Nghiên cứu sấy nấm rơm bằng bơm nhiệt tích hợp với năng lượng mặt trời

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học : GS.TS LÊ CHÍ HIỆP (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm phản biện 1: TS NGUYỄN THẾ BẢO (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm phản biện 2: TS HÀ ANH TÙNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG Tp.HCM Ngày 05 Tháng 01 Năm 2017 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: Chủ tịch: TS NGUYỄN VẪN TUYÊN Thư ký : TS TRẦN VẪN HƯNG ủy viên - Phản biện 1: TS NGUYỄN THẾ BẢO ủy viên - Phản biện 2: TS HÀ ANH TÙNG ủy viên: TS TẠ ĐẴNG KHOA Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA co KHÍ (Họ tên chữ ký) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Phái: Nam Nơi sinh : Bình Thuận Họ tên học viên : Lê Minh Khánh Mã số học viên: 13061218 Ngày tháng năm sinh : 25/08/1988 Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt Mã ngành: 60520115 I TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SẤY NẤM RƠM BẰNG BƠM NHIỆT TÍCH HỢP VỚI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG + Nghiên cứu sở lý thuyết liên quan đến bơm nhiệt tích hợp lượng mặt trời để sấy nấm rơm điều kiện thời tiết Việt Nam (Bình Thuận), dựa cơng trình nghiên cứu giới + Chế tạo mơ hình thực nghiệm cho hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp lượng mặt trời hoạt động nhiều chế độ khác + Thực nghiệm phương án khác nhau, đo đạc thông số nhiệt động xử lý số liệu thành dạng bảng biểu đồ so sánh + Thực nghiệm phân tích yếu tố ảnh hưởng đến hiệu lượng hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp lượng mặt trời + So sánh hiệu kinh tế - kỹ thuật hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp lượng mặt trời so với phương pháp sấy khác + Rút kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 04/12/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ GS.TS LÊ CHÍ HIỆP GS.TS LÊ CHÍ HIỆP (Họ tên chữ ký) LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: LÊ MINH KHÁNH GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP Make plans drying solar integrated into the various heat pump Use the theoretical basis and the appropriate calculation formula for the heat pump system with integrated solar energy-based methods inherited from the theoretical research and empirical scientists go ahead Manufacturing of experimental model systems for drying mushrooms with integrated heat pump with solar energy Experimental and comparative technical and economic efficiency of the heat pump system with integrated solar energy for drying mushrooms compared to other drying methods Experimental study of factors affecting the energy efficiency of heat pumps integrated solar energy for drying mushrooms HVTH: LÊ MINH KHÁNH Trang LỜI CAM ĐOAN Học viên xỉn cam đoan nội dung kiến thức sổ liệu thực nghiệm trình bày luận văn học viên tìm hiểu, nghiên cứu đo đạc mơ hình thực nghiệm học viên Trong q trình làm luận văn, học viên có sử dụng số nguồn tài liệu tác giả khác Việt Nam giói, có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Học viên Lê Minh Khánh DANH MỤC CHỮ VIẾT TẤT, KÝ HIỆU, HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Được SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN CHỮ VIẾT TẤT SPF: Seasons Performance Factor, hệ số hiệu theo mùa GWP: Global Warming Potential, tiềm làm nóng tồn cầu ODP: Ozone Depletion Potential, tiềm phá hủy tầng ozone TEWI: Total Equivalent Warming Impact, tổng tác động làm nóng tương đương COP: Coefficient Of Performance, hệ số hiệu LT:Lý thuyết TT: Thực tế HTS : Hệ thống sấy TNS : Tác nhân sấy VLS : Vật liệu sấy VLÂ: Vật liệu ẩm HTL : Hệ thống lạnh TNL : Tác nhân lạnh TBNT: Thiết bị ngưng tụ TBBH: Thiết bị bay MN : Máy nén s Sự chênh lệch xạ mặt trời hấp thụ collector w/m2 đơn vị diện tích tổng xạ nhiệt bị tổn thất từ bề mặt collector Diện tích collector nr' Ac N Số kính hay phủ Ut Hệ số tổn thất phía mặt collector/dàn bay £ Độ đen bề mặt phủ £ ưe Độ đen bề mặt hấp thụ Hệ số tổn thất mặt đáy collector ưb Di F Hệ số tổn thất phía mặt bên collector Đường kính ống Hệ số hiệu collector/dàn bay w/m2.độ m hif Cb Hệ số tỏa nhiệt đối lưu ống Hệ số dẫn nhiệt mối hàn w/m2.độ F w Hiệu suất cánh Khoảng cách hai ống liên tiếp p g Ầp Hệ số dẫn nhiệt hấp thụ Ầins Hệ số dẫn nhiệt cách nhiệt 8p Bề dày cách nhiệt ôins Chiều dày hấp thụ n mr Hiệu suất collector Lưu lượng khối lượng môi chất lạnh psuc Khối lượng riêng môi chất lạnh T|V w/m2.độ w/m2.độ m w/m.độ w/m.độ m m kg/s kg/mJ Thể tích quét piston Vsw Hiệu suất thể tích hút DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh nấm rơm Hình 1.2: Kết cấu giản đồ khơng khí ẩm t-d np/vòng Hình 1,3 Các q trình giản đồ t-d Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị Hình 2.2: Sơ đồ dòng lượng Hình 2.3 đồ thị T-S bơm nhiệt Hình 2.4 đồ thị lgP-i bơm nhiệt Hình 2.5 Cách thức phân loại bơm nhiệt có máy nén theo ứng dụng nguồn cho nhiệt [8] Hình 2.6 Phần trăm ứng dụng bơm nhiệt sản xuất nước nóng làm nóng [9] Hình 2.7 Phần trăm nguồn cung cấp nhiệt cho bơm nhiệt [9] Hình 2.8 Các nguồn cung cấp nhiệt kết hợp nguồn cung cấp nhiệt cho bơm nhiệt [10] Hình 2.9 Hệ số hiệu suất theo mùa hệ thống bơm nhiệt sử dụng nguồn cho nhiệt không khí khơng khí kết hợp với lượng mặt ười [11] Hình 2.10 Hệ số hiệu suất theo mùa hệ thống bơm nhiệt sử dụng nguồn cho nhiệt lượng mặt ười [11] Hình 2.11 Cấu tạo bơm nhiệt Hình 2.12 Sơ đồ tổng quát phân loại MN lạnh Hình 2.13 Máy nén kín (ưái) máy nén nửa kín (phải) Hình 2,14 Cấu tạo dàn bay làm lạnh khơng khí Hình 2.15 Thiết bị ngưng tụ làm mát khơng khí Hình 2.16 Đồ thị T-s hệ thống bơm nhiệt có tích hợp lượng mặt ười[12] Hình 2.17 Hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp lượng mặt ười không tách ẩm tác nhân sấy không hồi lưu Hình 2.18 Hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp lượng mặt ười có tách ẩm tác nhân sấy có hồi lưu TNS Hình 2.19 Hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp lượng mặt ười có tách ẩm tác nhân sấy khơng hồi lưu Hình 3.1 Đồ thị I -d cho trình sáy lý thuyết Hình 3.2 Cân nhiệt cho trình sấy thực tế Hình 3.3 Đồ thị t- d cho trình sấy thực OỊ — 1,2 ơn,! — 1,2.0,728 ^P2S_r p.ầt.d2 = 1,2.0,728 Vậy k = 674,87 9,01.12072 33Z3-145,01 2,05.1010,8.0,01 C1| = 6818,42 W/m2K ũ,2 w JW* Diện tích trao đổi nhiệt bên P — Q* K ầttb 2,14 U)3 674,8723,9 0,1326 ĩĩí2 Tính thơng số cụ thể dàn ngưng + SƠ ơng dàn: n - -77- - 77777777-7 - -■1 ông Để dễ bố trí số ống dàn ta chọn n = 24 ống + Chọn số ống hàng m = ố ống, ta có số hàng ống dàn ngưng là: z = n/m = + Kích thước dàn: - Chiều rộng dàn: B = z.s2 = 4.0,03 = 0,12 m - Chiều cao dàn: H = m.Si = 6.0,03 = 0,18 m - Chiều dài dàn chọn L = 0,25 m 3.3.3.2 Thiết bị bay hoi (Thiết bị làm lạnh khơng khí) Cơng dụng Dàn bay có tác dụng nhận nhiệt khơng khí chuyển động bên ngồi dàn làm nhiệt độ khơng khí giảm xuống nhiệt độ đọng sương để tách phần ẩm khơng khí trước vào dàn bay đồng thời hóa mơi chất chuyển động bên ttong dàn lạnh từ ttạng thái lỏng đến ttạng thái bão hòa Ochọn dàn bay dạng ống đồng cánh nhôm Thiết kế dàn bay 1- Quạt dàn lạnh: 2- óng mói cliấc vào ra; 3- Hộp dâu dày; 4- óng xa tnrỡc ngưng; 5- Máng nước ngưng; 6- Ba ch treo Hình 3.8 :Dàn bay Dàn bay có tác dụng làm lạnh khơng khí nên ta chọn loại dàn bay làm lạnh khơng khí đối lưu cưỡng cấu tạo dàn hình vẽ Do làm lạnh khơng khí đến điểm sương nên dàn bay có máng hứng nước ngưng dưới, cấu tạo dàn bay hình vẽ Chọn ống cho dàn bay hơi: Đe phù hợp với môi chất R134a, ta chọn ống đồng cánh nhơm hình vng làm ống dẫn mơi chất ưong dàn.Các thông số ông chọn sau: + Ồng: - Đường kính ưong: dtr = mm - Đường kính ngồi: dng = 10 mm - Bước ống: - Chiều dài đoạn ống: L = 0,2 m S| = s2 = s = 30 mm ứ - Bước cánh: - Chiều dài cánh: sc = mm lc = 30 mm - Đường kính tương đương cánh:dc = —=38,21 mm A -A Thông sổ cho trước Qo - Phụ tải nhiệt yêu cầu thiết bị bay hơi, w + Công suất dàn: Qo = A O,831kW k - Hệ số truyền nhiệt, W/m K Trong đó: + Nhiệt độ khơng khí vào dàn bay hơi: tk0’ = 35°C '\t0 - Độ chênh nhiệt độ lơgarit trung bình, °K 'Vmax - Hiệu nhiệt độ lớn + Nhiệt độ khơng khí khỏi dàn: tk0” = °C qOf - Mật độ dòng nhiệt, w/m = Atnmx — t(j = 35 — u = 35 °C + Nhiệt độ bay môi chất dàn: to = O°C Tính độ chênh nhiệt độ trung bình A liệu nhự + Tốc độ khơng khí đầu vào dàn lạnh: ífJ0 = m/s Theo [14], độ chênh nhiệt độ trung bình tính theo cơng thức: "tonhiệt ydy Tính diện tích trao đổi Thay vào cơng thức tí Au 18,29 °C p Ổo - — m2 Xác định hệ số truyền nhiệt k (3.59) ống có chiều dày mỏng (d2/di= 1,2 + tkk”) = 0,5(35+8) = 21,5 °C Tra bảng Phụ lục- Thơng số vật lý khơng khí khơ -với nhiệt độ 21,5 °C ta có: tt=l,199k ' k " Ả ■■ 2,602.10’2W/mK + Ta tính hệ số R J 6J nnur- de Re = —- -5,24.0,032 =11 03JiP = 157oil^ ' V n + Khi hệ số Nu tính theo cơng thức với ống xếp song song: Nu = O,138.Re0’63 = 48,607 + Hệ số toả nhiệt cánh: Nu.Ak 48,607.2,602 10 = 39,52 —K “c d, ~ 0,032 + Hệ số toả nhiệt tương đương phía ống có cánh: T?fi+x W/m2K nn *, (3.57) D.ŨŨ5452 Trong đó: - Jf = ặ = ^J- = 0,044 - F} = Fcl + Fol = 0,128 + 0,005652 =0,134 m2 = 0,9 : Hiệu suất cánh Vậy: J - 39,52.^ 0,9 1- 0,044 - 35,63 W/m2K 0.1M Ta cóa ' :o cơng thức: ữj 015 ££1 W/m2K Trong đó: + Í'J rT,Ấ chuyển động lỏng R134a hệ thống, m/s TI : độ dòng chảy thích hợp -ta có: V( = 0,4 - m/s Ta chọn tf> - 0,6 m/s +&, - Khối lượng riêng cuả R134 lỏng °C: Ợị = 1,377.103 kg/m3 + - Hệ số lấy theo bảng Tại o°c, A = 1,32 = + tw — to + dtt - Đường kính ống, m Do tw chưa biết nên ta tìm flj phương pháp lặp: Giả sử tw = 3,4 °C, ta tính được: H1 J '-£i “ỉr (ự - l_r3Z3< 3,4 - 1|S 0,6.1377 u'5 _ JTT-4033,z w/m K 0,008 ' Thay vào (3.61) ta có: K OHOOB + 4033,2 3H9 + 35,63.25,5 Vậy K = 730,381 K; , = 4033,2 W/m2K tw = 3,4 °C - 730,30 m’.K Diện tích trao đổi nhiệt bên CUJ3L10 Tính thơng số cụ thể dàn bay 730,38.18,29 ẤẤ IV + Sô ông dàn: n = - jT i 0^062 = -—37—— = 13 ông -4 0,062 Tfi- Ti Ấ W.di4 Í.14.0.ÍJ(Í0.2 + chọn số ống thiết kế:n=16 ống + Chọn số ống mổi hàng m = ố ống, ta có số hàng ống dàn bay là: z = n/m = + Kích thước dàn: - Chiều rộng dàn: B = z.s2 = 4.0,03 = 0,12m - Chiều cao dàn: H = m.Si = 6.0,03 = 0,18 m - Chiều dài dàn chọn L = 0,2 m 3.3.3.3 Tính chọn máy nén Nhiệm vụ máy nén lạnh Máy nén lạnh phận quan ttọng hệ thống lạnh nén Máy nén có nhiệm vụ: - Liên tục hút sinh thiết bị bay - Duy trì áp suất po nhiệt độ to cần thiết - Nén lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát, nước khơng khí, đẩy vào thiết bị ngưng tụ - Đưa lỏng qua van tiết lưu trở thiết bị bay hơi, thực q trình tuần hồn kín môi chất lạnh hệ thống gắn liền với việc thu hồi nhiệt môi trường lạnh thải nhiệt mơi trường nóng Tính chọn loại máy nén Với môi chất R134a ta chọn loại máy nén pittông kín Cơng nén riêng : = i2 - ii (kJ/kg) Trong : 1: cơng nén riêng cơng nén lí thuyết mà máy nén phải sinh để nén kg mơi chất theo q trình đoạn nhiệt từ áp suất Po đến áp suất Pk (kj/kg) i2: entanpi môi chất khỏi máy nén (kj/kg) ii; entanpi môi chất vào máy nén (kJ/kg) Vậy: = 411,8-398,6=13,2 (kJ/kg) Công nén đoạn nhiệt (cơng nén lí thuyết) : L = G.l = 0,0162.13,2= 0,24 (kW) Thể tích hút thực tế máy nén : vtt = G.V1 = 0,0162.0,06931= L122.10’3 (m3/s) Công suất thị: Công suất thị công suất thực trình nén lệch khỏi trình nén đoạn nhiệt lí thuyết AQ = T (kW) IỈL Trong : Ni: cơng suất thị (kW) Hi : hiệu suất thị đặc trưng tổn thất lượng trình nén thực với tổn thất khác Tữ 273,15 + = V 0.002W = 17'3Ỵ57"+ 0,00250 = Mí Vậy: *! = - = “£ = W(kW) t?( Ũ,B3 x ' Công suất hiệu dụng ( cơng suất hữu ích) : Đây cơng suất đo trục khuỷu Nó bao gồm tổn thất ma sát chi tiết chuyển động Piston, xéc măng xilanh, trục khuỷu, tay biên ổ đỡ, ổ trượt, ổ lăn Ne=— (kW) Trong : Ne: cơng suất hiệu dụng (kW) ỉfe ; hiệu suất nén " ■ a đồ thị phần Phụ lục ffe,: /ve Hiệu suất động : Or] Công suất ttên trục độ ị-=^- = 0,345 (kW) ĩìe 0,695 v7 = 0,695 (Vì ta sử dụng máy nén kín nên < Cơng suất tiêu thụ điện động : Công suất tiêu thụ điện động ( Nel) công suất đo bảng đấu điện động Công suất tiêu thụ điện phải lớn cơng suất hữu ích Ne tính thêm tổn thất truyền động tổn thất động điện Cơng suất động điện lắp đặt : Vẹ _ 0.345 ~ 1O.B4 = 0,41 (kW) Công suất động điện lắp đặt Nđcơ phải lớn Nel nhiều lí sau : + Mỗi chế độ làm việc có u cầu cơng suất nén khác Khi t k to tăng cơng nén tăng Người ta phải tính tốn theo chế độ làm việc khắc nghiệt mà máy nén gặp phải, Ni Ne đạt cực đại + Trong vận hành nhiều điện áp không ổn định nên chọn công suất động để tránh tải điện áp sụt cần phải chọn công suất lớn Do : Ndcơ = (1,1 : 2,l).Nei (kW) Chọn Nđcơ = l,2.Nei (kW) Vậy: Ndcơ= 1,2 X 0,41= 0,492 (kW) Hay: Nđcơ = 0,66HP '■ Dựa vào sở tùih tốn ta chọn máy nén có thơng số phù hợp, sử dụng máy nén dạng kín KULTHORN AE2428ZK-SR CHƯƠNG4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA PHƯƠNG ÁN 4.1 Kết thực nghiệm phương án Để thuận tiện q trình thí nghiệm (thay đổi chế độ sấy khác nhau) nên tác giả thiết kế chế tạo máy sấy theo kiểu tích hợp nhiều chế độ máy sấy, chế độ sấy khác theo chế độ vận hành thích hợp 4.1.1 Phương án (Hệ thống sấy theo kiểu bơm nhiệt truyền thống) 1l ' ‘T 'ĩí í ÌỈTlC TỦSÁY Hình 4.1: Sơ đồ ngun lý phương án ... nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài bơm nhiệt có tích hợp lượng mặt trời để sấy nấm rơm Và nội dung nghiên cứu bao gồm: nghiên cứu hiệu lượng đầu hệ thống bơm nhiệt có tích hợp lượng mặt trời, ... thuật nhiệt Mã ngành: 60520115 I TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SẤY NẤM RƠM BẰNG BƠM NHIỆT TÍCH HỢP VỚI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG + Nghiên cứu sở lý thuyết liên quan đến bơm nhiệt tích hợp. .. sánh với số hệ thống sấy khác Cũng yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hệ thống bơm nhiệt có tích hợp lượng mặt trời Phuong pháp nghiên cứu Q trình nghiên cứu tích hợp lượng mặt trời vào bơm nhiệt để sấy nấm