Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật nhiệt: Cải tiến và thực nghiệm sấy tôm bằng hệ thống sấy năng lượng mặt trời sử dụng bộ thu cánh sóng dọc

HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN CN NHIỆT - ĐIỆN LẠNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đề tài: “CẢI TIẾN VÀ THỰC NGH

Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN

Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN

Nội dung đồ án

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Những tồn tại (nếu có):

Những tồn tại (nếu có)

TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội… 5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

Đánh giá

TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được

1 Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội… 5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10

TỔNG QUAN SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Định nghĩa mặt trời

Mặt Trời, hay Thái Dương, là ngôi sao trung tâm của Hệ Mặt Trời, chiếm 99,8% khối lượng của hệ này Các thiên thể như Trái Đất, hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, sao chổi và bụi đều quay quanh Mặt Trời.

Mặt Trời có những đặc điểm sau:

Mặt Trời là một quả cầu plasma khổng lồ, chủ yếu được cấu tạo từ hydro và heli ở trạng thái plasma, tức là khí nóng và điện tích Với đường kính khoảng 1.392.000 km, Mặt Trời có kích thước gấp nhiều lần so với Trái Đất.

Tại lõi Mặt Trời, phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra, chuyển đổi hydro thành heli và giải phóng năng lượng khổng lồ dưới dạng ánh sáng và nhiệt.

• Có lực hấp dẫn mạnh mẽ : Lực hấp dẫn của Mặt Trời giữ cho các hành tinh và các vật thể khác trong Hệ Mặt Trời quay quanh nó

• Có từ trường : Mặt Trời có một từ trường mạnh mẽ, tạo ra gió Mặt Trời - dòng hạt tích điện di chuyển ra ngoài không gian liên sao

Ánh sáng và nhiệt từ Mặt Trời là nguồn năng lượng thiết yếu cho sự sống trên Trái Đất, đồng thời cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh khí hậu, thời tiết và các hiện tượng tự nhiên khác.

Cấu tạo của mặt trời

Cốt lõi của mặt trời là khu vực trung tâm, nơi diễn ra tất cả các phản ứng hạt nhân, có kích thước khoảng 0,20-0,25 lần bán kính của toàn bộ mặt trời Tại đây, năng lượng được bức xạ từ nhiệt độ cao, có thể đạt tới 15 triệu độ C Áp suất cao trong lõi khiến nó hoạt động như một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Vùng phóng xạ là khu vực nơi năng lượng từ hạt nhân được truyền qua cơ chế bức xạ, với tất cả các chất ở trạng thái plasma Nhiệt độ trong vùng này đạt khoảng 5 triệu Kelvin, mặc dù không cao bằng lõi trái đất Năng lượng tại đây được chuyển đổi thành các photon, sau đó được truyền đi và tái hấp thụ nhiều lần bởi các phần tử trong plasma.

Vùng đối lưu là khu vực nơi năng lượng được truyền qua quá trình đối lưu, với nhiệt độ khoảng 2 triệu kelvins Tại đây, vật chất không bị ion hóa, và các photon tương tác với khu vực bức xạ Sự truyền năng lượng trong vùng này được thúc đẩy bởi các chuyển động xoáy khí khác nhau.

Photosphere là phần của mặt trời mà chúng ta có thể quan sát bằng mắt thường Để nhìn thấy nó qua kính thiên văn, cần sử dụng bộ lọc để bảo vệ tầm nhìn và tránh những tác động có hại.

Chromosphere: Nó là lớp ngoài cùng, sẽ là bầu khí quyển của nó Độ sáng của chúng đỏ hơn và chúng có độ dày thay đổi

Vương miện: Nó là một lớp bất thường kéo dài trên nhiều bán kính mặt trời Nhiệt độ của nó là hai triệu kelvin.

Bức xạ mặt trời

Bức xạ mặt trời là năng lượng được giải phóng từ mặt trời dưới dạng ánh sáng và nhiệt

Mặt Trời là nguồn năng lượng chính cho Trái Đất, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành khí hậu, thời tiết và sự sống trên hành tinh này.

Bức xạ mặt trời có thể được chia thành hai loại chính:

Ánh sáng khả kiến là loại ánh sáng mà con người có thể nhìn thấy, chiếm khoảng 48% bức xạ mặt trời mà Trái Đất nhận được Loại ánh sáng này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của thực vật mà còn giúp điều chỉnh tầm nhìn của con người.

Bức xạ không nhìn thấy là loại ánh sáng mà chúng ta không thể nhận diện bằng mắt thường, bao gồm tia cực tím, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến, chiếm khoảng 52% tổng bức xạ mặt trời mà Trái Đất nhận được Tia cực tím có khả năng gây hại cho da và mắt, trong khi tia hồng ngoại giúp làm ấm Trái Đất Sóng vô tuyến đóng vai trò quan trọng trong truyền thông và nhiều ứng dụng khác.

Bức xạ mặt trời đến Trái Đất dưới dạng sóng điện từ, là những dao động của các trường điện và từ Khi đến Trái Đất, bức xạ này tương tác với bầu khí quyển, trong đó một phần được hấp thụ và một phần khác đi qua Lượng bức xạ mặt trời đến bề mặt Trái Đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo quanh Mặt Trời, thời gian trong ngày và lượng mây trong khí quyển.

Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng thiết yếu cho sự phát triển của thực vật và điều chỉnh khí hậu trên Trái Đất, đồng thời hỗ trợ nhiều quá trình tự nhiên Tuy nhiên, tiếp xúc quá nhiều với bức xạ mặt trời có thể gây ra những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như ung thư da và đục thủy tinh thể Để bảo vệ bản thân khỏi tác hại của bức xạ mặt trời, việc sử dụng kem chống nắng, đội mũ và mặc quần áo bảo vệ là rất quan trọng.

Hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính thường được hiểu là bẫy nhiệt, cho phép nhiệt lượng vào dễ dàng nhưng ngăn cản sự thoát ra Đây là phương pháp tăng cường khả năng hấp thụ nhiệt Mặc dù hiệu ứng nhà kính là hiện tượng quan trọng, hoạt động của con người đang làm gia tăng mức độ của nó vượt qua cân bằng tự nhiên Để giảm thiểu tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường cho thế hệ tương lai, cần sự chung tay của mỗi cá nhân, tổ chức và quốc gia.

Trong lĩnh vực kỹ thuật năng lượng mặt trời, hiệu ứng nhà kính đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong các bộ thu năng lượng mặt trời để cung cấp nước nóng Các tấm trong suốt, thường làm từ mica hoặc kính, được lắp đặt trên bề mặt hấp thụ nhiệt để ngăn cản tia bức xạ sóng dài nhưng cho phép tia bức xạ sóng ngắn đi qua Bước sóng của tia bức xạ phát ra từ một vật phụ thuộc vào nhiệt độ của vật đó; vật có nhiệt độ cao phát ra nhiều tia bức xạ sóng ngắn, trong khi vật có nhiệt độ thấp chủ yếu phát ra tia bức xạ sóng dài Tia bức xạ mặt trời, với bước sóng ngắn từ 320 đến 400 nm, dễ dàng xuyên qua tấm trong suốt nhờ vào nhiệt độ cao của mặt trời.

Hiệu ứng này được sử dụng để tăng nhiệt độ không khí trong bộ thu năng lượng mặt trời Khi sóng bức xạ ngắn từ mặt trời xuyên qua tấm kính, chúng sẽ được tấm hấp thụ hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt, làm nóng không gian giữa tấm kính và tấm hấp thụ.

1.2 Ưu nhược điểm của việc sử dụng năng lượng mặt trời

Ưu điểm

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo và dồi dào, có khả năng sử dụng liên tục mà không bị cạn kiệt Mỗi ngày, mặt trời cung cấp lượng năng lượng chiếu sáng đến Trái đất gấp nhiều lần so với nhu cầu năng lượng toàn cầu.

Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, không phát thải khí nhà kính hay các chất ô nhiễm khác, giúp bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Sử dụng năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm chi phí tiền điện lâu dài Sau khi đầu tư ban đầu cho hệ thống, bạn có thể tự cung cấp điện và giảm phụ thuộc vào lưới điện quốc gia.

Hệ thống năng lượng mặt trời được thiết kế với tiêu chí an toàn và tin cậy, yêu cầu bảo trì thấp Chúng có khả năng hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau.

• Tăng giá trị nhà đất: Việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời có thể làm tăng giá trị nhà đất của bạn

Nhiều quốc gia và địa phương đang áp dụng các chính sách ưu đãi nhằm khuyến khích việc sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm các hình thức trợ cấp, giảm thuế và quy trình cấp phép được đơn giản hóa.

• Đa dạng ứng dụng: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm:

- Sản xuất điện: Hệ thống năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp điện cho nhà ở, doanh nghiệp và các cơ sở khác

- Nước nóng: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm nóng nước cho nhà ở và doanh nghiệp

- Giao thông vận tải: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe điện và các phương tiện giao thông khác

- Nông nghiệp: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hệ thống bơm nước, tưới tiêu và bảo quản thực phẩm

• Giảm thiểu phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống: Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đang bùng nổ, mang đến nhiều cơ hội việc làm trong các lĩnh vực sản xuất, lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống năng lượng mặt trời.

Sử dụng năng lượng mặt trời không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững cho các thế hệ tương lai.

Việc sử dụng năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích cho cá nhân, doanh nghiệp và cộng đồng Nguồn năng lượng này không chỉ sạch và an toàn mà còn đáng tin cậy, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường Hơn nữa, năng lượng mặt trời góp phần thúc đẩy phát triển bền vững.

Nhược điểm

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc sử dụng năng lượng mặt trời cũng có một số nhược điểm cần cân nhắc trước khi quyết định đầu tư:

Chi phí ban đầu cho hệ thống năng lượng mặt trời thường cao, bao gồm các khoản chi cho việc mua tấm pin mặt trời, biến tần, giá đỡ, hệ thống dây dẫn và chi phí lắp đặt.

Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng chỉ đạt từ 15% đến 20%, dẫn đến việc cần diện tích lớn để lắp đặt pin mặt trời nhằm đáp ứng đủ nhu cầu điện năng.

Sản lượng điện từ hệ thống năng lượng mặt trời chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện thời tiết Vào những ngày có mây hoặc mưa, lượng điện năng sản xuất sẽ giảm đáng kể.

Năng lượng mặt trời được sản xuất chủ yếu vào ban ngày, trong khi nhu cầu sử dụng điện thường tăng cao vào ban đêm Để tận dụng năng lượng mặt trời vào thời điểm này, cần thiết phải có hệ thống lưu trữ điện, chẳng hạn như pin lưu trữ Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho pin lưu trữ vẫn còn khá cao.

Lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời yêu cầu một diện tích đủ lớn để đặt các tấm pin, điều này có thể gây khó khăn cho những ngôi nhà hoặc doanh nghiệp có không gian hạn chế.

Quá trình sản xuất tấm pin mặt trời có thể gây ra ô nhiễm nước và khí thải, nhưng tác động tiêu cực này được coi là nhỏ so với những lợi ích lớn mà năng lượng mặt trời mang lại cho môi trường.

Bảo trì hệ thống năng lượng mặt trời là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Chi phí bảo trì sẽ khác nhau tùy thuộc vào kích thước và loại hệ thống năng lượng mặt trời.

• Tuổi thọ hữu hạn: Tấm pin mặt trời có tuổi thọ hữu hạn, thường từ 25 đến 30 năm

Sau thời gian này, hiệu suất của tấm pin sẽ giảm dần và cần được thay thế

• Nguy cơ cháy nổ: Hệ thống năng lượng mặt trời có nguy cơ cháy nổ nếu không được lắp đặt và bảo trì đúng cách

• Ảnh hưởng đến cảnh quan: Việc lắp đặt tấm pin mặt trời có thể ảnh hưởng đến cảnh quan của ngôi nhà hoặc khu vực xung quanh

Việc sử dụng năng lượng mặt trời mang lại cả lợi ích và thách thức, do đó, cần xem xét kỹ lưỡng trước khi đầu tư vào hệ thống này Đây là lựa chọn phù hợp cho những ai mong muốn tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo Tuy nhiên, người dùng cần đảm bảo khả năng tài chính và không gian lắp đặt, đồng thời nắm rõ các nhược điểm và trách nhiệm liên quan đến việc sử dụng năng lượng mặt trời.

1.3 Ứng dụng của năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời có thể được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo hàng đầu trong sản xuất điện, được ứng dụng rộng rãi để cung cấp điện cho nhiều loại hình cơ sở như nhà ở, doanh nghiệp, trường học và bệnh viện Hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đóng góp vào bảo vệ môi trường.

Năng lượng mặt trời là giải pháp hiệu quả để làm nóng nước cho các hộ gia đình và doanh nghiệp Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng tấm pin mặt trời để thu thập nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời và chuyển giao nhiệt vào bình chứa nước.

Năng lượng mặt trời đang trở thành nguồn cung cấp năng lượng tiềm năng cho giao thông vận tải, đặc biệt là trong việc cung cấp điện cho xe điện và các phương tiện giao thông khác Những chiếc xe điện này hoạt động nhờ vào pin được sạc bằng năng lượng mặt trời, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng.

Năng lượng mặt trời đang trở thành giải pháp hiệu quả cho nông nghiệp, cung cấp năng lượng cho hệ thống bơm nước, tưới tiêu và bảo quản thực phẩm Các hệ thống bơm nước sử dụng tấm pin mặt trời không chỉ giúp nông dân tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia, mang lại lợi ích bền vững cho ngành nông nghiệp.

Năng lượng mặt trời là giải pháp hiệu quả cho các nhà máy và xí nghiệp, giúp cung cấp điện năng ổn định Việc áp dụng hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí tiền điện mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Năng lượng mặt trời là giải pháp lý tưởng cho các khu du lịch, resort và cơ sở lưu trú, giúp cung cấp năng lượng hiệu quả Việc áp dụng hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ giúp tiết kiệm chi phí vận hành mà còn giảm thiểu tiếng ồn và ô nhiễm môi trường, tạo ra một không gian nghỉ dưỡng thân thiện hơn với thiên nhiên.

Năng lượng mặt trời có thể cung cấp điện cho các căn cứ quân sự, trại lính và thiết bị quân sự, giúp quân đội giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống Hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ tăng cường khả năng hoạt động độc lập mà còn cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng trong các hoạt động quân sự.

Các điều kiện để phát triển sấy tôm bằng năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với nhiều nắng nóng và bức xạ mặt trời phong phú, trung bình từ 1.400 đến 2.000 kWh/m²/năm, tạo điều kiện lý tưởng cho việc phát triển sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời.

Việt Nam sở hữu diện tích đất rộng lớn với nhiều khu vực trống, rất lý tưởng cho việc lắp đặt hệ thống sấy tôm sử dụng năng lượng Mặt Trời.

Việt Nam sở hữu một ngành nuôi tôm phát triển mạnh mẽ, với sản lượng tôm xuất khẩu lớn, tạo ra nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời.

1.4.2 Điều kiện kinh tế - xã hội:

Nhu cầu thị trường đối với tôm sấy đang gia tăng mạnh mẽ cả trong nước và quốc tế, tạo động lực cho sự phát triển của công nghệ sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời.

Chính phủ Việt Nam triển khai nhiều chính sách hỗ trợ nhằm phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là trong lĩnh vực sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời Những chính sách này bao gồm các ưu đãi về thuế, phí và lãi suất vay vốn, tạo điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ xanh.

Công nghệ sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời đang ngày càng được cải tiến, mang lại hiệu quả cao hơn và chi phí thấp hơn, làm cho việc ứng dụng công nghệ này trở nên khả thi hơn.

1.4.3 Điều kiện về nguồn nhân lực:

• Lao động: Việt Nam có nguồn lao động dồi dào, có thể đào tạo để đáp ứng nhu cầu phát triển sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời

Việt Nam sở hữu đội ngũ nhân lực kỹ thuật với trình độ chuyên môn cao, có khả năng nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ sấy tôm bằng năng lượng mặt trời.

Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển công nghệ sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời, điều này không chỉ nâng cao giá trị sản phẩm tôm mà còn tăng thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường.

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý một số thách thức cần giải quyết để phát triển sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời hiệu quả:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Chi phí đầu tư cho hệ thống sấy tôm bằng năng lượng

Mặt Trời còn tương đối cao so với các phương pháp sấy truyền thống

• Chất lượng sản phẩm chưa đồng đều: Chất lượng sản phẩm tôm sấy bằng năng lượng

Mặt Trời có thể chưa đồng đều do ảnh hưởng của các yếu tố như thời tiết, kỹ thuật sấy, v.v

• Thiếu hụt hệ thống bảo quản: Hệ thống bảo quản sản phẩm tôm sấy bằng năng lượng

Mặt Trời hiện đang thiếu hụt, gây ra tình trạng thất thoát sản phẩm Để khắc phục vấn đề này, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng, doanh nghiệp và người dân trong việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ sấy tôm bằng năng lượng Mặt Trời một cách hiệu quả và bền vững.

1.5 Tổng quan tình hình về thị trường xuất khẩu tôm ở Việt Nam và nước ngoài 1.5.1 Ở Việt Nam

Việt Nam có hơn 600.000 ha nuôi tôm với hai loài tôm sú và tôm trắng

Việt Nam đứng đầu thế giới về sản xuất tôm sú với sản lượng đạt 300.000 tấn mỗi năm Đây là loài tôm nuôi truyền thống của quốc gia, trong khi tôm trắng đã được nuôi ở nhiều tỉnh từ năm 2008.

Các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long là những vùng nuôi tôm chính, với 5 tỉnh có diện tích nuôi tôm lớn nhất là Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Bến Tre và Kiên Giang.

- Chế biến và xuất khẩu

Ngành tôm Việt Nam đã đóng góp quan trọng vào xuất khẩu thủy sản toàn cầu trong suốt 20 năm qua, với giá trị xuất khẩu hàng năm đạt khoảng 3,5-4 tỷ USD, chiếm 40-45% tổng giá trị xuất khẩu thủy sản Tôm Việt Nam hiện được xuất khẩu đến 100 quốc gia, với năm thị trường lớn nhất là Châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc Nhờ những nỗ lực không ngừng, Việt Nam đã trở thành quốc gia đứng thứ hai thế giới về cung cấp tôm, chiếm 13-14% tổng giá trị xuất khẩu tôm toàn cầu.

Việt Nam sở hữu nhiều lợi thế để phát triển ngành tôm, đặc biệt tại đồng bằng sông Cửu Long, nơi sản xuất 95% tổng sản lượng tôm và là trung tâm của các nhà máy chế biến tôm Hiện tại, khoảng 200 nhà máy chế biến tôm đã được Ủy ban Châu Âu phê duyệt, với các cuộc kiểm tra thực địa định kỳ diễn ra tại Việt Nam.

Ngành tôm Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể từ đầu những năm 1990, phát triển về quy mô, quản lý kỹ thuật và chất lượng Quy trình sản xuất tôm bao gồm từ trại sản xuất giống, nhà máy thức ăn, trại nuôi đến chế biến và xuất khẩu qua kho lạnh hiện đại Các chương trình chứng nhận quốc tế như BAP, Global Gap và ASC chứng minh rằng nuôi tôm tại Việt Nam vừa an toàn vừa bền vững Để đạt được các chứng nhận này, các trang trại cần tuân thủ các tiêu chí nghiêm ngặt về quản lý và bảo vệ môi trường.

• Bảo tồn môi trường tự nhiên và đa dạng sinh học

• Bảo tồn tài nguyên nước

• Bảo tồn sự đa dạng của các loài và quần thể tự nhiên

• Sử dụng có trách nhiệm nguồn thức ăn và các nguồn tài nguyên khác

• Sức khỏe động vật (không sử dụng kháng sinh và hóa chất không cần thiết)

Trách nhiệm xã hội bao gồm việc không sử dụng lao động trẻ em, đảm bảo sức khỏe và an toàn cho người lao động, tôn trọng quyền tự do hội họp và xây dựng mối quan hệ cộng đồng tích cực Đồng thời, việc đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm cũng là một phần quan trọng trong trách nhiệm này.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CẢI TIẾN HỆ THỐNG SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Nhiệm vụ thiết kế

- Các vật liệu chế tạo bộ thu chịu được nhiệt độ cao trong điều kiện nắng nóng liên tục

- Cần đảm bảo các thiết bị như cảm biến, quạt… có hoạt động bình thường không ? Nếu có vấn đề thì sửa chữa hoặc thay mới nếu cần thiết

Hệ thống sấy năng lượng Mặt trời được thiết kế với năng suất một mẻ đạt 3kg, nhằm giảm độ ẩm của tôm từ 75% xuống 15% Hệ thống này sẽ được triển khai tại Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh, tối ưu hóa quy trình sấy và bảo vệ môi trường.

Để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và thu bức xạ hiệu quả, hệ thống sấy sẽ hoàn tất vào lúc 7 giờ 30 phút sáng trong ngày thực nghiệm Quá trình lấy thông số sẽ diễn ra từ 8 giờ sáng cho đến khi sản phẩm đạt độ ẩm yêu cầu là 15%, nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc sấy khô sản phẩm.

Để đảm bảo quá trình sấy diễn ra hiệu quả, cần duy trì nguồn điện và pin cho các thiết bị hoạt động liên tục, tránh làm gián đoạn và ảnh hưởng đến việc thu thập thông số kết quả.

- Thiết kế cần đảm bảo chất lượng sản phẩm, đảm bảo các tiêu chí về vệ sinh an toàn thực phẩm

- Cấu tạo đơn giản dễ lắp ráp sửa chữa và di chuyển, các vật liệu dùng để làm bộ thu dễ dàng tìm kiếm và giá thành rẻ

Để tiết kiệm chi phí và tránh lãng phí tiền bạc cũng như thời gian, việc tính toán hợp lý khi mua vật liệu là rất quan trọng Bên cạnh đó, việc chọn lựa máy sấy phù hợp sẽ giúp đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Trong đồ án nghiên cứu, máy sấy tôm sử dụng năng lượng mặt trời với bộ thu năng lượng sinh khí nóng đối lưu cưỡng bức một chiều được thiết kế Buồng sấy kết hợp mái kính thu bức xạ trực tiếp, quạt và đèn với các trường hợp khác nhau Mái buồng sấy được cấu tạo từ ba mặt kính cường lực 5 mm, trong khi thân buồng sấy được lắp đặt với ba tấm tôn dày.

Bộ thu nhiệt được tạo thành từ 8 mm và một tấm tôn mỏng dày 3 mm, cùng với 4 tấm tôn hình thang và 4 tấm tôn hình chữ nhật dày 2 mm, hình thành hai khối chóp Bộ thu được sơn màu đen, đóng vai trò là bộ trao đổi nhiệt trung tâm Để tăng hiệu suất, 3 tấm xốp cách nhiệt được bọc xung quanh bộ thu, cùng với 4 tấm xốp cách nhiệt hình thang và 4 tấm xốp cách nhiệt hình chữ nhật bọc 2 khối chóp Không khí di chuyển cưỡng bức từ lực thổi của quạt giúp đưa khí nóng từ bộ thu lên buồng sấy.

Hình 2.1 Cấu tạo buồng sấy

1 - Cửa buồng sấy, , 2- Khay sấy,3- Mái bằng kính, 4- Đèn hồng ngoại, 5- Lỗ thoát ẩm, 6-

Dựa trên cấu tạo của bộ thu không khí nóng trong sách "Năng lượng mặt trời và quá trình nhiệt ứng dụng," chúng tôi đã thiết kế bộ thu không khí nóng hiệu quả.

Các kết cấu bộ thu được thiết kế đa dạng, với kênh dẫn có tiết diện hình chữ nhật kích thước 1,2×1m và chiều dài từ 2 đến 5m, tùy thuộc vào yêu cầu nhiệt độ đầu ra Để nâng cao hiệu suất, bộ thu còn được trang bị thêm 2 khối chóp hình thang cân, trong đó một đầu khối chóp được kết nối với quạt hướng trục có kích thước phù hợp.

Đầu ống mềm dài 15 cm được kết nối với buồng sấy, trong khi hai khối chóp có diện tích bằng nhau, chiều dài 0.4m và chiều ngang 1m Đáy của các khối chóp được bọc cách nhiệt, với độ dày thành từ 5-7cm, sử dụng vật liệu bọt xốp ethylen hoặc bóng thuỷ tinh Tấm hấp thụ, làm từ kim loại như thép, nhôm hoặc đồng, có độ dày từ 0,3 - 0,5mm và được phủ lớp sơn hấp thụ chọn lọc Kính đậy dày khoảng 5mm, thường là kính xây dựng đã qua xử lý nhiệt để giảm nội ứng suất, với hàm lượng oxit sắt thấp (kính trong) và hệ số truyền qua cao.

=0,88÷0,90 Dòng khí chảy trong kênh dẫn thường dùng phương pháp đối lưu cưỡng bức (dùng trong công nghiệp say) hoặc đổi lưu tự nhiên (sưởi ấm gia đình)

Hình 2 2 Cấu tạo một số bộ thu không khí nóng

Mô tả sơ lượt bộ thu dùng để cung cấp nhiệt lượng cho buồng sấy:

Bộ thu năng lượng mặt trời được thiết kế theo cấu tạo tấm phẳng có cánh, nhằm phục vụ quá trình sấy tôm Kích thước của bộ thu được tính toán để đảm bảo cung cấp đủ nhiệt lượng cho việc sấy 3kg tôm Đặc biệt, bộ thu được bọc cách nhiệt xung quanh để tối ưu hóa hiệu suất.

Tấm hấp thụ được chế tạo từ kim loại thép và được phủ lớp sơn đen hấp thụ, trong khi kính đậy sử dụng loại kính trong suốt với hệ số truyền qua đạt từ 0,88 đến 0,90.

Quạt thổi tạo ra dòng khí trong kênh dẫn, giúp không khí chảy theo các cánh dẫn xoắn, thực hiện quá trình đối lưu cưỡng bức Quá trình này thổi không khí vào buồng sấy, góp phần quan trọng vào việc sấy khô nguyên liệu hiệu quả.

Hình 2.3 Cấu tạo bộ thu không khí collector

1-Quạt thổi, 2 – Tấm hấp thụ bằng kim loại, 3 – Cánh xoắn bằng thép, 4 – Khối chóp, 5 – Đầu ra bộ thu, 6 – Tấm kính, 7 – Lớp cách nhiệt

2.1.3 Chọn tác nhân sấy Để duy trì động lực quá trình sấy cần một môi chất mang ẩm thoát từ bề mặt vật liệu sấy thải vào môi trường Môi chất làm nhiệm vụ nhận ẩm từ bề mặt vật để thải vào môi trường gọi chung là tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc một số chất lỏng như dầu mỏ, macarin …,trong đó không khí và khói lò là hai tác nhân sấy phổ biến nhất Trong các thiết bị sấy đối lưu, tác nhân sấy còn làm thêm nhiệm vụ đốt nóng vật Trạng thái của tác nhân sấy cũng như nhiệt độ và tốc độ của nó đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ quá trình sấy Đối với việc sấy tôm khô nên trong quá trình sấy yêu cầu phải sạch không bị bám bụi, không ô nhiễm do cần nhiệt độ sấy không cao nên ta chọn phương pháp sấy dùng không khí làm tác nhân sấy để đảm bảo vấn đề vệ sinh thực phẩm lên hàng đầu

Việc xác định thời gian sấy là yếu tố quan trọng trong thiết kế và vận hành thiết bị sấy Thời gian sấy chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như loại vật liệu, hình dáng và kích thước của vật liệu, độ ẩm đầu vào và đầu ra, loại thiết bị sấy, phương pháp cung cấp nhiệt, cũng như chế độ sấy bao gồm nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ tác nhân sấy Tuy nhiên, phương pháp xác định thời gian sấy bằng giải tích thường khó thực hiện và có độ chính xác thấp.

Thực tế thường chọn theo thực nghiệm đối với tôm với thiết bị sấy đối lưu tự nhiên: Ta chọn thời gian sấy trung bình là: 𝜏 = 6h

Kích thước buồng sấy

Để đảm bảo không gian phù hợp cho công suất 3kg tôm và thuận tiện cho người sử dụng, kích thước bên trong của buồng sấy (không tính lớp vỏ và lớp cách nhiệt) sẽ được lựa chọn một cách hợp lý.

Để tính toán kích thước buồng sấy, chúng ta sẽ sử dụng kích thước bên trong và phân chia kết cấu buồng thành hai phần: kết cấu bao che xung quanh và kết cấu trần.

Để phục vụ cho mục đích tính toán, kết cấu bao che sẽ bao gồm các mặt xung quanh buồng, cửa buồng và đáy buồng Kích thước bên trong được sử dụng để thực hiện các phép tính như sau:

Từ kích thước trên ta tính đuợc diện tích bên trong của kết cấu bao che là:

Fbc = 2,884 m 2 Nhằm mục đích giảm thiểu tổn thất nhiệt và thuận tiện cho thi công, kết cấu bao che sẽ gồm 2 lớp (từ trong ra ngoài) với thông số:

Lớp vỏ bằng tôn dầu (thép) có độ dày 0,9 mm và hệ số dẫn nhiệt 50 W/m.K Trong khi đó, lớp cách nhiệt bằng xốp PE tráng nhôm có độ dày 20 mm với hệ số dẫn nhiệt chỉ 0,031 W/m.K.

Vì mục đích tính toán nên ta dùng kích thước bên trong để tính toán như sau:

Từ kích thước trên ta tính đuợc diện tich bên trong của kết cấu trần là: Ftr=1,05 m 2

Theo mục đích của đề tài, kết cấu trần sẽ gồm một lớp kính thủy tinh có độ dày δ3 = 5 mm với hệ số dẫn nhiệt λ3 = 0,8 W/m.K Ta có mặt cắt A-A:

Hình 2.5 Cấu trúc của kết cấu trần

Tính toán quá trình sấy lý thuyết

2.3.1 Tính toán các thông số điểm nút tác nhân sấy

- Quá trình sấy lý thuyết được biểu diễn trên đồ thị I-d

Hình 2.6 Đồ thi I-d quá trình sấy lý thuyết [ 7 ]

+ Điểm O (𝑡 0, 𝜑 0 ) là trạng thái không khí bên ngoài

+ Điểm 1 (𝑡 1, 𝜑 1 ) là trạng thái không khí vào buồng sấy

+ Điểm 2 (𝑡 2, 𝜑 2 ) là trạng thái không khí sau quá trình sấy

Tại thành phố Hồ Chí Minh, tác nhân sấy được sử dụng là không khí với các thông số cụ thể là nhiệt độ 27,4℃ và độ ẩm 82%.

- Theo yêu cầu thiết kế của hệ thống, ta chọn nhiệt độ sấy là: 𝑡 1, = 60℃

- Từ 𝑡 0 = 27,4℃ tra bảng nước và hơi bão hòa [7] ta có 𝑃 ℎ𝑠0 = 0,03682 𝑏𝑎𝑟, 𝑃 = 0,98 𝑏𝑎𝑟

- Ta có công thức tính độ chứa ẩm 𝑑 0 : [ 7 ]

- 𝑑 0 : độ chứa ẩm của không khí môi trường, g/kgkkk

- 𝜑 0 : độ ẩm tương đối của không khí môi trường, 𝜑 0 = 82%

- 𝑃: áp suất không khí ẩm, 𝑃 = 0,98 𝑏𝑎𝑟

- 𝑃 ℎ𝑠0 : áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 𝑡 0 , 𝑃 ℎ𝑠0 = 0,03682 𝑏𝑎𝑟

- Từ 𝑡 1 = 60℃ tra bảng nước và hơi bão hòa [4] ta có 𝑃 ℎ𝑠1 = 0,19917 𝑏𝑎𝑟, 𝑃 = 0,98 𝑏𝑎𝑟

- Theo lý thuyết [3] 𝑑 0 = 𝑑 1 và có công thức tính độ ẩm tương đối 𝜑 1 [7 ]:

- 𝑑 1 : độ chứa ẩm của không khí vào buồng sấy, g/kgkkk

- 𝜑 1 : độ ẩm tương đối của không khí vào buồng sấy, %

- 𝑃: áp suất không khí ẩm, 𝑃 = 0,98 𝑏𝑎𝑟

- 𝑃 ℎ𝑠1 : áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ 𝑡 1 , 𝑃 ℎ𝑠1 = 0,19917 𝑏𝑎𝑟

- Từ 𝑡 1 = 60℃ và 𝜑 1 = 15,16% tra đồ thị I – d → 𝑡 ư1 = 31,5℃

- Theo cách chọn của tài liệu ta có nhiệt độ không khí sau quá trình sấy 𝑡 2 [7]:

- 𝑡 2 : Nhiệt độ không khí sau quá trình sấy, ℃

- 𝑡 ư1 : Nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí vào buồng sấy, 𝑡 ư1 = 31,5℃

- Ta có công thức tính entanpy 𝐼 0 [7]:

- 𝐼 0 : entanpy của không khí ẩm môi trường, kJ/kgkkk

- 𝑑 0 : độ chứa ẩm của không khí môi trường, 𝑑 0 = 19,771 𝑔

- Ta có công thức tính entanpy 𝐼 1 [7]:

- 𝐼 1 : entanpy của không khí ẩm vào buồng sấy, kJ/kgkkk

- 𝑡 1 : nhiệt độ không khí vào buồng sấy, 𝑡 1 = 60℃

- 𝑑 1 : độ chứa ẩm của không khí vào buồng sấy, 𝑑 1 = 19,771 𝑔

𝑘𝑔𝑘𝑘𝑘 Theo lý thuyết [1]: 𝐼 1 = 𝐼 2 và có công thức tính 𝑑 2 : [8]

- 𝑑 2 : độ chứa ẩm của không khí sau quá trình sấy, g/kgkkk

- 𝐼 2 : entanpy của không khí sau quá trình sấy 𝐼 1 = 𝐼 2 = 111,803 𝑘𝐽

- 𝑡 2 : nhiệt độ không khí sau quá trình sấy, 𝑡 2 = 41,5℃

2.3.2 Tính toán lượng vật liệu và lượng tác nhân sấy

- Từ các thực nghiệm, đo đạt và yêu cầu của đề tài, ta chọn các thông số kỹ thuật yêu cầu cho quá trình sấy:

+ Khối lượng tôm cần sấy: ở đây ta chọn công suất phù hợp là 𝐺 1 = 3𝑘𝑔

+ Thời gian sấy: ở đây ta chọn thời gian sấy phù hợp là 𝜏 = 6ℎ

+ Độ ẩm ban đầu của tôm: qua tham khảo, thực nghiệm và đo đạt ta có 𝜔 1 = 75%

+ Độ ẩm cần đạt của tôm: do yêu cầu của đề tài ta có 𝜔 2 = 15%

- Khối lượng tôm sau khi sấy 𝐺 2 [7]:

- 𝐺 2 : khối lượng vật liệu sấy sau quá trình sấy

- 𝐺 1 :khối lượng ban đầu của vật liệu sấy, 𝐺 1 = 3𝑘𝑔

- 𝜔 1 : độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy, 𝜔 1 = 75%

- 𝜔 2 : độ ẩm của vật liệu sấy sau quá trình sấy, 𝜔 2 = 15%

- Lượng ẩm cần bay hơi W [7]:

- 𝑊: lượng ẩm cần bay hơi, kg

- 𝐺 2 : khối lượng vật liệu sấy sau quá trình sấy

- 𝐺 1 : khối lượng ban đầu của vật liệu sấy

- Lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ 𝑊 ℎ :

- 𝑊: lượng ẩm cần bay hơi, 𝑊 = 1,5 𝑘𝑔

- Lưu lượng không khí cần thiết để tách lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝐿 0 [7]:

- 𝐿 0 : lưu lượng không khí cần thiết để tách lượng ẩm 𝑊 ℎ , kg/h

- 𝑊 ℎ : lượng ẩm cần bay hơi trong 1 giờ, 𝑊 ℎ = 0,353 𝑘𝑔

- 𝑑 2 : độ chứa ẩm của không khí sau quá trình sấy, 𝑑 2 = 27,217 𝑔

2.3.3 Tính toán nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình sấy

- Nhiệt lượng cần thiết cho 1 kg ẩm bốc hơi trong 1h [7]:

- 𝑞 0 : nhiệt lượng cần thiết cho 1kg ẩm bốc hơi trong 1h, kJ/kg

- 𝐼 1 : entanpy của không khí ẩm vào buồng sấy, 𝐼 1 = 111,803 𝑘𝐽

- 𝐼 0 : entanpy của không khí ẩm vào môi trường, 𝐼 0 = 77,913 𝑘𝐽

- 𝑑 2 : độ chứa ẩm của không khí sau quá trình sấy, 𝑑 2 = 27,83 𝑔

- Nhiệt lượng tiêu hao cho lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝑄 0 [7]:

- 𝑄 0 : nhiệt lượng tiêu hao cho lượng ẩm, kJ/h

- 𝑞 0 : nhiệt lượng cần thiết cho 1kg ẩm bốc hơi trong 1h, 𝑞 0 = 4514,453 𝑘𝐽

Tính toán quá trình sấy thực tế

Tính toán tổn thất nhiệt

* Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che xung quanh

- Ở đây kết cấu bao che xung quanh bao gồm: 3 mặt che xung quanh, cửa, đáy

- Nhiệt độ trung bình tác nhân sấy trong buồng sấy 𝑡 𝑡𝑏 [5]:

- 𝑡 𝑡𝑏 : nhiệt độ trung bình tác nhân sấy trong buồng sấy, ℃

Để nâng cao độ chính xác trong tính toán, chúng ta áp dụng phương pháp lặp, giả định nhiệt độ bề mặt trong của kết cấu bao che Việc này giúp kiểm tra và xác định sai số, với các kết quả tính toán được coi là hợp lệ khi sai số nhỏ hơn 10%.

[4] Sau khi qua nhiều lần tính lặp, ta thu được phép tính cho ra kết quả hợp lệ

- Giả sử nhiệt độ mặt trong của kết cấu bao che: 𝑡 𝑤1 = 44℃

- Chiều cao bên trong buồng sấy: 𝐻 = 989,71 𝑚𝑚 ≈ 0,99 𝑚

- Tổng diện tích kết cấu bao che xung quanh: 𝐹 𝑏𝑐 = 2,884 𝑚 2

- Kết cấu 3 mặt che xung quanh, cửa, đáy đều gồm 2 lớp là:

- Nhiệt độ định tính trong buồng sấy 𝑡 𝑚1 :

- 𝑡 𝑚1 : nhiệt độ định tính trong buồng sấy, ℃

- 𝑡 𝑡𝑏 : nhiệt độ trung bình tác nhân sấy trong buồng sấy, 𝑡 𝑡𝑏 = 50℃

- 𝑡 𝑤1 : nhiệt độ mặt trong của kết cấu bao che, 𝑡 𝑤1 = 44℃

- Tra bảng thông số không khí ở 47℃ [5] ta có:

- 𝐺𝑟 𝑚1 : tiêu chuẩn Grashof được tính trong buồng

- 𝛽 𝑚1 : hệ số giãn nở nhiệt, 𝛽 𝑚1 = 1

- 𝐻: kích thước xác định ở đây là chiều cao bên trong buồng sấy, 𝐻 = 0,99 𝑚

- 𝑡 𝑤1 : nhiệt độ mặt trong kết cấu bao che, 𝑡 𝑤1 = 44℃

- Từ hệ số (𝐺𝑟 𝑃𝑟) 𝑚1 tra tài liệu [5] ta được hệ số: 𝐶 = 0,135, 𝑛 = 1

- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu trong buồng [5]:

- 𝛼 1 : hệ số tỏa nhiệt đối lưu trong buồng, 𝑊

- 𝑁𝑢 𝑚1 : tiêu chuẩn Nusselt được tính trong buồng, 𝑁𝑢 𝑚1 = 99,76

- 𝐻: kích thước xác định ở đây là chiều cao bên trong buồng, 𝐻 = 0,99 𝑚

- Mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy vào kết cấu bao che [5]:

- 𝑞 ′ : mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy vào kết cấu bao che, 𝑊

- 𝛼 1 : hệ số tỏa nhiệt đối lưu trong buồng, 𝛼 1 = 2,82 𝑊

- Nhiệt độ bề mặt ngoài kết cấu bao che [5]:

- 𝑡 𝑤2 : nhiệt độ bề mặt ngoài kết cấu bao che, ℃

- 𝑞 ′ : mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy vào kết cấu bao che, 𝑞 ′ = 16,92 𝑊

- 𝛿 1 : độ dày của lớp tôn dầu (thép), 𝛿 1 = 0,9 𝑚𝑚

- 𝛿 2 : độ dày của lớp xốp PE, 𝛿 2 = 20 𝑚𝑚

- 𝜆 1 : hệ số dẫn nhiệt của lớp tôn dầu (thép), 𝜆 1 = 50 𝑊

- 𝜆 2 : hế số dẫn nhiệt của xopps PE, 𝜆 2 = 0,031 𝑊

- Nhiệt độ định tính bên ngoài buồng [5]:

- 𝑡 𝑚2 : nhiệt độ định tính bên ngoài buồng, ℃

- 𝑡 𝑤2 : nhiệt độ bề mặt ngoài kết cấu bao che, 𝑡 𝑤2 = 33,08℃

- Tra bảng thông số không khí ở 30,24℃ [5] ta có:

- 𝐺𝑟 𝑚2 : tiêu chuẩn Grashof được tính ngoài buồng

- 𝛽 𝑚2 : hệ số giãn nở nhiệt, 𝛽 𝑚2 = 1

- 𝐻: kích thước xác định ở đây là chiều cao bên trong buồng sấy, 𝐻 = 0,99 𝑚

- Từ hệ số (𝐺𝑟 𝑃𝑟) 𝑚2 tra tài liệu [5] ta được hệ số: 𝐶 = 0,135, 𝑛 = 1

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ngoài kết cấu bao che [5]:

- 𝛼 2 : hệ số tỏa nhiệt đối lưu ngoài buồng, 𝑊

- 𝑁𝑢 𝑚2 : tiêu chuẩn Nusselt được tính trong buồng, 𝑁𝑢 𝑚2 = 106,25

- 𝐻: kích thước xác định ở đây là chiều cao bên trong buồng, 𝐻 = 0,99 𝑚

- Dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngoài của tường vào môi trường 𝑞 ′′ [5]:

- 𝑞 ′′ : dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngoài của tường vào môi trường, 𝑊

- 𝛼 2 : hệ số tỏa nhiệt đối lưu ngoài buồng, 𝛼 1 = 2,867 𝑊

- Thử sai số tương đối của phương pháp tính lặp [5]:

- 𝑞 ′ : mật độ dòng nhiệt truyền từ tác nhân sấy vào kết cấu bao che, 𝑞 ′ = 16,92 𝑊

- 𝑞 ′′ : dòng nhiệt truyền từ bề mặt ngoài của tường vào môi trường, 𝑞 ′′ = 16,28 𝑊

=> Vậy các thông số tính toán ở trên hợp lệ

- Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che [5]:

- 𝐾 𝑏𝑐 : hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, 𝑊

- 𝛿 1 : độ dày của lớp tôn dầu (thép), 𝛿 1 = 0,9 𝑚𝑚

- 𝛿 2 : độ dày của lớp xốp PE, 𝛿 2 = 20 𝑚𝑚

- 𝜆 1 : hệ số dẫn nhiệt của lớp tôn dầu (thép), 𝜆 1 = 50 𝑊

- 𝜆 2 : hệ số dẫn nhiệt của xốp PE, 𝜆 2 = 0,031 𝑊

- Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che xung quanh [5]:

- 𝑄 𝑏𝑐 : tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che xung quanh, 𝑘𝐽

- 𝐾 𝑏𝑐 : hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, 𝐾 𝑏𝑐 = 0,74 𝑊

- 𝐹 𝑏𝑐 : tổng diện tích kết cấu bao che, 𝐹 𝑏𝑐 = 2,884 𝑚 2

- 𝑞 𝑏𝑐ℎ : tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che xung quanh tính cho lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝑘𝐽/𝑘𝑔

- 𝑄 𝑏𝑐 : tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che xung quanh, 𝑄 𝑏𝑐 = 173,63 𝑘𝐽

𝑘𝑔 Tổn thất nhiệt qua trần

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía trên trần [5]:

- 𝛼 2𝑡𝑟 : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía trên trần, 𝑊

- Hệ số truyền nhiệt qua trần [5]:

- 𝐾 𝑡𝑟 : hệ số truyền nhiệt qua trần, 𝑊

- 𝛼 2𝑡𝑟 : hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía trên trần, 𝛼 2𝑡𝑟 = 3,737 𝑊

- 𝛿 3 : độ dày của lớp kính, 𝛿 3 = 5 𝑚𝑚

- 𝜆 3 : hệ số dẫn nhiệt của lớp kính, 𝜆 3 = 0,8 𝑊

- Tổn thất nhiệt qua trần [5]:

- 𝑄 𝑡𝑟 : tổn thất nhiệt qua trần, 𝑘𝐽

- 𝐾 𝑡𝑟 : hệ số truyền nhiệt qua trần, 𝐾 𝑡𝑟 = 1,59 𝑊

- 𝑞 𝑡𝑟ℎ : tổn thất nhiệt qua trần tính cho lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝑘𝐽

- 𝑄 𝑡𝑟 : tổn thất nhiệt qua trần, 𝑄 𝑡𝑟 = 135,83 𝑘𝐽

𝑘𝑔 Tính toán lại các thông số quá trình sấy thực

- Tổng đại số của tổn thất nhiệt và gia nhiệt bổ sung ∆ [5]:

- ∆: tổng đại số của tổn thất nhiệt và gia nhiệt bổ sung, 𝑘𝐽

- 𝑞 𝑏𝑠 : nhiệt từ nguồn gia nhiệt bổ sung (không có), 𝑞 𝑏𝑠 = 0 𝑘𝐽

- 𝑞 𝑡𝑟ℎ : tổn thất nhiệt qua trần tính cho lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝑞 𝑡𝑟ℎ = 384,78 𝑘𝐽

- 𝑞 𝑏𝑐ℎ : tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che xung quanh tính cho lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝑞 𝑏𝑐ℎ 491,87 𝑘𝐽

- Với tổng tổn thất ∆ = −876,65 < 0, nên đồ thị I – d quá trình sấy được biểu diễn là:

Hình 2.7 Đồ thị I-d cho quá trình sấy thực [7]

Sau khi xác định tổng đại số của tổn thất nhiệt và gia nhiệt bổ sung, cùng với đồ thị I – d thể hiện quá trình sấy thực, chúng ta tiến hành tính toán lại các thông số cần thiết để xác định nhiệt lượng cần thiết cho hệ thống sấy.

- Độ chứa ẩm của không khí ra khỏi buồng sấy 𝑑 2 sau khi tính lại [6]:

- ∆: tổng đại số của tổn thất nhiệt và gia nhiệt bổ sung, 𝑘𝐽

- Entanpy của không khí ra khỏi buồng sấy 𝐼 2 sau khi tính lại [7]:

- 𝑑 2 : độ chứa ẩm của không khí sau quá trình sấy sau khi tính lại, 𝑑 2 = 30,64 𝑔

- 𝐿: lưu lượng không khí cần thiết để tách lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝑘𝑔

- Nhiệt lượng tiêu hao cần cho lượng ẩm 𝑊 ℎ sau khi tính lại 𝑄 [7]:

- 𝐼 0 : entanpy của không khí ẩm môi trường, 𝐼 0 = 77,913 𝑘𝐽

- 𝐶 𝑛 : nhiệt dung riêng của nước, 𝐶 𝑛 = 4,18 𝑘𝐽

- 𝑡 𝑣1 : nhiệt độ vật liệu vào buồng sấy, 𝑡 𝑣1 = 𝑡 0 = 27,4℃

- Nhiệt lượng tổn thất do tác nhân sấy thoát ra 𝑄 2 [7]:

- 𝐿: lưu lượng không khí cần thiết để tách lượng ẩm 𝑊 ℎ , 𝐿 = 32,48 𝑘𝑔

- 𝐼 2 : entanpy của không khí ra khỏi buồng sấy sau khi tính lại, 𝐼 2 = 120,64 𝑘𝐽

- 𝐼 0 : entanpy của không khí ẩm môi trường, 𝐼 0 = 77,913 𝑘𝐽

Tính toán diện tích bộ thu

2.5.1 Tính toán các hệ số trao đổi nhiệt

Chọn kích thước bộ thu như tài liệu tham khảo [1]: Bộ thu collector có diện tích là 1,2m 2 kích thước 1,2𝑚 ×1m

Giả sử nhiệt độ trung bình của không khí trong bộ thu là 60℃ Theo bảng thông số vật lý của không khí khô trong sách "Cơ sở truyền nhiệt và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt," các thông số đặc trưng của không khí ở 50℃ được xác định như sau:

𝑚 𝐾 Đường kính khí động đặc trưng dùng đề tính hệ số Reynolds, được lấy theo đường kính tương đương 𝑑 𝑒 : [5]

W - là khoảng cách giữa 2 cánh (m)

𝐿 – là khoảng cách từ tấm hấp thụ đến lớp kính che (m)

𝐿 𝑓 – là chiều cao của cánh dẫn (m)

𝛿 𝑓 – là độ dày của cánh xoắn (𝛿 𝑓 = 0,5𝑚𝑚)

𝜌 – khối lượng riêng của không khí, 𝜌 = 1,093 𝑘𝑔

𝑉 – vận tốc trung bình của dòng không khí trong kênh dẫn, 𝑉 = 1,5 𝑚/𝑠

𝜇 – độ nhớt động học của không khí, 𝜇 = 19,6 10 −6 𝑁.𝑠

- Giá trị 𝑅 𝑒 này cho thấy dòng chảy của không khí trong các kênh dẫn là chảy rối Hệ số Nuselt được tính theo phương trình: [4]

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa tấm hấp thụ với dòng không khí:

- Do dòng không khí đi giữa tấm hấp thụ và tấm kính nên hệ số trao đổi nhiệt bức xạ [5] tính theo công thức:

𝜀 𝑝 = 0,8 là hệ số phát xạ của tấm hấp thụ (hệ số phát xạ của sơn đen)

𝜀 𝑘 = 0,9 là hệ số phát xạ của tấm kính

𝑡 𝑝 = 60℃ = 333 𝐾 là nhiệt độ tấm hấp thụ

𝑡 𝑘 : nhiệt độ tấm kính che, 𝑡 𝑘 = 𝑡 𝑝 +𝑡 𝑎

𝜎: Hằng số Stefan – Boltzmann, giá trị cụ thể là 𝜎 = 5,67 10 −8 𝑊

- Tính hiệu suất cánh với cánh thép ra có hiệu suất dẫn nhiệt của cánh là 𝑘 = 50 𝑊

𝑚.𝐾, hệ số trao đổi nhiệt của cánh với không khí bằng hệ số trao đổi nhiệt của tấm hấp thụ với không khí: ℎ 𝑓𝑝 = ℎ 𝑓𝑓 = 3,3 𝑊

- 𝐿 𝑓 : chiều cao của cánh dẫn, 𝐿 𝑓 = 12𝑐𝑚 = 0,12𝑚

- k: hệ số dẫn nhiệt của cánh bằng thép, 𝑘 = 50 𝑊

- ℎ 𝑓𝑓 : hệ số trao đổi nhiệt của cánh với không khí, ℎ 𝑓𝑓 = 3,3 𝑊

- 𝛿 𝑓 : độ dày của cánh xoắn, 𝛿 𝑓 = 0.5𝑚𝑚

- Từ hệ số phụ thuộc của hiệu suất cánh, tra độ thị hiệu suất cánh ta được hiệu suất cánh:

Không khí di chuyển trong bộ thu trao đổi nhiệt với tấm hấp thụ thông qua hai hình thức trao đổi nhiệt: đối lưu và bức xạ Hệ số trao đổi nhiệt hiệu dụng giữa tấm hấp thụ và không khí được xác định theo công thức.

- ℎ 𝑓𝑝 – là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tấm hấp thụ với dòng không khí ( 𝑊

- W – là khoảng cách giữa 2 cánh (m)

- ℎ 𝑟 – là hệ số trao đổi nhiệt bức xạ ( 𝑊

- 𝐹 𝑓 – là hiệu suất cánh của bộ thu

2.5.2 Tính toán tổn thất nhiệt cho bộ thu

- Tổn thất nhiệt qua mặt bên 𝑈 𝑒 :

Việc đánh giá tổn thất nhiệt qua mặt bên của bộ thu rất phức tạp, trong thực tế tổn thất nhiệt này rất nhỏ bên thường được bỏ qua [5]

- Tổn thất nhiệt qua mặt đáy 𝑈 đ :

Năng lượng tổn thất nhiệt qua mặt đáy là tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua lớp cách nhiệt

𝑅 1 và tổn thất nhiệt đối lưu bên trong lớp cách nhiệt ra ngoài môi trường 1

𝑅 2 giá trị này thường được bỏ qua vì quá nhỏ [5]

- k là độ dẫn nhiệt của chất cách nhiệt, ở đây ta sử dụng cách nhiệt là xốp PE OPP có hệ số dẫn nhiệt là 𝑘 = 0,031 𝑊

- L = 2 cm là chiều dày lớp cách nhiệt ở đáy bộ thu

- Tổn thất nhiệt qua bề mặt phía trên bộ thu 𝑈 𝑡 :

Tổn thất nhiệt từ mặt trên của bộ thu năng lượng mặt trời được xác định từ tấm hấp thụ tới môi trường, chủ yếu qua các hiện tượng đối lưu và bức xạ Nhiệt độ của tấm hấp thụ, ký hiệu là 𝑇 𝑝, và nhiệt độ bầu trời 𝑇 𝑏𝑡 (có thể coi tương đương với nhiệt độ môi trường 𝑇 𝑎) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thu nhiệt.

Trước hết ta tính hệ số trao đổi nhiệt giữa tấm hấp thụ và tấm kính

- n – là số tấm kính phủ của bộ thu

- 𝜀 𝑝 = 0,8 là hệ số phát xạ của tấm hấp thụ

- 𝜀 𝑘 = 0,9 là hệ số phát xạ của tấm kính

- 𝑡 𝑝 : nhiệt độ tấm hấp thụ, 𝑡 𝑝 = 60℃ = 333 𝐾

- ℎ 𝑤 là hệ số trao đổi nhiệt của gió, do trên bề mặt tấm kính có gió thổi nên hệ số này được tính theo công thức thực nghiệm: [4]

ℎ 𝑤 = 5,7 + 3,8 𝑣 = 5,7 + 3,8.1 = 9,5 (𝑣 = 1 𝑚/𝑠 là vận tốc gió của môi trường) [đo đạc thực thực tế]

- Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần:

- 𝑈 𝑑 : tổn thất nhiệt qua mặt đáy, 𝑈 𝑑 = 1,55 𝑊

- 𝑈 𝑡 : tổn thất qua bề mặt phía trên bộ thu, 𝑈 𝑡 = 5,4 𝑊

2.5.3 Tính diện tích bộ thu

- Thừa số hiệu suất hiệu dụng của bộ thu: [6]

- 𝑈 𝐿 – là tổn thất toàn phần ( 𝑊

- ℎ 𝑒 – là hiệu số trao đổi nhiệt hiệu dụng ( 𝑊

Hiệu suất thoát là tỷ số giữa năng lượng mà lưu chất nhận được trong quá trình chảy qua bộ thu và năng lượng mà tấm hấp thụ nhận được trong cùng một thời gian Thừa số này được gọi là thừa số thoát nhiệt hoặc thừa số lưu thông, và nó đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán định lượng cho bộ thu.

- 𝐶 𝑝 – nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí (kJ/kg.K)

- 𝐹 ′ - thừa số hiệu suất hiệu dụng của bộ thu

- 𝑚 – lưu lượng không khí cần cấp cho buồng sấy (𝑚 = 𝐿 = 32,48 ( 𝑘𝑔

ℎ) Tính các thành phần trong công thức

Nhiệt lượng có ích 𝑞 𝑢 mà bộ thu nhận được chính là nhiệt lượng Q cung cấp vào buồng sấy, nhằm tách lượng ẩm 𝑊 ℎ đã được tính toán trong quá trình sấy thực tế.

- Ta có công thức tính nhiệt lượng hữu ích do bộ thu nhận được là []:

- 𝐹 𝑅 – là thừa số lưu thông

- 𝐴 𝑝 – là diện tích bộ thu (𝑚 2 )

- 𝑆 – là lượng bức xạ mặt trời mà tấm hấp thụ của bộ thu nhận được (𝑊/𝑚 2 )

- 𝐼 = 1100 𝑊/𝑚 2 là lượng bức xạ trung bình đến bề mặt tấm che của bộ thu

- 𝜏 – là hệ số xuyên qua của tấm che, ở đây tấm che là kính trong dày 5 mm ta có hệ số xuyên qua 𝜏 𝑘 = 0,85

- ∆𝑡 – chênh lệch nhiệt độ trung bình không khí trong bộ thu và nhiệt độ môi trường:

- Từ phương trình trên ta có:

Diện tích bộ thu không khí (collector) được xác định là 1,2 m², với kích thước chế tạo là 1,2m x 1m Để phù hợp, hai đầu chóp có diện tích 0,34m² được thêm vào bộ thu Kích thước chế tạo của chóp theo hình thang được thiết kế với chiều cao 0,4m, đáy nhỏ 0,16m và đáy lớn 1m Tính toán hiệu suất bộ thu sẽ được thực hiện dựa trên các thông số này.

- 𝑆 – là lượng nước bộ thu nhận được (𝑊/𝑚 2 )

- 𝐼 – là lượng bức xạ đến bề mặt bộ thu (𝑊/𝑚 2

Tính hiệu suất máy sấy năng lượng mặt trời

Hiệu suất của máy sấy xác định bằng hiệu số năng lượng đầu vào chia cho tổng năng lượng đầu vào, nó được tính theo công thức[6]: ndryer = 𝐸 𝑜𝑢𝑡

Năng lượng đầu ra từ buồng sấy được xác định bởi lượng độ ẩm loại bỏ khỏi tôm trong quá trình sấy Tổng năng lượng đầu vào của máy sấy bao gồm bức xạ mặt trời hấp thụ bởi bộ thu và buồng sấy, cùng với năng lượng từ đèn hồng ngoại Hiệu quả của máy sấy có thể được biểu thị theo công thức cụ thể.

- 𝐿 𝑉 là ẩn nhiệt hóa hơi riêng của nước (J/kg), 𝐿 𝑉 = 2264705 ( 𝐽

- 𝐼 𝑇𝑑 và 𝐼 𝑇𝑐 là bức xạ mặt trời (W/m 2 ) lần lượt tới buồng sấy và bộ thu,(nếu không cần chính xác quá cao có thể lấy 𝐼 𝑇𝑑 = 𝐼 𝑇𝑐 = 807,5 𝑊/𝑚 2 )

- 𝐸 𝑖𝑛 , 𝐴𝑢 𝑥 là năng lượng tiêu thụ của nguồn hồng ngoại (W)

- 𝐴 𝑑 = 1,05 𝑚 2 và 𝐴 𝑝 = 1,2 𝑚 2 là diện tích mặt kính của bộ thu và buồng sấy tiếp xúc với bức xạ mặt trời

- 𝑀 𝑊 là tổng lượng ẩm đã loại bỏ khỏi tôm trong quá trình sấy khô (kg) có thể được tính từ phương trình sau [6]

𝑀 𝑝 = 3 𝑘𝑔 là tổng khối lượng tôm (kg),

𝑀 𝑖 𝑣à 𝑀 𝑓 lần lượt là độ ẩm ban đầu và cuối cùng của tôm tính bằng (%)

(100 − 15) 3 = 2.11 Hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời theo công thức là:

Lắp đặt máy sấy năng lượng Mặt trời

Vị trí lắp đặt: Cổng B, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, 01 Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh

Hướng lắp đặt bộ thu cần phải theo chiều Bắc-Nam, đảm bảo vị trí lắp đặt có ánh nắng liên tục trong suốt quá trình sấy Do đó, cần lựa chọn nơi thông thoáng, không có vật cản che phủ.

Hình 2.8 Vị trí lắp đặt máy sấy khi thực nghiệm quá trình sấy

Bố trí các thiết bị đo

Bố trí hợp lý các thiết bị đo là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến độ chính xác của giá trị đo Việc xác định vị trí gắn cảm biến phải được thực hiện cẩn thận để đảm bảo thu được các giá trị chính xác nhất cho các thông số cần đo.

Hình 2.9 Vị trí bố trí các thiết bị

Vị trí gắn cảm biến nhiệt độ rất quan trọng để đo nhiệt độ của tấm hấp thụ Đầu cảm biến được dán chặt vào tấm hấp thụ, giúp theo dõi nhiệt độ trong suốt quá trình sấy.

- 2 là vị trí đặt cảm biến nhiệt độ vào các kênh gió để đo nhiệt độ không khí trung bình trong bộ thu

Vị trí lắp đặt nhiệt ẩm kế rất quan trọng để đo nhiệt độ và độ ẩm không khí vào, trong và ra khỏi buồng sấy Đầu cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm không khí vào buồng được đặt tại ống mềm nhằm hạn chế sai số trong quá trình đo lường.

- 4 là vị trí lắp đặt màn hình hiển thị thông số của cảm biến khối lượng loadcell

- 5 là vị trí lắp đặt cảm biến khối lượng loadcell để đảm bảo khối lượng tôm giảm được ghi lại liên tục.

THỰC NGHIỆM

Các thiết bị đo và vật liệu dung trong chế tạo

3.1.1 Các vật liệu sử dụng trong chế tạo

- Vật liệu: Thủy tinh trong suốt

- Các thông số vật liệu:

Hình 3.1 Kính thường dày 5mm

3.1.1.2 Cánh xoắn dọc và đầu chóp

- Kích thước: Chiều dài 1100 mm, chiều cao 120 mm, chiều dài 0,5 mm

- Chất hấp thụ: Sơn đen

Hình 3.2 Cánh xoắn và hai đầu chóp của bộ thu

- Vật liệu: Tấm xốp cách nhiệt

Hình 3.3 Tấm xốp cách nhiệt PE-OPP

3.1.2.1 Bộ cảm biến khối lượng Loadcell D0KC

Hình 3.4 Cảm biến khối lượng loadcell

- Phạm vi bù nhiệt độ: 10℃~ + 40℃

- Phạm vi nhiệt độ hoạt động: −20℃ + 70℃

- Phạm vi giới hạn quá tải: 150 %

- Kết nối với module HX711

Hình 3.5 Màn hình đọc tín hiệu loadcell HX711

Mạch chuyển đổi ADC 24bit HX711 được thiết kế để đọc giá trị điện trở thay đổi từ cảm biến Loadcell, với độ phân giải cao 24bit, giúp chuyển đổi tín hiệu sang giao tiếp 2 dây (Clock và Data) Thiết bị này rất thích hợp cho các ứng dụng đo cân nặng, vì nó có khả năng xử lý các giá trị điện trở rất nhỏ mà không thể đọc trực tiếp bằng vi điều khiển.

- Độ phân giải: 24bit ADC

- Độ phân giải điện áp: 40 mV

3.1.2.2 Thiết bị đo bức xạ Mặt Trời

Máy đo bức xạ mặt trời TENMARS TM-206

Hình 3.6 Máy đo bức xạ Mặt trời

- Độ chính xác: Thông thường trong phạm vi +/− 10 𝑊

𝑓𝑡 2 ℎ] hoặc +/−5% tùy theo điểu kiện nào lớn hơn trong ánh sáng mặt trời Nhiệt độ bao gồm lỗi +/− 0,38

- Thời gian lấy mẫu: 0,25 giây

- Giữ giá trị Max/Min

- Hãng sản xuất: Tenmars – Đài Loan

Để đo năng lượng bức xạ Mặt Trời, cần đặt cảm biến nhận bức xạ vuông góc với mặt phẳng của bộ thu và hướng lên bầu trời.

3.1.2.3 Máy đo vận tốc gió

Hình 3.7 Máy đo vận tốc gió

Thông số kỹ thuật Tenmars TM-412A

- Màn hình: LCD đơn sắc 42mm(W) x33mm(L) có đèn nền

- Pin: 9V (NEDA 1604, IEC 6F22 hoặc JIS 006P)

- Thời gian pin sử dụng: Khoảng 100 giờ sử dụng liên tục

- Tốc độ ngắt điện: 3uA

- Vận hành công suất tối đa: 25mA

- Kích thước thiết bị: 140(L)x 65(W)x 38(H)mm Trọng lượng: Khoảng 296g

- Kích thước đầu dò: 135(L) x67(W) x31(H)mm

- Phương pháp đo : Đặt đầu dò vào trước nơi có gió đi ra, sau đó đọc giá trị trên màn hình

- Mục đích : để chọn quạt phù hợp với vận tốc đầu ra yêu cầu của tài liệu tham khảo [2]

3.1.2.4 Cảm biến nhiệt độ Đồng hồ đo nhiệt độ mini dùng để đo nhiệt độ tấm hấp thụ, các kênh gió trong bộ thu, nhiệt độ gió vào buồng sấy, nhiệt độ vào ra buồng sấy và nhiệt độ không khí bên trong buồng

- Sai số đo nhiệt độ: ±3℃

- Kích thước: 4,8cm x 2,8cm x 1,5cm

Hình 3.8 Cảm biến nhiệt độ

3.1.2.5 Thiết bị đo độ ẩm

- Sai số đo độ ẩm: ±5%

- Sai số đo nhiệt độ: ±1℃

- Màn hình: LCD 37,5mm x 16,8mm

- Kích thước: 4,8cm x 2,8cm x 1,5cm

- Công suất 38W, cấu tạo quạt 5 cánh

- Giá trị vận tốc trong khoảng 1-3m/s

Nguyên lí hoạt động

Hình 3.11 Nguyên lý hoạt động của máy sấy năng lượng mặt trời

Bức xạ mặt trời xuyên qua lớp kính phủ và được tấm hấp thụ thu nhận, chuyển hóa thành nhiệt và tỏa ra không gian giữa tấm hấp thụ và kính che, tạo hiệu ứng nhà kính Không khí trong bộ thu nhận nhiệt từ tấm hấp thụ qua trao đổi nhiệt đối lưu và bức xạ Với thiết kế nghiêng 20 độ, không khí nóng tự nhiên đối lưu lên trên và được dẫn đến buồng sấy qua ống mềm cách nhiệt Tùy thuộc vào yêu cầu sấy, quạt có thể được sử dụng để thổi không khí nóng lên bộ thu (đối lưu cưỡng bức) Nhờ chênh áp giữa bên ngoài và bên trong bộ thu, không khí từ môi trường vào bộ thu, được phân chia qua 6 kênh dẫn và tiếp tục gia nhiệt trước khi vào buồng sấy.

Trong buồng sấy, không khí nóng và nguồn hồng ngoại từ đèn kết hợp để gia nhiệt cho vật liệu lỏng (VLS), giúp bốc hơi nước có trong VLS Quá trình này tách ẩm ra khỏi VLS, và lượng ẩm sau khi được tách sẽ được đưa ra ngoài.

Quạt được kết nối với dimmer để thay đổi vận tốc gió ứng với các trường hợp sấy.

Quy trình thí nghiệm

3.3.1 Chuẩn bị vật liệu sấy

Tôm được lựa chọn để sấy có kích thước 120 con/kg và độ ẩm ban đầu khoảng 75% Sau khi sơ chế, đầu tôm sẽ được loại bỏ, sau đó tôm được rửa sạch, để ráo nước và xếp lên khay để tiến hành quá trình sấy.

Việc xử lý sơ bộ sản phẩm trước khi sấy khô đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi sấy và thời hạn bảo quản của chúng Có ba phương pháp sơ chế chính được áp dụng để tối ưu hóa quy trình này.

- Không cần xử lý trước

- Đun sôi trong dung dịch nước muối 2% thời gian sôi 7 phút

- Đun sôi trong nước tinh khiết thời gian sôi 7 phút

3.3.2 Thời gian thực nghiệm và quy trình lấy thông số

Các thí nghiệm được thực hiện lúc 8h00 sáng, quá trình sấy sẽ kết thúc khi vật liệu sấy đạt được độ ẩm cuối cùng 15%

Các thông số cần đo và lấy số liệu trong quá trình thí nghiệm bao gồm:

Bộ thu năng lượng mặt trời thu thập bức xạ năng lượng mặt trời và đo nhiệt độ không khí ở các kênh gió Nó cũng ghi nhận nhiệt độ không khí ra khỏi bộ thu, nhiệt độ của tấm hấp thụ, nhiệt độ tấm kính, cùng với nhiệt độ và độ ẩm của môi trường xung quanh.

Buồng sấy là thiết bị quan trọng trong quá trình sấy, nơi mà nhiệt độ và độ ẩm không khí trước khi vào buồng sấy ảnh hưởng đến hiệu quả sấy Trong buồng sấy, nhiệt độ và độ ẩm được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình, trong khi nhiệt độ ra khỏi buồng sấy cần được kiểm soát để đảm bảo chất lượng sản phẩm Khối lượng vật liệu sấy cũng thay đổi theo thời gian, phản ánh sự tiến triển của quá trình sấy.

Trong đó khối lượng VLS được đo bằng cảm biến gắn dưới đáy khay sấy đảm bảo quá trình sấy được liên tục và các thông số đo được chính xác, tránh được việc bị tổn thất nhiệt như khi lấy sản phẩm ra đo theo kiểu thủ công

Các thông số được đo cách nhau 10 phút, số liệu được dùng máy tính ghi lại và xử lý bằng phần mềm Excel.

Các trường hợp sấy

Các trường hợp sấy khác nhau được đưa ra nhằm mục đích đánh giá và so sánh chất lượng của sản phẩm

Trường hợp Xử lý sơ bộ Điều kiện sấy

Sấy năng lượng mặt trời bình thường

1-b V=0m/s Xử lý nước sôi ( 7 phút) 1-c V=0m/s Nước muối 2% (7 phút)

Sấy che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt

2-b V=1,5m/s Xử lý nước sôi ( 7 phút) 2-c V=2m/s Nước muối 2% (7 phút)

Sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với quạt

Sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt

Bảng 1: Các trường hợp chuẩn bị để sấy tôm

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Trường hợp 1: Sấy không che mái buồng sấy, tắt quạt và không mở đèn

4.1.1 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, tắt quạt và không mở đèn, tôm sống

Sấy năng lượng mặt trời bình thường

1-b V=0m/s Xử lý nước sôi ( 7 phút) 1-c V=0m/s Nước muối 2% (7 phút)

Bảng 2: Các trường hợp sấy năng lượng Mặt Trời bình thường

Tôm sống sau khi loại bỏ đầu và đuôi sẽ được rửa sạch để ráo nước sau đó được đưa vào buồng sấy

Hình 4.1 Tôm trước và trong quá trình sấy 1-a

Hình 4.2 Tôm sau quá trình sấy trường hợp 1-a

Tôm sau khi được sấy bằng phương pháp đối lưu tự nhiên sẽ có màu vàng nhạt, khác biệt so với màu đỏ nhạt của tôm đã được luộc sơ chế Phương pháp sấy này không sử dụng đèn hồng ngoại, dẫn đến màu sắc vàng nhạt hơn so với tôm sấy có sử dụng đèn.

Các đồ thị trong quá trình sấy của trường hợp 1-a

Hình 4.3 Sự thay đổi độ ẩm của tôm trong trường hợp 1-a

Quá trình sấy tôm sống kéo dài 7 tiếng 30 phút, lâu hơn so với tôm đã luộc Đặc biệt, độ ẩm giảm mạnh nhất từ 9h00 đến 10h30, với mức giảm trung bình khoảng 1,96%.

Sự thay đổi độ ẩm của tôm trong quá trình sấy

Hình 4.4 Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ tấm hấp thụ trường hợp 1-a

Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ đạt 68,7 o C, trong khi nhiệt độ cao nhất ghi nhận là 76,1 o C vào lúc 12h50 với cường độ bức xạ 1132 W/m² Mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ tấm hấp thụ rất chặt chẽ; khi cường độ bức xạ tăng, nhiệt độ tấm hấp thụ cũng tăng theo và ngược lại.

Thời gian sấy t(h) Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ tấm hấp thụ

Cường độ bức xạ (W/m2) Tấm hấp thụ (°C)

Hình 4.5 Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ trung bình của không khí trong bộ thu trường hợp 1-a

Cường độ bức xạ trung bình đạt 974,4 W/m², với đỉnh điểm vào lúc 11h40 là 1289 W/m², cho thấy bức xạ tương đối ổn định Khi cường độ bức xạ Mặt trời tăng cao, nhiệt độ không khí trong bộ thu cũng gia tăng Trong trường hợp sấy đối lưu tự nhiên không sử dụng quạt, nhiệt độ của bộ thu đạt mức cao nhất do không khí không bị đẩy đi nhiều, giúp giữ nhiệt tốt hơn so với các phương pháp có sử dụng quạt.

Thời gian sấy t(h) Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ trung bình của không khí trong bộ thu

Cường độ bức xạ (W/m2) Nhiệt độ bộ thu (°C)

Cường độ bức xạ ổn định giúp duy trì nhiệt độ trung bình không khí trong buồng ở mức tương đối ổn định, với nhiệt độ cao nhất đạt 57,3 °C vào lúc 13h50 và nhiệt độ trung bình là 50,6 °C Nhiệt độ cao nhất của tấm hấp thụ ghi nhận là 76,1 °C vào lúc 12h50, tạo ra chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa tấm hấp thụ và không khí vào buồng là khoảng 18,8 °C.

Nhiệt độ tấm hấp thụ ảnh hưởng tới nhiệt độ không khí vào trong buồng sấy

Tấm hấp thụ (°C) Nhiệt độ không khí vào buồng sấy (°C)

Hình 4.6: Sự thay đổi nhiệt độ không khí vào, không khí ra và nhiệt độ trong buồng sấy theo thời gian trường hợp 1-a

Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy đạt 54,8°C, với nhiệt độ cao nhất khi ra khỏi buồng là 48,8°C Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong buồng và không khí ra ngoài không vượt quá 6°C, trung bình khoảng 6°C Nhiệt độ cao nhất trong buồng sấy ghi nhận là 60,8°C vào lúc 13h50, trong khi nhiệt độ không khí ra khỏi buồng đạt 57,3°C.

Nhiệt độ trung bình không khí trong buồng là 50,6 °C, với sự chênh lệch khoảng 1,8 °C so với nhiệt độ không khí ra khỏi buồng Nhiệt độ cao nhất ghi nhận trong buồng đạt 57,3 °C vào lúc 13h50.

Sự thay đổi nhiệt độ không khí vào, không khí ra và nhiệt độ trong buồng sấy theo thời gian

Nhiệt độ không khí vào buồng sấy (°C) Nhiệt độ trong buồng sấy (°C)

Nhiệt độ không khí ra khỏi buồng sấy (°C)

Hình 4.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm môi trường tới nhiệt độ và độ ẩm không khí vào buồng sấy trường hợp v=1m/s

Vào lúc 12h30, nhiệt độ môi trường đạt cao nhất là 37 o C, trong khi nhiệt độ trong buồng sấy là 56,7 o C, tạo ra chênh lệch khoảng 23,7 o C Nhiệt độ môi trường trung bình là 34,3 o C và nhiệt độ trung bình trong buồng sấy đạt 54,8 o C, với chênh lệch trung bình khoảng 20,5 o C Sự chênh lệch giữa nhiệt độ môi trường và trong buồng sấy là khá cao Độ ẩm trung bình của môi trường là 61,3% và độ ẩm trong buồng sấy là 14,8%.

Thời gian sấy t(h) Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm môi trường tới nhiệt độ và độ ẩm không khí vào buồng sấy

Nhiệt độ môi trường (°C) Nhiệt độ trong buồng sấy (°C) Độ ẩm không khí trong buồng (%) Độ ẩm môi trường (%)

Độ ẩm không khí vào buồng sấy đạt 16,7%, trong khi độ ẩm không khí trong buồng sấy là 14,6%, với chênh lệch khoảng 2,1% Độ ẩm trong buồng sấy có ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của tôm; nếu độ ẩm buồng sấy cao, tốc độ giảm ẩm của tôm sẽ diễn ra chậm hơn.

Thời gian sấy t (h) có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm của tôm Độ ẩm không khí vào buồng sấy (%) và độ ẩm không khí trong buồng (%) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát độ ẩm tôm (%) Việc tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm tôm sau khi sấy.

Hình 4.9: Ảnh hưởng của sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tới độ ẩm của tôm trường hợp 1-a

Cường độ bức xạ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ giảm ẩm của tôm trong buồng, với mức bức xạ cao nhất đạt 1289 W/m² vào lúc 11h40 Trong khoảng thời gian từ 9h00 đến 10h30, cường độ bức xạ trung bình khoảng 1053 W/m², dẫn đến độ ẩm của tôm giảm trung bình 1,96%.

Sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tới độ ẩm tôm

Cường độ bức xạ (W/m2) Độ ẩm tôm (%)

Hình 4.10: Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ trong buồng sấy tới độ ẩm của tôm trường hợp 1-a

Nhiệt độ trong buồng sấy ảnh hưởng lớn đến độ ẩm của tôm; khi nhiệt độ tăng cao, độ ẩm giảm nhanh chóng Vào lúc 13h50, nhiệt độ không khí đạt đỉnh 60,8 oC, trong khi độ ẩm tôm giảm mạnh nhất từ 9h00 đến 10h30 với mức giảm trung bình 1,96% tại nhiệt độ 55 oC.

N h iệ t đ ộ tr o n g b u ồ n g sấy T ( o C) Độ ẩm tô m 𝛗 (%)

Sự thay đổi nhiệt độ trong buồng sấy tới độ ẩm tôm Độ ẩm tôm (%) Nhiệt độ trong buồng sấy (°C)

Độ ẩm môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm không khí trong buồng sấy Cụ thể, khi độ ẩm môi trường trung bình là 59,6%, độ ẩm không khí vào buồng đạt 16,7% và độ ẩm trong buồng là 14,6% Khi độ ẩm môi trường giảm, độ ẩm không khí vào và trong buồng cũng giảm theo, với sự chênh lệch trung bình khoảng 2,1% giữa hai mức độ ẩm này.

4.1.2 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, tắt đèn và không sử dụng quạt, tôm luộc

Tôm sau khi loại bỏ đầu và đuôi sẽ được rửa sạch và luộc với nước trong 7 phút để ráo nước sau đó được đưa vào buồng sấy

Thời gian sấy t (h) có mối liên hệ chặt chẽ với độ ẩm môi trường, ảnh hưởng đến độ ẩm không khí vào buồng và trong buồng sấy Khi độ ẩm môi trường (%) tăng, độ ẩm không khí vào buồng (%) cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến động trong độ ẩm không khí trong buồng (%) Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình sấy.

Hình 4.12: Tôm trước và sau khi sơ chế trường hợp 1-b

Hình 4.13: Tôm được đưa vào buồng sấy sau khi sơ chế trường hợp 1-b

Hình 4.14: Tôm sau khi sấy trường hợp 1-b

Tôm đã được sơ chế và luộc trong 7 phút, do đó thời gian sấy sẽ ngắn hơn so với tôm sống Màu sắc của tôm trong trường hợp này sẽ có màu đỏ hồng, nhưng không quá đậm vì không sử dụng đèn hồng ngoại.

Các đồ thị sấy trường hợp ứng với vận tốc quạt 1-b

Hình 4.15: Sự thay đổi độ ẩm của tôm trường hợp 1-b

Quá trình sấy kéo dài 6 tiếng 50 phút, độ ẩm tôm giảm đều rõ ràng trong từng giai đoạn, độ ẩm tôm giảm mạnh trung bình lên tới 2,5% từ 10h00 tới 12h20

Hình 4.16: Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ tấm hấp thụ trường hợp 1-b

Trường hợp 2: Sấy che mái buồng sấy, bật quạt và mở đèn

Sấy che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt

Bảng 3: Các trường hợp che mái buồng sấy, kết hợp mở đèn hồng ngoại và quạt

Thời gian sấy t (h) có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm môi trường, từ đó tác động đến độ ẩm không khí vào buồng và trong buồng sấy Khi độ ẩm môi trường (%) thay đổi, độ ẩm không khí vào buồng (%) và độ ẩm không khí trong buồng (%) cũng sẽ biến động theo.

Hình 4.38: Buồng sấy đã được che mái

4.2.1 Trường hợp sấy che mái buồng sấy, bật quạt với v = 1m/s và mở đèn kết hợp sấy tôm sống Ở trường hợp này mái buồng sấy sẽ được che lại bằng một tấm bìa lớn, ngăn bức xạ Mặt trời chiếu vào từ mái buồng, cùng với đó là bật đèn hồng ngoại cùng với quạt để thực hiện quá trình sấy

Với tốc độ 1m/s, tôm được lột bỏ đầu, sau đó rửa sạch bằng nước và để ráo trước khi đưa vào buồng sấy để tiến hành quá trình sấy.

Hình 4.39: Tôm trước và trong quá trình sấy trường hợp 2-a

Hình 4.40: Tôm sau quá trình sấy trường hợp 2-a

Trong trường hợp sấy che mái buồng, mái buồng không nhận được nhiều bức xạ từ mặt trời mà chủ yếu nhận bức xạ từ đèn hồng ngoại, dẫn đến thời gian sấy kéo dài Tôm sống trong quá trình này sẽ có màu vàng cam, và việc sử dụng đèn hồng ngoại sẽ làm màu sắc tôm đậm hơn so với khi không sử dụng đèn.

Hình 4.41: Sự thay đổi độ ẩm của tôm trong trường hợp 2-a

Hình 4.42: Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ tấm hấp thụ trường hợp 2-b

Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ đạt 58 o C, với nhiệt độ cao nhất ghi nhận là 63,2 o C vào lúc 12h40 khi cường độ bức xạ đạt 1098W/m 2 Mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ của tấm hấp thụ rất chặt chẽ: cường độ bức xạ càng lớn thì nhiệt độ tấm hấp thụ càng cao và ngược lại.

Hình 4.43: Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ trung bình của không khí trong bộ thu trường hợp 2-a

Cường độ bức xạ trung bình đạt 978,5 W/m², với đỉnh điểm vào lúc 10h50 là 1190 W/m², cho thấy bức xạ tương đối ổn định Khi cường độ bức xạ Mặt trời tăng, nhiệt độ không khí trong bộ thu cũng tăng theo Mặc dù sấy đối cưỡng bức sử dụng quạt có nhiệt độ thấp hơn so với sấy đối lưu tự nhiên, nhưng với vận tốc quạt chỉ 1 m/s, nhiệt độ trong bộ thu vẫn duy trì ở mức hợp lý.

Hình 4.44: Nhiệt độ tấm hấp thụ ảnh hưởng tới nhiệt độ không khí vào trong buồng sấy trường hợp 2-a

Cường độ bức xạ ổn định giúp duy trì nhiệt độ trung bình không khí trong buồng ở mức 51,8 o C, với nhiệt độ cao nhất đạt 56,2 o C vào lúc 13h50 Tấm hấp thụ ghi nhận nhiệt độ cao nhất là 63,2 o C vào lúc 12h30, tạo ra chênh lệch nhiệt độ tối đa khoảng 6 o C giữa tấm hấp thụ và không khí trong buồng Việc sử dụng quạt làm giảm nhiệt độ của tấm hấp thụ so với đối lưu tự nhiên, dẫn đến chênh lệch giữa tấm hấp thụ và nhiệt độ không khí vào buồng không cao.

Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy đạt 55,1°C, trong khi nhiệt độ trung bình khi ra khỏi buồng sấy là 51,7°C Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong buồng và không khí ra khỏi buồng chỉ khoảng 3,4°C Nhiệt độ cao nhất trong buồng sấy ghi nhận là 60°C vào lúc 13h20, lúc này nhiệt độ không khí ra khỏi buồng đạt 55,7°C.

Nhiệt độ trung bình không khí trong buồng là 51,8 o C, với sự chênh lệch khoảng 3,9 o C so với nhiệt độ không khí bên ngoài Nhiệt độ cao nhất ghi nhận trong buồng đạt 56,2 o C vào lúc 12h30.

Hình 4.46: Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm môi trường tới nhiệt độ và độ ẩm không khí vào buồng sấy trường hợp 2-a

Nhiệt độ môi trường đạt cao nhất là 39 o C trong khoảng thời gian từ 12h10 đến 12h40, trong khi nhiệt độ trong buồng sấy là 58,8 o C, tạo ra chênh lệch khoảng 19,8 o C Nhiệt độ trung bình môi trường là 34,7 o C, còn nhiệt độ trung bình trong buồng sấy đạt 55,1 o C, với chênh lệch trung bình khoảng 20,4 o C Sự chênh lệch giữa nhiệt độ môi trường và trong buồng sấy là khá cao Độ ẩm trung bình của môi trường và không khí trong buồng lần lượt là 67,2% và 33,2% Việc che mái buồng sấy đã làm tăng độ ẩm trung bình trong buồng so với các trường hợp không che mái.

Độ ẩm không khí vào và trong buồng sấy có ảnh hưởng lớn đến độ ẩm của tôm Trong trường hợp 2-a, độ ẩm trung bình không khí vào buồng đạt 22,5%, trong khi độ ẩm trong buồng sấy là 33,2%, tạo ra chênh lệch 10,7% Khi độ ẩm trong buồng sấy cao, tốc độ giảm độ ẩm của tôm sẽ chậm lại, điều này cho thấy sự quan trọng của việc kiểm soát độ ẩm không khí trong quá trình sấy tôm.

Thời gian sấy t (h) có ảnh hưởng lớn đến độ ẩm của tôm Độ ẩm không khí vào buồng sấy (%) và độ ẩm không khí trong buồng sấy (%) đều tác động đến mức độ ẩm của tôm (%) Việc kiểm soát các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm tôm sau khi sấy.

Cường độ bức xạ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ giảm ẩm của tôm trong buồng, với mức bức xạ cao nhất ghi nhận được là 1190 W/m² vào lúc 10h50 Trong khoảng thời gian từ 9h00 đến 10h10, cường độ bức xạ trung bình đạt khoảng 1039 W/m², dẫn đến việc độ ẩm của tôm giảm trung bình 2,24%.

Nhiệt độ trong buồng sấy ảnh hưởng lớn đến độ ẩm của tôm; khi nhiệt độ tăng cao, độ ẩm giảm nhanh chóng Cụ thể, vào lúc 13h20, nhiệt độ không khí đạt 60 o C, trong khi độ ẩm tôm giảm mạnh nhất từ 9h00 đến 10h10 với mức giảm trung bình 2,24% ở nhiệt độ 53,7 o C.

Do che mái buồng nên nhiệt độ trong buồng sấy không quá cao so với khi mở buồng

Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với quạt và không mở đèn

4.3.1 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với quạt ứng với vận tốc quạt v = 1 m/s

Thời gian sấy t (h) có mối liên hệ chặt chẽ với độ ẩm môi trường, ảnh hưởng đến độ ẩm không khí vào buồng sấy và trong buồng sấy Khi độ ẩm môi trường (%) tăng, độ ẩm không khí vào buồng (%) và độ ẩm không khí trong buồng (%) cũng sẽ thay đổi tương ứng.

Sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với quạt

Bảng 4: Các trường hợp sấy không che mái, kết hợp với quạt

Tôm được rửa sạch sau khi loại bỏ đầu và đuôi, sau đó để ráo nước và đưa vào buồng sấy Điều chỉnh dimmer để quạt hoạt động với vận tốc tối thiểu 1m/s, không sử dụng đèn trong quá trình này Mở mái buồng sấy để bắt đầu quá trình sấy tôm.

Trong quá trình sấy tôm sống, màu sắc của tôm sẽ ngả vàng mà không bị co lại nhiều như tôm luộc Việc không sử dụng đèn hồng ngoại trong quá trình này dẫn đến màu sắc tôm không đậm như khi có sử dụng đèn.

Hình 4.80: Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ tấm hấp thụ trường hợp 3-a

Cường độ bức xạ trung bình đạt 1035 W/m², trong khi nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ là 60,6°C Nhiệt độ cao nhất của tấm hấp thụ ghi nhận được là 70,4°C vào lúc 12h10, khi cường độ bức xạ đạt 1194 W/m² Mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ tấm hấp thụ rất chặt chẽ: khi cường độ bức xạ tăng, nhiệt độ tấm hấp thụ cũng tăng theo, và ngược lại.

Cường độ bức xạ trung bình đạt 1035 W/m², với đỉnh điểm vào lúc 12h10 là 1194 W/m², khi nhiệt độ không khí trong bộ thu đạt 69,3°C Bức xạ trong trường hợp này dao động không quá lớn và tương đối ổn định Mối liên hệ giữa cường độ bức xạ Mặt trời và nhiệt độ không khí trong bộ thu cho thấy rằng cường độ bức xạ càng cao thì nhiệt độ càng tăng Trong phương pháp sấy đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt với vận tốc nhỏ nhất 1 m/s, nhiệt độ của bộ thu vẫn tương đối cao do không khí không bị đẩy đi quá nhiều, khiến nhiệt độ chỉ thấp hơn so với các trường hợp không sử dụng quạt.

Cường độ bức xạ ổn định giúp duy trì nhiệt độ trung bình không khí trong buồng ở mức ổn định, với nhiệt độ cao nhất đạt 63,7 o C vào lúc 10h40 và nhiệt độ trung bình là 53,3 o C Tấm hấp thụ ghi nhận nhiệt độ cao nhất là 70,4 o C vào lúc 12h10, trong khi chênh lệch nhiệt độ giữa tấm hấp thụ và không khí vào buồng đạt tối đa 6,7 o C.

Hình 4 83: Sự thay đổi nhiệt độ không khí vào, không khí ra và nhiệt độ trong buồng sấy theo thời gian trường hợp 3-a

Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy là 56,8°C, trong khi nhiệt độ trung bình khi ra khỏi buồng sấy là 49,2°C Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong buồng và không khí ra ngoài chỉ khoảng 7,6°C Nhiệt độ cao nhất trong buồng sấy đạt 63,7°C vào lúc 10h40, và nhiệt độ không khí cao nhất ra khỏi buồng là 55,6°C.

Nhiệt độ trung bình không khí trong buồng là 53,3 o C, với sự chênh lệch khoảng 4,1 o C so với nhiệt độ không khí ra khỏi buồng Nhiệt độ cao nhất ghi nhận trong buồng đạt 59,2 o C vào lúc 10h20.

Vào khoảng thời gian từ 11h40 đến 12h10, nhiệt độ môi trường đạt cao nhất là 39 oC, trong khi nhiệt độ trong buồng sấy ghi nhận là 60,3 oC, tạo ra chênh lệch khoảng 21,3 oC Nhiệt độ môi trường trung bình dao động ở mức 36,1 oC, và nhiệt độ trung bình trong buồng sấy là 56,8 oC, với chênh lệch trung bình khoảng 20,7 oC Sự chênh lệch giữa nhiệt độ môi trường và trong buồng sấy khá cao, trong khi độ ẩm trung bình của môi trường là 59,3% và độ ẩm trong buồng sấy chỉ đạt 17,3%.

Độ ẩm không khí vào và trong buồng sấy có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm của tôm Cụ thể, độ ẩm trung bình không khí vào buồng đạt 21,7%, trong khi độ ẩm trung bình trong buồng sấy chỉ đạt 17,3%, tạo ra chênh lệch khoảng 4,4% Khi độ ẩm trong buồng sấy cao, tốc độ giảm độ ẩm của tôm sẽ diễn ra chậm hơn, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Thời gian sấy t (h) ảnh hưởng đến độ ẩm của tôm, với độ ẩm không khí vào buồng (%) và độ ẩm không khí trong buồng (%) Khi độ ẩm không khí vào và trong buồng thay đổi, độ ẩm tôm cũng sẽ biến động tương ứng.

Cường độ bức xạ cao làm tăng tốc độ giảm ẩm của tôm trong buồng, với mức bức xạ cao nhất đạt 1194 W/m² vào lúc 12h10 Trong khoảng thời gian từ 10h00 đến 11h40, cường độ bức xạ trung bình khoảng 1120 W/m², dẫn đến mức độ giảm ẩm trung bình của tôm là 1,3%.

Hình 4.87: Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ trong buồng sấy tới độ ẩm của tôm trường hợp v=1m/s

Nhiệt độ trong buồng sấy ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của tôm; khi nhiệt độ tăng cao, độ ẩm giảm nhanh chóng Vào lúc 10h40, nhiệt độ không khí trong buồng đạt đỉnh 63,7°C, và trong khoảng thời gian từ 10h00 đến 11h40, độ ẩm tôm giảm mạnh nhất với mức trung bình 1,3% Thời điểm này, nhiệt độ trung bình trong buồng là 60,7°C.

Độ ẩm môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm không khí vào buồng và trong buồng sấy Cụ thể, khi độ ẩm môi trường ở mức 59,3%, độ ẩm không khí vào buồng đạt 21,7% và trong buồng là 17,3% Khi độ ẩm môi trường giảm, độ ẩm không khí vào và trong buồng cũng giảm theo, với độ chênh lệch trung bình khoảng 4,4% giữa hai khu vực này.

4.3.2 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với quạt ứng với vận tốc quạt v = 1,5 m/s

Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt 180 1 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt ứng với vận tốc quạt v = 1 m/s

4.4.1 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt ứng với vận tốc quạt v = 1 m/s

Thời gian sấy t (h) có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm môi trường, điều này thể hiện qua sự thay đổi của độ ẩm không khí vào buồng sấy và trong buồng sấy Cụ thể, khi độ ẩm môi trường (%) tăng, độ ẩm không khí vào buồng (%) cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến động của độ ẩm không khí trong buồng (%).

Sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt

Bảng 5: Các trường hợp sấy không che buồng kết hợp quạt và đèn hồng ngoại

Tôm sẽ được xử lý bằng cách loại bỏ đầu và đuôi, sau đó rửa sạch với nước và để ráo Tiếp theo, cho tôm vào buồng sấy, điều chỉnh quạt với vận tốc 1m/s, mở đèn hồng ngoại và khởi động quá trình sấy.

Sau khi loại bỏ đầu và đuôi, tôm được rửa sạch và tiến hành sấy, tạo ra màu vàng đặc trưng Việc kết hợp năng lượng bức xạ mặt trời và đèn hồng ngoại giúp tôm có màu sắc đậm hơn so với phương pháp không sử dụng đèn, đồng thời tôm cũng không bị co lại quá nhiều.

Quá trình sấy tôm sống kéo dài 7 tiếng 30 phút, lâu hơn so với tôm đã luộc Đặc biệt, độ ẩm giảm mạnh nhất từ 9h40 đến 10h50, với mức giảm trung bình khoảng 2%.

Hình 4.118: Ảnh hưởng cường độ bức xạ tới nhiệt độ tấm hấp thụ trường hợp 4-a

Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ đạt 61 o C, với nhiệt độ cao nhất là 64,2 o C vào lúc 11h40 khi cường độ bức xạ đạt 1086 W/m² Cường độ bức xạ trung bình là 1029 W/m², cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ tấm hấp thụ: cường độ bức xạ cao hơn dẫn đến nhiệt độ tấm hấp thụ cao hơn Trong trường hợp này, với vận tốc quạt chỉ 1 m/s, nhiệt độ tấm hấp thụ tương đối cao do không khí không bị đẩy đi quá nhiều.

Cường độ bức xạ trung bình đạt 1029 W/m², với đỉnh điểm vào lúc 12h20 là 1282 W/m², cho thấy bức xạ tương đối ổn định Cường độ bức xạ Mặt trời cao dẫn đến nhiệt độ không khí trong bộ thu tăng lên Trong trường hợp sấy đối lưu cưỡng bức sử dụng quạt với vận tốc 1 m/s, nhiệt độ bộ thu cao hơn do không khí không bị đẩy đi quá nhiều, khác với các trường hợp đối lưu tự nhiên không sử dụng quạt.

Cường độ bức xạ ổn định giúp duy trì nhiệt độ trung bình không khí trong buồng ở mức ổn định, với nhiệt độ cao nhất đạt 58,5°C vào lúc 14h20 và nhiệt độ trung bình là 52°C Tấm hấp thụ ghi nhận nhiệt độ cao nhất là 64,2°C vào lúc 12h50, tạo ra chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa tấm hấp thụ và không khí vào buồng khoảng 5,7°C.

Nhiệt độ trung bình trong buồng sấy đạt 57,2 °C, trong khi nhiệt độ trung bình khi ra khỏi buồng sấy là 50,2 °C Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong buồng và không khí ra khỏi buồng sấy chỉ khoảng 7 °C Nhiệt độ cao nhất trong buồng sấy ghi nhận được là 66,3 °C vào lúc 12h50, và nhiệt độ không khí cao nhất khi ra khỏi buồng là 53,9 °C.

Nhiệt độ trung bình không khí trong buồng đạt 52 độ C, với sự chênh lệch khoảng 1,8 độ C so với nhiệt độ không khí ra khỏi buồng Nhiệt độ cao nhất ghi nhận trong buồng là 58,5 độ C vào lúc 14h20.

Vào lúc 14h00, nhiệt độ môi trường đạt cao nhất là 38°C, trong khi nhiệt độ trong buồng sấy đạt 58,3°C, tạo ra chênh lệch khoảng 20,3°C Nhiệt độ trung bình môi trường dao động khoảng 35°C, với nhiệt độ trung bình trong buồng là 57,2°C, chênh lệch trung bình khoảng 22,5°C Sự chênh lệch giữa nhiệt độ môi trường và trong buồng sấy là khá cao Độ ẩm trung bình của môi trường và không khí trong buồng lần lượt là 57,8% và 17,3%.

Độ ẩm không khí vào và trong buồng sấy có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm của tôm Cụ thể, độ ẩm trung bình không khí vào buồng đạt 19%, trong khi độ ẩm trung bình trong buồng sấy là 17,3%, với chênh lệch chỉ khoảng 1,7% Khi độ ẩm trong buồng sấy cao, tốc độ giảm ẩm của tôm sẽ chậm lại, điều này cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát độ ẩm trong quá trình sấy tôm.

Thời gian sấy t (h) có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm của tôm, với sự tác động của độ ẩm không khí vào và trong buồng sấy Khi độ ẩm không khí vào buồng (%) và độ ẩm không khí trong buồng (%) thay đổi, độ ẩm tôm (%) cũng sẽ biến động theo.

Hình 4.124: Ảnh hưởng của sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tới độ ẩm của tôm trường hợp v=1m/s

Cường độ bức xạ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ giảm ẩm của tôm trong buồng, với cường độ bức xạ cao nhất ghi nhận là 1282 W/m² vào lúc 12h20 Trong khoảng thời gian từ 9h40 đến 10h50, cường độ bức xạ trung bình đạt khoảng 1043 W/m², dẫn đến mức độ giảm ẩm trung bình của tôm là 2%.

Nhiệt độ trong buồng sấy ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của tôm, với nhiệt độ cao giúp giảm độ ẩm nhanh chóng Vào lúc 12h50, nhiệt độ không khí trong buồng đạt đỉnh 66,3 o C, trong khi nhiệt độ trung bình của buồng sấy là 57,2 o C Thời điểm từ 9h40 đến 10h50 chứng kiến sự giảm độ ẩm mạnh nhất, trung bình giảm 2% khi nhiệt độ trong buồng đạt 56,7 o C.

Độ ẩm môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm không khí trong buồng sấy Cụ thể, với độ ẩm trung bình của môi trường là 57,8%, độ ẩm không khí vào buồng đạt 19% và trong buồng là 17,3% Khi độ ẩm môi trường giảm, độ ẩm không khí vào và trong buồng cũng giảm theo Sự chênh lệch độ ẩm trung bình giữa không khí trong buồng và không khí vào buồng khoảng 1,7%.

4.4.2 Trường hợp sấy không che mái buồng sấy, kết hợp với mở đèn hồng ngoại và quạt ứng với vận tốc quạt v = 1,5 m/s

Đánh giá và so sánh một số thông số của các trường hợp sấy

4.5.1 Đánh giá về thời gian sấy giữa các trường hợp

Quá trình sấy đối lưu tự nhiên bằng năng lượng mặt trời và gió tự nhiên sẽ có thời gian sấy tương đối lâu Tuy nhiên thời gian sẽ ngắn hơn so với các trường hợp che mái buồng sấy

Thời gian sấy t (h) có mối liên hệ chặt chẽ với độ ẩm môi trường, ảnh hưởng đến độ ẩm không khí vào và trong buồng sấy Khi độ ẩm môi trường (%) thay đổi, nó sẽ tác động trực tiếp đến độ ẩm không khí vào buồng (%) và độ ẩm không khí trong buồng (%).

Sấy bằng bộ thu năng lượng mặt trời kết hợp với đèn hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sấy so với phương pháp truyền thống Thời gian sấy cho các trường hợp khác nhau sẽ được trình bày trong hình dưới đây Trong đó, khối lượng ban đầu là 2500g với độ ẩm 75%, và độ ẩm cuối cùng đạt 15%.

Hình 4.153: Thời gian sấy của các trường hợp khác nhau

Khi so sánh thời gian sấy giữa các điều kiện khác nhau, các trường hợp có buồng sấy bị che (trường hợp 2) mất nhiều thời gian hơn so với các trường hợp không bị che Thời gian sấy nhanh nhất đạt được khi kết hợp năng lượng mặt trời, quạt và đèn (trường hợp 4) Trường hợp sấy ngắn nhất là khi sử dụng đèn hồng ngoại và quạt với tốc độ 1,5m/s mà không che buồng (4-b), trong khi thời gian dài nhất xảy ra với trường hợp kết hợp quạt ở tốc độ 1m/s và đèn hồng ngoại có che buồng (2-a).

So sánh cách xử lý sơ bộ tôm trước khi sấy cho thấy rằng những trường hợp có xử lý sơ bộ sẽ có thời gian sấy nhanh hơn so với những trường hợp không được sơ chế.

So sánh thời gian sấy giữa các trường hợp cho thấy, khi xử lý sơ bộ tôm trước khi sấy, thời gian sấy ở hai trường hợp (1-b) và (1-c) ngắn hơn so với trường hợp không xử lý (1-a) Cụ thể, phương pháp xử lý bằng nước sôi (1-b) giúp rút ngắn thời gian sấy nhanh hơn 10 phút so với xử lý luộc bằng nước muối 2% (1-c) và nhanh hơn 40 phút so với trường hợp không xử lý (1-a).

4.5.2 So sánh năng lượng trong các trường hợp sấy

Phân tích năng lượng trong các trường hợp:

Năng lượng từ đèn hồng ngoại (MJ)

Năng lượng từ quạt (MJ)

Năng lượng từ bức xạ Mặt Trời (MJ)

Năng lượng hồng ngoại với tổng năng lượng nhận vào (%)

Năng lượng từ quạt với tổng năng lượng nhận vào (%)

Bảng 6: Phân tích năng lượng trong các trường hợp

Hình 4.154: Tổng năng lượng nhận vào với năng lượng từ quạt, đèn hồng ngoại và năng lượng mặt trời

Tổng năng lượng nhận vào trong các trường hợp 1 khá thấp, do không sử dụng đèn hồng ngoại và quạt

Trong hai trường hợp có tổng năng lượng nhận vào cao nhất là trường hợp 2 và 4, cả hai đều sử dụng đèn và quạt trong quá trình sấy Trường hợp 2 có buồng sấy bị che, dẫn đến thời gian khô phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng từ đèn hồng ngoại, do đó thời gian khô sẽ lâu nhất Ngược lại, trường hợp 4 kết hợp mở đèn và không che buồng, giúp rút ngắn thời gian sấy, mang lại hiệu quả nhanh chóng nhất.

Năng lượng nhận vào của các trường hợp sấy

Năng lượng từ đèn hồng ngoại (MJ) Năng lượng tiêu thụ của quạt (MJ)Năng lượng từ bức xạ mặt trời (MJ) Tổng năng lượng (MJ)

Hình 4.155: Năng lượng đèn hồng ngoại nhận vào so với tổng năng lượng nhận vào của các trường hợp

Năng lượng hồng ngoại đóng góp khoảng 13,4% vào tổng năng lượng trong các quá trình sấy, với mức cao nhất là 14,06% trong trường hợp 2-a Điều này cho thấy rằng đèn hồng ngoại chỉ là nguồn năng lượng phụ, trong khi năng lượng mặt trời vẫn là nguồn chính cho quá trình sấy Ngoài ra, việc sử dụng đèn hồng ngoại còn tạo ra sự khác biệt về màu sắc của tôm trong các phương pháp sấy khác nhau.

Tỷ lệ năng lượng từ đèn hồng ngoại (%)

Trường hợp sấyNăng lượng hồng ngoại với tổng năng lượng nhận vào (%)

Hình 4.156: Tổng năng lượng nhận vào từ quạt so với năng lượng tổng nhận vào các trường hợp

Hình ảnh minh họa tỷ lệ phần trăm năng lượng quạt đóng góp vào tổng năng lượng trong các quá trình sấy Kết quả cho thấy, trung bình năng lượng quạt chiếm khoảng 2,77% trong các quá trình này, trong đó trường hợp 3-b có tỷ lệ cao nhất là 3,55%.

Tỷ lệ nă n g l ư ợn g q u ạt với tổ n g n ăn g l ư ợn g n h ận v ào (%)

Trường hợp sấyNăng lượng từ quạt với tổng năng lượng nhận vào (%)

Tiêu đề	Cải Tiến Và Thực Nghiệm Sấy Tôm Bằng Hệ Thống Sấy Năng Lượng Mặt Trời Sử Dụng Bộ Thu Cánh Sóng Dọc
Tác giả	Hoàng Long Sơn, Lê Xuân Tuấn, Lê Văn Toàn, Đỗ Văn Khương, Trần Vũ Kiệt, Vũ Đình Thắng
Người hướng dẫn	PGS. TS. Lê Minh Nhựt
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	253
Dung lượng	15,92 MB