HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH GIA NHIỆT VÀ CẤP GIĨ KHI NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG THAY ĐỔI TẠI HÀ NỘI CỦA MÔ HÌNH SẤY LẠC VỎ DẠNG VỈ NGANG Hà Huy Thắng1, Trần Minh Ngọc1, Phạm Quang Trung2, Lê Thanh Long2 Trường Đại học Thủy Lợi Khoa Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa TP HCM TÓM TẮT: Kỹ thuật sấy với nông sản khác phụ thuộc vào tính chất vật lý yêu cầu sấy người ví dụ lạc Ở Việt Nam, q trình canh tác lạc có suất theo hộ gia đình đó, việc sấy lạc cho suất thấp thời vụ với mức suất 100 kg/h Mơ hình máy sấy lạc vỏ dạng vỉ ngang dùng điện trở 2kW đưa để tiết kiệm diện tích tận dụng thời gian sấy cho người dân với nhiệt độ gió tiếp xúc với lạc khoảng 60oC Từ khóa: sấy lạc, sấy vỉ ngang, điện trở sấy GIỚI THIỆU Tùy thuộc vào mùa khu vực trồng trọt, độ ẩm hạt lạc thu hoạch tính trung bình vào khoảng 30-50% sở nhiệt độ nhiệt kế ướt Sau thu hoạch, lạc phơi thêm 2-5 ngày trước sử dụng phương pháp sấy khô nhằm giảm ẩm từ khoảng 18 đến 10% [1] Sấy khô hoạt động quan trọng việc trì chất lượng hạt giống lạc vỏ lạc khác loại họ đậu khác Việc trao đổi nước hạt giống môi trường trao đổi trung gian qua lớp vỏ lụa [2] vỏ lụa rào cản tránh nhiễm nấm [3] Chất tải nhiệt sử dụng sấy khơng khí nóng gia nhiệt, thời gian vị trí sấy khác hàm lượng độ ẩm khác Khi sấy, khơng khí mang nhiệt vào hệ thống làm bay độ ẩm sau mang nước bốc khỏi hệ thống [4] Khi sấy khơ khí nóng, nhiệt độ khoảng 40.5 đến 43.3ºC tối đa với dạng hạt giống mà không gây thiệt hại vật lý hóa học [4] Các kết hợp nhiệt độ cao, độ ẩm tương đối thấp lưu lượng khơng khí cao bất lợi đến chất lượng sinh lý hạt giống [5] Hạt ẩm dễ bị thiệt hại nhiệt; độ ẩm hạt giống cao nhiệt độ sấy thấp [6] Ví dụ hạt có độ ẩm 18% nên sấy khơ 32°C hạt có độ ẩm thấp sấy khơ 38ºC Nhiệt độ sấy cần điều chỉnh theo độ ẩm tương đối khơng khí khơ [7] Để sản phẩm nơng nghiệp nâng cao, lạc sau thu hoạch cần bảo quản cẩn thận để tránh hư hại tổn thất chưa có cách bảo quản hợp lý Khác với hệ thống sấy lạc truyền thống, hệ thống sấy lạc sử dụng lượng điện không phụ thuộc vào thời tiết Hệ thống sấy lạc hoạt động nguyên lý sử dụng nhiệt để tách nước sản phẩm Tác nhân sấy (khơng khí nóng) trao đổi nhiệt ẩm trực tiếp với vật liệu sấy Hệ thống sấy lạc có ưu điểm sau (xem Bảng 1): Sản phẩm sấy liên tục nhận nhiệt có quạt thổi gió nóng đối lưu cưỡng nên sản phẩm nhận nhiệt Hệ thống sấy thiết kế đóng kín nên tổn thất nhiệt ngồi mơi trường khơng nhiều nên lượng cung cấp để sấy giảm bớt Hệ thống sử dụng điện trở để gia nhiệt cho khơng khí nên vật liệu sấy đảm bảo độ Hệ thống thiết kế nhỏ gọn, dễ di chuyển Mùa lạc rơi vào thời điểm nắng nóng tồn quốc nên thuận lợi q trình phơi sơ Bên cạnh đó, hệ thống sấy lạc tồn số nhược điểm khâu nạp lấy nguyên liệu bất tiện, suất sấy nhỏ, điều khiển phân bố nhiệt Trang 383 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Ø 76 5050 300 1550 1550 1550 3000 9050 9050 Hình Nhiệt độ độ ẩm trung bình Hà Nội 3844 Phân áp suất cực đại nhiệt độ trời to tính theo cơng thức Antonie: (1) 4026.42 Hình Bản thiết kế máy sấy lạc dùng quạt cấp gió điện trở nhiệt p hmax0 exp 12 , bar 235.5 t o Để xác định phân áp suất khơng khí nhiệt độ mơi trường to, ta có: = Rho x phmaxo (2) Dung ẩm khơng khí trước quạt thổi vào buồng sấy: = 0.622 x pho/(1-pho), kg ẩm/kg kk (3) Enthalpy nhiệt độ môi trường to xác định Ho = to + x (2500 + 1.93 x to) (4) Để lạc không bị cháy lượng điện tiêu thụ cho 100kg lạc vừa phải, nhiệt độ t1 mà điện trở cần điều chỉnh 60oC Bỏ qua tổn thất qua buồng sấy khơng gian hở để quạt thổi gió vào, q trình gia nhiệt cho khơng khí từ điện trở xem đẳng dung = d1 = 0.017 kg ẩm/kg kk (5) Phân áp suất khơng khí nóng tính theo: ph1 = do/(do + 0.622), bar (6) Phân áp suất cực đại nhiệt độ 4026.42 p hmax1 exp 12 , bar 235.5 t1 Hình Xây dựng mơ hình thực nghiệm cho máy sấy lạc CƠ SỞ TÍNH TOÁN Theo Tiêu chuẩn TCVN 1602:1975 việc bảo quản lạc để chống mốc, độ ẩm hạt lạc thành phẩm khơng q 7.5% Do báo này, ta lấy nhiệt độ hạt lạc chưa bóc sau sấy W = 7.5% độ ẩm ban đầu lạc lấy định mức trung bình W = 20% Do ngày lạc thu hoạch quanh năm nước nên nhiệt độ ban đầu to lạc dao động từ 17 – 30oC độ ẩm khơng khí RHo dao động từ 67% – 73% theo số liệu Hà Nội [8] (7) Từ Pt (6) (7), độ ẩm nhiệt độ t1 xác định: RH1 = ph1/phmax1 x 100 (8) Enthalpy nhiệt độ sấy t1 là: H1 = t1 + d1 x (2500 + 1.93 x t1) (9) Nhiệt độ gió thải đỉnh thùng sấy t2 giả định 40oC q trình thổi gió nóng vào lạc trình đẳng entropy H1 = H2 Như vậy, phân áp suất cực đại nhiệt độ t2 là: (10) 4026.42 p hmax2 exp 12 , bar 235.5 t Dung ẩm gió thải d2 sau q trình sấy là: d2 = (H1 - t2)/(2500 + 1.93 x t2) (11) Phân áp suất gió thải tính theo cơng thức sau: ph2 = d2/(d2+0.622) Độ ẩm nhiệt độ t2 là: Trang 384 bằng: (12) HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM RH2 = ph2/phmax2 x 100 (13) Do lượng lạc người dân sấy ngày mưa không nhiều so với lượng thóc sấy theo vụ, đặc biệt vào ngày mưa thời điểm thích hợp để dùng máy sấy thay cho phơi tự nhiên Để phù hợp với thu nhập người dân, chủ nhiệm đề tài đưa suất lạc thành phẩm G2 = 100 kg/h tức suất cho máy sấy mini phù hợp với tài người dân phù hợp với điều kiện môi trường xung quanh Hà Nội Vậy lượng lạc trước sấy tính sau: G1 = G2x(100-W 2)/(100-W 1) (14) W W độ ẩm trước sau lạc Theo cách tính G1 G2 tuyến tính với Như vậy, lưu lượng khối lượng lạc thoát khỏi máy sấy theo khơng khí nóng là: W = G – G2 Hình Nhiệt lượng thay đổi theo nhiệt độ t ứng với giá trị 60, 65, 70, 75oC giữ nguyên nhiệt độ gió t2 =40oC, RH=80% Từ đồ thị, nhiệt lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường cho thay đổi giá trị nhiệt độ máy sấy Khi nhiệt độ môi trường tăng nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường tăng cao nhiệt lượng giảm mạnh (15) Lượng khơng khí nóng tiêu tốn cho kg ẩm là: lo = 1/(d2 - d1) = 249.521 kg kk/kg ẩm (16) Lưu lượng thể tích là: L = W x lo / ρ (17) khối lượng riêng khơng khí nóng ứng với nhiệt độ tf = (t1 + t2)/2 tra bảng số liệu tính chất nhiệt độ [9] để xác định ρ; m3/kg L = 2298.217 kg kk/h Lượng nhiệt tiêu tốn là: q = (H2 – Ho)/(d2 – do) (18) Công suất nhiệt cần thiết để sấy 100 kg lạc là: Q=qxW (19) Hình Lượng gió cấp thay đổi thay đổi giá trị nhiệt độ t1=60, 65, 70, 75oC khơng thay đổi giá trị nhiệt độ gió t2=40oC, RH=80% Lưu lượng gió tỷ lệ thuận với nhiệt độ mơi trường Khi nhiệt độ mơi trường tăng lên giá trị nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t tăng lên để phù hợp với lượng gió cấp vào máy sấy Giả thiết chọn cơng suất nhiệt Qđt điện trở U từ 1-2kW để phù hợp với kết cấu khí máy sấy Vậy với thời gian sấy khô τ lạc 1h cần số điện trở là: n = Q/Qđt (20) KẾT QUẢ Giả sử thay đổi thơng số ban đầu ta có kết sau: Hình Nhiệt lượng thay đổi theo nhiệt độ t ứng với giá trị 60, 65, 70, 75 oC giữ nguyên nhiệt độ gió t2 =40oC, RH=85% Nhiệt lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường cho thay đổi giá trị nhiệt độ máy sấy Khi nhiệt độ môi trường tăng nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường tăng cao nhiệt lượng giảm Trang 385 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM mạnh Nhiệt lượng tăng đáng kể t tăng tới 75oC Lưu lượng gió tỷ lệ thuận với nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ mơi trường tăng lên giá trị nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t1 tăng lên để phù hợp với lượng gió cấp vào máy sấy Hình Lượng gió thay đổi thay đổi nhiệt độ môi trường độ ẩm 85% Lượng gió cấp thay đổi thay đổi giá trị nhiệt độ t2 =60, 65, 70, 75oC không thay đổi giá trị nhiệt độ gió t2 =40oC, RH=85% Nhìn vào đồ thị lưu lượng gió tỷ lệ thuận với nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ môi trường tăng lên giá trị nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t tăng lên để phù hợp với lượng gió cấp vào máy sấy Hình Nhiệt lượng thay đổi theo nhiệt độ t ứng với giá trị 60, 65, 70, 75oC giữ nguyên nhiệt độ gió t2 = 40oC, RH=90% Nhìn vào đồ thị ta thấy nhiệt lượng có thay đổi thất thường theo nhiệt độ không theo quy luật Khi nhiệt độ môi trường tăng lên nhiệt lượng giá trị độ t1 lúc tăng lúc giảm Hình 10 Nhiệt lượng thay đổi theo nhiệt độ t1 ứng với giá trị 60, 65, 70, 75 giữ nguyên nhiệt độ gió t2 =40C, RH=95% Nhìn vào đồ thị nhiệt lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ môi trường cho thay đổi giá trị nhiệt độ máy sấy Khi nhiệt độ mơi trường tăng nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường tăng cao nhiệt lượng giảm mạnh Hình 11 Lượng gió cấp thay đổi thay đổi giá trị nhiệt độ t1 = 60, 65, 70, 75oC khơng thay đổi giá trị nhiệt độ gió t2 = 40oC, RH=95% Nhìn vào đ thay đổi giá trị nhiệt độ gió trị nhiệt độ ttrị nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ môi trường tăng cao nhiệt giá trị nhiệt độ t1 tăng lên đlưu lưá trị nhiệt độ gió trị nhiệt độ ttrị nhiệt độ t1 giảm dần Nhiệt độ mơi trường tăng cao nhiệt giá KẾT LUẬN Mơ hình lý thuyđlưu lưá trị nhiệt độ gió trị nhiệt độ ttrị nhiệt độ t1 gimơi trường tăng lên cá lượng gió cấp dơ hình lý thuyđlưu lưá trị nhiệt độ gió t Hình Lượng gió cấp thay đổi thay đổi giá trị nhiệt độ t1 = 60, 65, 70, 75oC không thay đổi giá trị nhiệt độ gió t2 = 40oC, RH=90% Trang 386 Khi nhiệt độ môi trường tăng, lượng nhiệt sấy yêu cầu có xu hướng giảm xuống Nhiệt độ HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM môi trường tăng lên 15oC nhiệt lượng giảm 5000 kJ Khi nhiệt độ mơi trường tăng, lưu lượng gió vào có xu hướng tăng để đảm bảo lượng nước lạc Bên cạnh đó, giá trị điểm đốt từ nhiệt trở cao cần nhiều gió vào để lấy ẩm giảm nhiệt độ cho nhiệt trở Để phát triển mơ hình thực nghiệm, phương án đề xuất nghiên cứu tương lai bao gồm: [3] [4] [5] + Hồn thiện mơ hình thực nghiệm với dụng cụ đo đạc để so sánh với kết lý thuyết + Cần thay đổi suất lạc để đưa dải thời gian sấy phù hợp sử dụng điện đốt [6] + Lưu ý dùng điện 380V/3 pha/50Hz để thử nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BADER, M J.; ADKINS, S W.; BUTSS, C L Peanut curing by intermittent heat and air using dual-trailer dryers.Applied Engineering in Agriculture,St Joseph, v.12, n.2, p.163165, 1996 [2] KENTRING, D L.; BENEDICT, C R.; YEGER, M Growing season and location effects on water uptake and drying rates of peanut seeds from genotypes resistant and susceptible to invasion by Aspergillus flavus [7] [8] [9] Agronomy Journal, Madison, v.68, p.661-665, 1976 ZAMBETTAKIS, C H Etude de la contamination de quelques varieties d´arachide par Aspergillus flavus Oleagineux, Paris, v.30, p.161-167, 1975 BROOKER, D B.; BAKKER ARKEMA, F.W.; HALL, C W Drying cereal grains Westport: AVI, 1974 265p ESDRAS, J G M Effect of the drying over soybean seeds in a crossflow moving bed.1993 95f M.Sc Thesis Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 1993 HARRINGTON, J F Seed storage and longevity In: KOZLOWSKI, T.T (Ed.) Seed Biology v.3, New York: Academic Press, 1972 p.145-245 FRANÇA NETO, J B.; HENNING, A A.; KRZYZANOWSKI, F.C Seed production and technology for the tropics In: EMBRAPA Centro Nacional de Pesquisa de Soja Tropical soybean: improvement and production Rome: FAO, 1994 p.217-240 (FAO Plant Production and Protection Series, 27) http://www.hanoi.climatemps.com/graph.php Trần Văn Phú, Tính tốn thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo dục, 2002 Bảng So sánh ưu nhược điểm nguồn lượng cho máy sấy Trang 387 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM MODELLING OF THE HEAT TRANSFER AND SUPPLIED FLOW WHEN SURROUNDING TEMPERATURE CHANGING IN HANOI OF PEANUT FLAT BED DRYER ABSTRACT Drying technique with each agricultural product is different depending on the physical properties and drying human requirements such as peanuts In Vietnam, due to lost productivity cultivated by each household and thus, the capacity of peanut drying is low án seasonal with Keywords: peanut drying, flat bed drying, resistor Trang 388 100 kg/h Flat bed peanut shell dryers model using kW resistors is developed to save the contact area and ultilize the drying time for farmers with entering air temperature of about 60oC ... nhiệt độ ttrị nhiệt độ t1 gimôi trường tăng lên cá lượng gió cấp dơ hình lý thuyđlưu lưá trị nhiệt độ gió t Hình Lượng gió cấp thay đổi thay đổi giá trị nhiệt độ t1 = 60, 65, 70, 75oC không thay. .. thay đổi nhiệt độ môi trường độ ẩm 85% Lượng gió cấp thay đổi thay đổi giá trị nhiệt độ t2 =60, 65, 70, 75oC khơng thay đổi giá trị nhiệt độ gió t2 =40oC, RH=85% Nhìn vào đồ thị lưu lượng gió. .. thuận với nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ mơi trường tăng lên giá trị nhiệt lượng giá trị nhiệt độ t tăng lên để phù hợp với lượng gió cấp vào máy sấy Hình Nhiệt lượng thay đổi theo nhiệt độ t ứng