Ứng dụng phần mềm Labview vào nghiên cứu thực nghiệm

4.4.1.Khái niệm về phần mềm đồ họa LabView

LabView (Laboratory Virtual Istrument Engineerring Worbench) là một chương trình ứng dụng phát triển, dựa trên cơ sở ngôn ngữ lập trình đồ họa G, thường được sử dụng cho mục đích đo lường, xử lý, điều khiển tham số và mô phỏng thiết bị.

Là một ngôn ngữ lập trình đa năng, giống như C hoặc Visual Basic, LabView có các thư viện hàm cho các nhiệm vụ khác nhau. Với mục đích xây dựng một ngôn ngữ chuyên dụng cho các bài toán khoa học kỹ thuật, các thư viện hàm được cung cấp bởi LabView rất mạnh, phong phú và luôn được phát triển để tương thích với sự phát triển của phần cứng và các yêu cầu thực tiễn.

Khác với ngôn ngữ lập trình thông thường (ngôn ngữ dòng lệnh) LabView sử dụng ngôn ngữ lập trình G – ngôn ngữ lập trình đồ hình – để tạo các chương trình ở dạng sơ đồ khối. Do đó người lập trình có thể tạo thiết kế một giao diện mô phỏng theo panel của các thiết bị vật lý thực. Nó còn tạo ra một cái nhìn trưc quan trong việc xây dựng mã nguồn giúp người lập trình trong thiết kế hệ thống, gỡ rối và kiểm tra chương trình.

4.4.2. Kỹ thuất lập trình cơ bản trên LabView a) Cấu trúc chương trình

Các chương trình xây dựng trên LabView (Vis) tương tự như các function của một ngôn ngữ lập trình dòng lệnh. Một số Vis gồm ba phần: Giao diện với người sử dụng – front panel, lưu đồ cung cấp mã nguồn – Block Diagram, và biểu tượng kết nối – Icon/Conector.

- Front Panel: Là nơi giao tiếp giữa người dùng và chương trình. Nó tương tự như một panel của các thiết bị vật lý, bao gồm các nút bật, công tắc chuyển mạch, bộ hiển thị,…

- Block Diagram: VI nhận lệnh từ block diagram. Đây là một phương thức được sử dụng trong G – ngôn ngữ đồ hình. Block Diagram thường có các đối tượng, các hàm

và SubVI, được kết nối với nhau theo một quy tắc nhất định để cung cấp mã nguồn đồ hình cho VI thực hiện. Block Diagram gồm có các terminal, node và wire. Terminal là cổng truyền dữ liệu giữa block diagram với front panel hoặc giữa các node trong cùng một block diagram. Để hiển thị các terminal của hàm hoặc VI, kích chuột phải vào icon chúng rồi chọn menu: Show>>Terminal. Note là các phần tử thực hiện chương trình. Chúng tương tự như các mệnh đề, toán tử, hàm hoặc chương trình con ở trong các ngôn ngữ lập trình dòng lệnh.

- Icon và Connector: VI có thể thực hiện một cách độc lập hoặc được một VI khác gọi tới như một chương trình (SubVI). Để làm điều này LabView đưa ra khái niệm Icon và Connector. Icon là biểu tượng của một VI, được dùng khi sử dụng VI này như một SubVI trong một VI khác. Một VI gọi tới một VI khác bằng cách đưa icon của nó vào block diagram. Connector là một phần tử của terminal dùng để kết nối các đầu vào hoặc các đầu ra của một SubVI với các node khác trong block diagram của VI gọi nó. Mỗi VI có một icon mặc định hiển thị trong bảng Icon ở góc trên bên phải của của sổ Front Panel hoặc Block Diagram. Để hiển thị connector của một VI trên front panel, kích chuột phải vào icon và chọn menu: Show>>Connector.

b) Công cụ hỗ trợ lập trình

- Tools palette: bao gồm các chế độ làm việc của chuột. Các công cụ có trong tools palette được sử dụng để soạn thảo hoặc chạy chương trình. Để truy cập vào tools palette chọn menu: Window>>Show Tools palette.

- Controls palette: Là bảng chứa các bộ điều khiển và chỉ thị được sử dụng trên front panel của các VI. Controls là các terminal đầu vào, dùng để cung cấp dữ liệu cho VI còn Indicators là các terminal đầu ra dùng để hiển thị dữ liệu cho VI tạo được. Để truy cập vào control panel ta chọn menu: Window>>Show Controls palette.

- Functions palette: Functions là các node cơ bản trong ngôn ngữ lập trình G, nó tương tự các toán tử hoặc các hàm trong ngôn ngữ thông thường. Functions có biểu tượng màu vàng, không có front panel và block diagram (do chúng không phải là các VIs). Có thể truy nhập các functions từ Window>> Functions palette. Functions được sử dụng để xây dựng block diagram. LabView có thư viện hàm rất mạnh và phong phú để xử lí kết quả cũng như điều khiển và mô phỏng thiết bị như: các hàm xử lí toán

học – Numeric Functions, các hàm biến đổi logic – Boolean Functions, các hàm xử lý mảng và ma trận – Array Functions. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà các thư viện hàm trên LabView luôn luôn được phát triển và chuyên dụng hóa để người dùng có thể cập nhật và sử dụng hiệu quả cho mục đích của mình.

c) Ứng dụng phần mềm Labview vào nghiên cứu thực nghiệm

Mô hình labview sử dụng trong việc cài đặt và ghi nhận kết quả của thí nghiệm trên máy sấy lạnh. Giao diện của chương trình gồm các đồ thị ghi nhận các giá trị nhiệt độ và độ ẩm của môi trường, nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy, nhiệt độ buồng lạnh và nhiệt độ khí xả. Dựa vào chương trình đã lập trình ta có thể ghi nhận các kết quả từ đó tìm ra chế độ sấy tối ưu đối với từng loại vật liệu tiến hành thực nghiệm.

Hình 4-6. Giao diện chương trình ứng dụng phần mềm Labview

4.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy a) Nhiệt độ sấy

Yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm rau quả khô là nhiệt độ sấy. Nếu nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60 oC thì prôtêin bị biến tính. Nếu trên 90 oC thì fruetoza bắt đầu bị caramen hoá, các phản ứng tạo ra mebanoizin, polime hoá hợp chất cao phân tử ... xảy ra mạnh và ở nhiệt độ cao hơn nữa rau quả có thể bị cháy. Rau quả đòi hỏi có chế độ sấy ôn hoà (nhiệt độ thấp). Nếu loại rau quả ít thành phần protêin thì nhiệt độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-90 oC. Đối với sản phẩm không chần như chuối, đu đủ thì có thể sấy nhiệt độ cao, sau đó giảm dần xuống.

Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu.

b) Độ ẩm không khí

Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó xuống. Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí:

- Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùngcalorife.

- Giảm nhiệt độ không khí bằng cách dùng máy hút ẩm.

Thông thường khi vào lò sấy, không khí có độ ẩm 10-13%. Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm.

Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên (thông thường khoảng 40 - 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy. Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy.

Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0 m/s trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lượng.

d) Độ của lớp sấy

Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẫn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại. Thông thường nên xếp lớp hoa quả trên các khay sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2 là phù hợp.

Chương 5

HIỆU QUẢ KINH TẾ 5.1. Chi phí nguyên liệu, nhiên liệu

Các thông số đã có:

* Tỉ lệ tươi/khô = 7,7 * Năng suất sấy : 1,9 kg/mẻ

* Công suất tổng: 2,55 kW(Máy nén 1,71 kW và quạt 0,44kW, chiếu sáng 0,4kW). * Giá thành điện : 1000đ/hWh

* Giá thành một kg nguyên liệu đầu vào 6000 đ/kg Ta tính được:

- Năng suất sấy (kg/h) = Năng suất sấy /thời gian sấy mỗi mẻ = 1,9/28,2 = 0,0673 kg/h

- Chi phí nhiên liệu để sấy 1kg cà rốt khô.

Chi năng lượng (đ/kg) = Năng lượng động cơ (kWh)*giá năng lượng(đ/kWh)/năng suất sấy (kg/h) = 2,55*1000/0,0673 = 37890 đ/kg

5.2. Chi phí lao động

* Tiền nhân công 1 người là: 40000 VNđ/1người

* Số công nhân phục vụ: 2 người chia làm 2 ca trên một mẻ sấy * Vậy chi phí cho nhân công là: 40000 x 2 =80000 VNđ/1mẻ

* Chi phí lao động cho một kg thành phẩm là: 80000/1,9= 42105 đ/kg

5.3. Chi khấu hao

Giả sử ta có thể sấy 24 giờ mỗi ngày.

Năng suất sấy mỗi ngày (kg) = Năng suất sấy (kg/h)*24(h/ngày) = 0,0673.24 = 1,62 kg/ngày

→ Năng suất sấy mỗi năm (kg) = số ngày sấy mỗi năm* Năng suất sấy mỗi ngày (kg/ngày) = 365.1,62 = 591,3 kg/năm

 Để đơn giản cho việc tính toán kinh tế, ta thay thế bơm nhiệt bằng một máy điều hòa có công suất lạnh tương tự như bơm nhiệt đã tính toán. Với công suất lạnh của dàn lạnh là 2,32 kW tương đương với công suất lạnh là 8400 Btu/h. Ta chọn máy điều hòa của hãng Daikin có model là FXAQ25MAVE với các thông số:

+ Năng suất dàn lạnh 9900 Btu/h; + Công suất điện 815 W;

+ Dòng điện 3,94 A; + Môi chất sử dụng R22;

+ Gía tiền 12000000 đ;

Tính thêm khoản đầu tư ban đầu để xây dựng hầm sấy và mua quạt, Vậy tổng vốn đầu tư cho toàn bộ buồng sấy ước tính đạt là, tổng đầu tư = 15000000 đ

Tuổi thọ của hệ thống có thể 10 năm. Do diện tích đặt máy sấy không nhiều nên bỏ qua khấu hao nhà xưởng.

Khầu hao phần sấy và động cơ mỗi năm là: Khấu hao = tổng đầu tư / tuổi thọ

=15000000/10 = 1500000 đ

=> Chi khấu hao = khấu hao mỗi năm/ Lượng sấy mỗi năm = 1500000/591,2= 2540 đ/kg

Bảng 5-1. Tổng hợp các thành phần chi phí

Các loại chi phí Thành phần chi phí sấy Chi phí (đ) Chi phí cố định Chi phí khấu hao và sữa chữa 2540

Chi phí nguyên liệu tươi 45790

Chi phí vận hành Chi phí năng lượng động cơ 37890

Không tính đến chi phí vận hành 42105 Tổng cộng chi phí để có 1kg Cà rốt sấy khô (đ/kg) 128235

Chương 6

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1. Kết luận

Dựa trên các kết quả tính toán và thực nghiệm nghiên cứu quá trình sấy lạnh rau quả ở hai chế độ sấy khác nhau trên mô hình máy sấy lạnh tại Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Trường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh ta rút ra kết luận:

- Bước đầu xây dựng được quy trình công nghệ sấy Cà rốt trên mô hình máy sấy lạnh của Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh, Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh, thông qua hai chế độ sấy tiến hành thực nghiệm.

- Xác định được các thông số quá trình của hai chế độ sấy qua đó xác định được ưu nhược điểm của mỗi chế độ, từ đó xây dựng được những quy trình sấy rau quả riêng biệt.

- Việc sử dụng máy sấy lạnh bơm nhiệt để sấy các loại vật liệu đòi hỏi nhiệt độ thấp, với các yêu cầu khắt khe về chất lượng như màu sắc, mùi vị là rất khả thi. Việc xây dựng một mô hình hoàn chỉnh có thể ứng dụng vào quá trình sản xuất thực tế.

- Đối với máy sấy lạnh việc xác định năng suất lạnh của dàn lạnh đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc xác định chế độ sấy tối ưu của thiết bị, chi phí đầu tư, chi phí vận hành thiết bị.

- Hiệu suất tách ẩm tối ưu và áp suất bay hơi tối ưu là cơ sở cho việc thiết kế một hệ thống điều khiển thích hơp ứng dụng phần mềm Labview, qua đó chúng ta có thể dễ dàng điều khiển quá trình sấy ở nhiều chế độ khác nhau một cách dễ dàng.

6.2. Đề nghị

- Vì thời gian thực hiện đề tài hạn chế nên việc tiến hành thực nghiệm mô hình với các chế độ khác nhau về thông số vận tốc tác nhân sấy, cũng như chưa tìm được dải nhiệt độ sấy tối ưu đối với các vật liệu, đòi hỏi phải nghiên cứu sâu hơn để xây dựng nên mô hình chuẩn đối với nhiều vật liệu sấy khác nhau.

- Việc kết hợp quá trình sấy lạnh với việc thu hồi tinh dầu của vật liệu sấy bay hơi ngưng tụ ở dàn lạnh đối với một số vật liệu có nhiều tinh dầu cũng cần được nghiên cứ phát triển.

- Cần phải cải tiến máy sấy bơm nhiệt có khả năng sấy phù hợp với các loại VLS khác nhau để tăng khả năng làm việc của máy.

- Cần lắp thêm mạch điều khiển và mạch bảo vệ để làm tăng tính tự động hóa của thiết bị.

- Lắp đặt thêm bộ biến tần điều khiển vận tốc của quạt, qua đó có thể điều khiển chế độ sấy ở những vận tốc khác nhau để tìm ra chế độ sấy tối ưu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bùi Trung Thành (2009) - Lý Thuyết & Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Sấy -Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM.

2. Trần Văn Phú (2004) – Tính toán và thiết kế hệ thống sấy – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.

3. Hoàng Văn Chước (2006)–Thiết kế hệ thống thiết bị sấy- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật.

4. Nguyễn Văn Lụa (2006) - Kỹ Thuật Sấy Vật Liệu - – NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.

5. Hoàng Đình Tín – Truyền Nhiệt & Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt - NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.

6. Phạm Lê Dần, PGS.TS Bùi Hải (2004) - Nhiệt Động Lực Học Kỹ Thuật – Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật.

7. Nguyễn Đức Lợi (2006) - Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật.

8. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (1994) – Kỹ thuật lạnh cơ sở - Nhà xuất bản Giáo Dục.

9. PGS.TS Võ Chí Chính (2000) – Giáo trình Điều Hoà Không Khí – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.

10. Nguyễn Văn May (2005) - Bơm Quạt Máy Nén – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật.

11. Trần Thanh Kỳ (2006) - Máy Lạnh - NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.

12. Quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm rau quả lạnh đông và rau quả sấy khô - (Từ Internet)

13. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (1994) - Kỹ thuật lạnh cơ sở – Nhà xuất bản Giáo Dục.

14. Phạm Văn Tùy (2005) - Phương Pháp Tính Toán Và Phân Tích Hiệu Quả Các Hệ Thống Lạnh - NXB Khoa học và Kỹ Thuật, Hà Nội.

15. Phạm Văn Tùy, Đỗ Thái Sơn, Vũ Khuy Huê, Nguyễn Thanh Liêm, Dương Văn Vường, Nguyễn Đắc Tuyên - Nghiên Cứu Công Nghệ Hút Ẩm Và Sấy Lạnh Nông Sản Thực Phẩm – Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ B2001-28- 30, Hà Nội 7/2003.

16. Phạm Văn Tùy - Đặc điểm tính toán, thiết kế hút ẩm và sấy lạnh bằng bơm nhiệt máy nén – Tạp Chí KH&CN Nhiệt No54 (11/2003).

17. Phạm Văn Tùy, Nguyễn Thanh Liêm, Dương Văn Vường - Bơm nhiệt không khí/không khí với công nghệ hút ẩm và sấy khô –; Tạp Chí KH&CN Nhiệt No5 (2001).

18. Phạm Văn Tùy, Đỗ Thái Sơn, Nguyễn Luận - Hiệu quả sử dụng bơm nhiệt sấy