Tính toán và thiết kế mô hình thực nghiệm sấy lạnh ứng dụng để sấy gỗ

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 164 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH ỨNG DỤNG ĐỂ SẤY GỖ CALCULATING AND DESIGNING EXPERIMENTAL MODEL FOR COLD DRYING APPLYING FOR WOOD DRYING SVTH: Trần Quốc Dũng, Nguyễn Văn Minh Lớp:05N1-Khoa CNNĐL, Trường Đại học Bách khoa GVHD: TS. Trần Văn Vang Khoa Công nghệ Nhiệt-Điện lạnh, Trường Đại học Bách khoa TÓM TẮT Bài báo mô tả chi tiết cấu tạo máy sấy bơm nhiệt, các quy trình sấy, các bài thí nghiệm và trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với loại gỗ được chọn để thí nghiệm. Từ các kết quả sấy thực nghiệm, chúng tôi phân tích và đánh giá chất lượng gỗ sấy đồng thời chọn chế độ sấy với thời gian sấy ngắn mà chất lượng gỗ không ảnh hưởng gì nhiều. ABSTRACT The article describes structured heat pump dryer, drying process, all experiments and presented result of experimental studies for wood selected for the experiment. From the experimental results of drying, we analyze and evaluate the quality wood drying simultaneously select drying mode for a short time but does not affect much quality wood 1. Mở đầu Gỗ là loại vật liệu bền nhẹ,được sử dụng nhiều trong sinh hoạt đời sống, cũng như công nghiệp.Tuy nhiên việc chế biến gỗ bằng phương pháp thông thường còn tốn nhiều thời gian và chất lượng gỗ kém.Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh là điều cần thiết. Bởi theo lý thuyết thì sấy lạnh cho phép sấy vật liệu nhanh mà lại đảm bảo chất lượng vật sấy tốt nhất. 2. Nội dung 2.1. Thiết bị sấy thực nghiệm 2.1.1. Cấu tạo - Buồng sấy: Buồng sấy thực nghiệm có kích thước 1160Lx830Wx940H (mm). Bên trong có xếp gỗ, 1 quạt tuần hoàn cưỡng bức công suất 160 W - Bơm nhiệt: Máy nén 12000 BTU/h; 2 dàn lạnh diện tích 2x 0,19 m2, 3 dàn nóng diện tích 3 x 0,25 m 2, bình chứa cao áp; 2 ống mao, điện trở công suất 0,7 kW, quạt hút (hướng trục) 130kW Hệ thống còn lắp các thiết bị tự đông điều khiển như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, các van điện từ … để điều khiển tự động duy trì nhiệt độ và độ ẩm Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 165 Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt đã thực hiện 2.1.2. Nguyên lý hoạt động Không khí được quạt hút, hút vào dàn lạnh và được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ đọng sương nên ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra khỏi không khí.Dung ẩm của không khí giảm xuống nhưng do nhiệt độ cũng giảm nên độ ẩm tương đối của không khí sau dàn lạnh cao.Không khí tiếp tục được quạt hút về dàn nóng và được gia nhiệt đẳng dung ẩm nên độ ẩm của không khí giảm mạnh.Sau đó không khí được đưa về buồng sấy, hấp thụ ẩm của gỗ. Độ ẩm tương đối của không khí tăng và không khí được hút về dàn lạnh. Chu trình cứ thế tiếp tục. 3 47 0 15 0 415126 7 5 814 9 1 10 11 3 2 13 1155 44 0 25 0 Hình 1. Sơ đồ cấu tạo máy sấy bơm nhiệt 1-Bọc cách nhiệt; 2-Khung sắt; 3-Quạt hướng trục; 4-Máy nén; 5-Dàn lạnh; 6-Máng hứng nước; 7-Dàn nóng ngoài; 8-Dàn nóng trong; 9-Điện trở; 10-Tấm hướng dòng; 11-Buồng sấy; 12-Kính xem ga; 13-Ống mao;14-Lọc bụi;15-Bình chứa cao áp Hình 2: Mô hình máy sấy bơm nhiệt Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 166 2.2. Quy trình thực nghiệm sấy gỗ Gỗ được lựa chọn để sấy thí nghiệm là gỗ thông 2.2.1. Chuẩn bị gỗ sấy Gỗ sấy có kích thước 710Lx100Wx25H (mm). Các thanh kê có kich thước 25x25x600 (mm).Gỗ được xêp đống đầy trong buồng sấy. 2.2.2. Chọn chế độ sấy thực nghiệm Ta tiến hành 2 phương pháp sấy: - Giữ nguyên chế độ sấy gỗ ( nhiệt độ, độ ẩm) cho đến khi gỗ đạt độ ẩm yêu cầu.Ta tiến hành 2 bài thí nghiệm ở nhiệt độ 20 và 25oC , độ ẩm thấp nhất có thể. - Thay đổi chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm) tùy thuộc từng giai đoạn bốc ẩm của gỗ 2.2.3. Phương pháp lấy số liệu a. Xác định độ ẩm gỗ - Đo độ ẩm gỗ:Chọn một số thanh ngẫu nhiên đo độ ẩm, sau đó lấy giá trị trung bình là độ ẩm ban đầu của gỗ đưa vào sấy. Các thanh gỗ có độ ẩm quá cao hoặc quá thấp sẽ loại ra. - Bố trí các mẫu gỗ phải thông qua việc lựa chọn tiêu chuẩn để mẫu gỗ đại diện thích hợp nhất cho toan bộ đống gỗ.Mặt khác cách sắp xếp phải sao cho dễ lấy ra và xếp vào vị trí trong việc kiểm tra định kỳ suốt quy trình sấy gỗ - Đo độ ẩm của gỗ nhờ thiết bị đo độ ẩm gỗ cầm tay - Trong quá trình sấy, cứ 6 tiếng lấy mẫu ra đo lại độ ẩm gỗ 1 lần b. Xác định trạng thái không khí trong phòng - Dùng sensor cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trong phòng - Thiết bị đo tốc độ gió trong phòng c. Xác định chất lượng gỗ sấy - Độ cong vênh, nứt nẻ dẫn đến không sử dụng vào các mặt hàng cùng loại đã định ra ban đầu. - Sự đồng đều về độ ẩm trong đống gỗ và trong từng thanh gỗ sấy - Độ chai cứng, nhăn nhúm bề mặt gỗ gây khó khăn và hao hụt gỗ trong quá trình chế biến hàng mộc - Ít co giãn và biến dạng trong quá trình sản xuất cũng như sử dung sản phẩm sau này. 2.3. Kết quả thực nghiệm Sau khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi đã tổng hợp kết quả nghiên cứu thí nghiệm theo các đồ thị quan hệ dưới đây. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 167 2.3.1. Giữ nguyên chế độ sấy Chúng ta tiến hành sấy gỗ thông ở 2 chế độ nhiệt độ, độ ẩm từ đó xác định độ ẩm của gỗ theo thời gian. Kết quả được biểu diễn trên hình 3 Hình 3. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông Kết quả - Thời gian sấy nhanh (3-4 ngày) hơn khi sấy bằng phương pháp sấy nóng (7-10 ngày). Vì khi sấy bằng bơm nhiệt không có giai đoạn phun ẩm bổ sung đồng thời gradient nhiệt độ và độ ẩm có xu hướng cùng chiều nhau nên sẽ thúc đảy quá trình tách nước ra khỏi gỗ. - Trên bề mặt gỗ bị nứt nẻ nhiều vì khi độ ẩm gỗ đạt đến trạng thái bão hòa thớ gỗ wbhtg (25%< wbhtg<30%) ta vẫn giữ nguyên chế độ sấy với thế sấy lớn mà trong giai đoạn này gỗ thường hay bị cong vênh, biến dạng. Nhận xét Từ kết quả nghiên cứu trên ta rút ra được chế độ sấy gỗ phải phải thay đổi qua 3 giai đoạn: Giai đoạn thoát ẩm tự do (w> 30%): là giai đoạn ẩm thoát ra nhiều nên thế sấy lớn Giai đoạn gỗ có độ ẩm nằm trong khoang độ ẩm bão hòa thớ gỗ(wbhtg=25-30%): Giai đoạn này gỗ thường cong vênh, biến dạng nên thế sấy phải nhỏ Giai đoạn thoát ẩm liên kết: (w<20%) cần tăng thế sấy để rút ngắn thời gian sấy. 2.3.2. Thay đổi chế độ sấy Ta tiến hành chế độ sấy: Giai đoạn đầu, ta tiến hành chế độ sấy ở nhiệt độ 25oC cho đến khi độ ẩm của gỗ còn 30% Giai đoạn tiếp theo, ta tiến hành chế độ sấy dịu ở nhiệt độ 18oC cho đến khi độ ẩm của gỗ còn 20% Giai đoạn cuối, ta tiến hành chế độ sấy ở nhiệt độ 25oC cho đến khi gỗ khô kiệt Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 168 Kết quả thí nghiệm được biễu diễn trên đồ thị hình 4 Hình 4. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông Kết quả - Chất lượng gỗ tốt hơn hẳn, tỷ lệ gỗ bị nứt nẻ ít hơn nhiều so với sấy một chế độ, các thanh nứt nẻ chủ yếu là do độ ẩm của gỗ ban đầu đưa vào sấy không đồng đều. - Thời gian sấy tăng lên do phải duy trì chế độ sấy dịu ở giai đoạn độ ẩm của gỗ nằm trong khoảng 20-30%. 3. Kết luận Từ thực nghiệm nghiên cứu, sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt đã đạt được những hiệu quả nhất định: thời gian sấy được rút ngắn mà chất lượng gỗ không bị thay đổi nhiều, chi phí năng lượng thấp…Vì vậy việc sử dụng bơm nhiệt để sấy gỗ cần được tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện để tìm ra chế độ sấy tối ưu, nhằm đưa phương pháp sấy này ứng dụng vào thực tế với quy mô công nghiệp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Trần Văn Vang (2010), “Nghiên cứu thực nghiệm sấy gỗ”, Tạp chí KH & CN, Đại học Đà Nẵng, số 2(37).2010, tr. 100–110. [2] GS-TSKH Trần Văn Phú, “Tính toán thiết kế hệ thống sấy”, NXB Giáo dục 2002. [3] PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng (2009), “Nghiên cứu ảnh hưởng của cách bố trí dàn lạnh và tốc độ gió đến khả năng tách ẩm từ dàn lạnh của may sấy kiểu bơm nhiệt”, Tạp chí KH & CN, Đại học Đà Nẵng, số 5(34).2009, tr. 37– 43.