Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với quy mô nông hộ sản xuất bánh tráng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

Chia sẻ: Xedapbietbay Xedapbietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:102

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế đưa ra mô hình hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên năng suất 25kg/mẻ phù hợp với quy mô hộ gia đình và sản xuất nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi.Hệ thống có thể gập xếp các khay sấy sau một khoảng thời gian sấy nhất định được cài đặt sẵn hoặc khi gặp trời mưa, đảm bảo giữ cho bánh tráng không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với quy mô nông hộ sản xuất bánh tráng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đã được trích dẫn cụ thể. Tác giả Nguyễn Đạt PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy giáo khoa Cơ khí – Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm Huế đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Đỗ Minh Cường, người đã luôn theo sát bên tôi, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi cả về kiến thức, vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình để tôi có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ - giáo viên xưởng thực hành khoa Cơ khí – Trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ Dung Quất đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Huế, tháng 20 tháng 8 năm 2017 Học viên Nguyễn Đạt PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii TÓM TẮT Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên hoạt động với hiệu quả đáng kể. Cụ thể: Thứ nhất, đề tài đã phân tích điều kiện thời tiết, khí hậu tại Quảng Ngãi để làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo. Thứ hai, Lựa chọn kết cấu, thiết bị sấy bánh tráng sử dụng NLMT với qui mô 25kg/mẻ. Thứ ba, thiết kế, chế tạo được giàn sấy theo hình bậc thang và có thể gấp xếp gọn gàng. Thứ tư, Thiết kế bộ điều khiển khay sấy với hai phương án hoạt động theo nguyên lý hẹn giờ và sử dụng cảm biến nhiệt, quang (nắng, mưa). Thứ năm, Giàn sấy cũng có thể gọi là 1 giàn phơi thông minh để phơi các loại nông sản, hải sản... Nhờ bộ phận rơ le thời gian kết hợp với cảm biến nhiệt, cảm biến quang điều khiển động cơ điện 1 chiều thu gọn các khaysấy khi trời mưa hoặc đã đảm bảo độ ẩm. Thứ sáu, lựa chọn phương án truyền động cơ khí, đó là sử dụng bộ truyền động xích để xếp các khay sấy đơn giản, hiệu quả. Thứ bảy, Xác định độ ẩm ban đầu của bánh tráng, độ ẩm tráng sau khi khô để được bảo quản lâu dài và xác định thời gian sấy bánh tráng của hệ thống sấy. Thứ tám, tiến hành khảo nghiệm để đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống sấy bánh tráng. Kết quả chỉ ra rằng hiệu suất bộ thu nhiệt của hệ thống sấy cao lên trên 600C dẫn đến giảm thời gian sấy so với phơi tự nhiên là 2 giờ (=1/2 thời gian phơi). Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật để thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời, sẽ làm cơ sở khoa học cho sự phát triển của việc nghiên cứu các ứng dụng khai thác năng lượng Mặt Trời. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii TÓM TẮT...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ......................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................................ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀTÀI ................................................................................1 2. MỤC TIÊU CHUNG CỦA ĐỀTÀI ............................................................................2 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰCTIỄN .................................................................2 3.1. Ý nghĩa khoahọc .......................................................................................................2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................2 4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀTÀI ............................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ................................................................ 3 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ BỨC XẠ MẶT TRỜI ..................3 1.1.1. Một số khái niệm ...................................................................................................3 1.1.2. Định nghĩa các góc tạo bởi chùm tia bức xạ với mặt phăng .................................4 1.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến CĐBX nhận được trên mặt đất .............................. 6 1.1.4. Tương tác chùm tia bức xạ mặt trời với môi trường vật chất................................ 7 1.1.5. Tính chất cơ lý hóa của một số vật liệu thường dùng trong thiết bị sử dụng NLMT............................................................................................................................ 10 1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................................15 1.2.1. Sơ lược tình hình sử dụng NLMT trên thế giới ...................................................15 1.2.2. Sơ lược tình hình sử dụng NLMT ở Việt Nam ...................................................19 1.2.3. Các nguyên lý sấy sử dụng NLMT......................................................................22 1.3. CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..............................................26 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v 1.3.1. Đặc trưng của bánh tráng.....................................................................................26 1.3.2. Tình hình sản xuất, chế biến và tiêu thụ bánh tráng ............................................27 1.4. NHẬN XÉT VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU .........................................33 CHƯƠNG 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU............................................................................................................................... 35 2.1. MỤC TIÊU CỤ THỂ.............................................................................................. 35 2.2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊNCỨU .............................................................. 35 2.2.1. Phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................ 35 2.2.2. Đối tượng nghiêncứu ........................................................................................... 35 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU ...........................................................................35 2.3.1.Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu ....................................................... 35 2.3.2.Phương pháp đo đạc số liệu ..................................................................................36 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu đo đạc .......................................................................37 2.3.4. Phương pháp giải tích .......................................................................................... 38 2.3.5. Phương pháp thực nghiệm ...................................................................................38 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY ....................................40 3.1. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU SẤY ....................40 3.1.1. Độ ẩm của vật liệu sấy......................................................................................... 40 3.1.2. Phân loại vật ẩm ..................................................................................................42 3.2. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA TÁC NHÂN SẤY .................................44 3.2.1. Không khí ẩm ......................................................................................................44 3.2.2. Không khí nóng ...................................................................................................46 3.3. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY ...........................................................................47 3.3.1. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy..................................................................47 3.3.2. Một số quy luật cơ bản của quá trình sấy ............................................................ 48 3.3.3.Cơ sở vật lý của quá trình sấy ..............................................................................51 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................54 4.1. KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU Ở TỈNH QUẢNG NGÃI .......................... 54 4.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA QUANG NHIỆT TRONG THIẾT BỊ SỬ DUNG NLMT. ......................................................... 57 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi 4.3. NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN KẾT CẤU HỆ THỐNG SẤY SỬ DỤNG NLMT PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN NÔNG HỘ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI. ..58 4.3.1. Phân tích ưu nhược điểm của các nguyên lý sấy sử dụng NLMT......................58 4.3.2.Lựa chọn kết cấu, cấu tạo của hệ thống sấy sử dụng NLMT để thiết kế, chế tạo, thí nghiệm. .....................................................................................................................61 4.4. THIẾT KẾHỆ THỐNG SẤY .................................................................................61 4.4.1. Tính toán, thiết kếhệ thống sấy NLMT kiểu kết hợp đối lưu tự nhiên................61 4.4.2. Chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng NLMT năng suất 25kg/mẻ ................64 4.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SẤY BÁNH TRÁNG TRÊN HỆ THỐNG SẤY ......74 4.6. TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ ..................................................................76 4.7. NHẬN XÉT CHUNG: ........................................................................................... 77 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................... 78 1. KẾT LUẬN ...............................................................................................................78 2. ĐỀ NGHỊ ...................................................................................................................78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 79 PHỤ LỤC ......................................................................................................................80 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNH-HĐH : Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa NLMT : Năng lượng mặt trời CĐBX : Cường độ bức xạ NLBX : Năng lượng bức xạ HSMT : Hằng số mặt trời BXMT : Bức xạ mặt trời O2 : Ôxy O3 : Ôzôn CO2 : Cacbon dioxít NO2 : Nitrit P.P.O : Polyphenyloxid Etrx : Cường độ bức xạ trực xạ Etx : Cường độ bức xạ tán xạ Eqp : Cường độ bức xạ quang phổ PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tính chất của một số bề mặt tấm hấp thụ. ....................................................12 Bảng 1.2. Thành phân dinh dưỡng của bánh tráng ........................................................ 31 Bảng 4.1. Nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi ..54 Bảng 4.2. Số giờ nắng các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi................................ 55 Bảng 4.3. Độ ẩm không khí trung bình các tháng trong năm của tỉnh Quảng Ngãi .....56 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các thành phần bức xạ lên mặt nghiêng .......................................................... 4 Hình 1.2. Mô tả vị trí tương đối của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nghiêng...........................................................................................................4 Hình 1.3. Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng .........................................5 Hình 1.4 Sơ đồ thể hiện khả năng xuyên qua tấm trong suốt của bức xạ mặt trời ..........7 Hình 1.5. Quá trình truyền của tia bức xạ .......................................................................8 Hình 1.6. Quá trình truyền tia của tia bức xạ qua lớp phủ không trong suốt ..................9 Hình 1.7. Bếp nấu NLMT.............................................................................................. 16 Hình 1.8. Thiết bị lọc nước sử dụng năng lượng mặt trời Carocell .............................. 16 Hình 1.9. Xe năng lượng mặt trời 4 chỗ đầu tiên thế giới chạy được 800 km ..............17 Hình 1.10. Máy bay Solar Impulse 2 chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời..........17 Hình 1.11. Đèn giao thông sử dụng NLMT ..................................................................18 Hình 1.12. Sạc pin bằng NLMT ....................................................................................18 Hình 1.13. Hầm sấy kiểu kết hợp với sinh khối và kiểu trực tiếp đối lưu tự nhiên ......19 Hình 1.14.Thiết bị sấy kiểu gián tiếp đối lưu tự nhiên và kiểu hỗn hợp đối lưu tự nhiên ................................................................................................................ 19 Hình 1.15. Số giờ nắng trung bình mỗi tháng và trong năm 2002-2003 tại Việt Nam .20 Hình 1.16. Máy sấy nông sản/lúa bằng NLMT sử dụng ống nhiệt thủy tinh chân không ............................................................................................................... 21 Hình 1.17. Hệ thống sấy tỏi SMT kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên – 01LS tại An Vĩnh, Lý Sơn, Quảng Ngãi ......................................................................................................22 Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống sấy NLMT đối lưu tự nhiên................................................23 Hình 1.19. Máy sấy NLMT đối lưu tự nhiên ................................................................ 24 Hình 1.20. Sơ đồ máy sấy NLMT dùng quạt cưỡng bức ..............................................24 Hình 1.21. Một số dạng bố trí dòng khí đi qua collector ..............................................25 Hình 1.22. Kết cấu của bộ thu phẳng ...........................................................................26 Hình 1.23. Kết cấu của collector ziczắc ........................................................................26 Hình 1.24. Bánh tráng đã được phơi khô ......................................................................27 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
x Hình 1.25. Qui trình công nghệ sản xuất Bánh tráng ....................................................29 Hình 1.26. Hệ thống sấy bằng hơi nước .......................................................................32 Hình 1.27. Phơi bánh tráng ............................................................................................ 33 Hình 1.28. Thiết bị sấy bánh tráng được lắp đặt tại hộ dân .........................................33 Hình 2.1. một số hình ảnh các thiết bị đo sử dụng trong đề tài .....................................37 Hình 2.2. Chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dung NLMT năng suất 25kg bánh tráng/mẻ sấy...................................................................................................................39 Hình 3.1. Đường cong vật sấy ....................................................................................... 49 Hình 3.2. Đường cong tốc độ sấy hạt ngô .....................................................................50 Hình 3.3. Đường cong nhiệt độ sấy ...............................................................................50 Hình 4.1. Sơ đồ thiết bị sấy trực tiếp NLMT ................................................................ 58 Hình 4.2. Sơ đồ thiết bị sấy bằng NLMT kiểu gián tiếp với bộ thu năng lượng riêng .59 Hình 4.3. Sơ đồ thiết bị sấy hỗn hợp đối lưu tự nhiên ..................................................60 Hình 4.4. Sơ đồ thiết bị sấy NLMT kiểu gián tiếp cưỡng bức ......................................60 Hình 4.5. Cấu tạo của hệ thống sấy NLMT năng suất 25kg/mẻ ...................................61 Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý sấy dùng NLMT đối lưu tự nhiên và đồ thị I-d ..................62 Hình 4.7.Hình 3D Cấu tạo của giàn sấy ........................................................................65 Hình 4.8. Giàn sấy gấp xếp đưa vào kho khi không sấy hoặc phơi. ............................. 66 Hình 4.9. Bộ truyền đai .................................................................................................67 Hình 4.10. Bộ truyền xích ............................................................................................. 67 Hình 4.11. Bộ truyền trục vít ......................................................................................... 68 Hình 4.12. Thiết bị tủ điều khiển ...................................................................................70 Hình 4.13. Một số hành ảnh thiết bị điện .....................................................................71 Hình 4.14. Sơ đồ mạnh điện động lực và sơ đồ mạch nguyên lý ..................................72 Hình 4.15. Một số hành ảnh chế tạo và khảo nghiệm của hệ thống sấy ......................73 Hình 4.15. Đường cong giảm ẩm của bánh tráng .......................................................... 74 Hình 4.16. Đồ thị biến thiên của nhiệt độ các lớp bánh tráng theo thời gian ................75 Hình 4.17. Khả năng nâng nhiệt của collector .............................................................. 75 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀTÀI Trong quá trình Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa (CNH-HĐH), nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng. Trong đó, nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên… đóng vai trò chủ chốt hiện nay. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng truyền thống này quá mức đã và đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đồng thời, với một trữ lượng có hạng, nguồn năng lượng truyền thống có khả năng dần cạn kiệt sau 50 đến 70 năm nữa đang khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng trầm trọng. Vì vậy, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng lớn và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay. Nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tái tạo dần thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội là chiến lược phát triển năng lượng sạch có ý nghĩa cao về mặt kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng. Hơn thế nữa, Việt Nam là một nước nhiệt đới, nằm ở vành đai nội chí tuyến, tổng số giờ nắng trong năm lớn. Ở khu vực miền Trung có khoảng 2900 giờ nắng/năm và với cường độ bức xạ cao, lên đến 950W/m2. Vì thế, việc triển khai ứng dụng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời là rất triển vọng. Năng lượng mặt trời được coi là một giải pháp hoàn toàn phù hợp nếu được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Hiện nay, ở nước ta trong khâu phơi sấy bánh tráng, các hộ sản xuất bánh tráng thường sử dụng dạng hong phơi tự nhiên trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời. Đây là phương pháp đơn giản với chi phí thấp, phù hợp với điều kiện sản xuất quy mô nhỏ lẻ và truyền thống của các nông hộ. Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều hạn chế như: Việc đô thị hóa nông thôn dẫn đến hạn chế về mặt bằng để phơi, thời tiết mưa nắng bất thường đòi hỏi cần tốn nhân công lao động nhiều, hao hụt trong quá trình phơi, vấn đề an toàn thực phẩm không đảm bảo (lẫn tạp chất do điều kiện sân phơi)…. Vì vậy, nghiên cứu thiết kế và ứng dụng các thiết bị sấy để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm bánh tráng khô là hết sức cấp thiết, đặc biệt là thiết bị sử dụng nguồn năng lượng nhiệt mặt trời. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên, tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với quy mô nông hộ sản xuất bánh tráng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi”. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 2. MỤC TIÊU CHUNG CỦA ĐỀTÀI Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế đưa ra mô hình hệ thống sấy bánh tráng sử dụng năng lượng mặt trời kiểu hổn hợp đối lưu tự nhiên năng suất 25kg/mẻ phù hợp với quy mô hộ gia đình và sản xuất nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi.Hệ thống có thể gập xếp các khay sấy sau một khoảng thời gian sấy nhất định được cài đặt sẵn hoặc khi gặp trời mưa, đảm bảo giữ cho bánh tráng không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰCTIỄN 3.1. Ý nghĩa khoahọc Việc ứng dụng năng lượng mặt trời vào sấy bánh tráng cũng như sấy nông sản- hải sản là đề tài được quan tâm từ lâu. Nó phù hợp với quy mô nông hộ và sản xuất nhỏ ở những nơi có cường độ bức xạ cao như tỉnh Quảng Ngãi. Đặc biệt chi phí vận hành thấp, bảo trì đơn giản nên có thể ứng dụng rộng rãi. Năng lượng mặt trời là năng lượng tái tạo, vì vậy đề tài mở ra hướng phát triển bền vững cho việc ứng dụng vào công nghệ sấy bánh tráng để xuất khẩu. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả xây dựng một hệ thống sấy bánh tráng hoàn chỉnh, bán tự độngsố bộ phận trong mô hình sấy hoặc phơi với giá thành thấp, dễ sử dụng, dễ thay thế, hoạt động hiệu quả phù hợp với điều kiện giờ nắng và đối tượng sử dụng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi.Đề tài đã góp phần tạo ra một sản phẩm thiết thực, đáp ứng kịp thời nhu cầu của đời sống kinh tế xã hội. Từ đó, tạo điều kiện phổ biến rộng rãi và khuyến khích người dân sử dụng hệ thống sấy bánh tráng nhằm tiết kiệm chi phí chất đốt bảo vệ môi trường, tiến tới tự động một số khâu trong sản xuất bánh tráng, giảm chi phí nhân công lao động trong sản xuất, tăng chất lượng và giá thành sản phẩm. 4. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀTÀI Đề tài nghiên cứu ứng dụng hệ thống sấy bánh tráng sử dụng NLMT có kết cấu đơn giản, dễ sử dụng và chế tạo dựa trên cơ sở các vật liệu sẵn có trên thị trường, phù hợp với nhu cầu các nông hộ tại tỉnh Quảng Ngãi. Hệ thống có thể bán tự động gập xếp các khay sấy sau một khoảng thời gian sấy nhất định được cài đặt sẵn hoặc khi gặp trời mưa, đảm bảo giữ cho bánh tráng không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết và có chất lượng tốt nhất. Giàn sấy cũng có thể sử dụng như một giá phơi thông minh,bộ điều khiển LOGO với hai phương án hoạt động theo nguyên lý hẹn giờ và sử dụng cảm biến nhiệtcảm biến quang.Mô hình có thể gấp xếp gọn gàng và di chuyển thuận tiện. Ngoài phơi, sấy bánh tráng thì mô hình còn có thể áp dụng rộng rãi cho cả nông sản và hải sản khác. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ BỨC XẠ MẶT TRỜI Thực chất mặt trời là một lò phản ứng nhiệt hạch, xảy ra bởi sự kết hợp giữa nguyên tử hydro có 4 proton, tạo thành một nguyên tử "He" có số proton ít hơn. Do đó khi tạo thành nguyên tử He xảy ra hiện tượng hụt khối m, và giải phóng ra năng lượng theo định luật bảo toàn năng lượng của Einstein E=m.C2. Trong đó, C là tốc độ ánh sáng. Năng lượng này tạo ra nhiệt độ rất cao tới nhiều triệu độ. Ở trung tâm khoảng từ 8.106 0K ÷ 40.106 0K rồi lan truyền qua lớp vỏ mặt ngoài của mặt trời, nhiệt độ trên bề mặt là 57620 k, sau đó phát xạ dưới dạng sóng và hạt lan truyền ra khắp không gian vào vũ trụ. Hình dáng mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106km (lớn hơn 110 lần đường kính trái đất), cách xa trái đất 150.106km (Ánh sáng mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến trái đất). Khối lượng mặt trời khoảng Mo = 2.1030kg. Khoảng cách trung bình giữa mặt trời và trái đất là 1,5.108km. Mặt trời tự quay quanh trục của nó với chu kỳ 28 ngày đêm, nhưng không giống như sự tự quay của vật rắn, chu kỳ quay của xích đạo mặt trời là 27 ngày đêm. [19]. 1.1.1. Một số khái niệm * Tổng bức xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên trái đất bao gồm hai phần chính đó là trực xạ và tán xạ. - Phần trực xạ: Là phần bề mặt nhận được ánh sáng chiếu trực tiếp. - Phần tán xạ: Hướng của bức xạ khuếch tán truyền tới bề mặt là hàm số của độ mây và độ trong suốt của khí quyển. Các đại lượng này thay đổi khá nhiều. Có thể xem bức xạ tán xạ là tổng hợp của ba thành phần. + Thành phần tán xạ đẳng hướng: Phần tán xạ nhận được đồng đều từ toàn bộ vòm trời. + Phần tán xạ quanh tia: Phần tán xạ bị phát tán của bức xạ mặt trời xung quanh tia mặt trời. + Phần tán xạ chân trời là: Phần tán xạ tập trung gần đường chân trời PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 Hình 1.1. Các thành phần bức xạ lên mặt nghiêng * Cường độ bức xạ (CĐBX), En(W/m2): Là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một bề mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt. Enđược lấy trị trung bình cả năm theo số liệu đo lường thực tế tại vĩ độ cần xét. Cường độ bức xạ tổng xạ bao gồm cường độ bức xạ trực xạ Etrx, cường độ bức xạ tán xạ Etx và cường độ bức xạ quang phổ Eqp. * Năng lượng bức xạ (NLBX), (J/m2): Là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một đơn vị diện tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức xạ là một đại lượng bằng tích phân của cường độ bức xạ trong một khoảng thời gian nhất định (thường là 1 giờ hay 1 ngày). * Hằng số mặt trời (HSMT): HSMT được định nghĩa là CĐBX đo được trong không gian nằm ngoài lớp khí quyển bao quanh trái đất trong một đơn vị thời gian, trên một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ. Người ta đã xác định được HSMT có giá trị bằng Esn= 1.353W/m2, tương đương với 1940Cal/cm2/phút, hay 4.871kJ/m2/h. Tuy nhiên, khi đến mặt đất, do bị hấp thụ và tán xạ nên cường độ bức xạ giảm đi đáng kể. Theo [8] cụ thể En= 500 - 1000 W/m2. 1.1.2. Định nghĩa các góc tạo bởi chùm tia bức xạ với mặt phăng Hình 1.2. Mô tả vị trí tương đối của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nghiêng PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 Trong đó: OZ - pháp tuyến của mặt phẳng ngang (p); OZ' - pháp tuyến của mặt phẳng nằm nghiêng (p); p - góc hợp bởi mặt phẳng nằm nghiêng và mặt phẳng nằm ngang; ϴT - góc tới của tia bức xạ trên mặt phẳng nghiêng; ϴZ- góc đỉnh, hợp bởi tia bức xạ và pháp tuyến của mặt phẳng nằm ngang; Y - góc phương vị mặt phẳng nghiêng, hợp bởi hình chiếu của pháp tuyến mặt phẳng nghiêng (OZ') trên mặt phẳng nằm ngang và phương chính Nam, dương khi mặt phẳng nghiêng hướng về phía Nam và âm khi mặt phẳng nghiêng về hướng Bắc; Ys - góc phương vị của mặt trời, hợp hình chiếu của tia tới trên mặt phẳng nằm ngang và phương chính Nam, dương khi mặt trời ở phía Đông, âm khi Mặt Trời ở phía Tây và bằng không khi mặt trời ở đỉnh đầu;  - góc độ cao mặt trời; ΔAz - hiệu của góc phương vị mặt trời và phương vị của mặt phẳngnghiêng; Ngoài ra ta còn phải định nghĩa thêm các góc có liên quan đến tọa độ của địa điểm đặt thiết bị trên mặt đất, và vị trí của mặt trời trên bầu trời tại thời điểm đang xét. Ví dụ như: góc vĩ tuyến φ, góc kinh tuyến ϕvà góc giờ mặt trời ω. Góc giờ mặt trời ω là góc xác định vị trí của mặt trời trên bầu trời tại một thời điểm bất kỳ từ lúc mặt trời mọc đến lúc mặt trời lặn. Người ta quy ước khi mặt trời ở đỉnh đầu (lúc 12 giờ trưa ) ω = 0. Vì Quả Đất quay xung quanh trục của nó một vòng 24 giờ, nên mỗi giờ nó quay được một góc là 150. Bây giờ ta tìm hệ thức khi mặt trời cũng ở độ cao  nhưng tia bức xạ En chiếu trên mặt phẳng nghiêng với góc tớiϴ(hình 1.3), khi đó cường độ bức xạ Ebnghtrên mặt phẳng nghiêng sẽ là: Ebngh= Encosϴ (1.1) Hình 1.3. Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng a - Trên mặt phẳng nằm ngang ϴZ; b - Trên mặt phẳng nghiêng ϴ. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 Ta thấy khi có cùng một giá trị cường độ bức xạ gửi tới nhưng các giá trị nhận được trên các mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nghiêng có sự khác nhau. 1.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến CĐBX nhận được trên mặt đất a. Tỉ khối khí m: Tỷ khối khí m là tỉ số của quãng đường xuyên qua lớp khí quyển từ một điểm bất kỳ trên mặt đất nhìn thấy mặt trời so với quãng đường cũng xuyên qua lớp khí quyển theo phương xuyên tâm của trái đất. Như vậy, khi tia trực xạ tới từ đỉnh đầu thì giá trị của tỉ khối khí bằng đơn vị (m =1), và khi tia tới hợp với thiên đỉnh một góc ϴz = 600 thì m = 2; còn khi ϴz>600thì m > 3; khi góc tới ϴz> 600, nếu xét tới hiện tượng khúc xạ xuyên qua lớp khí quyển quanh mặt đất theo một đường cong thì m được tính bằng công thức: 1 m (1.2) cos  z b. Sự suy giảm cường độ BXMT khi xuyên qua lớp khí quyển Khi phân tích các số liệu BXMT phát ra từ bề mặt mặt trời ở bên ngoài lớp khí quyển trong nhiều năm người ta thấy cường độ BXMT thay đổi rất ít, khoảng 1%. Vì vậy, khi xét cho quá trình nhiệt dùng cho mục đích năng lượng, thì sự thay đổi này có thể bỏ qua. Tuy nhiên, khi BXMT xuyên qua lớp khí quyển thì cường độ của chúng suy giảm đáng kể là do bị hấp thụ hơi nước hay do bị tán xạ khi gặp các phần tử khí như O2, O3, CO2, NO2..., các hạt bụi bay lơ lửng trong không khí hay các phân tử khác, hoặc khi xuyên qua các đám mây... c. Ảnh hưởng bởi khoảng cách giữa mặt trời và trái đất Khoảng cách giữa mặt trời và trái đất có ảnh hưởng đến cường độ bức xạ mặt trời. Để xem ảnh hưởng của quả đất và mặt trời đến cường độ BXMT trên mặt đất, khi quả đất chuyển động trên quỷ đạo của nó trong chu kỳ một năm. Sự định hướng của trục quả đất cùng với sự chuyển động của nó xung quanh mặt trời và xung quanh trục riêng của nó, dẫn tới sự thay đổi khoảng cách giữa quả đất và mặt trời, và tức là thay đổi cường độ BXMT trên bề mặt quả đất hàng ngày, hàng tháng và hàng mùa trong năm. Cường độ bức xạ mặt trời phụ thuộc vào khoảng cách tương đối giữa mặt trời và điểm quan sát trên trái đất. Trong một ngày khoảng cách này sẽ giảm dần cho đến khi mặt trời lặn. Như vậy, cường độ bức xạ tương ứng sẽ tăng dần trong buổi sáng cho đến khi đạt giá trị lớn nhất Emaxvào giữa trưa sau đó giảm dần vào buổi chiều. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 1.1.4.Tương tác chùm tia bức xạ mặt trời với môi trường vật chất Giả sử một tia bức mặt trời có năng lượng E0 tác dụng lên một vật đặt trên bề mặt trái đất. Khi tương tác với vật chùm tia bức xạ bị biến thành ba thành phần là: phản xạ, hấp thụ và truyền qua. Phương trình cân bằng năng lượng trong trường hợp này là: E0 = E r + E a + E t (1.3) Chia hai vế cho E0 : ER /E0 + Ea /E0 + E t/E0 = 1 Trong đó: E 0 - năng lượng bức xạ tới; Er - phần năng lượng bức xạ bị phản xạ từ bề mặt của vật; Ea - phần năng lượng bức xạ bị hấp thụ; Et - phần năng lượng bức xạ được truyền qua. Hình 1.4 Sơ đồ thể hiện khả năng xuyên qua tấm trong suốt của bức xạ mặt trời * Các tỷ số ở hai vế của phương trình được định nghĩa: Er/E0= p là hệ số phản xạ. Ea/E0= alà hệ số hấp thụ. Et/E0= tlà hệ số truyền qua. Hay p + + t= 1 Nếu = t= 0 thì p = 1, ta có vật trắng tuyệt đối, phản xạ hoàn toàn. Nếu p = t= 0 thì = 1, ta có vật đen tuyệt đối, hấp thụ hoàn toàn, và nếu = p = 0 thì I =1, ta có vật trong suốt tuyệt đối. Trong thực tế không có trường hợp nào như vậy, mà mỗi vật khi tương tác với tia bức xạ mặt trời đều xảy ra hoặc cả ba khả năng trên, tuỳ theo từng chất liệu mà các khả năng đó có khác nhau. Giá trị của các hệ số này luôn nhỏ hơn 1 (p, , t< 1). Vật mà các giá trị p, , tđều khác không được gọi là vật mờ. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 Dựa trên các đặc tính đó của vật chất khi tương tác với bức xạ mặt trời người ta chế tạo các dạng thiết bị khác nhau để thu năng lượng mặt trời. Sử dụng khả năng phản xạ để chế tạo các thiết bị gương hội tụ; khả năng truyền qua của kính và hấp thụ của tấm để chế tạo bộ thu phẳng. Đối với các bề mặt nhẵn, biểu thức Fresnel của độ phản xạ bức xạ qua môi trường thứ nhất có độ khúc xạ (chiết suất) n1 đến môi trường thứ 2 có chiết suất n2 là: sin 2 ( 2  1 ) r  ; đối với thành phần vuông góc. sin 2 ( 2  1 ) tg 2 ( 2  1 ) r//  ; đối với thành phần song song của bức xạ tg 2 ( 2  1 ) Er r  r0 r  ; là độ phản xạ trung bình của 2 thành phần song song và vuông góc. Ei 2 Ei,Er, tương ứng là cường độ bức xạ tới, cường độ bức xạ phản xạ. Các góc 1 , 2 , là góc tới và góc khúc xạ (hình 1.5) có quan hệ với độ khúc xạ n n sin  2 theo định luật Snell:  n2 sin 1 Hình 1.5. Quá trình truyền của tia bức xạ Như vây, nếu biết các đại lượng 1 , 2 và chiết suất các môi trường n1, n2 ta có thể xác định được độ phản xạ r của bề mặt. Đối với tia bức xạ tới vuông góc 1   2  0 và các phương trình trên có thể kết hợp 2 E n n  r0  r   1 2  ( 1.5) Ei  n1  n2  PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 Nếu một môi trường là không khí (chiết suất n2 ≈ 1) thì: 2 E  n 1 r0  r   1  ( 1.6) Ei  n1  1  Đối với các loại bộ thu NLMT, thường sử dụng kính hoặc vật liệu màng mỏng trong suốt phủ trên bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ.Vì vậy, luôn có 2 bề mặt ngăn cách của mỗi lớp vật liệu phủ gây ra tổn thất phản xạ. Nếu bỏ qua nhiệt lượng hấp thụ của lớp vật liệu này và xét tại thời điểm mà chỉ có thành phần vuông góc của bức xạ tới (hình 1.6), thì đại lượng (1- r ) của tia bức xạ tới sẽ tới được bề mặt thứ 2, trong đó (1- 2 r ) đi qua bề mặt phân cách và r (1- r ) bị phản xạ trở lại bề mặt phân cách thứ nhất.. .Cộng tất cả các thành phần được truyền qua thì hệ số truyền qua của thành phần vuông góc : (1  r ) 2 (1  r ) d   (1 - r ) 2  r2n  (1  r ) 2  (1  r ) (1.7) Đối với thành phần song song cũng có kết quả tương tự và hệ số truyền qua trung bình của cả hai thành phần : 1  (1  r ) (1  r )  dr     (1.8) 2  (1  r ) (1  r )    Nếu bộ thu có N lớp vật liệu phủ trong suốt như nhau thì 1 (1  r ) (1  r )  d rN       (1.9) 2  1  (2 N  1)r 1  (2 N  1)r  Hình 1.6. Quá trình truyền tia của tia bức xạ qua lớp phủ không trong suốt PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 1.1.5.Tính chất cơ lý hóa của một số vật liệu thường dùng trong thiết bị sử dụng NLMT a. Tấm đậy trong suốt. Hiện nay, người ta thường dùng 3 loại vật liệu trong suốt dưới đây để làm tấm đậy: Kính xây dựng. Kính xây dựng có hai loại: Trong suốt và có màu. Tuy nhiên, thường dùng loại trong suốt (vì trong kính màu xanh có hàm lượng oxit sắt cao, hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời). Với loại kính trong suốt chiều dày 3mm khi tia tới trùng với pháp tuyến của mặt phẳng kính sẽ cho qua 84 - 92% bức xạ mặt trời. [19]. Hạn chế lớn nhất của kính là giòn, dễ vỡ, trọng lượng lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển và lắp đặt. Nhưng khi đã lắp đặt xong thì nó rất bền vững, cấu trúc hóa học không bị thay đổi dưới tác động của bức xạ tử ngoại của ánh sáng mặt trời. Đôi khi người ta lắp hai tấm kính để tăng cường hiệu quả hiệu ứng nhà kính và giảm tổn thất nhiệt lên phía trên. Nhưng lại làm cho giá thành thiết bị cao và làm giảm hệ số tích truyền qua xa. Do đó khi thiết kế các công trình cần nhiệt độ cao nên dùng hai lớp kính đậy. Polycarbonat Loại vật liệu hữu cơ này có tên thương mại là “Lexan” hoặc “Macrolon” Hệ số truyền qua của vật liệu này kém hơn kính, khoảng 83% lúc còn mới khi tia tới trùng với pháp tuyến, nhưng giảm dần theo thời gian phơi nắng. Theo đo đạc thì sau 5 năm hệ số truyền qua giảm xuống còn 79%. Tuy nhiên, hiệu ứng nhà kính của Polycarbonat tốt hơn kính, do đó thường được dùng để uốn thành vòm tạo thành hai vách. Polymethacrylat Methyl Trên thị trường loại này có nhiều tên như: Thủy tinh hữu cơ hoặc kính chống vỡ hay kính “dị ứng” nắng. Nó có các tính chất quang học khác nhau tùy thuộc vào chuổi cấu trúc phân tử Polycacbonat. Về cơ tính vật liệu này giòn, không chịu được tải nặng, không biến dạng. Nhiệt độ làm việc của nó có thể lên tới 950C (có loại đạt tới 1400C). Vật liệu này được ưu chuộng vì giá thành không đắt, chịu được nhiệt độ tương đối cao và dễ uốn thành nhiều hình dạng khác nhau như bán cầu. * Các loại tấm khác. Ngoài các loại chất dẻo rắn đã được nêu trên, các loại phim mỏng cũng được làm tấm phủ cho bộ thu như: polytephatalat ethyl. Tên thương phẩm “tephan” hoặc “mylar”, có độ bền cơ đặc biệt cao so với các loại chất dẻo khác, và các chất fuorur polyvinyl, (hay tedlar). Nhưng loại vật liệu này biến chất theo thời gian. Để bảo vệ PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma