- 3
3.4 Kết luận chƣơng 3 8 9-
Cỏc kết quả nhận được đó làm sỏng tỏ cỏc cơ sở lý thuyết và bản chất khỏc nhau của hai phương phỏp năng lượng và exergy, rừ nhất là sự phụ thuộc của hệ số hiệu quả (COP) và e vào nhiệt độ bốc hơi (khả năng tỏch ẩm của dàn lạnh), cụ thể:
- Hệ số hiệu quả (COP) tăng khi nhiệt độ bốc hơi tăng và giảm khi nhiệt độ ngưng tụ tăng.
- Khi nhiệt độ bốc hơi thay đổi thỡ hiệu suất exergy của hệ thống khảo sỏt đạt giỏ trị lớn nhất ở khoảng gần 0C và hiệu suất exergy giảm dần khi nhiệt độ ngưng tụ tăng.
- Hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh đa năng BK - BSH 1.4 hoạt động cho hiệu quả kỹ thuật cao nhất trong khoảng nhiệt độ bốc hơi từ -5 đến 0 C.
- Hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh đa năng BK - BSH 1.4 hoạt động tương đối hiệu quả nếu nhiệt độ ngưng tụ cú giỏ trị trong khoảng từ 36 đến 40 C, trong điều kiện nhiệt độ mụi trường t = 31C và độ ẩm tương đối = 70%
- Hệ thống bơm nhiệt sấy lạnh đa năng BK - BSH 1.4 đạt hiệu quả làm việc tốt nhất (hệ số SMER, COP và ηe cú giỏ trị lớn nhất) với tỉ lệ khụng khớ bypass qua dàn lạnh BP = 55% (trong điều kiện thực nghiệm).
- Từ cỏc số liệu và kết quả thực nghiệm, cú thể thấy bypass khụng khớ qua dàn lạnh là giải phỏp tốt, thớch hợp để sấy lạnh cỏc sản phẩm khú sấy. Nú khụng chỉ nõng cao hiệu quả của hệ thống cả về mặt kinh tế lẫn năng lượng, mà cũn cú thể làm tăng chất lượng sản phẩm sau khi sấy do việc giảm độ ẩm khụng khớ vào buồng sấy. Tỷ lệ bypass phụ thuộc vào vật liệu sấy.
CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG PHƢƠNG TRèNH HỒI QUY CHẾ ĐỘ SẤY BẮP CẢI
4.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC THễNG SỐ CHẾ ĐỘ SẤY
Chế độ sấy của mỏy BK-BSH 1.4 phụ thuộc vào rất nhiều cỏc thụng số độc lập và phụ thuộc khỏc nhau như: tốc độ TNS (uTNS), khối lượng VLS một mẻ (GVLS), thời gian mỏy làm việc trong một chu kỳ (τlv), nhiệt độ TNS (tTNS), độ ẩm TNS (φTNS), hệ số bypass (BP), thời gian mỏy nghỉ xả băng (τn), nhiệt độ bay hơi của dàn lạnh (t0), cỏch bố trớ vật liệu trong buồng sấy…
Tất cả cỏc thụng số này đều cú ảnh hưởng qua lại với nhau, việc xột tất cả cỏc thụng số trờn là một việc rất khú khăn, vỡ như vậy số lượng thớ nghiệm sẽ rất lớn và việc tỡm ra phương trỡnh thực nghiệm với tất cả cỏc biến trờn cựng lỳc cũng vụ cựng phức tạp, chỳng ta sẽ tiến hành phõn tớch từng thụng số
4.1.1 Nhiệt độ TNS (tTNS)
Độ chờnh giữa nhiệt độ nhiệt kế khụ (tk) và nhiệt độ nhiệt kế ướt (tư) đặc trưng cho khả năng nhận ẩm của khụng khớ nờn trong kỹ thuật sấy người ta gọi là thế sấy (): = tk - tư
Như vậy, ở cựng một giỏ trị độ chứa ẩm (d) nhiệt độ càng cao thỡ
càng lớn nờn tTNS ảnh hưởng lớn đến tốc độ tỏch ẩm từ VLS trong buồng sấy. Đối với nụng sản thực phẩm việc lựa chọn tTNS phụ thuộc khụng chỉ vào mục tiờu năng suất sấy lớn mà cũn vào yờu cầu cụng nghệ. Ở nhiệt độ cao NSTP bị biến chất, mất mựi vị và màu sắc. Chớnh vỡ thế, trong nghiờn cứu này tTNS được lựa chọn khụng quỏ 400C. Cỏc loại NSTP sấy ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ mụi trường (nhỏ hơn 250 C) thỡ sản phẩm thu được đảm bảo chất lượng nhưng thế sấy lại rất thấp nờn thời gian sấy sẽ rất dài, tiờu tốn nhiều năng lượng, mà lại khụng cần thiết vỡ NSTP cú thể sấy được ở nhiệt độ cao hơn mà chất lượng sản phẩm vẫn khụng bị thay đổi. Vậy ta chọn tTNS là một thụng số để khảo sỏt.
Nhiệt độ bay hơi của dàn lạnh (t0) ảnh hưởng đến trạng thỏi ẩm tỏch được ở dàn lạnh do nú tỏc động đến nhiệt độ bề mặt dàn lạnh (tbm), thường tbm lớn hơn t0 từ 3 5 0C. Khi nhiệt độ tbm lớn hơn nhiệt độ đụng đặc (tđđ) nhưng bộ hơn nhiệt độ đọng sương (tđs) của ẩm trong dũng khụng khớ đi qua dàn lạnh thỡ ẩm tỏch được tại dàn lạnh ở trạng thỏi nước, cũn khi tđđ > tbm thỡ ẩm tỏch được tại dàn lạnh ở trạng thỏi là băng tuyết. Nghiờn cứu khả năng tỏch ẩm của dàn lạnh trong hệ thống bơm nhiệt sấy khi ẩm tỏch tại dàn ở cỏc trạng thỏi ẩm khỏc nhau Phạm Văn Tuỳ [14] cựng cỏc cộng sự nhận thấy khả năng tỏch ẩm của dạng băng tuyết lớn hơn dạng nước. Để thu được băng tuyết ở dàn lạnh thỡ nhiệt độ t0 (-5-3)0C. Nhiệt độ t0 càng bộ thỡ tbm càng bộ, càng dễ tạo lớp băng tuyết trờn bề mặt dàn lạnh, nhưng nhiệt độ lớp băng tuyết sẽ càng nhỏ, điều này cú nghĩa là càng khú tỏch lớp băng tuyết khỏi bề mặt dàn lạnh. Mặt khỏc, theo kết quả nghiờn cứu hiệu quả sử dụng năng lượng bằng phương phỏp exergy khi nhiệt độ t0 thay đổi, bơm nhiệt BK – BSH 1.4 cú hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhất khi nhiệt độ bay hơi nằm trong khoảng từ -5 0
0
C
4.1.3 Chế độ quạt khi xả băng bỏm trờn dàn lạnh
Khi mỏy nghỉ xả băng, tại dàn lạnh xẩy ra quỏ trỡnh trao đổi nhiệt đối lưu giữa ẩm bỏm trờn dàn và mụi trường khụng khớ xung quanh dàn. Nếu quỏ trỡnh là trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, tức quạt tuần hoàn vẫn chạy, thỡ thời gian để tỏch ẩm được rỳt ngắn. Tuy nhiờn, khi chạy quạt cú thể dẫn đến hiện tượng ẩm tỏch ra bị cuốn theo luồng TNS. Vỡ vậy cần xỏc định chế độ hợp lý cho quạt khi mỏy nghỉ xả băng. Theo những kết quả thớ nghiệm trong luận văn thạc sỹ của Th.S Phạm Văn Hậu [7] và sự phõn tớch ở trờn chọn chế độ hoạt động của mỏy khi nghỉ xả băng cho tất cả cỏc thớ nghiệm là quạt vẫn hoạt động nhưng với 50% lưu lượng.
4.1.4 Thời gian mỏy nghỉ xả băng (τn)
Là khoảng thời gian cần thiết để tỏch ẩm bỏm trờn dàn lạnh ở dạng băng tuyết ra ngoài. τn cần đủ lớn để lượng ẩm bỏm trờn dàn lạnh về cơ bản
được tỏch hết. Giỏ trị τn khụng phải là một thụng số ảnh hưởng lớn đến năng suất sấy , cần xỏc định τn để tiết kiệm năng lượng quạt và tổng thời gian sấy. Nờn chỉ đi xỏc định giỏ trị τn hợp lý mà khụng chọn τn làm thụng số đưa ra để khảo sỏt. Cỏc nghiờn cứu trong luận văn thạc sỹ của Phạm Văn Hậu [7] cũng chỉ ra việc chọn thời gian mỏy nghỉ 10 phỳt là hợp lý. Mặt khỏc, kộo dài thời gian mỏy nghỉ sẽ làm tăng độ hoạt động khụng ổn định của hệ thống, tăng sự ngấm ẩm trở lại của VLS, tăng thời gian hoạt động trong điều kiện mụi trường thuận lợi của cỏc loại vi sinh vật điều này cú thể dẫn đến sự giảm chất lượng sản phẩm sấy.
4.1.5 Tỷ lệ Bypass qua dàn lạnh
Khi toàn bộ TNS đi qua dàn lạnh cú thể xẩy ra hiện tượng tốc độ TNS đi qua dàn lạnh lớn, vỡ thế, thời gian tiếp xỳc giữa TNS và bề mặt dàn lạnh bộ làm cho nhiệt độ ẩm trong TNS chưa kịp hạ đến nhiệt độ đọng sương thỡ đó ra khỏi dàn lạnh. Vận tốc TNS lớn cũng cú thể thổi bay ẩm bỏm trờn dàn lạnh trước đú. Để trỏnh hiện tượng này, một phần TNS được cho đi tắt từ buồng sấy về dàn ngưng mà khụng đi qua dàn lạnh. Tỷ số giữa lượng TNS đi tắt và tổng lượng TNS gọi là hệ số Bypass. Đối với mỏy BK- BSH 1.4, bố trớ đường Bypass thể hiện trờn hỡnh 4.1. Nếu chọn hệ số Bypass qua dàn lạnh là 55%, tức là mở hoàn toàn hai cửa thỡ lượng khụng khớ đi tắt qua Bypass sẽ là lớn nhất làm cho độ ẩm khụng khớ sau dàn lạnh cũng rất cao, vỡ thế khụng khớ sau khi đi qua dàn núng trong thỡ độ ẩm vẫn cũn cao và giảm chậm làm cho thời gian sấy lõu hơn, tiờu tốn nhiều năng lượng hơn, nghiờn cứu của cỏc tỏc giả trờn thế giới [24], [29] cũng cho thấy hệ số Bypass tối ưu cũng khụng cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cỏch bố trớ cỏc thiết bị trong hệ thống sấy, loại vật liệu, cấu trỳc dàn lạnh, giàn ngưng... Vỡ vậy, ta chọn hệ số Bypass là một thụng số để khảo sỏt.
4.1.6 Tốc độ TNS
đều tăng nghĩa là năng suất sấy tăng. Tuy nhiờn, nếu tốc độ giú quỏ lớn cú
Hỡnh 4.1: Hỡnh ảnh đƣờng Bypass của mỏy BK – BSH 1.4
thể thổi bay VLS nhất là đối với cỏc VLS dạng hạt nhẹ. Đối với dàn lạnh khi vận tốc giú lớn đi qua, thời gian để TNS tiếp xỳc với dàn lạnh sẽ ngắn, đồng thời TNS cú thể thổi bay cả lượng nước, băng tuyết đó đọng trờn dàn lạnh trước đú. Những điều này làm cho phõn ỏp suất hơi nước trong TNS tăng nờn khả năng tỏch nước từ VLS giảm tức là năng suất sấy giảm xuống. Mặt khỏc, ta biết rằng trở dịch chuyển ẩm trong lũng VLS lớn hơn so với trở ẩm truyền từ bề mặt VLS ra mụi trường nờn khi vận tốc đạt đến một giỏ trị nhất định thỡ việc tăng vận tốc sẽ khụng mang lại hiệu quả đỏng kể, khụng những thế, ở nhiệt độ cao và tốc độ lớn cũn cú thể làm chỏy bề mặt vật liệu sấy. Việc tăng tốc độ này cũng kộo theo những nhược điểm khỏc của hệ thống: chi phớ đầu tư ban đầu, tiờu hao năng lượng và độ rũ lọt đều tăng. Vỡ vậy, cần phải xỏc định một giỏ trị vận tốc tối ưu trong buồng sấy và dàn lạnh để cú năng suất sấy lớn nhất. Để tổng quỏt được giỏ trị vận tốc tối ưu này tại buồng sấy, dàn lạnh… ta chọn đại lượng đưa ra để tối ưu là uTNS.
4.1.7 Khối lƣợng vật liệu sấy một mẻ
Một yờu cầu thực tế đặt ra là cần phải xỏc định được khối lượng VLS (GVLS) cho một mẻ sấy sao cho năng suất sấy của mỏy lớn. Bởi ứng với một cụng suất mỏy sẽ phự hợp với một cụng suất tỏch ẩm nhất định, điều này đó được tớnh toỏn khi tiến hành nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo mỏy. Tuy nhiờn, ứng với mỗi loại vật liệu khỏc nhau thỡ hàm ẩm khỏc nhau và trở dịch chuyển
ẩm từ VLS ra TNS trong buồng sấy cũng khỏc nhau. Nờn đối với mỗi loại VLS khỏc nhau sẽ cú một giỏ trị khối lượng đưa vào sấy từng mẻ khỏc nhau. Bờn cạnh đú, thụng thường cỏc tớnh toỏn lý thuyết đều cú sai số rất lớn, để cú năng suất sấy lớn nhất ta cần tiến hành tối ưu hoỏ GVLS.
4.1.8 Thời gian mỏy làm việc trong một chu kỳ τlv
Sau một thời gian làm việc mỏy cần phải được xả băng để trỏnh hành trỡnh ẩm, duy trỡ khả năng tỏch ẩm của dàn lạnh để đảm bảo tốc độ sấy.Trong khoảng thời gian đầu, khả năng tỏch ẩm của dàn lạnh là tốt nhất. Sau một thời gian, trờn bề mặt dàn lạnh xuất hiện lớp băng tuyết và nước ngưng tạo thành nhiệt trở ngăn cản quỏ trỡnh tỏch ẩm từ TNS. Khi thời gian quỏ dài dàn lạnh gần như khụng cũn khả năng tỏch ẩm do nhiệt trở đủ lớn làm cho nhiệt độ TNS khụng cũn giảm xuống đạt nhiệt độ đọng sương khi đi qua dàn lạnh, một phần nhỏ TNS tiếp xỳc trực tiếp với bề mặt dàn vẫn cú thể đọng sương nhưng khụng đỏng kể và cú thể bị cuốn theo dũng TNS.
Như vậy, τlv lớn thỡ giai đoạn sau khả năng tỏch ẩm yếu nờn làm cho năng suất sấy giảm. Nếu τlv bộ thỡ khả năng tỏch ẩm của dàn lạnh tốt nhưng phải liờn tục dừng để xả băng, khi dừng xả băng nhiều thỡ ẩm rũ lọt vào, và xẩy ra hiện tượng ngấm ẩm trở lại VLS trong buồng sấy vỡ lỳc đú độ ẩm trong buồng sấy tăng lờn rất cao. Ngoài ra việc liờn tục chạy và nghỉ mỏy dẫn đến hiện tượng mỏy hoạt động khụng ổn định. Dựa theo kết quả nghiờn cứu của Th.S Phạm Văn Hậu [7] trong việc xỏc định τlv của mỏy, ta chọn thời gian làm việc của mỏy trong một chu kỳ là 90 phỳt.
4.2 HÀM MỤC TIấU VÀ XÁC ĐỊNH MIỀN KHẢO SÁT CỦA CÁC THễNG SỐ
4.2.1 Hàm mục tiờu của đối tƣợng nghiờn cứu
Tối ưu húa chế độ sấy cú cỏc mục tiờu là: năng suất sấy đạt lớn nhất, chất lượng sản phẩm tốt nhất, tiờu hao năng lượng đạt nhỏ nhất. Tuy nhiờn, trong giới hạn của luận văn này chỉ xột hàm mục tiờu là năng suất sấy. Chất lượng sản phẩm vẫn phải được đảm bảo bởi chất lượng sản phẩm được quyết
trong cỏc chế độ thớ nghiệm. Để năng suất sấy đạt lớn nhất thỡ giỏ trị lượng ẩm tỏch trong một đơn vị thời gian (w) phải lớn nhất. Để năng suất sấy đạt lớn nhất đối với mỏy BK- BSH 1.4 cỏc thụng số cần được tối ưu hoỏ bao gồm: tốc độ TNS (uTNS), khối lượng VLS một mẻ (GVLS), hệ số Bypass (BP) và nhiệt độ TNS (tTNS). Đõy là cỏc thụng số quyết định chớnh đến năng suất sấy trong chế độ sấy của mỏy BK –BSH 1.4. Hàm mục tiờu của đối tượng nghiờn cứu được biểu diễn như sau:
w = f(tTNS, uTNS, GVLS, BP)
4.2.2 Xỏc định miền khảo sỏt của cỏc thụng số
Giỏ trị của cỏc thụng số uTNS ,GVLS , tTNS, BP sẽ nằm trong một miền giỏ trị nhất định của dải thụng số làm việc. Để hạn chế số lượng thớ nghiệm và tăng độ chớnh xỏc của kết qủa ta sẽ phõn tớch lý thuyết và dựng cỏc thớ nghiệm phụ để xỏc định miền giỏ trị mà cỏc thụng số rơi vào càng hẹp càng tốt.
4.2.2.1 Miền khảo sỏt của tốc độ TNS (uTNS)
Đối với bắp cải, đõy là vật liệu sấy cú thành phần chủ yếu là nước và cú độ dớnh ướt cao, cú khả năng sấy ở tốc độ khụng khớ lớn mà vật liệu khụng bị bay. Cỏc thớ nghiệm đó tiến hành cũng cho thấy ở tốc độ khụng khớ (TNS) nhỏ hơn 2m/s thỡ năng suất sấy vẫn khỏ lớn mà vật liệu sấy vẫn khụng bị bay ngay cả khi đó khụ, vỡ sau khi khụ lại một phần VLS dớnh vào khay sấy và giữ cho chỳng khụng bị bay. Kết hợp những phõn tớch trờn miền giỏ trị để tiến hành cỏc thớ nghiệm của uTNS nằm trong khoảng từ 1,0 m/s 2,0 m/s. Với giỏ trị này khi mức độ điền đầy của vật liệu trong buồng sấy chiếm 15 65% thể tớch.
4.2.2.2 Miền khảo sỏt của nhiệt độ tỏc nhõn sấy
Từ cỏc phõn tớch ở mục 4.1.1 ta chọn miền giỏ trị để tiến hành thớ nghiệm
của tTNS nằm trong khoảng từ 30 400C.
4.2.2.3 Miền khảo sỏt của khối lượng VLS một mẻ
Khối lượng VLS (GVLS) trong một mẻ được chọn dựa vào tớnh chất của VLS và cụng suất mỏy khi thiết kế. Đối với bắp cải chọn khoảng giỏ trị GVLS
để tiến hành cỏc thớ nghiệm bằng 2 6 kg.
4.2.2.4 Miền khảo sỏt của hệ số BP.
Tỷ lệ Bypass phụ thuộc vào cấu trỳc của mỏy. Như đó phõn tớch ở mục 4.1.5 ta chọn hệ số Bypass nằm trong khoảng từ 0 55%.
4.3 XÂY DỰNG Mễ HèNH GIẢI TÍCH CHO ĐỐI TƢỢNG NGHIấN CỨU
Từ kết quả thực nghiệm dựng xỏc suất thống kờ để thu được phương gần đỳng là mụ hỡnh toỏn học của đối tượng. Phương phỏp như vậy được gọi là phương phỏp quy hoạch thực nghiệm và phương trỡnh giải tớch thu được gọi là phương trỡnh hồi quy.
4.3.1 Đặt bài toỏn
Giả sử ta cần nghiờn cứu một đại lượng y trong một hệ thống nào đú.
Thụng thường trong hệ thống một mặt y phụ thuộc vào cỏc yếu tố độc lập x1, x2, …, xk cú thể điều khiển được, mặt khỏc y cũn bị ảnh hưởng của cỏc tỏc động ngẫu nhiờn thường xuyờn và khụng điều khiển được . Cỏc biến x1, x2, …, xk gọi là cỏc biến vào hay cỏc nhõn tố, biến ngẫu nhiờn gọi là nhiễu. Vấn đề là phải tỡm quan hệ giữa y và (x1, x2, …, xk). Thụng thường cú trước một số thụng tin tiờn nghiệm về hệ thống đang xột bởi vậy người ta thường giả thiết mối quan hệ giữa y và (x1, x2, …, xk) cú dạng:
y = f((x1, x2, …, xk; 1, 1,2,… m) + (4.1) trong đú dạng hàm của f đó biết, nhưng cũn m tham số 1, 1,2,… m chưa biết.
Nếu giả thiết thờm rằng M = 0, D = 2 nghĩa là: