TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CA CAO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NĂNG SUẤT 110 KG HẠT ƯỚTMẺ

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CA CAO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NĂNG SUẤT 110 KG HẠT ƯỚT/MẺ Tác giả DƯƠNG HẢI NGUYỄN THÁI HIỀN Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ

HỆ THỐNG SẤY CA CAO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NĂNG SUẤT 110 KG HẠT ƯỚT/MẺ

Họ và tên sinh viên: Dương Hải

Nguyễn Thái Hiền Ngành: Công nghệ nhiệt lạnh

Niên khóa: 2005 - 2009

Tháng 6/2009

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ

HỆ THỐNG SẤY CA CAO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NĂNG SUẤT 110 KG HẠT ƯỚT/MẺ

Tác giả

DƯƠNG HẢI NGUYỄN THÁI HIỀN

Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Công nghệ nhiệt lạnh

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sỹ Lê Quang Giảng

Kỹ sư Nguyễn Đức Khuyến

Tháng 6/2009

LỜI CẢM TẠ

Chúng con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân đã luôn động viên, giúp đỡ chúng con trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh!

Chúng em xin chân thành cảm ơn:

9 Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh

9 Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí - Công nghệ Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Cùng các thầy trong Bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh

9 Đặc biệt là Th.S Lê Quang Giảng, K.S Nguyễn Đức Khuyến đã tận tình hướng dẫn cho chúng em thực hiện đề tài này

9 T.S Phạm Hồng Đức Phước cùng các cô, chú tại vườn ca cao trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, Th.S Nguyễn Hùng Tâm thuộc khoa Cơ khí Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực hiện đề tài

9 Thầy Nguyễn Xuân Phong trường Đại Học Cần Thơ đã cung cấp một số thông tin rất quan trọng trong quá trình thực hiện đề tài

9 Toàn thể thầy cô trong Trung tâm Công nghệ & Thiết bị nhiệt lạnh, Trung tâm Năng Lượng & Máy Nông Nghiệp

9 Đồng thời gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn sinh viên đã giúp đỡ chúng tôi thực hiện đề tài

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ

HỆ THỐNG SẤY CA CAO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NĂNG SUẤT 110 KG HẠT ƯỚT/MẺ

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Th.S Lê Quang Giảng Dương Hải

Ks Nguyễn Đức Khuyến Nguyễn Thái Hiền

TÓM TẮT

Mục đích của đề tài

Khảo nghiệm hệ thống sấy ca cao có sẵn và tính toán, thiết kế hệ thống sấy ca cao với năng suất 110kg/mẻ nhằm nâng cao chất lượng hạt sau khi sấy và hiệu quả kinh tế

Nội dung đã thực hiện

9 Tìm hiểu quy trình sơ chế hạt ca cao

9 Khảo nghiệm sấy hạt ca cao bằng lò sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời có sẵn và bằng phương pháp phơi nắng truyền thống để xác định: các thông số kỹ thuật và hiệu quả kinh tế

9 Tính toán, thiết kế lò sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời với năng suất 110

kg tươi/mẻ

Kết quả thực hiện

Đề tài được thực hiện tại vườn ca cao trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM

Thời gian từ ngày 08/04 đến ngày 05/05/2009

Kết quả khảo nghiệm: Sau khi thực hiện khảo nghiệm sấy 2 mẻ hạt ca cao với lò sấy

có sẵn với năng suất 80kg/mẻ và điều kiện thời tiết không thuận lợi cho việc phơi sấy thì thu được các kết quả như sau:

9 Thời gian sấy hạt : 5 - 6 ngày từ ẩm độ 55 % đến 7.7 %

9 Thời gian phơi hạt: 9 ngày từ ẩm độ 55 % đến 7.7 %

9 Chất lượng hạt sấy bằng lò sấy được đánh giá tốt hơn so với hạt phơi nắng

9 Nhiệt độ đá cao hơn nhiệt độ môi trường trong khoảng: 4 – 20.5 oC

9 Nhiệt độ buồng sấy cao hơn nhiệt độ môi trường trong khoảng: 4 -13 oC

Kết quả tính toán, thiết kế: Đã tính toán thiết kế hệ thống sấy sử dụng năng lượng mặt trời với năng suất 110kg hạt ướt/mẻ, với thời gian sấy là 120 giờ (5 ngày đêm) Kích thước bố trí lò sấy là 5.79 m*2.522 m Tổng thể tích hai bộ thu và trữ nhiệt là 5.2

m3, với mỗi bên là 2.6 m3 đá

Với kết quả của quá trình khảo nghiệm, tính toán và thiết kế như trên với mong muốn đưa hệ thống sấy vào ứng dụng rộng rãi trong thực tế và có thể thay thế dần cho phương pháp phơi nắng truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho bà con nông dân

CALCULATING AND DESIGNING

OF A 110KGS FRESH BEAN PER BATCH

SOLAR COCOA BEAN DRYER

SUMMARY

Objective

Testing of a available solar cocoa bean dryer and calculating, designing of a 110kg fresh bean per batch solar cocoa bean dryer to replace the traditional sun-drying method and improve the economic effect

Executed contents

9 Researching about the preliminary cocoa bean treatment processing

9 Drying of a cocoa bean by the available solar dryer and the traditional method

to determine: the technical elements and the economic effect

9 Calculating and designing of a 110kgs fresh bean/batch solar cocoa bean dryer

Result

This thesis was executed in the cocoa garden of Nong Lam University, TPHCM Drying time: from 08/04/2009 to 05/05/2009

Testing results: After cocoa bean drying of two batchs by the available solar dryer with capacity 80kgs/batch, and the badly weather conditions The following results are obtained:

9 Time of drying by the solar dryer: 5 - 6 days from moisture level 55 % to 7.7 %

9 Time of sun-drying: 9 days from moisture level 55 % to 7.7 %

9 The quality of solar dried beans are estimated better than sun-dried beans

9 The different temperature between stones and ambient temperature: 4 – 20.5 oC

9 The different temperature between drying room and ambient temperature: 4 -13

Calculating and designing results: a 110kgs fresh bean/batch solar cocoa bean dryer was calculated and designed With drying time is 120 hours ( 5 days), arrangement dimension is 5.79 m*2.522 m Stone volume of 5.2 m3, with one side of 2.6 m3 stones With the obtained results of testing, calculating and designing processing, we hope that the solar cocoa bean drier will be widely applied in practice and gradually replace for the traditional sun-drying method to raise the economic effect for tillers

MỤC LỤC

Trang tựa 1

Lời cảm tạ 1

Tóm tắt 1

Mục lục 1

Danh sách các chữ viết tắt 1

Danh sách các hình 1

Danh sách các bảng 1

Danh sách đồ thị 1

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Dẫn nhập 1

1.2 Mục đích đề tài 2

1.2.1 Mục đích chung 2

1.2.2 Mục đích cụ thể 2

Chương 2 3

TỔNG QUAN 3

2.1 Nguồn gốc, bản chất nguồn năng lượng mặt trời 3

2.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới 4

2.3 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta 5

2.3.1 Tình hình phân bố bức xạ và giờ nắng trong nước 5

2.3.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trong nước 6

2.4 Các ưu thế của việc sử dụng năng lượng mặt trời 7

2.5 Cơ sở lý thuyết sấy 7

2.5.1 Khái niệm 7

2.5.2 Ẩm độ hạt 7

2.5.3 Bản chất của quá trình sấy 8

2.5.4 Nguyên tắc của quá trình sấy 8

2.6 Các phương pháp sấy 8

2.6.1 Phương pháp sấy nóng 8

2.6.2 Phương pháp sấy lạnh 8

2.7 Các hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời 9

2.7.1 Tủ sấy dùng năng lượng mặt trời 9

2.7.2 Thiết bị sấy kiểu nhà kính 10

2.7.3 Thiết bị sấy gián tiếp 11

2.8 Tìm hiểu về vật liệu sấy 12

2.8.1 Giới thiệu sơ lược về cây cacao 12

2.8.2 Công dụng của ca cao 13

2.8.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao trên thế giới 14

2.8.4 Tình hình trồng và sơ chế hạt ca cao trong nước 14

2.8.5 Một số khó khăn trong sơ chế hạt cacao ở Việt Nam 15

2.9 Quy trình chung sơ chế hạt ca cao 16

2.9.1 Thu hoạch trái 16

2.9.2 Trữ trái và tách hạt 16

2.9.3 Lên men 17

2.9.4 Làm khô và bảo quản 18

2.10 Các loại máy sấy ca cao 19

2.10.1 Máy sấy Samoan 19

2.10.2 Máy sấy sàn phẳng 20

2.10.3 Máy sấy thùng quay 21

2.10.4 Máy sấy Buttner (sấy tháp) 21

2.11 Lý thuyết về bộ thu nhiệt 22

2.11.1 Định nghĩa bộ thu nhiệt 22

2.11.2 Phân loại bộ thu nhiệt 22

2.11.3 Nguyên lý hoạt động bộ thu nhiệt 22

2.11.4 Hiệu suất bộ thu nhiệt 23

2.12 Tìm hiểu về một số loại vật liệu tích trữ nhiệt 23

2.12.1 Đá 23

2.12.2 Nước 24

2.12.3 Vật liệu chuyển pha muối Glauber 24

2.13 Tìm hiểu về tấm phủ trong suốt 26

2.14 Tấm lợp làm từ vật liệu PolyCarbonate(PC) 27

2.15 Cơ sở tính toán thiết bị sấy 29

2.15.1 Xác định ẩm độ của hạt trước khi sấy 29

2.15.2 Xác định lượng nước bốc hơi từ khối hạt 29

2.15.3 Xác định các thông số của tác nhân sấy 29

2.15.4 Xác định lượng cần thiết của tác nhân sấy 30

2.15.5 Xác định khối lượng thể tích của vật liệu sấy và vật liệu tích trữ nhiệt 30

2.15.6 Xác định kích thước buồng sấy 31

2.15.7 Tính chi phí nhiệt cho quá trình sấy 31

2.15.8 Tính toán tổn thất nhiệt thiết bị sấy 32

2.16.9 Xác định khối lượng cần thiết của vật liệu tích trữ nhiệt 35

Chương 3 36

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

3.1 Phương pháp khảo nghiệm 36

3.1.1 Mục đích khảo nghiệm 36

3.1.2 Phương pháp chuẩn bị vật liệu sấy 36

3.1.3 Phương tiện khảo nghiệm 36

3.1.4 Phương pháp khảo nghiệm 38

3.2 Phương pháp thiết kế 41

Chương 4 42

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

4.1 KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM 42

4.1.1 Giới thiệu chung 42

4.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò sấy khảo nghiệm 42

4.1.3 Kết quả khảo nghiệm đo bức xạ mặt trời 43

4.1.4 Kết quả khảo nghiệm sấy ca cao 45

4.1.4.1 Kết quả khảo nghiệm mẻ 1 45

4.1.4.2 Kết quả khảo nghiệm mẻ 2 50

4.1.5 Kết quả đánh giá chất lượng hạt ca cao phơi và sấy 56

4.1.6 Nhận xét chung và thảo luận 58

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 58

4.2.1 Chọn phương án thiết kế 58

4.2.1.1 Chọn dạng hệ thống sấy 58

4.2.1.2 Chọn nguồn năng lượng 59

4.2.1.3 Mô hình hệ thống sấy 59

4.2.1.4 Nguyên lý hoạt động 60

4.2.2 Tính toán cho quá trình sấy 60

4.2.2.1 Xác định ẩm độ của vật liệu trước khi sấy 60

4.2.2.2 Xác định lượng nước cần bốc hơi từ khối vật liệu 62

4.2.2.3 Xác định các thông số của tác nhân sấy 63

4.2.2.4 Xác định lượng nước tác nhân sấy mang đi trong một đơn vị thời gian 64

4.2.2.5 Xác định lưu lượng cần thiết của tác nhân sấy 65

4.2.2.6 Xác định khối lượng thể tích của vật liệu sấy và vật liệu tích trữ nhiệt 65

4.2.2.7 Xác định kích thước buồng sấy 66

4.2.2.8 Tính chi phí nhiệt cho quá trình sấy 66

4.2.2.9 Tính toán các tổn thất nhiệt thiết bị sấy 66

4.2.2.10 Xác định khối lượng cần thiết của vật liệu tích trữ nhiệt 69

4.2.2.11 Xác định kích thước bộ thu và trữ nhiệt 71

Chương 5 73

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 73

5.1 Kết luận 73

5.2 Đề nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

TẬP BẢN VẼ

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang

Hình 2.1: Tủ sấy trái cây dùng năng lượng mặt trời 9

Hình 2.2: Tủ sấy cố định 10

Hình 2.3: Hầm sấy kiểu nhà kính dùng để sấy nông sản 10

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy 11

Hình 2.5: Hệ thống sấy thóc năng lượng mặt trời 12

Hình 2.6: Hai loài chính của ca cao: Criollo và Forastero 12

Hình 2.7: Trái ca cao và bên trong trái ca cao 13

Hình 2.8: Một số sản phẩm làm từ hạt ca cao 13

Hình 2.9: Sơ đồ quy trình sơ chế hạt ca cao 16

Hình 2.10: Trữ trái trong lồng làm bằng tre 16

Hình 2.11: Ủ thúng 17

Hình 2.12: Ủ đống, tủ bằng lá chuối 17

Hình 2.13: Ủ hạt ca cao trong thùng 17

Hình 2.13: Hạt ca cao sau khi lên men tốt 18

Hình 2.14: Hạt ca cao lên men quá độ 18

Hình 2.15: Phương pháp phơi hạt truyền thống 18

Hình 2.16: Thiết bị sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời 19

Hình 2.17: Máy sấy Samoan 20

Hình 2.18: Máy sấy sàn phẳng 21

Hình 2.19: Máy sấy thùng quay 21

Hình 2.20: Muối Glauber 24

Hình 2.21: Thể tích của ba loại vật liệu tích trữ 25

Hình 2.22: Tấm lợp Twinlite 28

Hình 2.23: Tấm lợp dợn sóng Solartuff 28

Hình 2.24: Các trạng thái biễu diễn trên đồ thị t - d 30

Hình 3.1: Vị trí đặt lò sấy ca cao 37

Hình 3.2: Vị trí đặt nhiệt kế bầu khô, bầu ướt trong buồng sấy 39

Hình 4.1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò sấy khảo nghiệm 43

Hình 4.2: Hạt ca cao phơi và sấy mẻ 2 52

Hình 4.3: Nguyên lý hoạt động mô hình sấy ca cao bằng năng lượng mặt trời 60

Hình 4.4: Biểu diễn trạng thái không khí ẩm trên đồ thị t - d 64

Hình 4.5: Các kích thước của bộ thu và trữ nhiệt 71

DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang

Bảng 2.1 : Phân bố cường độ bức xạ tại các vùng trong nước ta 5

Bảng 2.2: Phân bố số giờ nắng trong cả nước 6

Bảng 2.3: Đặc tính của ba loại vật liệu tích trữ nhiệt mặt trời 25

Bảng 2.4: Ưu nhược điểm của kính, tấm nhựa, kính tổng hợp 26

Bảng 2.5: Độ truyền sáng và nhiệt độ theo màu sắc của tấm lợp 27

Bảng 4.1: Tổng hợp số liệu bức xạ khảo nghiệm 45

Bảng 4.2: Thông số hạt ca cao trước và sau sấy 46

Bảng 4.3: Thông số nhiệt độ trong quá trình sấy 47

Bảng 4.4: Thông số hạt ca cao trước và sau khi phơi và sấy 51

Bảng 4.5: Thông số nhiệt độ trong quá trình sấy 51

Bảng 4.6: Tổng hợp phiếu đánh giá 57

Bảng 4.7: Số liệu thu được qua năm lần sấy 61

Bảng 4.8: Trạng thái các điểm trong quá trình sấy 64

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ Trang

Đồ thị 4.1: Biểu diễn bức xạ mặt trời mẻ sấy 1 44

Đồ thị 4.2: Biểu diễn bức xạ mặt trời mẻ sấy 2 44

Đồ thị 4.3: Biểu diễn ẩm độ và lượng nước mất đi mẻ 1 47

Đồ thị 4.4: Biểu diễn nhiệt độ môi trường và nhiệt độ đá mẻ 1 48

Đồ thị 4.5: Biểu diễn nhiệt độ, ẩm độ của môi trường và buồng sấy mẻ 1 48

Đồ thị 4.6: Biểu diễn nhiệt độ: môi trường – đá – buồng sấy mẻ 1 49

Đồ thị 4.7: Biểu diễn độ chứa ẩm khí sấy và khí sau sấy 49

Đồ thị 4.8: Biểu diễn ẩm độ và khối lượng hạt phơi ca cao mẻ 2 52

Đồ thị 4.9: Biểu diễn ẩm độ và khối lượng hạt sấy mẻ 2 53

Đồ thị 4.10: Biểu diễn nhiệt độ môi trường và đá khảo nghiệm mẻ 2 53

Đồ thị 4.11: Biểu diễn nhiệt độ, ẩm độ môi trường và buồng sấy mẻ 2 54

Đồ thị 4.12: Biểu diễn nhiệt độ môi trường – đá – buồng sấy 55

Đồ thị 4.13: Biểu diễn độ chứa ẩm khí sấy và sau sấy mẻ 2 55

Chương 1

MỞ ĐẦU 1.1 Dẫn nhập

Trong thời đại ngày nay, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng, trong khi đó các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá …ngày càng cạn kiệt khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng Cho nên việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió và năng lượng mặt trời… là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng trên toàn thế giới Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời

và triển khai chúng vào thực tế là vấn đề có tính thời sự

Việt Nam là nước có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào với số giờ nắng là 1600 -

2600 giờ/năm và lượng bức xạ vào khoảng 4 - 5 kWh/m2/ngày Đây là điều kiện tốt để

sử dụng nguồn năng lượng mặt trời Đồng thời, Việt Nam hiện nay vẫn là nước chuyên sản xuất các mặt hàng nông sản để tiêu dùng trong nước và xuất khẩu, một trong các sản phẩm nông sản đang có giá trị kinh tế cao hiện nay đó là ca cao Hạt ca cao trước khi được đem đi chế biến trong nước hay xuất khẩu ra nước ngoài thì cần phải qua quá trình sơ chế, trong đó giai đoạn làm khô có vai trò rất quan trọng quyết định chất lượng hạt ca cao, mà phương pháp làm khô hạt truyền thống của bà con nông dân hiện nay vẫn là phương pháp phơi nắng, nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, chi phí nhân công

và yêu cầu diện tích sân phơi lớn, và thời gian tương đối dài Ngoài ra khi thời tiết xấu, hạt không kịp khô thì dễ bị mốc, bốc mùi hôi dẫn đến giảm chất lượng hạt, kéo theo giá thành đầu ra của sản phẩm giảm mạnh, điều này ảnh hưởng đến đời sống của bà con nông dân Để khắc phục các nhược điểm trên một số loại hệ thống sấy phổ biến khác như là Samoan, sàn phẳng, thùng quay, buttner,… thì chi phí vận hành và lắp đặt

Trên cơ sở đó, được sự cho phép của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí - Công Nghệ dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Quang Giảng và thầy Nguyễn Đức Khuyến chúng tôi

đã tiến hành thực hiện đề tài:

“Tính toán, thiết kế hệ thống sấy ca cao dùng năng lượng mặt trời với năng suất

1.2.2 Mục đích cụ thể

9 Tìm hiểu quy trình sơ chế hạt ca cao

9 Khảo nghiệm sấy hạt ca cao bằng lò sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời

và bằng phương pháp phơi nắng truyền thống để xác định: các thông số kỹ thuật và hiệu quả kinh tế

9 Tính toán, thiết kế lò sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời với năng suất

110 kg hạt ướt/mẻ

Chương 2

TỔNG QUAN 2.1 Nguồn gốc, bản chất nguồn năng lượng mặt trời /TL 8/

Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1390.106 km (lớn hơn gấp 110 lần đường kính trái đất), cách xa trái đất 150.106 km Khối lượng mặt trời khoảng M0 = 2.1030 kg Nhiệt độ To trung tâm mặt trời thay đổi khoảng từ 10.106 K đến 20.106 K, trung bình khoảng 156.105 K Ở nhiệt độ như vậy thì vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron Khi các hạt nhân tự do

có va chạm với nhau sẽ tạo ra các vụ nổ nhiệt hạch Nguồn năng lượng bức xạ chủ yếu của mặt trời là do phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hydro, phản ứng này tạo ra hạt nhân Hêli Hạt nhân của Hydro có một hạt mang điện dương là proton Thông thường những hạt mang điện cùng dấu đẩy nhau, nhưng ở nhiệt độ đủ cao chuyển động của chúng sẽ nhanh tới mức chúng có thể tiến gần tới nhau ở một khoảng cách

mà ở đó có thể kết hợp với nhau dưới tác dụng của các lực hút Khi đó cứ 4 hạt nhân Hydro lại tạo ra một hạt nhân Hêli, 2 neutrion và một lượng bức xạ γ

Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 5762 K Nguyên tố phổ biến nhất trên mặt trời là nguyên tố nhẹ nhất Hydro Vật chất mặt trời bao gồm chừng 92,1% là Hydro và gần 7,8% là Hêli, 0,1% là các nguyên tố khác Sự kết hợp giữa hai nguyên tử Hydro có bốn proton, tạo thành một nguyên tử He có số proton ít hơn nên xảy ra hiện tượng hụt khối

∆m và giải phóng năng lượng Khối lượng mặt trời mỗi giây giảm chừng 4.106 tấn, tuy nhiên theo kết quả nghiên cứu thì trạng thái của mặt trời không thay đổi trong thời gian

5 tỷ năm nữa Như vậy nguồn năng lượng mặt trời gần như vĩnh cữu với sự tồn tại và phát triển của trái đất

2.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới /TL 15/

Sau cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1973, nhiều nước trên thế giới đã quyết định tìm đến những chương trình nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó lĩnh vực năng lượng mặt trời đóng vai trò vô cùng quan trọng Có thể nói, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận

Trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời vào cuộc sống, thì các thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời hiện nay đang được phát triển vô cùng mạnh mẽ trên thế giới, mỗi năm, một mét vuông thiết bị đun nước nóng mặt trời có thể tiết kiệm từ khoảng 500 - 900 kWh, tùy theo vùng khí hậu và hiệu suất thiết bị Trong đó, Trung Quốc, Nhật Bản, Israel, Sip, Australia là những nước đi đầu trong lĩnh vực công nghệ này

Ngành Công nghiệp năng lượng Mặt Trời trên thế giới đang tăng trưởng 40% một năm Tại Mỹ, năng lượng Mặt Trời dự kiến sẽ chiếm khoảng 35% nhu cầu tiêu thụ năng lượng của cả nước vào năm 2050 Nhật Bản đã đầu tư 3% GDP vào điện Mặt Trời, trong khi Trung Quốc cũng trở thành nước đầu tư lớn thứ 3 thế giới trong các hoạt động nghiên cứu và phát triển năng lượng mặt trời Liên minh châu Âu cũng có

kế hoạch tăng tỷ lệ sử dụng năng lượng thay thế lên 20% vào năm 2020

Về lĩnh vực pin mặt trời thì khoảng 1200 MW pin mặt trời được sản xuất năm

2004, trong khi sản lượng tích lũy của các hệ thống sản xuất điện từ năng lượng mặt trời được thiết lập trên toàn cầu đạt 2600 MW Các hệ thống pin mặt trời đang được thiết lập và trở thành quan trọng ở Nhật Bản, châu Âu, Mỹ và các vùng khác trên thế giới nhờ có các chương trình khuyến khích Hàng năm, mỗi mét vuông pin mặt trời (150W) được thiết lập ở Nhật Bản, trong vùng vĩ độ trung bình của hành tinh, sản xuất

ra 158 kWh điện, tiết kiệm một lượng dầu tương đương là 39 lít và cắt giảm gánh nặng carbon dioxide của thế giới tương đương với 316m2 rừng Đặc trưng có lợi nhất của sản xuất điện từ năng lượng mặt trời có thể tóm tắt như sau: "ở đâu có ánh nắng mặt trời, ở đó có thể sản xuất ra điện"

Nhận xét: Trên thế giới việc sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng phát triển

mạnh là một tiền đề lớn để năng lượng mặt trời thay thế dần cho các năng lượng truyền thống và vấn đề môi trường ngày càng được cải thiện

2.3 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta

2.3.1 Tình hình phân bố bức xạ và giờ nắng trong nước /TL 2/

Việt Nam là nước nhiệt đới, tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế

giới với tổng số giờ nắng và cường độ bức xạ nhiệt cao

9 Bức xạ mặt trời: khoảng 4-5 kWh/m2/ngày

9 Số giờ có nắng : 1600-2600 giờ/năm

9 Nơi có tiềm năng tốt: Tây bắc và từ miền Trung trở xuống phía Nam

9 Nơi nắng yếu ở Bắc bộ và bắc Trung bộ, đặc biệt từ tháng 11 đến tháng 2

Bảng 2.1 : Phân bố cường độ bức xạ tại các vùng trong nước ta

Cường độ bức xạ trung bình Vùng

3.91 1427

2

Vùng núi Tây Bắc, Thanh Hóa,

Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị

4.44 1549

3

Thừa Thiên - Huế, ven biển từ

Đà Nẵng đến Phú Yên, Kon Tum, Gia Lai, các tỉnh Miền Đông Nam Bộ, thành phố Hồ Chí Minh, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

4.80 1799

4

Đắk Lắk, Lâm Đồng, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình

Quảng Bình, Quảng Trị, Vùng núi Thừa Thiên Huế

Vùng ven biển từ Quảng Trị, Thừa Thiên – Huế đến Ninh Thuận

Phan Thiết ( Bình Thuận) Kon Tum, Gia lai, Đăk Lăk, Lâm Đồng Đông Nam Bộ, thành phố Hồ Chí Minh, Đồng bằng sông Cửu Long

2.3.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trong nước /TL 14/

Nước ta đã phát triển nguồn năng lượng điện mặt trời từ những năm 1960, tới nay, hoàn toàn làm chủ công nghệ điện mặt trời Hơn 20 năm trở lại đây, nước ta đã sử dụng nhiều loại thiết bị thu hứng ánh sáng mặt trời để phục vụ cho quá trình sản xuất như thiết bị sấy, thiết bị đun nước nóng, thiết bị chưng cất nước và dàn pin mặt trời

Hội khoa học kỹ thuật xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh đưa ra một số đề xuất: cần có một cơ quan chuyên nghiên cứu, ứng dụng năng lượng tái táo, quan trọng nhất

là năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng khí sinh học…nhằm xử lý phế liệu nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Giá pin mặt trời, thiết bị nấu nước nóng hiện nay đã rẻ hơn nhiều so với trước, song vẫn còn cao so với thu nhập của người dân, chưa thể xã hội hoá rộng rãi được, nhất là ở nông thôn, miền núi, hải đảo Nhà nước nên tác động để hạ giá thành sản phẩm sao cho người dân có thể chấp nhận được Những doanh nghiệp có dự án đầu tư sản xuất pin mặt trời, thiết bị đun nước

nóng bằng năng lượng mặt trời thì được Nhà nước ưu đãi nhiều điều kiện thuận lợi Trước mắt cần phát triển thiết bị đun nóng bằng năng lượng mặt trời vì đây là công nghệ không quá phức tạp, phù hợp với trình độ khoa học và công nghệ nước ta, lại có phạm vi ứng dụng vô cùng rộng rãi từ thành thị đến nông thôn

2.4 Các ưu thế của việc sử dụng năng lượng mặt trời

9 Không làm ô nhiễm không khí

9 Không gây hiệu ứng nhà kính

9 Không tạo ra phế thải rắn và khí độc hại

9 Là nguồn năng lượng vô tận và miễn phí

2.5 Cơ sở lý thuyết sấy /TL 3/

2.5.1 Khái niệm

Sấy là quá trình dịch chuyển ẩm từ trong hạt ra ngoài môi trường nhằm hạ

ẩm độ hạt đến một giá trị yêu cầu phục vụ cho các mục đích bảo quản hay cho các quá trình chế biến lương thực thực phẩm

Ẩm độ hạt là chỉ tiêu quan trọng trong việc mua bán nông phẩm

2.5.3 Bản chất của quá trình sấy

Là sự khuếch tán hơi nước từ bên trong vật liệu ra bề mặt vật liệu và tiếp theo là sự bốc ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường xung quanh dựa vào sự chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa bề mặt vật liệu và môi trường

2.5.4 Nguyên tắc của quá trình sấy

Làm cho phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu cao hơn phân áp suất hơi nước của môi trường, cụ thể:

9 Tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu, ví dụ hệ thống sấy tiếp xúc

9 Giảm phân áp suất hơi nước của môi trường, ví dụ hệ thống sấy lạnh, hệ thống sấy chân không

9 Kết hợp cả hai nguyên tắc trên, ví dụ các hệ thống sấy đối lưu

2.6 Các phương pháp sấy /TL 4/

Dựa vào trạng thái tác nhân sấy(TNS) hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta có hai phương pháp sấy: phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh

2.6.1 Phương pháp sấy nóng

Là phương pháp sấy trong đó người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy(VLS) và TNS bằng cách tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt VLS thông qua việc đốt nóng VLS hoặc vừa tăng phân áp suất VLS vừa giảm phân áp

suất TNS thông qua việc đốt nóng cả VLS và TNS Nguồn năng lượng chủ yếu là các

chất đốt như than đá, sinh khối , một số ít sử dụng điện và năng lượng mặt trời Các

hệ thống sấy(HTS) như là HTS đối lưu, HTS tiếp xúc, HTS bức xạ…

Các HTS sử dụng phương pháp sấy nóng có chi phí thấp, dễ chế tạo, cho khả năng bốc ẩm của vật liệu nhanh vì vậy các HTS này được dùng rất phổ biến Nhưng do nhiệt độ sấy cao không phù hợp với một số loại vật liệu và các yêu cầu dinh dưỡng, thẩm mỹ của một số loại lương thực thực phẩm

2.6.2 Phương pháp sấy lạnh

Trong phương pháp sấy lạnh người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa VLS và TNS chỉ bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy

đó các HTS này là các HTS chuyên dùng không phổ biến

2.7 Các hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời /TL 8/

Trong thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời, nhiệt được cung cấp bởi việc hấp thụ trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời của vật liệu sấy Hơi nước sinh ra được mang đi bởi không khí thổi ngang qua vật liệu sấy Không khí chuyển động được là nhờ quá trình đối lưu tự nhiên hoặc do quạt thổi cưỡng bức Thiết bị sấy năng lượng mặt trời gồm các loại phổ biến sau:

2.7.1 Tủ sấy dùng năng lượng mặt trời

Hình 2.1: Tủ sấy trái cây dùng năng lượng mặt trời

Thiết bị này có hình dạng là một cái tủ, một mặt của tủ là kính để thu bức xạ mặt trời chuyển thành năng lượng nhiệt làm tăng nhiệt độ của không khí, buồng sấy và sản phẩm sấy, có các mặt khác được bộc cách nhiệt Thường thì ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vật sấy và ẩm thoát ra được không khí lưu thông mang đi, quá trình lưu thông của không khí có thể là đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức do quạt thổi,

ẩm được thoát ra từ bên trên Vật liệu sấy được nằm trên các khay với từng lớp mỏng

và đặt trong tủ sấy Thiết bị này được sử dụng để sấy các loại trái cây hay ngũ cốc(cereal) như nho, lúa thóc … (Hình 2.1)

Ngoài ra, thiết bị sấy loại này có thể là một cái tủ mà các mặt xung quanh và trên làm bằng kính và đặt cố định trong ngày

Hình 2.2: Tủ sấy cố định 2.7.2 Thiết bị sấy kiểu nhà kính

Hình 2.3: Hầm sấy kiểu nhà kính dùng để sấy nông sản

Thiết bị sấy kiểu nhà kính có đặc trưng là có các mặt hướng về phía mặt trời được làm bằng kính, còn các mặt khác được cách nhiệt tốt và làm bằng các vật liệu

chịu nhiệt tốt, không ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm sấy

Đối với các nước có khí hậu lạnh thì mô hình nhà kính được sử dụng rộng rãi trong công việc ươm cây giống, trồng rau và hoa Nhà kính có thể giữ được nhiệt

độ cần thiết cho môi trường bên trong khi trời có mây hoặc vào ban đêm Thiết bị sấy

loại này còn dùng để sấy chè, sấy nông sản với nhiệt độ đều, chất lượng sản phẩm rất tốt

2.7.3 Thiết bị sấy gián tiếp

Trong trong các loại thiết bị này, bức xạ mặt trời không trực tiếp chiếu vào sản phẩm sấy mà thông qua tác nhân sấy, tác nhân sấy là không khí được làm nóng bởi các collector năng lượng mặt trời Quá trình lưu thông và tuần hoàn của không khí nóng có thể là tuần hoàn đối lưu tự nhiên, nhưng thường là tuần hoàn đối lưu cưỡng bức nhờ quạt Với thiết bị này nhiệt độ sấy có thể cao hơn nên thời gian sấy ngắn hơn

và chất lượng sản phẩm sấy được tốt hơn

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy

Nguyên lý làm việc: không khí trước lúc đi vào buồng sấy được nung nóng

bởi collector hấp thụ năng lượng mặt trời, không khí nóng được quạt gió hút và thổi vào buồng sấy đi qua sản phẩm sấy, làm bốc hơi nước từ vật liệu sấy, không khí nóng

có thể tuần hoàn một số vòng và thoát ra ngoài cùng hơi nước Đối với một số thiết bị sấy cho các sản phẩm đặc biệt hoặc cần thời gian sấy dài thì người ta có thêm nguồn năng lượng phụ để đề phòng những trời không nắng hoặc sấy vào ban đêm

Hình 2.5: Hệ thống sấy thóc năng lượng mặt trời

2.8 Tìm hiểu về vật liệu sấy

2.8.1 Giới thiệu sơ lược về cây cacao /TL 1/

Cây cacao có tên khoa học là Theobroma ca cao, thuộc họ Sterculiaceae, là loài duy nhất trong số 22 loài của thứ Theobroma được trồng sản xuất

Đầu nguồn lưu vực sông Amazon có thể nói là cội nguồn của cây ca cao Từ năm

1882, Morris (Jamaica) xếp loài Theobroma ca cao thành hai loài phụ: Criollo và Forastero Và đến nay người ta thống nhất trên thế giới có 3 loài cacao chính: Criollo, Forastero và Trinitario

Hình 2.6: Hai loài chính của ca cao: Criollo và Forastero

(Nguồn: http://www.fdl.com.vn) (Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/Cacao)

Hình 2.7: Trái ca cao và bên trong trái ca cao

Cây ca cao có thể trồng từ vĩ độ 20o Bắc đến vĩ độ 20o Nam nhưng hầu hết các trung tâm sản xuất ca cao đều chủ yếu nằm trên vùng đất ở vĩ độ 10o Bắc đến vĩ độ

10o Nam Nhưng tốt nhất vẫn trên những vùng đất thấp dưới 300 m so với mặt biển

Cây ca cao có thể sống trong thời tiết khí hậu có độ ẩm thường xuyên cao, nhưng cây ca cao thích hợp nhất với độ ẩm 85%, không khí nóng và ẩm hoàn toàn phù hợp với cây ca cao Lượng mưa hàng năm khoảng 1250 mm là rất thích hợp nhưng lượng mưa cần thiết chung khoảng 1500- 2000 mm Cây ca cao không thể chịu đựng trên đất khô hạn

2.8.2 Công dụng của ca cao /TL 12/

Ca cao là nguyên liệu chính của các sản phẩm ăn uống mà ngày nay con người rất ưa chuộng như là: bánh kẹo sôcôla, bơ ca cao, bột ca cao…

(Nguồn: <http://www.fdl.com.vn.>)

Hình 2.8: Một số sản phẩm làm từ hạt ca cao

Ngoài ra trong bột ca cao có chứa khoảng trên 300 loại hóa chất khác nhau

và khoa học đã chứng minh vai trò của các loại hóa chất ấy đối với cơ thể con người

và động vật:

9 Chất phenolic trong ca cao có tác dụng ngăn ngừa và hạn chế các nguy cơ rủi

ro có thể xảy đến với hệ tim mạch

9 Ca cao còn có tác dụng hạn chế nguy cơ tăng hàm lượng LDL - cholesterol, cho dù chế độ ăn có bị buông lỏng

9 Chất catechin trong chocolate cũng có tác dụng chống lại các chất oxy hóa - nguyên nhân gây xơ cứng mạch máu, mỡ máu cũng như các rủi ro khác cho tim, cho

hệ mạch kể cả mạch não

Nhận xét: Như vậy sản phẩm ăn uống từ ca cao đóng một vai tích cực trong

nhiều lĩnh vực trong cuộc sống đặc biệt là sức khỏe và đời sống của con người, cho nên việc trồng và chế biến ca cao là một ngành quan trọng mà chúng ta nên đầu tư và phát triển

2.8.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ ca cao trên thế giới /TL1/

Đầu thế kỷ 19 ca cao bắt đầu được xuất khẩu với qui mô 2000 - 5000 tấn từ các nước Nam Mỹ, đến cuối thế kỷ 19 ca cao được trồng ở các nước Tây Phi, trước hết

ở Ghana và Nigeria Trong giai đoạn 1945-1985, năm “cường quốc” ca cao là Brazil

(19%), Camerun (6%), Ghana (11%), Ivory Coast (30%), Nigeria(6%)

Nhìn chung việc trồng, chế biến, tiêu thụ các sản phẩm của cây ca cao đang theo chiều hướng tăng lên trên toàn thế giới, đáng chú ý là châu Á đặc biệt là Đông Nam Á(Malaysia, Indonesia ) Mức sống của hàng tỷ người châu Á đang tăng lên nhanh chóng, các sản phẩm ca cao trước đây coi như mặt hàng của những người giàu,

nay dần dần sẽ được tiêu thụ phổ biến hơn

Theo nghiên cứu của Tổ chức Cà phê - Ca cao thế giới, nhu cầu chế biến và tiêu thụ các sản phẩm từ ca cao đang tăng khoảng 4%/năm Trong đó các thị trường tiêu thụ nhiều nhất là Mỹ, Đức, Pháp, Anh, Nga Nhu cầu tăng nhưng nguồn cung tại các nước đang phát triển lại đang trên đà giảm sút Giá ca cao cũng đã tăng gần gấp đôi trong vòng vài năm trở lại đây

2.8.4 Tình hình trồng và sơ chế hạt ca cao trong nước /TL 1/

Từ thời thực dân pháp mới đến nước ta, cây ca cao đã được thử nghiệm gây trồng ở nhiều nơi trong các tỉnh phía Nam: từ các tỉnh Tây Nguyên và miền Trung trở vào Nam Bộ

Năm 1878, cây giống ca cao đã được trồng tại tỉnh Bến Tre Tất cả đã trồng hơn 4000 gốc khoảng trên 6 ha, phần lớn nằm gần Cái Mơn trong làng Vĩnh Thành, cây ca cao tỏ ra mọc tốt ở Bến Tre Cây ca cao từ Bình Trị Thiên đến mũi Cà Mau (Minh Hải) đã nhiều lần được gieo trồng, ra hoa kết quả nhiều trái to và nhiều hạt Từ miền Đông Nam Bộ tới Biên Hòa, Thủ Dầu Một, cây ca cao cũng lên rất đẹp…Nhưng tất cả các nơi ấy đều thấy không ai mua hoặc lẻ tẻ một số người mua để chế biến riêng

lẻ theo hộ gia đình

Theo thống kê chưa đầy đủ của Cục Trồng trọt, diện tích trồng ca cao cả nước đã tăng từ 500 ha vào năm 2003 Đến giữa năm 2008, diện tích trồng ca cao của Việt Nam đạt hơn 10.000 ha, trong đó có 75% diện tích được trồng xen cây công nghiệp như dừa, cây ăn trái, điều Việc trồng ca cao xen canh với các loại cây công nghiệp đã tạo sự đa dạng trong phát triển nông nghiệp, góp phần tăng thu nhập cho nông dân

Dự kiến, đến năm 2020, Việt Nam sẽ trở thành nước xuất khẩu ca cao hàng đầu thế giới với diện tích lên tới 80000 ha và đạt sản lượng trên 100000 tấn

2.8.5 Một số khó khăn trong sơ chế hạt ca cao ở Việt Nam /TL 16/

Mặc dù diện tích và sản lượng ca cao Việt Nam ngày càng tăng nhưng vẫn gặp một số khó khăn trong sơ chế hạt ca cao:

9 Hiện nay, việc làm khô hạt ca cao chủ yếu là phơi nắng nên vào mùa mưa rất khó phơi hạt và bị hư hại nhiều sẽ dẫn đến giảm chất lượng ca cao và giá bán cũng giảm nhiều Các cơ sở lên men hiện nay đã bắt đầu lo ngại việc lên men trong mùa mưa vì khi sản lượng ca cao nhiều lên thì việc phơi lên men sẽ rất khó thực hiện

9 Nông dân chỉ có một sản phẩm thô là hạt ca cao lên men, do đó giá trị không cao và phụ thuộc hoàn toàn vào thị trường thế giới

9 Việt Nam hiện nay chỉ chủ yếu sơ chế ca cao để xuất khẩu, cần phải có một công nghệ chế biến và hệ thống các công ty đủ mạnh để sản xuất sản phẩm ca cao

2.9 Quy trình chung sơ chế hạt ca cao /TL 9/

Hình 2.9: Sơ đồ quy trình sơ chế hạt ca cao 2.9.1 Thu hoạch trái

Thu hái trái ca cao căn cứ vào màu sắc của vỏ trái: khi các trái màu đỏ chuyển sang màu đỏ cam hoặc trái màu vàng chuyển sang màu lục vàng là đã chín Thu hoạch trái thường xuyên (2 tuần/lần hoặc ít hơn) Tránh để trái quá chín vì hạt có thể nảy mầm Không hái những trái còn xanh

2.9.2 Trữ trái và tách hạt

(Nguồn: /TL 11/ )

Hình 2.10: Trữ trái trong lồng làm bằng tre

Trữ trái từ 7 – 9 ngày trong rổ hoặc thùng, để nơi khô ráo tránh mưa và nguồn nước Số lượng trái nhiều sẽ có khối lượng hạt lên men nhiều hơn và hạt sẽ được lên men tốt hơn và chất lượng cao hơn

Trái tươi sau trữ phải được bổ ra và hạt phải được tách ra khỏi lõi Đừng mở trái bằng dao sắc để tránh làm tổn thương hạt Hạt bị cắt hoặc tổn thương do cắt trái ca cao sẽ bị hỏng khi lên men và sấy Tốt hơn là sử dụng dao cắt bằng thép cùn để tách hạt

Làm khô

2.9.3 Lên men

Tất cả hạt ca cao cho chế biến phải được lên men Khối lượng hạt sẽ quyết định kích cỡ và loại dụng cụ lên men Lên men với số lượng hạt ít thì ủ theo phương pháp ủ đống và ủ thúng còn với số lượng lớn thì ủ hạt trong thùng

Hạt ca cao lên men hoàn toàn có màu nâu ở ngoài vỏ (Hình 2.13), hạt ca cao lên men quá độ có khuynh hướng chuyển sang màu nâu đen và thường có những vùng nấm mốc phát triển (Hình 2.14)

(Nguồn: /TL 11/ )

Hình 2.13: Hạt ca cao sau khi lên Hình 2.14: Hạt ca cao lên men quá độ

men tốt 2.9.4 Làm khô và bảo quản

Hạt sau khi lên men phải làm khô bằng phơi hay sấy để độ ẩm từ 60% giảm xuống còn khoảng 7.5 ÷ 8 % Phơi sấy phải cẩn thận để tránh những mùi lạ phát triển Phơi sấy phải tiến hành từ từ Nếu làm hạt khô quá nhanh thì một số quá trình chuyển hóa hóa học sẽ không được hoàn thành, hạt sẽ chua có vị đắng Tuy nhiên nếu phơi sấy quá lâu nấm mốc và các mùi lạ sẽ phát triển Nhiệt độ trong quá trình phơi sấy không nên vượt quá 650C Tốt nhất đối với phương pháp phơi, hạt ca cao nên được làm khô

từ 5 – 7 ngày

9 Phơi nắng: trải hạt trên chiếu, khay hoặc sân xi măng nơi có ánh sáng tốt

Trong quá trình phơi phải đảo trộn hạt thường xuyên để đảm bảo hạt khô đồng đều

(Nguồn: /TL 11/ )

Hình 2.15: Phương pháp phơi hạt truyền thống

Phương pháp phơi hạt gặp các vấn đề là hạt phải di chuyển ra vào nếu trời mưa và vào ban đêm, hơn nữa phải thường xuyên di chuyển hạt đến chỗ có ánh nắng mặt trời khi phơi trên khay, rổ Khi mùa mưa nhiều, ca cao không thể làm khô hoàn toàn bằng cách phơi nắng và thường bị nhiễm nấm mốc Dẫn đến giảm chất lượng hạt nhiều nên sấy hạt là một giải pháp tốt

9 Sấy: Hạt sấy sẽ bị giảm chất lượng nếu bị nhiễm khói đốt tạo mùi lạ hoặc hạt

khô quá nhanh Các máy sấy sử dụng cho ca cao phải dùng nhiệt gián tiếp thông qua thiết bị trao đổi nhiệt Hạt ca cao sau khi được phơi sấy khô cần được để nguội sau dồn vào bao đay và cất trữ nơi khô ráo, thoáng mát Không nên để trực tiếp xuống nền nhà

mà cần kê cao 20 - 25 cm, cần kiểm tra thường xuyên để có thể phơi sấy lại tránh hư hỏng khi bảo quản

(Nguồn: /TL 11/ )

Hình 2.16: Thiết bị sấy ca cao sử dụng năng lượng mặt trời

2.10 Các loại máy sấy ca cao /TL 1/

2.10.1 Máy sấy Samoan

Đây là kiểu máy sấy đơn giản, dễ chế tạo và rẻ tiền; đáp ứng tại các vùng sản xuất ca cao với quy mô nhỏ Máy sấy Samoan gồm có một sàn phẳng có khe hở, được đặt trên những ống cấp nhiệt Luồng không khí nóng tỏa ra trên hệ thống sẽ luồng qua các khe hở và truyền nhiệt theo nguyên tắc đối lưu cho sản phẩm sấy nhằm làm thoát

ẩm sản phẩm sấy trải trên mặt sàn Các ống cấp nhiệt có thể làm bằng các thùng hình

50oC; bề dày lớp hạt 0.45 m, có khả năng sấy 1 tấn hạt ca cao khô trong 32 – 34 giờ Nhiên liệu diesel được dùng trong động cơ đốt trong để kéo quạt gió và cho đốt dầu, tiêu tốn khoảng 180 – 230 lít/ tấn hạt ca cao khô Trong trường hợp có hồi lưu khí sấy thì lượng nhiên liệu còn 155 lít để sấy 1 tấn hạt ca cao khô trong 24 giờ

Hình 2.18: Máy sấy sàn phẳng

2.10.3 Máy sấy thùng quay

Đây cũng là loại máy sấy hoạt động ở chế độ từng mẻ Hiệu suất của loại máy sấy này không cao, vì hạt ca cao ướt dễ đóng cục bên trong máy Máy chỉ thích hợp với sấy ca cao vào thời kỳ cuối khi mặt ngoài của hạt đã khô ráo Tốc độ quay của trống khá chậm khoảng 0.25 – 0.5 vòng/phút tránh được nguy cơ làm vỡ vỏ hạt ca cao Bên mặt trong của tang trống có gia công các lỗ có đường kính Ф = 8-10 mm nhằm đánh bóng hạt ca cao khi sấy

Hình 2.19: Máy sấy thùng quay

2.10.4 Máy sấy Buttner (sấy tháp)

Máy sấy Buttner là loại máy sấy hoạt động liên tục Máy gồm một tháp sấy hình trụ có đường kính cỡ Ф = 1.3 m, bên trong có bố trí các gàu múc (khay) trên một băng tải vô tận từ đáy lên đỉnh tháp Mỗi gàu chứa khoảng 40 kg hạt ca cao tươi, được cấp liệu từ mặt đất Khi gàu di chuyển lên trên hạt sẽ bị rơi chầm chậm xuống ngược chiều với luồng khí sấy thổi ngược từ dưới lên Ca cao sấy xong sẽ được tháo liệu từ dưới đáy tháp và được thay thế bằng hạt tươi để tiếp tục tiến trình sấy Năng suất của máy khoảng 9 tấn với thời gian sấy trong 16 giờ

Nhận xét: Với các loại máy sấy trên, nếu giá thành rẻ, dễ chế tạo thì chất

lượng hạt ca cao sấy sẽ không cao vì hạt dễ bị ám khói, ngược lại nếu máy sấy cho chất lượng hạt cao thì chi phí cho giá thành chế tạo và chi phí nhiên liệu (dầu diesel) rất cao Vì vậy nghiên cứu máy sấy với chi phí cho chế tạo và lao động phù hợp với yêu cầu của bà con nông dân đồng thời đảm bảo chất lượng hạt là một việc quan trọng

2.11 Lý thuyết về bộ thu nhiệt /TL 2/

2.11.1 Định nghĩa bộ thu nhiệt

Bộ thu nhiệt là bộ gồm tấm phủ trong suốt, tấm hấp thụ và lớp cách nhiệt (nếu có), có tác dụng hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời, biến nó thành năng lượng nhiệt và truyền nhiệt cho lưu chất (không khí hoặc nước) dùng để sấy lương thực và thực phẩm

2.11.2 Phân loại bộ thu nhiệt

Về cơ bản có 3 loại bộ thu nhiệt năng lượng mặt trời:

9 Bộ thu dạng phẳng

9 Bộ thu nhiệt dạng ống

9 Bộ thu nhiệt dạng bức xạ hội tụ

2.11.3 Nguyên lý hoạt động bộ thu nhiệt

Bộ thu nhiệt có cấu tạo dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng nhà kính được mô tả như sau:

Một phần lớn bức xạ Mặt trời có bước sóng λ < 4 μm có khả năng truyền qua được lớp phủ trong suốt Tùy theo tính chất vật liệu và bề dày của lớp phủ trong suốt mà bức xạ Mặt trời truyền qua nhiều hay ít Sau khi đi qua lớp phủ trong suốt, bức

xạ mặt trời đập lên tấm hấp thụ có phủ chất hấp thụ làm cho tầm hấp thụ nóng lên và bức xạ nhiệt ra xung quanh, nhưng vì mặt dưới và mặt bên được cánh nhiệt tốt nên bức

xạ nhiệt của tấm hấp thụ không truyền được ra môi trường Phần bức xạ nhiệt ở trên được kính ngăn lại vì kính chỉ cho qua bức xạ có bước sóng ngắn của vùng ánh sáng nhìn thấy và một phần rất nhỏ tia nhiệt, còn phần lớn tia nhiệt thì không truyền qua được, vì thế chúng phản xạ trở về tấm hấp thụ và làm cho tấm hấp thụ nóng dần lên

2.11.4 Hiệu suất bộ thu nhiệt

Hiệu suất bộ thu nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố:

bộ thu nhiệt càng cao

Những tác nhân ảnh hưởng đến hiệu suất bộ thu nhiệt:

9 Thông số thời tiết: bức xạ tán xạ, bức xạ trực xạ, nhiệt độ môi trường, tốc độ gió

9 Những thông số thiết kế: dạng bộ thu, vật liệu chế tạo bộ thu

9 Những thông số lưu lượng: tốc độ dòng khí, dạng dòng chảy

2.12 Tìm hiểu về một số loại vật liệu tích trữ nhiệt /TL 18/

Ngày nay, có 3 loại vật liệu tích trữ thường được sử dụng trong gia đình, nông trại và kinh doanh nhỏ là: đá, nước và vật liệu chuyển pha muối Glauber Các loại vật liệu này thường được sử dụng vì khả năng trữ nhiệt, tính kinh tế và mức độ an toàn của nó

b Nhược điểm

9 Thể tích trên một đơn vị nhiệt tích trữ luôn lớn hơn so với nước và muối

Glauber vì vậy yêu cầu cần có diện tích lớn khi lắp đặt

9 Sự ngưng tụ nước và hoạt động mạnh của vi khuẩn Tức là nếu nhiệt độ đọng sương của không khí đi vào kho trữ lớn hơn nhiệt độ của đá thì hơi ẩm trong không khí sẽ ngưng tụ trên bề mặt của đá, như vậy làm cho vi khuẩn phát triển mạnh

9 Hệ thống tích trữ nhiệt với vật liệu trữ nhiệt là nước dễ rò rỉ, ăn mòn hệ thống,

vì vậy khó khăn trong việc sửa chửa và bảo trì

9 Giá thành lắp đặt hệ thống đắt

2.12.3 Vật liệu chuyển pha muối Glauber

Hình 2.20: Muối Glauber