Luận án Nghiên cứu ứng dụng từ trường để nâng cao hiệu quả cấp đông Fillet cá Tra Việt Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH . x

DANH MỤC BẢNG BIỂU . xii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT . xiii

MỞ ĐẦU . xvi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN . 1

1.1. Chất lượng thủy sản và ảnh hưởng của quá trình cấp đông . 1

1.1.1. Cá tra và fillet cá tra . 2

1.1.2. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm . 4

1.1.3. Cấp đông thực phẩm . 4

1.2. Các phương pháp và thiết bị cấp đông thông dụng . 5

1.2.1. Các phương pháp cấp đông . 5

1.2.2. Các thiết bị cấp đông thông dụng . 6

1.3. Các công nghệ cấp đông hiện đại . 7

1.4. Tình hình nghiên cứu về ứng dụng từ trường trong cấp đông thực phẩm. 11

1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước . 11

1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước . 19

1.5. Các vấn đề nghiên cứu của luận án . 20

1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu . 20

1.5.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 20

1.5.3. Nội dung nghiên cứu . 20

1.5.4. Phương pháp nghiên cứu . 21

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẤP ĐÔNG CÓ HỖ TRỢ TỪ

TRƯỜNG . 22

2.1. Tổng quan về từ trường . 22

2.1.1. Khái niệm từ trường . 22

2.1.2. Từ trường tĩnh . 23

2.1.3. Từ trường biến thiên (dao động) theo thời gian . 23

2.1.4. Từ trường và biến đổi pha của nước . 24

2.2. Tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm . 26

2.3. Cấp đông hỗ trợ từ trường . 29

2.3.1. Nguyên lý hoạt động của cấp đông hỗ trợ từ trường . 29

2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cấp đông có hỗ trợ từ trường . 31

2.4. Mô hình bài toán cấp đông fillet cá tra . 32

2.4.1. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình cấp đông . 34

2.4.2. Các phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt . 34

2.4.3. Phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt của thực phẩm có hình dạng bất kì . 37

2.5. Xác định các thông số nhiệt vật lý của fillet cá tra . 40

2.5.1. Cơ sở lý thuyết xác định các thông số nhiệt vật lý . 40

viii

2.5.2. Tính toán các thông số nhiệt vật lý của fillet cá tra . 45

2.6. Xác định thời gian cấp đông lý thuyết . 47

2.7. Lý thuyết mô phỏng quá trình cấp đông thực phẩm và phân bố từ trường . 50

2.7.1. Mô phỏng quá trình cấp đông fillet cá tra . 51

2.7.2. Mô phỏng phân bố từ trường trong thiết bị cấp đông . 53

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ẢNH

HƯỞNG CỦA TỪ TRƯỜNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CẤP ĐÔNG GIÓ .

 . 56

3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm . 56

3.1.1. Mô hình cấp đông hỗ trợ từ trường . 56

3.1.2. Khảo sát phân bố từ trường trong buồng cấp đông . 59

3.1.3. Quy trình tiến hành thực nghiệm . 62

3.1.4. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cấp đông . 65

3.1.5. Đánh giá hoạt động của mô hình . 65

3.2. Kết quả mô phỏng . 73

3.2.1. Phân bố từ trường dao động trong buồng cấp đông . 73

3.2.2. Phân bố từ trường tĩnh trong buồng cấp đông . 75

3.3. Tính toán thời gian cấp đông fillet cá tra không có từ trường . 78

3.3.1. Tính toán thời gian cấp đông lý thuyết . 78

3.3.2. Kết quả mô phỏng quá trình cấp đông không có từ trường . 81

3.4. Tính toán hệ số truyền nhiệt trong quá trình cấp đông . 84

CHƯƠNG 4 TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH QUÁ TRÌNH CẤP

ĐÔNG GIÓ CÓ HỖ TRỢ TỪ TRƯỜNG TĨNH. 90

4.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố . 90

4.1.1. Xác định các thông số đầu vào . 93

4.1.2. Xác định các thông số đầu ra (hàm mục tiêu) . 93

4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố . 94

4.2.1. Thiết lập bài toán thực nghiệm đa yếu tố . 94

4.2.2. Thiết lập phương trình hồi quy thực nghiệm . 96

4.3. Tối ưu hóa quá trình cấp đông . 101

4.4. Đánh giá suất tiêu hao điện năng cho quá trình cấp đông . 103

CHƯƠNG 5 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CẤP ĐÔNG ỨNG DỤNG

TỪ TRƯỜNG . 107

5.1. Tầm quan trọng của chất lượng đến sản phẩm cấp đông . 107

5.2. Các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm cấp đông . 107

5.2.1. Màu sắc . 107

5.2.2. Cấu trúc của thực phẩm . 109

5.2.3. Độ ngon . 112

5.2.4. Hương vị. 113

5.3. Phương pháp nghiên cứu chất lượng sản phẩm fillet cá tra . 114

ix

5.3.1. Vật liệu . 114

5.3.2. Phương tiện . 114

5.4. Kết quả phân tích chất lượng . 118

5.4.1. Kết quả phân tích màu sắc . 118

5.4.2. Đánh giá tỷ lệ hao hụt khối lượng sau rã đông . 122

5.4.3. Kết quả phân tích cơ lý . 123

5.4.4. So sánh chất lượng với sản phẩm thương mại . 127

5.5. Đánh giá và thảo luận . 128

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN. 131

6.1. Các kết quả đạt được . 131

6.2. Những đóng góp mới của luận án . 132

6.3. Các tồn tại, hạn chế . 134

6.4. Khuyến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo . 135

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN ÁN . 136

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 137

PHỤ LỤC . 144

pdf209 trang | Chia sẻ: vietdoc2 | Ngày: 28/11/2023 | Lượt xem: 237 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu ứng dụng từ trường để nâng cao hiệu quả cấp đông Fillet cá Tra Việt Nam, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
NG GIÓ Trên cơ sở lý thuyết được nghiên cứu ở chương 2, thiết bị cấp đông quy mô thí nghiệm đã được thiết kế, mô phỏng và chế tạo nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đến quá trình cấp đông. Kết quả thực nghiệm đã được tiến hành trên 03 phương pháp: cấp đông gió không từ trường, cấp đông có hỗ trợ từ trường dao động và cấp đông có hỗ trợ từ trường tĩnh nhằm so sánh thời gian cấp đông và sử dụng làm cơ sở dữ liệu để xác định hệ số truyền nhiệt trong quá trình cấp đông. 3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 3.1.1. Mô hình cấp đông hỗ trợ từ trường Mô hình được thiết kế và chế tạo với các dữ liệu như sau: − Năng suất cấp đông cá tra fillet: 2 kg fillet cá tra/mẻ − Nhiệt độ bay hơi: -45C − Nhiệt độ ngưng tụ: 40C − Môi chất lạnh: R404A − Nhiệt độ môi trường: 30C − Nhiệt độ cá trước khi cấp đông: 12C − Nhiệt độ không khí trong tủ đông: -40C − Môi chất lạnh: R404A a. Hệ thống cấp đông gió Hệ thống được thiết kế hoạt động theo chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn với sơ đồ nguyên lý (hình 3.1) như sau: 1-Máy nén cao áp; 2-Thiết bị ngưng tụ; 3-Van tiết lưu trung gian; 4- Bình trung gian; 5-Van tiết lưu hạ áp; 6-Thiết bị bay hơi; 7-Thiết bị tạo từ trường; 8-Máy nén hạ áp; Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của mô hình cấp đông thí nghiệm Sau khi tính toán, thiết kế và chế tạo, mô hình thí nghiệm đã được lắp đặt như hình 3.2 và các thông số như trình bày trên bảng 3.1. 2 1 8 7 6 4 5 3 2 1 3' 2' 1' 4' 4 3 57 Hình 3.2 Đồ thị P-h và các thông số trạng thái của chu trình theo Coolpack Bảng 3.1 Kết quả tính toán chu trình lạnh Đại lượng Đơn vị Giá trị - Năng suất lạnh kW 1,0 - Công suất máy nén hạ áp kW 0,3 - Công suất máy nén cao áp kW 1,1 - Năng suất giải nhiệt kW 3,6 - Lưu lượng môi chất g/s 26 - COP 1,802 b. Bộ tạo từ trường dao động Trên cơ sở phương pháp và thiết bị cấp đông siêu nhanh đã được Owada và cộng sự công bố năm 2001[17], [18], sơ đồ nguyên lý của mạch phát từ trường dao động được lựa chọn trong luận án này được biểu diễn trên hình 3.3. Các chức năng của mạch phát điện trường như sau: • Khối biến áp nguồn/ổn áp: Khối này sẽ chuyển đổi điện 220VAC sang 5VDC cung cấp cho khối điều khiển và các khối. • Khối chỉnh lưu điện áp cao: sẽ chuyển đổi điện từ 220VAC sang điện áp DC cung cấp cho khối công suất. • Khối điều khiển: Có chức năng nhận các lệnh từ khối nút nhấn để từ đó điều chỉnh tín hiệu ngõ ra như: tần số, biên độ, dạng sóng, từ trường. Và hiển thị lên LCD tín hiệu đã điều chỉnh. • Khối tạo dao động: để tạo dao động cung cấp cho khối điều khiển và khối điều chỉnh dạng sóng. 58 • Khối điều chỉnh dạng sóng: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ sóng vuông sang sóng tam giác và sóng Sin. Các dạng sóng sau khi điều chỉnh sẽ có biên độ nhỏ, và đưa vào khối khuếch đại công suất. • Khối công suất: dùng để khuếch đại tín hiệu ở biên độ điện áp thấp, sang tín hiệu điện áp cao, dòng lớn để đưa vào cuộn dao động tạo từ trường. • Khối dò sai: khối này có nhiệm vụ kiểm tra tần số tín hiệu, biên độ và dòng điện của tín hiệu, đưa về cho khối điều khiển để điều chỉnh nếu có bị sai dạng. Sơ đồ khối điều khiển và dạng sóng điều chỉnh của bộ phát từ trường dao động được trình bày trên hình 3.3 và 3.4. Hình 3.3 Sơ đồ khối điều khiển bộ phát từ trường dao động Hình 3.4 Minh họa dạng sóng ngõ ra sau khi điều chỉnh a) Bộ phát từ trường dao động b) Bộ phát từ trường tĩnh Hình 3.5 Bộ phát từ trường dao động và từ trường tĩnh sau khi thiết kế 220V AC Biến áp nguồn/ổn áp Khối hiển thị Khối điều khiển Khối nút nhấn Khối tạo dao động Khối chỉnh lưu điện áp cao Khối công suất Khối điều chỉnh dạng sóng Lọc ngõ ra Khối dò sai Cuộn tạo từ trường 59 c. Bộ tạo từ trường tĩnh Từ trường tĩnh được tạo ra trong buồng cấp đông bằng cách sử dụng 02 thanh nam châm vĩnh cửu Ferrite hình hộp chữ nhật, kích thước 250mm x 150mm x 10mm (dài x rộng x dày). Các thanh nam châm được đặt trên mặt phẳng inox 304 với khoảng cách giữa 2 thanh có thể điều chỉnh được. Mặt phẳng giữa, cách đều 02 thanh nam châm, được đặt 01 khay đỡ miếng cá fillet khi cấp đông, để đảm bảo tâm của mẫu cá fillet luôn được đặt ở cùng một vị trí, tức là cách đều và thẳng hàng với tâm hình học của cả hai nam châm (hình 3.5b). Thông qua nghiên cứu lý thuyết, các kích thước cơ bản của thiết bị cấp đông đã được thiết kế và các thiết bị đi kèm trong hệ thống đã được lựa chọn. Từ các kết quả này sẽ tiến hành thiết lập bản vẽ và chế tạo mô hình để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm. Các thông số cơ bản của hệ thống cấp đông đã thiết kế được trình bày trong bảng sau: Bảng 3.2 Thông số cơ bản của các thiết bị trong hệ thống cấp đông STT Thiết bị/bộ phận Thông số kỹ thuật 1 Buồng cấp đông Kích thước tổng thể (DxRxC): 700mm  700mm  700mm Vật liệu chế tạo: Tấm Panel PU với lõi cách nhiệt PolyUrethan, có độ dày 100 mm hai mặt trong và ngoài được bao bọc bởi tole mạ màu dày 0,5 mm. 2 Máy nén hạ áp Công suất: 3/4 Hp Môi chất lạnh: R404A 3 Máy nén cao áp Công suất: 1,5 Hp Môi chất lạnh: R404A 4 Dàn lạnh Năng suất lạnh: 1 kW 5 Dàn nóng Năng suất giải nhiệt: 3,7 kW 6 Bộ phát từ trường dao động 20-100 Gauss, công suất 25W 7 Bộ phát từ trường tĩnh 200-800 Gauss 3.1.2. Khảo sát phân bố từ trường trong buồng cấp đông Để thay đổi từ trường tác động đến mẫu fillet cá tra trong quá trình cấp đông, khoảng cách giữa 02 khối tạo từ trường/thanh nam châm có thể được điều chỉnh. Từ trường được đo bằng cách sử dụng máy đo từ trường Tenmars TM-197 (phạm vi đo 0~30000 Gauss, sai số 0,1G). Vị trí đo là mặt cắt ngang giữa tâm miếng cá, cách đều 02 bộ tạo từ trường trên và dưới. Mỗi lần đo tại 9 điểm (theo hình 3.6), mỗi điểm ghi dữ liệu trong 3 phút (180s) và lấy kết quả trung bình. 60 Hình 3.6 Vị trí đo từ trường trong thí nghiệm Kết quả đo từ trường dao động được trình bày trên hình 3.7 và bảng 3.3. Hình 3.7 Phân bố từ trường dao động theo vị trí Từ kết quả đo từ trường dao động có thể thấy mật độ từ thông đạt giá trị trung bình cao nhất và thấp nhất ở khoảng cách giữa 02 bộ thu-phát lần lượt là 70mm và 50mm. Tuy nhiên ở cùng khoảng cách thì tại 9 vị trí đo cũng có mật độ từ thông và chênh lệch giữa giá trị cực đại và cực tiểu cũng khác nhau. Chẳng hạn, ở khoảng cách 50mm, vị trí có giá trị lớn nhất là vị trí số 1 (52,63G), vị trí 8 có giá trị thấp nhất (35,02G), trong khi ở khoảng cách 70mm thì vị trí 1 lại có giá trị thấp nhất (39,26G). Qua kết quả đo cũng cho thấy, đối với từ trường dao động, vị trí giữa 02 bộ thu-phát càng gần thì không có nghĩa là từ trường càng lớn và ngược lại. Do vậy, việc khống chế giá trị mật độ từ thông đối với từ trường dao động là khó khăn, nên đối với mỗi thí nghiệm cần tiến hành đo mật độ từ thông trung bình trước khi tiến hành để đảm bảo dữ liệu là chính xác. 105 105 ChiÒu dµi miÕng c¸ PhÇn ®ÇuPhÇn ®u«i C h iÒ u r é n g m iÕ n g c ¸ 3 6 9 8 7 5 41 2 x y 4 0 4 0 PhÇn l-ng PhÇn bông 47 43 40 56 80 74 B = -0.0018x3 + 0.3091x2 - 16.448x + 311.77 R² = 0.9145 RMSE = 13.56 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80M ật đ ộ t ừ th ô n g d ao đ ộ n g , G au ss Khoảng cách thu-phát từ trường, mm PHÂN BỐ TỪ TRƯỜNG DAO ĐỘNG THEO KHOẢNG CÁCH THU VÀ PHÁT 61 Bảng 3.3 Thông số trung bình của mật độ từ thông dao động tại 9 vị trí đo STT Khoảng cách giữa bộ thu và phát, mm Vị trí đo Mật độ từ thông trung bình, Gauss 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 30 39,18 38,97 37,40 35,56 43,24 80,85 44,65 43,10 59,78 47 2 40 39,37 41,98 39,19 43,30 51,87 48,41 42,98 43,05 37,12 43 3 50 52,63 35,28 45,05 48,18 35,06 35,56 35,85 35,02 35,49 40 4 60 63,75 75,75 94,22 80,69 40,14 39,56 36,87 40,87 33,18 56 5 70 39,26 47,27 62,41 182,97 100,75 46,90 40,83 62,74 134,31 80 6 80 45,72 26,25 32,13 34,59 208,02 51,18 38,98 46,44 182,36 74 Bảng 3.4 Thông số trung bình của mật độ từ thông tĩnh tại 9 vị trí đo STT Khoảng cách giữa bộ thu và phát, mm Vị trí đo Mật độ từ thông trung bình, Gauss 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 30 797,29 744,83 789,45 663,24 581,62 704,78 836,48 762,79 767,97 739 2 40 668,63 636,99 663,30 590,40 559,50 604,07 687,92 680,60 650,00 637 3 50 531,07 578,63 562,79 522,97 503,17 537,30 458,38 550,92 510,02 528 4 60 487,01 522,02 513,95 497,60 503,01 518,55 484,57 504,85 457,95 499 5 70 434,30 451,44 427,86 455,51 471,49 473,60 473,32 425,10 461,19 453 6 80 435,66 455,81 437,47 402,86 452,27 414,16 410,56 419,86 449,08 431 Tuy nhiên, đối với từ trường tĩnh, khoảng cách giữa 02 nam châm lại có ảnh hưởng lớn đến mật độ từ thông trong vùng khảo sát. Kết quả đo từ trường tĩnh tại 9 vị trí được trình bày trên hình 3.8 và bảng 3.4. Hình 3.8 Phân bố từ trường tĩnh theo vị trí Khoảng cách giữa 02 thanh nam châm càng gần thì từ trường càng lớn và ngược lại. Các giá trị đo mật độ từ thông tại 9 vị trí ở cùng 1 khoảng cách cũng ổn định hơn và độ lệch giữa các giá trị không quá lớn. Điều này cho phép điều chỉnh từ trường theo giá trị mong muốn (ở một khoảng thay đổi nhỏ). Tuy nhiên, trong thực tế khi giảm khoảng 739 638 528 499 453 431 B = 0.1196x2 - 19.247x + 1212.2 R² = 0.9913 RMSE = 10.18 0 100 200 300 400 500 600 700 800 30 40 50 60 70 80 M ật đ ộ t ừ t h ô n g t ĩn h , G au ss Khoảng cách thu-phát từ trường, mm PHÂN BỐ TỪ TRƯỜNG TĨNH THEO KHOẢNG CÁCH THU VÀ PHÁT 62 cách giữa 02 thanh nam châm, khe hở giữa miếng cá và thanh nam châm cũng giảm, gây ảnh hưởng đến sự đối lưu của không khí trong buồng cấp đông (chẳng hạn ở khoảng cách 2 thanh nam châm là 30mm, miếng cá có chiều dày trung bình 15mm thì khe hở giữa miếng cá và thanh nam châm chỉ còn 7,5mm). Ngược lại, nếu tăng khoảng cách này lên, khoảng cách giữa 02 khay chứa vật liệu cần cấp đông cũng tăng lên, nghĩa là ở cùng thể tích buồng cấp đông, khối lượng sản phẩm trong một mẻ sẽ bị giảm. Với thiết kế của buồng cấp đông có khoảng cách giữa 02 khay là 100mm thì khoảng cách giữa 02 thanh nam châm chỉ có thể điều chỉnh trong khoảng dưới 80mm (do thanh nam châm có độ dày 10mm). 3.1.3. Quy trình tiến hành thực nghiệm Các thí nghiệm nhằm xác định thời gian cấp đông fillet cá tra thực tế và so sánh thời gian cấp đông khi có và không có hỗ trợ bởi từ trường được thực hiện theo quy trình phù hợp, như được biểu diễn trên hình 3.9. Cá tra nguyên liệu được mua tại thành phố Hồ Chí Minh, có nguồn gốc từ vùng nuôi trồng thủy sản tỉnh Tiền Giang, được vận chuyển trong tình trạng còn sống đến nơi làm thí nghiệm, sau khi xử lý nguyên liệu được lưu trữ ở nhiệt độ 12°C trong tủ lạnh trước khi cấp đông không quá 1 giờ. Kích thước trung bình của fillet cá tra được chọn trong nghiên cứu này là 210x80x15mm (chiều dài x chiều rộng x độ dày) và trọng lượng trung bình là 25010 g. Do khối lượng mỗi mẻ cấp đông là 2kg nên số miếng fillet cá tra bố trí trong buồng cấp đông là 8 miếng. Fillet cá tra được cấp đông từ 12°C đến - 18°C (nhiệt độ tại tâm) theo ba phương pháp khác nhau: cấp đông gió thông thường (ABF), cấp đông gió có hỗ trợ bởi từ trường dao động (OMF) và cấp đông gió có hỗ trợ bởi từ trường tĩnh (SMF). Các thí nghiệm đã được thiết lập để đánh giá tác động của từ trường đối với đường cong cấp đông và tổng thời gian cấp đông (Bảng 3.6). Các thiết bị đo phục vụ thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.5 và hình 3.10. Bảng 3.5 Tổng hợp các dụng cụ đo phục vụ thí nghiệm STT Tên thiết bị đo Mã hiệu/xuất xứ Thông số đo Khoảng đo/độ chính xác 1 Bộ ghi dữ liệu nhiệt độ 8 kênh với cặp nhiệt điện loại J VersaLog TC/ Canada Nhiệt độ -200C  760C Sai số 0,2% 2 Máy đo vận tốc gió Extech SDL350/ Đài Loan Vận tốc 0,2m/s  25m/s Sai số 0,01m/s 3 Máy đo từ trường Tenmars TM-197/ Đài Loan Mật độ từ thông 0  30000 Gauss Sai số 0,1Gauss 4 Phần mềm ghi dữ liệu SiteView/Canada Ghi dữ liệu 5 Cân phân tích Ohaus/PA 214 Khối lượng 0  210 g Sai số 0,0001 g 6 Cân điện tử KERN/FXN 3K- 4N Khối lượng 0  3000 g Sai số 0,1 g 63 Các thí nghiệm được thực hiện lặp lại 03 lần và lấy giá trị trung bình, trong đó sai số được đánh giá thông qua sai số toàn phương trung bình (MSE) hay dạng căn bậc hai (RMSE) ( ) 2 1 1 MSE ˆ n i i i Y Y n = =  − hay ( ) 1/2 2 1 1 R ˆMSE n i i i Y Y n =   =  −    Bảy cặp nhiệt điện được gắn ở tâm fillet cá tra để theo dõi và ghi lại dữ liệu nhiệt độ trong quá trình cấp đông (Hình 3.10). Do thiết bị đo chỉ có thể lắp được cùng lúc 07 đầu cảm biến nhiệt độ nên vị trí ở gần đuôi cá (phần có chiều rộng nhỏ nhất) sẽ chỉ lắp 01 cảm biến. Tốc độ lấy mẫu là 100 miligiây và dữ liệu được ghi lại tự động bằng phần mềm ghi dữ liệu SiteView (Microedge Instrument, Canada). Phần mềm Matlab (R2016a) được sử dụng để xử lý dữ liệu và vẽ đồ thị. Bắt đầu Tiếp nhận nguyên liệu Ghi nhận nhiệt độ tại tâm sản phẩm Dừng quá trình, tách đông Kết thúc t>-18° C t=-18° C Cắt tiết, làm cá Cấp đông Ghi nhận dữ liệu sau cấp đông Rửa lần 1 Rửa lần 2 Fillet Bảo quản sản phẩm Lạng da, chỉnh hình Rửa lần 3 Thiết lập hệ thống Kiểm tra, ghi nhận thông số vật lý Hình 3.9 Qui trình tiến hành thực nghiệm 64 a) Mô hình thí nghiệm b) Các thiết bị đo và ghi dữ liệu c) Sơ đồ bố trí mẫu fillet cá tra trong buồng cấp đông Hình 3.10 Mô hình và các thiết bị đo phục vụ thí nghiệm Bảng 3.6 Các thông số thực nghiệm STT Thông số Miền thực nghiệm 1 Nhiệt độ không khí (°C) -30; -35; -40 2 Vận tốc không khí (m.s-1) 5 3 Mật độ từ thông dao động trung bình (Gauss) 40; 56; 80; 74 4 Mật độ từ thông tĩnh trung bình (Gauss) 431; 453; 499; 528 Hình 3.11 Mô tả vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ trong tâm miếng fillet cá tra 9 8 9 8 700 500 5 0 0 7 0 0 100100 1 0 0 1 0 0 700 500 100100 5 1 1 0 3 1 0 250 8 0 Fillet c¸ tra Bé thu ph¸t tõ tr-êngFillet c¸ tra Vïng cã hç trî tõ tr-êng 2 3 4 5 6 40505040 4 0 7 1 x y ChiÒu dµi miÕng c¸ PhÇn ®ÇuPhÇn ®u«i C h iÒ u r é n g m iÕ n g c ¸ PhÇn l-ng PhÇn bông 65 3.1.4. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cấp đông a. Nhiệt độ cấp đông Theo [6], nhiệt độ cấp đông càng thấp thì thời gian cấp đông càng nhanh và ngược lại. Thường nhiệt độ không khí trong buồng cấp đông đạt là -35C [6], [7]. Do vậy trong nghiên cứu này, nhiệt độ buồng cấp đông được chọn ở phạm vi -30C  -40C, mức biến thiên nhiệt độ là 5C. Để điều chỉnh nhiệt độ không khí trong buồng cấp đông, sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ và các van điện từ cấp dịch. b. Vận tốc không khí Theo kết quả nghiên cứu đã công bố về giá trị vận tốc không khí trung bình trong buồng cấp đông IQF thực tế là từ 5m/s  15m/s [71]. Do vậy, trong phạm vi nghiên cứu này, giá trị vận tốc gió được lựa chọn ở mức thấp là 5m/s (phù hợp với tủ cấp đông gió [97]). Các nghiên cứu tiếp theo sẽ được thực hiện ở các giá trị vận tốc lớn hơn. c. Chiều dày của mẫu cá Bài toán truyền nhiệt trong cấp đông fillet cá tra về mặt lý thuyết có thể xem là dạng truyền nhiệt không ổn định đối với tấm phẳng dài vô hạn, trong đó yếu tố chiều dày được xem là có ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình cấp đông [82], [81], [98], [99]. Theo kết quả đo thực nghiệm về kích thước mẫu fillet cá tra (được trình bày trong phụ lục 3.1) và kết quả tổng hợp từ nghiên cứu [71] thì chiều dày các mẫu fillet cá tra dao động từ 10-21mm, cá biệt có nhưng mẫu cá có chiều dày lớn hơn 24mm (đây là loại fillet cá tra có cỡ 5, với khối lượng lớn hơn 300g theo TCVN 8338:2010 nên ít phổ biến trên thị trường). Do vậy, khoảng khảo sát về ảnh hưởng của từ trường đến quá trình cấp đông sẽ được lựa chọn trong khoảng từ 10-21mm, với mức chiều dày trung bình là 15mm. d. Mật độ từ thông Mật độ từ thông được điều chỉnh bằng cách thay đổi khoảng cách cực giữa hai bộ thu và phát hoặc giữa hai thanh nam châm [46]. Khoảng cách giữa 02 thanh nam châm thu và phát càng ngắn thì mật độ từ thông càng lớn. Khi tiến hành thay đổi khoảng cách giữa 02 bộ thu phát từ trường từ 30mm đến 80mm (mỗi thay khoảng 10mm) thì đo được mật độ từ thông trung bình, kết quả được trình bày trên hình 3.12 và hình 3.13. Mặc dù trong các nghiên cứu thực nghiệm yêu cầu phải đạt các thông số càng chính xác càng tốt nhưng trong thực tế là mật độ từ thông phải được đo tại 9 vị trí trên mặt cắt ngang của miếng cá và lấy dữ liệu trung bình nên giá trị được lấy bằng giá trị trung bình. 3.1.5. Đánh giá hoạt động của mô hình Thời gian cấp đông là thông số quan trọng nhất để đánh giá ảnh hưởng của từ trường đến quá trình cấp đông. Định nghĩa về thời gian cấp đông đã được trình bày trong mục 2.4. Để xác định thời gian cấp đông, nhiệt độ tâm sản phẩm phải đạt không lớn hơn -18°C, theo TCVN 8338:2010. Do vậy, trong nghiên cứu này, nhiệt độ cuối cùng tại tâm sản phẩm được chọn để dừng quá trình cấp đông là -18°C. 66 Như vậy, căn cứ trên các cở sở khoa học nói trên, thời gian cấp đông trong luận án này được xác định bằng thời gian cần thiết để giảm nhiệt độ mẫu cá từ nhiệt độ ban đầu (12C) đến nhiệt độ cuối cùng (-18C) tại vị trí có thời gian dài nhất trên 07 vị trí đo như biểu diễn trên hình 3.11. Thiết bị đo và ghi dữ liệu được trình bày chi tiết trong mục 3.1.3. Có thể nhận thấy thời gian cấp đông thực tế thấp hơn thời gian cấp đông lý thuyết do quá trình truyền nhiệt không ổn định và hình dạng của cá không phải là hình hộp như tính toán. Các thông số nhiệt vật lý cũng thay đổi đáng kể theo nhiệt độ cấp đông, do vậy làm thời gian cấp đông thấp hơn lý thuyết. a. Quá trình cấp đông không có hỗ trợ từ trường Tiến hành chạy cấp đông thử nghiệm cho mẫu fillet cá tra ở các nhiệt độ không khí khác nhau (-30, -35, -40C) và đo nhiệt độ tâm sản phẩm cũng như nhiệt độ không khí trong buồng cấp đông. Kết quả đạt được như sau (hình 3.12): - Thời gian cấp đông ở nhiệt độ -30C, -35C, -40C lần lượt là 2457s, 2381s và 2210s. Nhiệt độ không khí giảm 5C thì thời gian cấp đông giảm khoảng 5%. - Nhiệt độ không khí trong buồng cấp đông giữ ở mức cài đặt với độ lệch chuẩn khoảng 1,35 1,93C, cho thấy nhiệt độ môi trường cấp đông được điều khiển tương đối ổn định so với giá trị cài đặt (Độ lệch chuẩn được tính bằng cách xác định sự chênh lệch giữa mỗi điểm dữ liệu so với giá trị trung bình của phép đo). 67 Hình 3.12 Đường cong cấp đông trên mô hình cấp đông gió không có từ trường 68 b. Quá trình cấp đông có hỗ trợ từ trường dao động Để đánh giá ảnh hưởng của từ trường dao động đến thời gian cấp đông, các thí nghiệm đã được thực hiện ở các mức nhiệt độ môi trường cấp đông khác nhau: -30C, - 35C và -40C cùng với vận tốc không khí 5m/s. Kết quả thực nghiệm cho thấy từ trường dao động ảnh hưởng giúp giảm thời gian cấp đông, cụ thể như sau: Bảng 3.7 Kết quả thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của từ trường dao động STT Điều kiện thí nghiệm Có hỗ trợ từ trường dao động, giây (phút) Không hỗ trợ từ trường giây (phút) Chênh lệch (%) 1 t = - 30C, v = 5m/s 40 Gauss 2152 (35,9) 2457 (41,0) 14,17 2 56 Gauss 2295 (38,3) 7,06 3 80 Gauss 2390 (39,8) 6,27 4 74 Gauss 2312 (38,5) 2,80 5 t = - 35oC, v = 5m/s 40 Gauss 1956 (32,6) 2381 (39,7) 21,73 6 56 Gauss 2124 (35,4) 12,10 7 80 Gauss 2216 (36,9) 7,45 8 74 Gauss 2325 (38,8) 2,41 9 t = - 40oC, v = 5m/s 40 Gauss 1695 (28,3) 2210 (36,8) 25,07 10 56 Gauss 1776 (29,6) 19,37 11 80 Gauss 1826 (30,4) 16,10 12 74 Gauss 1908 (31,8) 11,11 Kết quả thực nghiệm cho thấy việc ứng dụng từ trường dao động đã phần nào làm giảm được thời gian cấp đông thực phẩm, cụ thể thời gian cấp đông đã giảm được từ 2,8% đến 14,17% ở nhiệt độ cấp đông -30C, từ 2,41% đến 21,73% ở nhiệt độ cấp đông -35C và từ 11,11% đến 25,07% ở nhiệt độ cấp đông -40C (thể hiện qua bảng 3.7 và hình 3.13). Nhiệt độ cấp đông càng thấp thì việc hỗ trợ từ trường dao động càng giúp giảm thời gian cấp đông. Điều này có nghĩa là cho phép cấp đông ở nhiệt độ cao hơn nhờ hỗ trợ từ trường dao động mà vẫn đảm bảo thời gian cấp đông như nhau. Do nhiệt độ cấp đông ảnh hưởng đến chi phí điện năng cho quá trình cấp đông nên khi tăng nhiệt độ sẽ giúp giảm tiêu hao điện năng đáng kể. a) b) 69 c) a) nhiệt độ -30C; b) nhiệt độ -35C; c)nhiệt độ -40C Hình 3.13 Đường cong cấp đông fillet cá tra ở khi hỗ trợ từ trường dao động Nhận xét: Nghiên cứu thực nghiệm xác định thời gian cấp đông fillet cá tra ở Việt Nam bằng 2 phương pháp: cấp đông gió và cấp đông gió có hỗ trợ bởi từ trường dao động. Qua đó đã xác định được một số kết quả như sau: - Từ trường dao động với mật độ từ thông trung bình trên 40 Gauss là có ảnh hưởng đến thời gian cấp đông. Thời gian cấp đông giảm khoảng từ 2% đến 25% so với cấp đông thông thường. - Với cùng nhiệt độ không khí -30C, vận tốc 5 m/s thì cấp đông có hỗ trợ bởi từ trường dao động sẽ giúp giảm thời gian nhiều nhất là khoảng 14% so với cấp đông gió thông thường. Tương tự như vậy ở điều kiện nhiệt độ không khí -35C và -40C, mức giảm cao nhất tương ứng là 21% và 25%. - Với cùng điều kiện nhiệt độ và vận tốc không khí, vị trí lắp đặt các đầu thu-phát từ trường dao động cũng ảnh hưởng đến thời gian cấp đông. Tuy nhiên, khi tính trong cả quá trình cấp đông thì mức chênh lệch này không lớn, ngược lại vị trí đặt còn ảnh hưởng đến không gian bố trí nguyên liệu cấp đông nên cần cân nhắc khi áp dụng thực tế. c. Quá trình cấp đông có hỗ trợ từ trường tĩnh Để đánh giá ảnh hưởng của từ trường tĩnh đến thời gian cấp đông, các thí nghiệm đã được thực hiện ở các mức nhiệt độ môi trường cấp đông khác nhau: -40C, -35C và -30C cùng với vận tốc không khí 5m/s. Kết quả thực nghiệm cho thấy từ trường tĩnh ảnh hưởng rất lớn đến thời gian cấp đông, cụ thể như sau: ABF OMF 74 Gauss OMF 40 Gauss OMF 56 Gauss OMF 80 Gauss 70 Bảng 3.8 Kết quả thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của từ trường tĩnh STT Điều kiện thí nghiệm Có hỗ trợ từ trường tĩnh giây (phút) Không hỗ trợ từ trường giây (phút) Chênh lệch (%) 1 t = - 30C, v = 5m/s 431 Gauss 1568 (26,1) 2457 (41,0) 36,2 2 453 Gauss 1586 (26,4) 35,4 3 499 Gauss 1604 (26,7) 34,7 4 528 Gauss 1523 (25,4) 38,0 5 t = - 35oC, v = 5m/s 431 Gauss 1550 (25,8) 2381 (39,7) 34,9 6 453 Gauss 1375 (22,9) 42,3 7 499 Gauss 1270 (21,2) 46,7 8 528 Gauss 1173 (19,6) 50,7 9 t = - 40oC, v = 5m/s 431 Gauss 1117 (18,6) 2210 (36,8) 49,5 10 453 Gauss 1087 (18,1) 50,8 11 499 Gauss 1048 (17,5) 52,6 12 528 Gauss 958 (16,0) 56,7 Kết quả thực nghiệm thể hiện qua bảng 3.8 và hình 3.14 cho thấy việc ứng dụng từ trường tĩnh với mật độ từ thông lớn hơn 400 Gauss (0,04T) giúp giảm đáng kể thời gian cấp đông fillet cá tra, cụ thể thời gian cấp đông đã giảm được từ 34,7% đến 38% ở nhiệt độ cấp đông -30C, từ 34,9% đến 50,7% ở nhiệt độ cấp đông -35C và từ 49,5% đến 56,7% ở nhiệt độ cấp đông -40C. Nhờ vào việc hỗ trợ từ trường tĩnh, thời gian khi cấp đông ở nhiệt độ -30C thậm chí còn thấp hơn nhiều so với thời gian khi cấp đông ở nhiệt độ -40C mà không áp dụng từ trường. Điều này cho phép thiết bị cấp đông có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn mà vẫn đảm bảo chất lượng và chi phí điện năng. Xét cùng nhiệt độ cấp đông (-30C) và vận tốc không khí (5m/s) thì khi hỗ trợ từ trường tĩnh với mật độ từ thông trong 431 Gauss đến 528 Gauss, thời gian cấp đông không chênh lệch nhiều (khoảng 5%) trong khi so với cấp đông từ trường dao động thì ảnh hưởng của từ trường tĩnh rõ rệt hơn. a) b) 71 c) a) nhiệt độ -30C; b) nhiệt độ -35C; c)nhiệt độ -40C Hình 3.14 Đường cong cấp đông fillet cá tra ở khi hỗ trợ từ trường tĩnh Nhận xét: Khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định thời gian cấp đông fillet cá tra ở bằng 2 phương pháp: cấp đông gió và cấp đông gió có hỗ trợ bởi từ trường tĩnh thì kết quả cho thấy ảnh hưởng của từ trường tĩnh đến thời gian cấp đông là rõ rệt hơn so với từ trường dao động. Kết quả đạt được như sau: - Từ trường tĩnh với mật độ từ thông trung bình trên 400 Gauss là có ảnh hưởng lớn đến thời gian cấp đông. Thời gian cấp đông giảm khoảng từ 34% đến 56% so với cấp đông thông thường. - Với cùng nhiệt độ không khí -40C, vận tốc 5 m/s thì mật độ từ thông tác dụng càng lớn càng giúp giảm thời gian cấp đông. Theo thực nghiệm, mật độ từ thông đạt 528 Gauss có thể giúp giảm thời gian cấp đông đến 56,7%, do đó chi phí năng lượng tương ứng cũng giảm đáng kể. - Các thí nghiệm chưa thể tiến hành được ở các mật độ từ thông lớn hơn do mật độ từ thông quá lớn sẽ gây ảnh hưởng đến các thiết bị bên trong buồng cấp đông và các đầu cảm biến nhiệt độ, dẫn đến kết quả đo không chính xác. - Từ trường tĩnh ảnh hưởng nhiều h

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_ung_dung_tu_truong_de_nang_cao_hieu_qua_c.pdf
  • pdf0. Phu lục bia luan an.pdf
  • pdf2. Tom tat tieng Viet.pdf
  • pdf3. Tom tat tieng Anh.pdf
  • pdf4. Thong tin đong gop moi tieng Viet.pdf
  • pdf5. Thong tin đong gop moi tieng Anh.pdf
  • pdf6. Trich yeu luan an tieng Viet.pdf
  • pdf7. Trich yeu luan an tieng Anh.pdf
  • pdf8.QD TL Hoi dong cham luan an tien si cap co so.PDF
Tài liệu liên quan