Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, SẤY VÀ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI
2.2. Các hệ thống sấy bằng năng lượng mặt trời
2.2.1. Thiết bị sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên
Trong thiết bị sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên, dòng khí chuyển động nhờ sự chênh lệch về khối lượng riêng giữa không khí nóng và không khí lạnh.
Không khí khi bị đốt nóng có khối lượng riêng giảm đi nên có xu hướng bay lên trên tạo thành dòng khí lưu động tự nhiên.
Thiết bị kiểu này có cấu tạo đơn giản do không cần quạt gió, chi phí chế tạo thấp nhưng tốc độ dòng khí nhỏ, phụ thuộc vào điều kiện môi trường và không điều chỉnh được.
Theo cấu tạo có thể phân thiết bị sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên thành các nhóm sau:
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên - Sân phơi có mái che trong suốt:
Đây là phương pháp phơi nắng tự nhiên cải tiến. Sản phẩm được trải trên nền cứng và bên trên che kín bằng vật liệu trong suốt (kính, nhựa hoặc nilon trong) (hình 2.2). Chính tấm che này tạo ra hiệu ứng lồng kính làm tăng nhiệt độ của không khí bên trong đồng thời vật liệu sấy hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời và nóng lên.
Dòng không khí chuyển động trên bề mặt sản phẩm sẽ vận chuyển hơi ẩm bay ra từ vật liệu sấy. Tốc độ chuyển động của dòng khí phụ thuộc vào tốc độ gió và độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên trong và bên ngoài tấm che.
Hình 2.2. Sân phơi có mái che trong suốt [19]
Phương pháp này có tốc độ sấy nhanh hơn so với phơi nắng tự nhiên do nhiệt độ khí sấy cao hơn. Mái che có tác dụng tạo ra hiệu ứng nhà kính đồng thời bảo vệ sản phẩm tránh mưa đột ngột, tránh nhiễm bẩn do bụi và côn trùng phá hoại do đó hạn chế thất thoát sản phẩm. Tuy nhiên, ở sân phơi có mái che thì tốc độ sấy chậm, thời gian sấy không giảm nhiều so với phơi nắng tự nhiên.
- Thiết bị sấy dạng hộp và dạng lều:
Thiết bị loại này có hình dạng trông giống như một chiếc hộp hoặc chiếc lều trong đó sản phẩm sấy được trải trên một tấm sàn có lỗ thoáng (lưới kim loại, phên tre nứa,...) và đặt cách mặt đất một khoảng nhất định. (Hình 2.3).
Tấm che trong suốt bên trên được làm bằng nhựa đối với dạng lều và bằng kính đối với dạng hộp. Các tia bức xạ mặt trời xuyên qua tấm che và trực tiếp đốt nóng sản phẩm. Không khí chuyển động xuyên qua lớp sản phẩm từ dưới đáy lên phía trên nhờ đối lưu tự nhiên.
So với sân phơi cải tiến thì thiết bị này có thể bảo vệ sản phẩm tránh mưa và côn trùng tốt hơn nhờ tấm sàn nằm cao hơn mặt đất song đòi hỏi chi phí đầu tư cao hơn đồng thời cho năng suất thấp.
Tấm che
Vật liệu sấy
Nền cứng (sân)
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Hình 2.3 a
Hình 2.3 b
Hình 2.3. Thiết bị sấy năng lượng mặt trời dạng lều (a) và dạng hộp (b) [19]
- Thiết bị sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên kiểu buồng:
Trong thiết bị này sản phẩm được trải trên các khay đặt trong buồng sấy nằm riêng rẽ so với bộ phận thu nhiệt (hình 2.4). Không khí được đốt nóng tại bộ thu nhiệt sẽ chuyển động lên trên qua các khay chứa vật liệu sấy nhờ đối lưu tự nhiên. Bộ thu nhiệt kiểu tấm phẳng được đặt nghiêng để tạo thuận lợi cho dòng khí chuyển động lên phía trên. Ống khói cùng với quạt thông gió ở trên buồng sấy có tác dụng tăng cường tốc độ dòng khí.
Tấm che Thanh tre
Không khí ra
Không khí vào
Dòng khí
Khay
Khung
Lỗ thông gió
Cách nhiệt
Chân Cửa
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Hình 2.4. Thiết bị sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên kiểu buồng [19]
Thiết bị này thích hợp với một số sản phẩm cần phải tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời để giữ màu sắc hoặc hương vị, song đòi hỏi chi phí đầu tư cao do cấu tạo phức tạp và năng suất thấp do số lượng khay chứa vật liệu bị hạn chế bởi sức cản dòng khí.
-Thiết bị sấy năng lượng mặt trời kiểu nhà kính:
Thiết bị được kết cấu giống như một căn nhà với mái và tường làm bằng kính hoặc nhựa trong suốt.
Sản phẩm sấy được trải trực tiếp trên nền hoặc đặt trên các khay và trực tiếp hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời. Không khí bên trong nhà kính được đốt nóng nhờ năng lượng mặt trời sẽ chuyển động lên phía trên nhờ đối lưu tự nhiên. Dòng không khí chuyển động dọc theo bề mặt sản phẩm sẽ hút hơi ẩm từ vật sấy và thải ra ngoài.
Tấm hấp thụ
Sản phẩm Quạt thông gió
Bức xạ mặt trời Tấm che
trong suốt
Không khí vào
Không khí ra
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Hình 2.5. Thiết bị sấy năng lượng mặt trời kiểu nhà kính [19]
Kích thước thiết bị phải đủ lớn để có thể đi lại bên trong khi chất tải và dỡ tải.
Kết cấu của thiết bị phải thuận tiện cho việc lắp ráp và tháo rời để bảo quản thiết bị khi thời tiết không thuận lợi.
Thiết bị này có thể bảo vệ sản phẩm tránh mưa và súc vật phá hoại, nâng cao chất lượng sản phẩm do không bị nhiễm bụi bẩn và có thể giữ màu sản phẩm. Tuy nhiên giá thành đầu tư lớn và tốc độ vận chuyển ẩm phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Khi độ ẩm tương đối của không khí ngoài môi trường cao, tốc độ hút ẩm giảm, thời gian sấy kéo dài sẽ dễ gây thối hỏng sản phẩm.