Báo cáo Ứng dụng vi điều khiển nhiệt độ khí sấy nông sản dạng hạt

B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -1- PhÇn 1 më ®Çu ViÖt Nam lµ ®Êt n−íc n»m trong vïng nhiÖt ®íi giã mïa, quanh n¨m Èm −ít. Thiªn nhiªn ®· −u ®·i cho chóng ta nhiÒu vïng ®Êt thuËn lîi cho ph¸t triÓn n«ng nghiÖp. HiÖn nay, tû träng n«ng nghiÖp trong nÒn kinh tÕ quèc d©n ®· gi¶m nh−ng nã vÉn lµ mét trong c¸c ®éng lùc chÝnh ®Ó ph¸t triÓn kinh tÕ ®Êt n−íc. §¶ng vµ Nhµ n−íc lu«n lu«n ®Ò ra nh÷ng môc tiªu vµ chÝnh s¸ch nh»m ph¸t triÓn mét nÒn s¶n xuÊt n«ng nghiÖp hiÖn ®¹i, v× vËy nh÷ng n¨m gÇn ®©y chóng ta ®· dµnh ®−îc nh÷ng thµnh tù to lín trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp: ®¶m b¶o æn ®Þnh l−¬ng thùc trong n−íc, khèi l−îng xuÊt khÈu ngµy cµng t¨ng, chÊt l−îng s¶n phÈm xuÊt khÈu ®−îc n©ng cao... Nhu cÇu l−¬ng thùc, thùc phÈm trªn thÕ giíi ngµy cµng t¨ng, ®i liÒn víi nã lµ nh÷ng yªu cÇu ngµy cµng kh¾t khe vÒ chÊt l−îng vµ an toµn cña s¶n phÈm. Nh÷ng yªu cÇu nµy lµ môc tiªu lín ®Ó chóng ta h−íng tíi mét nÒn n«ng nghiÖp tiªn tiÕn cã sù qu¶n lý trªn quy m« lín. MÆt kh¸c khèi l−îng s¶n phÈm lµm ra trong mét thêi vô lµ rÊt lín vµ kh«ng thÓ tiªu thô ngay t¹i thêi ®iÓm ®ã, v× vËy c«ng viÖc b¶o qu¶n sau thu ho¹ch ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng. §©y lµ vÊn ®Ò bøc xóc ®−îc nhiÒu ng−êi ®Çu t− quan t©m nghiªn cøu nh»m t×m ra mét biÖn ph¸p b¶o qu¶n tèt nhÊt, gi¶m thiÓu nh÷ng mÊt m¸t sau thu ho¹ch cho ng−êi n«ng d©n, ®ång thêi ®¶m b¶o chÊt l−îng cho s¶n phÈm phôc vô chÕ biÕn sau nµy. HÇu hÕt c¸c s¶n phÈm n«ng nghiÖp ë d¹ng h¹t nh−: lóa, ng«, ®ç, ®Ëu, võng... Ph−¬ng ph¸p b¶o qu¶n th«ng dông nhÊt lµ sÊy kh« s¶n phÈm ®Õn mét møc cÇn thiÕt. Tr−íc ®©y ng−êi d©n hay sö dông ph−¬ng ph¸p ph¬i n¾ng tù nhiªn hay sÊy thñ c«ng... Nh÷ng ph−¬ng ph¸p nµy cã nh−îc ®iÓm lµ n¨ng suÊt thÊp, s¶n phÈm kh«ng nh− ý muèn. HiÖn nay ®· cã nh÷ng thiÕt bÞ sÊy cã quy m« lín h¬n; tuy nhiªn còng chØ lµ c¸c thiÕt bÞ c¶i t¹o tõ nh÷ng thiÕt bÞ sÊy thñ c«ng cò, n¨ng suÊt sÊy cã t¨ng nh−ng chÊt l−îng kh«ng cao do con ng−êi vÉn can thiÖp vµo toµn bé qu¸ tr×nh sÊy; hoÆc lµ nh÷ng thiÕt bÞ sÊy quy m« c«ng nghiÖp ®−îc nhËp ngo¹i, ®−îc ®iÒu khiÓn tù ®éng nh−ng rÊt ®¾t tiÒn, kh«ng B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -2- phï hîp víi tói tiÒn cña ng−êi n«ng d©n. VËy vÊn ®Ò ®Æt ra lµ ph¶i chÕ t¹o ®−îc nh÷ng hÖ thèng, thiÕt bÞ sÊy quy m« võa vµ nhá, võa cã gi¸ thµnh rÎ l¹i cã nh÷ng tÝnh n¨ng tù ®éng ®iÒu khiÓn hiÖn ®¹i... VÊn ®Ò nµy mang tÝnh tr¸ch nhiÖm ®èi víi nh÷ng sinh viªn nghµnh c¬ ®iÖn chóng t«i. Do ®ã chóng t«i tiÕn hµnh thùc hiÖn ®Ò tµi: “ øng dông vi ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é khÝ sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t “. Môc ®Ých vµ yªu cÇu ®Æt ra cña ®Ò tµi lµ thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é khÝ sÊy sö dông vi ®iÒu khiÓn hä AVR. Néi dung cña ®Ò tµi gåm s¸u néi dung chÝnh: 1. Tæng quan hÖ thèng sÊy. 2. Tæng hîp hÖ thèng sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t. 3. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é khÝ sÊy. 4. Nghiªn cøu phÇn lËp tr×nh cho m¹ch ®iÒu khiÓn. 5. L¾p r¸p m¹ch vµ kh¶o s¸t. 6. KÕt luËn vµ ®Ò nghÞ. phÇn 2 Néi dung B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -3- Ch−¬ng1: Tæng quan chung vÒ sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t 1. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña n«ng s¶n d¹ng h¹t N«ng s¶n d¹ng h¹t lµ mét trong nh÷ng ®Æc tr−ng, lµ s¶n phÈm chñ yÕu cña s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. N«ng s¶n d¹ng h¹t cã nhiÒu h×nh d¸ng, kÝch cì, mµu s¾c vµ kiÓu vá cøng, mÒm kh¸c nhau… T¹i thêi ®iÓm thu ho¹ch, l−îng Èm trong h¹t ®· gi¶m xuèng, tuy nhiªn tû lÖ vÉn cßn rÊt lín. Èm trong h¹t tån t¹i ë hai d¹ng: n−íc tù do vµ n−íc liªn kÕt. N«ng s¶n d¹ng h¹t thuéc lo¹i vËt liÖu keo xèp mao dÉn cã tÝnh ®µn håi co gi·n, khi hót Èm th× tr−¬ng në, khi tho¸t Èm th× co ngãt, khi kh« qu¸ th× h¹t trë nªn gißn. Khi cßn ë trªn c©y, h¹t hót Èm tõ m«i tr−êng vµ nhËn Èm tõ c©y ®−a lªn, Èm nµy võa ë d¹ng láng, võa ë d¹ng khÝ. Khi bÞ thÊm −ít Èm láng ngÊm vµo trong h¹t, dêi chuyÓn trong h¹t b»ng c¸ch thÈm thÊu qua v¸ch tÕ bµo. Èm liªn kÕt trong h¹t ®−îc chia thµnh ba nhãm lín: Èm liªn kÕt ho¸ häc, Èm liªn kÕt ho¸ lý vµ Èm liªn kÕt c¬ lý. Èm liªn kÕt ho¸ häc lµ thµnh phÇn Èm liªn kÕt víi thµnh phÇn kh« ®Ó t¹o thµnh mét bé phËn trong thµnh phÇn ho¸ häc cña vËt chÊt. Thµnh phÇn Èm nµy ®¶m b¶o tÝnh v÷ng bÒn cña h¹t v× vËy qu¸ tr×nh sÊy kh«ng t¸ch lo¹i Èm nµy ra khái h¹t. Èm liªn kÕt ho¸ lý cã hai lo¹i: liªn kÕt hÊp thô vµ liªn kÕt thÈm thÊu. Liªn kÕt hÊp thô ®−îc sinh ra do lùc hót cña c¸c phÇn tö bÒ mÆt h¹t víi c¸c phÇn tö n−íc trong m«i tr−êng lín h¬n lùc liªn kÕt gi÷a chóng lµm cho c¸c phÇn tö n−íc tõ m«i tr−êng bÞ hót dÝnh vµo bÒ mÆt h¹t. Lùc liªn kÕt hÊp thô bÞ yÕu dÇn khi bÒ dµy ph©n tö n−íc bÞ hÊp thô t¨ng lªn. NÕu ®é Èm cña m«i tr−êng kh«ng khÝ kh«ng ®æi th× ®Õn mét lóc nµo ®ã qu¸ tr×nh hÊp thô sÏ bÞ ngõng l¹i, ¸p suÊt h¬i n−íc trªn bÒ mÆt vËt b»ng ¸p suÊt h¬i n−íc trong kh«ng khÝ. Lóc ®ã h¹t ë trong tr¹ng th¸i c©n b»ng Èm víi m«i tr−êng. §é Èm c©n b»ng øng víi tr−êng hîp kh«ng khÝ b·o hoµ h¬i n−íc ®−îc gäi lµ ®é Èm b·o hoµ cña h¹t. Trong qu¸ tr×nh hÊp thô, n−íc chuyÓn tõ tr¹ng th¸i h¬i trong kh«ng khÝ sang tr¹ng th¸i láng trong h¹t v× vËy nhiÖt ®−îc to¶ ra, h¹t cã thÓ bÞ B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -4- nÐn Ðp do t¸c dông cña lùc liªn kÕt gi÷a líp Èm bÞ hÊp thô vµ h¹t. ®Ó t¸ch Èm hÊp thô ra khái h¹t ph¶i cÊp mét nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó Èm chuyÓn tõ d¹ng láng sang d¹ng h¬i th¾ng ®−îc lùc hÊp thô bÒ mÆt vµ bay vµo m«i tr−êng xung quanh. Liªn kÕt thÈm thÊu lµ mèi liªn hÖ ho¸ lý gi÷a n−íc víi vËt r¾n khi cã sù chªnh lÖch nång ®é c¸c chÊt hoµ tan ë ngoµi vµ trong tÕ bµo. Qu¸ tr×nh thÈm thÊu kh«ng kÌm theo hiÖn t−îng to¶ nhiÖt. Thùc chÊt n−íc thÈm thÊu vµo trong tÕ bµo kh«ng kh¸c n−íc b×nh th−êng, kh«ng cã c¸c chÊt hoµ tan bëi c¸c chÊt hoµ tan kh«ng khuÕch t¸n cïng víi n−íc vµo trong tÕ bµo. N¨ng l−îng liªn kÕt thÈm thÊu rÊt nhá. Liªn kÕt c¬ lý gi÷a n−íc vµ vËt liÖu h×nh thµnh do søc c¨ng bÒ mÆt trong c¸c mao dÉn hoÆc trªn c¸c mao dÉn, hoÆc trªn c¸c bÒ mÆt ngoµi cña vËt. Mèi liªn kÕt c¬ lý ®−îc chia lµm ba lo¹i: liªn kÕt cÊu tróc, liªn kÕt mao dÉn vµ liªn kÕt dÝnh −ít. Liªn kÕt cÊu tróc gi÷a n−íc vµ vËt liÖu lµ mèi liªn kÕt do qu¸ tr×nh h×nh thµnh vËt. §Ó t¸ch n−íc trong tr−êng hîp nµy cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p nÐn Ðp hoÆc ph−¬ng ph¸p bay h¬i. Liªn kÕt mao dÉn lµ do n−íc th©m nhËp vµo c¸c èng mao dÉn trong cÊu t¹o cña vËt khi bÞ nhóng n−íc hay do n−íc ng−ng tô trªn bÒ mÆt vËt. Èm mao dÉn ®−îc t¸ch ra b»ng c¸ch bay h¬i hay b»ng ¸p suÊt lín h¬n ¸p suÊt mao dÉn. Liªn kÕt dÝnh −ít lµ do n−íc b¸m dÝnh vµo bÒ mÆt tù do. Liªn kÕt dÝnh −ít dÔ t¸ch ra khái vËt b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ häc hoÆc ph−¬ng ph¸p sÊy bay h¬i. §é Èm cña h¹t ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng sau: - §é Èm tuyÖt ®èi: Lµ tû sè gi÷a l−îng h¬i n−íc chøa trong h¹t chia cho khèi l−îng phÇn kh« cña h¹t theo c«ng thøc: 100(%) kG nG 0W = Trong ®ã: Gn - L−îng n−íc chøa trong vËt (kg) chøa trong Gk (kg) vËt kh« tuyÖt ®èi. - §é Èm t−¬ng ®èi: Lµ tû sè khèi l−îng n−íc chøa trong vËt chia cho khèi l−îng cña vËt: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -5- 100(%) kGnG nG G nG W +== Trong ®ã: G = Gk + Gn Khèi l−îng cña vËt (kg) 100(%) 1000W 0WW += - §é chøa Èm: Lµ khèi l−îng n−íc tÝnh b»ng kg chøa trong 1kg vËt kh« tuyÖt ®èi. §é chøa Èm u ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (kg/kg) kG nGu = Nh− vËy: W0 = 100u(%). Mét ®Æc tr−ng c¬ b¶n n÷a cña n«ng s¶n d¹ng h¹t lµ tÝnh chÊt nhiÖt vËt lý cña nã. TÝnh chÊt nµy ¶nh h−ëng trùc tiÕp lªn qu¸ tr×nh sÊy vµ tiªu hao nhiÖt l−îng trong qu¸ tr×nh sÊy. TÝnh chÊt nhiÖt vËt lý ®−îc biÓu hiÖn th«ng qua gi¸ trÞ nhiÖt dung riªng vµ hÖ sè dÉn nhiÖt. NhiÖt dung riªng cña vËt liÖu Èm ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: nGkG nGnCGkCC + += (J/Kg.0C) 100 W).kCn(CkCC −+= Trong ®ã: Ck, Cn - nhiÖt dung riªng cña vËt kh« vµ n−íc (J/Kg. 0C) Gk, Gn - khèi l−îng cña vËt kh« vµ khèi l−îng n−íc. HÖ sè dÉn nhiÖt ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt tõ bÒ mÆt vµo t©m h¹t. HÖ sè nµy phô thuéc vµo cÊu tróc cña h¹t, ®é Èm vµ nhiÖt ®é cña h¹t. §©y lµ th«ng sè rÊt phøc t¹p vµ khã x¸c ®Þnh, ¶nh h−ëng trùc tiÕp lªn qu¸ tr×nh sÊy. Tuy nhiªn ®©y lµ hÖ sè dÉn nhiÖt Ýt ®−îc quan t©m trong qu¸ tr×nh sÊy tÜnh ®èi l−u víi tèc ®é dßng khÝ nhá, nghÜa lµ hÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi l−u nhá vµ h¹t ®−îc xem t−¬ng ®−¬ng nh− vËt máng. 2. C«ng nghÖ sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t Muèn b¶o qu¶n ®−îc l©u dµi, phôc vô tèt cho viÖc chÕ biÕn sau nµy th× h¹t n«ng s¶n cÇn ®−îc sÊy(lµm kh«) ®Õn mét ®é Èm phï hîp. Yªu cÇu c¬ b¶n B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -6- cña h¹t n«ng s¶n sau khi sÊy lµ ph¶i ®¶m b¶o ®−îc chÊt l−îng cÇn thiÕt cña h¹t sÊy vµ khèi h¹t. H¹t sÊy kh«ng bÞ r¹n nøt ngÇm trong h¹t vµ ®èt nãng qu¸ møc cho phÐp; ®èi víi h¹t ®Ó lµm gièng cho nh÷ng vô kÕ tiÕp th× viÖc sÊy l¹i cã nh÷ng yªu cÇu kh¾t khe h¬n, nhÊt lµ vÒ nhiÖt ®é. H¹t lµ c¬ thÓ sèng nªn phÇn ph«i trong h¹t chØ cã thÓ chÞu ®Õn mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, nÕu nhiÖt ®é th©n h¹t qu¸ cao sÏ lµm xÊu ®i qu¸ tr×nh n¶y mÇm vµ ph¸t triÓn cña mÇm h¹t sau nµy, hoÆc thËm chÝ cã thÓ lµm mÊt ®i kh¶ n¨ng n¶y mÇm cña h¹t. Nguyªn nh©n g©y r¹n nøt ngÇm trong h¹t lµ do øng suÊt c¬ nhiÖt ph¸t sinh gi÷a c¸c vïng trong h¹t. øng suÊt nµy xuÊt hiÖn khi tèc ®é bèc h¬i bÒ mÆt h¹t qu¸ lín lµm líp bÒ mÆt kh« nhanh trong khi c−êng ®é di chuyÓn Èm tõ vïng trung t©m ra mÆt h¹t qu¸ nhá t¹o ra sù chªnh lÖch lín vÒ ®é Èm trong h¹t. §èi víi khèi h¹t yªu cÇu c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh sÊy lµ ph¶i ®¶m b¶o sù ®ång ®Òu ®é Èm trong khèi h¹t. Th«ng qua c¸c tµi liÖu nghiªn cøu khoa häc ta cã ®−îc: ®é Èm b¶o qu¶n mét sè lo¹i h¹t vµ nhiÖt ®é ®èt nãng cho phÐp cho trong B¶ng 1. B¶ng 1. NhiÖt ®é ®èt nãng cho phÐp vµ ®é Èm gíi h¹n Tªn n«ng s¶n §é Èm giíi h¹n NhiÖt ®é ®èt nãng h¹t khi sÊy (0C) Lóa Ng« §Ëu L¹c Võng ThÇu dÇu 13÷13,5 13÷13,5 11÷12 8÷9 7÷8 6÷7 35 50 30 50 50 50 SÊy lµ mét trong nh÷ng c«ng ®o¹n quan träng nhÊt cña c«ng nghÖ sau thu ho¹ch. Thùc tÕ cã hai ph−¬ng ph¸p sÊy chÝnh lµ: ph−¬ng ph¸p sÊy tù nhiªn vµ ph−¬ng ph¸p sÊy nh©n t¹o. + Ph−¬ng ph¸p sÊy tù nhiªn: N«ng s¶n sau khi ®−îc thu ho¹ch ®−îc ®em ra ph¬i trùc tiÕp d−íi ¸nh n¾ng mÆt trêi, hoÆc gi¸n tiÕp qua c¸c thiÕt bÞ sÊy mÆt trêi. Nguån bøc x¹ hång B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -7- ngo¹i tõ mÆt trêi sÏ ®èt nãng h¹t n«ng s¶n vµ lµm bay h¬i Èm cã trong n«ng s¶n. Ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc sö dông tõ rÊt l©u vµ ®Õn nay nã vÉn ®−îc sö dông nh− lµ mét ph−¬ng ph¸p chÝnh ë nhiÒu vïng s¶n xuÊt n«ng nghiÖp trªn c¶ n−íc. Ph−¬ng ph¸p sÊy tù nhiªn cã −u ®iÓm lµ nguån n¨ng l−îng rÊt dåi dµo vµ rÎ tiÒn, thiÕt bÞ sÊy ®¬n gi¶n... do ®ã sÏ gi¶m ®−îc gi¸ thµnh s¶n xuÊt. MÆt kh¸c ph−¬ng ph¸p sÊy tù nhiªn còng cã kh«ng Ýt nh−îc ®iÓm nh−: tèn diÖn tÝch sö dông cho viÖc ph¬i n¾ng, nhiÖt l−îng sÊy kh«ng liªn tôc vµ ®ång ®Òu, phô thuéc nhiÒu vµo ®iÒu kiÖn tù nhiªn, khã cã thÓ ®iÒu chØnh l−îng nhiÖt... + Ph−¬ng ph¸p sÊy nh©n t¹o: §Ó cã thÓ lµm kh« mét khèi l−îng lín s¶n phÈm trong thêi gian ng¾n vµ chñ ®éng thùc hiÖn qu¸ tr×nh sÊy ë mäi ®iÒu kiÖn thêi tiÕt, ng−êi ta sö dông ph−¬ng ph¸p sÊy nh©n t¹o. Ph−¬ng ph¸p nµy ®¾t tiÒn h¬n vµ phøc t¹p h¬n ph−¬ng ph¸p sÊy tù nhiªn, nh−ng nã lµ ®iÒu cÇn thiÕt ®Ó cã ®−îc s¶n phÈm ®ång nhÊt ®em ra thÞ tr−êng. Nguån nhiÖt l−îng ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh sÊy ®−îc t¹o ra b»ng nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau. Ngµy nay, c¸c thiÕt bÞ sÊy ®−îc chÕ t¹o dùa trªn mét hay kÕt hîp nhiÒu ph−¬ng ph¸p sÊy kh¸c nhau. Ph−¬ng ph¸p sÊy ®−îc sö dông réng r·i nhÊt ®Ó sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t lµ sÊy ®èi l−u. Ph−¬ng ph¸p sÊy ®èi l−u cã t¸c nh©n sÊy lµ kh«ng khÝ nãng, nhiÖt l−îng ®−îc truyÒn tõ t¸c nh©n sÊy sang h¹t sÊy b»ng ph−¬ng ph¸p ®èi l−u, n¨ng l−îng truyÒn nhiÖt ®èi l−u sÏ ®èt nãng h¹t vµ lµm bèc h¬i n−íc tõ bÒ mÆt h¹t. H¬i n−íc bèc ra tõ h¹t sÏ ®−îc dßng khÝ mang theo ra ngoµi. S¬ ®å m« t¶ qu¸ tr×nh sÊy ®èi l−u: t0,d0,φ0 t1,d1,φ1 t2,d2,φ2 H×nh 1: S¬ ®å m« t¶ qu¸ tr×nh sÊy ®èi l−u Kh«ng khÝ nãng mang Èm Buång t¹o nhiÖt Buång sÊy ®èi l−u Kh«ng khÝ B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -8- Trong ®ã: tx,dx,φx lÇn l−ît lµ nhiÖt ®é, l−îng Èm, thuû phÇn cña dßng khÝ. Ph−¬ng ph¸p sÊy ®èi l−u ®−îc ph©n thµnh hai nhãm phô thuéc vµo tr¹ng th¸i cña h¹t Èm trong qu¸ tr×nh sÊy. NÕu khèi h¹t sÊy bÊt ®éng cßn qu¸ tr×nh sÊy ®−îc h×nh thµnh do dßng khÝ nãng chuyÓn ®éng luån l¸ch gi÷a líp h¹t th× qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ sÊy tÜnh. Ng−îc l¹i, tr−êng hîp h¹t sÊy chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu víi dßng khÝ sÊy th× qu¸ tr×nh sÊy ®−îc gäi lµ sÊy ®éng. - ThiÕt bÞ sÊy tÜnh th−êng ®−îc thiÕt kÕ theo hai d¹ng lµ d¹ng hÇm vµ d¹ng cét: H×nh 2: M« h×nh thiÕt bÞ sÊy kiÓu hÇm B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -9- H×nh 3: M« h×nh thiÕt bÞ sÊy kiÓu cét Trong nh÷ng thiÕt bÞ sÊy nµy, t¸c nh©n sÊy ®i tõ d−íi lªn trªn xuyªn qua líp liÖu. Qu¸ tr×nh luån l¸ch qua líp liÖu khÝ nãng sÏ truyÒn nhiÖt l−îng cña m×nh sang cho líp liÖu ®Ó ®èt nãng nã vµ cho n−íc bèc lªn tõ liÖu sÊy. H¬i n−íc bèc ra ®−îc dßng khÝ sÊy cuèn theo vµ ®−a ra ngoµi. Râ rµng líp liÖu d−íi cïng sÏ tiÕp xóc víi dßng khÝ sÊy cã nhiÖt ®é cao, ®é Èm thÊp nªn sÏ ®−îc ®èt nãng nhanh h¬n vµ còng kh« nhanh h¬n. Cµng lªn cao nhiÖt ®é cña khÝ sÊy cµng gi¶m cßn ®é Èm cµng t¨ng, v× vËy tèc ®é ®èt nãng cña liÖu cµng chËm, vËt liÖu sÊy l©u kh« h¬n. Nh− vËy nh−îc ®iÓm cña nh÷ng thiÕt bÞ sÊy nµy lµ qu¸ tr×nh sÊy kh«ng ®ång ®Òu. Tuy nhiªn −u ®iÓm cña thiÕt bÞ sÊy nµy lµ ®−îc t¹o nªn tõ nh÷ng vËt liÖu ®¬n gi¶n gi¸ thµnh rÎ, thÝch hîp víi quy m« hé n«ng d©n. - ThiÕt bÞ sÊy ®éng gåm cã thiÕt bÞ sÊy mÎ vµ thiÕt bÞ sÊy tuÇn hoµn. Sù kh¸c biÖt chÝnh lµ sù chuyÓn ®éng ®¶o trén cña h¹t liÖu trong qu¸ tr×nh sÊy, v× vËy qu¸ tr×nh sÊy lµ ®ång ®Òu. Khi sÊy b»ng thiÕt bÞ sÊy mÎ, tõng mÎ liÖu ®−îc B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -10- sÊy kh« tr−íc råi ®Õn mÎ liÖu kh¸c. SÊy tuÇn hoµn th× ng−îc l¹i, h¹t liÖu ®−îc ra vµo tuÇn hoµn ®Õn khi nµo kh« ®ång ®Òu th× kÕt thóc qu¸ tr×nh sÊy. ● Mét sè thiÕt bÞ sÊy cã quy m« lín: Sù khã kh¨n vÒ mÆt b»ng s¶n xuÊt ®· khiÕn cho nh÷ng thiÕt bÞ sÊy nhá quy m« hé gia ®×nh nhiÒu khi còng kh«ng thÝch øng, cÇn thiÕt ph¶i cã nh÷ng thiÕt bÞ sÊy quy m« lín h¬n mang kiÓu d¸ng c«ng nghiÖp. D−íi ®©y lµ h×nh ¶nh mét sè thiÕt bÞ sÊy cã quy m« c«ng nghiÖp ë ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi: H×nh 4. ThiÕt bÞ sÊy kiÓu b¨ng t¶i 1 - PhÔu ®æ nhiªn liÖu 2 - Buång sÊy 3 - B¨ng t¶i 4 - Qu¹t ®Èy 5 - Calorife 6 - Cöa x¶ nguyªn liÖu 7 - Cöa tho¸t khÝ th¶i B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -11- H×nh 5. ThiÕt bÞ sÊy kiÓu thïng quay 1 - Thïng quay 2 - Lß sÊy 3 - Buång trung gian 4 - Cöa tho¸t khÝ th¶i 5 - Cöa x¶ nguyªn liÖu H×nh 6. ThiÕt bÞ sÊy b¨ng t¶i 1 - PhiÔu chøa nhiªn liÖu 2 - B¨ng t¶i 3 - Buång ®èt 4 - VÝt t¶i 5, 7 - Qu¹t hót 6 - T−êng chÊn B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -12- H×nh 7. ThiÕt bÞ sÊy h¹t theo chu kú 1 - PhiÔu tiÕp liÖu 2 - Gµu t¶i 3 - M¸y liªn hoµn t¸ch t¹p chÊt 4 - ThiÕt bÞ sÊy 5 - VÝt t¶i 6 - ThiÕt bÞ ph©n phèi h¹t vµ xilo 7 - Xilo ñ thãc 8 - Xilo chøa h¹t kh« 9 - B¨ng t¶i Trong ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt hiÖn nay, cã nhiÒu yÕu tè trong s¶n xuÊt nh−: quy m« s¶n xuÊt vµ h×nh thøc s¶n xuÊt ®· cã nhiÒu thay ®æi, s¶n phÈm ®a d¹ng h¬n, héi nhËp, yªu cÇu thÞ tr−êng cao h¬n... ®ßi hái nÒn s¶n xuÊt n«ng nghiÖp cña n−íc ta ph¶i cã nhiÒu thay ®æi ®Ó ®¸p øng ®−îc nã. LÜnh vùc sÊy n«ng s¶n còng kh«ng n»m ngoµi sù thay ®æi ®ã. Chóng ta cÇn cã nh÷ng hÖ thèng sÊy quy m« lín, n¨ng suÊt cao, ho¹t ®éng mét c¸ch tù ®éng ®−a n«ng s¶n tíi nh÷ng chØ tiªu ®−îc yªu cÇu... §©y còng chÝnh lµ néi dung vµ yªu cÇu chóng t«i muèn h−íng tíi trong ®Ò tµi nµy. Ch−¬ng 2: Tæng hîp hÖ thèng sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -13- X©y dùng m« h×nh to¸n häc cho ®èi t−îng ®iÒu khiÓn lµ b−íc ®Çu tiªn vµ còng lµ b−íc quan träng nhÊt ®Ó ®i ®Õn bµi to¸n ®iÒu khiÓn. §Ó cã thÓ x©y dùng ®−îc m« h×nh hÖ thèng ng−êi ta cã hai ph−¬ng ph¸p: - Ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt - Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Trong tr−êng hîp nµy, th«ng tin m« h×nh hÖ thèng ®· ®−îc x¸c lËp th«ng qua nh÷ng yªu cÇu cña ®Ò tµi. MÆt kh¸c hÖ thèng thÝ nghiÖm sÊy ®· ®−îc thiÕt kÕ s½n, v× vËy chóng t«i sö dông ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm ®Ó kh¶o s¸t hÖ thèng nµy, x©y dùng m« h×nh ®éng häc cho hÖ thèng ®Ó råi chän ra bé ®iÒu khiÓn hîp lý cho hÖ thèng. • Th«ng tin hÖ thèng: H×nh 8: M« h×nh sÊy thÝ nghiÖm + Qu¹t giã ly t©m + Buång ®èt §iÖn ¸p cÊp 220V - 50Hz D©y ®èt Ni - Cr Tèc ®é 2850V/p §iÖn ¸p cung cÊp 220V – 50Hz C«ng suÊt 240W C«ng suÊt 2KW. 1. X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh ®éng häc cña hÖ thèng 1.1. C¬ së lý thuyÕt §Ó kh¶o s¸t hÖ thèng ta t¸c ®éng vµo hÖ thèng mét xung nhiÔu bËc thang vµ quan s¸t ®Çu ra. B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -14- Ng−êi ta chia ®èi t−îng kh¶o s¸t ra lµm hai lo¹i c¬ b¶n: - §èi t−îng cã tÝnh tù c©n b»ng lµ ®èi t−îng cã kh¶ n¨ng tù hiÖu chØnh trë l¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng khi cã nhiÔu t¸c ®éng ph¸ vì c©n b»ng (®èi t−îng tÜnh). - §èi t−îng kh«ng tù c©n b»ng lµ ®èi t−îng kh«ng cã kh¶ n¨ng trë l¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng khi cã nhiÔu ph¸ vì sù c©n b»ng cña nã. §èi t−îng ë ®©y lµ dßng khÝ sÊy mang nhiÖt ®é. Khi cÊp nguån ®iÖn cho sîi ®èt, nhiÖt ®é cña sîi ®èt lµm nãng luång kh«ng khÝ do qu¹t thæi tíi. NhiÖt ®é dßng khÝ t¨ng lªn, nã t¨ng lªn ®Õn mét nhiÖt ®é nµo ®ã vµ kh«ng t¨ng n÷a, nã gi÷ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é nµy. Nh− vËy ®èi t−îng cña ta ë ®©y chÝnh lµ ®èi t−îng cã tÝnh tù c©n b»ng. D¹ng tæng qu¸t hµm truyÒn ®¹t cña ®èi t−îng cã tÝnh tù c©n b»ng ®−îc m« t¶ nh− sau: Wdt(s) = KdtW0(s) e -τs Trong ®ã: Kdt: HÖ sè truyÒn cña ®èi t−îng, τ : Thêi gian trÔ. W0(s) = 1s1na... 1ns1a ns0a 1s1mb... 1ms1b ms0b +−++−+ +−++−+ Trong thùc tÕ kh©u tÜnh cã thÓ lÊy mét trong c¸c d¹ng ®iÓn h×nh sau: + Kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt: PT1: W(s) = s1T1 Kdt + §Æc tÝnh ®−êng qu¸ ®é cña hµm truyÒn nh− H×nh 9a. + Kh©u qu¸n tÝnh bËc 2: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -15- PT2: W(s) = s)2Ts)(11T(1 dtK ++ §Æc tÝnh ®−êng qu¸ ®é cña hµm truyÒn PT2 nh− H×nh 9b. + Kh©u qu¸n tÝnh bËc n: PTn: W(s) = nTs)(1 dtK + §Æc tÝnh ®−êng qu¸ ®é cña hµm truyÒn PTn nh− h×nh 9b. a, b, H×nh 9: ®Æc tÝnh qu¸ ®é cña hµm truyÒn Ngoµi ra cßn cã c¸c m« h×nh Lag, vµ m« h×nh dao ®éng bËc hai t¾t dÇn. D¹ng hµm truyÒn cña nã nh− sau: + M« h×nh Lag: W(s) = smT1 s)tT(1dtK + + (Tt < Tm) + M« h×nh dao ®éng bËc hai t¾t ®Çn: W(s) = 2q2qDs2s 2kq ++ (0<D<1). ● X¸c ®Þnh h»ng sè thêi gian T1 cña PT1: Mçi mét kh©u cã mét ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh h»ng sè thêi gian kh¸c nhau. Kh©u cã cÊu tróc cµng phøc t¹p th× viÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cµng khã h(t) t t h(t B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -16- kh¨n. Trong ph¹m vi ®Ò tµi nµy chØ nªu lªn c¸ch x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cho m« h×nh PT1. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè (Kdt, T1) cña PT1 ®−îc thùc hiÖn qua c¸c b−íc sau: + KÎ tiÕp tuyÕn víi ®−êng ®Æc tÝnh t¹i t = 0. + X¸c ®Þnh giao ®iÓm cña ®−êng tiÕp tuyÕn ®ã víi ®−êng tiÖm cËn Kdt= h(∞ ). + Hoµnh ®é cña giao ®iÓm võa x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T1 cÇn t×m. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ phô thuéc nhiÒu vµo ®é chÝnh x¸c viÖc kÎ tiÕp tuyÕn. NÕu ®Æt sai tiÕp tuyÕn t¹i 0 mµ h(t) l¹i cã hÖ sè khuÕch ®¹i Kdt lín th× kÕt qu¶ T1 sÏ cã sai sè lín. §Ó tr¸nh ®−îc ®iÒu nµy ta ®i tõ hµm truyÒn W(s), ®Ó cã H(s) = s W(s) råi chuyÓn ng−îc sang miÒn thêi gian sÏ ®−îc: h(t) = k(1- T t e − ). Nh− vËy t¹i thêi ®iÓm T : h(T) = k(1-e-1) ≈ 0.632*K. Nãi c¸ch kh¸c t¹i ®óng thêi ®iÓm T hµm h(t) sÏ ®¹t 63.2% gi¸ trÞ cùc ®¹i. VËy ®Ó x¸c ®Þnh T th× sau khi t×m ®−îc K ta tÝnh h(T) = 0.632*K råi tõ ®ã suy ng−îc l¹i T. Trong nhiÒu tr−êng hîp kh«ng thÓ t¹o ra ®−îc mét nhiÔu bËc thang 1(t), ng−êi ta cã thÓ dïng tÝn hiÖu lµ A*1(t). Khi ®ã hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch ®−îc tÝnh nh− sau: K = A )h(∞ . H»ng sè thêi gian ®−îc x¸c ®Þnh tõ h(T) = 0.632*h(∞ ). 1.2. X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh ®éng häc hÖ thèng sÊy ThiÕt bÞ phôc vô cho viÖc kh¶o s¸t bao gåm: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -17- + HÖ thèng sÊy thÝ nghiÖm, + §ång hå bÊm gi©y, + Nguån ®iÖn 220V - 50Hz. Cho ®èi t−îng chÞu t¸c ®éng cña mét nhiÔu A*1(t) - tøc lµ ®ãng trùc tiÕp nguån 220V-50Hz vµo d©y to¶ nhiÖt, qu¹t giã ®−îc bËt tr−íc ®ã. BÊm thêi gian theo dâi nhiÕt ®é dßng khÝ sÊy. C¸c th«ng sè ®−îc thÓ hiÖn trong B¶ng 2. B¶ng 2: Th«ng sè kh¶o s¸t hÖ thèng sÊy thÝ nghiÖm Thêi gian (s) NhiÖt ®é (oC) Thêi gian (s) NhiÖt ®é (oC) Thêi gian (s) NhiÖt ®é (oC) 2.155 1 22.20 20 64.8 31 3.78 2 24.55 21 71.1 32 5.47 4.5 26.82 22 77.14 33 8 7 29.71 23 85.125 34 9.79 9 33.27 24 93.12 35 11.76 11 37.11 25 98.97 36 13.38 13.5 41.76 26 107.82 37 15.19 15 46.75 27 116.03 38 16.89 16.5 51.14 28 125.89 39 18.68 17.5 54.55 29 138.55 39 20.41 19 57.87 30 ... ... Tõ b¶ng sè liÖu ta cã ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh cña hÖ thèng nh− sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -18- H×nh 10: §Æc tÝnh cña hÖ thèng sÊy thÝ nghiÖm Nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n cña c¸c nhµ khoa häc kh¼ng ®Þnh: qu¸ tr×nh nhiÖt lµ qu¸ tr×nh cã trÔ. C¸ch ®o thñ c«ng mµ ta tiÕn hµnh nh− trªn kh«ng thÓ ®o ®−îc chÝnh x¸c thêi gian trÔ, do ®ã chØ cã thÓ lÊy gÇn ®óng thêi gian trÔ b»ng 2.15(s) (lµ thêi gian khi bËt m¸y ®Õn khi b¾t ®Çu cã sù thay ®æi nhiÖt ®é). §Ó x¸c ®Þnh ®−îc th«ng sè cña ®èi t−îng ta dÞch gèc ®i mét ®o¹n 2.15(s) vµ nh− ®Æc tÝnh trªn cã thÓ coi ®èi t−îng cña chóng ta lµ m« h×nh PT1. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña nã theo lý thuyÕt ®−îc tr×nh bµy ë trªn. Ta cã h(∞ ) = 39 theo c«ng thøc: K = 1250 )h(∞ = 1250 39 = 0.0312. §Ó t×m h»ng sè thêi gian T ta tÝnh : h(T) = 0.632*h(∞ ) = 24.648 Suy ra: T = 36.0854(s). VËy hµm truyÒn cña ®èi t−îng lµ: 2.15.se 36.0854.s1 0.0312 (s)dtW − += B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xu©n Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 ............................................................................................................................. -19- 2. X¸c ®Þnh th«ng sè cho bé ®iÒu chØnh 2.1. C¬ së lý thuyÕt PhÇn tæng hîp hÖ thèng trªn ®· t¹o b−íc ®Öm ®Ó chóng t«i ®i ®Õn chän ®é ®iÒu chØnh cho hÖ thèng. §Ó cã thÓ chän lùa ®−îc bé ®iÒu khiÓn phï hîp ta h·y xem xÐt mét sè chØ tiªu sau: a. Sai lÖch tÜnh: Sai lÖch tÜnh x¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c tÜnh cña hÖ. Sai lÖch tÜnh ®−îc tÝnh theo ®Þnh lý tíi h¹n: lims.E(s) 0s lime(t) t )e(ese → =∞→=∞= . b. L−îng qu¸ ®iÒu chØnh. L−îng qu¸ ®iÒu chØnh ®