Nghiên cứu ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh đến khả năng tách ẩm không khí trong hệ thống sấy lạnh

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 147 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁCH BỐ TRÍ DÀN LẠNH ĐẾN KHẢ NĂNG TÁCH ẨM KHÔNG KHÍ TRONG HỆ THỐNG SẤY LẠNH RESEARCHING INFLUENCE OF THE COOLER ARRANGEMENT ON THE REFRIGERATING AND AIR DEHUMIDIFYING ABILITY IN COOL DRY SYSTYEM SVTH: Văn Nguyễn Tiến Sỹ, Trần Ngọc Đại Phú Lớp 05N1, Khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh, Trường Đại học Bách khoa. GVHD: PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng Khoa Công nghệ Nhiệt - Điện lạnh, Trường Đại học Bách khoa TÓM TẮT Báo cáo trình bày các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh đến khả năng làm lạnh, tách ẩm không khí trong dàn lạnh của Bơm nhiệt. Từ các kết quả đạt được, đề nghị thêm một số phương pháp làm tăng khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn lạnh nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của của Bơm nhiệt. Bên cạnh đó, báo cáo còn trình bày kết quả thực nghiệm các chế độ làm việc khác nhau từ mô hình thiết bị Bơm nhiệt đã xây dựng. ABSTACT The article presents theoretical and experimental research on how the cooler arrangement has influence on the ability of Refrigerating and Air Dehumidifying in the evaporator of Heat pump. From the results achieved, the article suggests some methods of increasing Refrigeration and Dehumidification capacity of the evaporator in order to improve Heat pump effectiveness. At the same time, the article presents the experimental results of different working regulations from the built model of Heat pump. 1. Đặt vấn đề: Ngày nay với yêu cầu về chất lượng các sản phẩm sấy ngày càng cao, nhất là ngoài yêu cầu về độ khô, một số sản phẩm còn đòi hỏi phải đảm bảo được màu sắc, hương vị chất dinh dưỡng và bảo toàn trạng thái của sản phẩm. Các phương pháp sấy ở nhiệt độ cao có thể phá hủy các chất hoạt tính sinh học như hóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protein,...và làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Vì vậy, để đáp ứng được yêu cầu về màu sắc, mùi vị tư nhiên sau quá trình sấy. Do đó, người ta đã áp dụng phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp, trong đó phương pháp sấy sử dụng bơm nhiệt tỏ ra có hiệu quả hơn cả. Phương pháp này có các ưu điểm sau: Phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam, hiệu suất sử dụng năng lượng cao do sử dụng cả lượng nhiệt ở nguồn nóng và nguồn lạnh, thích hợp để sấy khô các vật phẩm không chịu được nhiệt độ cao, chất lượng, màu sắc và mùi vị của sản phẩm sấy được giữ tốt hơn. Trong hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt thì khả năng tách ẩm ra khỏi không khí là rất quan trọng, nó mang tính quyết định đến hiệu quả sấy trong buồng sấy. Chính vì thế cần phải nghiên cứu ảnh hưởng cách bố trí dàn lạnh đến khả năng tách ẩm không khí trong hệ thống sấy lạnh. Từ đó tìm ra cách bố trí dàn lạnh thích hợp nhất để tận dụng hết khả năng tách ẩm của dàn lạnh trong hệ thống bơm nhiệt. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 148 2. Những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm 2.1. Nghiên cứu lý thuyết về khả năng làm lạnh tách ẩm trong dàn lạnh Bơm nhiệt Trong kỹ thuật sấy lạnh, yếu tố có tính quyết định đến thế sấy chính là quá trình làm lạnh, tách ẩm không khí trong dàn lạnh. Lượng ẩm tách ra càng lớn thì thế sấy càng tăng thời gian sấy càng giảm. 2.1.1. Tăng chiều dài đường đi của không khí qua dàn lạnh Không khí chuyển động bypass nhiều lần qua dàn lạnh (hình 2.1) Sử dụng dàn lạnh có chiều sâu lớn. 2.1.2. Khi sử dụng dàn lạnh mắc song song và nối tiếp (hình 2.2 và hình 2.3) 2.2. Nghiên cứu thực nghiệm 2.2.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt BH1 BH2 Khoâng khí vaøo Khoâng khí ra t1 t2 2't1t Khoâng khí ra Khoâng khí vaøo BH2BH1 t,°C f/3 f t t'' t'' t 1 2'B 2 2 2B Khoâng khí vaøo Khoâng khí ra Moâi chaát vaøo Moâi chaát ra t Hình 1: Không khí chuyển động bypass qua dàn lạnh Hình 2: Dàn lạnh mắc song song Hình 3: Dàn lạnh mắc nối tiếp NT2 NT1 MN BH1 BH2 V2 Buoàng saáy Khoâng khí aåm Nöôùc ngöng V1 V1 Nöôùc ngöng Khoâng khí aåm Khoâng khí khoâ, laïnh Buoàng saáy V2 BH2 BH1 MN NT1 NT2 V4 V3 TL T6 V7 V5 V3 V4 V7 V8TL TL Khoâng khí khoâ, laïnh Hình 4: Hai dàn lạnh mắc song song. Hình 5: Hai dàn lạnh mắc nối tiếp Chú thích: MN – Máy nén; NT1 – Dàn ngưng chính; NT2 – Dàn ngưng phụ BH1 – Dàn bay hơi 1; BH2 – Dàn bay hơi 2; V5, V6 – Van tiết lưu V1, V2, V3, V4, V7, V8 – Van điều chình Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 149 12345678 9 10 11 12 Hình 7: Sơ đồ cấu tạo mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt 1 – Máy nén;2 – Van tiết lưu; 3 – Van điều chỉnh, 4 – Quạt hướng trục; 5 – Dàn bay hơi 1, 6 – Dàn bay hơi 2; 7 – Quạt lồng sóc, 8 – Dàn ngưng phụ; 9 – Đường ống gió; 10 – Hầm sấy;11 – Khay sấy; 12 – Dàn ngưng chính 321 1 2 3 = d t 3 dd 1 3' 2 t t d, g/kgkk I, kJ/kgkk Hình 6: Quá trình sấy kín trên đồ thị I- d 1- 2: Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm 2- 3: Quá trình sấy thực tế trong buồng sấy 3- 1: Quá trình làm lạnh khử ẩm trong dàn lạnh Nguyên lý làm việc: Không khí sau khi trao đổi nhiệt ẩm với vật sấy trong buồng sấy và giảm xuống nhiệt độ t3 sẽ được hồi lưu về lại hai dàn lạnh.Tại đây không khí được làm lạnh, và tách ẩm đến nhiệt độ t1 rồi đươc quạt hút và thổi qua dàn ngưng phụ để nâng lên nhiệt độ t2. Tiếp tục đi vào buồng sấy trao đổi nhiệt ẩm,chu trình cứ thế tiếp tục. Các thông số của mô hình: Môi chất: R22; Công suất máy nén 50 W; Dàn lạnh: hai dàn, diện tích: 0,4 m2/dàn; Dàn nóng: hai dàn, diện tích: 0,08 m2/dàn; Quạt: hai cái, công suất: 100 W; Kích thước buồng sấy: 400x200x250mm; Kích thước đường ống gió: 114 mm. Hình 8: Mô hình thực nghiệm Bơm nhiệt 2.2.2. Thí nghiệm đánh giá khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn bay hơi - Mục đích: Xác định nhiệt độ không khí sau dàn lạnh và lượng nước ngưng thu được, nhằm đánh giá khả năng làm lạnh và tách ẩm không khí của các dàn lạnh. - Kết quả thí nghiệm: Bảng 1: Sử dụng hai dàn lạnh mắc nối tiếp (phút) t1 [ 0 C] t2 [ 0 C] t3 [ 0 C] tmt [ 0 C] P1 [bar] P2 [bar] P3 [bar] % I [A] Gn [g] 0 32,3 32,3 32,3 32,3 4 4 4 85,6 0 0 10 12,5 24,4 24,2 33,3 8 0,5 7,9 45,3 2,8 - Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 150 20 10,4 23,7 23,5 32,7 9 0,5 8,5 34,3 2,6 - 30 9,5 23,4 25 33,2 10,9 0,9 9,5 31,3 2,8 - 40 8,8 24,3 24,3 33,3 10 0,5 9 28,6 2,7 - 50 8,5 23,5 24,5 33,3 10,3 0,6 10 26,7 2,7 - 60 8 23,2 23,9 33,3 10 0,5 9,8 25,7 2,7 30 t1 [ 0 C] t2 [ 0 C] t3 [ 0 C] tmt [ 0 C] P1 [bar] P2 [bar] P3 [bar] % I [A] Gn [g] 0 31 31 31 31 5 5 5 82,4 0 0 10 17,7 23,7 26,5 33 7,8 0 7 55,9 2 - 20 15,7 24,5 24,8 33 8 0,4 7,5 36,2 2,2 - 30 12,5 22,4 22,8 33 8,8 0,5 8,1 34,9 2,4 - 40 10 23,1 23,8 33 9 0,7 8,2 30,5 2,5 - 50 10 24,1 24,3 34 9 0,7 8,2 28,7 2,4 - 60 9,8 24,3 24,4 34 9 0,7 8,4 27,7 2,4 50 - Đánh giá kết quả: Khi sử dụng hai dàn lạnh mắc song song thì nhiệt độ không khí sau dàn lạnh xuống thấp nhanh hơn, lượng nước ngưng thu được lớn hơn so với khi sử dụng hai dàn lạnh mắc nối tiếp (trong khi đó công suất máy nén không đổi). Đồng thời hiệu quả bơm nhiệt tăng lên do giảm được chênh lệch giữa nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi. 2.2.3. Thí nghiệm xác định thời gian sấy - Mục đích: Xác định thời gian sấy với hai chế độ sấy mắc nối tiếp và mắc song song cho cùng một loại vật liệu nhằm đánh giá hiệu quả của hai chế độ sấy này. - Kết quả: - Nhận xét: Khi sấy ở chế độ mắc song song thì đường cong giảm ẩm thấp hơn so với khi 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0 60 90 120 150 180 210 240 Thåìi gian (phuït) Âä ü áøm vá ût s áúy (% ) Song song N?i ti?p Hình 9: Đồ thị đường cong giảm ẩm (thí nghiệm trên cà rốt với khối lượng 500 g, nhiệt độ môi trường t = 320C, độ ẩm φ = 90%) Bảng 2: Sử dụng hai dàn lạnh mắc song song Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 151 sấy ở chế độ mắc nối tiếp. Khả năng tách ẩm của dàn bố trí song song là lớn hơn so với cách bố trí nối tiếp, điều này có ý nghĩa là tăng khả năng thoát ẩm và giảm thời gian sấy. 3. Kết luận Thông qua phân tích đánh giá các phương pháp làm lạnh, tách ẩm không khí trong dàn lạnh bay hơi. Đề tài đã xây dựng được mô hình thực nghiệm thiết bị sấy sử dụng Bơm nhiệt đáp ứng được các yêu cầu đề ra, mô hình có thể hạ nhiệt độ sau dàn lạnh xuống gần 8 0C để bảo đảm chế độ sấy phù hợp với vật sấy. Điều này có ý nghĩa vô cùng to lớn cho trong vấn đề nâng cao thế sấy, hạ thấp hơn nữa nhiệt độ sấy nhằm đáp ứng các vật sấy có yêu cầu chất lượng sản phẩm cao, có thể triển khai nhân rộng ứng dụng vào thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng, Nghiên cứu hệ thống sấy ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt trong công nghệ sấy nông sản; Đề tài cấp bộ năm 2008 [2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kĩ thuật lạnh ứng dụng. Nhà xuất bản giáo dục, 2003 [3] Nguyễn Mạnh Hùng, Quá trình làm lạnh và tách ẩm trong sấy lạnh dùng bơm nhiệt, [4] Bùi Tuấn Sơn, Võ Như Quang, Nghiên cứu thực nghiệm sấy nông sản thực phẩm ở nhiệt độ thấp. Tuyển tập Báo cáo “hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học” lần thứ 6