ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

VÕ MẠNH DUY

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MƠ
HÌNH SẤY BƠM NHIỆT KIỂU THÙNG QUAY

Chun ngành: CƠNG NGHỆ NHIỆT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2011


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

----------------

---oOo--TP. HCM, ngày 5 tháng 7 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: VÕ MẠNH DUY

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1980

Nơi sinh: QUẢNG NAM

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT .

MSHV: 09060395

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MƠ HÌNH
SẤY BƠM NHIỆT KIỂU THÙNG QUAY
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ sấy bơm nhiệt và các kết quả nghiên
cứu ứng dụng bơm nhiệt để sấy nơng sản – thực phẩm.
- Tính tốn thiết kế, chế tạo mơ hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay.
- Tiến hành khảo nghiệm sấy một số loại rau quả trên mơ hình.
- Phân tích, đánh giá các kết quả khảo nghiệm.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05-07-2010
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30-6-2011
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP
Nội dung và đề cương LV thạc sĩ đã được Hội đồng Chuyên ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN

KHOA

QL CHUN NGÀNH


QL CHUN NGÀNH

GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP………………………...
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 :...................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 :...................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày…….tháng .…...năm ……..
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. …………………………………………………………………………….
2. …………………………………………………………………………….
3. …………………………………………………………………………….
4. …………………………………………………………………………….
5. …………………………………………………………………………….
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành



LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn các cá nhân, tập thể đã giúp đỡ để hoàn thành
luận văn này:
- GS. TS. Lê Chí Hiệp, Chủ nhiệm Bộ mơn Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh - Khoa
Cơ Khí - Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
- Các Thầy, Cô ở Bộ mơn Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh đã nhiệt tình giảng dạy và
truyền đạt cho tác giả những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học.
- Thầy Phạm Phi Long, Thầy Đặng Thành Công, cán bộ Bộ môn Kỹ Thuật
Cơ Khí - Khoa Cơng Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ đã nhiệt tình hỗ trợ trong
việc chế tạo mơ hình.
- Tập thể nhân viên xưởng Cơ Khí – Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học
Cần Thơ đã giúp đỡ và hỗ trợ dụng cụ, máy móc để tác giả chế tạo thành cơng mơ
hình sấy.
Cuối cùng tác giả xin cảm ơn đến các bạn cùng lớp Công Nghệ Nhiệt khóa
2009 đã nhiệt tình trao đổi, góp ý và cung cấp thơng tin tư liệu trong q trình học
tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn này.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 6 năm 2011
Tác giả

Võ Mạnh Duy


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
1.

Nội dung
- Tìm hiểu lý thuyết về công nghệ sấy bơm nhiệt và nghiên cứu các kết quả

ứng dụng bơm nhiệt để sấy nông sản – thực phẩm.

- Đề xuất một mơ hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay để sấy các loại nông
sản, thực phẩm.
- Tính tốn thiết kế, chế tạo mơ hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay.
- Tiến hành khảo nghiệm sấy một số loại rau quả đặc trưng (cà rốt và hành
lá) trên mơ hình ở các chế độ sấy khác nhau để so sánh và kiểm tra tính khả thi của
mơ hình, hiệu quả năng lượng và chất lượng sản phẩm sấy.
- Xử lí và phân tích các kết quả thí nghiệm để đánh giá các yếu tố (nhiệt độ
và số vòng quay của trống) ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy (màu sắc) và
hiệu quả hệ thống sấy (thời gian sấy, điện năng tiêu thụ).
2.

Mục tiêu
- Ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt để sấy các loại rau quả (cà rốt và hành

lá) ở nhiệt độ thấp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm sấy, tăng năng suất, tiết
kiệm năng lượng cũng như làm giảm ảnh hưởng đến môi trường.
- Dựa vào kết quả nghiên cứu khảo nghiệm từ mơ hình ta có thể tính tốn
thiết kế và chế tạo một hệ thống sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay với các năng suất
khác nhau theo yêu cầu.
- Đánh giá sơ bộ bằng thực nghiệm về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng
sản phẩm sấy và hiệu quả năng lượng.


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

-i-

MỤC LỤC
Trang
LỜI NĨI ĐẦU........................................................................................................ 1

Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 3
1.1. Khái quát về bơm nhiệt và các ứng dụng ......................................................... 3
1.1.1. Khái quát về bơm nhiệt........................................................................... 3
1.1.2. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt ...................................................................... 5
1.1.3. Các ứng dụng của bơm nhiệt .................................................................. 6
1.2. Giới thiệu về cơng nghệ sấy bằng bơm nhiệt ................................................... 11
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ...................................................... 12
1.3.1. Nghiên cứu trong nước ........................................................................... 12
1.3.2. Nghiên cứu ngoài nước........................................................................... 15
1.4. Yêu cầu thực tiễn của đề tài.............................................................................. 18
1.5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 18
1.6. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 19
1.6.1. Phương pháp thiết kế, chế tạo mơ hình................................................... 19
1.6.2. Phương pháp thí nghiệm ......................................................................... 19
1.6.3. Phương pháp xử lý số liệu....................................................................... 19
1.7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài............................................. 19
1.7.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................... 19
1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.................................................................... 20
Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH SẤY BƠM NHIỆT KIỂU
THÙNG QUAY...................................................................................................... 21
2.1. Mơ hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay .......................................................... 21
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống....................................................................... 21
2.1.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 22
2.2. Các thông số tính tốn ...................................................................................... 23
2.2.1. Vật liệu sấy (VLS) ................................................................................. 23
2.2.2. Tác nhân sấy (TNS) ............................................................................... 23

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ



GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- ii -

2.2.3. Năng suất máy sấy G1 ............................................................................ 24
2.2.4. Thời gian sấy τ ....................................................................................... 24
2.3. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d .............................................. 24
2.3.1. Đồ thị I–d ............................................................................................... 24
2.3.2. Xác định thơng số tại các điểm nút của q trình sấy lý thuyết ............ 25
2.3.3. Lượng TNS lý thuyết cần thiết............................................................... 26
2.3.4. Lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy lý thuyết.................................. 27
2.4. Tính tốn thiết kế hệ thống bơm nhiệt.............................................................. 27
2.4.1. Chọn môi chất lạnh và các thông số của mơi chất ................................. 27
2.4.2. Chọn và tính tốn chu trình bơm nhiệt................................................... 28
2.4.3. Tính chọn máy nén lạnh......................................................................... 30
2.4.4. Tính tốn thiết kế dàn bay hơi................................................................ 31
2.4.5. Tính tốn thiết kế dàn ngưng tụ chính ................................................... 39
2.5.6. Chọn dàn ngưng tụ phụ .......................................................................... 46
2.5. Tính tốn thiết kế thùng sấy ............................................................................. 47
2.5.1. Thể tích thùng sấy .................................................................................. 47
2.5.2. Kích thước thùng sấy ............................................................................. 47
2.5.3. Vật liệu chế tạo thùng sấy ...................................................................... 47
2.5.4. Tốc độ TNS trong thùng sấy .................................................................. 47
2.5.5. Cường độ bay hơi ẩm ............................................................................. 48
2.5.6. Cánh đảo liệu.......................................................................................... 48
2.6. Động cơ kéo thùng sấy ..................................................................................... 48
2.7. Tính tốn trở lực và chọn quạt.......................................................................... 48
2.7.1. Tính tốn trở lực của hệ thống ............................................................... 48

2.7.2. Chọn quạt ............................................................................................... 55
2.8. Thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống sấy .................................................... 56
Chương 3: CHẾ TẠO MƠ HÌNH SẤY BƠM NHIỆT KIỂU THÙNG
QUAY...................................................................................................................... 60
3.1. Chuẩn bị vật tư.................................................................................................. 60

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- iii -

3.1.1. Vật tư dùng cho thi công phần khung đỡ và gối đỡ............................... 60
3.1.2. Vật tư dùng cho phần thi công buồng sấy, buồng xử lí khơng khí ........ 60
3.1.3. Vật tư dùng cho thi công thùng quay ..................................................... 60
3.1.4. Vật tư dùng trong thi công đường ống dẫn tác nhân sấy và cơ cấu
truyền động cho thùng quay............................................................................. 60
3.1.5. Vật tư dùng trong thi công hệ thống bơm nhiệt ..................................... 61
3.1.6. Vật tư dùng cho thi công tủ điện............................................................ 65
3.2. Chuẩn bị dụng cụ thi công................................................................................ 65
3.2.1. Bộ dụng cụ gia công cơ khí.................................................................... 65
3.2.2. Bộ dụng cụ gia cơng hệ thống bơm nhiệt .............................................. 65
3.3. Tiến hành thi công ............................................................................................ 67
3.3.1. Kết cấu khung đỡ ................................................................................... 67
3.3.2. Buồng sấy............................................................................................... 68
3.3.3. Buồng xử lí khơng khí............................................................................ 69
3.3.4. Thùng sấy ............................................................................................... 70

3.3.5. Đường ống dẫn TNS .............................................................................. 71
3.3.6. Cơ cấu truyền động thùng sấy................................................................ 72
3.3.7. Hệ thống bơm nhiệt................................................................................ 72
3.3.8. Tủ điện.................................................................................................... 76
3.4. Vận hành mơ hình............................................................................................. 76
3.4.1. Những điểm cần lưu ý khi vận hành ...................................................... 76
3.4.2. Các bước vận hành mô hình................................................................... 76
3.4.3. Điều chỉnh các thơng số hệ thống sấy.................................................... 77
Chương 4: THÍ NGHIỆM SẤY HÀNH LÁ TRÊN MƠ HÌNH SẤY BƠM
NHIỆT KIỂU THÙNG QUAY............................................................................. 78
4.1. Mơ hình thí nghiệm .......................................................................................... 78
4.2. Dụng cụ và vật liệu thí nghiệm......................................................................... 79
4.2.1. Dụng cụ thí nghiệm................................................................................ 79
4.2.2. Vật liệu thí nghiệm................................................................................. 82

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- iv -

4.3. Phương pháp đo đạc ......................................................................................... 84
4.3.1. Xác định ẩm độ của VLS ....................................................................... 84
4.3.2. Phương pháp xác định màu VLS ........................................................... 84
4.3.3. Xác định lượng tách ẩm riêng ................................................................ 85
4.4. Thí nghiệm sấy cà rốt ....................................................................................... 86
4.4.1. Mục đích................................................................................................. 86

4.4.2. Phương pháp thí nghiệm ........................................................................ 86
4.4.3. Kết quả thí nghiệm và nhận xét.............................................................. 88
4.5. Thí nghiệm sấy hành lá..................................................................................... 92
4.5.1. Mục đích................................................................................................. 92
4.5.2. Phương pháp thí nghiệm ........................................................................ 92
4.5.3. Kết quả thí nghiệm và nhận xét.............................................................. 93
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 100
5.1. Kết luận............................................................................................................. 100
5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 102
Phụ lục 1. Bảng số liệu thí nghiệm sấy cà rốt ở nhiệt độ 40 °C, số vòng quay 5
vòng/phút ................................................................................................................. 106
Phụ lục 2. Bảng số liệu thí nghiệm sấy cà rốt ở nhiệt độ 40 °C, số vòng quay 10
vòng/phút ................................................................................................................. 107
Phụ lục 3. Bảng số liệu thí nghiệm sấy hành lá ở nhiệt độ 40 °C, số vòng quay 5
vòng/phút ................................................................................................................. 108
Phụ lục 4. Bảng số liệu thí nghiệm sấy hành lá ở nhiệt độ 35 °C, số vòng quay 5
vòng/phút ................................................................................................................. 109
Phụ lục 5. Bảng số liệu thí nghiệm sấy hành lá ở nhiệt độ 40 °C, số vòng quay
15 vòng/phút ............................................................................................................ 110
Phụ lục 6. Bảng số liệu thí nghiệm sấy hành lá ở nhiệt độ 35 °C, số vòng quay
15 vòng/phút ............................................................................................................ 111

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP


-v-

Phụ lục 7. Bảng số liệu thí nghiệm sấy hành lá ở nhiệt độ 40 °C, số vòng quay
25 vòng/phút ............................................................................................................ 112
Phụ lục 8. Bảng số liệu thí nghiệm sấy hành lá ở nhiệt độ 35 °C, số vòng quay
25 vòng/phút ............................................................................................................ 113
Phụ lục 9. Bảng số liệu màu sắc của hành lá trước và sau khi sấy......................... 114
Phụ lục 10. Thông số kỹ thuật của máy nén kín kiểu roto (Panasonic) ................. 116
Phụ lục 11. Bảng đặc tính kỹ thuật của máy nén kín 2K28S3R236A-6A.............. 118
Phụ lục 12. Bảng thông số kỹ thuật của một số quạt hướng trục ........................... 120

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- vi -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. So sánh hai phương pháp sấy nóng và sấy lạnh đối với mít và mực............ 13
Bảng 1.2. So sánh chất lượng thực phẩm sấy bằng công nghệ sấy bơm nhiệt so với
các công nghệ sấy khác ................................................................................................. 14
Bảng 2.1. Thông số tại các điểm nút của đồ thị ............................................................ 29
Bảng 4.1. Các thông số trạng thái của TNS .................................................................. 88
Bảng 4.2. Các thông số làm việc của bơm nhiệt........................................................... 88
Bảng 4.3. Các thông số trạng thái của TNS .................................................................. 90
Bảng 4.4. Các thông số làm việc của bơm nhiệt........................................................... 91

Bảng 4.5. Hệ số SMER ở các chế độ sấy với khối lượng VLS ban đầu là 3kg............ 95

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- vii -

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của bơm nhiệt..................................................................... 3
Hình 1.2. Đồ thị chu trình bơm nhiệt ............................................................................ 4
Hình 1.3. Cấu tạo bơm nhiệt hút ẩm đơn giản và sơ đồ trạng thái khơng khí qua
bơm nhiệt....................................................................................................................... 7
Hình 1.4. Bơm nhiệt chu trình hở để bay hơi cơ đặc .................................................... 8
Hình 1.5. Thiết bị cơ đặc dùng chu trình hở ................................................................. 9
Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo máy sấy bơm nhiệt ................................................................. 11
Hình 1.7. Đồ thị I-d đặc tính q trình sấy lạnh bằng bơm nhiệt ................................. 11
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay..................... 21
Hình 2.2. Đồ thị I–d cho q trình sấy lý thuyết........................................................... 24
Hình 2.3. Chu trình khơ một cấp nén ............................................................................ 28
Hình 2.4. Đồ thị T – s và lgp – i.................................................................................... 29
Hình 2.5. Kết cấu dàn bay hơi....................................................................................... 32
Hình 2.6. Kích thước dàn bay hơi ................................................................................. 39
Hình 2.7. Kết cấu dàn ngưng tụ chính .......................................................................... 40
Hình 2.8. Kích thước dàn ngưng tụ chính .................................................................... 46
Hình 2.9. Co ống dẫn TNS ....................................................................................................50

Hình 2.10. Lưới chắn VLS............................................................................................ 50
Hình 2.11. Đoạn ống mở rộng....................................................................................... 51
Hình 2.12. Đoạn ống thu hẹp ........................................................................................ 51
Hình 2.13. Đoạn ống thu hẹp từ chữ nhật sang trịn ..................................................... 52
Hình 2.14. Đoạn ống mở rộng từ trịn sang chữ nhật.................................................... 52
Hình 2.15. Sơ đồ mạch điện điều khiển ........................................................................ 56
Hình 2.16. Sơ đồ mạch điện động lực........................................................................... 57
Hình 3.1. Dàn ngưng tụ chính....................................................................................... 61
Hình 3.2. Dàn ngưng tụ phụ.......................................................................................... 61
Hình 3.3. Dàn bay hơi ................................................................................................... 62

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- viii -

Hình 3.4. Máy nén kín kiểu roto ................................................................................... 62
Hình 3.5. Quạt ............................................................................................................... 62
Hình 3.6. Van tiết lưu nhiệt........................................................................................... 63
Hình 3.7. Bình chứa cao áp........................................................................................... 63
Hình 3.8. Van chặn........................................................................................................ 63
Hình 3.9. Phin lọc.......................................................................................................... 64
Hình 3.10. Kính xem ga ................................................................................................ 64
Hình 3.11. Rờ le áp suất đơi.......................................................................................... 64
Hình 3.12. Bộ dụng cụ cắt uốn ống............................................................................... 66
Hình 3.13. Bộ hàn hơi ................................................................................................... 66

Hình 3.14. Bộ nạp gas ................................................................................................... 66
Hình 3.15. Bơm chân khơng ......................................................................................... 67
Hình 3.16. Kết cấu khung đỡ ........................................................................................ 67
Hình 3.17. Hình gị thân buồng sấy .............................................................................. 68
Hình 3.18. Hình gị nắp buồng sấy................................................................................ 68
Hình 3.19. Hình gị thân buồng xử lí khơng khí ........................................................... 69
Hình 3.20. Hình gị nắp buồng xử lí khơng khí ............................................................ 69
Hình 3.21. Buồng sấy và buồng xử lí khơng khí .......................................................... 70
Hình 3.22. Hình gị đầu thùng....................................................................................... 70
Hình 3.23. Thùng sấy .................................................................................................... 71
Hình 3.24. Cơ cấu truyền động xích ............................................................................. 72
Hình 3.25. Sơ đồ hệ thống bơm nhiệt ........................................................................... 72
Hình 3.26. Lắp đặt quạt................................................................................................. 73
Hình 3.27. Lắp đặt dàn ngưng chính............................................................................. 73
Hình 3.28. Hệ thống bơm nhiệt..................................................................................... 74
Hình 3.29. Hút chân khơng cho hệ thống ..................................................................... 75
Hình 3.30. Nạp mơi chất lạnh ....................................................................................... 75
Hình 3.31. Thi cơng tủ điện .......................................................................................... 76
Hình 4.1. Mơ hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay (a. mặt trước; b. mặt sau) ............. 79

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- ix -

Hình 4.2. Cảm biến nhiệt độ ......................................................................................... 79

Hình 4.3. Cảm biến ẩm độ ............................................................................................ 79
Hình 4.4. Biến tần ......................................................................................................... 80
Hình 4.5. Bộ đo số vịng quay....................................................................................... 80
Hình 4.6. Thiết bị đo vận tốc gió .................................................................................. 81
Hình 4.7. Máy phân tích ẩm độ VLS ............................................................................ 81
Hình 4.8. Máy đo màu................................................................................................... 82
Hình 4.9. Cà rốt Hải Dương.......................................................................................... 82
Hình 4.10. Hành lá Vĩnh Long...................................................................................... 83
Hình 4.11. Sơ đồ khơng gian màu Lab ......................................................................... 85
Hình 4.12. Quy trình thí nghiệm sấy cà rốt................................................................... 86
Hình 4.13. Mẫu cà rốt trước khi sấy ............................................................................. 87
Hình 4.14. Đồ thị giảm ẩm theo thời gian sấy .............................................................. 89
Hình 4.15. Mẫu cà rốt sấy ở chế độ 1 (a) và cà rốt sấy ở nhiệt độ 700C (b)................. 90
Hình 4.16. Đồ thị giảm ẩm theo thời gian sấy của hai chế độ sấy 1 và 2 ..................... 91
Hình 4.17. Mẫu cà rốt sấy ở chế độ 1 (a) và chế độ 2 (b)............................................. 92
Hình 4.18. Quy trình thí nghiệm sấy hành lá ................................................................ 92
Hình 4.19. Mẫu hành lá trước khi sấy........................................................................... 93
Hình 4.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ TNS và số vòng quay đến tốc độ giảm ẩm.......... 94
Hình 4.21. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến SMER ở các số vòng quay khác nhau.... 95
Hình 4.22. Ảnh hưởng của số vịng quay đến SMER ở các nhiệt độ sấy khác nhau.... 96
Hình 4.23. Chỉ số ∆L ở các chế độ sấy khác nhau........................................................ 97
Hình 4.24. Chỉ số ∆a ở các chế độ sấy khác nhau ........................................................ 97
Hình 4.25. Chỉ số ∆b ở các chế độ sấy khác nhau ........................................................ 97
Hình 4.26. Chỉ số ∆E ở các chế độ sấy khác nhau........................................................ 98
Hình 4.27. Mẫu H1 (trái) và H2 (phải) sau khi sấy ...................................................... 99
Hình 4.28. Mẫu H3 (trái) và H4 (phải) sau khi sấy ...................................................... 99
Hình 4.29. Mẫu H5 (trái) và H6 (phải) sau khi sấy ...................................................... 99
Hình 4.30. Mẫu hành lá sấy bơm nhiệt (trái) và sấy khơng khí nóng ở 700C (phải) .... 99

HVTH: VÕ MẠNH DUY


Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

-x-

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
qk : năng suất nhiệt riêng khối lượng, kJ/kg
qo : năng suất lạnh riêng khối lượng, kJ/kg
l : công nén riêng, kJ/kg
ϕ : hệ số nóng của bơm nhiệt
ε : hệ số lạnh của bơm nhiệt
ϕε : hệ số nhiệt của bơm nhiệt
ω1 : độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy, %
ω2 : độ ẩm ban cuối của vật liệu sấy, %
ρc : khối lượng riêng của cà rốt, kg/m3
t0 : nhiệt độ khơng khí trời, 0C
ϕ0 : độ ẩm khơng khí trời, %
t1 : nhiệt độ của TNS sau dàn bay hơi, 0C
ϕ1 : độ ẩm của TNS sau dàn bay hơi, %
pb1 : phân áp suất bão hòa hơi nước của TNS sau dàn bay hơi, bar
d1 : lượng chứa ẩm của TNS sau dàn bay hơi, kg ẩm/ kg kkk
I1 : entanpy của TNS sau dàn bay hơi, kJ/kg kkk
t2 : nhiệt độ của TNS trước buồng sấy, 0C
ϕ2 : độ ẩm của TNS trước buồng sấy, %
pb2 : phân áp suất bão hòa hơi nước của TNS trước buồng sấy, bar
d2 : lượng chứa ẩm của TNS trước buồng sấy, kg ẩm/ kg kkk
I2 : entanpy của TNS trước buồng sấy, kJ/kg kkk

t3 : nhiệt độ của TNS sau buồng sấy, 0C
ϕ3 : độ ẩm của TNS sau buồng sấy, %
pb3 : phân áp suất bão hòa hơi nước của TNS sau buồng sấy, bar
d3 : lượng chứa ẩm của TNS sau buồng sấy, kg ẩm/ kg kkk

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- xi -

I3 : entanpy của TNS sau buồng sấy, kJ/kg kkk
G1 : khối lượng VLS trước khi sấy, kg/mẻ
G2 : khối lượng VLS sau khi sấy, kg/mẻ
τ : thời gian sấy, h
W : lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy, kg ẩm/mẻ
Wh : lượng ẩm bay hơi trong một giờ, kg ẩm/h
Llt : lưu lượng khơng khí khơ tuần hồn trong q trình sấy, kg kkk/mẻ
llt : lưu lượng khơng khí khơ cần thiết trong một giờ, kg kkk/h
v2 : thể tích riêng của TNS vào buồng sấy, m3/kg kkk
V2 : lưu lượng thể tích của TNS vào buồng sấy, m3/s
qklt : nhiệt lượng TNS nhận vào ở dàn ngưng tụ, kJ/mẻ
Qklt : năng suất nhiệt cần cung cấp cho TNS, kW
Qolt : năng suất lạnh cần cung cấp cho TNS, kW
tk : nhiệt độ ngưng tụ của môi chất, 0C
to : nhiệt độ bay hơi của môi chất, 0C
pk : áp suất ngưng tụ, bar

po : áp suất bay hơi, bar
π : tỉ số nén
η : hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt, %
Qk : năng suất nhiệt thực tế của bơm nhiệt, kW
Qo : năng suất lạnh thực tế của bơm nhiệt, kW
Qktt : lượng nhiệt thực tế TNS nhận được, kW
m : lưu lượng môi chất qua máy nén, kg/s
Ns : công nén đoạn nhiệt, kW
ηi : hiệu suất chỉ thị, %
Ni : công nén chỉ thị, kW
Nms : công nén ma sát, kW
Vtt : thể tích hút thực tế, m3/s
pms : áp suất ma sát riêng, Pa

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- xii -

Ne : cơng suất hữu ích, kW
Nel : cơng suất tiếp điện, kW
ηtđ : hiệu suất truyền động của khớp, đai..., %
ηel : hiệu suất động cơ, %
k : hệ số truyền nhiệt, W/m2.K
∆ttb : hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K.
Vk : lưu lượng khơng khí đi qua buồng sấy, m3/s.

dt : đường kính trong của ống, m
dn : đường kính ngồi của ống, m
s1 : bước ống ngang, m
s2 : bước ống dọc, m
sc : bước cánh, m
δc : chiều dày cánh, m
ρk : khối lượng riêng của khơng khí, kg/m3
cpk : nhiệt dung riêng của khơng khí, kJ/kg.K
λk : hệ số dẫn nhiệt của khơng khí, W/m.K
υk : độ nhớt động học của khơng khí, m2/s
ωk : vận tốc khơng khí qua khe hẹp, m/s.
hc : chiều cao của cánh, m
lc: chiều cao tương đương của cánh, m
αk : hệ số tỏa nhiệt về phía khơng khí, W/m2K
αf : hệ số tỏa nhiệt về phía mơi chất lạnh, W/m2K
ηc : hiệu suất cánh, %
λc : hệ số dẫn nhiệt của nhôm, W/mK
λo : hệ số dẫn nhiệt của đồng, W/mK
ψ : hệ số kể đến sự tỏa nhiệt không đồng đều trên tồn bộ bề mặt cánh
Fc : diện tích cánh của 1m ống, m2/m
Fo : diện tích bề mặt ngoài của ống nằm giữa các cánh ứng với 1m ống, m2/m

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- xiii -


Fn : tổng diện tích bề mặt ngồi ứng với 1m ống, m2/m
Fn’ : diện tích bề mặt ngồi của ống trơn ứng với 1m ống, m2/m
Ft : diện tích bề mặt trong ứng với 1m ống, m2/m
βc : hệ số làm cánh
ξt : hệ số tách ẩm
ρf : khối lượng riêng của môi chất, kg/m3
λf : hệ số dẫn nhiệt của môi chất, W/mK
υf : độ nhớt động học của môi chất, m2/s
vf : lưu lượng thể tích của mơi chất lạnh, m3/s
ωf : tốc độ môi chất chảy trong ống, m/s
εl : hệ số hiệu chỉnh
Rc : nhiệt trở tiếp xúc giữa ống và bề mặt cánh, m2K/W
Rb : nhiệt trở lớp bụi bám trên bề mặt cánh, m2K/W
Rd : nhiệt trở lớp dầu tùy thuộc vào loại môi chất, m2K/W
δo : chiều dày của ống đồng, m
c : tổng số cánh tấm, cánh
y : số ống trên mỗi hàng, ống
z : tổng số hàng ống, hàng
B : chiều rộng dàn trao đổi nhiệt, m
H : chiều cao dàn trao đổi nhiệt, m
L : chiều dài dàn trao đổi nhiệt, m
fmin : diện tích chỗ hẹp nhất để khơng khí lưu động qua giữa hai ống, m2
Fmin : tổng diện tích tiết diện hẹp nhất mà dịng khơng khí lưu động qua, m2
qkk : mật độ dòng nhiệt, W/m2
q2 : mật độ dịng nhiệt về phía khơng khí qui đổi về một đơn vị diện tích bề
mặt ngồi, W/m2
q1: mật độ dịng nhiệt của mơi chất qui về 1 đơn vị diện tích bề mặt ngồi,
W/m2
∆tv : độ suy giảm nhiệt độ từ hơi đến bề mặt vách, K


HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- xiv -

Vts : thể tích thùng sấy, m3
β : hệ số điền đầy

Dts : đường kính thùng sấy, m
Lts : chiều dài thùng sấy, m
Fts : tiết diện của thùng sấy, m2
A : cường độ bay hơi ẩm, kg ẩm/m3h
b : chiều rộng cánh đảo liệu, m
a : chiều dài cánh đảo liệu, m
n : số vòng quay tối đa của thùng, vòng/phút.
i : tỉ số truyền xích từ thùng sấy đến đầu trục động cơ
Z1 : số răng của đĩa xích lắp trên đầu trục của trống, răng
Z2 : số răng của đĩa xích lắp trên đầu trục của động cơ, răng
∆p1 : tổng trở lực của dòng TNS chuyển động bên trong ống, Pa
∆pms : trở lực ma sát, Pa
∆pcb : trở lực cục bộ , Pa
ξms : hệ số trở lực ma sát
ξcb : hệ số trở lực cục bộ
∆p2 : trở lực của TNS đi dàn bay hơi, Pa
∆p3 : trở lực của TNS đi dàn ngưng tụ chính, Pa

∆p4 : trở lực của dòng TNS qua lớp liệu, Pa
a : hệ số thủy động
C1 : hệ số đặc trưng cho độ chặt lớp liệu
ρk : khối lượng riêng dẫn xuất, kg/m3
Nq : công suất quạt, W
∆p : tổng trở lực của hệ thống sấy, Pa
ηq : hiệu suất của quạt, %
kq : hệ số dự phòng
BP : hệ số khơng khí bypass qua dàn lạnh

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

- xv -

COP : hệ số hiệu quả năng lượng
SMER : lượng tách ẩm riêng, kg H2O/kWh
TNS: tác nhân sấy
VLS: vật liệu sấy

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP


-1-

LỜI NĨI ĐẦU
Thị trường thực phẩm chế biến, sơ chế của Việt Nam vài năm gần đây đang
có tốc độ phát triển từ 20- 40% mỗi năm. Trong cuộc sống hiện đại, thực phẩm chế
biến sẵn là những sản phẩm đi liền với đời sống hàng ngày của mỗi gia đình. Vì thế,
thị trường Việt Nam đang có chiều hướng phát triển về các loại thực phẩm ăn liền
như mì, súp, cháo ăn liền... với sản lượng tăng mạnh hàng năm và nhu cầu đòi hỏi
về mặt chất lượng cũng ngày càng cao. Để đảm bảo sự phát triển này, các nhà sản
xuất đang có khuynh hướng đẩy mạnh việc bổ sung các loại rau, quả, củ sấy khơ
vào trong sản phẩm của mình nhằm làm tăng mức độ cảm quan, cải thiện chất
lượng, cung cấp thêm sinh tố, dưỡng chất và cải thiện hương vị cho những sản
phẩm vốn rất dễ gây cảm giác “ngán” này. Song song với việc cải thiện chất lượng,
khuynh hướng sử dụng rau củ sấy trong ngành thực phẩm ăn liền cũng ngày càng có
những u cầu và địi hỏi cao hơn về chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm.
Theo kết quả khảo sát và đánh giá sơ bộ, các nhà cung cấp các sản phẩm rau
củ sấy hiện nay tại vẫn cịn sử dụng cơng nghệ sấy truyền thống dùng khơng khí
nóng đối lưu nên chất lượng sản phẩm sấy không đảm bảo về màu sắc, mùi vị,
vitamin, vi sinh vệ sinh thực phẩm... do đó đã không đáp ứng được yêu cầu chất
lượng ngày càng cao của thị trường.
Sấy bằng bơm nhiệt là một trong những phương pháp đáp ứng được những
yêu cầu khắt khe về chất lượng sau khi sấy. Bởi vì tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt
độ thấp và tuần hồn gần như khép kín nên giữ được màu sắc, mùi vị, an toàn vệ
sinh và hạn chế được sự thay đổi bất lợi so với các phương pháp sấy thông thường.
Qua các kết quả nghiên cứu và triển khai ứng dụng, các nhà khoa học Việt
Nam đã chứng minh rằng sấy bơm nhiệt có rất nhiều ưu điểm và rất có khả năng
ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam,
mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể.


HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

-2-

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “ Nghiên cứu chế tạo và khảo nghiệm mơ hình
sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay” được thực hiện nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng
sản phẩm sấy, nâng cao hiệu quả của quá trình sấy.

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

-3-

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1.

Khái quát về bơm nhiệt và các ứng dụng

1.1.1. Khái quát về bơm nhiệt
Năm 1982, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên trên thế giới.

Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt cũng có những bước phát triển của riêng mình.
Những thành cơng lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940 khi hàng loạt các
bơm nhiệt công suất lớn được lắp thành công ở nhiều nước Châu Âu để sưởi ấm, đun nước
nóng và điều hịa khơng khí.
Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỷ 70, bơm nhiệt lại
bước vào một bước tiến nhảy vọt mới. Hàng loạt các bơm nhiệt đủ mọi kích cỡ cho các
ứng dụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường.
Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất quen thuộc trong các lĩnh vực điều hịa khơng khí, sấy,
hút ẩm, đun nước...
Sơ đồ nguyên lý của bơm nhiệt
qk
3

2

Tk

qk

NT
TL

MN
l

l
BH
1

4


qo

Bơm nhiệt

To

qo
MN: máy nén; TL: van tiết lưu; NT: thiết bị ngưng tụ; BH: thiết bị bay hơi.
l: công tiêu hao cho máy nén; qo: nhiệt lượng lấy từ môi trường; qk: nhiệt lượng thải ra ở
thiết bị ngưng tụ.
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của bơm nhiệt

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ


GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

-4-

Nguyên lý hoạt động:
Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên
mức nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Để duy trì bơm nhiệt hoạt động cần
tiêu tốn một dòng năng lượng khác (điện năng hoặc nhiệt năng). Như vậy máy lạnh cũng là
một loại bơm nhiệt và có chung nguyên lý hoạt động. Các thiết bị của chúng là giống nhau.
Người ta chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng mà thơi. Máy lạnh gắn
với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi còn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn
nhiệt ở thiết bị ngưng tụ. Do yêu cầu sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp

nhiệt độ cao hơn.
Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược chiều với các q
trình chính như sau:
logp

T
2
tk, pk

3

2’

3

tk, pk

2’

i = const
4

to, po

4

s

0


s = const

to, po

1

2

1

0

i

Hình 1.2. Đồ thị chu trình bơm nhiệt
- Quá trình 1 – 2: quá trình nén đoạn nhiệt (s1 = s2) hơi môi chất lạnh từ áp suất
thấp po lên áp suất cao pk trong máy nén lạnh.
- Quá trình 2 - 2’: làm mát hơi quá nhiệt từ nhiệt độ cuối tầm nén đến nhiệt độ
ngưng tụ.
- Quá trình 2’ – 3: quá trình ngưng tụ hơi tác nhân ở áp suất cao và nhiệt độ cao qua
thải nhiệt cho môi trường làm mát nước hoặc khơng khí.
- Q trình 3 – 4: q trình tiết lưu tác nhân lỏng từ nhiệt độ cao và áp suất cao
xuống nhiệt độ thấp và áp suất thấp, h3 = h4 (entanpy không đổi), s4 > s3 (∆s > 0).
- Quá trình 4 – 1: quá trình bay hơi tác nhân lỏng đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp (T4 =
T1 = To) để thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh.

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ



GVHD: GS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

-5-

Mục đích sử dụng của bơm nhiệt là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ.
Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh:
qk = qo + l
Hiện nay, người ta chế tạo nhiều loại bơm nhiệt làm việc theo nhiều nguyên lý khác
nhau như bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nén khí, bơm nhiệt nén hơi, bơm nhiệt nhiệt điện.
Nói chung, hiện nay tất cả các loại bơm nhiệt đều được sử dụng nhưng được sử dụng rộng
rãi nhất vẫn là bơm nhiệt nén hơi.
Ngoài bốn loại bơm nhiệt nói trên chúng cịn được ghép lại với nhau nhằm đạt hiệu
quả nhất định. Ví dụ bơm nhiệt hấp thụ - nén hơi nhằm mục đích tăng nhiệt độ ngưng tụ,
qua đó tăng nhiệt độ chất tải nhiệt. Nguyên lý hoạt động chủ yếu như máy lạnh hấp thụ
nhưng giữa bình sinh hơi và bình ngưng người ta lắp thêm một máy nén hút hơi từ bình
sinh hơi và nén vào bình ngưng. Áp suất ngưng tụ cao lên đưa nhiệt độ ngưng tụ cao lên
theo, và hệ số nhiệt của nó tăng lên đáng kể.
1.1.2. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt
Để đánh giá hiệu quả chuyển hóa năng lượng, ta dùng hệ số nóng (hệ số bơm nhiệt)
với định nghĩa: Hệ số nóng ϕ là lượng nhiệt mơi chất thải ra cho nguồn nóng ứng với một
đơn vị công hỗ trợ và được biểu thị bằng:

ϕ=

qk qo + l
=
= ε +1
l
l


Nếu sử dụng bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp thì hiệu quả kinh tế cịn cao hơn nhiều vì
chỉ cần tiêu tốn một dịng năng lượng l ta được cả năng suất lạnh qo và năng suất nhiệt qk
như mong muốn. Gọi ϕε là hệ số nhiệt của bơm nhiệt nóng lạnh, thì:

ϕε =

q k + qo
= ϕ + ε = 2ε + 1
l

Như vậy, hệ số nhiệt của bơm nhiệt là đại lượng luôn lớn hơn 1. Do đó, ứng dụng
của bơm nhiệt bao giờ cũng có lợi về nhiệt. Hệ số nhiệt của bơm nhiệt đóng vai trị quan
trọng trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt.
Hệ số nhiệt thực của bơm nhiệt ϕε nhỏ hơn hệ số nhiệt lý thuyết tính theo chu trình
Cácnơ ϕc:
ϕε = υ.ϕc

HVTH: VÕ MẠNH DUY

Luận văn thạc sĩ