4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀTÀI
4.1. KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU Ở TỈNH QUẢNG NGÃI
Tỉnh Quảng Ngãi có khí hậu nhiệt đới gió mùa, được chia làm hai mùa mưa, nắng rõ rệt. Mùa nắng kéo dài từ hạ tuần tháng giêng âm lịch đến thượng tuần tháng tám âm lịch, có gió mùa thổi từ Đông Nam sang Tây Bắc, còn gọi là gió Nồm, rất mát mẻ. Mùa mưa có vũ lượng trung bình tương đối lớn, số ngày mưa trung bình hàng năm là 129, tuy nhiên, chỉ tập trung vào bốn tháng cuối năm.
Bảng 4.1. Nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi
Đơn vị tính: oC Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Bình quân năm 26,7 25,7 26,9 26,6 2672 26,5 Tháng 1 23,5 20,7 22,1 22,4 20,9 21,4 Tháng 2 25,0 22,4 23,3 24,7 22,6 18,9 Tháng 3 25,3 22,3 25,4 26,1 25,4 25,6 Tháng 4 27,8 25,6 28,0 27,7 27,9 26,9 Tháng 5 30,4 28,7 29,7 29,5 30,2 30,2 Tháng 6 30,1 29,6 30,1 29,7 30,8 30,0 Tháng 7 29,5 29,9 29,4 29,0 29,4 29,4 Tháng 8 28,5 29,1 30,0 29,1 29,5 29,4 Tháng 9 27,9 27,6 27,4 28,7 27,7 28,8 Tháng 10 26,1 26,0 26,4 25,8 26,5 26,8 Tháng 11 23,7 24,9 26,4 25,4 25,9 26,4 Tháng 12 22,9 21,7 24,7 21,5 22,4 24,2
Bảng 4.2. Số giờ nắng các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi Đơn vị tính: giờ Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Cả năm 2192 1804 2217 1981 2290 2486 Tháng 1 152 41 65 114 115 154 Tháng 2 214 154 137 156 170 165 Tháng 3 214 119 219 211 220 241 Tháng 4 225 184 214 181 250 246 Tháng 5 263 241 243 259 301 276 Tháng 6 245 216 186 196 209 263 Tháng 7 247 230 228 208 215 161 Tháng 8 196 229 231 152 236 263 Tháng 9 192 132 170 143 204 229 Tháng 10 106 102 189 151 172 195 Tháng 11 45 135 175 133 167 164 Tháng 12 94 23 160 78 32 128
Bảng 4.3. Độ ẩm không khí trung bình các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi Đơn vị tính: % Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Bình quân năm 82 83 82 82 81 82 Tháng 1 86 89 90 87 83 84 Tháng 2 81 84 87 84 82 86 Tháng 3 82 85 81 84 83 84 Tháng 4 80 83 80 84 81 83 Tháng 5 74 78 77 77 74 76 Tháng 6 75 75 75 76 72 76 Tháng 7 75 73 76 78 78 78 Tháng 8 80 78 74 79 75 78 Tháng 9 82 85 84 84 79 81 Tháng 10 86 88 84 85 86 84 Tháng 11 91 86 86 87 87 88 Tháng 12 86 89 85 82 91 89
Nguồn: Cục Thống kê tỉnh Quảng Ngãi năm 2016
Từ số liệu cung cấp ở trên, có thể tổng hợp lại một số liệu quan trọng làm cơ sở cho nghiên cứu tính toán như sau:
- Số giờ nắng trong các ngày: 6,8 giờ;
- Số giờ nắng trong tháng : cao nhất 301 giờ, thấp nhất 23 giờ; - Cường độ BXMT : 950W/m2
4.2.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA QUANG NHIỆT TRONG THIẾT BỊ SỬ DUNG NLMT.
Từ công thức:
EFi Qn
(4.1) Trong đó: - hiệu suất của bộ thu NLMT;
Qn - nhiệt hữu ích thu được của bộ thu, W E - cường độ BXMT, W/m2;
F - diện tích của bộ thu, m2
Ta có: Qn = .E.F (W) (4.2)
Như vậy, từ công thức (4.2) ta thấy, khả năng chuyển hóa quang nhiệt của bộ thu phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố: Hiệu suất của bộ thu, cường độ BXMT và diện tích của bộ thu.
* Hiệu suất của bộ thu: Phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu và vật liệu chế tạo bộ thu. Tính chất vật lý của một số vật liệu như độ trong D của tấm trong suốt, khả năng hấp thụ (độ đen) 8 của tấm hấp thụ và khả năng cách nhiệt X của tấm cách nhiệt,... quy định khả năng chuyển hóa quang nhiệt hữu ích của các collector trong thiết bị sấy NLMT.
Như đã nêu ở phần trên, tùy theo đặc điểm làm việc của bộ thu để lựa chọn kết cấu bộ thu phù hợp. Thông thường, kết cấu càng phức tạp, giá thành chế tạo cao thì cho hiệu suất bộ thu cao hơn.[17]
Cường độ bức xạ mặt trời
Cường độ bức xạ mặt trời phụ thuộc vào khoảng cách tương đối giữa mặt trời và điểm quan sát trên trái đất. Trong một ngày, khoảng cách này sẽ giảm dần cho đến khi mặt trời lặn. Như vậy, cường độ bức xạ tương ứng sẽ tăng dần trong buổi sáng cho đến khi đạt giá trị lớn nhất Imax vào giữa trưa sau đó giảm dần vào buổi chiều.
Cường độ bức xạ mặt trời còn phụ thuộc vào góc nghiêng 0 của tia tới trên mặt phẳng hấp thụ: En = Engh.cosƟ khi góc tới càng lớn thì CĐBX En càng nhỏ. Vì vậy, để tăng khả năng chuyển hóa quang nhiệt, thiết bị thu phải được điều chỉnh sao cho góc tới luôn luôn = 0; tức tia tới luôn vuông góc với mặt phẳng của bộ thu.
Diện tích của bộ thu NLMT:
Năng lượng hấp thụ của bộ thu tỷ lệ thuận với diện tích bộ thu, diện tích càng lớn thì năng lượng hấp thụ càng cao. Tuy nhiên, giá thành chế tạo cao hơn, diện tích chiếm chỗ lớn, chi phí lắp đặt và vận chuyển cao. Trong quá trình chế tạo, tùy theo điều kiện chế tạo, vật liệu sẵn có để có thể nâng cao hiệu suất bộ thu hay diện tích bộ thu.
4.3. NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG SẤY SỬ DỤNG NLMT PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN NÔNG HỘ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI.
4.3.1.Phân tích ưu nhược điểm của các nguyên lý sấy sử dụng NLMT
Do phương pháp phơi nắng tự nhiên có nhiều nhược điểm như: - Không chủ động, hoàn toàn phụ thuộc vào thời tiết.
- Tổn thất lớn do gãy vỡ, chim chuột hay lẫn đất cát và dễ bị ẩm khi trời mưa... - Tốn nhiều công lao động và không cơ giới hóa được.
Vì vậy, cần phải cải tiến phương pháp phơi nắng tự nhiên bằng các thiết bị sấy sử dụng NLMT thích hợp, để nâng cao chất lượng và hiệu quả sấy, giảm tổn thất.
Hiện nay, có nhiều nguyên lý sấy sử dụng NLMT khác nhau được ứng dụng rất phổ biến, tùy theo đặc điểm của vật sấy, giá thành đầu tư và vật liệu chế tạo. Mỗi nguyên lý có những ưu nhược điểm riêng, cụ thể như sau:
a. Ưu nhược điểm của nguyên lý sấy trực tiếp đối lưu tự nhiên:
Cấu tạo của thiết bị này gồm: Khung giàn sấy, khay sấy, tấm trong suốt, cửa không khí vào và cửa thoát ẩm.
- Ưu điểm của thiết bị sấy này là cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, chủ động khi trời mưa nhờ tấm che trong suốt, sấy trong buồng kín nên không bị nhiễm bẩn sản phẩm. Tuy nhiên, hiệu suất nâng nhiệt không cao, khó tạo ra dòng khí tốc độ lớn, quá trình sấy chậm, mất nhiều thời gian..., năng suất sấy thấp, chỉ sấy được lớp mỏng.
b. Ưu nhược điểm của nguyên lý sấy gián tiếp đối lưu tự nhiên:
Khác với hệ thống sấy trực tiếp, hệ thống sấy gián tiếp có thể cho nhiệt độ cao hơn vì hiệu suất của bộ hấp thụ cao hơn (do được chế tạo riêng biệt với buồng sấy), quá trình sấy đều hơn do không khí nóng đi từ dưới vật sấy đi lên, kết cấu của buồng sấy không quá phức tạp.
Các thiết bị sấy đối lưu tự nhiên, đòi hỏi độ chính xác chế tạo không cao, độ kín khít ở những chỗ ghép nối không quá phức tạp, vật liệu sẵn có và phổ biến. Tuy nhiên, diện tích chiếm chỗ lớn, tốc độ sấy chậm, chỉ phù hợp với sấy lớp mỏng.
Hình 4.2. Sơ đồ thiết bị sấy bằng NLMT kiểu gián tiếp với bộ thu năng lượng riêng
c. Ưu nhược điểm của nguyên lý sấy hỗn hợp đối lưu tự nhiên
Để tăng khả năng làm nóng sản phẩm sấy, ta có thể sử dụng nguyên lý sấy hỗn hợp (hình 4.3). Thiết bị sấy kiểu này có cấu tạo đơn giản, không phụ thuộc vào nguồn năng lượng khác, có thể sử dụng các vật liệu sẵn có tại địa phương, tăng được năng suất sấy, tốc độ sấy so với hai loại thiết bị trên.
Giá thành rẻ, đơn giản, thu được năng lượng BXMT của toàn bộ diện tích chiếm chổ của thiết bị, quá trình lắp ghép và làm kín khít hệ thống không đòi hỏi quá phức tạp.
Hình 4.3. Sơ đồ thiết bị sấy hỗn hợp đối lưu tự nhiên
d. Ưu nhược điểm của nguyên lý sấy gián tiếp đối lưu cưỡng bức:
Sấy gián tiếp đối lưu cưỡng bức có kết cấu bộ phận thu là tường hay mái che hoặc cả tường và mái che của buồng sấy hoặc có thể là bộ phận thu riêng biệt. Với thiết bị sấy đối lưu cưỡng bức, năng lượng dòng không khí được tạo ra nhờ quạt hút hoặc đẩy. Ưu điểm của hệ thống này là tốc độ sấy cao hơn, tăng khả năng trao đổi ẩm của vật sấy với không khí nóng, quá trình sấy đồng đều hơn, tăng được bề dày lớp sấy, phù hợp để sấy nhiều loại sản phẩm.
Nhược điểm: kết cấu phức tạp, cần thêm một nguồn năng lượng (động lực) từ bên ngoài để chạy quạt, giá thành chế tạo đắt, đòi hỏi phải lắp đặt các bộ phận chính xác, kín khít, tính chất vật liệu đòi hỏi cao hơn.
RYMT
4.3.2. Lựa chọn kết cấu, cấu tạo của hệ thống sấy sử dụng NLMT để thiết kế, chế tạo, thí nghiệm.
Căn cứ vào những ưu nhược điểm đã phân tích ở trên, căn cứ vào các dạng vật liệu sấy, giá thành đầu tư, vật liệu sẵn có trên thị trường.... Chúng tôi chọn nguyên lý của hệ thống thiết bị sấy: nguyên lý sấy hỗn hợp (vừa sấy trực tiếp vừa sấy gián tiếp) kiểu đối lưu tự nhiên. Thể hiện ở hình 4.6.Sơ đồ nguyên lý sấy dùng NLMT đối lưu tự nhiên và đồ thị I-d
* Kết cấu và cấu tạo hệ thống sấy.
Chú thích : 1. Collector 1 2. Giàn sấy
3. Tủ điện điều khiển khay sấy 4. Cửa
5. Phủ nolong trong suốt 6. Cửa thoát ẩm
7. Kính trong suốt
Hình 4.5. Cấu tạo củahệ thống sấy NLMTnăng suất 25kg/mẻ
* Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy như sau: Liên kết 2 bộ phận của thiết bị sấy (collector 1và buồng sấy) với nhau bằng bu lông, đảm bảo kín khít ở những chỗ nối ghép. Đặt hệ thống sấy theo hướng Nam để collector có thể thu được BXMT vào buổi sáng và buổi chiều. Cho bánh tráng vào buồng sấy trên giàn sấy2; đậy cửa 4; bánh tráng làm nóng thông qua collector 1 và collector 2 (buồng sấy): bánh tráng được làm nóng nhờ hấp thụ trực tiếp bức xạ mặt trời, bề mặt dưới của bánh tráng được làm nóng nhờ dòng khí đi collector 1; do sự chênh lệch nhiệt độ giữa phía dưới và trên của buồng sấy tạo thành dòng không khí đối lưu đẩy ẩm của vật sấy thoát ra ngoài qua cửa thoát ẩm qua cửa 6.