiệt độ không khí; (2), (3) Thiết bị đo BXMT; (4) Thiết bị đo vận tốc TNS; (5) Thiết bị đo nhiệt độ TNS; (6) Thiết bị đo nhiệt độ nƣớc Hình 4 1 Sơ đồ thể hiện vị trí lắp đặt các thiết bị đo và vị trí đo lấy mẫu các thông số trong thực nghiệm.
CHƢƠNG 4.1 MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Giới thiệu mơ hình thực nghiệm Sơ đồ mơ hình thực nghiệm thực tế đƣợc giới thiệu theo thực nghiệm phần tiếp theo, sau sơ đồ thể vị trí thiết bị đo mơ hình Chú thích: (1) Thiết bị đo nhiệt độ khơng khí; (2), (3) Thiết bị đo BXMT; (4) Thiết bị đo vận tốc TNS; (5) Thiết bị đo nhiệt độ TNS; (6) Thiết bị đo nhiệt độ nƣớc Hình 4.1 Sơ đồ thể vị trí lắp đặt thiết bị đo vị trí đo lấy mẫu thơng số thực nghiệm Cấu tạo mơ hình thực nghiệm Mơ hình bao gồm thu gia nhiệt khơng khí có chiều dài 1,25m, chiều rộng 0,8m, với kết cấu thu dạng rãnh V Một thu gia nhiệt nƣớc nóng có chiều dài 1,5, chiều rộng m, kết cấu ống thu dạng uốn cong đan xen với tổng 68 chiều dài ống 15,4m Một ơm nhiệt có cơng suất 1HP Một dàn trao đổi nhiệt – khí sử dụng để gia nhiệt khơng khí nƣớc nóng có chiều cao 0,33m, chiều rộng 0,21m, chiều dày 0,1m với kết cấu ống nhơm cánh tản nhiệt Buồng sấy có kết cấu khung sắt bọc tole xung quanh lớp cách nhiệt có độ dày 25mm Một quạt hút ly tâm có cơng suất 0,37kW Bình tích trữ nƣớc nóng thể tích 50 lít nhựa đƣợc bọc cách nhiệt dày 15mm Máy ơm nƣớc tuần hoàn cho hệ thống gia nhiệt nƣớc nóng có cơng suất 0,37kW Các đƣờng ống PVC đƣợc bọc cách nhiệt dày 0,15mm Mô hình đƣợc bố trí lắp đặt sân xe đạp trƣờng Đại học Công Nghiệp TP HCM Hai thu gia nhiệt nƣớc nóng GNKK đƣợc đặt nghiêng góc 40ᴼ so với phƣơng ngang nghiêng theo hƣớng Nam [7] Sau lắp đặt hồn thiện mơ hình, tiến hành chạy thử hiệu chỉnh thông số vận hành máy sấy, kiểm tra độ kín ổn định thiết bị Để đảm bảo mô hình hoạt động ổn định tiến hành chạy sấy khơng tải ngày Hình 4.2 Hình ảnh bố trí lắp đặt thực tế mơ hình sấy NLMT kết hợp ơm nhiệt 69 4.2 Xác định thông số đầu đầu vào thực nghiệm 4.2.1 Xác định thông số đầu - Thời gian sấy thơng số đặc trƣng q trình thực nghiệm sấy làm sở để nghiên cứu động học trình sấy, đánh giá hiệu vận hành thiết bị sấy ( đơn vị giờ) - Tiêu hao điện n ng riêng trình sấy mức điện n ng tiêu thụ dùng để làm ay kg ẩm q trình sấy gồm tồn ộ tiêu thụ điện thiết bị có mơ hình thí nghiệm nhƣ quạt, ơm, máy nén (đơn vị kWh/kg ẩm) - Độ ẩm sản phẩm (%) thông số định chất lƣợng sản phẩm sau sấy, qua tài liệu nghiên cứu sấy hành [14] độ ẩm đạt yêu cầu hành sau sấy 12% 4.2.2 Xác định thông số đầu vào - Chiều dày vật liệu: Là độ dày lớp vật liệu sấy tính từ đáy khay sấy Chiều dày lớp vật liệu ảnh hƣởng đến trình sấy, lớp vật liệu dày làm giảm lƣu thơng TNS làm giảm hiệu q trình sấy, lớp vật liệu mỏng thời gian sấy giảm chất lƣợng sản phẩm đồng nhƣng lớp vật liệu mỏng làm giảm n ng suất sấy Trong mơ hình sấy với số lƣợng khay sấy 4, kích thƣớc khay 40x40 cm, khối lƣợng hành mẻ sấy kg Ta xác định đƣợc độ dày lớp hành H0 = 0,92 cm (Phƣơng pháp xác định đƣợc trình ày phần phụ lục 5) - Nhiệt độ tác nhân sấy (°C): Là thông số ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng sản phẩm sau sấy, nhiệt độ sấy cao làm hàm lƣợng dinh dƣỡng có sản phẩm Qua tài liệu nghiên cứu sấy hành [14] nhiệt độ sấy hành hợp lý 40°C - Vận tốc tác nhân sấy: vận tốc khơng khí lƣu chuyển buồng sấy ( đơn vị m/s), phạm vi nghiên cứu tác giả thực thay đổi vận tốc TNS sấy 70 0,5 m/s, 0,8 m/s; 1,1 m/s nhằm đánh giá ảnh hƣởng vận tốc TNS đến hiệu q trình sấy sấy gia nhiệt khơng khí 4.2.3 Cách xác định thơng số thí nghiệm Hình 4.3 Hình ảnh sơ đồ thể cách ố trí thiết bị đo thí nghiệm - Thời gian sấy đƣợc xác định đồng hồ thời gian ngày Đối với chế độ sấy mốc thời gian bắt đầu kết thúc đƣợc xác định nhƣ sau: + Khi sấy GNKK ơm nhiệt thời gian bắt đầu đƣợc tính từ lúc đƣa vật liệu sấy vào uồng sấy vật liệu đạt độ ẩm yêu cầu ≤ 12% + Khi sấy nƣớc nóng thời gian bắt đầu tính từ vật liệu sấy đƣợc đƣa vào buồng sấy, thời gian kết thúc nhiệt độ TNS < 35ºC + Đối với chế độ sấy kết hợp GNKK, nƣớc nóng ơm nhiệt thời gian đƣợc tính VLS đƣợc đƣa vào uồng sấy vật liệu đạt độ ẩm yêu cầu 71 Trong trình sấy chuyển đổi chế độ sấy thời gian chuyển đổi hiệu chỉnh khơng đáng kể nên ta xem nhƣ q trình sấy diễn liên tục - N ng lƣợng tiêu thụ riêng trình sấy đƣợc xác định theo cơng thức sau ( ) (4-1) Trong đó: Ni tiêu thụ điện n ng riêng (kWh/kg ẩm); W lƣợng nƣớc ay từ VLS (kg); N tổng tiêu thụ điện thời gian sấy (kWh); Tổng tiêu thụ điện (N) chế độ sấy đƣợc đo ằng công tơ điện pha EMIC01, sơ đồ điện đƣợc mơ tả nhƣ hình dƣới Hình 4.4 Sơ đồ khối đấu nối thiết bị điện mơ hình - Độ ẩm vật liệu đƣợc xác định phƣơng pháp cân khối lƣợng nhờ cân điện tử CAS SW-1 đƣợc bố trí nhƣ hình 4.3 cách xác định nhƣ sau: Trong trình sấy khối lƣợng VLS đƣợc đo lại cân điện tử, tƣơng ứng với mốc thời gian t1, t2, t3,… ta ghi đƣợc số liệu hiển thị cân A1, A2, A3,… Ta có khối lƣợng vật liệu sấy Với: Gt: Khối lƣợng VLS theo thời gian 72 At: Khối lƣợng hiển thị cân theo thời gian Gk: Khối lƣợng khay sấy khung treo khay sấy, Gk= 6,86 kg - Độ ẩm tƣơng đối VLS: ( ) ( ) Với: + M1 = 92% độ ẩm an đầu + G1 = kg khối lƣợng hành an đầu + Mt độ ẩm tƣơng đốitƣơng ứng với khối lƣợng Gt Độ ẩm tuyệt đối VLS [31]: ( ) - Nhiệt độ TNS đƣợc đo ghi lại kết hiển thị đồng hồ đo nhiệt độ TOHO TTM-004, vị trí đo đƣợc xác định nhƣ hình 4.3 Hình 4.5 Chiết áp kW dải điện áp 0-220V dùng để thay đổi số vòng quay ơm - Vận tốc TNS đƣợc đo ghi lại kết hiển thị máy đo tốc độ gió TESTO 410-2, vị trí đo đƣợc xác định nhƣ hình 4.3 Vận tốc TNS đƣợc hiệu chỉnh dựa vào thay đổi số vòng quay quạt ly tâm ằng phƣơng pháp sử dụng chiết áp nhƣ hình 4.5 73 4.3 Dụng cụ đo thí nghiệm Bảng 4.1 Bảng liệt kê dụng cụ đo sử dụng thực nghiệm Độ phân giải STT Tên thiết bị Máy đo ức xạ mặt 0,1 W/m2 trời TM-206 Đồng hồ đo nhiệt độ ᴼC TTM-004 Máy đo tốc độ gió 0,1 m/s 410-2 Cân điện tử 1g SW-1 Công tơ điện pha 0,1 kWh Model EMIC-01 Hãng sản suất TENMARS Đài Loan TOHO Nhật TESTO Đức CAS Mỹ EMIC Việt Nam Độ xác ±10W/m2 ± 0,3 % ±0,2 m/s ±1 g ±0,1 kWh Hình 4.6 Máy đo ức xạ mặt trời TENMARS TM-206 (trái), Đồng hồ đo nhiệt độ TOHO TTM-004 (phải) Hình 4.7 Máy đo tốc độ gió TESTO 410-2 (trái), Cân điện tử CAS SW-1 (phải) 74 4.4 Kết thực nghiệm sấy bằng lƣợng mặt trời với gia nhiệt khơng khí nƣớc nóng tích trữ Lƣu đồ thực thực nghiệm Hình 4.8 Lƣu đồ thực thực nghiệm sấy GNKK nƣớc nóng tích trữ 75 4.4.1 Sấy gia nhiệt KK-NLMT Chú thích: Buồng sấy; Khay sấy; Quạt ly tâm; Bộ thu gia nhiệt khơng khí; Khóa ộ thu Hình 4.9 Sơ đồ mơ hình sấy gia nhiệt khơng khí - Nguyên lý làm việc sấy GNKK: Khi quạt ly tâm (3) hoạt động TNS không khí qua ộ thu GNKK (4), TNS thực trình trao đổi nhiệt với hấp thụ, TNS đƣợc gia nhiệt làm cho độ ẩm tƣơng đối giảm xuống Sau TNS vào uồng sấy (1) thực trình sấy thải ẩm mơi trƣờng Khóa (5) dùng để hịa trộn thêm khơng khí nhằm thay đổi nhiệt độ TNS 4.4.1.1 Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm đƣợc thực nhằm tìm vận tốc TNS thời gian sấy phù hợp với việc sấy hành ằng gia nhiệt khơng khí, thơng qua việc đánh giá ảnh hƣởng vận tốc TNS đến thông số độ ẩm hành lá, điện n ng tiêu thụ riêng 76 4.4.1.2 Bố trí thí nghiệm - Thực nghiệm đƣợc thực mùa khô tháng trời nắng không mƣa - Chuẩn bị nguyên liệu: hành tƣơi đƣợc rửa sạch, loại bỏ gốc, cắt khúc 5-10mm khối lƣợng hành sau cắt khúc kg đƣợc xếp lên khay - Thực nghiệm đƣợc thực với thông số đƣợc cố định: + N ng suất đầu vào G1 = kg + Độ ẩm vật liệu an đầu M1 = 92% + Độ dày lớp hành H0 = 0,92 cm + Nhiệt độ TNS trung ình 38°C dựa vào kết thực nghiệm - Thực nghiệm đƣợc tiến hành gồm mức vận tốc 0,5 m/s; 0,8 m/s; 1,1 m/s - Vận hành thiết bị: Bắt đầu từ 8h sáng ta tiến hành chạy thử hiệu chỉnh để đạt đƣợc thông số vận tốc TNS cách điều chỉnh chiết áp, sau sau 30 phút ta đo nhiệt độ TNS nhiệt độ TNS ≥ 38°C đƣa khay xếp hành vào uồng sấy bắt đầu tính thời gian sấy Nhiệt độ TNS thí nghiệm đƣợc điều chỉnh nhờ cách hịa trộn thêm khơng khí tƣơi vào TNS dựa thay đổi độ mở Van khóa (5) hình 4.10 Trong suốt q trình thí nghiệm ta không thực đảo vật liệu sấy Các thông số cần đo thực nghiệm: thời gian sấy τ (giờ), khối lƣợng VLS theo thời gian Gt (kg), điện n ng tiêu thụ N (kWh), xạ mặt trời I (W/m2), nhiệt độ môi trƣờng t0 (°C), nhiệt độ TNS t1 (°C) Tất thông số đƣợc đo ghi lại sau 60 phút 77 0,323 0,323 0,041 0,25 0,07 d Re 0,114 7247,60,25 0,07 Vậy: l. ω2 1,5.1,128.1,082 Pms 0,062 0,54 (Pa) d 0,114.2 - Tổn thất cục + Tại co trơn 90ᴼ Ta có R = 80mm, D = 114 mm Do ξ = 0,4 [28] Tổn thất cục co đƣợc xác định theo công thức + Tại gió mở rộng đột ngột Hình thể kích thƣớc gió mở rộng đột ngột 133 Ta có tỉ số Theo [28] ta chọn ξ = 0,86 + Tại gió thu hẹp đột ngột Ta có tỉ số Theo [28] ta chọn ξ = 0,43 Vậy ta có tổng trở lực cục Tổng tổn thất hệ thống Ta có cơng suất quạt đƣợc tính theo công thức sau [20] 134 Nq k V 0 P 41,12.1,11.3,89 1, 1,3.103 kW=1,3 W 3600.102. q 3600.102.1,128.0, Trong đó: = 1,128 (kg/m ): Khối lƣợng riêng khơng khí 40°C = 1,11 (kg/m3): Khối lƣợng riêng không khí điều kiện tiêu chuẩn Vk = 41,12 (m3/h): Lƣu lƣợng TNS qua buồng sấy P = 3,89(mmH2O): Tổng trở lực mà quạt phải khắc phục q = 0,4: Hiệu suất quạt kq = 1,2: Hệ số dự phòng Thực tế sử dụng quạt lý tâm có cơng suất 370W số vịng quay 2850 vịng/phút Phụ lục Xác định thời gian sấy NLMT ngày Tác giả thực thí nghiệm sấy khơng tải để xác định khoảng thời gian phù hợp ngày sấy NLMT đánh giá độ hoạt động ổn định mơ hình Thí nghiệm đƣợc thực ngày thời gian đo đầu từ 8h sáng đến 17h chiều Các thông số đƣợc đo ao gồm: Bức xạ mặt trời, nhiệt độ môi trƣờng, nhiệt độ TNS Các thông số đƣợc đo ghi lại sau 60 phút.Vận tốc TNS đƣợc chọn 1,5m/s Bảng số liệu đo ngày 16/03/2020 Thời gian Nhiệt độ MT Nhiệt độ TNS Bức xạ mặt trời (°C) (°C) (W/m2) 8h 29 30 220 9h 30 32 180 10h 35 40 640 135 11h 37 42 837 12h 38 44 904 13h 39 44 875 14h 39 44 805 15h 37 43 575 16h 36 39 345 17h 34 36 260 136 Bảng số liệu đo ngày 17/03/2020 Thời gian Nhiệt độ MT Nhiệt độ TNS Bức xạ mặt trời (°C) (°C) (W/m2) 8h 30 33 290 9h 32 36 410 10h 33 38 710 11h 35 42 830 12h 36 45 865 13h 38 46 868 14h 38 46 842 15h 35 40 508 16h 34 39 386 17h 33 35 320 Bảng số liệu đo ngày 19/03/2020 Thời gian Nhiệt độ MT Nhiệt độ TNS Bức xạ mặt trời (°C) (°C) (W/m2) 8h 29 31 353 9h 30 33 582 10h 32 36 352 11h 34 40 860 12h 36 43 951 13h 37 47 980 14h 38 46 778 15h 36 42 606 16h 34 40 342 17h 34 36 268 137 Phụ lục Thực nghiệm xác định độ dày hành khay sấy Phƣơng pháp xác định - Thể tích hành đƣợc xác định phƣơng pháp đong Khối lƣợng mẫu xác định cách cân cân điện tử CAS-01 - Ca đong tích V0 (cm3), khối lƣợng mca (g) - Cho hành vào ca đong ằng cách thả tự từ miệng ca, sau dùng thƣớc thẳng gạt mặt Cân đƣợc khối lƣợng mhl (g) - Khi khối lƣợng thể tích hành ( ⁄ ) Cách thực - Hành tƣơi đƣợc loại bỏ phẩn củ, hỏng sau đƣợc cắt khúc 5-10 mm Hình ảnh Chuẩn bị hành - Ca đong có chia vạch thể tích V0 = 1,5.10-3(m3), khối lƣợng mca =9.10-2(kg) 138 Hình ảnh ca đong có chia vạch Ta thực đo lần số liệu đƣợc ghi ảng sau Bảng số liệu xác định khối lƣợng thể tích Lần đo Khối lƣợng mhl Khối lƣợng thể tích (kg) 01 0,345 170 02 0,342 168 03 0,347 171 ( ⁄ ⁄ ) ) Ta lấy giá trị trung ình lần đo ( Vậy khối lƣợng thể tích hành thí nghiệm 139 ( ⁄ ) Hình ảnh thực cân khối lƣợng cân điện tử Xác định độ dày hành khay sấy - Số lƣợng khay 04, kích thƣớc khay 0,4x0,4m; khối lƣợng hành mẻ sấy 1kg - Khối lƣợng hành khay - Thể tích hành khay - Độ dày lớp hành khay 140 Phụ lục Kết thiết lập phƣơng trình hồi quy phần mềm STATGRAPHICS MATLAB Thiết lập phƣơng trình dự đốn độ c ẩm theo thời gian sấy gia nhiệt khơng khí bẳng phần mềm STATGRAPHICS: + Vận tốc TNS 0,5 m/s Comparison of Alternative Models Model Correlation R-Squared Square root-Y squared-X ,9978 99,56% Logarithmic-Y squared-X ,9966 99,33% Squared-X ,9903 98,08% Squared-Y ,9861 97,25% Linear ,9796 95,97% Square root-Y ,9671 93,53% Reciprocal-Y squared-X ,9633 92,79% Double squared ,9607 92,30% Exponential ,9460 89,48% Squared-Y square root-X ,9185 84,36% Square root-X ,8854 78,39% Reciprocal-Y ,8780 Logarithmic-Y square root-X Reciprocal-Y square root-X 77,09% ,8272 ,7439 68,43% 55,33% The StatAdvisor This table shows the results of fitting several curvilinear models to the data Of the models fitted, the square root-Y squared-X model yields the highest R-Squared value with 99,5605% This is the currently selected model 141 Do am vat lieu theo thoi gian v=1.1m/s M = (9,5 - 0.12*t^2)^2 100 90 80 Do am (%) 70 60 50 40 30 20 10 Thoi gian (Gio) + Vận tốc TNS 0,8 m/s Comparison of Alternative Models Model Correlation R-Squared Square root-Y squared-X ,9976 99,52% Logarithmic-Y squared-X ,9924 98,48% Linear ,9897 97,95% Squared-Y ,9868 97,38% Squared-X ,9846 96,94% Square root-Y ,9743 94,92% Squared-Y square root-X ,9433 88,98% Exponential ,9403 88,41% Double squared ,9347 87,38% Reciprocal-Y squared-X ,9190 84,46% Square root-X ,9088 82,60% Logarithmic-Y square root-X ,8236 67,83% The StatAdvisor This table shows the results of fitting several curvilinear models to the data Of the models fitted, the square root-Y squared-X model yields the highest R-Squared value with 99,5161% This is the currently selected model 142 Do am vat lieu theo thoi gian v=0.8m/s M = (9.5 - 0.14*t^2)^2 100 90 80 Do am (%) 70 60 50 40 30 20 10 Thoi gian (Gio) + Vận tốc TNS 1,1 m/s Comparison of Alternative Models Model Correlation Logarithmic-Y squared-X ,9967 Reciprocal-Y squared-X ,9936 R-Squared 99,33% 98,72% Linear ,9923 98,47% Square root-Y squared-X ,9883 97,67% Squared-Y ,9880 97,62% Square root-Y ,9878 97,58% Exponential ,9776 95,57% Squared-X ,9745 94,96% Squared-Y square root-X ,9441 89,14% Reciprocal-Y ,9395 88,27% Double squared ,9369 87,79% Square root-X ,9210 84,83% Logarithmic-Y square root-X ,8798 77,41% Reciprocal-Y square root-X ,8206 67,34% The StatAdvisor This table shows the results of fitting several curvilinear models to the data Of the models fitted, the logarithmic-Y squared-X model yields the highest R-Squared value with 99,3318% This is the currently selected model 143 Do am vat lieu theo thoi gian v=1.1m/s M = exp(4,5 - 0.28*t^2) 100 90 80 Do am (%) 70 60 50 40 30 20 10 Thoi gian (Gio) Thiết lập phƣơng trình hồi quy cho tốc độ sấy tƣơng ứng với vận tốc TNS giai đoạn sấy giảm tốc công cụ Curve Fitting Tool MATLAB + Vận tốc TNS 0,5 m/s + Vận tốc TNS 0,8 m/s 144 + Vận tốc TNS 1,1 m/s 145 Phụ lục Một số hình ảnh q trình thực nghiệm 146 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ tên: Trần Tiến Dũng Giới tính: Nam Ngày, tháng, n m sinh: 10/09/1994 Nơi sinh: Đ kL k Email: Điện thoại: 0989016146 Trantiendung1009@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2012 đến 11/2016 Nơi học: Trƣờng Đại học Công Nghiệp TP HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Thạc s : Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 09/2017 đến 05/2020 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Công Ngiệp TP HCM Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2015-2017 Công ty CP xây dựng kiến trúc AA Nhân viên kỹ thuật Corporation 2017-2018 Cơng ty TNHH Cơ Khí Anpha 2019-đến Công ty Chế Tạo Máy Tự Động Nhân viên kỹ thuật Trƣởng phịng kỹ thuật Hóa Sài Gòn Tp HCM, ngày tháng Năm 2020 Ngƣời khai (Ký tên) 146 ... 32 40 816 33 39 11h 850 33 42 958 34 41 876 33 39 12h 946 34 43 992 35 42 932 34 41 13h 970 36 46 970 36 44 977 37 42 14h 810 34 45 790 35 43 750 36 42 15h 660 35 43 5 74 35 41 600 34 40 16h 40 2... phút 97 4. 6.3 Kết thảo luận Bảng 4. 8 Bảng thông số thực nghiệm sấy kết hợp phƣơng pháp sấy Thời gian Chế độ sấy 13h30 38 875 32 44 11,50 92,00 14h 36 743 40 44 8,97 89,97 0,2 35 160 43 38 7,08... 30 44 37 1,65 62,29 2,1 29 42 35 1 ,40 58,32 2,3 29 41 35 1,15 53 ,41 2,6 19h30 29 40 33 0,89 47 ,20 2,8 19h35 29 44 0,89 47 ,20 2,8 28 42 0, 64 39,08 3,6 28 42 0,52 34, 00 4, 4 28 41 0,26 20,80 27 42