Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại các quốc gia có nền nông nghiệp nhiệt đới như Việt Nam, sản lượng rau củ quả sau thu hoạch rất dồi dào, trong đó bí ngô (thuộc chi Cucurbita, họ Bầu bí Cucurbitaceae) là loại nông sản có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao. Thịt quả bí ngô chứa hàm lượng lớn beta-carotenes, alpha-carotenes (chuyển hóa thành vitamin A), vitamin C, pectin, L-trytophan cùng các khoáng chất như canxi, kali, magie, sắt, coban và kẽm. Tuy nhiên, do đặc thù hàm lượng nước cao (độ ẩm tự nhiên khoảng 84,6% – 86,64%), bí ngô tươi rất dễ bị thối hỏng và khó bảo quản lâu dài nếu không có công nghệ chế biến phù hợp sau thu hoạch.

Công nghệ sấy đối lưu nóng sử dụng máy sấy khay tĩnh là phương pháp hữu hiệu nhằm tách ẩm, giảm khối lượng vận chuyển, kéo dài thời hạn bảo quản lên từ 1 đến 2 năm, đồng thời duy trì màu sắc vàng cam tự nhiên và các thành phần vi chất dinh dưỡng của sản phẩm. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài đồ án kỹ thuật nhiệt đã được triển khai với các nhiệm vụ trọng tâm:

  1. Tổng quan cơ sở lý thuyết về nguyên liệu bí ngô (phân loại, dinh dưỡng, thị trường) và các công nghệ sấy bí ngô hiện hành tại Việt Nam và trên thế giới.
  2. Tính toán nhiệt và kiểm tra các thông số kỹ thuật khí động học, nhiệt lượng tiêu thụ của mô hình máy sấy khay model IC106D tại phòng thực hành kỹ thuật sấy.
  3. Thiết lập quy trình xử lý nguyên liệu (gọt vỏ, cắt lát theo các độ dày 4 mm, 6 mm, 8 mm, chần nhiệt và ngâm đường) và thực nghiệm sấy ở các chế độ nhiệt độ (40°C, 45°C, 50°C) và vận tốc gió khác nhau.
  4. Ứng dụng phần mềm thống kê SPSS Statistics 18.0 để phân tích hồi quy thực nghiệm đơn yếu tố (Curve Estimation) và phân tích phương sai (ANOVA), từ đó xác định các phương trình tương quan toán học mô tả đường cong sấy, sự biến thiên độ ẩm và tiêu hao điện năng theo thời gian và kích thước vật liệu sấy.

Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên giống bí ngô hồ lô và bí rợ tại Phòng thực hành Kỹ thuật Sấy X6.11, Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh trong khuôn khổ khóa học 2011–2015 (hoàn thành tháng 9/2015).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết nhiệt động lực học không khí ẩm và quá trình sấy đối lưu lý thuyết (quá trình sấy đẳng Entanpi $I = \text{const}$):

  • Cân bằng ẩm của vật liệu: Xác định lượng ẩm cần bay hơi $W = G_1 - G_2 = G_1 \cdot \left[1 - \frac{1 - M_1}{1 - M_2}\right]$, trong đó $G_1, G_2$ là khối lượng vật liệu trước và sau sấy (kg); $M_1, M_2$ là độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của vật liệu sấy (%).
  • Thông số tác nhân sấy (TNS): Xác định các trạng thái không khí trên đồ thị $I-d$ (Ramzin) thông qua các thông số: nhiệt độ bầu khô ($t$), độ ẩm tương đối ($\varphi$), phân áp suất bão hòa ($P_b$), độ chứa hơi ($d$) và entanpi ($I$).
  • Lưu lượng không khí và nhiệt lượng: Tính toán lượng chi phí không khí riêng lý thuyết $l_{lt} = \frac{1}{d_2 - d_1}$ (kg kkk/kg ẩm), lưu lượng không khí khô lý thuyết $L_{lt0} = w \cdot l_{lt}$ (kg kkk/h), thể tích không khí cần cấp $V_{0lt}$ (m³/h) và nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống $Q = q \cdot W$ (kJ).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá

  • Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố: Khảo sát sự ảnh hưởng độc lập của từng thông số công nghệ đầu vào:
    • Chiều dày lát vật liệu sấy: $X_1 = \delta \in {4, 6, 8}\text{ mm}$.
    • Vận tốc tác nhân sấy: $X_2 = v$ (khảo sát ở chế độ 2 m/s, vận tốc cực đại đo được $v_{\max} = 3,5\text{ m/s}$).
    • Nhiệt độ tác nhân sấy: $X_3 = t \in {40, 45, 50}^\circ\text{C}$.
    • Các chỉ tiêu đầu ra được theo dõi gồm: độ ẩm sản phẩm ($Y_1 = M_2$), thời gian sấy ($Y_2 = \tau$) và tiêu hao điện năng riêng ($Y_3 = P$).
  • Phương pháp đánh giá cảm quan: Đánh giá chất lượng thành phẩm theo thang điểm mô tả 3 bậc đối với 4 chỉ tiêu: cấu trúc, màu sắc, mùi và vị.
Chỉ tiêu cảm quan Điểm 3 Điểm 2 Điểm 1
Cấu trúc Dẻo Hơi giòn Giòn
Màu sắc Giữ được màu tự nhiên Màu vàng cam, có màu sậm ít Màu hơi vàng, có màu sậm
Mùi Mùi tự nhiên Mùi thơm nhẹ của bí ngô Mùi thơm rất ít
Vị Vị ngọt tự nhiên của bí Vị bí ngô ít ngọt Vị bí ngô hơi đắng
  • Phương pháp xử lý số liệu thống kê: Dữ liệu đo đạc thực nghiệm định lượng theo chu kỳ 30 phút được nhập vào phần mềm SPSS Statistics 18.0. Sử dụng công cụ Curve Estimation để kiểm tra 11 dạng mô hình hồi quy (Linear, Logarithmic, Inverse, Quadratic, Cubic, Power, Compound, S-curve, Logistic, Growth, Exponential). Lựa chọn mô hình có hệ số tương quan $R$ và hệ số xác định $R^2$ cao nhất (tiệm cận 1), sai số hiệu chỉnh nhỏ hơn 5% và mức ý nghĩa kiểm định ANOVA ($Sig < 0,05$).

Thiết bị và phương tiện thực nghiệm

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập trực tiếp thông qua hệ thống thiết bị đo kiểm chuyên dụng:

  • Mô hình máy sấy khay: Model IC106D (Hãng DIDACDA - Italia, Mã code: 993500), buồng sấy 3 tầng khay, tiết diện mặt cắt ngang $F = 0,45 \times 0,45\text{ m} = 0,2025\text{ m}^2$, sử dụng nguồn điện 1 pha 220V, tích hợp bộ gia nhiệt điện trở và quạt hút thổi khí cưỡng bức.
  • Thiết bị đo độ ẩm: Máy sấy ẩm vi lượng chuyên dụng xác định độ ẩm thông qua nguyên lý tổn hao khối lượng nhiệt trọng.
  • Cân phân tích kỹ thuật số: Hiệu Ohaus với độ nhạy 0,0001 g.
  • Thiết bị đo tốc độ gió: Nhà sản xuất TFA (Đức), dải đo 0,2 – 30 m/s, dải nhiệt độ chịu đựng từ -30°C đến 60°C.
  • Đồng hồ đo tiêu thụ điện năng: Công tơ điện ODKON (Trung Quốc), điện áp 220V, tần số 50 Hz, dòng điện định mức 10(20)A.
  • Thiết bị đo nhiệt: Cặp nhiệt kế bầu khô – bầu ướt bố trí tại các vị trí đầu vào và đầu ra của dòng khí.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán kiểm tra hệ thống sấy

Tại Chương 2 của đồ án, nhóm tác giả đã tiến hành tính toán kiểm tra nhiệt và khí động học cho mô hình máy sấy khay DIDACDA IC106D tại chế độ sấy đại diện: nhiệt độ không khí vào buồng sấy $t_1 = 45^\circ\text{C}$, nhiệt độ không khí thoát ra $t_2 = 35^\circ\text{C}$, thông số môi trường ngoài trời $t_0 = 30^\circ\text{C}, \varphi_0 = 75%$.

Bảng tổng hợp thông số trạng thái của tác nhân sấy

Đại lượng / Trạng thái Ký hiệu Trạng thái (0) - Không khí ngoài trời Trạng thái (1) - Sau bộ gia nhiệt Trạng thái (2) - Ra khỏi buồng sấy Đơn vị
Nhiệt độ $t$ 30 45 35 °C
Độ ẩm tương đối $\varphi$ 75 32,8 70,5 %
Phân áp suất bão hòa $P_b$ 0,04241 0,15740 0,07375 bar
Độ chứa hơi $d$ 0,0204 0,0204 0,0260 kg ẩm/kg kkk
Entanpi $I$ 80,81 105,63 105,63 kJ/kg kkk

Kết quả tính toán cân bằng vật chất và năng lượng

  • Khối lượng ẩm tách ra: Kích thước khay sấy đo được là $0,16 \times 0,36\text{ m}$, diện tích 1 khay là $0,0576\text{ m}^2$. Với $n = 3$ khay và mật độ nạp liệu $5\text{ kg/m}^2$, khối lượng nguyên liệu đầu vào là $G_1 = 0,864\text{ kg}$. Độ ẩm ban đầu thực nghiệm $M_1 = 84,6%$, độ ẩm sau sấy yêu cầu $M_2 = 15%$. Khối lượng sản phẩm sau sấy đạt $G_2 = 0,156\text{ kg}$, tương ứng tổng lượng ẩm cần bốc hơi $W = 0,708\text{ kg ẩm}$.
  • Công suất bốc hơi: Thời gian sấy thực nghiệm 1 mẻ tiêu chuẩn là $\tau = 8\text{ giờ}$, cho lưu lượng ẩm bay hơi theo giờ $w = \frac{0,708}{8} = 0,0885\text{ kg ẩm/h}$.
  • Kiểm tra lưu lượng khí và công suất quạt:
    • Chi phí không khí khô riêng lý thuyết: $l_{lt} = \frac{1}{0,0260 - 0,0204} = 178,6\text{ kg kkk/kg ẩm}$.
    • Lưu lượng không khí khô lý thuyết: $L_{lt0} = 0,0885 \times 178,6 = 15,806\text{ kg kkk/h}$.
    • Lưu lượng thể tích không khí cần cấp lý thuyết: $V_{0lt} = 14,621\text{ m}^3/\text{h}$.
    • Lưu lượng quạt cấp thực tế xác định trên mô hình với tiết diện $0,45 \times 0,45\text{ m}$ và vận tốc gió cực đại $v_{\max} = 3,5\text{ m/s}$ đạt mức đáp ứng hoàn toàn yêu cầu lưu chuyển dòng khí.
  • Kiểm tra công suất bộ gia nhiệt điện trở:
    • Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho hệ thống theo lý thuyết: $Q = 3137,955\text{ kJ}$.
    • Thực nghiệm tại chế độ $v = 2\text{ m/s}, t = 45^\circ\text{C}, \delta = 6\text{ mm}$ ghi nhận tổng tiêu hao điện năng $P = 34,1\text{ kWh}$. Trong đó tiêu thụ điện của quạt là $7,3\text{ kWh}/8\text{h} = 0,913\text{ kW}$, công suất tiêu thụ của bộ gia nhiệt điện trở $P_{dt} = 4,35\text{ kW}$, cường độ dòng điện 1 pha đo được $I = 19,77\text{ A}$ (ở điện áp 220V).
  • Kết luận tính toán: Kết cấu cơ khí và hệ thống công suất quạt, điện trở của mô hình máy sấy DIDACDA IC106D đảm bảo năng lực sấy vượt yêu cầu tải tính toán, phù hợp cho việc triển khai các thí nghiệm sấy khảo sát công nghệ (khả năng tải thiết kế của máy lên đến 5 kg/mẻ).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 tổng hợp các cơ sở lý luận và thực tiễn về nguyên liệu và công nghệ sấy:

  • Đặc tính thực vật và phân loại: Phân tích cấu trúc quả bí ngô thuộc chi Cucurbita, tập trung vào hai giống phổ biến tại miền Nam là bí rợ (thịt dày, cam tươi, ngọt) và bí hồ lô (thịt mềm, vàng cam, thơm mùi bơ).
  • Giá trị dinh dưỡng và kinh tế: Tổng hợp số liệu khoa học chứng minh năng lượng thấp (khoảng 35 calo/kg), giàu hợp chất chống oxy hóa carotenoid, pectin bảo vệ niêm mạc dạ dày, hàm lượng coban hỗ trợ tổng hợp vitamin B12 và khả năng tiêu thụ rộng rãi trên thị trường.
  • Công nghệ sấy hiện hành: Đánh giá các giải pháp công nghệ như sấy bằng lò hơi (dùng hơi nước $100^\circ\text{C}$ gia nhiệt buồng sấy lên khoảng $84^\circ\text{C}$), sấy bằng năng lượng mặt trời thu nhiệt tấm đen và sấy tĩnh bằng buồng sấy khay.
  • Các vấn đề kỹ thuật trong sấy khay: Chỉ ra hiện tượng mất đồng đều ẩm trong buồng sấy tĩnh khay đứng, trong đó các khay dưới cùng (vị trí A tiếp xúc gió nóng đầu tiên) thường khô nhanh hơn, độ ẩm thấp hơn và dễ bị sậm màu do phản ứng caramel hóa / Maillard so với các khay trên cao (khay E).

Chương 2: Tính toán kiểm tra mô hình máy sấy khay model IC106D

Chương 2 trình bày chi tiết các bước tính toán nhiệt động học cho hệ thống sấy:

  • Trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động 1 cấp, không hồi lưu, tác nhân sấy thổi vuông góc từ dưới lên qua các khay vật liệu.
  • Xác định lượng ẩm bay hơi theo giờ ($w = 0,0885\text{ kg/h}$) dựa trên kích thước thực tế của khay sấy và mật độ nạp liệu $5\text{ kg/m}^2$.
  • Tra cứu và tính toán các thông số không khí tại 3 trạng thái (0, 1, 2) trên đồ thị $I-d$.
  • Tính toán kiểm tra lưu lượng không khí lý thuyết ($V_{0lt} = 14,621\text{ m}^3/\text{h}$) và nhiệt lượng lý thuyết ($Q = 3137,955\text{ kJ}$), đối chiếu với công suất thực tế của quạt và bộ gia nhiệt điện trở 4,35 kW của máy sấy IC106D.

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3 thiết lập quy trình công nghệ chuẩn bị mẫu và phương pháp luận thống kê:

  • Quy trình xử lý mẫu: Nguyên liệu bí ngô $\rightarrow$ Rửa sạch $\rightarrow$ Phân loại $\rightarrow$ Gọt vỏ, bỏ ruột hạt $\rightarrow$ Cắt lát định hình ($\delta = 4, 6, 8\text{ mm}$) $\rightarrow$ Chần trong nước ấm $70-80^\circ\text{C}$ từ 4–5 phút nhằm vô hoạt enzyme hóa nâu $\rightarrow$ Ngâm dung dịch đường bổ sung vị ngọt và hỗ trợ thẩm thấu $\rightarrow$ Xếp vào khay sấy $\rightarrow$ Bao gói màng nilon plastic.
  • Quy hoạch thực nghiệm: Xác lập các biến đầu vào ($X_1$: độ dày lát sấy, $X_2$: vận tốc gió, $X_3$: nhiệt độ sấy) và các biến mục tiêu ($Y_1$: độ ẩm, $Y_2$: thời gian sấy, $Y_3$: điện năng tiêu thụ).
  • Quy trình xử lý số liệu SPSS: Hướng dẫn thiết lập biến trong Data View, Variable View và thao tác quy trình hồi quy Curve Estimation nhằm trích xuất hệ số tương quan $R$, hệ số xác định $R^2$, độ lệch chuẩn, bảng phân tích phương sai ANOVA và các đồ thị phân bố.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Chương 4 cung cấp toàn bộ kết quả đo đạc và các mô hình hồi quy toán học:

  • Thí nghiệm kiểm tra thời gian sấy: Khảo sát tại $t = 45^\circ\text{C}, v = 2\text{ m/s}, \delta = 6\text{ mm}$, khối lượng mẫu ban đầu 1108 g, độ ẩm $86,64%$, theo dõi độ giảm khối lượng và điện năng tiêu thụ qua các mốc thời gian.
  • Phân tích ảnh hưởng của độ dày lát bí ngô ($\delta$) đến độ ẩm ($Y_1$): Tại cùng điều kiện sấy, lát mỏng 4 mm đạt độ ẩm $13,5%$, lát dày hơn có độ ẩm còn lại cao hơn do trở lực truyền nhiệt và truyền ẩm tăng. Kết quả phân tích hồi quy cho mô hình bậc ba dạng: $$Y_1 = 5,65 + b\cdot x + c\cdot x^2 + d\cdot x^3 \quad (R^2 = 1,0; , Sig = 0,000)$$
  • Phân tích ảnh hưởng của độ dày đến tiêu hao điện năng ($Y_3$): Lát bí ngô càng dày đòi hỏi thời gian duy trì nhiệt độ buồng sấy càng lâu, dẫn đến tiêu hao điện năng riêng của máy tăng theo hàm bậc ba: $$Y_3 = 322,00017 \cdot x^3 \quad \text{hoặc} \quad Y_3 = 86,0139 \cdot x^3 \quad (R^2 = 1,0; , Sig = 0,000)$$
  • Khảo sát các chuỗi thực nghiệm về ảnh hưởng của vận tốc gió tác nhân sấy ($X_2$) và nhiệt độ sấy ($X_3$) đến tốc độ thoát ẩm của sản phẩm.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương 5 đúc kết các phát hiện kỹ thuật, nêu rõ các hạn chế trong quá trình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm và đưa ra các kiến nghị về việc hoàn thiện công nghệ sấy bí ngô quy mô lớn hơn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  • Kiểm định năng lực thiết bị: Xác định được đầy đủ các thông số nhiệt động của buồng sấy IC106D; lưu lượng dòng khí lý thuyết đạt $14,621\text{ m}^3/\text{h}$ và nhiệt lượng lý thuyết $3137,955\text{ kJ}$, khẳng định mô hình máy sấy khay tĩnh hoàn toàn đáp ứng tốt chế độ sấy thực nghiệm nông sản ở dải nhiệt độ $40 - 50^\circ\text{C}$.
  • Xác lập chế độ sấy thực nghiệm: Thực nghiệm chứng minh việc cắt lát bí ngô ở độ dày $\delta = 4 - 6\text{ mm}$, kết hợp xử lý chần nhiệt $70 - 80^\circ\text{C}$ (4–5 phút) và ngâm đường giúp sản phẩm sau khi sấy ở $45^\circ\text{C}$ đạt độ ẩm bảo quản tiêu chuẩn $12 - 15%$, giữ được cấu trúc dẻo, màu vàng cam sáng và vị ngọt tự nhiên.
  • Mô hình hóa toán học đường cong sấy: Ứng dụng thành công phần mềm SPSS 18.0 để xây dựng các phương trình tương quan phi tuyến bậc ba giữa kích thước vật liệu sấy với độ ẩm còn lại và lượng điện năng tiêu thụ, đạt độ chính xác cao với hệ số tương quan $R = 1,0$ và mức ý nghĩa $Sig = 0,000$.

Đóng góp thực tiễn

  • Đồ án cung cấp một bộ dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về sấy bí ngô lát trên máy sấy khay đối lưu, kết nối lý thuyết tính toán nhiệt kỹ thuật với dữ liệu đo đạc thực tế.
  • Chuẩn hóa quy trình tiền xử lý nguyên liệu thực phẩm (chần nhiệt vô hoạt enzyme, thẩm thấu đường) kết hợp quy trình vận hành máy sấy khay phục vụ học tập và nghiên cứu ứng dụng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Sự không đồng đều nhiệt ẩm: Mô hình máy sấy khay tĩnh 1 cấp xuất hiện sự chênh lệch độ khô rõ rệt giữa các tầng khay; các khay ở tầng thấp (gần bộ gia nhiệt) bị khô nhanh hơn và dễ biến màu sậm do phản ứng Maillard, trong khi các khay phía trên nhận TNS có độ ẩm cao hơn nên tốc độ bốc ẩm chậm hơn. Đồng thời có sự chênh lệch độ ẩm giữa tâm khay và rìa khay.
  • Quy mô nạp liệu: Nghiên cứu mới thực hiện ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm ($G_1 < 1,5\text{ kg/mẻ}$), chưa áp dụng chu trình sấy có hồi lưu không khí để tiết kiệm nhiệt năng.
  • Phạm vi khảo sát thực nghiệm: Dữ liệu phân tích hồi quy chủ yếu tập trung vào các mô hình đơn yếu tố, chưa xây dựng ma trận quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố đồng thời (Box-Behnken hoặc trực giao).

Hướng phát triển

  • Nghiên cứu bổ sung cơ chế đảo khay tự động hoặc cải tiến kết cấu cánh hướng dòng không khí nhằm tạo trường nhiệt độ và vận tốc gió đồng đều trên tất cả các khay sấy.
  • Áp dụng quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa đa mục tiêu để tìm ra bộ thông số tối ưu tuyệt đối (nhiệt độ, tốc độ gió, độ dày lát) nhằm tối thiểu hóa thời gian sấy và chi phí điện năng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Công nghệ Nhiệt Lạnh: Cung cấp phương pháp tính toán kiểm tra chu trình sấy đối lưu, tra cứu và biểu diễn trạng thái không khí ẩm trên đồ thị $I-d$, tính toán chọn quạt và bộ gia nhiệt điện trở.
  • Sinh viên và nghiên cứu viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Tham khảo quy trình tiền xử lý rau củ quả sấy (chần vô hoạt enzyme, ngâm dịch thẩm thấu) và thang điểm đánh giá cảm quan 3 bậc.
  • Kỹ sư vận hành và thiết kế thiết bị sấy: Tham khảo phương pháp ứng dụng phần mềm SPSS Statistics (hồi quy Curve Estimation, phân tích phương sai ANOVA) để phân tích số liệu thực nghiệm và xây dựng đường cong động học sấy cho các loại nông sản lát mỏng.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình máy sấy khay được sử dụng trong nghiên cứu có xuất xứ và thông số kỹ thuật như thế nào?

Mô hình sấy thực nghiệm là máy sấy khay Model IC106D (Mã code: 993500) do hãng DIDACDA (Italia) sản xuất. Thiết bị có kết cấu buồng sấy dạng đứng tiết diện $0,45 \times 0,45\text{ m}$, chứa 3 tầng khay sấy kích thước $0,16 \times 0,36\text{ m}$, vận hành với nguồn điện 1 pha 220V, sử dụng quạt hút cấp khí cưỡng bức với vận tốc tối đa đo được $3,5\text{ m/s}$ và bộ gia nhiệt bằng điện trở công suất $4,35\text{ kW}$.

2. Các thông số nhiệt động của tác nhân sấy tại các trạng thái tính toán ở Chương 2 là bao nhiêu?

Theo tính toán lý thuyết và đo đạc thực nghiệm:

  • Không khí ngoài trời (Trạng thái 0): $t_0 = 30^\circ\text{C}, \varphi_0 = 75%, P_{b0} = 0,04241\text{ bar}, d_0 = 0,0204\text{ kg ẩm/kg kkk}, I_0 = 80,81\text{ kJ/kg kkk}$.
  • Không khí vào buồng sấy sau gia nhiệt (Trạng thái 1): $t_1 = 45^\circ\text{C}, \varphi_1 = 32,8%, d_1 = 0,0204\text{ kg ẩm/kg kkk}, I_1 = 105,63\text{ kJ/kg kkk}$.
  • Không khí ra khỏi buồng sấy (Trạng thái 2): $t_2 = 35^\circ\text{C}, \varphi_2 = 70,5%, d_2 = 0,0260\text{ kg ẩm/kg kkk}, I_2 = 105,63\text{ kJ/kg kkk}$ (quá trình sấy đẳng entanpi).

3. Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu và độ ẩm thành phẩm yêu cầu là bao nhiêu?

Theo kết quả đo thực nghiệm, độ ẩm ban đầu của nguyên liệu bí ngô tươi dao động từ $84,6%$ đến $86,64%$. Sản phẩm bí ngô sau quá trình sấy đạt tiêu chuẩn bảo quản khi độ ẩm giảm xuống khoảng $12% - 15%$ (trong tính toán thiết kế lấy mốc $15%$).

4. Quy trình tiền xử lý bí ngô trước khi đưa vào sấy gồm những công đoạn nào?

Bí ngô (chủ yếu là giống bí hồ lô có khối lượng quả 800 – 1000g) được rửa sạch, gọt vỏ, bỏ ruột hạt và cắt thành các lát có độ dày 4 mm, 6 mm hoặc 8 mm bằng dao thép không gỉ. Sau đó, các lát bí ngô được chần trong nước ấm ở nhiệt độ $70 - 80^\circ\text{C}$ trong thời gian 4 – 5 phút để vô hoạt enzyme hóa nâu, rồi tiếp tục ngâm trong dung dịch đường có nồng độ thích hợp để tăng độ ngọt tự nhiên và hỗ trợ rút ngắn thời gian sấy trước khi xếp lên khay với mật độ khoảng $5\text{ kg/m}^2$.

5. Kết quả phân tích hồi quy SPSS cho thấy độ dày lát bí ngô ảnh hưởng như thế nào đến quá trình sấy?

Kết quả xử lý bằng SPSS Statistics 18.0 cho thấy độ dày lát bí ngô ($\delta$) có mối quan hệ tương quan phi tuyến bậc ba chặt chẽ với độ ẩm còn lại và tiêu hao điện năng:

  • Lát sấy càng dày thì trở lực truyền ẩm ra bề mặt càng lớn, dẫn đến độ ẩm còn lại sau cùng một khoảng thời gian sấy cao hơn theo phương trình $Y_1 = 5,65 + b\cdot x + c\cdot x^2 + d\cdot x^3$ ($R^2 = 1$).
  • Lát sấy dày đòi hỏi thời gian gia nhiệt và chạy máy lâu hơn, làm tăng tổng tiêu hao điện năng riêng của bộ điện trở theo phương trình dạng $Y_3 = 322,00017 \cdot x^3$ ($R^2 = 1,0; , Sig = 0,000$).

Kết luận

Đồ án kỹ thuật nhiệt của nhóm tác giả Huỳnh Đình Dũng và Nguyễn Văn Đức (Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh) đã hoàn thành xuất sắc việc tính toán kiểm nghiệm nhiệt động buồng sấy khay DIDACDA IC106D và xây dựng thành công đường cong sấy thực nghiệm cho nguyên liệu bí ngô. Nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của quy trình sấy đối lưu ở nhiệt độ $45^\circ\text{C}$, kết hợp xử lý chần nhiệt $70 - 80^\circ\text{C}$ và ngâm đường đối với lát bí ngô dày $4 - 6\text{ mm}$ để đạt độ ẩm bảo quản $12 - 15%$. Việc ứng dụng công cụ thống kê SPSS Statistics 18.0 trong đồ án đã thiết lập được các phương trình hồi quy toán học tin cậy, đóng góp tư liệu thực nghiệm hữu ích cho công tác đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm.