BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN: KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
CÔNG SUẤT 5KW
GVHD: Đào Thanh Khê
Nhóm: 2.01
Vũ Huy Dương

2005100005

Đào Thị Hồng Hà

2005100006

Đặng Minh Hoàng

2005100014

Ôn Khả Linh

2005100035

Lý Thuận Long

2005100041


3

TÊN THÀNH VIÊN
Vũ Huy Dương

MSSV
2005100005

NHIỆM VỤ (mô tả rõ)
Làm phần Tổng quan

Đào Thị Hồng Hà

2005100006

Đặng Minh Hoàng

2005100014

Ôn Khả Linh

2005100035

Lý Thuận Long

2005100041

NguyễnThanh Nguyên

2005100032

Tính toán Collecter
Tổng duyệt toàn bài
Xây dựng công thức
Xây dựng công thức
Thiết kế thiết bị sấy
Vẽ thiết bị
Xây dựng công thức
Thiết kế thiết bị sấy
Vẽ thiết bị

4

5
6
7
8
9

10

KÝ TÊN


Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5 kW 2012

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3
1.1. Năng lượng mặt trời và các ứng dụng ............................................................3
1.2. Các dạng truyền nhiệt....................................................................................4

năng lượng mặt trời, năng lượng thuỷ triều, năng lượng gió… Trong đó năng lượng
mặt trời là một trong các nguồn năng lượng thay thế rất có triển vọng đang được
quan tâm nhất hiện nay.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận, chi phí nhiên liệu và
bảo dưỡng thấp. Nó đang từng bước được sử dụng mạnh mẽ vào đời sống hàng
ngày với sự xuất hiện đa dạng các sản phẩm như: pin, bếp nấu, thiết bị sấy, bơm
nước nóng... Trong đó các thiết bị sấy được ứng dụng rất cần thiết cho ngành công
nghiệp thực phẩm, và đó cũng chính là mục đích nghiên cứu trong bài tiểu luận này
với đề tài “Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5kW”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu và tính toán để đưa ra mô hình thiết bị sấy năng lượng mặt trời có
công suất là 5kW.
3. Nội dung nghiên cứu
- Đưa ra mẫu thiết bị máy sấy dùng năng lượng mặt trời phù hợp
- Vẽ sơ đồ thiết bị máy sấy dùng năng lượng mặt trời
- Tính toán và thiết kế Collector
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu dựa trên lý thuyết
5. Tài liệu nghiên cứu
- Các tài liệu về truyền nhiệt
- Các tài liệu về sấy
1


Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5 kW 2012

- Các tài liệu về thiết bị trao đổi nhiệt
6. Bố cục tiểu luận
Nội dung của bài tiểu luận gồm 2 chương:
- Chương 1: Tổng quan

sung quan trọng hay một sự thay thế cho các thiết bị cung cấp nước nóng thông
thường dùng điện hoặc gas.
Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ 8”
bắc đến 23” bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao,
với trị số tổng bức xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm2.năm. Do đó việc sử dụng năng
lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin
mặt trời, hệ thống nấu cơm có gương phản xạ, hệ thống cung cấp nước nóng, chưng
cất nước dùng năng lượng mặt trời, dùng năng lượng mặt trời chạy các động cơ
nhiệt…
3


Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5 kW 2012

Ngày nay, cùng với khoa học ngày càng tiến bộ, nhu cầu của con người ngày
càng cao thì có nhiều ứng dụng sử dụng năng lượng mặt trời hơn, và đã có nhiều
người sử dụng năng lượng mặt trời để sấy nguyên liệu, các loại nông sản…
1.2. Các dạng truyền nhiệt
Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ một lưu thể này sang lưu thể khác qua
một tường ngăn cách gọi là truyền nhiệt.
Truyền nhiệt là một quá trình phức tạp xảy ra đồng thời 3 dạng trao đổi nhiệt
cơ bản như: trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt, trao đổi nhiệt bằng đối lưu nhiệt và trao
đổi nhiệt bằng bức xạ nhiệt.
1.2.1. Dẫn nhiệt

Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ
thấp do sự truyền động năng hoặc dao động va chạm vào nhau, nhưng không có sự
chuyển rời vị trí giữa các phân tử vật chất.
Dẫn nhiệt chỉ xảy ra khi truyền nhiệt trong các chất rắn hoặc truyền nhiệt
trong chất lỏng, chất khí đứng yên hay chuyển động dòng.


1

Tia gama

(0,5  1,0).106 

2

Tia Rơnghen

106  20.103 

3

Tia tử ngoại

20.103  0,4

4

Tia sáng trắng

0,4  0,8

5

Tia hồng ngoại

0,8  400

trình đối lưu tự nhiên hoặc do quạt thổi cưỡng bức.
1.3.2. Các loại máy sấy năng lượng mặt trời

 Tủ sấy dùng năng lượng mặt trời
Thiết bị này có hình dạng là một cái tủ,
một mặt của tủ là kính để thu bức xạ mặt trời
chuyển thành năng lượng nhiệt làm tăng nhiệt
của không khí, buồng sấy và các sản phẩm
sấy, còn các mặt khác được bọc cách nhiệt.
Thường thì ánh sáng mặt trời chiếu trực
tiếp đến vật sấy và ẩm thoát ra được không khí
lưu thông cuốn đi, quá trình lưu thông của
không khí có thể là đối lưu tự nhiên hoặc đối

Hình 1.3.2.1. Tủ sấy dùng
năng lượng mặt trời

lưu cưỡng bức do quạt thổi, ẩm được thoát ra từ bên trên.
Thiết bị này được sử dụng để sấy các loại trái cây hay ngũ cốc như lúa
thóc,…
 Thiết bị sấy gián tiếp
Trong các loại thiết bị sấy này, bức xạ mặt trời không trực tiếp chiếu vào sản
phẩm sấy mà thông qua tác nhân sấy. Tác nhân sấy là không khí được làm nóng bởi
các Collector năng lượng mặt trời.
Quá trình lưu thông và tuần hoàn của không khí nóng có thể là tuần hoàn đối
lưu tự nhiên, nhưng thường là tuần hoàn đối lưu cưỡng bức nhờ quạt. Với thiết bị

6



thành nhiệt.
Từ vị trí lắp đặt tấm hấp thụ, tấm phủ trong suốt, đáy cách nhiệt mà tạo thành
kênh dẫn khí. Kênh dẫn có thể bố trí theo nhiều cách khác nhau như: nằm giữa tấm
hấp thụ và đáy cách nhiệt, nằm giữa tấm phủ trong suốt và tấm hấp thụ đặt sát đáy
hoặc tấm hấp thụ chia đôi khoảng cách giữa kính và đáy tạo ra hai kênh dẫn song
song. Dòng khí chảy trong kênh dẫn thường dùng phương pháp đối lưu cưỡng bức
(dùng trong công nghiệp sấy) hoặc đối lưu tự nhiên (sưởi ấm gia đình).
1.4.2. Tấm phủ trong suốt

Tấm phủ trong suốt ở vị trí giữa Collector với môi trường ngoài phía trên
Collector và hướng về phía mặt trời. Chức năng của tấm phủ trong suốt là cách ly
bề mặt hấp thụ với môi trường ngoài, do đó giảm được sự mất mát nhiệt.
Tấm phủ trong suốt lý tưởng cần phải cho xuyên qua được với các sóng ngắn
bức xạ của mặt trời (các tia bức xạ trực tiếp và bức xạ khuếch tán) đồng thời ngăn
cản các tia bức xạ có bước sóng dài phát ra từ bề mặt hấp thụ, tức là tạo được hiệu
ứng lồng kính. Một chức năng nữa của tấm phủ trong suốt là bảo vệ bề mặt hấp thụ
khỏi bị bám bẩn với mục đích kéo dài độ bền của lớp sơn phủ bề mặt hấp thụ.
Tuy nhiên tấm phủ trong suốt cũng có sự bất tiện là:
+ Nó có tác dụng làm giảm cường độ bức xạ tới. Do đó cần dùng vật liệu với
sự cho xuyên ánh sáng cao, đó là các vật liệu trong suốt như kính.
+ Có thêm tấm phủ trong suốt thì giá thành thiết bị sẽ tăng lên, nên việc lựa
chọn vật liệu làm tấm phủ trong suốt không chỉ dựa trên tính hiệu quả riêng về kỹ
thuật của nó mà còn dựa trên dộ bền, giá thành và sự sẵn có của nó.
Số lượng tấm phủ và số khoảng không khí lắp đặt càng lớn thì tấm hấp thụ
cách ly với môi trường ngoài càng tốt. Tuy vậy mỗi tấm phủ làm giảm tổng năng
lượng bức xạ tới được hấp thụ. Nhưng sự có lợi của nhiệt nhận được do khả năng
cách ly sẽ cao hơn lượng nhiệt mất mát do sự giảm bức xạ đến tấm hấp thụ.
8



- Dễ làm (sử dụng)

tháng đến vài năm

- Sẵn có mọi nơi

- Độ bền cần phải cân nhắc khi

- Khả năng xuyên suốt ánh so sánh đến giá cả
sáng lớn (đến 98%)
Kính tổng
hợp

- Nhẹ

- Khả năng xuyên ánh sáng

- Dễ làm (sử dụng)

kém (do mờ đục)

- Tính chất cách nhiệt tốt

- Không có sẵn ở mọi nơi
- Có thể rất đắt

1.4.3. Khung đỡ Collector

Khung đỡ Collector cần thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Bảo vệ Collector khỏi bị ảnh hưởng từ môi trường như: mưa, ẩm, gió…

THIẾT BỊ SẤY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÓ CÔNG SUẤT 5KW
2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
 Cấu tạo

Hình 2.1.1. Cấu tạo máy sấy bằng năng lượng mặt trời
 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy sấy bằng năng lượng mặt trời
Không khí trước lúc đi vào buồng sấy được nung nóng bởi Collector hấp thụ
năng lượng mặt trời, không khí nóng đối lưu cưỡng bức vào buồng sấy đi qua sản
11


Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5 kW 2012

phẩm sấy nhờ sức gió của quạt, làm bốc hơi nước từ vật sấy, không khí nóng thoát
ra ngoài cùng hơi nước trên đỉnh thiết bị.
 Ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm:
- Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp.
- Không đòi hỏi cung cấp năng lượng và nhân công lành nghề.
- Ít gây ô nhiễm môi trường.
+ Nhược điểm:
- Kiểm soát điều kiện sấy kém phụ thuộc nhiều vào môi trường.
- Tốc độ sấy chậm hơn so với sấy bằng thiết bị (điện trở), do đó chất lượng sản
phẩm cũng kém và dao động hơn.
- Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày đòi hỏi nhiều
nhân công.
2.2. Tính toán và thiết kế Collector
2.2.1. Xây dựng công thức

E được tính dựa vào định luật Stefan – Boltzmann áp dụng cho vật xám:
4

 T 
E C 
 (2.2)
 100 

Với

T: Nhiệt độ tuyệt đối của vật (0K)
C là hệ số bức xạ của vật xám
C   .C0

(2.3)

C0 = 5,67 gọi là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
 Vận tốc chuyển động của không khí trong Collector
Trước khi tính vận tốc chuyển động của không khí trong Collector, ta cần
tính được lưu lượng không khí vào bên trong Collector từ công thức cân bằng nhiệt
lượng:





Q  m.C p . t f R  t fV  m 

Trong đó



một giá trị nhiệt độ

t fR

là một giá trị vận tốc  và m xác định (trong điều kiện các

đại lượng khác không thay đổi).
Điều này rất có ý nghĩa trong bài toán thiết kế Collector vì mục đích của việc
thiết kế Collector là nung nóng không khí đến một giá trị

t fR

xác định và để đạt

được nhiệt độ đó, ta cần lắp đặt và chọn tốc độ quạt để đạt được vận tốc  phù hợp.
Ngoài ra, ta còn có thể điều chỉnh giá trị

t fR

bằng cách thay đổi vận tốc  tương

ứng.
2.2.2. Tính toán Collector

Đây là bài toán dành cho thiết kế Collector có tấm hấp thụ là tấm tole phẳng
đặt trên các thanh đà. Kênh dẫn khí tính từ tấm hấp thụ nhiệt đến mặt đáy cách
nhiệt.

Hình 2.2.2.1. Cấu tạo Collector có tấm hấp thụ là tấm tole phẳng đặt trên đà đỡ.


E

845,2

Vậy bề mặt tấm hấp thụ cần thiết kế có diện tích là 6,5 m2.
 Tính vận tốc chuyển động của không khí trong Collector
Giả sử

t fV =

300C;

t fR =

700C

Ta có: t f  30  70  500 C
tb

Từ

t ftb

2

, ta tra bảng “Thông số vật lý của không khí khô (H = 760mmHg)” được các

thông số sau:  = 1,093 (kg/m3)
Cp = 1,005 (kJ/kg.độ)



Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5 kW 2012

 Một số thiết kế Collecter khác
Thay vì đặt tấm hấp thụ (tấm tole phẳng) lên cây đà, ta có thể sử dụng một
tấm tole uốn để đỡ tấm hấp thụ, kênh dẫn nằm giữa tấm hấp thụ và mặt đáy.

Hình 2.3.2. Cấu tạo Collector có tấm hấp thụ là tấm tole phẳng được đỡ bởi tấm
tole uốn
Ngoài ra, ta có thể thiết kế Collector có tấm hấp thụ là tấm tole uốn nhằm
làm tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt. Kênh dẫn tính từ kính đậy đến mặt đáy cách
nhiệt.

Hình 2.3.2. Cấu tạo Collector có tấm hấp thụ là tấm tole phẳng được đỡ bởi tấm
tole uốn

17


Tính toán thiết bị sấy năng lượng mặt trời công suất 5 kW 2012

KẾT LUẬN
Qua quá trình làm bài tiểu luận nhóm đã thu được một số kết quả sau:
- Nêu ra được nguyên lý hoạt động của mấy sấy bằng năng lượng mặt trời.
- Tính toán bề mặt hấp thu bức xạ mặt trời cho Collector với công suất 5kW.
- Tính toán điều chỉnh lưu lượng và vận tốc dòng khí chuyển động trong
Collector .
- Thiết kế và vẽ sơ đồ cấu tạo của Collector phẳng.
Sử dụng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có khả năng giảm thiểu sự hao