Tìm kiếm tài liệu miễn phí

Thiết kế và chế tạo thiết bị phơi sấy cá sặc rằn ứng dụng kỹ thuật sấy động kết hợp năng lượng mặt trời

Bài viết trình bày việc thiết kế và chế tạo thiết bị phơi sấy cá sặc rằn ứng dụng kỹ thuật sấy động kết hợp năng lượng mặt trời và nguồn cấp nhiệt bằng lò đốt điện trở. Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định với năng suất cao, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí nhân công, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng, an toàn vệ sinh và cảm quan thực phẩm.



Đánh giá tài liệu

0 Bạn chưa đánh giá, hãy đánh giá cho tài liệu này


  • 5 - Rất hữu ích 0

  • 4 - Tốt 0

  • 3 - Trung bình 0

  • 2 - Tạm chấp nhận 0

  • 1 - Không hữu ích 0

Mô tả

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1

45

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHƠI SẤY CÁ SẶC RẰN
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SẤY ĐỘNG KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
DESIGN AND MANUFACTURE OF TRICHOGASTER PECTORALIS FISH DRYING
EQUIPMENT USING DYNAMIC DRYING TECHNOLOGY AND SOLAR ENERGY
Phan Văn Hiệp1, Đào Duy Liêm2, Bùi Văn Miên1, Phan Thị Chiêu Mỹ1, Đinh Thị Tâm1
1
Trường Đại học Văn Hiến; {hieppv, mienbv, myptc, tamdt}@vhu.edu.vn
2
Trường Đại học Công nghệ Sài Gòn; liem.daoduy@stu.edu.vn
Tóm tắt - Bài báo trình bày việc thiết kế và chế tạo thiết bị phơi sấy
cá sặc rằn ứng dụng kỹ thuật sấy động kết hợp năng lượng mặt
trời và nguồn cấp nhiệt bằng lò đốt điện trở. Với thiết bị này, giàn
phơi cá được điều khiển quay liên tục với tốc độ quay phụ thuộc
nhiệt độ và độ ẩm bên trong buồng phơi, trong đó các giá trị tham
chiếu được quyết định bởi kinh nghiệm phơi sấy của người nông
dân tùy vào những thời điểm khác nhau. Ngoài ra, thiết bị còn có
thể ứng dụng cho việc phơi sấy các loại nông sản và hải sản khác
nhờ vào khả năng sấy liên tục, khép kín và tự động của hệ thống
thiết kế. Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định
với năng suất cao, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí nhân công,
đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng, an toàn vệ sinh và cảm quan
thực phẩm.

Abstract - The paper presents the design and manufacture of
trichogaster pectoralis fish drying equipment based on the
combination of the dynamic drying technology and the solar energy
as well as the sources heated by thermistors. With this design, the
fish drying racks are controlled to rotate continuously at any proper
speed depending on the temperature and humidity inside the
drying chamber, in which the reference values are determined by
the drying experience of the farmer at different times. In addition,
the equipment can be used for drying other agricultural products
and seafood due to the continuous, self-contained and automatic
drying of the designed system. Experimental results show that the
equipment is stable with high productivity, energy saving, labor cost
reduction while ensuring quality, hygiene and food sensibility.

Từ khóa - cá sặc rằn; giàn sấy động; hiệu ứng nhà kính; nông
nghiệp thông minh; thiết bị sấy cá.

Key words - trichogaster pectoralis; dynamic drying; greenhouse
effect; smart agriculture; fish drying equipment.

1. Giới thiệu
Khô cá sặc rằn là đặc sản nổi tiếng có giá trị kinh tế cao,
mang về nguồn lợi kinh tế cho các hộ nông nghiệp ở Thành
phố (TP) Hồ Chí Minh và các tỉnh miền Tây Nam Bộ. Phần
lớn khô cá sặc được chế biến theo phương pháp phơi nắng
thủ công với các ưu điểm vượt trội về đảm bảo cảm quan,
màu sắc, dinh dưỡng. Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn
tại các nhược điểm như phụ thuộc vào thời tiết, năng suất
thấp, nhiễm vi sinh, tốn nhân công [1]. Bên cạnh đó, một số
cơ sở chế biến đã đưa các lò sấy thủ công hoặc công nghiệp
vào sấy cá. Phương pháp này rút ngắn thời gian sấy, đảm bảo
vệ sinh an toàn thực phẩm, giảm tiêu tốn nhân công nhưng
khô cá không đảm bảo cảm quan: thịt cá xơ cứng, cá tươm
mỡ, màu sắc không tự nhiên, mất dinh dưỡng.
Hiện nay, các công nghệ sấy nông sản, thủy sản nói
chung và các công nghệ sấy ứng dụng năng lượng mặt trời
đã được nghiên cứu và triển khai ở nhiều nơi [2], [3], [4],
[5], [6], [7]. Dựa vào thực tiễn trên cùng với sự hỗ trợ của
Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh,
nhóm tác giả đã triển khai nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo
thiết bị sấy ứng dụng năng lượng mặt trời với giàn sấy
động cho cá sặc rằn tại huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí
Minh”. Thiết bị được chế tạo dựa trên nguyên lý phơi
nắng ban ngày và duy trì nhiệt độ và độ ẩm phơi như ban
ngày ở thời điểm ban đêm hoặc khi không có nắng. Thiết
bị được triển khai kết hợp với hệ thống kho xưởng chế
biến – đóng gói và lưu trữ sản phẩm của Hợp tác xã thủy
sản Tương Lai tại ấp Cây Trôm, xã Phước Hiệp, huyện
Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh.

2. Thiết kế phần cứng thiết bị
2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị
Thiết bị phơi sấy cá tự động được trình bày như Hình 1
với hành lang kín ngăn côn trùng xâm nhập.
2.1.1. Cấu tạo
Thiết bị phơi sấy cá tự động với ba buồng phơi sấy thiết
kế liên hoàn nhằm đạt được sản lượng 100 kg khô cá mỗi
mẻ phơi sấy. Mỗi buồng phơi sấy có giàn sấy chuyển động
quanh trục cố định, có các bộ phận tự động điều chỉnh tốc
độ quay của giàn sấy và tốc độ dòng không khí theo nhiệt
độ bên trong buồng phơi sấy.
Mỗi buồng phơi sấy có 48 vỉ phơi (với kích thước vỉ là
400 mm x 450 mm), được bố trí thành 6 cánh đối xứng
nhau. Nếu sản lượng sản phẩm không đủ cho 1 buồng phơi,
cần chú ý bố trí sao cho các vỉ nằm đối xứng nhau nhằm
đảm bảo đối trọng không làm lệch trục quay, cũng như tận
dụng tốt hơn năng lượng mặt trời. Động cơ sử dụng kéo
giàn phơi sấy quay theo tốc độ cài đặt trước là loại động cơ
DC 350W giảm tốc với tốc độ tối đa là 330 vòng/phút. Một
hệ thống truyền động với cơ cấu bánh răng và xích có tỷ số
truyền động 30:1, sử dụng kết hợp với động cơ và bộ điều
khiển để đảm bảo tốc độ quay của giàn phơi sấy ở ngưỡng
tối đa là 10 vòng/phút.
Quạt thổi và hút cùng với hệ thống phun sương 10 béc,
giúp thay đổi tốc độ lưu chuyển của dòng không khí trong
buồng phơi sấy và điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm ở mức thích
hợp nhất. Tốc độ của quạt tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm
đọc được từ cảm biến bên trong buồng phơi sấy.

46

Phan Văn Hiệp, Đào Duy Liêm, Bùi Văn Miên, Phan Thị Chiêu Mỹ, Đinh Thị Tâm

Hình 1. Thiết bị phơi sấy bố trí liên hoàn với hành lang kín ngăn côn trùng

Lò đốt nhiệt bằng điện trở, công suất 6 kW, sử dụng
điện thế xoay chiều ba pha 380V, cung cấp nhiệt lượng cho
buồng phơi sấy vào ban đêm hoặc khi không có nắng bằng
cách giữ nhiệt độ ở mức giống như ban ngày (38°C đến
40°C). Cơ cấu hồi lưu nhiệt (lấy nhiệt từ buồng phơi sấy
qua quạt hút đưa ngược trở lại buồng đốt nhiệt) trong thiết
kế giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho lò đốt nhiệt. Hệ
thống cảm biến nhiệt độ bên trong buồng phơi sấy giúp cắt
điện cung cấp cho lò đốt nhiệt nếu nhiệt độ vượt ngưỡng.
Đây cũng là phương pháp kiểm soát nhiệt độ và tiết kiệm
điện năng tiêu thụ của lò đốt nhiệt.
2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Vào ban ngày khi có nắng, hệ thống hoạt động như quá
trình phơi nắng tự nhiên kết hợp hiệu ứng nhà kính để gia
nhiệt trong buồng phơi sấy. Ánh sáng mặt trời chiếu xuống
xuyên qua “mặt kính hay tấm trong suốt” gặp vật màu đen
là “cá sặc rằn” được xếp trên các giàn phơi sấy đặt trong hệ
thống quay và đặt bên trong “buồng thu năng lượng”, đây
là một dạng bẫy nhiệt [8], khiến cho cá và cả giàn quay
nóng lên. Cá nóng lên sẽ bốc hơi nước, cả các khay và
khung giàn nóng làm cho không khí trong buồng cũng nóng
lên. Nhờ có quạt thổi hoặc hút mà không khí nóng có ẩm
từ cá được hút ra ngoài. Các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
đặt bên trong buồng phơi sấy sẽ quyết định tự động điều
chỉnh tốc độ quay của giàn phơi sấy, tốc độ của dòng tác
nhân sấy cũng như hệ thống phun sương sao cho đảm bảo
cảm quan cấu trúc của cá. Với thiết kế như trên, nhiệt độ
trong buồng sấy khi có nắng tốt sẽ lên đến khoảng 50°C
đến 60°C, rất phù hợp cho giai đoạn khử vi sinh khi có
thêm nhiệt được cung cấp bởi lò đốt nhiệt.
Trong trường hợp không có nắng hoặc vào ban đêm,
cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sẽ tự động đưa lò đốt nhiệt bằng
điện trở với nguồn cung cấp của lưới điện hiện có vào hoạt
động. Khi lò đốt nhiệt hoạt động, ống hồi lưu nhiệt sẽ giúp

hệ thống tiết kiệm điện năng bằng cách sử dụng dòng
không khí hồi lưu từ buồng sấy thổi vào điện trở nhiệt để
cung cấp nhiệt lượng cho toàn buồng. Nghiễm nhiên, lò đốt
nhiệt tự động tắt/mở theo cảm biến nhiệt độ bên trong
buồng phơi sấy. Với thiết kế là một buồng kín, trong quá
trình hoạt động độ ẩm trong buồng ít bị tác động bởi môi
trường bên ngoài. Ngoài ra, nhiệt lượng bị thoát ra ngoài
cũng rất ít, nên chu kỳ tắt/mở của lò đốt nhiệt dự kiến là 15
phút tắt/2 phút mở lò.
2.2. Thiết kế mạch điều khiển
Toàn bộ hoạt động của thiết bị phơi sấy được vận hành
bởi sự điều khiển của mạch điều khiển trung tâm với các
thông số đầu vào là nhiệt độ, độ ẩm của buồng phơi và các
yếu tố thời gian. Hình 2 trình bày sơ đồ khối của hệ thống
điều khiển mỗi buồng phơi sấy với chức năng và nguyên lý
hoạt động như sau:

Hình 2. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển

• Khối Sensor bao gồm các cảm biến có chức năng
chuyển đổi nhiệt độ và độ ẩm từ buồng phơi sấy sang giá
trị số và gửi đến MCU (Micro Controller Unit).

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1

• Khối Real time cung cấp giá trị thời gian thực cho
MCU trong quá trình xử lý các công đoạn phơi sấy, khử vi
sinh, …
• LCD loại TFT có tích hợp cảm ứng điện trở. Ngoài
chức năng hiển thị các thông tin hoạt động của hệ thống,
LCD này còn là nơi để người điều khiển tương tác với
MCU (thay đổi tốc độ động cơ, thay đổi thời gian phơi sấy,
cài đặt nhiệt độ và độ ẩm của buồng phơi sấy….) qua cảm
ứng điện trở.
• Driver Fan là mô-đun trung gian giúp MCU điều
khiển tốc độ quạt thổi khí, quạt hút để điều khiển luồng lưu
chuyển không khí trong buồng phơi sấy.
• SSR (Solid State Relay) là loại relay bán dẫn giúp
MCU điều khiển hệ thống phun sương tạo ẩm và lò đốt
nhiệt điện trở để tăng nhiệt độ buồng phơi sấy.
• Khối MCU là vi điều khiển trung tâm điều khiển
mọi hoạt động của thiết bị. Nhóm nghiên cứu lựa chọn loại
Atmega 2560 hoặc Atmega 328 với ưu điểm: độ ổn định
cao, hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp, dễ dàng trong lập trình
và cài đặt, có thiết kế nhỏ gọn tích hợp trong mô-đun
Arduino, …
• Ở hoạt động thông thường, MCU sẽ đọc dữ liệu từ
cảm biến và IC thời gian thực từ đó điều khiển các mô-đun
khác theo các thông số cài đặt trước từ LCD. Mọi hoạt động
trong buồng phơi sấy sẽ hiển thị trên LCD để người sử dụng
giám sát, ngoài ra có thể hiệu chỉnh các cài đặt thông qua
màn hình cảm ứng trên LCD. Ở chế độ nghỉ (giai đoạn lấy
cá và đưa cá vào), người sử dụng có thể điều khiển động
cơ chính xoay thông qua một nút nhấn đơn (hoặc điều
khiển từ LCD).

47

Trong suốt quá trình hoạt động, tốc độ quay đảo khay
và tốc độ luồng không khí được điều chỉnh theo nhiệt độ
và độ ẩm trong buồng phơi sấy. Toàn bộ các thông số đều
có thể được hiệu chỉnh từ người sử dụng để phù hợp với
sản phẩm được phơi sấy.
4. Kết quả thực nghiệm
Công trình nghiên cứu đã được thực hiện thành công và
triển khai tại Hợp tác xã Thủy sản Tương Lai, huyện Củ
Chi, TP Hồ Chí Minh. Hình 4 cho thấy thiết bị được bố trí
liên hoàn 3 buồng phơi sấy theo hướng Bắc – Nam để tận
dụng tối đa năng lượng mặt trời. Hình 5 là giao diện hiển
thị và điều khiển. Các thông số về thời gian, độ ẩm, nhiệt
độ, tốc độ quay, … được cài đặt từ người sử dụng qua cảm
ứng điện trở tích hợp trên LCD.

Hình 4. Hệ thống thực tế đã được lắp đặt tại huyện Củ Chi

3. Xây dựng giải thuật điều khiển hệ thống
Giải thuật điều khiển hệ thống được trình bày như Hình
3 với hai giai đoạn chính là phơi sấy và khử vi sinh. Tổng
thời gian thực hiện là khoảng 30 giờ. Giai đoạn phơi sấy cá
phải đảm bảo nhiệt độ vào khoảng 38°C đến 40°C và độ
ẩm từ 20% đến 30% trong thời gian gần 30 giờ. Giai đoạn
khử vi sinh sẽ đưa nhiệt độ lên 65°C và độ ẩm trên 70%
kéo dài trong 30 phút.
Hình 5. Giao diện điều khiển hệ thống

Hình 6. Lò đốt nhiệt bằng điện trở công suất 6 kW

Hình 3. Giải thuật hoạt động

Hình 6 là ảnh thực tế của lò đốt nhiệt bằng điện trở công
suất 6 kW sử dụng điện áp 3 pha 380V đảm bảo cấp và giữ
nhiệt độ trong điều kiện thiếu nắng.
Để nhận thấy rõ hơn các ưu điểm của thiết bị, Bảng 1
cung cấp kết quả so sánh các công đoạn phơi sấy cá của
Hợp tác xã Thủy sản Tương Lai trước và sau khi lắp đặt
thiết bị.

Phan Văn Hiệp, Đào Duy Liêm, Bùi Văn Miên, Phan Thị Chiêu Mỹ, Đinh Thị Tâm

48

Bảng 1. So sánh các công đoạn phơi sấy cá trước và
sau khi lắp hệ thống
Trước khi lắp hệ
Sau khi lắp hệ thống
thống

Công đoạn
Phơi sấy cá vào ban
đêm

Không



Phơi sấy cá khi
không có nắng

Không



Đảo cá

Bằng tay

Tự động

Khử vi sinh

Không



Cung cấp nhiệt độ
cho buồng sấy

Phơi nắng trực
tiếp

Năng lượng mặt trời
+ lò đốt nhiệt

Cung cấp độ ẩm cho
buồng sấy

Không

Phun sương tạo ẩm

Năng suất (với cùng
diện tích buồng phơi)

50 kg cá khô
thành phẩm/mẻ

150 kg cá khô thành
phẩm/mẻ

Thời gian phơi sấy

4 ngày (có nắng)

30 giờ

180 kWh/mẻ (máy
Tiêu tốn điện năng sấy cùng năng suất
hoạt động 30 giờ)

30 kWh/mẻ (hoạt
động trong 30 giờ)

Bảng 2. Kết quả kiểm nghiệm vi sinh tại CASE
STT Chỉ tiêu kiểm nghiệm Đơn vị tính

Kết quả

1

Coliform

CFU/g

Tài liệu cùng danh mục Cơ khí - Chế tạo máy

Mechanical Tolerance Stackup and Analysis Part 15

Tham khảo tài liệu 'mechanical tolerance stackup and analysis part 15', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Biodiesel Feedstocks and Processing Technologies Part 16

Tham khảo tài liệu 'biodiesel feedstocks and processing technologies part 16', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Lý thuyết điều chỉnh tự động

Lý thuyết điều chỉnh tự động là khoa học nghiên cứu những nguyên tắc thành lập hệ tự động về những quy luật của các quá trình xảy ra trong hệ thống


Feedback.Control.for.a.Path.Following.Robotic.Car Part 11

Tham khảo tài liệu 'feedback.control.for.a.path.following.robotic.car part 11', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Kinetics of Materials - R. Balluff S. Allen W. Carter (Wiley 2005) WW Part 10

Tham khảo tài liệu 'kinetics of materials - r. balluff s. allen w. carter (wiley 2005) ww part 10', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Engineering Statistics Handbook Episode 5 Part 6

Tham khảo tài liệu 'engineering statistics handbook episode 5 part 6', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


CHI TIẾT MÁY - Chi tiết máy ghép

Công dụng: truyền mômen xoắn chomối ghép trục với bành răng, bánh đai, bành xích, bánh vít …. Phân loại: • Then ghép lỏng: then bằng, then bán nguyệt, then dẫn hướng • Then ghép căng: then ma sát, then vát, then tiếp tuyến


Đề thực hành Công nghệ ô tô năm 2012 (Mã đề TH10)

Đề thực hành Công nghệ ô tô năm 2012 (Mã đề TH10) sau đây có nội dung đề gồm 2 phần với hình thức thi thực hành và thời gian làm bài trong vòng 180 phút. Mời các bạn cùng tham khảo và thử sức mình với đề thi nghề này nhé.


Ebook Multiphysics modeling using COMSOL: Part 1

(BQ) Part 1 book "Multiphysics modeling using COMSOL" has contents: Modeling methodology, materials and databases, 1D modeling, 2D modeling, 2D axisymmetric 5 modeling, 2D simple Mixed-Mode modeling.


Sổ tay và Atlas Đồ gá_P4(chuong 13-2)

Tham khảo sách 'sổ tay và atlas đồ gá_p4(chuong 13-2)', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Tài liệu mới download

Từ khóa được quan tâm

Có thể bạn quan tâm

Begining DX9_7
  • 02/02/2012
  • 93.462
  • 514
Inovation Engineering Episode 7
  • 26/10/2011
  • 25.859
  • 283
Vẽ các đối tượng 2D
  • 21/05/2010
  • 81.732
  • 810

Bộ sưu tập

Danh mục tài liệu