NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY HỒNG NGOẠI

PHƯƠNG PHÁP SẤY BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

Tìm hiểu về bức xạ hồng ngoại

Khái niệm về bức xạ hồng ngoại

Tia hồng ngoại là loại ánh sáng đỏ không trông thấy, có bản chất là sóng điện từ, với bước sóng điện từ dao động từ 0.76 - 1000μm.

Nguồn bức xạ hồng ngoại được dùng có hiệu quả cao trong kỹ thuật sấy các vật liệu mỏng (bánh tráng, các loại củ được xắt lát...). Sự phân bố đường đẳng nhiệt của một đèn không đều dẫn đến làm cong vênh vật liệu. Để cho vật liệu được chiếu đề cần phải bố trí khoảng cách thích hợp giữa các nguồn đèn. Để tăng hiệu suất chiếu, tiết kiệm nhiên liệu cần chọn khoảng cách chiều tối ưu từ nguồn đến vật liệu và chọn cậy liệu thích hợp làm tường ngăn cho các máy sấy hồng ngoại. Tất cả những vấn đề trân có ý nghĩa quan trọng trong việc sử dụng bức xạ hồng ngoại đến vật liệu.

Đặc điểm và tính chất của tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại truyền theo đường thẳng từ nguồn phát ra nó, tia hồng ngoại truyền đi với vận tốc ánh sáng, không đốt nóng không khí mà nó đi qua.

Khi một vật phát ra bức xạ hồng ngoại thì một phần không đáng kể các tia hồng ngoại được hấp thụ bởi CO₂, hơi nước và một số hạt khác ở trong không khí.

Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật được phát, ngoài ra nhiệt độ cũng như các thuộc tính vật lý của nó sẽ quyết định hiệu quả cũng như bước sóng phát ra.

Khi năng lượng hồng ngoại tác động đến một số đối tượng nào đó thì nó sẽ làm cho các điện tử bị kích thích và dao động, sự dao động này sẽ tương tác với các điện tử khác ở bên cạnh làm cho chúng dao động theo, quá trình dao động sinh ra năng lượng động năng, tạo ra nhiệt và làm cho nhiệt độ các phân tử nước tăng nhanh dẫn đến quá trình bốc hơi nhanh.

Các nguồn phát ra tia hồng ngoại

Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0K (-273,15^oC) đều phát ra tia hồng ngoại.

Ứng dụng của tia hồng ngoại

Dựa vào tính chất phát nhiệt của tia hồng ngoại mà ta có thể sử dụng nguồn năng lượng do nó phát ra để làm bay hơi nước trong thực phẩm. Ngoài ra người ta còn sử dụng tia hồng ngoại trong lĩnh vực y tế để điều trị các bệnh liên quan tới xương khớp, trong lĩnh vực truyền thông dùng để truyền tải thông tin trong mạng nhỏ như là truyền thông tin từ máy tính sang máy tính, máy tính sang điện thoại hay giữa điện thoại với điện thoại, trong lĩnh vực đo lường sử dụng tia hồng ngoại để đo nhiệt độ của vật từ xa.

Khái niệm sấy bằng bức xạ hồng ngoại

Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát ra tia hồng ngoại là tác nhận chính để làm bay hơi nước có trong thực phẩm.

Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại

Nguyên nhân vì sao mà năng lượng của bóng đèn hồng ngoại lại có thể làm bay hơi nước có trong vật liệu ẩm, từ đó làm khô được các vật liệu đó. Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu về cơ chế làm khô của bức xạ hồng ngoại, khi chúng tác dụng tới các loại vật liệu ẩm.

Như chúng ta đã biết, hầu hết các loại vật liệu ẩm đều được cấu tạo từ nước và các hợp chất hữu cơ. Bên cạnh đó tại cùng một điều kiện giống nhau thì nước và các loại hợp chất hữu cơ này, lại hấp thụ năng lượng cực đại của bức xạ hồng ngoại do nguồn phát phát ra, ở những bước sóng khác nhau. Và đây cũng chính là một đặc điểm rất quan trọng để từ đó, chúng ta có thể lợi dụng để điều chỉnh năng lượng bức xạ về bước sóng thích hợp, mà tại đó nước ở trong vật liệu ẩm bay hơi càng nhiều càng tốt.

Khi chúng ta cấp điện cho bóng đèn hồng ngoại thì đèn sẽ phát sáng và sản sinh ra các tia hồng ngoại chiếu tới vật liệu ẩm trong phòng sấy. Do đó khi nhận được nguồn năng lượng bức xạ mà đèn hồng ngoại chiếu tới, thì nội năng của nước trong vật liệu ẩm sẽ tăng lên nhanh chóng, vì thế ma sát giữa các phân tử nước sẽ tăng lên dẫn đến nhiệt độ của nước tăng lên dần tới nhiệt độ sôi, cắt đức các liên kết giữa các phân tử nước với phân tử nước, giữa các phân tử nước với các cấu trúc hữu cơ. Kết quả nước sẽ chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi và bốc hơi theo chiều ly tâm bên trong vật liệu ẩm ra ngoài môi trường sấy. Trong khi đó các hợp chất hữu cơ cấu thành nên các vật liệu ẩm đó giống như những vật trong suốt và hấp thụ không đáng kể bức xạ hồng ngoại chiếu tới. Vì thế nếu các hợp chất hữu cơ cấu tạo nên vật liệu ẩm đó là các loại thực phẩm thì chúng cũng không bị ảnh hưởng của bước sóng hồng ngoại về tới bước sóng hồng ngoại tác động đến.

Trên thực tế, việc điều chỉnh năng lượng bức xạ của tia hồng ngoại về tới bước sóng mà nước tự do trong vật liệu ẩm hấp thụ cực đại là hoàn toàn thực hiện được, vì chúng ta có mối quan hệ giữa bước sóng và nhiệt độ của bóng đèn hồng ngoại là: λ_max =  2886/T. Cụ thể từ công thức này chúng ta có thể chủ động điều khiển nhiệt độ bóng đèn có thể thu được bước sóng phù hợp, bước sóng phù hợp theo như nghiên cứu là vào khoảng 2.5 - 3.5 μm, và đây cũng chính là khoảng cách bước sóng mà nước hấp thụ cực đại.

Ngoài ra, khả năng làm bay hơi nước tự do bằng bước sóng thì nhiệt độ cũng đóng vai trò quan trọng vào quá trình làm khô vật liệu ẩm, do tính chất nhiệt mà tia hồng ngoại sinh ra. Vậy chúng ta có thể thấy rõ ràng là có hai tác nhân chính để làm khô vật liệu ẩm đó là: Bước sóng của tia hồng ngoại và nhiệt độ do tia hồng ngoại phát ra. Và đây cũng chính là đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ quá trình sấy từ đó làm giảm đáng kể thời gian sấy, góp phần tăng hiệu quả của quá trình sấy nên rất nhiều.

Thiết bị sấy hồng ngoại

Hệ thống sấy hồng ngoại DSHN-01 do nhóm nghiên cứu của Thầy Nguyễn Tấn Dũng, thầy Lê Thanh Phong, KS. Nguyễn Phương & KS. Nguyễn Ngọc Cảnh (K2008) thiết kế, chế tạo vào năm 2012. Hệ thống làm việc ổn định, sản phẩm sấy hồng ngoại cho chất lượng tốt.

Vận hành máy sấy hồng ngoại DSHN-01  

Bước 1: luôn kiểm tra máy trước khi vận hành

• Đảm bảo các dòng đèn được lắp sát vào đuôi đèn.
• Các đầu dò được đặt đúng vào vị trí.

Bước 2: Bật CB để cung cấp nguồn điện vào cho máy

Bước 3: Cài đặt nhiệt độ tác nhân sấy và nhiệt độ môi trường sấy

Bước 4: Cài đặt thời gian sấy

     Thời gian sấy có 2 chế độ: chế độ tự động (A) hoặc chế độ bằng tay (H)

• Để chọn chế độ tự động ta chuyển công tắc xoay về chữ A, thì sau thời gian cài đặt máy sẽ tự động tắt.
• Để chọn chế độ tay ta chuyển công tắc xoay về chữ H, máy chỉ tắt khi người dùng muốn dừng quá trình sấy bằng cách nhấn vào nút STOP.

Bước 5: Cài đặt độ ẩm

Bước 6: Chọn mức cường độ bức xạ (LOW, MID, hoặc HIGH) tùy theo yêu cầu.

Bước 7: Nhấn START để máy bắt đầu hoạt động

Hê thống chế tạo trong nước theo yêu cầu của doanh nghiệp, giá thành hợp lý có thể chấp nhận được khi đầu tư, hỗ toàn bộ về kỹ thuật.

Bảo hành 2 năm.

Sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu

Sau khi nghiên cứu để xác lập chế độ công nghệ sấy hồng ngoại, nhóm tác giả Lê Thu Thủy (CNTP K2008) - thầy Nguyễn Tấn Dũng đã tìm được chế độ công nghệ tối ưu như sau: Nhiệt độ môi trường sấy 64,25^oC; thời gian sấy 7,34h; cường độ bức xạ 5,64kW/m²; sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm 6,1%; độ tổn thất β-carotene 48,91%; chi phí năng lượng 3,61kWh/kg. 

Hình. Sản phẩm mít sấy hồng ngoại

Sản phẩm có màu sắc ít thay đổi, giòn không cứng, mùi vị tự nhiên thơm ngon, thỏa mãn giá trị cảm quan của người tiêu dùng. Sản chỉ sấy từ nguyên liệu tự nhiên không chiên trước khi sấy. Vì thế, các thành phần dinh dưỡng không ít bị phá hủy.

Mọi chi tiết xin liên hệ:
TS. Nguyễn Tấn Dũng, khoa CNHH&TP, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TpHCM. Số 1, Võ Văn Ngân, Thủ Đức, TpHCM.
Email: tandzung072@yahoo.com.vn
ĐT: 0918801670