Bài viết trình bày kết quả thực nghiệm sấy cà rốt sợi quy mô 10kg/mẻ bằng năng lượng mặt trời (NLMT) công nghệ sấy hiệu ứng nhà kính (HUNK) kiểu đối lưu cưỡng bức và sấy HUNK cấp nhiệt bổ sung từ nguồn nhiệt tích trữ năng lượng mặt trời bên ngoài.
Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh HNKH-05 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SẤY CÀ RỐT SỢI TRÊN MÔ HÌNH SẤY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC CĨ CẤP BỔ SUNG NGUỒN NHIỆT TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Bùi Trung Thành1Nguyễn Trung Kiên, Phạm Quang Phú, Lê Đình Hồi, Nguyễn Minh Cường2 Khoa Cơng nghệ Nhiệt lạnh 2.Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Máy cơng nghiệp buitrungthanh@iuh.edu.vn Tóm tắt: Bài báo trình bày kết thực nghiệm sấy cà rốt sợi quy mô 10kg/mẻ lượng mặt trời (NLMT) công nghệ sấy hiệu ứng nhà kính (HUNK) kiểu đối lưu cưỡng sấy HUNK cấp nhiệt bổ sung từ nguồn nhiệt tích trữ lượng mặt trời bên ngồi Đối với thực nghiệm sấy HUNK có cấp bổ sung nhiệt thực cấp tác nhân sấy khí qua collector khí vào đầu buổi sáng từ 7-9 qua collector dầu truyền nhiệt từ 15 đến hoàn thành mẻ sấy chế độ vận tốc khí cấp 0,5m/s Nhiệt độ khơng khí buồng sấy HUNK trì ổn định mức t= 552 OC Kết thực nghiệm cho kết sấy cà rốt sợi có độ ẩm nguyên liệu 85% xuống độ ẩm bảo quản cho chế biến phạm vi 5,6%, tốc độ giảm ẩm trung bình 6,6% /giờ, tiêu hao điện riêng 655,5Wh/kg ẩm, đối sánh với sấy HUNK đối lưu cưỡng có tốc độ giảm ẩm trung bình 5,4%, chi phí điện riêng 366Wh/kg, sản phẩm sấy đạt 19,5% ẩm Thông qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy vấn đề thực tiễn đặt cho nghiên cứu sấy vật liệu có độ ẩm cao rau củ nói chúng cà rốt nói riêng áp dụng công nghệ sấy HUNK đối lưu cưỡng cần phải có thêm nguồn nhiệt bổ sung thực nghiệm thực hồn thành mẻ sấy ngày, sản phẩm sấy đạt chất lượng theo yêu cầu Từ khóa: sấy cà rốt sợi, sấy hiệu ứng nhà kính đối lưu cưỡng bức, độ ẩm vật liệu sấy, thu lượng mặt trời, thời gian sấy, tốc độ sấy, lượng mặt trời EXPERIMENTAL RESEARCH OF FIBERS CARROT DRYING ON A FORCED CONVECTION GREEN HOUSE MODEL WITH SOLAR ENERGY STORAGE HEAT SOURCE SUPPLEMENTARY Bui Trung Thanh1 Nguyen Trung Kien1, Pham Quang Phu1, Nguyen Minh Cuong2,Le Đinh Hoai1, Trần Việt Hùng Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Máy Công nghiệp buitrungthanh@iuh.edu.vn Abstract: This paper presents the experimental results of drying model of 10kg per batch for fiber carrots by solar energy with the forced convection greenhouse (FCG) drying technology by and the greenhouce drying with additional heating from an external solar energy storage source For the FCG drying experiment with additional heat, the air agent was supplied through an air collector in the early morning from 7-9 Amand through a heat transfer oil collector from 3Pm till to completation of the drying batch with supplying an air velocity of 0.5m/s The air temperature in the FCG chamber was maintained 55 2OC Experimental results showed that the drying of fiber carrots with 85% raw material moisture content was ranged to 5.6% for processing, the average moisture reduction rate is 6.6%/hour, and the power consumption 655.5Wh/kg of moisture, content which compared with FCG drying which got the average moisture reduction rate was -51- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 5.4%, the specific electricity consumtion was 366Wh/kg with themoisture content of final dried carrot was 19,5% Through empirical research, the practical problem posed for the researchers that dries hight moisture content materials such as vegetables, fruits, and carrots in particular must have an additional heat source to complete a drying batch in a day so the dried product meets the required quality Keywords: fiber carrots, Forced convection greenhouse dryer, material moisture, solar collector, drying time, drying speed, Solar energy I.GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, vấn đề nghiên cứu sấy nông sản thực phẩm lượng mặt trời (NLMT) nói chung sử dụng cơng nghệ sấy hiệu ứng nhà kính (HUNK) đối lưu cưỡng kết hợp cấp tác nhân sấy từ hấp thụ lượng mặt trời từ bên nhà sấy nhà khoa học giới nước quan tâm nghiên cứu nhằm hướng đến khai thác sử dụng hiệu nguồn lượng mặt trời vào sống người nhằm vừa mang lại hiệu cho sản xuất vừa hướng đến khai thác nguồn lượng xanh, bảo vệ môi trường số Đối với nước có tác giả Trần Nghĩa Khang cộng [1] nghiên cứu hiệu việc sấy khô cá tra nhà kính nguồn lượng mặt trời có cấp bổ sung nguồn nhiệt từ bên ngồi thơng qua hấp thụ nhiệt NLMT Cá sấy treo móc buồng sấy nhà kính kết hợp với viêc cấp thêm nguồn khơng khí nóng cao nhiệt độ môi trường 10ᴼC từ collector NLMT thổi vào Kết sấy cho chất lượng cá sấy cao phơi nắng mặt trời, lượng peroxide mẫu cá phơi khô cao gấp lần lượng peroxide mẫu cá sấy máy sấy NLMT Một mơ hình thiết bị sấy lượng mặt trời HUNK để sấy hạt ca cao lên men tác giả Nguyễn Văn Thành [2] nghiên cứu triển khai thử nghiệm Bến Tre, Cần Thơ Thiết bị sấy loại đối lưu tự nhiên có tích nhiệt Bộ thu nhiệt lợp polycacbonate suốt, bên bỏ đá hộc (20cm x 30cm) sơn đen, thu nhiệt vừa có tác dụng hấp thụ nhiệt vừa có tác dụng tích nhiệt, thành buồng sấy có lỗ ẩm mơi trường sàn sấy làm lưới thép phía khoảng khơng, đặt vào vài bóng đèn dây tóc để sấy trời mưa Thiết bị sấy nàycòn gọi thiết bị sấy lai Kết thực nghiệm cho kết nhiệt độ môi trường phạm vị 22 - 36°C nhiệt độ buồng sấy đạt từ 29 - 59°C Kết áp dụng để sấy hạt ca cao vào mùa nắng cho thời gian hoàn thành mẻ sấy kéo dài từ - ngày so với phới nắng kéo dài 7-8 ngày, sản phẩm sấy không bị nấm mốc hay lên men độ phơi Đỗ Minh Cường, Phan Hòa [3] nghiên cứu q trình sấy thóc lượng mặt trời kiểu sấy HUNK đối lưu tự nhiên, suất 200kg/mẻ, thiết bị gồm thu nhiệt dạng phẳng buồng sấy tháo rời di chuyển Bộ thu nhiệt sơn đen Nhiệt hấp thụ qua thu nhiệt, thành sơn đen phần phủ nilon buồng sấy Với bề dày lớp thóc 4cm, diện tích sàn sấy 4m 2, ngày nắng có nhiệt độ mơi trường 37°C, cho nhiệt độ buồng sấy lúa đạt đến 45 - 54°C, thời gian sấy mẻ lúa 16 so với 24 phơi Đinh Vương Hùng Nguyễn Xuân Trung nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy HUNK kết hợp cấp nhiệt bổ sung từ nguồn nghiệt bên (máy sấy lai) dùng sấy tỏi đảo Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Buồng sấy diện tích 12,6m2, tường xây gạch bao quanh có mái nghiêng lợp kính suốt dày 5mm, có hai cửa vào, giá sấy di động, giá có năm khay sấy, tổng diện tích 23,4m2 Bộ thu nhiệt HUNK lợp kính suốt dày 5mm, phần đáy buồng sấy lợp fibro-cement sơn đen, có dạng lượn sóng diện tích thu nhiệt 19,42m2, quạt hút chạy điện 220V lò đốt than tổ ong lắp đặt với buồng sấy để cấp vào buổi tối hoạt động trời mưa Nghiên cứu thử nghiệm sấy 240 kg tỏi qua phơi nắng, phần thân củ có độ ẩm tương đối trung bình 59,08%, sau 24 sấy (2 ngày), độ ẩm giảm xuống 54,55% Kết thí nghiệm cho nhiệt độ buồng sấy đạt đến 5055°C khoảng trưa, tốc độ giảm ẩm đạt trung bình 1,42kg ẩm/giờ, tương ứng tốc độ giảm ẩm đạt trung bình 0,31 %/giờ Tỏi sau sấy đạt độ ẩm phần thân củ 55%, phần vỏ lụa 8%, phù hợp với u cầu bảo quản lâu dài Mơ hình mang lại hiệu cao so với việc phơi nắng tự nhiên, thời gian sấy nhanh gấp 1,5 -2 lần nên cho phép giảm nhân công Đối với công bố quốc tế sấy lượng mặt trời nhiều tác giả thực A Fudholi công [5] nghiên cứu phát triển hệ thống sấy buồng cấp nhiệt từ thu NLMT, bề mặt hấp thu xạ mặt trời phủ sơn đen bố trí cánh tản nhiệt bên nhằm tăng cường trình trao đổi nhiệt với khí trời thổi vào Hệ thống sấy dùng để sấy rong biển, nhiệt độ trung bình buồng sấy đạt 57 – 64°C, lưu lượng khối lượng khơng khí 0,0536 kg/s, hiệu suất trung bình thu NLMT 35% Abdullah cộng [6] đưa thiết kế máy sấy đối lưu cưỡng Toàn -52- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh vách làm kính suốt polycarbone mái có kết cấu dạng vịm hình parabol, vách dạng hộp chữ nhật Máy thử nghiệm để sấy hạt ca cao, hạt cà phê, thịt thái lát, rong biển, cá Mơ hình sấy có kích thước dạng khung cao 1,98m-2,73m đặt sàn bê tơng sơn đen 3,27m2, tồn phủ nhựa chống tia tử ngoại suốt dày 1,5mm với hệ số truyền qua 70% Có hai quạt 80W lắp phía cửa để đối lưu cưỡng dịng khí sấy Trong vịng giờ, 65 kg cá nhỏ sấy khô với nhiệt độ sấy 51°C Đối với sấy cà rốt nước có tác giả Võ Duy Mạnh cộng [7] kết hợp lai tạo phương pháp sấy bơm nhiệt sấy thùng quay, Các kết khảo nghiệm cho thấy cà rốt sấy chế độ: nhiệt độ sấy 40°C, vận tốc tác nhân sấy 2,5m/s, số vòng quay 15vòng/phút, khối lượng sấy ban đầu 4,5 kg hệ thống sấy đạt hiệu suất tách ẩm cao, làm việc ổn định hiệu hơn; sản phẩm sấy giữ màu sắc tốt so với phương pháp sấy thông thường đồng thời tiết kiệm lượng so với phương pháp sấy khơng khí nóng dùng điện trở Tác giả Trương Minh Thắng [8] thực sấy cà rốt bơm nhiệt kiểu bậc thang, sử dụng hai bơm nhiệt với hai dàn nóng, dàn lạnh khác với mục đích tăng nhiệt độ tác nhân sấy buồng sấy Vật liệu sấy cà rốt thái lát 1cm, nhiệt độ sấy điều chỉnh phạm vi 50,5°C , vận tốc gió buồng sấy trì vận tốc 1,5 m/s Y Abbaspour-Gilandeh công [9] nghiên cứu sấy cà rốt theo phuơng pháp sấy khác để đánh giá tiêu gồm : thời gian sấy, chất lượng sản phẩm, độ khuếch tán tẩm, độ hoàn nguyên nước cà rốt thái lát phương án sấy bao gồm sấy khí nóng HD, sấy vi sóng MWD, sấy hồng ngoại INFD, sấy vi sóng kết hợp khí nóng MW-HD sấy hồng ngoại kết hợp khí nóng INF – HD Kết cho thấy sấy MW – HD sau xử lý US sấy INFD sau xử lý US có thời gian sấy nhanh tương ứng 73% 23% so với sấy khí nóng HD, độ khuếch tán ẩm nằm khoảng 7.12 x10-9 - 2.78 x 10-8m2/s Năng lượng tiêu thụ riêng lớn nhỏ 297.29 ± 11.21 23.75 ± 2.22 MJ/kg tương ứng với phương pháp sấy HD MWD, màu sắc tốt mẫu sấy US + MW – HD; Độ hoàn nguyên sản phẩm cao mẫu sấy US + MWD thấp mẫu sấy HD Mặc dù tốc độ sấy US + MW – HD cao so với US + MWD lượng riêng sấy lại thấp đáng kể, hình dạng tốt báo kết luận phương pháp US + MWD sấy cà rốt cắt lát áp dụng tốt so với phuơng pháp lại Tác giả G Bratucu công [10] sấy cà rốt cắt lát NLMT với đường kính 10 -20mm, bề dày lát -10mm, xác định thông số thời gian sấy, hàm lượng vitamin C màu sắc sản phẩm với kết hàm lượng vitamin C sản phẩm trì so với vật liệu tươi Y Liu cộng [11] nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng oxi đến chất lượng sản phẩm sấy, thí nghiệm cà rốt dùng làm vật liệu sấy để khảo sát ảnh hưởng thông số sấy lên đặc điểm sấy chất lượng sản phẩm Kết cho thấy tăng nhiệt độ sấy giảm O2 hàm lượng ảnh hưởng tích cực đến tốc độ sấy Tất thông số chất lượng thu nhiệt độ sấy thấp từ 40 đến 70°C hàm lượng O2 5% Do đó, thay đổi tác nhân sấy phương pháp đầy hứa hẹn để bảo vệ chất lượng sản phẩm sấy khô Sự diện O2 sấy không khí nóng thơng thường yếu tố quan trọng gây suy giảm chất lượng sản phẩm, chẳng hạn phai màu, hóa nâu thành phần dinh dưỡng Thay O2 khí trơ triển vọng phương pháp hiệu để hạn chế hóa chất vi sinh phản ứng, bảo vệ thành phần dinh dưỡng cải thiện sản phẩm chất lượng Các khí trơ, chẳng hạn khí N2 CO2, sử dụng để thay O2 để giảm màu nâu, tăng độ xốp sản phẩm, rút ngắn thời gian sấy cho biết làm khơ khí trơ với N2 tăng tốc độ sấy, khối lượng truyền nhiệt, giữ lại thành phần dinh dưỡng, chẳng hạn vitamin C carotenoid Công nghệ làm khô bơm nhiệt kết hợp với điều kiện môi trường trơ, tạo phương pháp Một số loại trái rau sấy khô phương pháp này; bảo vệ màu sắc chất dinh dưỡng giữ sản phẩm làm khơ khí trơ (N2 CO2) tương tự sản phẩm làm khô chân không sấy đông lạnh; Kết máy bơm nhiệt áp suất khí sấy khơ bảo vệ chất lượng tổng thể sản phẩm Maria Aversa cộng [12] nghiên cứu thực nghiệm sấy cà rốt khí nóng nhiệt độ khác 50,70 85°C với hai mức tốc độ đối lưu khơng khí, 2.2m/s 2.8m/s để đánh giá chất lượng sản phẩm tiêu chí màu sắc, độ bù nước khả thoát nước Kết việc sử dụng điều kiện nhiệt độ thấp cho phép đạt khả bù nước sản phẩm tốt với phạm vi điều kiện hoạt động thử nghiệm nghiên cứu đề nghị sử dụng nhiệt độ sấy 50°C vận tốc đầu vào 2,2m/s, điều giảm thiểu thiệt hại thực phẩm khả bù nước nâng cao Nhằm có sở phát triển sấy rau củ NLMT phương pháp sấy HUNK đối lưu cưỡng nhằm định hướng áp dụng sấy NLMT để tiết kiệm lượng nhóm tác giả thực nghiên cứu thiết -53- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh kế chế tạo mơ hình sấy rau củ NLMT cơng nghệ sấy hiệu ứng nhà kính đối lưu cưỡng (green house with forced convection) có cấp nhiệt bổ sung điều khiển thông minh qua điện thoại [13] Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm sấy cà rốt sợi mơ hình sấy tĩnh với phương pháp sấy gồm : (i) sấy HUNK đối lưu cưỡng bức; (ii) sấy HUNK có cấp nhiệt bổ sung từ collector khí vào đầu sáng collector dầu vào cuối buổi chiều (iii) phơi nắng Nhiệt cấp bổ sung vào buồng sấy HUNK sấy mức vận tốc, 0,5m/s.Thực nghiệm thực Trường Đại học Cơng nghiệp Tp Hồ Chí Minh vào thời điểm mùa khô, nhiệt độ môi trường trung bình ngồi trời vào ban ngày 40°C, độ ẩm tương đối trung bình khơng khí vào ban ngày 42% Trong nghiên cứu thực nghiệm tập trung xác định thời gian sấy, tốc độ sấy, độ ẩm sản phẩm tiêu hao điện riêng VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Sơ đồ máy NLMT công nghệ sấy HUNK kết hợp bổ sung nhiệt nguyên lý làm việc Trên sở phân tích đánh giá ưu, nhược điểm sấy NLMT đối lưu tư nhiên, đối lưu cưỡng nhóm nghiên cứu đề xuất mơ hình máy sấy NLMT sấy HUNK đối lưu cưỡng có nguồn cấp nhiệt bổ sung theo Hình Hình Trong nguồn nhiệt cấp bên ngồi Bộ hấp thu lượng mặt trời (3) sử dụng cấp nhiệt bổ sung cho buồng sấy trời nắng yếu, cường độ xạ thấp, nhiệt độ buồng sấy khơng đạt đến nhiệt độ sấy u cầu Ngồi mơ hình sấy cịn thêm nguồn tích trữ NLMT từ Bộ thu nhiệt NLMT (4) tích trữ lượng nhiệt cho dầu truyền nhiệt chứa bồn dầu (8) Việc sử dụng nguồn nhiệt từ dầu nóng thực nhiệt độ khơng khí buổi chiều tối ( từ 16 - 17 trở đi), nhằm trì kéo dài thời gian sấy nhằm hồn thành mẻ sấy ví dụ sấy màng đỏ hạt gấc, sấy củ cà rốt… Đặc biệt sơ đồ sấy cài đặt điều khiển tự động chế độ sấy thông qua phần mềm ứng dụng điện thoại thông minh Hoạt động mơ hình sấy theo u cầu đề tài NCKH cấp Bộ Công Thương [13] đề biễu diễn Hình Hình Hình Mơ hình nghiên cứu dạng D 1-Đường ống cấp khí vào hệ thống; 2-Van bướm; 3-Bộ thu lượng mặt trời ( Collector NLMT gia nhiệt khơng khí bổ sung); 4-Bộ thu lượng mặt trời gia nhiệt dầu truyển nhiệt; 5-Buồng sấy; 6-Ống thải khí ẩm; 7-Quạt ly tâm cấp khí buồng sấy; 8-Bồn chứa dầu nóng tích trữ NLMT; 9-Bộ trao đổi nhiệt khí-dầu; 10-Bơm dầu tuần hồn; 11-Van bướm điều chỉnh lưu lượng khí vào buồng sấy Hình Sơ đồ ngun lý mơ hình hệ thống sấy HUNK đối lưu cưỡng có cấp nhiệt bổ sung từ nguồn tích trữ NLMT bên ngồi theo hướng nghiên cứu [13] 2.2 Cấu tạo máy sấy NLMT cơng nghệ hiệu ứng nhà kính (Green house dryer) Buồng sấy hiệu ứng nhà kính (Hình 3) đặt theo trục Bắc Nam có dạng dạng parabol, khung làm thép V50, đế (1) làm gỗ dầy 25mm dùng đỡ xe goòng chứa vật liệu sấy, bề mặt phía sơn màu đen để làm tăng khả hấp thụ tia xạ mặt trời Buồng sấy chia làm buồng thông qua vách gỗ (3), vách gỗ (3) sơn màu đen để tăng cường khả hấp thụ xạ mặt trời Buồng có nhiệm vu chứa tạm nguồn khí từ bên ngồi cấp vào, đặc biệt thông qua vách (3) cho phép hướng dịng khí từ bên ngồi đưa lên để tiếp tục cấp xuống khay sấy theo hướng từ xuống ngồi thơng qua quạt hút (10) Buồng sấy (6) đặt 02 xe gng (9) Phía buồng (6) lắp 02 quạt đảo khí (5), lắp đối diện nhau, bên buồng sấy nhằm để -54- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh tạo dịng rối phía buồng sấy Trên xe gng (9) có lắp 02 ghi đỡ để chứa vật liệu sấy, phía buồng lắp quạt hút khí ẩm (10) bánh xe (11) dùng để đỡ toàn buồng sấy nhằm cho phép buồng sấy dịch chuyển sang vi trí khác khu vực sấy 1-Tấm đế buồng sấy; 2-Quạt cấp nhiệt bổ sung từ bên vào buồng sấy; 3-Vách ngăn định hướng luồng khí từ bên ngồi cấp vào khay sấy; 4-Buồng chứa tạm phân phối khí nóng từ nguồn bên ngồi; 5-Quạt đảo khí buồng sấy; 6-Buồng sấy hiệu ứng nhà kính; 7-Vật liệu sấy; 8-Ghi đỡ vật sấy; 9-Gng; 10-Quạt hút khí ẩm; 10-Bộ bánh xe đỡ buồng sấy Hình Kết cấu buồng sấy, bố trí quạt khay sấy mơ hình nghiên cứu Hình Hoạt động sấy cà rốt buồng sấy Hình Phơi cà rốt nắng làm đối sánh HUNK theo hướng nghiên cứu 2.3 Các thông số công nghệ trình sấy cách xác định a) Chiều dày vật liệu (mm): Độ dày lớp vật liệu sấy ảnh hưởng đến thời gian sấy Theo [14], mật độ nguyên liệu cà rốt sợi bố trí khay phạm vi từ 2-5kg/m2 Trong thực nghiệm chọn mật độ 3kg/m2, chiều dày lớp cà rốt sợi tính tốn kiểm chứng đo lại thước b) Nhiệt độ tác nhân sấy (°C): Nhiệt độ tác nhân sấy hiệu chỉnh thông qua việc tự động điều chỉnh hịa trộn khơng khí từ hấp thu NLMT bên ngồi cấp cho nhà kính theo dõi đồng hồ đo nhiệt độ (7) tư động khống chế nhiệt độ sấy ln trì phạm vi 50-55°C c)Vận tốc tác nhân sấy (m/s): Vận tốc TNS số thơng số chế độ sấy.Vận tốc tác nhân sấy xác định cách đo mặt cắt ngang buồng sấy dụng cụ Testo 410.Thơng số độ xác dụng cụ đo theo Bảng 1.Trong thực nghiệm, vận tốc tác nhân điều chỉnh cấp bổ sung qua Collector khí (3) collector dầu (4) xem Hình Hình chế độ vận hành: 0,5m/s; cách thay đổi biến trở bán dẫn mô tơ quạt (6) d) Thời gian sấy (giờ): thời gian sấy nghiên cứu thời gian tính từ lúc bắt đầu cấp TNS vào buồng sấy sản phẩm sấy giảm ẩm không đáng kể tính theo PT (1) s = kt - bd (1) s-thời gian sấy (giờ); bd-thời gian bắt đầu cấp (TNS)(giờ); kt-thời gian mà độ ẩm VLS khơng cịn giảm đáng kể nhiệt độ khơng khí buồng sấy gần tương đương với nhiệt độ môi trường (giờ) 2.4 Các kết đánh giá trình sấy a) Độ ẩm sản phẩm (%): thông số đánh giá chất lượng sản phẩm sấy Độ ẩm cà rốt sợi tính theo độ ẩm tương đối, xác định theo PT (2) -55- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 𝑀𝑤𝑏 = 𝐺1 −𝐺2 (100%) 𝐺1 (2) Trong đó: M-độ ẩm tương đối (%); G1-khối lượng cà rốt sợi ban đầu (g); G2-khối lượng cà rốt sợi lúc đo kiểm (g).-Độ ẩm tức thời đo thời điểm thực nghiệm tính theo PT (3) M iwb = 100 − G1 Gi (100 − M1wb ) (3) Trong đó: Miwb-độ ẩm tức thời thời điểm tra, %; Gi-khối lượng mẫu vật liệu thời điểm kiểm tra, g; M1wb- độ ẩm ban đầu tính theo độ ẩm tương đối vật liệu trước sấy, % b)Tiêu hao điện riêng (kWh/kg ẩm): mức tiêu thụ điện để làm bay kg ẩm trình sấy, xác định theo PT (4) 𝑁 𝑘𝑊ℎ 𝑁𝑖 = 𝑊 ( 𝑘𝑔 ẩ𝑚) (4) Trong đó: Ni tiêu thụ điện riêng (kWh/kg ẩm); W tổng lượng nước bay từ VLS (kg); N tổng tiêu thụ điện thiết bị có mơ hình thí nghiệm sấy (kWh) 2.5 Dụng cụ đo phục vụ thí nghiệm Các dụng cụ đo để xác định thông số công nghệ sấy trình sấy theo Bảng Bảng Dụng cụ đo sử dụng thí nghiệm ST T Tên thiết bị Máy đo xạ mặt trời Đồng hồ đo nhiệt độ Máy đo vận tốc gió Cân điện tử Cơng tơ điện pha Độ phân Model giải 0,1 W/m2 TM-206 ᴼC TTM004 410-2 SW-1 EMIC01 0,1 m/s 1g 0,1 kWh Hãng sản suất Độ xác TENMARS ±10W/m2 Đài Loan TOHONhật ± 0,3 % TESTO Đức ±0,2 m/s CASMỹ ±1 g EMICViệt ±0,1 kWh Nam 2.6 Bố trí thí nghiệm Cà rốt tươi sau mua chợ cắt bỏ phần gốc, ngọn, gọt vỏ, rửa sạch, bào sợi với đường kính 23 mm Sau đó, đem chần nước nóng nhiệt độ 80°C, với thời gian phút,để nước Đo độ ẩm sản phẩm ban đầu Cân khối lượng trước đưa vào thùng sấy Khởi động hệ thống sấy tiến hành thí nghiệm.Thí nghiệm thực với khối lượng cà rốt ban đầu 10kg Tiến hành sấy từ độ ẩm ban đầu trung bình 85% đến độ ẩm cuối 3,5-4% Khơng khí cấp nhiệt bổ sung qua collector khí collector đươc điều chỉnh vận tốc 0,5m/s theo ngưỡng nhiệt độ mà collector đạt để hịa trộn với khí trời thổi vào Các thơng số liên quan đến thí nghiệm gồm cường độ xạ mặt trời (I, W/m2), nhiệt độ khơng khí mơi trường (°C), vận tốc khơng khí buồng sấy (m/s), độ ẩm vật liệu sấy (%), tất thông số đầu vào dạng biến số hàm mục tiêu đo lần sau 60 phút sau lấy giá trị trung bình Ngồi kết khơng khí nhiệt độ cịn đo tự động qua thiết bị dataloger lưu trữ Kết số liệu bảng thực nghiệm xử lý theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm phần mềm Statgraphics 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát xác định biến thiên thông số công nghệ sấy theo cường độ xạ mặt trời Sử dụng dụng cụ đo xây dựng thông số xây dựng đồ thi Hình -56- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh Hình Đồ thị biểu diển độ ẩm KK mơi Hình Đồ thị quan hệ cường độ BXMT trường, độ ẩm KK buồng sấy HUNK với nhiệt độ mơi trường nhiệt độ khí qua collector Hình Đồ thị biểu diễn nhiệt độ KKMT, nhiệt độ KK buồng sấy HUNK, nhiệt độ KK qua colector khí vận tốc 0,5m/s nhiệt độ tích trữ NLMT Nhận xét Cường độ BXMT bắt đầu tăng dần đạt đỉnh lúc 12-13 sau giảm dần từ 17 Lúc 19 cường độ BXMT khơng hữu; Cường độ BXMT trung bình ngày thực nghiệm từ 810W/m2 Nhiệt độ KK môi trường buổi sáng buổi trưa chênh lệch từ 10-12°C, chênh lệch độ ẩm khơng khí mơi trường ngày khoảng 25% cao vào đầu sáng buổi chiều tối giảm dần đạt thấp phạm vi 18 - 19% vào thời điểm 13 đến 14 điều cho thấy độ ẩm khơng khí phụ thuộc vào cường độ xạ mặt trời Chệnh lệch nhiệt độ môi trường với nhiêt độ collector khí cao đạt 30°C vận tốc TNS 0,5m/s vào thời điểm buổi trưa sau giảm dần theo nguồn nhiệt độ môi trường Nhiệt độ thấp khí qua collector 44°C vào đầu buổi sáng cuối buổi chiều vào hai thời điểm nhiệt độ môi trường xuống thấp, cường độ BXMT xuống thấp Điều cho thấy khả cung cấp nhiệt cho buồng sấy từ collector khí vào đầu buổi sáng cuối buổi chiều không hiệu nguồn nhiệt độ khơng khí bên ngồi xuống thấp, chênh lệch nhiệt độ hai thời điểm phạm vi từ 8- 10°C Đối với collector dầu truyền nhiệt tăng từ nhiệt độ môi trường đến 12 chiều đạt 80°C không tăng lên viêc khác với thiết kế cần nghiên cứu thêm Collector dầu nóng cung cấp nhiệt bổ sung cho buồng sấy từ 16 trở 3.2 Cài đặt điều khiển hoạt động sấy Máy sấy thiết kế tự động điều chỉnh chế độ sấy thông minh ghi nhận số liệu quan sát qua điện thoại thông minh gồm: -57- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh a) Khi nhiệt độ nhà kính phạm vi nhiệt độ phạm vi 38 2 O thông qua hiển thị cảm biến nhiệt ẩm (12) báo điện thoại quạt đảo khí (5) buồng sấy bắt đầu hoạt động Đối sánh với nhiệt độ khí buồng độ ẩm tương đối khơng khí buồng lúc 38%-40% quạt cấp bổ sung khí từ collector khí (2) hoạt động cấp khí nóng từ collector khí cung cấp cho buồng sấy để buồng sấy nhanh đạt độ ẩm b) Khi nhiệt độ nhà kính đạt ngưỡng nhiệt độ t 50 thông qua hiển thị cảm biến nhiệt ẩm (12) buồng sấy báo điện thoại hoạt động sấy bắt đầu thực hiện, lúc quạt hút ẩm (10) bắt đầu hoạt động quạt đảo khí (5) bắt đầu hoạt động Đối sánh với nhiệt độ khí buồng độ ẩm tương đối khơng khí buồng lúc 20%-23% lúc quạt cấp khí (2) từ nguồn nhiệt bên ngừng hoạt động b) Khi nhiệt độ khơng khí buồng hạ xuống phạm vi < 50°C, đối sánh độ ẩm khơng khí tương đối buồng lúc =22-25% lúc quạt hút khí ẩm (10) ngừng quạt đảo (5) hoạt động lúc quạt cấp khí từ collector tích trữ dầu (2) hoạt động cấp nhiệt bổ sung cho buồng sấy nhà kính c) Lập lại q trình (b) nhiệt độ khơng khí buồng đạt lại giá trị t 50°C độ ẩm khơng khí đạt 15%- 18% Hình Lưu đồ điều khiển sấy HUNK có cấp bổ Hình Lưu đồ điều khiển sấy HUNK sung nhiệt Bảng Kết thực nghiệm sấy cà rốt HUNK đối lưu cưỡng bức, HUNK cấp nhiệt bổ sung từ collector khí collectoor dầu phơi nắng Điệ n NĐ Điện năn ĐACarot KK ĐA Carot ĐA g NĐ sấyHU Giờ KK HUN sấy Caro tiêu tiêu KK NK BS Ghi sấy MT K Bổ HUNK t thu HUNK(tº nhiệt O sung Thuần phơi HUN BS ngày ( C) C) 0,5m/s nhiệt (%) (%) K nhiệ (%) (tºC) ĐAK (Wh) t K BS (Wh (%) ) 7h 32,5 38 42 50 85 85 85 0 Hòa trộn 8h 33 42 46 37,7 82,2 79,3 83,8 208 396 -58- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 9h 10h 11h 12h 13h 14h 37 38 39 42 44,6 42 15h 40 16h 35,7 17h 34,5 18h 33 19h 30,5 Tổng 481, cộng Trun g bình 40,2 47 56 55 57 56 56 56 55 57 56 24,4 20,1 20,1 18,5 17,4 77,3 70,2 62,3 53,5 46,6 73,2 65,6 54,5 45,4 36,5 80,2 74,3 69,2 62,4 55,3 252 252 252 252 252 396 396 252 252 252 57,4 57,4 17 18 19 18 19 19 48,3 42,2 35,5 29,2 25,3 26,4 252 56 55 55 55 56 27,6 20,8 15,7 10,5 7,2 5,6 252 46 43 40 35 32 39,3 33,2 28,5 23,4 20,2 19,5 252 252 252 252 252 702,4 298,2 692 692 692 692 692 565 58,5 24,9 604,4 50,4 Lượng nước lấy từ trình sấy ( kg) Điện tiêu hao riêng (Wh/kg ẩm) 2980 8,14 8,41 366, collect or khí Sấy HUNK độc lập Hịa trộn collect or dầu 7,96 655,4 Hình 11 Đồ thị tốc độ sấy Cà rốt chế độ Hình 10 Đồ thị sấy Cà rốt chế độ sấy sấy HUNK đối lưu cưỡng bức, sấy HUNK đối lưu cưỡng bức, sấy HUNK HUNK cấp bổ sung nhiệt vận tốc khí cấp cấp bồ sung nhiệt vận tốc khí cấp bổ sung bổ sung 0,5m/s phơi nắng 0,5m/s phơi nắng Nhận xét - Nhiệt độ khơng khí sấy nhà kính đối lưu cưỡng tăng dần từ mức 38°C vào đầu buổi sáng tăng dần đạt nhiệt độ yêu cầu sấy vào lúc sáng 56°C giữ khoảng nhiệt độ y mức đến 15 sau giảm dần mức 46°C từ 15giờ đến 32°C thời điểm 19 Điều cho thấy muốn trì tốc độ sấy cần phải cấp bổ sung nhiệt cho nhà kính lúc sáng đến sáng buổi chiều từ 16 trở thơng qua nguồn tích trữ NLMT từ bên ngồi thơng qua collector khí collector dầu - Độ ẩm khơng khí buồng sấy HUNK chế độ có cấp bổ sung nhiệt giảm dần theo chiều tăng nhiêt độ nhà kính đạt mức không đổi 18-19% chế độ cấp nhiệt bổ sung nhiệt từ collector dầu lúc 15 đạt mức tự nhiên theo nhiệt độ buồng 24% lúc sáng - Độ ẩm cà rốt sợi sấy nhà kính đối lưu cưỡng đạt độ ẩm 19,5% vào thời điểm 19 tối, độ ẩm chưa đạt độ ẩm bảo quản cà rốt sợi dùng chế biến, điều cho thấy nhiêt độ -59- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh khơng khí buồng sấy vào đầu buổi sáng lúc - từ 18 - 19 thấp (phạm vi 35°C đến 32°C) sản phẩm không tiếp tục sấy bị lên men làm giảm chất lượng, cảm quan dinh dưỡng, điều cho thấy sấy HUNK cần phải cấp bổ sung nhiệt vào đầu buồi sáng cuối buổi chiều mẻ sấy hồn thành ngày theo nghiên cứu để bảo đảm trì chất lượng sản phẩm sấy cà rốt - Nhà kính bổ sung nguồn nhiệt qua collector khí vào đầu buồi sáng cho phép nâng nhiêt độ buồng sấy HUNK lên từ - 10°C so với nhiệt độ môi trường đạt nhiệt độ sấy theo yêu cầu vào lúc sáng cho phép tăng tốc độ sấy so với sấy nhà kính lên 3-5% - Tiêu hao điện riêng sấy HUNK 366Wh/ kg ẩm (độ ẩm sản phẩm chưa đạt u cầu bảo quản, khí sấy HUNK có cấp bổ sung nhiệt 655,5Wh/kg ẩm, sản phẩm sấy đạt độ ẩm bảo quản cho chế biến [15] - Cà rốt sợi phơi nắng đạt độ ẩm 26,4%, điều cho thấy độ ẩm chuyển qua ngày bị giảm chất lượng, thay đổi màu sắc bi lên men - Tại giai đoạn đầu trình sấy chế độ sấy (i) nhà kính, (ii) nhà kính cấp nhiệt bổ sung, (iii) phơi cho thấy tốc độ giảm ẩm không chênh lệch nhiều, nhiên tốc độ sấy HUNK có cấp nhiệt bổ sung, tốc độ sấy cao nhanh, giai đoạn sấy đẳng tốc đạt 9%/h đến 14 sấy HUNK khoảng 6%/giờ phơi nắng phạm vi 5,5%/giờ KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN Thực nghiệm sấy cà rốt sợi độ ẩm ban đầu 85%, suất 10kg/mẻ NLMT công nghệ sấy HUNK đối lưu cưỡng sấy HUNK cấp nhiệt bổ sung từ nguồn tích trữ NLMT bên ngồi tiến hành thời gian mùa khô TP Hồ Chí Minh vào ngày trời khơng có mưa, nhiệt độ, độ ẩm tương đối khơng khí mơi trường trung bình 39- 40°C 42-43% , thời gian sấy thích hợp từ đến 19 (12 ) cho kết độ ẩm sản phẩm cà rốt sấy đạt yêu cầu bảo quản chế biến 5,6%, tiêu hao điện riêng 655,5Wh/kg ẩm đối sánh với sấy HUNK đối lưu cưỡng tiêu hao điện riêng 366Wh/kg ẩm, độ ẩm sản phẩm chưa đạt độ ẩm bảo quản 19,5 % Ở chế độ sấy HUNK đối lưu cưỡng độ ẩm cà rốt sợi chưa đạt độ ẩm bảo quản vào đầu buổi sáng từ - cuối buổi chiều từ 18 đến 19 giờ, cường độ xạ mặt trời thấp, nhiệt độ khơng khí buồng sấy HUNK xuống thấp, nhiệt độ khơng khí qua hấp thụ NLMT thấp làm cho q trình sấy rau củ nói chung, cà rốt nói riêng gần chấm dứt Như có thêm nguồn nhiệt bổ sung thực nghiệm nghiên cứu thực hướng nhằm hướng đến khả khai thác nguồn NLMT vô tận triển khai máy sấy dạng quy mô thương mại khả thi LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên cứu chân thành cảm ơn Vụ Khoa học & Công nghệ, Bộ Cơng Thương cấp kính phí cho thực đề tài mã số: 183.2020.ĐT.BO/HĐKHCN 6.TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Nghĩa Khang cộng “Khảo sát khả ứng dụng máy sấy lượng mặt trời vào q trình sấy khơ cá tra phồng An Giang,” Journal of Science Tập 7, số 3, trang 52 – 65, 2015 [2] Nguyễn Văn Thành 2009 Kỹ thuật sơ chế ca cao Dự án CARD 013VIE05 - Lên men, sấy đánh giá chất lượng ca cao Việt Nam Chương trình hợp tác nơng nghiệp phát triển nông thôn [3] Đỗ Minh Cường Phan Hịa “Nghiên cứu q trình sấy thóc thiết bị sấy lượng mặt trời kiểu sấy đối lưu tự nhiên,” Tạp chí Khoa học Đại học Huế Số 55, 2009 [4] Đinh Vương Hùng Nguyễn Xuân Trung “Một số kết nghiên cứu sấy tỏi hệ thống sấy dùng lượng mặt trời kiểu hỗn hợp đối lưu tự nhiên,” Tạp chí Cơng nghiệp nơng thơn Số 02, trang 12-16, 2011 [5] Ahmad Fudholi et al “Techno-economic analysis of solar drying system for seaweed in malaysia,” Recent Researches in Energy, Environment and Landscape Architecture, 2009 [6] Abdullah, K., Wulandani, D., Nelwan, L.O and Manalu, L.P 2001 “Recent development of GHE solar drying in Indonesia” Drying Technology, no 19 (2), pp 245-256 [7] Võ Duy Mạnh, "Nghiên cứu sấy cà rốt máy sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay," Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, pp 209-216, 2011 -60- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh [8] Trương Minh Thắng, “Nghiên cứu thực nghiệm động học trình sấy cà rốt bơm nhiệt kiểu bậc thang”, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Năng Lượng – Trường Đại Học Điện Lực (ISSN : 1859 – 4557) [9] Y Abbaspour-Gilandeh, M Kaveh, and M Aziz, "Ultrasonic-Microwave and Infrared Assisted Convective Drying of Carrot: Drying Kinetic, Quality and Energy Consumption," Applied Sciences, vol 10, p 6309, 2020’ [10] Gh Brátucu1 A.l Marin1 C.C Florea1, research on carrot drying by means of solar energy, Series II: Forestry,Wood Industry, Agricultural Food Engineering Vol (55) Bulletin of the Transilvania University of Bra§ov No - 2013 [11] Y Liu, J Wu, S Miao, C Chong, and Y Sun, "Effect of a modified atmosphere on drying and quality characteristics of carrots," Food and bioprocess technology, vol 7, pp 2549-2559, 2014 [12] M Aversa, S Curcio, V Calabro, and G Iorio, "Experimental Evaluation of Quality Parameters During Drying of carrot Samples Food Bioprocess Technol," ed: Springer Science+ Business Media, LLC, New York, 2009 [13] Công Thương, Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị sấy rau, củ, lượng mặt trời theo công nghệ sấy hiệu ứng nhà kính điều khiển thơng minh, mã số đề tài… [14] Trần Văn Phú Thiết kế hệ thống sấy, Nhà xuất Giáo dục 2002 [15] Ravinder Kumar sahdev, Open sun and Greenhouse drying of Agricultural and food products, A Review, international Journal of engineering Research & technology, Vol.3, Issue 3, March 2014 ISSN: 2278 – 0181 -61- ... độ Hình 10 Đồ thị sấy Cà rốt chế độ sấy sấy HUNK đối lưu cưỡng bức, sấy HUNK đối lưu cưỡng bức, sấy HUNK HUNK cấp bổ sung nhiệt vận tốc khí cấp cấp bồ sung nhiệt vận tốc khí cấp bổ sung bổ sung. .. HUNK đối lưu cưỡng có nguồn cấp nhiệt bổ sung theo Hình Hình Trong nguồn nhiệt cấp bên Bộ hấp thu lượng mặt trời (3) sử dụng cấp nhiệt bổ sung cho buồng sấy trời nắng yếu, cường độ xạ thấp, nhiệt. .. khai thác nguồn lượng xanh, bảo vệ môi trường số Đối với nước có tác giả Trần Nghĩa Khang cộng [1] nghiên cứu hiệu việc sấy khơ cá tra nhà kính nguồn lượng mặt trời có cấp bổ sung nguồn nhiệt từ