Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy sấy lát khổ qua bằng đèn halogen năng suất 5kg nguyên liệu mẻ

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁT KHỔ QUA BẰNG ĐÈN HALOGEN NĂNG SUẤT 5KG NGUYÊN LIỆU/MẺ Mã số đề tài: 21/1 NL02 Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Đình Anh Tuấn Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 LỜI CÁM ƠN Nhóm nghiên cứu chân thành cảm ơn Trường Đại Học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh cấp kinh phí để thực đề tài nghiên cứu Đồng thời, nhóm nghiên cứu gời lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cơ khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh có nhiều hỗ trợ trình thực đề tài nghiên cứu Ngồi ra, nhóm nghiên cứu gởi lời cảm ơn sinh viên thuộc khóa K13, K14 đồng hành công tác triển khai thực nghiệm, thu thập liệu IUH, ngày 10 tháng năm 2023 Chủ nhiệm đề tài TS Trần Đình Anh Tuấn PHẦN I THƠNG TIN CHUNG Thơng tin tổng qt 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy lát khổ qua đèn halogen suất 5kg nguyên liệu/mẻ 1.2 Mã số: 21/1 NL02 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài TS Trần Đình Anh Tuấn Khoa CN Nhiệt Lạnh Chủ nhiệm đề tài ThS Lê Đình Nhật Hồi Khoa CN Nhiệt Lạnh Thành viên ThS Nguyễn Văn Tuấn Khoa CN Nhiệt Lạnh Thành viên ThS Vũ Đức Phương Khoa CN Nhiệt Lạnh Thành viên ThS Hồ Thị Khánh Phượng Khoa CN Nhiệt Lạnh Thành viên TS Trần Thị Huyền Viện CN Sinh học – Thực phẩm Thành viên 1.4 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 1.5 Thời gian thực hiện: từ tháng năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): khơng 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 93.000.000 VNĐ (chín mươi ba triệu đồng chẵn) Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề Kỹ thuật sấy kỹ thuật lâu đời kết hợp từ nhiều lĩnh vực khác khoa học, công nghệ, tảng kiến thức thực tiễn (đúc kết từ quan sát thực nghiệm yếu tố kinh nghiệm nhân viên kỹ thuật vận hành) Qua trình sấy, nhờ giảm độ ẩm vật liệu sấy, nên vi sinh vật bị hạn chế cường độ hoạt động bị thay đổi mơi trường Nhờ đó, các phẩm sau sấy có thời gian bảo quan lâu dài, nâng cao giá trị kinh tế Cho đến nay, sấy lĩnh vực ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nông nghiệp, công nghệ dược phẩm…đặc biệt lĩnh vực thực phẩm Hiện có nhiều loại hệ thống sấy phát triển ứng dụng vào công nghiệp sản xuất Mỗi loại hệ thống sấy tồn ưu nhược điểm Nhìn chung, hệ thống sấy phân loại, cách tương đối, thành hai loại hệ thống sấy hệ thống sấy sử dụng nguồn lượng tự nhiên lượng mặt trời hệ thống sấy sử dụng nguồn lượng nhân tạo hệ thống sấy đối lưu, sấy lạnh, sấy nhờ vi song, sấy chân không… Trong hệ thống sấy nhân tạo, sấy xạ halogen sử dụng rộng rãi Nhờ trình truyền nhiệt thông qua phương thức xạ, nguồn nhiệt truyền thẳng đến bề mặt vật liệu, nên trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy xảy nhanh hơn, giảm thời gian sấy, nhờ tiết kiệm chi phí sấy Tại Việt Nam, Khổ Qua từ lâu dùng làm thuốc thuốc, sử dụng để điều trị bệnh khác bệnh đái tháo đường, ho, bệnh đường hơ hấp, bệnh ngồi da, vết thương Nó giúp làm gan tái tạo tế bào gan giảm cân Vì lợi ích dinh dưỡng cơng dụng tuyệt vời nêu nên nhu cầu sử dụng sản phẩm Khổ Qua dạng sấy khô ngày tăng cao Sản phẩm Khổ Qua dạng sấy khô sử dụng loại trà thảo dược Do vậy, việc nghiên cứu để tìm chế độ sấy phù hợp cho sản phẩm Khổ Qua sấy khô nhằm tạo sản phẩm ngày chất lượng cao hơn, có thời gian bảo quản lâu việc cần thiết Vì vậy, đề xuất đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy lát khổ qua đèn halogen suất 5kg nguyên liệu/mẻ”, nhằm giải mục tiêu: tạo sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu, chi phí lượng thấp, nâng cao giá trị kinh tế sản phẩm khổ qua sấy, phục vụ cho tiêu dùng xuất 2.2 Mục tiêu 2.2.1 Mục tiêu tổng quát Đa dạng hóa máy sấy đơn vị máy sấy xạ halogen để phục vụ nghiên cứu, học tập sinh viên ngành Nhiệt lạnh sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm, đồng thời đưa thiết bị ứng dụng vào thực tiễn có hướng đến tiết kiệm sử dụng hiệu lượng 2.2.2 Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy lát khổ qua đèn halogen suất 5kg nguyên liệu/mẻ Xây dựng tối ưu hóa thông số công nghệ nguyên liệu khổ qua cắt lát để có sản phẩm sấy đạt chuẩn chất lượng chi phí sấy hợp lý 2.3 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên sử dụng đề tài gồ: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết - Phương pháp giải tích sử dụng tính toán thiết kế - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: kế thừa chuyên gia 2.4 Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Tóm tắt: Đề tài tính toán thiết kế chế tạo tủ sấy Halogen với suất 5kg/mẻ Tủ sấy chế tạo với tồn vật liệu Inox 304, với kích thước tủ 550x550x850 (mm) Bên tủ có bố trí khay tròn, gồm dạng tam giác khay Hai khay gắn trục quay điều khiển thiết bị inverter, nhằm thay đổi nhiều vận tốc quay khác q trình thực nghiệm Ngồi ra, tủ sấy cịn có bóng đèn Halogen với cơng suất 100W bóng, bố trí khay Để kiểm sốt chế độ sấy, tủ sấy bố trí cảm biến nhiệt độ để đo thông tin nhiệt độ sấy vị trí vào, khỏi tủ sấy Việc thu thập thông tin nhiệt độ trình sấy thực thiết bị controller DDC Giao tiếp thiết bị controller DDC máy tính thơng qua phần mềm điều khiển Trên giao diện phần mềm, ta thiết lập nhiệt độ sấy theo yêu cầu Khi nhiệt độ sấy tủ sấy đạt đến nhiệt độ cài đặt, thiết bị SSD điều khiển thay đổi điện áp cấp cho bóng đèn halogen nhằm trì nhiệt độ cài đặt ban đầu Với tủ sấy thiết kế, đề tài thực khảo sát ảnh hưởng trình sấy đến sản phẩm Khổ qua dạng lát nhiệt độ sấy 60 oC, 65 oC 70oC, ảnh hưởng độ dày vật liệu sấy 3mm, 5mm 7mm Chất lượng sản phẩm sau sấy đánh giá thông qua số màu hàm lượng dinh dưỡng, cụ thể hàm lượng Vitamin C hàm lượng Carbonhydrate Chỉ số hàm lượng dinh dưỡng thực Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Ngồi ra, đề tài ứng dụng trí tuệ nhân tạo để dự báo giảm ẩm ảnh hưởng yếu tố sấy nhiệt độ sấy, độ dày vật liệu sấy, thời gian sấy suốt trình sấy Trong số mơ hình trí tuệ nhân tạo, có hai mơ hình sử dụng để dự báo giảm ẩm vật liệu sấy mơ hình MARS GRNN Các biến đầu vào hai mơ hình thời gian sấy, độ ẩm đầu vào, nhiệt độ sấy, độ dày vật liệu Còn biến đầu hai mơ hình độ ẩm cuối vật liệu sấy Kết thực q trình huấn luyện mơ hình, hai mơ hình có giá trị R2 = 0.9996 Đối với giá trị MSE MARS có giá trị 5.6523e-07, cịn giá trị MSE GRNN 0.0167 Tương tự giá trị RMSE thì, MARS đạt 6.1890e-04, GRNN đạt 0.1132 Qua tổng hợp tiêu chí thống kê đánh giá kết luận rằng, khả dự báo MARS có lực vượt trội nhiều so với GRNN Abstract: The project has calculated, designed and manufactured a halogen oven with a capacity of 5kg/batch The drying cabinet is made with all 304 stainless steel materials, with the cabinet size 550x550x850 (mm) Inside the cabinet, there are round trays, including triangular plates on one tray These two trays are mounted on the same axis of rotation controlled by the inverter device which can change different rotational speeds during the experiment In addition, in the drying cabinet, there are halogen bulbs with a capacity of 100W each, arranged evenly on each tray To control the drying mode, the oven has arranged temperature sensors to measure the drying temperature at the positions such as outside, inside and out of the oven The collection of temperature during the drying process is done by the DDC controller The control software was installed to get the communication between the DDC controller device and the computer through On the software interface, we can set the drying temperature as required When the drying temperature in the oven reaches the set temperature, the SSD will control the change in the voltage supplied to the halogen bulbs to maintain the temperature as originally set With the designed drying oven, this study has investigated the effects of the drying process on the products of bitter gourd, such as the drying temperature of 60 o C, 65 oC and 70 oC, respectively, the influence of the thickness of the dried material including 3mm, 5mm and 7mm respectively The quality of products after drying is evaluated through color indices and nutritional content, namely Vitamin C and Carbohydrate The nutrient content indicators were performed at the Institute of Biotechnology and Food Technology, Industrial University of Ho Chi Minh City In addition, the study also applied artificial intelligence to predict the moisture loss under the influence of drying factors such as drying temperature, thickness of drying material, and drying time during the drying process Among the artificial intelligence models, there are two models used to predict the moisture loss of dried materials: MARS and GRNN models The input variables of both models are drying time, input moisture, drying temperature, material thickness The output variable of the two models is the final moisture content of the dried material Results performed during model training, both models have the same value R2 = 0.9996 For the MSE value, the MSE value of the trained MARS is 5.6523e-07, and the MSE value of the trained GRNN model is 0.0167 Similarly for the RMSE value, MARS is 6.1890e-04, while GRNN is 0.1132 Through the synthesis of statistical evaluation criteria, it can be concluded that the forecasting ability of MARS is much superior to that of GRNN Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học/và tiêu kinh tế-kỹ thuật Đăng ký Đạt Mơ hình máy sấy halogen dạng mẻ mơ hình mơ hình hồn thiện Bộ vẽ thiết kế chế tạo quy trình vận hành thiết bị mơ hình máy sấy halogen bộ rõ ràng, chi tiết, đầy đủ Bài báo thuộc danh mục scopus bài thuộc danh mục scopus Q2 Kiến nghị  Nghiên cứu sâu ảnh hưởng độ ẩm tương đối tác nhân sấy buồng sấy đến thời gian sấy chất lượng khổ qua  Tiến hành sấy nhiều loại sản phẩm khác để xây dựng thư viện chế độ sấy tối ưu cho máy sấy đèn halogen Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III) Sản phẩm dạng 1: mơ hình máy sấy halogen dạng mẻ (đã khoa CN Nhiệt Lạnh nghiệm thu) Sản phẩm dạng 2: vẽ thiết kế chế tạo quy trình vận hành tủ sấy halogen suất 5kg nguyên liệu/mẻ Sản phẩm dạng 3: báo khoa học thuộc danh mục scopus (Q2): Tran Dinh Anh Tuan, Nguyen Van Tuan, Le Dinh Nhat Hoai, Ho Thi Khanh Phuong Study on drying of bitter gourd slices based on halogen dryer Research in Agricultural Engineering ISSN 1805-9376 (Accepted) Tp HCM, ngày tháng năm Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT Khoa CN Nhiệt Lạnh Trưởng (đơn vị) (Họ tên, chữ ký) PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (báo cáo tổng kết sau nghiệm thu, bao gồm nội dung góp ý hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁT KHỔ QUA BẰNG ĐÈN HALOGEN NĂNG SUẤT 5KG NGUYÊN LIỆU/MẺ Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Đình Anh Tuấn MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU SẤY 16 1.1 Nguyên liệu sấy 16 1.2 Các loại khổ qua có nước ta 16 1.3 Yêu cầu chất lượng nguyên liệu sấy 17 1.4 Đặc tính chung độ ẩm khổ qua 17 1.5 Giá trị dinh dưỡng 18 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY 19 2.1 Sấy vật liệu ẩm 19 2.2 Các phương pháp sấy vật liệu ẩm 19 2.2.1 Phương pháp sấy nóng 19 2.2.2 Phương pháp sấy lạnh 20 2.3 Nguyên lí trình sấy 20 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy 21 2.4.1 Yếu tố nguyên liệu 21 2.4.2 Yếu tố tác nhân sấy 21 2.4.3 Thời gian sấy 23 2.4.4 Thiết bị sấy 23 2.5 Kết luận 24 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY 25 3.1 Tính tốn thiết kế chế tạo hệ thống sấy 25 3.1.1 Các thơng số cần thiết cho q trình tính tốn thiết kế 25 3.1.2 Tính tốn lý thuyết q trình sấy thiết bị sấy 25 3.1.3 Tính toán tổn thất nhiệt 27 3.2 Chế tạo hệ thống sấy 33 3.2.1 Cấu tạo khí máy sấy khổ qua đèn halogen 33 3.2.2 Phần điểu khiển máy sấy 35 3.3 Vận hành máy sấy 37 3.3.1 Vận hành tự động 37 3.3.2 Vận hành thủ công 38 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ SẤY HALOGEN CHO SẢN PHẨM KHỔ QUA 40 4.1 Thiết lập thực nghiệm 40 4.1.1 Cơ sở thực nghiệm 40 4.1.2 Xây dựng quy trình thực nghiệm 40 4.1.3 Kết thí nghiệm 42 4.2 Phân tích đánh giá sản phẩm sấy 49 4.2.1 Phân tích ảnh chụp sản phẩm sấy 49 4.2.2 Phân tích thành phần vitamin C carbohydrate 53 4.3 Kết luận kiến nghị 54 4.3.1 Một số lưu ý sau trình quy hoạch thực nghiệm 54 4.3.2 Kết luận 55 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ANN TRONG QUÁ TRÌNH SẤY 57 5.1 Đặt vấn đề 57 5.2 Nghiên cứu ANN lĩnh vực sấy 57 5.3 Mơ hình MARS 58 5.4 Mạng GRNN (generalized regression neural network) 59 5.5 Các tiêu chuẩn thống kê sử dụng để đánh giá mơ hình ANN 59 5.6 Kết thực 60 5.6.1 Kết thực xác định thời gian sấy theo phương pháp MARS 60 5.6.2 Kết thực xác định thời gian sấy theo phương pháp GRNN (generalized regression neural network) 61 5.6.3 So sánh kết thực từ mô hình MARS GRNN 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Thứ nguyên ANN ARESLAB GRNN MC MSE N R2 RMSE RSS SDV ω R ρo Arificial Neural Netword (Mạng Nơ-ron nhân tạo) Adaptive Regression Splines for Matlab/Octave Generalized regression neural network Độ ẩm Có nghĩa lỗi bình phương Số lượng mẫu Hệ số tương quan Lỗi bình phương trung bình gốc Tổng số dư bình phương Giá trị độ lệch chuẩn Độ ẩm vật liệu sấy % Bề dày lớp vật liệu sấy m Khối lượng riêng vật liệu Kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt 10 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁT KHỔ QUA BẰNG ĐÈN HALOGEN NĂNG SUẤT 5KG NGUYÊN LIỆU/MẺ PHỤ LỤC 1: BỘ BẢN VẼ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 3 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁT KHỔ QUA BẰNG ĐÈN HALOGEN NĂNG SUẤT 5KG NGUYÊN LIỆU/MẺ PHỤ LỤC 2: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY SẤY BỨC XẠ HALOGEN THƠNG TIN THIẾT BỊ KÍCH THƯỚC: 500x500x850 CÔNG SUẤT TỐI ĐA: 600W NĂNG SUẤT: 1KG KHỔ QUA LÁT/MẺ TỐC ĐỘ QUẠT HÚT: 3,4 m/s NHIỆT ĐỘ LÀM VIỆC: 0÷90⁰C CÁC BƯỚC VẬN HÀNH MÁY BƯỚC 1: Đặt công tắc điều khiển chế độ OFF BƯỚC 2: Kết nối thiết bị với nguồn điện 220V BƯỚC 3: Bật CB Tổng nhấn nút START BƯỚC 4: Chọn chế độ sấy AUTO* MAIN BƯỚC 5*: Kết nối máy tính với điều khiển DDC cổng USB BƯỚC 6*: Quan sát nhiệt độ hiển thị ổn định cho vật liệu sấy vào BƯỚC 7*: Bật cơng tắc motor sang ON Chú ý: Nếu hình biến tần báo lỗi, vui lòng khởi động lại cách tắt bật lại CB tổng BƯỚC 8*: Theo dõi hồn thành q trình sấy HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM DDC Tab Configurator (Bộ cấu hình) Connect: (Cho phép kết nối liệu) Read from DDC: (đọc chương trình cuối từ DDC) Write to DDC: (ghi liệu cho DDC) Load from PC: (tải chương trình từ máy tính) Save on PC: (lưu chương trình máy tính) Comport: (cổng kết nối) Tùy máy tính có số COM 1,2,3,4… khác Chú ý: Như chưa kết nối máy tính bạn không hỗ trợ cho thiết bị (thiếu diver, máy cũ,…) Baudrate: (tốc độ truyền) Cài mặc định 128000 Select UI: (ngõ vào cảm biến) Calibration: (giá trị sai số) UI Type: (loại cảm biến) Drycontact (tiếp điểm khô), Resistor (điện trở), Voltage (điện áp), Current (dòng điện), Thermistor (nhiệt kế điện tử),… Select AO: (ngõ analog) Set point: (điểm cài đặt analog) Select DO: (ngõ relay) Set point: (điểm cài đặt relay) 10 Diff value: (giá trị chênh lệch) Tab Datalogger (Bộ ghi liệu) Cài đặt tên cho thiết bị cần truy xuất liệu Log time cycle: (chu kì ghi liệu) Start/Stop: (bắt đầu/kết thúc ghi liệu) Pause: (tạm dừng ghi liệu) Open Folder: (mở thư mục có chứa file liệu dạng Excel) Tab Monitoring (Quan sát thông số) CÁC BƯỚC SỬ DỤNG PHẦN MỀM Bước 1: Cấp nguồn cho phần mềm DDC Bước 2: Kết nối cổng USB máy tính với phần mềm DDC Chú ý: Comport phải COM 1,2,3… Bước 3: Cài đặt thông số TAB Configurator Bấm CONNECT Chú ý: Nếu Communication Status Connection Fail tức bị lỗi kết nối, vui lòng kiểm tra lại đường truyền thông số chưa phù hợp,… Bước 4: Bấm WRITE TO DDC để viết chương trình cho DDC Chú ý: Nếu Communication Status Wrong Data đường truyền bị nhiễu thơng số chưa phù hợp,… Bước 5: Mở TAB Datalogger cài đặt tên chu kì ghi liệu Bấm Start Bước 6: Mở TAB Monitoring quan sát thay đổi thơng số BỘ CƠNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẤY LÁT KHỔ QUA BẰNG ĐÈN HALOGEN NĂNG SUẤT 5KG NGUYÊN LIỆU/MẺ PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ CƠNG BỐ KHOA HỌC Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 Bài báo Scopus 10 Bài báo IUH 11