Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
142
TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH TẤM THU NĂNG LƯỢNG
CHO BUỒNG HẤP THỤ NHIỆT CỦA MÁY SẤY NÔNG SẢN
DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Trần Thị Chung Thủy
Đại học Thủy lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Năng lượng Mặt trời là một trong các nguồn
năng lượng tái tạo có triển vọng ứng dụng
trong bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống
ngày càng cạn kiệt bởi các ưu điểm: nguồn
năng lượng vô tận, trang thiết bị đơn giản, có
thể triển khai mọi nơi, là nguồn năng lượng
sạch không gây ô nhiễm môi trường.
Việt Nam có tiềm năng về năng lượng Mặt
trời rất lớn với địa lý trải dài từ Bắc tới Nam,
quanh năm chan hòa nắng gió. Bởi vậy
nghiên cứu và ứng dụng năng lượng Mặt trời
ở nước ta là việc làm cần thiết và có ý nghĩa
cũng như phù hợp với xu thế chung của thời
đại [1], [2], [4], [6],...
Đề tài tập trung nghiên cứu khai thác ứng
dụng của nguồn năng lượng Mặt trời trên hai
phương diện là khai thác hiệu ứng nhà kính.
Tận dụng nguồn năng lượng Mặt trời phong
phú với hiệu ứng nhà kính để thiết kế máy
sấy nông sản cho bà con nông dân là phù hợp
với nhu cầu thực tiễn nền nông nghiệp và
công nghiệp của nước ta [1], [2], [3],...
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tổng quan cập nhật lý thuyết liên quan
đến hiệu ứng nhà kính, cấu tạo và nguyên lý
hoạt động của máy sấy dùng năng lượng Mặt
trời. Tham khảo và lựa chọn được phương
pháp tính diện tích tấm hấp thụ năng lượng
(bộ phận quan trọng trong buồng hấp thụ
năng lượng) của máy sấy, sau đó áp dụng để
tính diện tích của tấm hấp thụ theo khối
lượng nông sản cần sấy.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động
của máy sấy nông sản dùng năng lượng
mặt trời.
Cấu tạo của máy sấy được trình bày trong
hình 1 với nguyên lý hoạt động như sau: Ánh
sáng mặt trời chiếu xuống xuyên qua “mặt
kính hay tấm trong suốt”, gặp vật màu đen là
“tấm tôn hoặc hợp kim nhôm được sơn đen”
đặt bên trong “buồng thu năng lượng” là một
dạng bẫy nhiệt, khiến cho tấm tôn nóng lên.
Không khí bên trong buồng thu năng lượng
nóng lên sẽ giãn nở và bay lên trên, đi vào
“buồng sấy”. Sự di chuyển của không khí tạo
ra một luồng khí khiến cho không khí mới đi
vào thông qua ô “không khí đi vào” và tiếp
tục bị hun nóng bởi cái bẫy nhiệt. Không khí
nóng đi vào buồng sấy, xuyên qua khay lưới
chứa vật cần sấy và mang hơi ẩm thoát ra
khỏi “lỗ thông thoáng” [3].
Hình 1. Cấu tạo máy sấy nông sản, có buồng sấy
riêng biệt với buồng thu năng lượng [3].
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISN : 978-604-82-1710-5
143
3.2. Tính toán diện tích tấm thu năng
lượng Mặt trời (collector) của buồng hấp
thụ nhiệt
Bài toán: Một thiết bị sấy nông sản dùng
năng lượng mặt trời có:
- Năng suất sấy là G (kg/mẻ).
- Độ ẩm của vât liệu trước khi sấy là φo và
sau khi sấy là φ2.
- Nhiệt độ sấy lớn nhất cho phép là tmax.
- Thời gian sấy τs.
- Collector có chiều cao Hc, bề rộng Bc và
chiều dài Lc.
Xác định diện tích cần thiết của collector.
Diện tích của tấm hấp thụ năng lượng Mặt
trời được xác định bởi công thức [3]:
u
ht G ht mt
Q
A
E.D. K .(T T )

(1)
trong đó:
Qu: nhiệt lượng hữu ích do không khí
mang ra khỏi collector, có giá trị bằng nhiệt
lượng cần cung cấp cho quá trình sấy
:
s
Q
E: cường độ bức xạ Mặt trời;
D: độ trong của tấm che
(D 0,95
đối
với kính trắng);
hn: độ hấp thụ của tấm hấp thụ
(D 0,85
đối với kính trắng);
Tht: nhiệt độ của tấm hấp thụ;
Tmt: nhiệt độ của môi trường;
KG: hệ số tổn hao nhiệt toàn phần, với tấm
collector kính thì
;2.9
G
K
* Tính Qu:
s
su QW
QQ
.
(2)
trong đó:
nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi
1 kg nước từ vật liệu cần sấy:
02
01 dd II
Q
(3)
Trạng thái của không khí ẩm được xác
định bởi 2 thông số độc lập trong 4 thông số:
nhiệt độ T, entanpi I, độ ẩm
và độ chứa
hơi d;
Tra đồ thị mối liên hệ giữa nhiệt lượng với
độ ẩm I-d của không khí ẩm [5], có:
Với trạng thái 1 của không khí:
%85
0
,
t0mt = 250
d0 = 12.10-3 (kg ẩm/kg.K2),
I0 = 58 (kJ/kg.K2).
Với trạng thái 2 của không khí:
%20
2
,
t0 sấy = 600, d1 = d0 = 12.10-3 (kg ẩm/kg.K2)
I1 = 100 (kJ/kg.K2), d2 = 28.10-3 (kg
ẩm/kg.K2).
Thay vào (3), ta có:
)/(2625
10.1210.28 58100 33 kgkJQ
W
: lượng nước cần bốc hơi khỏi vật liệu
cần sấy:
)(75
%801%20%80
).(100
12
20 kgkgGW
16
s
(giờ): thời gian sấy;
Thay vào (2), ta thu được:
)(97,3417
3600.16 75.10.2625 3WQQ su
* Tính
E
:
)/(5,634
(h)8 )//(10.076.5 2
23 mW
ngàymW
E
E
n
tp
* Tính
ht
T
:
)(53,323 7025 95.0.10.5076.85.0
2)70374)20273(
..
2
..
3
11
K
KKKK
DETTDE
TT htrvht
tbht
với
1
: hệ số truyền nhiệt đối lưu đến dòng
khí;
v
T
: nhiệt độ khí vào;
r
T
: nhiệt độ khí ra;
Thay các giá trị của
mthtGhtuTTKDEQ ,
,,,,,
vào (1), thu được diện tích cần thiết của tấm
hấp thụ năng lượng mặt trời cho buồng hấp
thụ năng lượng của máy sấy tương ứng với
100 kg nông sản cần sấy:
)(7,14
)29353,323(2,985,0.95.0.5,634 97,3147 2
mA
Rõ ràng, diện tích của tấm hấp thụ năng
lượng phụ thuộc vào một số tham số như đã
trình bày ở trên. Trong báo cáo này, chúng
tôi giữ nguyên các tham số khác, chỉ thay đổi
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISN : 978-604-82-1710-5
144
khối lượng nông sản cần sấy. Kết qủa thu
được sự phụ thuộc của diện tích tấm hấp thụ
năng lượng đối với khối lượng nông sản cần
sấy được thống kê trong bảng 1.
Bảng 1. Mối liên hệ giữa khối lượng
nông sản cần sấy và diện tích
của tấm thu năng lượng
STT
W (khối lượng
nông sản cần sấy)
(kg)
A (diện tích của tấm
thu năng lượng)
(m2)
1
100
14,7
2
1000
147,7
3
2000
295,3
4
3000
443,0
5
4000
590,6
6
5000
738,2
7
6000
886,0
8
7000
1033,6
9
8000
1181,2
10
9000
1328,9
11
10000
1476,6
4. KẾT LUẬN
4.1. Đã tổng quan được các kiến thức về
năng lượng Mặt trời, các ứng dụng năng
lượng Mặt trời. Đã tìm hiểu được bản chất
vật lý của hiệu ứng nhà kính và hiệu ứng
quang điện từ nguồn năng lượng Mặt trời.
4.2. Đã lựa chọn được mô hình chế tạo và
nguyên lý hoạt động của máy sấy nông sản
bằng hiệu ứng nhà kính phù hợp với điều
kiện nông nghiệp và công nghiệp ở nước ta.
4.3. Đã tính toán được diện tích của tấm
thu nhận năng lượng của buồng sấy phù hợp
với khối lượng nông sản và nhiệt độ sấy. Từ
đó đã bước đầu nghiên cứu chế tạo một mô
hình máy sấy nông sản với các thông số kỹ
thuật: diện tích tấm thu nhận năng lượng của
buồng thu nhiệt là 0,73 m2, buồng sấy chứa
05 kg khối lượng nông sản, nhiệt độ buồng
sấy đạt được 700C.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vũ Việt Anh, Trường Đại học Nông nghiệp
Hà Nội, 2011, “Bài tập môn học: Sử dụng
năng lượng tái tạo”.
[2] Vũ Phạm Lan Anh- trường Cao đẳng Công
nghiệp cao su, 2012, Đề cương bài giảng sử
dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu qủa.
[3] www.vietthien.vn, 2013, “Một số phương
pháp phơi sấy bằng năng lượng Mặt trời”.
[4] Nguyễn Quang Nam, 2014-2014, Bài giảng
năng lượng tái tạo.
[5] Trần Văn Phú, 2005, “Đồ thị I-d của không
khí ẩm”, KH & CNN-64*7/2005*27
[6] Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên - Đại học
Bách khoa Hà Nội, 2012, Cơ sở năng lượng
mới và tái tạo.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISN : 978-604-82-1710-5