Đánh giá hiệu quả của máy sấy năng lượng mặt trời

06/01/2020, 12:36

TNNN - Việc chế tạo nó bằng các vật liệu rẻ tiền tại địa phương sẽ tương đối phù hợp với người nông dân nghèo trung bình sống ở khu vực nông thôn. Máy sấy mặt trời có tương lai đặc biệt là trong bảo quản thực phẩm.

Việc chế tạo nó bằng các vật liệu rẻ tiền tại địa phương sẽ tương đối phù hợp với người nông dân nghèo trung bình sống ở khu vực nông thôn. Nhiệt độ máy sấy được tìm thấy cao hơn nhiệt độ môi trường trung bình 51% trong suốt thời gian ánh sáng ban ngày và nhiệt độ tăng lên đến 75% trong khoảng ba giờ sau 12:00 giờ (trưa). Tốc độ sấy và hiệu suất hệ thống lần lượt là 0,46 kg/giờ và 59%. Tốc độ sấy nhanh trong máy sấy cho thấy, khả năng sấy khô các mặt hàng thực phẩm một cách hợp lý nhanh chóng đến mức độ ẩm an toàn và đồng thời nó đảm bảo chất lượng cao của sản phẩm sấy khô. Kết quả thu được cho thấy, máy sấy mặt trời có tương lai đặc biệt là trong bảo quản thực phẩm.

1. Vật liệu và phương pháp

1.1. Chế tạo máy sấy năng lượng mặt trời

Các vật liệu chế tạo máy sấy năng lượng mặt trời đơn giản là rẻ và dễ dàng có tại địa phương. Máy sấy năng lượng mặt trời được thể hiện trong hình dưới đây:

Lớp trên cùng trong suốt là tấm nhựa polyvinyl clorua (PVC) trong suốt với tổng diện tích bề mặt là 1,22 m x 0,90 m. Tủ sấy được làm bằng gỗ dán 25 mm. Mặt trước cao hơn phía sau, cho nắp trên nghiêng khoảng 17,5o. Độ nghiêng này cho phép nước chảy ra dễ dàng và tăng cường lưu thông không khí. Các lỗ thông hơi (vent) được tạo ra ở đầu thấp của mặt trước của tủ và ở đầu trên của mặt sau của tủ để tạo điều kiện và kiểm soát luồng không khí đối lưu qua máy sấy. Một khay sấy (drying tray) được xây dựng với lưới thép, vừa khít và bao phủ toàn bộ sàn của máy sấy. Cửa ra vào (access door) cũng được cung cấp ở mặt sau của tủ để cho phép nạp khay sấy với các mặt hàng thực phẩm.

1.2. Cơ chế hoạt động của máy sấy

Máy sấy là một hệ thống thụ động, nghĩa là nó không có bộ phận chuyển động. Nó được cung cấp năng lượng bởi các tia nắng mặt trời đi qua lớp trên cùng trong suốt. Bề mặt bên trong được sơn màu đen để hấp thụ nhiệt nhiều hơn và năng lượng bị giữ lại làm nóng không khí bên trong máy sấy. Hiệu ứng nhà kính đạt được trong máy sấy sẽ điều khiển dòng không khí cần thiết để làm khô nhanh hơn. Nếu lỗ thông hơi được mở, không khí nóng tăng lên và thoát qua lỗ thông hơi trên trong khi không khí mát hơn ở nhiệt độ môi trường đi vào lỗ thông hơi phía dưới. Do đó, một luồng không khí được duy trì, vì không khí mát hơn ở nhiệt độ T_i đi qua lỗ thông hơi dưới và không khí nóng ở nhiệt độ T₀thoát qua lỗ thông hơi trên.

Khi máy sấy không chứa vật phẩm cần sấy khô, không khí vào ở nhiệt độ T_i có độ ẩm tương đối H_i, không khí thoát ra ở nhiệt độ T_o có độ ẩm tương đối H₀. Vì T_o> T_i và máy sấy không chứa vật phẩm nên H_i> H_o. Do đó, có xu hướng không khí nóng lấy thêm độ ẩm trong máy sấy do kết quả của sự khác biệt giữa H_i và H_o. Do đó, cách ly nhận được chủ yếu được sử dụng để tăng thu hút không khí trong máy sấy để nạp ẩm.

1.3. Đánh giá hiệu suất của máy sấy

Máy sấy năng lượng mặt trời đã được thử nghiệm để đánh giá hiệu suất. Trong thời gian thử nghiệm, thông số nhiệt độ của máy sấy được xác định bằng cách đo nhiệt độ hàng giờ bên trong tủ sấy và không khí xung quanh trong khoảng thời gian từ 08:00 đến 18:00.

Cho các lát khoai tây (độ dày trung bình 4 mm) vào máy sấy và trọng lượng của nó được đo khi bắt đầu và trong khoảng thời gian một giờ sau đó. Biết trọng lượng ban đầu và trọng lượng cuối cùng tại thời điểm mà khoai tây không hao hụt thêm, tính trọng lượng giảm để tính độ ẩm được loại bỏ trong kg nước/kg chất khô trong khoảng thời gian khi khoai khô. Hiệu suất máy sấy được đánh giá bằng cách sử dụng tốc độ sấy và hiệu suất sấy của hệ thống. Tốc độ sấy là lượng hơi ẩm được loại bỏ khỏi mặt hàng thực phẩm trong một thời gian nhất định. Hiệu suất sấy là tỷ lệ năng lượng cần thiết để làm bay hơi độ ẩm với năng lượng cung cấp cho máy sấy.

2. Kết quả và thảo luận

Nhiệt độ trung bình trong máy sấy và không khí xung quanh là 47,3^oC và 31,3^oC vào ban ngày. Do đó, nhiệt độ sưởi ấm bên trong máy sấy cao hơn nhiệt độ môi trường trung bình 16^oC (51%) trong thời gian ban ngày và lên tới 25^oC (75%) trong khoảng thời gian từ 13:00 đến 15:00, cho thấy, hiệu suất tốt hơn phơi nắng ngoài trời.

Bên cạnh đó, khi sấy khoai tây, tốc độ sấy tăng do tăng nhiệt độ trong khoảng từ 10 giờ đến 14 giờ nhưng giảm sau đó. Điều này cho thấy, việc loại bỏ độ ẩm sớm hơn và nhanh hơn khỏi vật phẩm khô. Máy sấy có thể loại bỏ 72,8% độ ẩm từ 4,6 kg khoai tây chiên trong thời gian sấy 10 giờ, tức là khoảng 0,46 kg / giờ tốc độ sấy. Tỷ lệ này so sánh tốt với tỷ lệ thu được từ các máy sấy khác. Hiệu suất sấy hệ thống của máy sấy năng lượng mặt trời đơn giản trong thời gian thử nghiệm được tìm thấy là 59%

3. Kết luận

Một máy sấy năng lượng mặt trời đơn giản và rẻ tiền được thiết kế và chế tạo bằng vật liệu có sẵn ở địa phương. Sự thay đổi hàng giờ của nhiệt độ bên trong máy sấy so với nhiệt độ môi trường xung quanh cho thấy, nhiệt độ trong máy sấy luôn cao hơn nhiệt độ môi trường trung bình 16^oC (51%) trong suốt thời gian ban ngày. Nhiệt độ tăng lên tới 25^oC (75%) trong khoảng ba giờ ngay sau giờ trưa (giữa 13:00 và 15:00 h). Tốc độ sấy và hiệu quả hệ thống lần lượt là 0,46 kg/giờ và 59%. Máy sấy thể hiện đủ khả năng sấy khô các mặt hàng thực phẩm một cách hợp lý, nhanh chóng đến độ ẩm yêu cầu và đồng thời nó đảm bảo chất lượng cao của sản phẩm sấy khô. Kết quả đạt được là những dấu hiệu khả thi cho thấy, máy sấy mặt trời có tương lai, đặc biệt là trong bảo quản thực phẩm. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều việc phải làm để cải thiện hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời thụ động. Một lĩnh vực có thể cải thiện là sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời trong máy sấy để lưu trữ nhiệt nhằm sử dụng khi không đủ độ ẩm do điều kiện thời tiết bất lợi và vào ban đêm.

Thanh Bình dịch và biên soạn

Nguồn: Khoa Thiết kế cơ khí, Đại học Công nghệ liên bang

P.M.B. 704, Akure, Nigeria