Tính toán và thiết kế mô hình thực nghiệm sấy lạnh ứng dụng để sấy gỗ

Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH ỨNG DỤNG ðỂ SẤY GỖ CALCULATING AND DESIGNING EXPERIMENTAL MODEL FOR COLD DRYING APPLYING FOR WOOD DRYING SVTH: TRẦN QUỐC DŨNG – NGUYỄN VĂN MINH Lớp:05N1-Khoa CNNðL-ðại học Bách Khoa ðà Nẵng GVHD: TS. TRẦN VĂN VANG Khoa Công nghệ Nhiệt-ðiện lạnh-ðại học Bách Khoa ðà Nẵng TÓM TẮT Bài báo mô tả chi tiết cấu tạo máy sấy bơm nhiệt, các quy trình sấy, các bài thí nghiệm và trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñối với loại gỗ ñược chọn ñể thí nghiệm. Từ các kết quả sấy thực nghiệm, chúng tôi phân tích và ñánh giá chất lượng gỗ sấy ñồng thời chọn chế ñộ sấy với thời gian sấy ngắn mà chất lượng gỗ không ảnh hưởng gì nhiều. ABSTRACT The article describes structured heat pump dryer, drying process, all experiments and presented result of experimental studies for wood selected for the experiment. From the experimental results of drying, we analyze and evaluate the quality wood drying simultaneously select drying mode for a short time but does not affect much quality wood 1. Mở ñầu Gỗ là loại vật liệu bền nhẹ,ñược sử dụng nhiều trong sinh hoạt ñời sống, cũng như công nghiệp.Tuy nhiên việc chế biến gỗ bằng phương pháp thông thường còn tốn nhiều thời gian và chất lượng gỗ kém.Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh là ñiều cần thiết. Bởi theo lý thuyết thì sấy lạnh cho phép sấy vật liệu nhanh mà lại ñảm bảo chất lượng vật sấy tốt nhất. 2. Nội dung 2.1. Thiết bị sấy thực nghiệm 2.1.1. Cấu tạo - Buồng sấy: Buồng sấy thực nghiệm có kích thước 1160Lx830Wx940H (mm). Bên trong có xếp gỗ, 1 quạt tuần hoàn cưỡng bức công suất 160 W - Bơm nhiệt: Máy nén 12000 BTU/h; 2 dàn lạnh diện tích 2x 0,19 m2, 3 dàn nóng diện tích 3 x 0,25 m2, bình chứa cao áp; 2 ống mao, ñiện trở công suất 0,7 kW, quạt hút (hướng trục) 130kW Hệ thống còn lắp các thiết bị tự ñông ñiều khiển như cảm biến nhiệt ñộ, ñộ ẩm, các van ñiện từ … ñể ñiều khiển tự ñộng duy trì nhiệt ñộ và ñộ ẩm Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt ñã thực hiện 2.1.2. Nguyên lý hoạt ñộng Không khí ñược quạt hút, hút vào dàn lạnh và ñược làm lạnh xuống dưới nhiệt ñộ ñọng sương nên ẩm sẽ ngưng tụ và tách ra khỏi không khí.Dung ẩm của không khí giảm xuống nhưng do nhiệt ñộ cũng giảm nên ñộ ẩm tương ñối của không khí sau dàn lạnh cao.Không khí tiếp tục ñược quạt hút về dàn nóng và ñược gia nhiệt ñẳng dung ẩm nên ñộ ẩm của không khí giảm mạnh.Sau ñó không khí ñược ñưa về buồng sấy, hấp thụ ẩm của gỗ. ðộ ẩm tương ñối của không khí tăng và không khí ñược hút về dàn lạnh. Chu trình cứ thế tiếp tục. 3 15 0 415126 7 5 814 9 1 10 11 3 2 13 1155 25 0 Hình 1. Sơ ñồ cấu tạo máy sấy bơm nhiệt 1-Bọc cách nhiệt; 2-Khung sắt; 3-Quạt hướng trục; 4-Máy nén; 5-Dàn lạnh; 6-Máng hứng nước; 7-Dàn nóng ngoài; 8-Dàn nóng trong; 9-ðiện trở; 10-Tấm hướng dòng; 11-Buồng sấy; 12-Kính xem ga; 13-Ống mao;14-Lọc bụi;15-Bình chứa cao áp Hình 2: Mô hình máy sấy bơm nhiệt Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 2.2. Quy trình thực nghiệm sấy gỗ Gỗ ñược lựa chọn ñể sấy thí nghiệm là gỗ thông 2.2.1. Chuẩn bị gỗ sấy Gỗ sấy có kích thước 710Lx100Wx25H (mm). Các thanh kê có kich thước 25x25x600 (mm).Gỗ ñược xêp ñống ñầy trong buồng sấy. 2.2.2. Chọn chế ñộ sấy thực nghiệm Ta tiến hành 2 phương pháp sấy: - Giữ nguyên chế ñộ sấy gỗ ( nhiệt ñộ, ñộ ẩm) cho ñến khi gỗ ñạt ñộ ẩm yêu cầu.Ta tiến hành 2 bài thí nghiệm ở nhiệt ñộ 20 và 25oC , ñộ ẩm thấp nhất có thể. - Thay ñổi chế ñộ sấy (nhiệt ñộ, ñộ ẩm) tùy thuộc từng giai ñoạn bốc ẩm của gỗ 2.2.3. Phương pháp lấy số liệu a. Xác ñịnh ñộ ẩm gỗ - ðo ñộ ẩm gỗ:Chọn một số thanh ngẫu nhiên ño ñộ ẩm, sau ñó lấy giá trị trung bình là ñộ ẩm ban ñầu của gỗ ñưa vào sấy. Các thanh gỗ có ñộ ẩm quá cao hoặc quá thấp sẽ loại ra. - Bố trí các mẫu gỗ phải thông qua việc lựa chọn tiêu chuẩn ñể mẫu gỗ ñại diện thích hợp nhất cho toan bộ ñống gỗ.Mặt khác cách sắp xếp phải sao cho dễ lấy ra và xếp vào vị trí trong việc kiểm tra ñịnh kỳ suốt quy trình sấy gỗ - ðo ñộ ẩm của gỗ nhờ thiết bị ño ñộ ẩm gỗ cầm tay - Trong quá trình sấy, cứ 6 tiếng lấy mẫu ra ño lại ñộ ẩm gỗ 1 lần b. Xác ñịnh trạng thái không khí trong phòng - Dùng sensor cảm biến nhiệt ñộ và ñộ ẩm trong phòng - Thiết bị ño tốc ñộ gió trong phòng c. Xác ñịnh chất lượng gỗ sấy - ðộ cong vênh, nứt nẻ dẫn ñến không sử dụng vào các mặt hàng cùng loại ñã ñịnh ra ban ñầu. - Sự ñồng ñều về ñộ ẩm trong ñống gỗ và trong từng thanh gỗ sấy - ðộ chai cứng, nhăn nhúm bề mặt gỗ gây khó khăn và hao hụt gỗ trong quá trình chế biến hàng mộc - Ít co giãn và biến dạng trong quá trình sản xuất cũng như sử dung sản phẩm sau này. 2.3. Kết quả thực nghiệm Sau khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi ñã tổng hợp kết quả nghiên cứu thí nghiệm theo các ñồ thị quan hệ dưới ñây. Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 4 2.3.1. Giữ nguyên chế ñộ sấy Chúng ta tiến hành sấy gỗ thông ở 2 chế ñộ nhiệt ñộ, ñộ ẩm từ ñó xác ñịnh ñộ ẩm của gỗ theo thời gian. Kết quả ñược biểu diễn trên hình 3 Hình 2.3. Sự thay ñổi ñộ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông Kết quả - Thời gian sấy nhanh (3-4 ngày) hơn khi sấy bằng phương pháp sấy nóng (7-10 ngày). Vì khi sấy bằng bơm nhiệt không có giai ñoạn phun ẩm bổ sung ñồng thời gradient nhiệt ñộ và ñộ ẩm có xu hướng cùng chiều nhau nên sẽ thúc ñảy quá trình tách nước ra khỏi gỗ. - Trên bề mặt gỗ bị nứt nẻ nhiều vì khi ñộ ẩm gỗ ñạt ñến trạng thái bão hòa thớ gỗ wbhtg (25%< wbhtg<30%) ta vẫn giữ nguyên chế ñộ sấy với thế sấy lớn mà trong giai ñoạn này gỗ thường hay bị cong vênh, biến dạng. Nhận xét Từ kết quả nghiên cứu trên ta rút ra ñược chế ñộ sấy gỗ phải phải thay ñổi qua 3 giai ñoạn: + Giai ñoạn thoát ẩm tự do (w> 30%): là giai ñoạn ẩm thoát ra nhiều nên thế sấy lớn + Giai ñoạn gỗ có ñộ ẩm nằm trong khoang ñộ ẩm bão hòa thớ gỗ(wbhtg=25-30%): Giai ñoạn này gỗ thường cong vênh, biến dạng nên thế sấy phải nhỏ + Giai ñoạn thoát ẩm liên kết: (w<20%) cần tăng thế sấy ñể rút ngắn thời gian sấy. 2.3.2. Thay ñổi chế ñộ sấy Ta tiến hành chế ñộ sấy: Giai ñoạn ñầu, ta tiến hành chế ñộ sấy ở nhiệt ñộ 25oC cho ñến khi ñộ ẩm của gỗ còn 30% Giai ñoạn tiếp theo, ta tiến hành chế ñộ sấy dịu ở nhiệt ñộ 18oC cho ñến khi ñộ ẩm của gỗ còn 20% Giai ñoạn cuối, ta tiến hành chế ñộ sấy ở nhiệt ñộ 25oC cho ñến khi gỗ khô kiệt Tuyển tập Báo cáo Hi ngh Sinh viên Nghiên cu Khoa hc lần thứ 7 ðại học ðà Nẵng năm 2010 5 Kết quả thí nghiệm ñược biễu diễn trên ñồ thị hình 4 Hình 2.4. Sự thay ñổi ñộ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông Kết quả - Chất lượng gỗ tốt hơn hẳn, tỷ lệ gỗ bị nứt nẻ ít hơn nhiều so với sấy một chế ñộ, các thanh nứt nẻ chủ yếu là do ñộ ẩm của gỗ ban ñầu ñưa vào sấy không ñồng ñều. - Thời gian sấy tăng lên do phải duy trì chế ñộ sấy dịu ở giai ñoạn ñộ ẩm của gỗ nằm trong khoảng 20-30%. 3. Kết luận Từ thực nghiệm nghiên cứu, sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ñã ñạt ñược những hiệu quả nhất ñịnh: thời gian sấy ñược rút ngắn mà chất lượng gỗ không bị thay ñổi nhiều, chi phí năng lượng thấp…Vì vậy việc sử dụng bơm nhiệt ñể sấy gỗ cần ñược tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện ñể tìm ra chế ñộ sấy tối ưu, nhằm ñưa phương pháp sấy này ứng dụng vào thực tế với quy mô công nghiệp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Trần Văn Vang (2010), “Nghiên cứu thực nghiệm sấy gỗ”, Tạp chí KH & CN, ðại học ðà Nẵng, số 2(37).2010, tr. 100–110. [2] GS-TSKH Trần Văn Phú, “Tính toán thiết kế hệ thống sấy”, NXB Giáo dục 2002. [3] PGS.TS Hoàng Ngọc ðồng (2009), “Nghiên cứu ảnh hưởng của cách bố trí dàn lạnh và tốc ñộ gió ñến khả năng tách ẩm từ dàn lạnh của may sấy kiểu bơm nhiệt”, Tạp chí KH & CN, ðại học ðà Nẵng, số 5(34).2009, tr. 37– 43.