(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 5Kgmẻ Dùng Để Xuất Khẩu

Nghiên cứu này trình bày các kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu suất một máy sấy ớt sử dụng bơm nhiệt kết hợp năng lượng nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp sấy này trong điều

NGHIEN CUU CHE TAO VA THUC NGHIEM HE THONG

SAY OT BANG BOM NHIET KET HOP NANG LUO'NG MAT TRO! NANG SUAT 5KG/ME DUNG DE XUAT KHẨU

NGANH: KY THUAT NHIET - 60520115

Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2018

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI QUANG HUY

NGHIÊN CUU CHE TAO VA THUC NGHIEM HE THONG SAY OT BANG BOM NHIET KET HOP NANG LUQNG MAT TROT NANG SUAT 5KG/ME DUNG DE XUAT KHAU

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HQC SU PHAM KY THUAT

THANH PHO HO CHi MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI QUANG HUY

NGHIÊN CỨU CHE TAO VA THUC NGHIEM HE THONG SAY OT BANG BOM NHIET KET HOP NANG LƯỢNG MAT

TROI NANG SUAT SKG/ME DUNG DE XUAT KHAU

NGANHKY THUAT NHIET - 60520115

Hướng dẫn khoa học

TS LE MINH NHUT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2018

Số: 226 /QĐ-ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2017

QUYẾT ĐỊNH

Về việc thay đổi tên đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

HIỆU TRƯỞNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

Căn cứ Quyết định số 118/2000/QĐ-TTg ngày 10 tháng 10 năm 2000 của Thủ

tướng Chính phủ về việc thay đổi tổ chức của Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, tách

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh trực thuộc Bộ Giáo dục và Đào

tạo;

Căn cứ Quyết định số 70/2014/QĐ-TTg ngày 10/12/2014 của Thủ tướng

Chính phủ về ban hành Điều lệ trường Đại học;

Găn cứ Thông tư số 15/2014/TT-BGDĐT ngày 15/5/2014 của Bộ Giáo dục và

Đào tạo về việc Ban hành Qui chế đào tạo trình độ thạc sĩ;

Căn cứ vào đơn “Đề nghị thay đổi liên quan đến luận văn tốt nghiệp” của học

viên;

Xét nhu cầu công tác và khả năng cán bộ;

Xét đề nghị của Trưởng phòng Đào tạo,

QUYẾT ĐỊNH:

Điều 1 Đổi tên đề tài Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ cho:

Học viên : Bùi Quang Huy Khoá: 2015-2017 A

Tân đề tài mới : Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt

bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng

suất 5 kg/ mẻ dùng để xuất khẩu

Thời gian thực hiện: từ ngày 22/02/2016 đến 22/8/2016

Điều 2 Giao cho Phòng Đào tạo quản lý, thực hiện theo đúng Qui chế dào tạo

trình độ thạc sĩ của Bộ Giáo dục & Đào tạo ban hành

Điều 3 Trưởng các đơn vị, phòng Đào tạo, các Khoa quản ngành cao học và các

Ông (Bà) có tên tại Điều 1 chịu trách nhiệm thi hành quyết định này

Quyết định có hiệu lực kể từ ngày ký./ ik

Nơi nhận :

- BGH (đế biết);

-Nhưđiều 3;

~ Lưu: VT, SĐH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNGHÒAXÃHỘICHỦ NGHĨA VIỆTNAM

'TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Chủ tịch Hội đồng Ệ : PGS.TS, Dang Thành Trung

Thư ký Hội đồng : 1S, Nguyễn Xuân Viên

Học viên bảo vệ LVTN : Bài Quang Huy MSHV; 1521005

Giảng viên hướng dẫn : 7%, Lê Minh Nhựt

Giảng viên phản biện : PGS.TS, Bùi Trung Thành

TS Nguyễn Văn Tuyên Tên đề tài LVTN : Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết

hợp năng lượng mặt trời năng suất 5 kg/ mẻ dùng để xuất khẩu

1 KET QUA BẢO VỆ:

4 |TS Nguyén Van Tuyén 7,O

;hí Minh, ngày 05 tháng 5 năm 2018

THU KY HOI DONG

(KY, ghi r6 hoc hdig, hoc vi & ho tén)

CHU TICH HOI DONG

(Ký, ghi rõ học hàm, hoc vi&eto

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM TRƯỜNG ĐẠI HOC SU’ PHAM KY THUAT Độc lập - Tự do - Hạnh Phúc

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên học viên: Bùi Quang Huy : MSHV: 1521005 Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Khóa: 2015-2017

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết

hợp năng lượng mặt trời năng suất 5 kg/mẻ dùng để xuất khẩu Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo

qui định) của một luận văn thạc sĩ

Tp Hồ Chí Minh, ngay /4 tháng 4 năm 2018

Giảng viên hướng dẫn (Ky & ghi rõ học tên)

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Bùi Quang Huy Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 17/09/1989 Nơi sinh: Vĩnh Long Quê quán: Vĩnh Long Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Trường đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật Vĩnh Long

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 159/4/2 Phạm Thái Bường, Phường 4, Thành phố Vinh Long

Dién thoai co quan: (+84)02703822141 Dién thoai nha riéng:

Fax: (+84)02703821003 E-mail: huybq@vlute.edu.vn

Il QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2008 đến 08/2012

Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh

Ngành học: Kỹ thuật nhiệt — điện lạnh:

2 Thạc sĩ:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 4/2015 đến 4/ 2018

Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh

III QUA TRINH CONG TAC CHUYEN MON KE TU KHI TOT NGHIEP DAI

HOC:

Thoi gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

Trường Cao đăng Sư Phạm

04/2013- Kỹ Thuật ÿ Thuật Vĩnh Long Vĩ `

Trường Dai hoc Su Pham Ky

11/2013-nay Thuat Vinh Long Giang day

Iv CAC CONG TRINH KHOA HQC DA CONG BO:

Experiment Investigation on a Solar Asisted Heat Pump Dryer for Chili

XÁC NHẠN CỦA CƠ QUA hoặc ĐỊA PHƯƠNG

(Kỷ tên, đóng dấu)

Ngày thang nam 2018 Người khai ký tên

LỜI CAM ĐOAN

~ Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi với sự hướng dẫn của TS Lê

Minh Nhựt Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bồ trong bắt kỳ công trình nào khác

- Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian dối nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội

dung luận văn của mình

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 4 năm 2018

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Bùi Quang Huy

iti

Chí Minh Tới nay, tác giả đã bước đầu đạt được các kết quả như mong muốn Để đạt

được kết quả này, tác giả đã được sự giúp đỡ rất lớn về tỉnh thần và chuyên môn của gia đình, bạn bè, các Thầy Cô và đồng nghiệp Chính vì vậy tác giả xin chân thành cảm ơn các cá nhân, tập thể đã giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn này, Tác giả xin gửi lời cám ơn chân thành đến:

TS Lê Minh Nhựt, Phó Khoa Cơ Khí Động lực - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

TP Hồ Chí Minh, là thầy hướng dẫn trực tiếp đã tận tình chỉ dạy góp ý, giúp đỡ tác giả

trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Các Thay, Cô ở Bộ môn Nhiệt — Điện Lạnh, Trường Dai Hoc Su Phạm Kỹ Thuật TP

Hồ Chí Minh, và các Thầy ở các trường khác tham gia giảng day lớp cao học kỹ thuât nhiệt khóa 2015A, đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho tác giả những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học

Các Thay, Cô Khoa điên- điện tử, Khoa Công nghệ thực phâm Trường Dai Hoc Su Pham

Kỹ Thuật Vĩnh Long đã nhiệt tình giúp đỡ góp ý về mặt chuyên môn, hỗ trợ về dụng cụ thí nghiêm cũng như hỗ trợ về mặt thời gian cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả cũng xin cảm ơn đến các bạn cùng lớp KTN15A khóa 2015- 2017 đã nhiệt tình trao đổi, góp ý và cung cấp thông tin tư liệu trong quá trình học tập

Cuối cùng tác giả xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè thân thiết đã động viên, hỗ trợ tác

giả về mặt tỉnh thần trong suốt quá trình làm luận văn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018

Học viên thực hiện luận văn

Bùi Quang Huy

iv

TÓM TÁT

Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời rất lớn, bình quân có 2.000 đến

2.500 giờ nắng mỗi năm, trải dài từ 8 độ vĩ Bắc đến 23 độ vĩ Bắc, cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, trị số tong xạ lên đến từ 100 đến 175 kcal/cm”/năm Do đó, việc sử

dụng năng lượng mặt trời kết hợp bơm nhiệt sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Nghiên cứu này trình bày các kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu suất một máy sấy ớt sử dụng bơm nhiệt kết hợp năng lượng nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp sấy này

trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam

Hệ thống máy sấy năng lượng mặt trời kết hợp bơm nhiệt được thiết kế và chế tạo tại

trường Đại hoc sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long Hệ thống bao gồm I bộ thu tắm phẳng, I bơm nhiệt, buồng sây, quạt hút và các đường ống được bọc lớp cách nhiệt polyurethane dày 10mm Bộ thu tâm phẳng có kích thước Im x 2m x 10cm, vật liệu hấp thu là các ống đồng và cánh lá đồng xi mạ chrome màu đen, kính cường lực bảo vệ đày 6mm Buồng sấy kích thước 38 cm x 38 cm x 38 em được chia làm 5 tầng đề chứa 5 khay dung ớt Bơm nhiệt bao gồm máy nén công suất 750W, cáp tiết lưu, thiết bị ngưng tụ chính, thiết

bị ngưng tụ phụ, và thiết bị bay hơi Các thí nghiệm được thực hiện trong 3 điều kiện thời

tiết khác nhau là ngày nắng, ngày nhiều mây và ngày mưa Kết quả thu được cũng cho thấy năng lượng hữu ích của bộ thu cho các ngày nắng, ngày có mây và ngày mưa lần lượt là 14.5 kWh, 8.91 kWh và 0 kWh Trong khi đó, điện năng tiêu tốn tương ứng cho

các trường hợp trên lần lượt là 19.2 kWh, 21.4 kWh va 26.1 kWh Hệ số COP của bơm

nhiêt tương ứng trong 3 trường hợp lần lượt tương ứng là 3.45, 3.46 và 3.51

of sunshine a year, ranging from 8 degrees north to 23 degrees north latitude, and relatively high intensity of solar radiation Total solar radiation is up to 100 to 175 kcal/cm?/year Therefore, the use of solar energy combined heat pump system will bring great economic efficiency This study presents the results of a study on the efficiency of

a chili dryer using a combination of heat pump and solar energy to evaluate the applicability of this drying method in climatic conditions of Vietnam

The solar-assisted heat pump dryer system designed and manufactured by Vinh Long

University of Technology Education This system consists of a flat plate collector, a heat pump, a drying chamber, exhausted fan and pipes covered by 10-mm layer of polyurethane insulation Flat plate collector is Im x 2m x 10cm in dimension It is made

of chromium plated and black copper tubes and plates and protected by 6-mm reinforced

glass panels The drying chamber is of 38 cm x 38 cm x 38 cm in dimension and is

divided into 5 compartments for 5 trays of chili Heat pump includes a 750W compressor,

expansion valve, main and auxiliary condenser, evaporator The experiments were

carried out on three types different of days such as clear day, intermittent cloud sky day and overcast sky day, respectively The experimental results show that the useful heat gain of solar collectors for drying chilli of the clear day, intermittent cloud sky day and overcast sky day are 14.5 kWh, 8.91 kWh and 0 kWh, respectively, and the corresponding energy consumption of solar- assisted heat pump dryer is 19.2 kWh, 21.4 kWh and 26.1

kWh Coefficients of performance in the three cases are 3.45, 3.46 and 3.51, respectively

vi

MỤC LỤC

Chương 1: TÔNG QUAN

1.1 Tổng quan về đề tài

1.2 Tình hình nghiên cứu của đề tài

1.3 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Đóng góp mới của đề tài

1.6 Kết cầu của đề tài

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Khái quát về kỹ thuật sấy

2.2 Khái quát về bơm nhiệt

2.3 Lý thuyết về năng lượng mặt trời

2.4 Hệ thống bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 Mô hình sây bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thông

3.1.2 Nguyên lý hoạt động

3.2 Các thông số ban đầu

3.3 Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d

3.3.1 Đồ thị I-d

3.3.2 Xác định các thông số của quá trình sấy

3.4 Tính toán bơm nhiệt

Trang 11

Trang 11 Trang 12 Trang 12

Trang 14

Trang 12 Trang 16

Trang 17

Trang 23 Trang 27 Trang 27 Trang 27

Trang 27

Trang 28 Trang 30 Trang 30 Trang 31

Trang 34

Trang 41 Trang 49 Trang 49 Trang 49

Trang 50

4.2 Thiết lập thí nghiệm

4.3 Dụng cụ đo

Chương 5: KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

5.1 Kết quả thí nghiệm trong ngày nắng

5.2 Kết quả thí nghiệm trong ngày mây

5.3 Kết quả thí nghiệm trong ngày mưa

5.4 So sánh tông quan

5.5 Đánh giá vật liệu sau sấy

Chương 6: KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

Trang 84

Trang 87 Trang 87 Trang 87 Trang 89

Trang 91

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU

a- Hệ số khuếch tán nhiệt m?/s

cp Nhiệt dung riêng đăng áp kJ/kg độ

C- Đương lượng không khí, kJ/độ

Gr- Tiêu chuẩn Grashof

Nu- Tiêu chuẩn Nusselt

Pr- Tiêu chuẩn Prandtl

Re- Tiêu chuẩn Reynolds

Ra- Tiêu chuẩn Rayleigh

4¿- Diện tích bộ thu năng lượng mặt trời (m2)

;„„- Nhiệt dung riêng của không khí (J/ kg °C)

Ey- Điện năng tiêu thụ của quạt (KW)

Es- Năng lượng nội tại của bộ thu (kW)

Eueoi- Năng lượng hữu ích sinh ra bởi bộ thu (KW)

Ecsmp- Điện năng tiêu thụ của máy nén (kW)

ix

G- Bức xạ năng lượng mặt trời (W/m2)

M,- Âm độ (%)

êu sấy (%)

M¿- Âm độ ban đầu của vật liệu sấy (%)

M;- Âm độ cuôi cùng của vật

mạ- Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy (kg)

my- Khối lượng phần khô của vật liệu sấy (kg)

my- Khéi luong phan nước vật liệu sấy (kg)

mw„„- Khối lượng âm bay hơi (kg)

thạ¡r- lưu lượng khối lượng (kg/S)

thạa- lưu lượng khối lượng của không khí khô (kg/s)

Mwater ty I say

DANH SACH CHU VIET TAT

Điều hòa không khí

Bức xạ mặt trời Hiệu quả năng lượng Heating System Máy nén

Năng lượng mặt trời Ozone Depletion Potential (tiềm năng làm suy giảm tang Ozone)

Packaged Air Conditioner (máy điều hòa tổ hợp gọn)

Power Input Capacity = 1/COP Room Air Conditioner (may điều hòa phòng)

Thiết bị bay hơi

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị tiết lưu

Thermal Energy Storage (tich nhiệt)

Tiết kiệm năng lượng

Thiết bị tiết lưu (van, ống mao) Tac nhan say

Vật liệu say

Bộ thu tam phang

Tiêu thụ năng lượng

Bơm nhiệt nước gió (Water to Air) Bơm nhiệt nước nước (Water to Water)

Lượng tách âm riêng

xi

Hình 1.2 Hình dạng thực tếmô hình say bơm nhiệt kiểu thùng quay Trang 4

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của máy sây bơm nhiệt Trang 5 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý và hình dạng của máy sấy bơm nhiệt Trang 5 Hình 1.5: Mô hình mô phỏng máy sấy ớt năng lượng mặt trời Trang 8 Hình 1.6: Hình dạng thực tế của nhà kính được làm bằng các tắm polycarbonate kich thước lớn dùng đẻ sấy ớt Trang 8

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý máy sấy năng lượng mặt trời double-pass Trang 9

Hình 1.8 Hệ thống sấy ham bang nang lượng mặt trời Trang 10 Hình 2.1 Sơ đồ quá trình sấy Trang 14 Hình 2.2 Nguyên lý cầu tạo và làm việc của bơm nhiệt nén hơi Trang l6 Hình 2.3 Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng

Trang 19

Hình 2.4 Sơ đồ phân bó các thành phần bức xạ khuếch tán Trang 21

Hình 2.5 Các thành phần bức xạ lên bề mặt ngang Trang 22 Hình 2.6 Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng Trang 23

Hình 2.7 Nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời cơ bản Trang 23

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời Trang 27 Hình 3.2 Đồ thị I-d Trang 30 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của chu trình khô Trang 35

Hình 3.4 Đồ thi T-s va IgP-h biểu diễn chu trình khô Trang 36

Hình 3.5 Tắm lưới kim loại Trang 43 Hình 3.6 Đoạn ống thu hẹp dần Trang 44

Hinh 3.9 Tu dién diéu khién Trang 50

xii

Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiên và hiền thị

Hình 3.11 Sơ đồ kết nói CPU với cdc I/O

Hình 3.12 Cảm biến DHT22

Hình 3.13 Sơ đồ kết nối LCD với CPU

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý mạch thúc tải AC

Hình 3.15 Hình ảnh thực tế của opto va triac

Hình 3.16 Lưu đồ vận hành chính

Hình 3.17 Giải thuật kiểm tra chế độ (Mode)

Hình 3.18 Lưu đồ giải thuật hệ thống hiển thị chế độ single

Hình 3.19 Lưu đồ giải thuật hiển thị chế độ 4 sensor

Hình 3.20 Lưu đồ giải thuật hệ thống hiển thị chế độ max temp

Hình 3.21 Lưu đồ giải thuật hệ thống hiền thị chế độ min temp

Mắt trước của máy sấy ớt bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

Mặt sau của máy sấy ớt bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

Máy đo lưu lượng

Máy đo nhiệt độ và độ âm

Máy đo vận tốc gió

Máy đo bức xạ mặt trời

Máy đo màu sắc thực phẩm

Cân điện tử

Trang 51 Trang 52

Trang 54 Trang 56

Trang 56

Trang 57 Trang 58

Trang 59

Trang 60 Trang 61 Trang 62

Trang 63

Trang 64 Trang 64

Trang 66

Trang 66 Trang 67

Trang 67 Trang 68

Trang 68

Sự thay đổi nhiệt độ, độ âm của môi trường và sự thay đổi nhiệt độ không khí

trước khi vào buồng sắy trong ngày nắng Trang 69 Hình 5.2 Sự thay đổi khối lượng của ớt và bức xạ trong trong điều kiện thời tiết nắng

Hình 5.5 Sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm của môi trường và sự thay đổi nhiệt độ không khí

trước khi vào buồng sấy trong ngày có nhiều mây Trang 73

Hình 5.6 Sự thay đồi khối lượng của ớt và bức xạ trong trong điều kiện thời tiết nhiều mây Trang 74 Hình 5.7 Sự thay đổi COP và nhiệt độ của tác nhân sấy trước và sau dàn ngưng trong

Hình 5.8 So sánh điện năng tiêu thụ của điện trở với bơm nhiệt và năng lượng hữu ích

sinh ra từ bộ thu trong ngày nắng Trang 76

Hình 5.9 Sự thay đồi nhiệt độ, độ âm của môi trường và sự thay đổi nhiệt độ không khí

trước khi vào buồng sắy trong ngày mưa Trang 77 Hình 5.10 Su thay đồi khối lượng của ớt và bức xạ trong trong điều kiện thời tiết mưa

Trang 78 Hình 5.11 Sự thay đổi COP và nhiệt độ của tác nhân sấy trước và sau dàn ngưng trong trong điều kiện thời tiết mưa Trang 79

Hình 5.12 So sánh điện năng tiêu thụ của điện trở với bơm nhiệt và năng lượng hữu ích

sinh ra từ bộ thu trong ngày mưa Trang 80 Hình 5.13 Sự thay đổi độ âm của ớt theo thời gian trong 3 thực nghiệm Trang 81

Hình 5.14 Su thay đổi tỷ lệ sây theo thời gian của 3 thực nghiệm Trang 82

Hình 5.15 Sự thay đổi tốc độ tách âm theo thời gian trong 3 thực nghiệm Trang 83

Hình 5.16 Sơ đồ không gian màu Trang 85

Hình 5.17 (a) Ot dugc sây từ bơm nhiệt, (b) Ớt phơi được mua tủ vựa Trang 85

xiv

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Bảng thông số xác đỉnh độ âm ớt Trang 29 Bảng 3.2 Thông số trạng thái của quá trình sắy trên đỏ thị I-d Trang 32 Bảng 3.3 Bảng các thông số nhiệt động của môi chất trên đồ thị như sau Trang 36 Bảng 5.1 So sánh phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời với một số phương pháp khác Trang 84

XV

Chương 1: TONG QUAN

1.1 Téng quan vé dé tai

*Ly do chon dé tai:

Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới nóng âm nên thuận lợi cho sản

xuất nông nghiệp, nhất là những sản phẩm lương thực thực phẩm, rau quả và các mặt hàng trái cây Tuy nhiên do đặc trưng sản của xuất nông nghiệp ở nước ta mang

tính thời vụ, rau quả trái cây thường chín đồng loạt, trong khi khí hậu nóng âm lại

gây ra tốn thất về số lượng và chất lượng nông sản một cách nhanh chóng, gây thiệt hại cho nông dân Do đó một số sản phẩm nông sản sau thu hoạch được sấy khô

nhăm bảo quản dài lâu

Trong các loại nông sản thì hiện nay ớt là mặt hàng xuất khẩu tương đối có giá trị Tuy nhiên hiện nay ở nước ta quá trình làm khô ớt thường dùng cách thủ công là dùng sân phơi tự nhiên nhờ bức xạ mặt trời Hình thức làm khô này có tính kinh tế nhưng cũng có nhiều hạn chế như: sản phẩm khô không đồng đều, lẫn tạp chất do không được che phủ, tính an toàn thực phẩm không đảm bảo, có thể bị phá hủy bởi các động vật, phụ thuộc vào thời tiết và đòi hỏi nguồn nhân lực, không gian rộng Ngoài ra, thói quen trên còn làm giảm hiệu quả khai thác đất canh tác, đồng

thời khiến cho sản phẩm bị lẫn đất cát, độ âm hạt cao, dé bi nam mốc, làm giảm

chất lượng

Sấy ớt là phương pháp làm khô nhân tạo có thể được xem là một giải pháp

với nhiều ưu điểm như sau: chủ động sản xuất, ít tốn thời gian và đảm bảo chất lượng sản phẩm Tuy nhiên khi sấy ở nhiệt độ cao có thể phá hủy các chất hoạt tính sinh hoc cua ớt như hóc môn, màu, mùi vị, vitamin, protein làm thay đổi chất

lượng sản phẩm Sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một trong những phương pháp đáp ứng được những yêu cầu khắc khe về chất lượng sản phẩm sau khi sấy

Bởi vì tác nhân sây có độ âm thấp, nhiệt độ sây thấp nên giữ được màu sắc, mùi vị

và hạn chế được sự thay đổi bất lợi so với các phương pháp sấy thông thường

Bên cạnh đó việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt

trời là vấn đề cần được quan tâm với lý do tiết kiệm các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, bảo vệ môi trường, chống hiệu ứng nhà kính Trong khi đó

Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ § độ vĩ Bắc đến 23 độ vĩ Bắc,

có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, bình quân có 2.000 — 2.500 giờ năng mỗi năm, trị số tong xạ từ 100 — 175 kcal/cm”/năm Việc sử dụng NLMT sẽ đem lại

hiệu quả kinh tế lớn, đồng thời, bảo đảm sự bền vững của môi trường Chính vì

những lý do đó tác giả đã nghiên cứu thực hiện luận văn “wghiên cứu thiết kế chế

tạo và thực nghiệm máy say ot ste dung bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kg/ mẻ dùng đề xuất khẩu”

* Vật liệu thí nghiệm

Vật liệu thí nghiệm được chọn trong nghiên cứu này là ớt Lý do vì ớt là cây gia vi co gia tri kinh tế cao, không chỉ là gia vị tươi mà ớt còn được sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm và dược liệu để bào chế các thuốc trị ngoại khoa như phong thấp, nhức mỏi, cảm lạnh hay nội khoa như thương hàn, cảm phối, thiên thời Đặc biệt, Đồng Tháp là tỉnh có diện tích trồng ớt lớn nhất đồng bằng sông Cửu

Long Thông kê cho biết, năm 2013, diện tích trồng ớt của ĐT là 2.766 ha, với sản lượng đạt được là 30.428 tấn (Niên giám thống kê tỉnh ĐT, 2013) Năm 2013, tổng thu nhập ớt của ĐT là 2.128 tỷ đồng và tổng lợi nhuận là 394 tỷ đồng Ớt Đồng Tháp

xuất khẩu 97,4% sản lượng, chủ yếu xuất sang thị trường Trung Quốc hơn 80% sản lượng ớt khô Tuy nhiên, ớt chủ yếu xuất khẩu tiểu ngạch sang Trung Quốc dưới dạng phơi khô chưa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Bên cạnh đó điều kiện thời

tiết bất ôn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, làm cho viêc phơi khô càng gặp khó

khăn Từ thực trạng đó, trong đề tài nghiên cứu về mô hình máy sấy bơm nhiệt kết

hợp năng lượng mặt trời Tác giả đã chọn trái ớt chỉ thiên, vốn là một giống ớt địa

phương trong nghiên cứu thực nghiệm, nhằm đánh giá hiệu suất làm việc của máy say, va phẩm chất của ớt sau sấy Thị trường xuất khâu chủ yếu mà dé tai nay hướng đến là thị trường Trung Quốc Qua tìm hiểu và khảo sát đến các vùng chuyên canh ớt

trên địa bàn tỉnh Đông Tháp, thì hiện nay chưa có một tiêu chuẩn cụ thể nào đối với

ớt khô Bộ khoa học và công nghệ đã ban hành tiêu chuẩn Việt Nam 2080:2007 về ớt chilli va 6t capsicum (nguyén quả hoặc dạng xay) tuy nhiên vẫn chưa có tiêu chuẩn

nào đối với ớt khô được ban hành Người thương lái Trung Quốc khi đến mua ớt

thường dựa trên cảm tính Điều đó làm cho việc thực hiện nghiên cứu này khó khăn trong việc đánh giá chất lượng của ớt sau sấy Tuy nhiên để được người thương lái

Trang 2

chấp nhận mua Ớt phải đạt đủ độ khô và giữ được màu sắc đỏ Vay để đánh giá chất

lượng của ớt say, tác giả đã sử dụng các thiết bị đo để thực hiện so sánh độ âm và

màu sắc của ớt sây đối với ớt khô xuất khẩu đang có trên thị trường

Quá trình sẵy ớt thành phẩm phải qua các công đoạn như sau:

- Cong doan 1: Chon

Chon ớt chín đỏ, đều Loại bỏ những quả có dẫu hiệu không đạt:

-Công đoạn 2: Rửa sạch

Rửa sạch bang nước âm, nhặt bỏ tạp chất Có thể dùng vòi khí nén để làm sạch Sử

dụng máy hoặc tay để loại bỏ cuống ớt

-Công đoạn 3: Chẩn

Công đoạn này rất quan trọng, ảnh hưởng tới thời gian sấy và chất lượng ớt thành phẩm Người ta chân ớt bằng nước nóng ở nhiệt độ 70-80 độ C trong thời gian 4-6 phút Chân ớt sẽ giúp phân hủy các emzym kích thích quá trình ô-xy hóa mất màu và ảnh hưởng tới mùi vị tự nhiên của ớt, giúp sản phẩm ớt sấy sẽ bảo quản được lâu hơn nhiều Bên cạnh đó, việc chần nước nóng sẽ làm mềm và phá vỡ lớp mảng ngoài của ớt, để quá trình thoát âm diễn ra dễ dàng hơn

-Công đoạn 4: Sấy

Tốt nhất sau khi chần, phải mang ớt vào lò sấy ngay Sấy bằng mặt trời chi phí thấp nhất, nhưng lại quá phụ thuộc vào thời tiết nắng và khô Sản phẩm lại không sạch nên khó xuất đi nước ngoài Phương pháp phố biến hiện nay là sấy gió nóng liên tục hoặc gián đoạn Cần khống chế gió nóng thích hợp đề tránh biến đổi bất lợi cho sản phẩm Dễ nhận thấy nhất là ảnh hưởng cho màu sắc khi nhiệt độ sấy quá cao và sây

quá lâu Sự tôn thất của các vitamin có lợi cũng tăng theo nhiệt độ

-Công đoạn 5: Đóng gói

Làm nguội ớt cho đến khi đạt nhiệt độ bình thường rồi đóng gói Đóng gói ớt sấy

trong bao tải sợi PP (bao dứa) có lót túi PE bên trong, khâu kín miệng và bảo quản ở kho khô ráo thoáng mát Việc bảo quản ớt sấy cũng như các loại rau sấy khác là một điều hết sức quan tâm trong dây truyền công nghệ sây Hàm lượng âm của ớt sấy khá thấp, khả năng hút âm rất mạnh nên bao bì phải đủ kín và môi trường trong kho

tương đối khô Nếu ớt hút âm trở lại, vi sinh vật có điều kiện phát triển sẽ gây hư

hỏng

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lé Minh Nhut

1.2 Tình hình nghiên cứu của đề tài

> Tình hình nghiên cứu ở trong nước

- Võ Mạnh Duy và Lê Chí Hiệp [I] đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô

hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay Kết quả thực nghiệm cho thấy cà rốt được sấy

ở chế độ nhiệt độ là 40°C, vận tốc tác nhân sấy là 2,5 m/s đạt hiệu suất tách âm tốt

nhất, sản phẩm sấy giữ được màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng và mùi sắc tốt hơn so với các phương pháp sấy thông thường

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mô hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay

- Bùi Tuân Sơn và Võ Như Quang [2] đã xác định mối quan hệ giữa chế độ sây và thời gian sấy So với chế độ sấy liên tục thì thời gian sẵy của chế độ sấy dịu tăng lên nhưng thời gian làm việc của hệ thống lại giảm nên công suất điện tiêu thụ

thấp hơn so với chế độ sấy liên tục Tác giả cũng so sánh kết quả khi sấy bằng bơm

nhiêt và kết quả khi sấy băng điện trở, kết quả cho thấy sấy bằng bơm nhiệt giữ

được màu sắc và mùi vị tự nhiên hơn so với phương pháp sây băng điện trở

- Hoàng Ngọc Đồng và Lê Minh Trí [3] đã nghiên cứu mô hình sấy bơm

nhiệt tại trường đại học công nghiệp Huế Một số thực nghiệm trên mô hình đã cho thay: khi giảm tỷ số nén của bơm nhiệt, nhiệt độ sấy tăng mạnh, độ âm giảm nhiều

Tác giả cũng đề xuất nhiệt độ bay hơi hợp lý nhất là từ -5°C đến 0°C Tác giả kết luận khi sấy bằng bơm nhiệt thì thời gian sấy và lượng điện tiêu thụ đều giảm hon

so với sây bằng điện trở do độ âm tác nhân sấy giảm mạnh nên chênh lệch áp suất hơi nước trong tác nhân sấy tăng lên nhiều, làm giảm thời gian sấy

Hình 1.3: Sơ đô nguyên lý và cầu tạo của máy sây bơm nhiỆt

- Pham Van Tuy và các cộng sự [4] đã thực hiện nghiên cứu hút âm và sây lạnh rau củ thực phẩm băng bơm nhiệt, kết quả cho thấy khi sấy rau củ bằng bơm nhiệt thì thời gian sấy có lâu hơn phương pháp sấy nóng truyền thống và phương pháp sấy băng tia hồng ngoại, nhưng các chỉ tiêu chất lượng như màu cảm quan, khả năng bảo toàn vitamin C cao hơn hăn Điều đó cho thấy phương pháp sấy bằng bơm nhiệt rất triển vọng trong việc sây các loại rau quả tươi với khả năng bảo quản tốt hơn chất dinh dưỡng và màu cảm quan thực phẩm

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lé Minh Nhut

- Lê Như Chính va các cộng sự [5] đã nghiên cứu sấy tôm thẻ chân trăng bằng bơm nhiệt máy nén kết hợp với bức xạ hồng ngoại, kết quả chứng minh cho chất lượng dinh dưỡng và vi sinh tốt hơn hăn so với phương pháp phơi nắng truyền thống

- Mai Thanh Phong và Phan Đình Tuấn [6] đã nghiên cứu chế tạo máy say năng lượng mặt trời với năng lượng sinh khối để sấy cà phê Kết quả cho thấy tốc

độ sây của phương pháp năng lượng mặt trời và sinh khối lớn hơn đáng kế so với phương pháp sấy tự nhiên, nguyên nhân là do nhiệt độ sấy của phương pháp sử dụng thiết bị được duy trì cao hơn so với phương pháp phơi tự nhiên

- Công nghệ sấy sử dụng NLMT có nhiều ưu điểm: sử dụng nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí, chi phí bảo dưỡng thấp, an toàn đối với người

sử dụng, nhiệt độ sây không quá cao, hơi âm được đưa ra khỏi sản phẩm từ từ, an

toàn cho chất lượng sản phẩm (khác nhiều so với sấy cưỡng bức) Với thiết bị sấy

sử dụng NLMT gián tiếp, bức xạ mặt trời không trực tiếp chiếu vào sản phẩm say

mà thông qua không khí được làm nóng bởi bộ thu nhiệt từ NLMT, quá trình tuần hoàn không khí thường sử dụng quạt cưỡng bức, sẽ làm cho nhiệt độ sấy cao hơn, thời gian sấy ngăn hơn và chất lượng sản phẩm sấy được tốt hơn Đối với một số

thiết bị sây cho các sản phẩm đặc biệt hoặc cần có thời gian sây đài, ta thường dùng

thêm nguồn năng lượng phụ để đề phòng những lúc trời không nắng, hoặc sấy vào

ban đêm Công nghệ khí hóa nhiên liệu sinh khối rất thích hợp để làm nguôồn năng lượng phụ này NLMT có thể dùng để sấy nhiên liệu sinh khối, chính là tích năng

lượng thêm cho nhiên liệu sinh khối Hai công nghệ đều sạch và thân thiện với môi

trường, khi kết hợp với nhau đem lại lợi ích lớn về kinh tế cũng như thỏa mãn về yêu cầu kỹ thuật

> Tình hình nghiên cứu ở ngoàải nước

Hiện nay trên thế giới để làm khô thực phẩm hoặc các sản phẩm sinh học

hoạt tính người ta thường dùng hai phương pháp phố biến là phơi khô tự nhiên nhờ

bức xạ mặt trời hoặc sây nhân tạo (dùng điện trở hoặc nhiên liệu cháy) Phơi khô tự

nhiên là phương pháp đơn giản và ít tốn kém, tuy nhiên đòi hỏi thời gian sấy dài và

tạo ra các sản phẩm có chất lượng thấp, đồng thời cần nhiều diện tích Các phương pháp sấy nhân tạo cũ sử dụng điện trở hoặc nhiên liệu cháy phần nào khắc phục

Trang 6

được những hạn chế của phuong phap phoi kh6 tu nhién, nhu thoi gian say ngan hơn và không cần dùng nhiều diện tích Tuy nhiên các phương pháp này lại tiêu thụ nhiều năng lượng và gây ô nhiễm

Trong tình hình đó, hiện nay đang có nhiều nghiên cứu về các thiết bi say str

dụng năng lượng mặt trời, bên cạnh đó công nghệ sây lạnh (hay còn gọi là sây bơm

nhiệt) cũng ngày càng được quan tâm Thiết bị sấy sử dụng năng lượng mặt trời được sử dụng như một phương pháp thay thế cho phương pháp phơi năng thủ công, phương pháp này tạo ra sản phẩm chất lượng tốt hơn, đòi hỏi thời gian sấy ngắn hơn, không gây ra ô nhiễm và tiêu thụ năng lượng thấp

Khalil E.J và các cộng sự [7] trong một nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng

một hệ thống sây sử dụng năng lượng mặt trời Hệ thống năng lượng mặt trời gồm

ba bộ phận được kết nối với nhau bao gồm: hai bộ thu năng lượng mặt trời, thùng sây chứa vật liệu cần say, và quạt hút Tổng điện tích của bộ thu năng lượng mặt

trời là 2,4 m” Kích thước của tủ sấy với chiều dài x rộng x cao là l x 0,33 x 2 m

Tủ được chia thành sáu ngăn với năm kệ Khoảng cách giữa các kệ là 0,3 m, ngoại

trừ kệ ở trên cùng cách mái 0,5m Mỗi kệ có kích thước 0,95 x 0,3 m và được làm

bằng lưới kim loại Vật liệu sấy dùng trong thực nghiệm này là nho, quả mơ, và hạt đậu Kết quả thực nghiệm cho thấy độ âm của quả mơ đã giảm từ 80% xuống 13%

trong vòng một ngày sấy Trong khi đó hàm lượng ẩm của nho đã giảm tir 80%

xuống 18% trong hai ngày rưỡi, trong khi đối với hạt đậu, độ âm giảm từ 65 %

xuống con 18% trong một ngày duy nhất Kết quả cho thấy rằng yếu tô quan trọng

đối với quá trình sấy là nhiệt độ không khí bên trong buông Hiệu quả của sự thay

đối tốc độ không khí bên trong tủ sây là không đáng kể, không ảnh hưởng nhiều đến

hiệu suất của hệ thông sấy Độ âm của không khí ra khỏi tủ khoảng 25% -30% Kết

quả nghiên cứu đã chứng minh vận tốc của tác nhắn sấy bên trong tủ sấy không anh hưởng nhiêu đên hiệu quả của quá trình sây

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lé Minh Nhut

Hình 1.5: Mô hình mô phỏng máy sấy ớt năng lượng mặt trời

Trong một nghiên cứu khác J Kaewkiew và các cộng sự [S] đã thực hiện chế tạo một hệ thống sấy năng lượng mặt trời quy mô lớn để sấy ớt Hệ thống là một nhà kính có hình dạng parabol và nó được bao phủ bởi các tắm polycarbonate

Nền của nhà kính lam bang bê tông với diện tích § x 20 m2 Hệ thống sử dụng 9

quạt DC được cấp nguồn bởi ba mô-đun pin mặt trời 50 W, được sử dụng để thông

gió cho nhà kính Nhà kính được lắp đặt tại Ubon Ratchathani, Thái Lan Kết quả

thí nghiệm cho thấy răng năm trăm kilograms ớt với độ âm ban đâu là 74% đã được làm khô chỉ trong 3 ngày Trong khi nếu phơi tự nhiên bằng mặt trời thì thời gian cần thiết phải lên đến 5 ngày Ngoài ra ớt khô trong máy sấy nảy được bảo vệ hoàn toàn khỏi côn trùng, động vật và mưa gió Đồng thời chất lượng ớt cũng được cho là tốt hơn so với phơi tự nhiên

Ahmad Fudholi và các cộng sự [9] trong 1 nghiên cứu đã phân tích hiệu suất của I hệ thống sấy khô băng năng lượng mặt trời đối với ớt Ớt được sấy khô đến

độ ấm cuối cùng là 10% từ độ âm ban đầu là 80% trong thời gian 33 giờ sử dụng hệ

thống này Trong nghiên cứu nảy, các phân tích năng lượng và exergy của quá trình

sây mặt trời đã được thực hiện với vật liệu sấy là ớt đỏ Các kết quả phân tích cho

thấy năng lượng tiêu thụ cụ thể của hệ thống là 5,26 kWh/kg Năng suất bay hơi thay đối từ 0,13 kg /s đến 2,36 kg /s Hiệu suất của bộ thu năng lượng mặt trời, hiệu suất của hệ thống sấy, hiệu suất nhặt, và exergy tương ứng lần lượt là 28%, 13%,

45% và 57% Với bức xạ mặt trời trung bình đo được là 420 W/mZ và lưu lượng

khối lượng của dòng tác nhân sấy trong hệ thống là 0,07 kg/s

M.A Hossain và B.K Bala [10] đã xây dựng 1 hệ thống sấy hầm bằng năng

lượng mặt trời, dùng để sấy ớt đỏ và ớt xanh trong điều kiện thời tiết nhiệt đới của

Bangladesh Máy sấy bao gồm bộ thu tâm phăng và một hầm say được kết nối với nhau Không khí nóng được cung cấp trực tiếp vào hầm sấy bởi hai quạt được cung cấp năng lượng bởi một module quang điện Máy sấy có năng suất là 80 kg ớt/l mẻ

Độ âm ớt giảm từ 2,85 kg/kg xuống 0,05 kg/kg trong 20 giờ nếu sấy bằng hệ thông sây hầm năng lượng mặt trời Trong khi mất tới 32 giờ để làm giảm hàm lượng độ

âm xuống 0,09 kg/kg và 0,40 kg/kg trong các phương pháp sấy khô được cải tiễn và phương pháp sấy khô thông thường Trong trường hop sấy ớt xanh, độ âm của ớt

giảm từ 7,6 kg/kg xuống còn 0,06 kg/kg, trong 22 giờ sấy bằng hệ thông sấy hầm kết hợp năng lượng mặt trời và mất 35 giờ để đạt được độ âm 0,10 kg/kg va 0,70

kg/kg đối với phương pháp sấy nắng được cải tiến, và phương pháp sấy thông

Trang 9

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lé Minh Nhut

thường Việc sử dụng một sây hâm năng lượng mặt trời kêt với với chân ớt dân đên

sự giảm đáng kê thời gian sây và các sản phâm khô có chât lượng tôt hơn vê màu sắc và giữ được vị cay hơn so với các sản phâm được sây trực tiêp dưới ánh năng

bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời có tốc độ sây nhanh hơn và hiệu suất

nhiệt đạt được cao hơn so với phương pháp sấy bằng năng lượng mặt trời

Máy sấy bơm nhiệt ngày càng được quan tâm trong sấy thực phẩm khô và các sản phẩm sinh học có hoạt tính bởi vì nó tiêu thụ năng lượng ít hơn và không gây ô nhiễm, Say bom nhiệt giúp mang lại cho sản phẩm độ âm tương đối thấp,

nhiệt độ thấp, và chất lượng tốt Một máy sây bơm nhiệt kết hợp vơi năng lượng

mặt trời được Dahigh và các cộng sự [13] nghiên cứu để sấy các sản phẩm nông nghiệp và hải sản Tác giả đã cho thấy tiềm năng của việc sử dụng máy sấy bơm

nhiệt kết hợp với năng lượng mặt trời để làm khô thực phẩm hoặc các sản phẩm

sinh học có hoạt tính để có thể giải quyết những hạn chế của các phương pháp say hiện tại

Trang 10

Hệ thống sấy này bao gồm một máy bơm nhiệt và một hệ thống làm khô bằng năng lượng mặt trời Máy sây bơm nhiệt kết hợp vơi năng lượng mặt trời tiêu thụ ít năng lượng và không gây ô nhiễm Phương pháp sấy này cũng có thể thực hiện hoạt động sấy liên tục, sản xuất sản phâm chất lượng cao

1.3 Mục đích và nhiệm vụ của đê tài

-Mục đích của luận văn này là đánh giá hiệu quả làm việc của máy sấy bơm nhiệt kết hợp với sử dụng năng lượng mặt trời trong thực nghiệm sấy ớt, với các

thực nghiệm được thực hiện trong các điều kiện thời tiết khác nhau, nhằm đánh giá

khả năng ứng dụng của phương pháp sây bằng sấy bơm nhiệt kết hợp với sử dụng

năng lượng mặt trời trong điều kiện khí hậu ở miễn nam Việt Nam

-Nhiệm vụ của đề tài này là nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo mô hình

may say bom nhiệt kết hợp với sử dụng năng lượng mặt trời năng suất 5kg/mẻ Sấy

ớt bằng mô hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp với sử dụng năng lượng mặt trời, ghi nhận các thông số trong suốt quá trình làm việc của hệ thống, và xử lý các thông số

thu thập được từ đó rút ra các kết luận và nhận xét

1.4 Phương pháp nghiên cứu

*Nghiên cứu lý thuyết

-Thực hiện tổng quan các tài liêu, công trình, bài báo có liên quan đến sấy ớt, bơm nhiệt và năng lượng mặt trời một cách có hệ thống, mang tính kế thừa và có chọn

lọc

* Khảo sát

-Thực hiện chuyến đi khảo sát đến vùng chuyên canh ớt ở huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp, đến tham quan các vựa ớt lớn, và thực hiện phỏng vẫn người nông dân nhăm nắm bắt thông tin và nhu cầu của người nông dân

*Chế tạo

-Thực hiện lựa chọn các thông số phù hợp, dựa trên các lý thuyết về kỹ thuật sấy,

bơm nhiệt, năng lượng mặt trời để chọn lựa các thiết bị có công suất phù hợp Mua

các vật tư và thiết bị để gia công và lắp đặt mô hình dựa trên các kết quả thực

nghiệm và tính toán

*Thực nghiệm

-Trong phương pháp thực nghiệm, tác giả sẽ tiến hành thực nghiêm với mô hình

bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời, với vật liệu sấy là giống ớt chỉ thiên Trong

quá trình thực nghiệm các thông số làm viêc của hệ thống sẽ được ghi nhận lại Từ các thông số được ghi nhận lại tác giả sẽ phân tích để đánh giá hiệu suất của mô hình

1.5 Đóng góp mới của để tài

Trong luận văn này, tác giả trình bày phương pháp sấy ớt bằng máy sấy bơm nhiệt kết năng lượng mặt trời Tác giả cũng so sánh hiệu suất làm việc của máy sẵây bơm nhiệt kết hợp với năng lượng mặt trời trong ba kiểu thời tiết khác nhau bao gồm: ngày nắng tốt, ngày trời nhiều mây bức xạ không liên tục, và ngày trời mưa, thời tiết âm u trong cả ngày Từ đó tác giả đánh giá về khả năng ứng dụng của phương

pháp sấy này trong điều kiện kiện khí hậu ở miền nam Việt Nam

1.6 Kết cầu của để tài

Kết cầu của đề tài gồm có 6 chương:

Chương l1: Tổng quan

Trong chương này tác giả liệt kê một sô nghiên cứu và tác giả quan trọng và có ảnh hưởng đên đê tài, các kêt quả của các nghiên cứu này đã được tác giả kê thừa và sử dụng một phân trong đề tài này Bên cạnh đó tác giả cũng trình bày mục đích và nhiệm vụ của đề tài, cũng như nêu lên các đóng góp mới của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Ở chương cơ sở lý thuyết, tác giả trình bày một cách cơ bản nhất các kiến thức cơ

sở là nền tảng để thực hiện đề tài này

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Đây là chương tác giả trình bày các tính toán nhăm lựa chọn các thông số phù hợp

Tính toán nhiệt, tính chọn thiết bị bao gồm máy nén, thiết bị ngưng tụ, và thiết bị

bay hơi

Chương 4: Mô hình thực nghiệm

Trang 12

Tác giả trình bày nguyên lý hoạt đông của hệ thống sấy bơm nhiệt kết hop năng

lượng mặt trời Các thiết lập thực nghiệm và các trang thiết bị đo kiểm để phục vụ cho quá trình thực nghiệm

Chương 5: Kết quả và bàn luận

Các kết quả được trình bày dưới dạng biéu đỗ cột hoặc đồ thị, giúp người xem dễ

hình dung và so sánh Phía dưới các đồ thị là phần bàn luận của tác giả Tác giả sẽ

trình bày một cách ngắn gọn về ý nghĩa của đô thị, và đưa ra các thông số đặc trưng

của đồ thị

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Chương này trình bày văn tắt những kết quả đạt được và những điểm còn hạn chế

Từ đó tác giả đề xuất các kiến nghị nhằm giúp hoạn thiện hơn trong các nghiên cứu

VỀ Sau

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lé Minh Nhut

Chuong 2: CO SO LY THUYET

2.1 Khái quát về kỹ thuật sấy

- Trong thực tế có rất nhiều vật liệu người ta muốn giảm bớt lượng nước trong nó,

nhăm mục đích làm tăng độ bên, tăng thời gian bảo quản, hay đơn giản là muốn làm

giảm khối lượng của vật liệu, muốn vậy ta phải trải qua một quá trình sấy Như vậy

quá trình sấy là quá trình tách âm ra khỏi vật liệu Quá trình sấy bao gồm quá trình

trao đối nhiệt và quá trình trao đổi chất, và bản chất quá trình sấy là quá trình

Hình 2.1: Sơ đồ quá trình sây

- Không khí từ quạt (A) có các thông s6 ti, @¡,d, được đưa vào bộ gia nhiệt (B), ra

khỏi (B) không khí âm có nhiệt độ tăng lên t;, độ âm giảm xuống ọ› < ọ¡, độ chứa

hơi không đổi d; = di, entanpi tăng lên lạ Không khí nóng này được đưa vào buồng

say (C) làm cho vật sây bốc hơi nước vào không khí Nhiệt độ không khí sẽ giảm

xuống tạ, độ am tăng lên øs > œa, độ chứa hơi tăng lên dạ và Entanpi không đổi lạ =

la, các quá trình này được biểu diễn trên hình 2 I

Quá trình sây được chia làm hai giai đoạn (hình 2.1): Giai đoạn đốt nóng không khí

và giai đoạn sấy

+ Giai đoạn đốt nóng không khí 1-2: Ở đây d = const, @ giảm, nhiệt độ không khí t tăng

+ Giai đoạn sấy 2-3: Ở đây entanpi của không khí I = const, d và ọ đều tăng, nhiệt

độ không khí t giảm

Lượng không khí 4m 6 trang thai ban dau can dé bay hoi một kg nước trong vật sây

Trang 14

Voi di, L- dé chtta hoi va entanpi cua khéng khi ở trang thai ban dau, d3 - d6 chira

hơi cuối quá trình sấy, In — entanpi sau khi đốt nóng

Trong kỹ thuât sấy, tác nhân sấy thường dùng là không khí và khói lò Không khí và

khói lò là hỗn hợp giữa không khí khô và hơi nước hoặc giữa khói khô và hơi nước

Do vậy, trong tính toán về sấy, người ta xem không khí và khói lò là hỗn hợp khí lý

tưởng Dưới đây là một số thông số vật lý chính của không khí âm

- Độ âm tuyệt đối: là khối lượng của hơi nước trong lmỷ không khí âm

G,

Trong d6: Gn (kg) - luong hoi nudc, V(m?) - thé tich khong khi 4m

- Độ âm tương đối là tỷ số giữa độ âm tuyệt đối của không khí âm chưa bão hòa pụ và của

không khí 4m bão hòa phmax 6 cùng nhiệt độ

- Nhiệt độ bảo hòa đoạn nhiỆt:

Khi không khí tiếp xúc với nước, nếu sự bay hơi của nước vào không khí chỉ do

nhiệt của không khí truyền cho thì nhiệt độ không khí âm bảo hòa gọi là nhiệt độ

bão hòa đoạn nhiệt tan (nhiệt độ tan lẫy gần đúng băng nhiệt độ nhiệt kế ướt tan ~ tu)

- Nhiệt độ đọng sương ts:

Nhiệt độ đọng sương t; là nhiệt độ tại đó không khí âm chưa bảo hòa trở thành

không khí âm bảo hòa trong điều kiện phân áp suất của hơi nước không đổi (pu =

const), khi biết pn ta tìm được nhiệt độ đọng sương t; (dựa vào bảng nước và hơi nước bảo hòa)

2.2 Khái quát về bơm nhiệt

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt ở mức độ nhiệt độ thấp lên

mức độ nhiệt độ cao hơn đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng nhiệt như say,

sưởi âm, đun nước nóng Máy lạnh và bơm nhiệt có chung một nguyên lý làm việc theo chu trình nhiệt động ngược chiều Chúng chỉ khác nhau ở mục đích sử dụng

Gọi là máy lạnh khi sử dụng nguồn lạnh ở dàn bay hơi, còn gọi là bơm nhiệt khi sử

Hình 2.2: Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bơm nhiệt nén hơi

TBPBH - Thiết bị bay hơi; TBNT - Thiết bị ngưng tụ; MN - Máy nén; VTL - Van tiết

ngưng tụ dang áp theo quá trình 2-3 thành lỏng cao áp va cấp nhiệt cho chất tải nhiệt (nguồn nóng) theo yêu cầu công nghệ như nước nóng hoặc không khí nóng phục vụ việc sấy, sưởi Lỏng cao áp với thông số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu tiết lưu đăng enthalpy thành hơi bão hòa 4m hạ áp với thông số trạng thái 4 đi vào

TBBH Tại TBBH, hơi hạ áp nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh (nước, không

khí hoặc nguôn nhiệt thải) để sôi và hóa hơi đắng áp Hơi sau TBBH tiếp tục được

máy nén hút về, chu trình cứ thế tiếp diễn Năng suất nhiệt riêng q hữu ích thu

được bằng năng suất lạnh riêng qo cộng với công nén tiêu tốn cho máy nén

dk = qo + Ì, kJ/kg (2-7) Như đã đề cập ở trên, tương tự như máy lạnh, bơm nhiệt cũng có nhiều loại khác nhau như bơm nhiệt nén hơi, hấp thụ, ejector, nhiệt điện

2.3 Lý thuyết về năng lượng mặt trời

Như ta biết năng lượng hữu ích thu được từ năng lượng mặt trời phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu đến mặt đất Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố: góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phăng bẻ mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyền hay nói chung là

phụ thuộc vào độ cao của mặt trời (góc giữa phương từ điểm quan sát đến mặt trời

và mặt phăng năm ngang đi qua điểm đó) Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức

xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đường nó đi qua Sự mất mát

năng lượng trên quãng đường đó găn liển với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc

vào thời g1an trong ngày, mùa, vị trí địa lý

Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyến và thời gian trong năm có thể xác định theo phương trình sau:

E„„= BỊ) +0,033cos |W) m (2.8) Trong đó: E„ là bức xạ ngoài khí quyên được đo trên mặt phắng vuông góc với tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm

*Tính toán góc tới cúa bức xạ trực xạ

Ta cân tìm hiệu một sô khái niệm:

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS Lé Minh Nhut

-Hệ số khối không khí m: là tỷ số giữa khối lượng khí quyên theo phương tỉa

bức xạ truyền qua và khối lượng khí quyền theo phương thăng đứng (tức là khi mặt

trời ở thiên đỉnh)

- Tán xạ: là bức xạ mặt trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do

sự phát tán của bầu khí quyền

-Tong xa: la tong của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phố biến nhất là tong xạ trên một bé mat nam ngang, thường gọi là bức xạ cầu trên bề mặt)

-Cường độ bức xạ (WÍ mm”): là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một

bề mặt tương ứng với một đơn vị điện tích của bề mặt Cường độ bức xạ cũng bao gồm cường độ bức xạ trực xạ È„, cường độ bức xạ tán xạ È„ và cường độ bức xạ

quang phố E,

-Năng lượng bức xạ (J7 / m”): là năng lượng bức xạ mặt trời truyền toi mot don vi dién tich bé mat trong mot khoang thoi gian

-CIỜờ mặt trời: là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên

bầu trời, với quy ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của người quan sát

-Góc vĩ độ @: vị trí góc tương ứng với vĩ độ về phía bắc hoặc về phía nam

đường xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương, 900<¿< 90°

-Góc nghiêng j: góc giữa mặt phăng của bề mặt tính toán và phương năm

ngang, 0<B< 1800 (B>900 nghĩa là bề mặt nhận bức xạ hướng xuống phía dưới)

-Góc phương vị của bề mặt y: góc lệch của hình chiếu pháp tuyến bể mặt trên

mặt phăng nằm ngang so với đường kinh tuyến,I809<y< 180°

-GÓC gid mat troi @: géc chuyén dong cua vi tri mặt trời về phía đông hoặc

phía tây của kinh tuyến địa phương do quá trình quay của trái đất quanh trục của nó

va lay gid tri 15° cho 1 giờ đồng hồ, buổi sáng lấy (-), buổi chiều lẫy đấu (+)

Trang 18

lệch về phía đông và lẫy dấu dương nếu lệch về phía tây

-Góc lệch ö: là vị trí góc của mặt trời tương ứng với giờ mặt trời là l2 giờ so

với mặt phăng xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương -23,45°<8< 23.459 Góc lệch ồ có thể tính toán theo phương trình Cooper:

284+n

0 = 23,45sin(360

365

Trong đó n là thứ tự ngay cua | nam

-Quan hệ giữa các loại góc đặc trưng ở trên có thể biểu diễn bằng phương trình giữa góc tới Ð và các góc khác như sau:

CosÔ = sinõ.sin0.cosjB - si ổ.cos Ø.sin /.COS 7 + COS Ô.COS Ø.COS /.COS @ +

COS Ö.S1n Øđ Sin /.COS 7 COS @ + COS Ô.Sin Ø.SI 7⁄.SIn @ (2.10)