Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời

Năng lượng và vấn đề sử dụng năng lượng đang là mối quan tâm rất lớn của mọi quốc gia. Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch và được xem là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sấy sử dụng NLMT và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế đang là vấn đề có tính thời sự.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy dùng năng lượng mặt trời TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Hoàng Dương Hùng Trường Đại học Quảng Bình Tóm tắt. Năng lượng và vấn đề sử dụng năng lượng đang là mối quan tâm rất lớn của mọi quốc gia. Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch và được xem là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sấy sử dụng NLMT và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế đang là vấn đề có tính thời sự. Hiện nay trong nước và trên thế giới đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại thiết bị sấy NLMT. Tuy nhiên, do đặc điểm của NLMT là chỉ được cung cấp khi có nắng nên quá trình cấp nhiệt cho sản phẩm sấy không được ổn định và liên tục nên việc triển khai các thiết bị sấy NLMT trong thực tế còn rất hạn chế. Bài báo này đưa ra kết quả nghiên cứu triển khai thực nghiệm thiết bị sấy NLMT có sử dụng chất trữ nhiệt trong việc sấy một số loại hải sản. Từ khóa: Thiết bị sấy; năng lượng mặt trời; sấy hải sản; trữ nhiệt; quá trình sấy 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay việc nghiên cứu ứng dụng các thiết bị cung cấp nhiệt bằng NLMT phục vụ sản xuất công, nông nghiệp trên thế giới phát triển rất nhanh nhằm đảm bảo cung cấp nguồn năng lượng sạch để bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, việc ứng dụng NLMT trong thực tế còn rất khiêm tốn. Nguyên nhân chính là chưa thể thương mại hóa các thiết bị và công nghệ sử dụng NLMT vì còn tồn tại một số hạn chế lớn chưa được giải quyết như: giá thành thiết bị còn cao, hiệu suất thiết bị còn thấp, phụ thuộc vào vị trí địa lý lắp đặt thiết bị, cần không gian đủ lớn để đặt thiết bị… nhất là việc không đảm bảo độ tin cậy của các thiết bị sử dụng NLMT vì tính không ổn định, không liên tục của nó [1]. Việt Nam là nước nông nghiệp, có nguồn lợi thủy, hải sản phong phú và đa dạng. Vì vậy, quy trình sấy khô nhằm bảo quản chất lượng hải sản là rất quan trọng. Từ trước tới nay, người dân Việt Nam đã và đang sử dụng NLMT để sấy dưới dạng phơi nắng ngoài trời, phương pháp này có quá nhiều hạn chế như: phụ thuộc vào thời tiết, mất vệ sinh, mất nhiều thời gian, có thể đến 2, 3 ngày nắng nên sản phẩm khó đạt được chất lượng cao. Do vậy, cần nghiên cứu một thiết bị sấy NLMT có thể sấy liên tục bằng cách sử dụng các chất chuyển pha (PCM) có khả năng trữ nhiệt cao để cấp nhiệt cho quá trình sấy các loại hải sản với giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam. 2. THIẾT BỊ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG CHẤT CHUYỂN PHA 2.1. Mô tả thiết bị Mô hình thiết bị sấy nghiên cứu được mô tả như Hình 1: Hệ thống thiết bị sấy gồm hai khối chính là thiết bị Collector dùng Paraffin tích trữ năng lượng nhiệt mặt trời và TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 thiết bị buồng sấy được kết nối với nhau bằng hệ thống kênh dẫn khí nóng. Cả thiết bị sấy lẫn thiết bị tích trữ nhiệt đều hấp thụ nguồn năng lượng mặt trời và làm việc đồng thời trong quá trình sấy sản phẩm [4]. 2.2. Nguyên lý hoạt động Khi trời có nắng, vật liệu sấy được sấy trực tiếp bằng năng lượng mặt trời, Paraffin tích trữ nhiệt năng lượng mặt trời chuyển pha từ rắn sang lỏng. Khi cường độ bức xạ mặt trời giảm vào cuối ngày, vật liệu sấy tiếp tục được sấy bằng không khí nóng được gia nhiệt ở Collector, khi đó Paraffin sẽ giải phóng lượng nhiệt tích trữ được cho không khí và chuyển pha từ lỏng sang rắn. Hình 1. Mô hình thiết bị sấy cá NLMT có dùng chất Paraffin để trữ nhiệt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, SỐ 02 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY Thiết bị được sử dụng tính toán nghiên cứu trong bài báo này là một hệ thống sấy cá có công suất 15kg/mẻ, thời gian sấy 15giờ (G = 1kg/h). Độ ẩm của cá trước và ω2 = sau quá trình sấy tương ứng là ω1=75%, 10%. Không khí trước khi vào Collector có nhiệt 0 độ t0=30 C, độ ẩm tương đối ϕ0 =77%, p=0,98bar. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình cực đại trong ngày ở Đà Nẵng là En=940W/m2. Nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy (sau khi ra khỏi Collector) là t1 = 450C, sau khi ra khỏi buồng sấy t2=320C. Collector có kích thước a x b x h=1200x1600x250mm, trong đó có đặt 13 ống đựng PCM có đường kính Φ60/57mm, dài Hình 2. Cấu tạo collector 1500mm. Trong ống có nhồi phoi kim loại. Khối lượng PCM là 45kg. Collector có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời để gia nhiệt cho không khí và gia nhiệt cho PCM. Trong Collector có lắp một nhiệt kế để đo nhiệt độ không khí và PCM trong Collector. Kích thước chi tiết của Collector được thể hiện trên Hình 2. Buồng sấy có kích thước a x b x h = 820x420x1000mm. Chiều cao chân đế là 600mm. Trong buồng sấy có đặt kệ sấy với 4 khay sấy. Kệ sấy làm bằng thép, có 4 tầng, kích thước mỗi tầng là 800x400x150mm. Khay sấy làm bằng lưới thép viền khung gỗ, kích thước 650x400mm. Khoảng hở ở đầu kệ sấy, giữa kệ và khay sấy là 150mm, mục đích là tạo đường đi cho luồng không khí nóng. Như vậy không khí nóng chuyển động song song với các khay sấy và được dẫn đi theo 4 pass n ...