SỬ DỤNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI
TRONG KĨ THUẬT SẤY BÁNH TRÁNG
USING INFRARED RADIATION IN DRYING TECHNOLOGY
LÊ VĂN HOÀNG
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Nguồn bức xạ hồng ngoại được dùng có hiệu quả cao trong kĩ thuật sấy các vật liệu mỏng
(bánh tráng, các loại củ được sấy lát...) thường là những đèn gương. Sự phân bổ đường
đẳng nhiệt của một đèn không đều dẫn đến làm cong vênh vật liệu. Để cho vật liệu được
chiếu đều cần phải bố trí khoảng cách thích hợp giữa các nguồn đèn. Để tăng hiệu suất
chiếu, tiết kiệm nhiên liệu cần chọn khoảng cách chiếu tối ưu từ nguồn đến vật liệu và chọn
vật liệu thích hợp làm tường ngăn cho các máy sấy hồng ngoại. Tất cả những vấn đề trên có
ý nghĩa quan trọng trong việc sử dụng bức xạ hồng ngoại để sấy nguyên liệu.
ABSTRACT
Infrared radiation source is very highly effective in the drying technology for film materials (rice
cake, sliced roots of various species), and expecially for glass lamps. The irregular distribution
of isothermal line of a lamp makes the material curved. To ensure that the materials are
exposed regularly, there must be suitable distances between energy sources. To increase the
exposure efficiency and save materials, we must decide on the opimal exposure distance
between the energy sources and the materials, and choose the appropriate material for the
separating walls of the infrared drying equipment. Generally, all the mentioned factors are very
important in material drying technology using infrared radiation.
1. GIỚI THIỆU
Hiện tại các nhà máy sản xuất bánh tráng xuất khẩu, các dây chuyền sản xuất thực
phẩm trong đó có công đoạn sấy, dây chuyền bảo quản nguyên liệu ngũ cốc...chưa áp dụng
bức xạ hồng ngoại cho nên sản phẩm thu được có chất lượng chưa cao (cảm quan, lượng vi
sinh vật...). Để đảm bảo chất lượng cao cần áp dụng kĩ thuật sấy bằng tia hồng ngoại. Nếu tạo
được độ chiếu đều, chọn thế hiệu thích hợp và giảm tổn thất nguồn chiếu sẽ tạo ra đột phá về
chất lượng cho các sản phẩm xuất khẩu.
Mục tiêu của bài báo là nghiên cứu kĩ thuật chiếu bằng tia hồng ngoại để nâng cao
chất lượng sản phẩm và qua đó khuyến cáo việc sử dụng rộng rãi bức xạ hồng ngoại trong các
kĩ thuật sấy thực phẩm, trước mắt là những loại nguyên liệu mỏng.
2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu
Băng bánh tráng (0,42m) được sản xuất ở hợp tác xã Nhơn lộc, An Nhơn, Bình Định
với độ ẩm 53%
2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Xác định nhiệt độ bề mặt chiếu bằng cặp nhiệt kế được gắn phía sau bề mặt miếng
kim loại phủ đen.
- Xác định buồng nhiệt độ bằng nhiệt kế.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Sự phân bố trường nhiệt của nguồn
Dùng đèn BCW để làm nguồn bức xạ trong quá trình nghiên cứu.
Trên hình 1. Giới thiệu trường nhiệt độ khi chiếu một đèn có công suất 250W (đường
kính bầu đèn 125mm), được phân bổ dụng cụ đo với những khoảng cách khác nhau so với
đèn. Khi giảm khoảng cách thì nhiệt độ trên bề mặt của đối tượng bị chiếu tăng lên nhưng độ
chiếu đều lại giảm đáng kể (mẫu bánh tráng có đường kính 0,2m bị cong vênh, có chổ khô, có
chổ ướt)
Dựa vào kết quả thí nghiệm có thể biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của đèn theo một
khoảng cách từ đèn đến bề mặt sấy và theo bán kính bằng đồ thị, hình 2.
Hình 1:
Đường đẳng nhiệt đặc trưng cho trư
ờng chiếu của
một bóng đèn BGW
Đường kính của vỏ đèn
12,5cm
20 16 12 8 4 0 4 8 12 16 20
Khoảng cách 10cm
161
0
C
81
0
C
45
0
C
40cm
b b
Nhi
ệt độ
0 60 100 140 180 240
40 80 120 160 200
0
C
20cm
Hình 2:
Đồ thị vẽ trong không gian ba chiều
II=30cm
II=40cm
II=50cm
II=60cm
II=70cm
S1
S4
S7
S10
30
40
50
60
70
300
350
400
450
500
550
600
650
700
Bán kính (cm)
Nhi
ệt độ (
0
C)
Khoảng cách,cm
Mục đích của nghiên cứu là phải tìm biện pháp làm giảm đáng kể sự thay đổi trường
nhiệt độ và tăng cường khă năng chiếu cho vật liệu sấy. Để giải quyết những vấn đề trên cần
phải nghiên cứu những vấn đề sau đây:
- Phương pháp phân bổ nguồn sáng.
- Xác địng khoảng chiếu từ nguồn bức xạ đến vật liệu sấy.
- Chọn vật liệu để làm tường ngăn cho máy sấy hồng ngoại.
3.2. Nghiên cứu phân bổ nguồn bức xạ
Trong tất cả các phương pháp phân bố nguồn (theo hình vuông, hình chữ nhật
có chiều dài thay đổi, hai hàng, ba hàng, quả trám...) mà chúng tôi đã nghiên cứu thì nhận
thấy rằng chỉ có phương pháp phân bố kiểu bàn cờ là tối ưu nhất vì kết quả cho trường nhiệt
đều nhất, hình 3 và 4.
3.3. Xác định khoảng chiếu
Với khoảng cách xác định giữa các đèn L, các trường chiếu bị chồng lên nhau, điều đó
đảm bảo đều trường nhiệt độ.
Sự phụ thuộc giữa mật độ chiếu (độ chiếu sáng năng lượng) và khoảng cách giữa các
đèn khi phân bổ theo kiểu bàn cờ được thể hiện bỡi công thức sau:
2
1
L87,0
P
q
3,5
Ở đó: q - Mật độ chiếu, W/cm2
P1- Công suất định mức của đèn, W.
- Hệ số hiệu suất sử dụng năng lượng.
L - Khoảng cách giữa các đèn, cm
Từ công thức trên ta thấy rằng khi giảm khoảng cách giữa các đèn, công suất của đèn
có thể bị giảm xuống do chập các biểu đồ bức xạ của các đèn riêng biệt.
Trong thực tế có nhiều loại đèn khác nhau với những thế hiệu khác nhau. Mỗi một thế
hiệu có một khoảng cách tối ưu. Cho nên vấn đề chọn giá trị tối ưu L có ý nghĩa thực tế lớn.
Qua quá trình thí nghiệm chúng tôi đề xuất 3,1hL , (h là khoảng cách nguồn đến bề mặt
đối tượng chiếu, 125143 ).
Hình 3: Sơ đồ phân bố
các đèn theo đỉnh của
hình tam giác đều
500
500
143
125
143
143
Hướng chuyển động
của băng tải
H
ình 4: Đường đẳng nhiệt đặc trưng cho trư
ờng chiếu của
bóng đèn BGW được xếp theo đỉnh các hình tam giác đều
(khoảng cách giữa các đèn và đối tượng chiếu 200mm)
60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60cm
20 60 100 140 180
40 80 120 160 200
0
C
188
0
C
120
0
C
500 wat
250 wat
b
b
3.4. Chọn vật liệu để làm tường ngăn cho máy sấy hồng ngoại
Nguồn tổng năng lượng bức xạ tác dụng tới vật thể trong một đơn vị thời gian bị tổn
thất một phần do phản xạ, do xuyên qua vật bị chiếu. Chỉ có một phần năng lượng được vật
thể hấp thụ là hữu ích:
htxqpx QQQQ
Khi chiếu phải hạn chế được tối đa năng lượng phản xạ và năng lượng xuyên qua, biến
các loại năng lượng này thành năng lượng hấp thụ để tăng hiệu suất gia nhiệt. Để thực hiện
được điều này cần phải chọn vật liệu bao phủ nguồn bức xạ phù hợp.
Mức độ đen của vật thể là tỉ số giữa khả năng bức xạ toàn phần của vật thể đó E, W/m2 và
khả năng bức xạ toàn phần của vật thể đen tuyệt đối E0 cũng ở nhiệt độ đó.
0
E
E
5
Những số liệu được thống kê trong một số tài liệu 2,4 đã chứng minh rằng: cùng với
thành phần hóa học, hình dạng, nhiệt độ và các yếu tố khác thì trạng thái bề mặt vật liệu có
ảnh hưởng đáng kể đến khả năng bức xạ. Đối với nhôm được đánh bóng bề mặt =0,04. Còn
hệ số phản xạ R (nếu coi nhôm là vật thể xám): R=1-A=0,96. Cho nên nhôm đã đánh bóng
được sử dụng rộng rãi để làm tường ngăn cho các máy sấy hồng ngoại.
4. KẾT LUẬN
1. Để tăng cường khả năng sử dụng bức xạ hồng ngoại trong kĩ thuật sấy cần phân bổ
nguồn bức xạ loại đèn BGW theo đường tam giác đều, mỗi mét vuông khoảng 56 đèn, với bề
rộng của băng tải 0,5m2 cần 28 đèn.
2. Chọn giá trị khoảng cách tối ưu giữa các đèn có ý nghĩa thực tế lớn. Khoảng cách
giữa các nguồn đèn L và khoảng cách từ đèn đến vật bị chiếu h có liên quan nhau, tốt nhất là
chọn 3,1hL .
3. Để tăng hiệu suất gia nhiệt dùng nhôm đã đánh bóng để làm tường ngăn cho các
máy sấy hồng ngoại.
4. Đã thiết kế máy sấy liên tục thỏa mãn với điều kiện nghiên cứu trên để sấy bánh
tráng với tốc độ của băng tải 12m/ph. Sản phẩm khô đều có độ ẩm 7%, không cong vênh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Asselbergs E.A, Mohr W.P., Kemp I.G. Studies on the application of infrared in foot
processing. Food Technol. 14 0
N9.1980.
[2] Hall C.W., Theory of infrad Drying, Transactions of the ASAE, 1982.
[3] Schracder H.W., Rosberg D.W, Infrared Drying of Rough Rice, the Rice Journal,
1980.
[4] Гинзъурс А.С. Применение инфракpaсного излучения в технологических
процессах пищевой промышленности. Сб “Новые физические методы обработки
пищевых продуктов”. 1983.
[5] Лебедев П.Д. Сушка инфракрасными луцами. Госэнергоиздат. 1975.