Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kgmẻ dùng để xuất khẩu

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời, năng suất 5kg/mẻ, phù hợp tiêu chuẩn xuất khẩu. Xem ngay!

• Tác giả: Bùi Quang Huy
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Nhựt
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Nhiệt
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Và Thực Nghiệm Hệ Thống Sấy Ớt Bằng Bơm Nhiệt Kết Hợp Năng Lượng Mặt Trời Năng Suất 5kg/Mẻ Dùng Để Xuất Khẩu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Hệ Thống Sấy Ớt Xuất Khẩu

Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, có tiềm năng lớn trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, việc bảo quản nông sản, đặc biệt là các loại rau quả, gặp nhiều thách thức do thời gian chín ngắn và điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Sấy khô là một phương pháp hiệu quả để bảo quản nông sản, nhưng các phương pháp truyền thống như phơi nắng tự nhiên có nhiều hạn chế. Các phương pháp này có nhược điểm như sản phẩm khô không đồng đều, vệ sinh an toàn thực phẩm không đảm bảo, và phụ thuộc nhiều vào thời tiết. Việc sử dụng các phương pháp sấy hiện đại là cần thiết để nâng cao chất lượng và giá trị nông sản. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu, chế tạo hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt và năng lượng mặt trời, nhằm tạo ra sản phẩm ớt xuất khẩu chất lượng cao.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Sấy Nông Sản Chất Lượng Cao

Sấy là một phương pháp bảo quản nông sản quan trọng, giúp kéo dài thời gian sử dụng và giảm thiểu thất thoát sau thu hoạch. Sấy nông sản chất lượng cao giúp tăng giá trị sản phẩm và đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của thị trường xuất khẩu. Các phương pháp sấy hiện đại giúp kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều và giữ được các dưỡng chất quan trọng.

1.2. Giới Thiệu Về Hệ Thống Sấy Ớt Bằng Bơm Nhiệt và Năng Lượng Mặt Trời

Hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt và năng lượng mặt trời là một giải pháp hiệu quả, kết hợp ưu điểm của cả hai công nghệ. Bơm nhiệt giúp kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, trong khi năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành. Hệ thống này phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam và có tiềm năng lớn trong việc sản xuất ớt xuất khẩu chất lượng cao.

II. Thách Thức Trong Sấy Ớt Xuất Khẩu Hiện Nay Giải Pháp

Quá trình làm khô ớt hiện nay thường dùng cách thủ công dùng sân phơi nhiên nhờ bức xạ mặt trời. Hình thức làm khô này kinh tế nhưng cũng nhiều hạn chế như: sản phẩm khô không đồng đều, chất lượng không được che phủ, an toàn thực phẩm không đảm bảo, phá hủy bởi các động vật, phụ thuộc vào thời tiết và hỏi nguồn nhân công, không gian rộng. Ngoài ra, còn làm giảm hiệu quả khai thác canh tác đồng khiến cho sản phẩm độ ẩm cao, nấm mốc, làm giảm chất lượng. Sấy là phương pháp làm khô nhân tạo được xem là một phương pháp với nhiều ưu điểm như chủ động sản xuất, tốn ít thời gian và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên khi sấy nhiệt độ cao phá hủy các chất hoạt sinh học của ớt như hóc môn, màu, mùi vitamin, protein, làm thay đổi chất lượng sản phẩm.

2.1. Hạn Chế Của Phương Pháp Sấy Ớt Truyền Thống Phơi Nắng

Phương pháp phơi nắng ớt truyền thống phụ thuộc nhiều vào thời tiết, không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, và tốn nhiều diện tích. Chất lượng ớt khô không đồng đều, dễ bị nấm mốc và giảm giá trị thương phẩm. Phương pháp này không phù hợp với quy mô sản xuất lớn và yêu cầu chất lượng cao của thị trường xuất khẩu.

2.2. Giải Pháp Sấy Ớt Bằng Bơm Nhiệt Kết Hợp Năng Lượng Mặt Trời

Sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời là giải pháp tối ưu. Phương pháp này giúp kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, đảm bảo chất lượng ớt khô đồng đều, hạn chế nấm mốc và giữ được màu sắc, hương vị tự nhiên. Sử dụng năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Thống Sấy Ớt Tiên Tiến

Luận văn này trình bày các kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả một máy sấy dụng bơm nhiệt hợp năng lượng mặt trời, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp sấy này trong điều kiện hậu Việt Nam. Hệ thống máy sấy năng lượng mặt trời hợp bơm nhiệt được chế tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. Hệ thống bao gồm tấm thu phẳng, bơm nhiệt, buồng sấy, quạt và các đường ống được bọc cách nhiệt polyurethane dày 10mm. Các nghiệm được thực hiện trong điều kiện khác nhau ngày nắng, ngày nhiều mây ngày mưa.

3.1. Mô Tả Chi Tiết Hệ Thống Sấy Bơm Nhiệt và Năng Lượng Mặt Trời

Hệ thống bao gồm các bộ phận chính như: tấm thu nhiệt phẳng, bơm nhiệt, buồng sấy, quạt thông gió, hệ thống điều khiển và đường ống dẫn nhiệt. Các bộ phận được thiết kế và lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất cao và độ bền của hệ thống. Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt giúp giảm thiểu tổn thất nhiệt và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.

3.2. Phương Pháp Thực Nghiệm và Đánh Giá Hiệu Quả Sấy Ớt

Các thí nghiệm được thực hiện trong các điều kiện thời tiết khác nhau (ngày nắng, ngày nhiều mây, ngày mưa) để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng gió, điện năng tiêu thụ và chất lượng ớt khô được theo dõi và ghi lại. Kết quả thí nghiệm được phân tích để đánh giá hiệu suất và khả năng ứng dụng của hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Kết Quả Nghiên Cứu Hệ Thống Sấy Ớt

Kết quả được cũng cho thấy năng lượng hữu ích của bộ thu nhiệt cho các ngày nắng, ngày mây ngày mưa lần lượt là 3.23 kWh, 2.56 kWh và 1.45 kWh. Trong khi điện năng tương ứng cho các trường hợp lần lượt là 23.2 kWh, 21.4 kWh và 15.1 kWh. Hệ số COP của bơm nhiệt tương ứng trong trường hợp lần lượt tương ứng 3.46. Ớt Đồng Tháp xuất khẩu 97,4% sản lượng, chủ yếu xuất sang thị trường Trung Quốc hơn 80% sản lượng khô. Tuy nhiên, chủ yếu xuất khẩu tiểu ngạch sang Trung Quốc dưới dạng phơi khô chưa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.

4.1. Đánh Giá Hiệu Quả Năng Lượng Của Hệ Thống Sấy

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống sấy có hiệu quả năng lượng cao, đặc biệt là trong điều kiện nắng tốt. Việc sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm đáng kể lượng điện năng tiêu thụ và chi phí vận hành. Hệ số COP của bơm nhiệt cũng cho thấy hiệu quả sử dụng năng lượng cao của hệ thống.

4.2. Phân Tích Chất Lượng Ớt Khô Sau Sấy và So Sánh

Chất lượng ớt khô sau sấy được đánh giá dựa trên các tiêu chí như màu sắc, độ ẩm, hương vị và hàm lượng các chất dinh dưỡng. Kết quả cho thấy ớt khô từ hệ thống sấy có chất lượng tốt, giữ được màu sắc tự nhiên và hương vị đặc trưng. So sánh với các phương pháp sấy truyền thống, ớt khô từ hệ thống này có chất lượng vượt trội.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Hệ Thống Sấy Ớt Bền Vững

Nghiên cứu này đã thành công trong việc chế tạo và thực nghiệm hệ thống sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời. Kết quả cho thấy hệ thống có hiệu quả cao trong việc sấy ớt, đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng xuất khẩu. Việc ứng dụng hệ thống này giúp nâng cao giá trị sản phẩm ớt, giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường. Cần có những nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa hệ thống và ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

5.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Chính và Đóng Góp Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng bơm nhiệt và năng lượng mặt trời trong sấy ớt. Hệ thống sấy được thiết kế và chế tạo thành công, đạt được hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt. Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển các giải pháp sấy nông sản bền vững và thân thiện với môi trường.

5.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Ứng Dụng Rộng Rãi

Cần có các nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa thiết kế và điều khiển hệ thống sấy, giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng. Nghiên cứu cũng nên tập trung vào việc tích hợp các công nghệ IoT để giám sát và điều khiển hệ thống từ xa. Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích để ứng dụng rộng rãi hệ thống sấy này trong sản xuất nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TONG QUAN 1. Téng quan vé dé tai *Ly do chon dé tai: Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới nóng âm nên thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, nhất là những sản phẩm lương thực thực phẩm, rau quả và các mặt hàng trái cây. Tuy nhiên do đặc trưng sản của xuất nông nghiệp ở nước ta mang tính thời vụ, rau quả trái cây thường chín đồng loạt, trong khi khí hậu nóng âm lại gây ra tốn thất về số lượng và chất lượng nông sản một cách nhanh chóng, gây thiệt hại cho nông dân. Do đó một số sản phẩm nông sản sau thu hoạch được sấy khô nhăm bảo quản dài lâu.

Trong các loại nông sản thì hiện nay ớt là mặt hàng xuất khẩu tương đối có giá trị. Tuy nhiên hiện nay ở nước ta quá trình làm khô ớt thường dùng cách thủ công là dùng sân phơi tự nhiên nhờ bức xạ mặt trời. Hình thức làm khô này có tính kinh tế nhưng cũng có nhiều hạn chế như: sản phẩm khô không đồng đều, lẫn tạp chất do không được che phủ, tính an toàn thực phẩm không đảm bảo, có thể bị phá hủy bởi các động vật, phụ thuộc vào thời tiết và đòi hỏi nguồn nhân lực, không gian rộng. Ngoài ra, thói quen trên còn làm giảm hiệu quả khai thác đất canh tác, đồng thời khiến cho sản phẩm bị lẫn đất cát, độ âm hạt cao, dé bi nam mốc, làm giảm chất lượng.

Sấy ớt là phương pháp làm khô nhân tạo có thể được xem là một giải pháp với nhiều ưu điểm như sau: chủ động sản xuất, ít tốn thời gian và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên khi sấy ở nhiệt độ cao có thể phá hủy các chất hoạt tính sinh hoc cua ớt như hóc môn, màu, mùi vị, vitamin, protein. làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một trong những phương pháp đáp ứng được những yêu cầu khắc khe về chất lượng sản phẩm sau khi sấy.

Bởi vì tác nhân sây có độ âm thấp, nhiệt độ sây thấp nên giữ được màu sắc, mùi vị và hạn chế được sự thay đổi bất lợi so với các phương pháp sấy thông thường. Bên cạnh đó việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời là vấn đề cần được quan tâm với lý do tiết kiệm các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, bảo vệ môi trường, chống hiệu ứng nhà kính. Trong khi đó Trang 1 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lé Minh Nhut Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ § độ vĩ Bắc đến 23 độ vĩ Bắc, có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, bình quân có 2.500 giờ năng mỗi năm, trị số tong xạ từ 100 — 175 kcal/cm”/năm.

Việc sử dụng NLMT sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn, đồng thời, bảo đảm sự bền vững của môi trường. Chính vì những lý do đó tác giả đã nghiên cứu thực hiện luận văn “wghiên cứu thiết kế chế tạo và thực nghiệm máy say ot ste dung bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời năng suất 5kg/ mẻ dùng đề xuất khẩu”. * Vật liệu thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm được chọn trong nghiên cứu này là ớt. Lý do vì ớt là cây gia vi co gia tri kinh tế cao, không chỉ là gia vị tươi mà ớt còn được sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm và dược liệu để bào chế các thuốc trị ngoại khoa như phong thấp, nhức mỏi, cảm lạnh hay nội khoa như thương hàn, cảm phối, thiên thời.

Đặc biệt, Đồng Tháp là tỉnh có diện tích trồng ớt lớn nhất đồng bằng sông Cửu Long. Thông kê cho biết, năm 2013, diện tích trồng ớt của ĐT là 2.766 ha, với sản lượng đạt được là 30. Năm 2013, tổng thu nhập ớt của ĐT là 2.128 tỷ đồng và tổng lợi nhuận là 394 tỷ đồng. Ớt Đồng Tháp xuất khẩu 97,4% sản lượng, chủ yếu xuất sang thị trường Trung Quốc hơn 80% sản lượng ớt khô.

Tuy nhiên, ớt chủ yếu xuất khẩu tiểu ngạch sang Trung Quốc dưới dạng phơi khô chưa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Bên cạnh đó điều kiện thời tiết bất ôn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, làm cho viêc phơi khô càng gặp khó khăn. Từ thực trạng đó, trong đề tài nghiên cứu về mô hình máy sấy bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời. Tác giả đã chọn trái ớt chỉ thiên, vốn là một giống ớt địa phương trong nghiên cứu thực nghiệm, nhằm đánh giá hiệu suất làm việc của máy say, va phẩm chất của ớt sau sấy.

Thị trường xuất khâu chủ yếu mà dé tai nay hướng đến là thị trường Trung Quốc. Qua tìm hiểu và khảo sát đến các vùng chuyên canh ớt trên địa bàn tỉnh Đông Tháp, thì hiện nay chưa có một tiêu chuẩn cụ thể nào đối với ớt khô. Bộ khoa học và công nghệ đã ban hành tiêu chuẩn Việt Nam 2080:2007 về ớt chilli va 6t capsicum (nguyén quả hoặc dạng xay). tuy nhiên vẫn chưa có tiêu chuẩn nào đối với ớt khô được ban hành Người thương lái Trung Quốc khi đến mua ớt thường dựa trên cảm tính.

Điều đó làm cho việc thực hiện nghiên cứu này khó khăn trong việc đánh giá chất lượng của ớt sau sấy. Tuy nhiên để được người thương lái Trang 2 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lé Minh Nhut chấp nhận mua. Ớt phải đạt đủ độ khô và giữ được màu sắc đỏ.

Vay để đánh giá chất lượng của ớt say, tác giả đã sử dụng các thiết bị đo để thực hiện so sánh độ âm và màu sắc của ớt sây đối với ớt khô xuất khẩu đang có trên thị trường. Quá trình sẵy ớt thành phẩm phải qua các công đoạn như sau: - Cong doan 1: Chon Chon ớt chín đỏ, đều. Loại bỏ những quả có dẫu hiệu không đạt: -Công đoạn 2: Rửa sạch Rửa sạch bang nước âm, nhặt bỏ tạp chất. Có thể dùng vòi khí nén để làm sạch.

Sử dụng máy hoặc tay để loại bỏ cuống ớt. -Công đoạn 3: Chẩn Công đoạn này rất quan trọng, ảnh hưởng tới thời gian sấy và chất lượng ớt thành phẩm. Người ta chân ớt bằng nước nóng ở nhiệt độ 70-80 độ C trong thời gian 4-6 phút. Chân ớt sẽ giúp phân hủy các emzym kích thích quá trình ô-xy hóa mất màu và ảnh hưởng tới mùi vị tự nhiên của ớt, giúp sản phẩm ớt sấy sẽ bảo quản được lâu hơn nhiều.

Bên cạnh đó, việc chần nước nóng sẽ làm mềm và phá vỡ lớp mảng ngoài của ớt, để quá trình thoát âm diễn ra dễ dàng hơn. -Công đoạn 4: Sấy Tốt nhất sau khi chần, phải mang ớt vào lò sấy ngay. Sấy bằng mặt trời chi phí thấp nhất, nhưng lại quá phụ thuộc vào thời tiết nắng và khô. Sản phẩm lại không sạch nên khó xuất đi nước ngoài.

Phương pháp phố biến hiện nay là sấy gió nóng liên tục hoặc gián đoạn. Cần khống chế gió nóng thích hợp đề tránh biến đổi bất lợi cho sản phẩm. Dễ nhận thấy nhất là ảnh hưởng cho màu sắc khi nhiệt độ sấy quá cao và sây quá lâu. Sự tôn thất của các vitamin có lợi cũng tăng theo nhiệt độ.

-Công đoạn 5: Đóng gói Làm nguội ớt cho đến khi đạt nhiệt độ bình thường rồi đóng gói. Đóng gói ớt sấy trong bao tải sợi PP (bao dứa) có lót túi PE bên trong, khâu kín miệng và bảo quản ở kho khô ráo thoáng mát. Việc bảo quản ớt sấy cũng như các loại rau sấy khác là một điều hết sức quan tâm trong dây truyền công nghệ sây. Hàm lượng âm của ớt sấy khá thấp, khả năng hút âm rất mạnh nên bao bì phải đủ kín và môi trường trong kho tương đối khô.

Nếu ớt hút âm trở lại, vi sinh vật có điều kiện phát triển sẽ gây hư hỏng. Trang 3 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lé Minh Nhut 1. Tình hình nghiên cứu của đề tài > Tình hình nghiên cứu ở trong nước.

- Võ Mạnh Duy và Lê Chí Hiệp [I] đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay. Kết quả thực nghiệm cho thấy cà rốt được sấy ở chế độ nhiệt độ là 40°C, vận tốc tác nhân sấy là 2,5 m/s đạt hiệu suất tách âm tốt nhất, sản phẩm sấy giữ được màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng và mùi sắc tốt hơn so với các phương pháp sấy thông thường. \ z “ £ bas i ` ể os ` > = / \— Aifesssa | ' \Esssa~ | \` i; 'Ẩ - << /- cS<-= ¬ \ Tí L1 — 244513 | Yr , ' lb°ce=< Feo soe i cơ: 3 bool a. Sela = 4 “°b=-=- 2S‘Polo Sota _~ - ` - cs — = a oles ~ Y 3 —=—= blot a | ©<=<== Ss r, > VV pS ols J=elSolta i _ ` ` Pa on.

z i Y ic DO : + Si J ; =Qa > i i 11 a oe ——— (c1 [ec )} <4 2 5 ` ; - * i — * .1: Sơ đồ nguyên lý mô hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay - Bùi Tuân Sơn và Võ Như Quang [2] đã xác định mối quan hệ giữa chế độ sây và thời gian sấy. So với chế độ sấy liên tục thì thời gian sẵy của chế độ sấy dịu tăng lên nhưng thời gian làm việc của hệ thống lại giảm nên công suất điện tiêu thụ thấp hơn so với chế độ sấy liên tục. Tác giả cũng so sánh kết quả khi sấy bằng bơm nhiêt và kết quả khi sấy băng điện trở, kết quả cho thấy sấy bằng bơm nhiệt giữ được màu sắc và mùi vị tự nhiên hơn so với phương pháp sây băng điện trở.2: Hình dạng thực tế mô hình sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay. Trang 4 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS.

Lé Minh Nhut - Hoàng Ngọc Đồng và Lê Minh Trí [3] đã nghiên cứu mô hình sấy bơm nhiệt tại trường đại học công nghiệp Huế. Một số thực nghiệm trên mô hình đã cho thay: khi giảm tỷ số nén của bơm nhiệt, nhiệt độ sấy tăng mạnh, độ âm giảm nhiều. Tác giả cũng đề xuất nhiệt độ bay hơi hợp lý nhất là từ -5°C đến 0°C. Tác giả kết luận khi sấy bằng bơm nhiệt thì thời gian sấy và lượng điện tiêu thụ đều giảm hon so với sây bằng điện trở do độ âm tác nhân sấy giảm mạnh nên chênh lệch áp suất hơi nước trong tác nhân sấy tăng lên nhiều, làm giảm thời gian sấy.

an 9 Ai 2 ——= —_ KK dm KK khé a) So d6 nguyén ly b) Cau tao Hình 1.3: Sơ đô nguyên lý và cầu tạo của máy sây bơm nhiỆt.