PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊNCỨU

4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀTÀI

2.2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊNCỨU

2.2.1. Phạm vi nghiên cứu:

- Địa bàn nghiên cứu: Tỉnh Quảng Ngãi.

- Chế tạo và khảo nghiệm hệ thống bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời năng suất 25kg/mẻ tại trường CĐ Kỹ Nghệ Dung Quất – tỉnh Quảng Ngãi.

- Thời gian nghiên cứu: 6 tháng (từ tháng 2/2017 đến tháng 8/2017

2.2.2. Đối tượng nghiêncứu

Đối tượng nghiêncứu của đề tài: Hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên năng suất 25kg/mẻ.Các cảm biến điều khiển cấu gấp xếp khay sấy.

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU

2.3.1.Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu

Thu thập và nghiên cứu tài liệu là công việc đầu tiên, quan trọng và rất cần thiết cho bất kỳ hoạt động nghiên cứu khoa học nào. Việc thu thập và nghiên cứu tài liệu giúp cho người thực hiện nghiên cứu:

- Làm rõ hơn đề tài nghiên cứu của mình, từ đó có phương pháp luận hay luận cứ chặt chẽ hơn.

- Có thêm kiến thức rộng, sâu về lĩnh vực đang nghiên cứu.

- Tránh trùng lặp với các nghiên cứu trước, vì vậy đỡ mất thời gian, công sức và tài chính.

Các loại tài liệu cần thu thập bao gồm nhiều nguồn khác nhau:

- Luận cứ khoa học, định lý, qui luật, định luật, khái niệm,… từ giáo trình, tài liệu chuyên ngành, sách chuyên khảo, ...

- Các số liệu, tài liệu đã công bố được tham khảo từ các bài báo trong tạp chí khoa học, tập san, báo cáo chuyên đề khoa học, ….

- Số liệu từ các cơ quan quản lý của Nhà nước, các tổ chức nghề nghiệp,... - Thông tin từ các phương tiện thông tin đại chúng.

2.3.2.Phương pháp đo đạc số liệu

Thông qua mô hình sấy bánh tráng, bằng các thiết bị đo để có các số liệu cụ thể nói lên một số đặc tính làm việc của thiết bị, quá trình thay đổi đặc tính của sản phẩm sấy.

Chúng tôi sử dụng các máy đo đạc:

- Cân 100kg Nhơn Hòa NHS-100, Việt Nam.Phạm vi cân: 2 kg – 100 kg, Phân độ nhỏ nhất: 200g, Sai số tối đa: ± 300 g, Sai số tối thiểu: ± 100 g

- Cân điện tử Scout Pro: Phạm vi cân đến 600g, Độ chính xác 0,1g - Đồng hồ đo điện đa năng ADD81

- Tủ sấy đối lưu tự nhiên WTC Binder: Thể tích trong: 28 lít, hhiệt độ max: 2300C, độ chính xác nhiệt độ:  0,30C, độ đồng đều nhiệt độ: tại 700c là  1,50C, số giá (chuẩn/max): 2/4, khối lượng tải/giá: 12 kg, tổng khối lượng tải cho phép: 25 kg

Hình 2.1. một số hình ảnh các thiết bị đo sử dụng trong đề tài

Mỗi mốc đo của thí nghiệm, chúng tôi thực hiện 3 lần lặp lại. Cứ sau 1/2 giờ, chúng tôi tiến hành đo một lần, thời gian đo: trong 3h/1 mẻ khảo nghiệm sấy bánh tráng tại sân khoa Cơ khí chế tạo trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ Dung Quất - Quảng Ngãi và theo dõi quá trình phơi bánh tráng tự nhiên trên sân tại xã Bình Hải - Bình Sơn – Quảng Ngãi

Các thông số đo và hình thức đo: Độ ẩm bánh tráng, nhiệt độ bánh tráng, nhiệt độ khí nóng, nhiệt độ không khí tự nhiên, trong Collector và ra khỏi collector. Đo độ ẩm bánh tráng sấy với các vị trí trong buồng sấy ...

2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu đo đạc

Trong nghiên cứu thực nghiệm đo đạc của máy, các kết quả đo được là ngẫu nhiên. Trong kỹ thuật nông nghiệp, xác suất tin cậy thường dùng trong khoảng 0,7 - 0,9, xác suất của dụng cụ đo trong khoảng 0,95 - 0,99. Vì vậy để đảm bảo độ tin cậy thì các thí nghiệm phải được lặp lại nhiều lần để đảm bảo xác suất của dụng cụ. Nếu trong quá trình khảo nghiệm khi thấy các số liệu có sai lệch bất thường thì loại bỏ, phải tiến hành đo lại để đảm bảo độ tin cậy cao[10].

Trong quá trình xử lý số liệu đo đạc, chúng tôi áp dụng các qui tắc của xác suất thống kê toán học sau khi đã lặp lại n lần. Giá trị trung bình của mỗi lần đo được tính theo công thức sau:

   n i n x 1 1

Sai số bình phương trung bình 2

1 ) ( 1 1 x x n n i i      

 biểu thị sự khuếch tán của kết quả đo đạc . Khi so sách sự khuyết tán của các đại lượng đo được xqua phương sai  chưa thể hiện đầy đủ thực chất biến động , do đó người ta sử dụng hệ số biến thiến V theo biểu thức:

% 100 . x V  

Sai số cho phép thể hiện trong phần sai lệch bình phương trung bình  2

.

Lý thuyết sai số đã xác định được rằng, kết quả nhiều lần đo của một đại lượng cần nằm trong khoảng ± 3 [11].

Vì vậy, nếu chưa biết trước đại lượng đo phải xác định trong giới hạn nào để giảm bớt số lần lặp lại (<5) thường cho sai số ± 3 . Tức là nếu sai số giữa số liệu nghi ngờ xi với giá trị trung bình xi lớn hơn 3 thì loại bỏ.

Các số liệu đo đạc sau khi kiểm tra độ tin cậy, được biểu diễn thành các bảng biểu, biểu đồ, đồ thị bằng phần mềm Exel...

Các số liệu thu thập về thời tiết khí hậu tại Quảng Ngãi được xử lý tổng hợp và tính trung bình.

2.3.4. Phương pháp giải tích

Biểu diễn quá trình trao đổi nhiệt ẩm của bánh tráng trong thiết bị dưới dạng mô hình toán học. Áp dụng các công thức, lý thuyết về sấy, xác định kích thước cụ thể của mô hình thiết bị sấy, bản chất của quá trình nâng nhiệt của collector. Xác định chế độ sấy lý thuyết của thiết bị.

2.3.5. Phương pháp thực nghiệm

Chế tạo mô hình hệ thống sấy bánh tráng sử dụng NLMT với năng suất 25kg bánh /mẻ sấy, lựa chọn thời gian và tiến hành sấy thử nghiệm.

Đo đạc, với các dụng cụ đo, để xác định thời gian sấy trung bình, chế độ sấy; xác định một số trạng thái làm việc của thiết bị sấy; đánh giá chất lượng sản phẩm sấy. Qua đó, đối chiếu với kết quả tính toán lý thuyết về cân bằng nhiệt ẩm kiểm tra độ tin cậy của mô hình nhằm có những kết luận và điều chỉnh phù hợp.

Để đánh giá được sự biến thiên của một số thông số vật lý trong bánh tráng và quá trình làm việc của thiết bị, chúng tôi bố trí thí nghiệm sấy trong 2 ngày 08 – 09/8/ 2017 tại xưởng trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ Dung Quất. Trong những ngày sấy thử nghiệm, nhiệt độ và cường độ nắng tương đối ổn định.

Để đảm bảo độ tin cậy của số liệu thu được cần tuân thủ hai nguyên tắc bố trí thí nghiệm: Lặp lại và ngẫu nhiên hóa.

Hình 2.2. Chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dung NLMT năng suất25kg bánh tráng/mẻ sấy

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

3.1. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU SẤY 3.1.1. Độ ẩm của vật liệu sấy 3.1.1. Độ ẩm của vật liệu sấy

Theo một số tác giả [5]; [16] khi niêm độ ẩm của vật bao gồm: đô ẩm tương đối, độ ẩm tuyệt đối, độ chứa ẩm và nồng độ ẩm và độ ẩm cân bằng.

- Độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối còn gọi là độ ẩm toàn phần là số phần trăm khối lượng (rắn, lỏng, và hơi) chứa trong một Kilogram vật liệu ẩm, khối lượng của nước và khối lượng của vật liệu khô thì ta luôn có:

G = Ga + Gk (kg) (3.1)

Như vậy độ ẩm tương đối Wbằng: % 100 x G G W  a (3.2)

Chú ý đến quan hệ (3.1) chúng ta thấy độ ẩm tương đối W bao giờ cũng nhỏ hơn 100 % hay 0 % <W< 100 %.

- Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối còn gọi là độ ẩm tính theo vậtliệukhô là số phần trăm nước chứa trong một Kilogram vậtliệukhô. Do đó độ ẩm tuyệt đối Wk bằng:[13]

% 100 x G G W k a k  (3.3)

Do khối lượng của ẩm Gachứa trong vật liệu có thể lớn hơn khối lượng của vật liệu khô Gk nên khác với độ ẩm tương đối, độ ẩm tuyệt đối Wk có thểlớn hơn 100 % . Có thể thấy rằng đói đối với vật liệu khô tuyệt đối ta có: Wk = W = 0%.

Từ đó suy ra, với những độ ẩm bé thì giá trị độ ẩm tương đối và tuyệt đối không khác nhau nhiều

Từ các quan hệ (3.1) - (3.3) chúng ta dễ dàng thu được các quan hệ sau đây giữa hai loại độ ẩm. Cho phép chúng ta tính độẩm này khi biết độ ẩm kia và ngược lại.

% 100 100 k k W W W   hay 100% 100 W W W k  (3.4)

- Độ ẩm và nồng độ ẩm

Trong khi nghiên cứu vật liệu ẩm người ta còn đưa khái niệm độ chứa ẩm u. Độ chứa ẩm là tỷ số lượng chứa giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. Ta có: k a G G u (kg/kg)(3.5)

Độ chứa ẩm không những đặc trưng cho toàn bộ mà còn có thể đặc trưng cho từng vùng vật thể. Nếu độ chứa ẩm phân bố đều trong toàn bộ vật thể thì ta có quá nhiều:

100

k

W

u (kg/kg)(3.6)

Ngoài độ chứa ẩm ungười ta còn sử dụng khái niệm nồng đô ẩm c, đó là khối lượng ẩm chứa trong 1 m3

vật thể. Ta có:

V G

c a (3.7)

Trong đó: V là thể tích vật (m3).

Khi ẩm phân bố đều trong vật thì từ quan hệ (3.2) và (3.7) ta có quan hệ giữa nồng đô độ ẩm c và độ ẩm tương đối:

f

W

c

100

 (3.8)

Với f là khối lượng của vật liệu (kg/m3).

Để tìm mỗi liên hê giữa độ chứa ẩm u và nồng độ ẩm cngười ta đưa vào khái niệm khối lượng của vật liệu khô trong môt đơn vị thể tích vật liệu ẩm thường gọi là khối lượng riêng dẫn xuất hay mật độ dẫn xuất ký hiệu là fdx ta có:

V G

f k

dx  (3.9)

Khi đó kết hợp vái (3.3); (3.6); (3.7) và (3.9) ta có quan hệ giữa độ chứa ẩm u

và nồng độ ẩm c như sau:

c = ufd (3.10)

Nếu trong quá trình sấy, độ co ngót về thể tích của vật liệu sấy không đáng kể thì rõ ràng khối lượng riêng dẫn xuất fdx gần bằng khối lượng riêng của vật liệu khô f x.

Độ ẩm cân bằng là độẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó. ở trạng thái này độ ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. Lúc này không tồn tại sự trao đổi chất ẩm giữa vật và môi trường. Do vậy, độ ẩm cân bằng phụ thuôc vào trạng thái của môi trường bao quanh vật. Độ ẩm cân bằng ký hiêu Wcb; Wocb; Ucb...

Trong kỹ thuật sấy độ ẩm cân bằng có ý nghĩa rất lớn, nó xác định giới hạn quá trình sấy, và dùng để xác định bảo quản của mỗi lần vật liệu trong những điều kiện môi trường khác hau.

Một vật ẩm có độ ẩm W1 đặt trong môi trường không khí ẩm có trạng thái nhất định t1, φ1. Nếu độ ẩm của W1 lớn hơn đô ẩm cân bằng tương ứng với trạng thái không khí t1, φ1thì vật ẩm sẽ thoát ẩm cho tới khi đạt trị số độ ẩm cân bằng Wcb1. Ngược lại nếu W1˂Wcb1 thì vật sẽ hấp thu ẩm để cho độ ẩm của nó tăng lên cho tới khi đạt tới chỉ số cân bằng. Vì vậy khi cần bảo quản môt sản phẩm có đô ẩm nhỏ hơn đô ẩm cân bằng ứng với môi trường không khí trong phòng ta không thể để sản phẩm trong điều kiện không khí trong phòng. Vì như vậy làm cho độ ẩm của nó tăng lên dẫn tới giảm đáng kể thời gian bảo quản an toàn. Trong trường hợp này để bảo quản sản phẩm phải dùng bao gói hoặc nhà kho mà độ ẩm tương đối của không khí nhỏ hơn so với môi trường bên ngoài. Tức là làm sao cho độ ẩm cân bằng của sản phẩm tương ứng với điều kiện môi trường trong kho bảo quản phải nhỏ hơn hoặc bằng độ ẩm của vật cần bảo quản. Có như vậy sản phẩm đạt tới trạng thái cân bằng với môi trường trong kho thì độ ẩm của nó không vượt quá trị số độ ẩm cho phép.

3.1.2. Phân loại vật ẩm

Có nhiều cách phân loại vật ẩm. Theo cách phân loại này các vật ẩm được chia thành 3 nhóm là: vật xốp mao dẫn, vật keo và vật keo xốp mao dẫn. Sự phân loại này cũng chỉ là tương đối vì các vật sấy rất đa dạng, nhiều vẻ. Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảo sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho những vật liệu vào nhóm vật liệu khác nhau.

- Vật xốp mao dẫn

Những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liêu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn được gọi là vật xốp mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần hoá học của chất lỏng. Các vật liệu xây dung, than củi, cát, thạch nhũ là những thí dụ về vật xốp mao dẫn. Ở những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩm chứa trong vật và quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì những vật này gọi là vật xốp. Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên giòn và có thể bị vỡ vụn thành bột.

- Vật keo

Vật keo là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. trong vật keo ẩm liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm thấu. Ví dụ: keo động vật, vật liệu xenlulô, tinh bột, đất sét Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều và vẫn giữ được tính dẻo [6]. Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong kỹ thuật sấy người ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn. khi đó các vật keo được xe như vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ.

- Vật keo xốp mao dẫn

Những vật thể mà trong đó tổn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn thì được gọi là vật xốp mao dẫn. Các vật liệu này như gỗ, than bùn, các loại hạt một số thực phẩm và hạt ngô cũng thuộc loại liên kết này. Về cấu trúc của vật này thuộc loại xốp mao dẫn những về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản tương lên, khi sấy khô thì co lại. Phần lớn các vật xốp mao dẫn khí sấy khô trở nên giòn như bánh mì, rau xanh.

3.2. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY

Tác nhân sấy là những chất dùng để truyền nhiêt cho vật liệu sấy và chuyên chở lượng dùng ẩm tách ra từ vật sấy. Trong quá trình sấy môi trường xung quanh luôn được bổ xung lượng ẩm thoát ra từ vật sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối của không khí bao quanh vật thể sấy sẽ tăng lên đến khi đạt giá trị cân bằng giữa vật sấy và môi trường bao quanh thì quá trình thoát ẩm vật ngừng lại. Như vậy cùng với viêc cấp nhiệt cho vật ẩm để hoá hơi ẩm lỏng, đổng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật vào môi trường. Đó cũng chính là nhiệm vụ cơ bản của tác nhân sấy. Tác nhân sấy có thể là khói lò, khí sạch, hơi quá nhiệt, khí khói.

3.2.1. Không khí ẩm

Không khí ẩm là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên, không khí ẩm là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau và có chứa một lượng hơi nước nhất định. Khi nghiên cứu người ta coi không khí ẩm gổm hai thành phần chính là không khí khô và hơi nước. Không khí khô (khí lý tưởng) được gọi là thành phần cố định còn hơi nước là thành phần luôn thay đổi trong không khí ẩm. Để đơn giản trong tính toán người ta coi không khí ẩm là hỗn hợp khí lý tưởng nên nó tuân theo các định luật của khí lý tưởng [5].

• Một số khái niệm:

- Khối lượng không khí ẩm bằng tổng khối lượng của không khí và hơi nước. G=Gk+Gh (kg) (3.11)

V = Vk-Vh ( m3 ) (3.12)

- Nhiệt độ của không khí khô bằng nhiệt độ của hơi nước và chính là nhiệt độ