Sử dụng chất chuyển pha để trữ nhiệt trong thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời

Header Page of 126 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HỒNG DƯƠNG HÙNG NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG Phản biện 1:…………………………………………………… SỬ DỤNG CHẤT CHUYỂN PHA ĐỂ TRỮ NHIỆT TRONG THIẾT BỊ SẤY DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Phản biện 2:…………………………………………………… Chun nghành: CƠNG NGHỆ NHIỆT Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn Mã số: 60.52.80 tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày… tháng… năm… LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HỒNG DƯƠNG HÙNG Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng – Năm 2011 Footer Page of 126 3 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị cung cấp nhiệt Chương 1: TỔNG QUAN Nêu tổng quan lượng nhiệt mặt trời, phương pháp tính tốn cường độ xạ mặt trời Tình hình sử dụng NLMT lượng mặt trời (NLMT) phục vụ cho q trình sản giới Việt Nam xuất cơng nơng nghiệp giới phát triển nhanh Ở Việt Nam, Chương 2: CHẤT CHUYỂN PHA VÀ CƠNG NGHỆ TÍCH việc ứng dụng NLMT chủ yếu dùng hệ thống bếp nấu nhỏ để TRỮ NHIỆT BẰNG CHẤT CHUYỂN PHA nấu ăn nấu nước nóng sinh hoạt Còn lĩnh vực khác Nêu đặc tính loại PCM, đặc tính lý nhiệt cần có dùng NLMT để làm lạnh, điều hồ khơng khí, sấy…thì khí sử dụng PCM để trữ nhiệt Chọn loại PCM hữu dụng để nghiên cứu chưa sâu triệt để sử dụng thiết bị sấy lượng mặt trời có giải nhiệt độ Xuất phát từ tình hình tơi chọn nghiên cứu đề tài: "SỬ DỤNG CHẤT CHUYỂN PHA ĐỂ TRỮ NHIỆT TRONG THIẾT BỊ SẤY DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI" Mục đích nghiên cứu: 400C – 600C, Paraffin Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ THU TRỮ CẤP NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG TRONG HỆ THỐNG SẤY Tính tốn q trình trữ cấp nhiệt lượng mặt trời Nghiên cứu khả trữ cấp nhiệt chất chuyển pha (PCM) Collector phẳng Paraffin – khơng khí từ tính thời gian trữ cấp để trữ nhiệt cho thiết bị sấy NLMT Thiết bị sấy dùng để nhiệt Paraffin Tính tốn cụ thể cho hình dạng bình tích trữ sấy nơng sản, hải sản …phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam khác nhau, từ rút loại bình tối ưu để chế tạo thực tế Tính Đối tượng phạm vi nghiên cứu: nhiệt lượng Paraffin tích trữ - Nghiên cứu q trình trữ cấp nhiệt PCM Tính thời gian trữ cấp nhiệt PCM Chương 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI - Tính tốn thiết kế thiết bị sấy hải sản Năng lượng mặt CĨ SỬ DỤNG PARAFFIN ĐỂ TRỮ NHIỆT trời có sử dụng PCM để trữ nhiệt Thiết bị gồm phần: Chế tạo mơ hình thí nghiệm gồm phần: Collector phẳng buồng sấy + Collector phẳng gia nhiệt cho Paraffin Hai phần kết nối với kênh dẫn khí nóng + Buồng sấy Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kết hợp chặt chẽ hai Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Đề tài chưa nghiên cứu điều kiện Việt Nam Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm có 05 chương kết luận Footer Page of 126 Hai phần kết nối với kênh dẫn khí nóng Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Tổng hợp kết đo đạc thực nghiệm Rút nhận xét KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận, kiến nghị đưa hướng phát triển đề tài 5 Header Page of 126 Hiện NLMT ứng dụng phổ biến lĩnh Chương nơng nghiệp để sấy sản phẩm ngũ cốc, thực phẩm nhằm TỔNG QUAN giảm tỷ lệ hao hụt tăng chất lượng sản phẩm 1.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG NHIỆT MẶT TRỜI 1.2.3 Bếp nấu dùng lượng mặt trời Bếp NLMT ứng dụng rộng rãi nước nhiều 1.1.1 Vị trí, kích thước cấu trúc mặt trời Mặt trời khối khí hình cầu có đường kính 1,390.10 km 30 Khối lượng mặt trời khoảng 2.10 kg Nhiệt độ To trung tâm mặt trời 6 thay đổi khoảng từ 10.10 K đến 20.10 K, trung bình khoảng 15.600.000 K Vật chất mặt trời bao gồm chừng 92,1% Hydro NLMT nước Châu Phi Ở Việt Nam, bếp NLMT sử dụng phổ biến 1.2.4 Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT Thiết bị chưng cất nước hoạt động theo ngun lý: dùng gần 7,8% Heli, 0,1% ngun tố khác NLMT đun nước sơi bay hộp kín nắp kính 1.1.2 Năng lượng xạ mặt trời Hơi nước bay lên ngưng tụ lại hứng để đem sử dụng 1.1.3 Phương pháp tính tốn lượng xạ mặt trời 1.2.5 Động Stirling chạy NLMT Cường độ xạ mặt trời chiếu đến điểm M cách mặt trời Động Stirling động nhiệt đốt ngồi dùng pistong khoảng l: Et =1353 [W/m ] Khi tia xạ Et đến khí quyển, Động tạo cơng học cách dùng nguồn nhiệt ngồi phần nhỏ Et bị phản xạ, phần lại vào khí bị hấp thụ tán đốt nóng đầu động cơ, đầu lại để nguội cơng hữu ích xạ, phần lại sau truyền tới mặt đất gọi tia trực xạ sinh nhờ giãn nở chất khí nằm bên động 1.1.4 Năng lượng mặt trời Việt Nam Động hoạt động nhiều nguồn nhiệt, từ Việt Nam nằm trải dài từ vĩ độ Bắc đến 23 Bắc, nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ lớn từ 4,5 đến 7,3[GJ/m năm] Do việc sử dụng lượng lượng Mặt Trời, phản ứng hóa học đến phản ứng hạt nhân 1.2.6 Thiết bị đun nước nóng NLMT Ứng dụng đơn giản, phổ biến hiệu mặt trời nước ta đem lại hiệu kinh tế lớn NLMT dùng để đun nước nóng Các hệ thống nước nóng dùng 1.2 THIẾT BỊ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NLMT dùng rộng rãi nhiều nước giới Các ứng dụng NLMT phổ biến bao gồm lĩnh vực chủ yếu sau: 1.2.1 Pin mặt trời Pin lượng mặt trời hệ thống vật liệu đặc biệt có khả chuyển đổi quang ánh sáng mặt trời thành điện 1.2.2 Thiết bị sấy khơ dùng lượng mặt trời Footer Page of 126 1.2.7 Thiết bị làm lạnh điều hồ khơng khí dùng NLMT Trong số ứng dụng NLMT làm lạnh điều hồ khơng khí ứng dụng hấp dẫn 1.2.8 Tháp lượng mặt trời - Solar power tower Tháp lượng mặt trời loại lò lượng mặt trời sử dụng cột (hoặc dàn) tháp để nhận ánh sáng mặt trời Header Page of 126 Chương CHẤT CHUYỂN PHA VÀ CƠNG NGHỆ TÍCH TRỮ NHIỆT BẰNG CHẤT CHUYỂN PHA 2.1.4 Paraffin – Loại PCM ứng dụng nhiều giải nhiệt độ 400C – 650C Paraffin tên gọi chung cho nhóm hydrocacbon dạng 2.1 CHẤT CHUYỂN PHA - PCM: Ankan Cơng thức hóa học tổng qt paraffin: CnH2n+2 Trong 2.1.1 Định nghĩa, đặc điểm, u cầu Paraffin có n = 20 ÷ 45 mơi chất tuyệt vời để tích PCM chất có khả nóng chảy đơng đặc nhiệt nhiệt, có nhiệt độ nóng chảy nằm khoảng từ 47÷ 650C có độ định q trình có khả tích trữ nhiệt dung riêng khoảng 2,14 ÷ 2,94 kJ/ kgK giải phóng lượng lớn lượng Các loại PCM phải đáp 2.1.5 Chọn loại PCM để trữ nhiệt thiết bị sấy NLMT ứng u cầu về: đặc tính lý nhiệt, hố học kinh tế với dải nhiệt độ sấy từ 450C – 600C 2.1.2 Phân loại PCM 2.1.2.1 PCM thương mại phi thương mại 2.1.2.2 PCM hữu vơ Với loại PCM hữu nhiệt ẩn nóng chảy, giải nhiệt độ nóng chảy hệ số dẫn nhiệt nhìn chung thấp tính ổn định nhiệt cao Còn với loại PCM vơ đáng ý vật liệu vơ ngậm muối ứng dụng chúng lĩnh vực lưu trữ NLMT có nhược điểm ăn mòn vật liệu Với tiêu phân tích trên, tác giả lựa chọn loại Paraffin C22H44 làm mơi chất để tích nhiệt Bảng 2.8: Đặc tính lý nhiệt Paraffin C22H46 Đặc tính vật lý K hiệu G.trị Đơn vị Điểm nóng chảy tc 60 C Nhiệt dung riêng thể rắn Cpr 2,9 kJ/kgK Nhiệt dung riêng thể lỏng Cpl 2,93 kJ/kgK Khối lượng riêng thể rắn 910 kg/m3 ρr Khối lượng riêng thể lỏng 765 kg/m3 ρl Hệ số dẫn nhiệt 0,21 W/mK λ Nhiệt chuyển pha r 189 kJ/kg 2.1.3 Vấn đề truyền nhiệt PCM Nói chung, loại PCM có hệ số dẫn nhiệt thấp Để khắc 2.2 CƠNG NGHỆ TÍCH TRỮ NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI phục vấn đề người ta dùng kim loại gắn vào ống đựng Ngồi cách thứ tích trữ nhiệt NLMT vào ắcquy thơng PCM, chế tạo cấu trúc dạng tổ ong làm ống đựng PCM, nhồi phoi qua pin quang – điện đến có thêm cách kim loại vào ống đựng PCM, đựng PCM vào phẳng… Trong tích trữ PCM phương pháp làm cánh nhồi phoi kim loại vào ống đựng PCM 2.3 KẾT LUẬN có hiệu xét phương diện kinh tế hiệu dẫn nhiệt Một phương pháp hữu ích đựng PCM vào panel mỏng - Có nhiều chất trữ nhiệt khác với giải nhiệt độ nóng chảy khác với ưu nhược điểm khác - Với giải nhiệt độ sấy 400C – 600C, tác giả chọn Paraffin C22 H46 làm chất trữ nhiệt để nghiên cứu Footer Page of 126 9 Chương TÍNH TỐN THIẾT BỊ THU TRỮ CẤP NHIỆT 10 Cỉía áøm Header Page of 126 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG TRONG HỆ THỐNG SẤY Kãnh khê häưi TRƯNG CỦA HỆ THỐNG THIẾT BỊ b Ngun lý làm việc Ở hệ thống thiết bị này, thiết bị sấy thiết bị tích trữ C a Sơ đồ cấu tạo: (Hình 3.1) Bưng sáúy 3.1.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống thiết bị ngun lý làm việc + Paraffin tích trữ nhiệt lượng mặt trời chuyển pha từ rắn sang lỏng - Khi trời giảm nắng tắt nắng vào cuối ngày vật liệu sấy tiếp tục sấy khơng khí nóng gia nhiệt Collector Khi Paraffin giải phóng lượng nhiệt tích trữ cho khơng khí chuyển pha từ lỏng sang rắn C + Vật liệu sấy sấy trực tiếp lượng mặt trời - Khi trời có nắng : Collector táúm phàóng làm việc Kãnh dáùn khê nọng tích trữ nhiệt hấp thu nguồn lượng mặt trời q trình Váût liãûu sáúy với hệ thống kênh dẫn khí nóng Cả thiết bị sấy lẫn thiết bị C lượng nhiệt mặt trời Paraffin hai khối độc lập kết nối Thiết bị trữ cấp nhiệt Collector phẳng có đặt ống đựng Paraffin có đục lỗ để hút khơng khí vào Cấu tạo hình 3.2 Footer Page of 126 Khơng khí hút vào Collector a Thiết bị trữ cấp nhiệt ÄÚng âỉûng PCM 3.1.2 Cấu tạo thơng số đặc trưng chi tiết Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống sấy NLMT có sử dụng Paraffin để trữ nhiệt 3.1 MƠ TẢ CẤU TẠO, NGUN LÝ VÀ CÁC THƠNG SỐ ĐẶC 11 Header Page of 126 Trong 12 Collector phẳng thiết Cho thiết bị thu xạ mặt trời trữ cấp nhiệt có kết cấu tính Paraffin bố trí Lớp đệm phủ suốt Lớp cách nhiệt Tấm phủ suốt Ống đựng PCM Lỗ hút khơng khí vào Lớp tơn bọc Khung đỡ Collector theo nhiều dạng cho khả trữ nhiệt a tốt Cụ thể đựng Paraffin ống dài đặt nằm dọc theo Collector đựng 3.3.1 Bài tốn đựng bị tốn 3.3 PHÁT BIỂU BÀI TỐN TÍNH t(τ) CỦA THIẾT BỊ Paraffin khung chi tiết đặc trưng thơng số mơ tả hình 3.4: τn ω Ε(τ) tf, 1.3α ϕ(τ) D,δK, λΚ δcn, λcn m , Cppf tf , α b ppf m , Cvt phoi Hình 3.2 Collector phẳng gia nhiệt cho PCM tf, 0.7α Hình 3.4 – Mơ hình tốn tính t(τ) PCM hộp phẳng 3.3.2 Các giả thiết tính tốn thiết bị trữ cấp nhiệt xạ mặt b Thiết bị sấy: trời Thiết bị sấy cấu tạo khung thép, mái tường bao - kính để hấp thu tốt ánh sáng mặt trời ngày Collector đặt cố định ngày cho mặt thu Fthu vng góc với mặt phẳng quỹ đạo trái đất - Thiết bị khởi động lúc τ = 0, lúc mặt trời mọc thép viền khung gỗ - Trời quang mây, có nắng khoảng τ ∈ [(0 ÷τn/2) = 12h] 3.2 MƠ TẢ CÁC Q TRÌNH THU, TRỮ, CẤP NHIỆT CỦA - Tại thời điểm τ, coi nhiệt độ Paraffin, nhiệt độ ống đựng Trong thiết bị sấy có khung kệ sấy gỗ, khay sấy lưới Paraffin, nhiệt độ khơng khí hộp thu đồng nhất, t(τ) THIẾT BỊ t,0C tm Đồ thị t(τ) Paraffin mơ tả đồ thị 3.1 - Các thơng số cho trước bất biến khoảng thời gian τ khảo sát 3.4 TÍNH TỐN THƠNG SỐ CÁC Q TRÌNH 3.4.1 Tính giai đoạn 1: Gia nhiệt cho Paraffin từ nhiệt độ t0 ÷ tc tc 3.4.1.1 Xác định hàm t(τ) gia nhiệt Paraffin rắn t0 tcuoi τc0 τc1 τc2 τm τc3 Footer Page of Đồ 126 thị 3.1 : Đồ thị t(τ) PCM τc4 τc5 τ,[h] Phương trình cân nhiệt: δQ1 = dU + dIpf + δQ2 , (3.1) 13 Header Page of 126 14 ⇔ εDFthuEnsin2ωτ.dτ = 3.4.2.2 Tính thời điểm thiết bị làm nóng chảy hồn tồn mmc (kg) (mvCv + mphoiCv + mơCv) dt + mpfCppfrdt + ∑kiFi(t – tf) dτ Paraffin chọn Thời điểm τc2 lúc thiết bị làm nóng chảy hồn tồn mpf (kg) dt εFthu DE n sin ωτ ∑ k i Fi ⇔ = − (t − t f ) dτ ∑ m iCi ∑ mi Ci Đặt : T(τ) = t(τ) – tf , gọi độ gia nhiệt ⇒ , ∫ dT dt = dτ dτ ∑ m i Ci [s-1] C T'(τ) + bT(τ) = a sin2(ωτ) , (3.5) Với điều kiện đầu T(0) = , (3.6) Giải ta được: a  1 − T (τ) = 2b   b b + 4ω τn   2b  b + 4ω2 b  - artg  π −  1− Tc   π   a  b 2ω  ∫ sin ( ωτ ) − sin ( ωτ ) c1 , , (3.16) τc1 Phương trình có dạng: cos ( ωτc ) = −A ( ωτc ) + B , (3.17) Ta giải gần phương trình phương pháp lặp với sai số tuỳ ý tính τc2 3.4.3 Tính giai đoạn 3: Gia nhiệt để qúa nhiệt lỏng Paraffin đến nhiệt độ tm > tc 3.4.3.1 Tìm hàm phân bố nhiệt độ lỏng Paraffin khoảng , (3.18)  1 − a  T (τ) =  2b    b b + 4ω sin( ωτ + artg b )+ 2ω  2b + 1 − Tc −  a  b b2 + 4ω sin( ωτ c      b  )  e − b ( τ − τc )  + artg 2ω    đại tm tồn từ pha rắn đến pha lỏng bão hồ nhiệt độ tc = const Thời điểm τm lỏng Paraffin đạt nhiệt độ cực đại tm , (3.13) dτ −2ω 2 b b + 4ω cos(2ωτ + artg b 2ω =1− Tc Giải lưu lượng PCM nóng chảy lúc τ: , (3.15) dT ( τ ) xác định theo phương trình : ⇔ 3.4.2.1 Tính lượng Paraffin nóng chảy Footer Page of 126 τc 3.4.3.2 Xác định thời điểm τm lỏng Paraffin đạt nhiệt độ cực 3.4.2 Tính giai đoạn 2: Gia nhiệt để Paraffin nóng chảy hồn εDFthu E n , sin ( ωτ ) − sin ( ωτ c1 )  G ( τ) = rnc τc1 εDFthu E n rnc Giải được: Ta được: δQ1 = rncdmpf + δQ2 ∫ G ( τ ) dτ = Phương trình cân nhiệt: δQ1 = dIpf + dU + δQ2 Tìm τc1 cách giải phương trình: T(τ) = tc – tf = Tc Phương trình cân nhiệt: τc thời gian q nhiệt b  sin( ωτ + artg ) 2ω   3.4.1.2 Xác định thời điểm τc1 Paraffin đạt nhiệt độ nóng chảy τ c1 = dmpf = Thì phương trình [3.1] trở thành : T'(τ) = a sin2(ωτ) - bT(τ) ⇔ Paraffin chọn xác định theo phương trình tích phân: mmc ,[K/s];, b = ∑ k i Fi = W Và đặt: a = εFthu DE n = P C ∑ m i Ci (3.4) =0 )eb(τ−τc ) 2b a − b b2 + 4ω2 sin(2ωτc + artg b 2ω , (3.25) ) Ta tìm thời điểm τm lỏng Paraffin đạt nhiệt độ cực Header Page of 126 15 16 đại tm cách thay số liệu cho trước vào phương trình 3.25 Phương trình cân nhiệt: - dIpf = dQkk + δQ2 giải phương pháp lặp với sai số tuỳ ý Giải được: hàm phân bố nhiệt độ lỏng Paraffin khoảng , (3.31) 3.4.4.1 Q trình lỏng Paraffin giảm nhiệt độ từ nhiệt độ tm xuống thời gian τc4 đến τc5: N '  N '  − M '( τ − τ c ) , t (τ ) = +  tc − e M '  M ' nhiệt độ đơng đặc tđ = tc b, Xác định thời điểm τc5 lỏng Paraffin hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ a Xác định hàm t(τ) lỏng Paraffin giảm nhiệt độ từ nhiệt độ tm cuối tcuoi 3.4.4 Tính giai đoạn 4: Lỏng Paraffin cấp nhiệt cho khơng khí thời gian giảm nắng Ta tìm τc5 cách giải phương trình: xuống tc: Phương trình cân nhiệt: - dIpf = dQkk + δQ2 , (3.26) Giải hàm phân bố nhiệt độ lỏng Paraffin khoảng thời gian τc3 đến τc4: N  N  − M( τ− τc3 ) t ( τ) = +  tm −  e M  M , (3.28) ⇔ τ c5 = τ c4 , (3.33) t(τc) = tcuoi N' t cuoi − M ' − ln N' M ' tc − M ' , (3.34) 3.5 XÁC ĐỊNH LƯỢNG PARAFFIN CẦN DÙNG Ta xác định lượng Paraffin cần dùng để tích trữ b, Xác định thời điểm τc3 lỏng Paraffin hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ lượng nhiệt đủ để sấy cho 1kg hải sản đồng hồ đơng đặc tđ = tc Nghĩa ta tính tốn cho module Ta tìm τc3 cách giải phương trình: Sau tính tốn q trình sấy, tính nhiệt lượng cần thiết: t(τc3) = tc N tc − M ⇔ τ c = τ m − ln M t −N m M Q = L.(I1 – I0) = 520.(99,42 – 83,78) = 8132,8 kJ/h , (3.29) - Nhiệt lượng 1kg Paraffin tích trữ (chủ yếu nhiệt chuyển pha) 3.4.4.2 Q trình Paraffin đơng đặc hồn tồn với nhiệt độ đơng đặc tđ = tc=const r = 189 kJ - Lượng Paraffin cần dùng: a Xác định thời điểm τc4 lỏng Paraffin đơng đặc hồn tồn m pf = Phương trình cân nhiệt: − m.rdd = dQ kk + δQ Giải thời điểm τc4 lỏng Paraffin đơng đặc hồn tồn: τ c4 = − m pf rdd n k Fơ (t − t k ) + ∑ k i Fi (t − t f ) Q 8132, = = 43 kg r 189 Như vậy, để bù tổn thất ta chọn khối lượng Paraffin cho module mpf = 45kg 3.4.4.3 Q trình Paraffin nguội xuống nhiệt độ cuối t = tcuoi 3.6 TÍNH TỐN CHO CÁC TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ Sau tính tốn cho hai trường hợp Paraffin đựng a Xác định hàm t(τ) lỏng Paraffin giảm nhiệt độ từ nhiệt độ tđđ ống dài đặt dọc theo Collector Paraffin đựng khung hộp =tc xuống tcuoi: phẳng mỏng, ta có kết đồ thị 3.2 Footer Page of 126 Header Page of 126 17 18 Chương THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CĨ SỬ DỤNG PARAFFIN ĐỂ TRỮ NHIỆT 4.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY HẢI SẢN KHƠ 4.2 THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ SẤY HẢI SẢN u cầu: Chế tạo thiết bị sấy cá NLMT có sử dụng paraffin làm chất trữ nhiệt, suất G = kg/h - Chọn dạng Thiết bị sấy: Với suất 1kg/h cá làm để ngun con, ta chọn hệ thống sấy buồng - Chế độ sấy: Hồi lưu phần tác nhân sấy phía sau thiết bị gia nhiệt - Tác nhân sấy chuyển động song song với vật liệu sấy - Mật độ tác nhân sây khay sấy: 1kg/0.25m2 - Nhiệt độ khí nóng vào: 450C Nhiệt độ khí thải ra: 320C 3.7 NHIỆT LƯỢNG PARAFFIN TÍCH TRỮ ĐƯỢC THEO TÍNH qlt = Cpr(tc – t0) + r + Cpl(t – tc) = 2900(60 – 30) + 189000 + 2930(88,21 – 60) = 358655 J/kg 4.2.1 Collector phẳng - Collector có kích thước 200 TỐN LÝ THUYẾT: 13 ÄÚng âỉûng PCM φ60/57 , äúng cọ Läù hụt Táúm nhäưi phoi kim khäng Tole ph loải khê vo bc Âãûm táúm Cạch ph nhiãût Khung âåỵ a x b x h = 1200x1600x250mm 170 100 100 100 100 100 170 60 - - Trong có đặt 13 ống đựng Đồ thị t(τ) ngày Paraffin theo tính tốn có dạng Paraffin giống mơ tả lý thuyết Φ60/57mm, Thời điểm đạt nhiệt độ nóng chảy, thời điểm đạt nhiệt độ cực Trong ống có nhồi phoi kim đại, thời điểm khối lượng Paraffin nóng chảy hồn tồn loại Khối lượng Paraffin hợp lý 45kg Kích thước chi tiết Qua so sánh khả trữ cấp nhiệt dạng bình tích trữ Collector thể khác nhau, tác giả chọn dạng bình tích trữ ống thép đen hình 4.2 có đường dài 90 100 100 100 100 100 100 90 kính 1500mm 1600 3.8 KẾT LUẬN 1200 Φ60/57, ống có nhồi phoi kim loại làm ống đựng Paraffin chế tạo thực nghiệm Footer Page of 126 Hình 4.2: Chi tiết Collector 19 Header Page 10 of 126 4.2.2 Buồng sấy 20 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Buồng sấy có kích thước a x b x h = 820x420x1000mm Chiều cao chân đế 600mm Trong buồng sấy có đặt kệ sấy với khay 5.1 CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM sấy (Hình 4.3) 1000 42 820 600 Hình 4.3 Buồng sấy kích thước chi tiết buồng sấy - Kệ sấy làm thép, có tầng, kích thước tầng 800x400x150mm (Hình 4.4) - Khay sấy làm lưới thép viền khung gỗ, kích thước 650x400mm (Hình 4.4) - Khoảng hở đầu kệ sấy, kệ khay sấy 150mm, với mục đích tạo đường cho luồng khơng khí nóng Như khơng khí nóng chuyển động song song với khay sấy dẫn theo pass Hình 5.1a Chế tạo mơ hình thứ nghiệm hệ thống sấy NLMT có sử dụng Paraffin để trữ nhiệt Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 21 5.2 KẾT QUẢ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM 5.2.1 Mục đích thí nghiệm - Đo nhiệt độ điểm hệ thống : - Từ giá trị nhiệt độ rút kết luận: + Khả trữ nhiệt Paraffin + Khả phát nhiệt Paraffin khơng khí + Khả sấy hệ thống → khả ứng dụng vào thực tế 5.2.2 Đo đạc thơng số Q trình thí nghiệm tiến hành ngày, đó: Biến thiên nhiệt độ hệ thống mơ tả bảng biểu đồ Footer Page 11 of 126 22 23 Header Page 12 of 126 24 nhiệt lượng mà Paraffin toả Như vậy, khả trữ nhiệt Paraffin đáng quan tâm 5.3 NHIỆT LƯỢNG PARAFFIN TÍCH TRỮ ĐƯỢC THEO THỰC NGHIỆM: qtn = Cpr(tc – t0) + r + Cpl(t – tc) = 2900(60 – 35) + 189000 + 2930(82 – 60) = 325960 J/kg = 325,96 kJ/kg ε = 1− q tn 325, 96 = 1− = 0, 09 = 9% q tt 358, Như vậy: : Sai số tính tốn lý thuyết đo đạc thực tế 9% 5.4 KẾT LUẬN Với kết ngày đo đại diện cho ngày thực thí nghiệm Ta rút kết luận: 5.2.3 Kết sấy cá + Với ngày trời mát, nhiệt độ mơi trường tmax = 340C nhiệt h - Khối lượng cá đưa vào sấy lúc sáng : 2kg (độ ẩm 100%) h - Khối lượng cá lúc 17 chiều, sau sấy 10 đồng hồ: 1kg (độ ẩm 29,5%) cao (350C – 680C) phù hợp để sấy (nhiệt độ tác nhân sấy cần thiết 450C) h - Khối lượng cá lúc 22 tối, sau sấy 15 đồng hồ: 0,8kg (độ ẩm 14,5%) + Với ngày trời nắng to, nhiệt độ mơi trường tkmax = 390C nhiệt độ khơng khí Collector buồng sấy Như vậy, sau 15 sấy liên tục, độ ẩm cá từ 100% giảm xuống 14,5% độ khơng khí Collector buồng sấy khơng gần đạt u cầu thành phẩm cao (400C – 820) + Vào cuối ngày, trời tắt nắng (từ 17h – 22h) nhiệt độ h Như vậy: vấn đề cần nhấn mạnh lúc 17 chiều, trời tắt h dòng khơng khí qua Collector nằm mức 480C – nắng, độ ẩm cá sấy 29,5% Ta tiếp tục sấy thêm đến 22 tối 500C chứng tỏ thời gian Paraffin gia nhiệt cho độ ẩm cá sấy hạ xuống 14,5% nhiệt độ khơng khí dòng khơng khí Và với kết qủa sấy cá, thời gian Collector dải từ 440C đến 500C độ ẩm cá hạ xuống thêm 15% khẳng chứng tỏ Paraffin có khả trữ nhiệt tốt cá tiếp tục sấy nhờ Footer Page 12 of 126 25 Header Page 13 of 126 26 định Paraffin có khả trữ nhiệt tốt trì nhiệt độ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ cao cần thiết khoảng thời gian dài + Thời điểm đạt nhiệt độ cực đại khơng khí h h Collector (14 – 15 ) phù hợp với thời điểm Paraffin đạt Kết luận văn - h nhiệt độ cực đại theo tính tốn (13 58’) Như vậy, cơng thức tính tốn - Như vậy: - Sự sai khác tính tốn thực nghiệm khơng đáng kể đơn giản phải giả thiết: “Tại thời điểm τ, coi nhiệt Tính tốn thời gian tích trữ giải phóng lượng Paraffin Collector phẳng - nên cơng thức tính tốn đúng, sử dụng làm tài liệu tham khảo Sự sai khác việc tính tốn Tổng hợp đặc tính lý nhiệt loại PCM vơ hữu Kết đo đạc thực nghiệm phù hợp với kết tính tốn lý thuyết Kết luận kiến nghị - Paraffin có khả trữ nhiệt tốt, chất trữ nhiệt độ Paraffin, nhiệt độ khung đựng Paraffin, nhiệt độ khơng đáng quan tâm dùng để trữ nhiệt thiết bị sấy khí hộp thu đồng t(τ).” Ngồi ra, NLMT số giả thiết khác nêu chương - Khả dẫn nhiệt Paraffin tương đối thấp Ta khắc phục cách nhồi phoi kim loại vào ống, làm cánh ống, làm lưới nhơm gắn ống đựng Paraffin…nhưng cân nhắc đến tính kinh tế với tiêu giá thành thấp phoi kim loại lựa chọn tốt - Thiết bị sấy Năng lượng mặt trời có sử dụng Paraffin có khả trì nhiệt độ sấy thích hợp (400C – 450C) thời gian dài Cụ thể từ 17h đến 22h Hướng phát triển đề tài - Tính tốn xác q trình truyền nhiệt Paraffin thiết bị tích trữ với loại hình dạng bình tích trữ khác (ống ngắn đứng, ống dài nằm, khung hộp phẳng…) - Tính tốn xác so sánh phương pháp nâng cao hệ số truyền nhiệt thiết bị sử dụng Paraffin để trữ Footer Page 13 of 126 nhiệt ( làm cánh, làm lưới, nhồi phoi…) ... CHUYỂN PHA ĐỂ TRỮ NHIỆT TRONG THIẾT BỊ SẤY DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI" Mục đích nghiên cứu: 400C – 600C, Paraffin Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ THU TRỮ CẤP NHIỆT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG TRONG HỆ... tốn thiết kế thiết bị sấy hải sản Năng lượng mặt CĨ SỬ DỤNG PARAFFIN ĐỂ TRỮ NHIỆT trời có sử dụng PCM để trữ nhiệt Thiết bị gồm phần: Chế tạo mơ hình thí nghiệm gồm phần: Collector phẳng buồng sấy. .. PCM để trữ nhiệt Chọn loại PCM hữu dụng để nghiên cứu chưa sâu triệt để sử dụng thiết bị sấy lượng mặt trời có giải nhiệt độ Xuất phát từ tình hình tơi chọn nghiên cứu đề tài: "SỬ DỤNG CHẤT CHUYỂN