Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển quạt gió để tối ưu hóa chế độ làm việc tủ đông gió trong các nhà máy thủy sản

Ở Việt Nam, ngành chế biến thủy sản đông lạnh trong những năm gần đây phát triển với tốc độ khá cao về sản lượng cũng như kim ngạch xuất khẩu và là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn.

Theo thống kê năm 2016, cả nước có hơn 633 nhà máy, xí nghiệp chế biến thủy sản với sản lượng hơn 6,56 triệu tấn sản phẩm, đạt mức doanh thu trên 7,8 tỷ USD. Quá trình tăng trưởng này đã đưa Việt Nam trở thành một trong năm quốc gia xuất khẩu thủy sản lớn nhất thế giới. Đồng thời, cũng là nước đứng thứ ba về nuôi trồng và đánh bắt, thứ 4 về xuất khẩu thủy sản, chỉ sau Trung Quốc, Na Uy và Thái Lan.

Tuy nhiên, chính sự phát triển mạnh mẽ này đã làm nảy sinh những vấn đề bất cập như: chất lượng sản phẩm không ổn định, kháng sinh vượt quá mức cho phép, ô nhiễm môi trường, vấn đề giá cả và cạnh tranh thị trường... Điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến uy tín và năng lực xuất khẩu thủy sản của nước ta. Nhằm ổn định và phát triển việc xuất khẩu thủy sản theo hướng bền vững thì chất lượng sản phẩm là yếu tố hàng đầu. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu, quy trình đánh bắt và quy trình công nghệ chế biến. Trong đó, quá trình cấp đông thực phẩm là một khâu quan trọng nhất trong quá trình bảo quản và chế biến thực phẩm.

Hiện nay các công ty thủy sản trên cả nước đang sử dụng hơn 400 tủ đông gió để cấp đông thực phẩm và chỉ quan tâm đến thông số cuối cùng là sản phẩm được khách hàng chấp nhận. Đối với cơ sở xuất khẩu điều này hoàn toàn đúng nhưng chưa đủ. Bởi vì tủ đông gió và các thiết bị làm lạnh chủ yếu sử dụng trong nhà máy được nhập khẩu hầu hết từ các nước trên thế giới vào khoảng thập kỷ 80. Do đó, công nghệ cấp đông tại các nhà máy đã quá lạc hậu. Chưa kể đến chế độ làm việc của hệ thống cho từng sản phẩm chưa hợp lý như: nhiệt độ làm lạnh, nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm, tốc độ quạt, áp suất trung gian, v.v... Thông thường, nhiệt độ làm lạnh trong tủ đông gió dao động từ -35 độ C đến -52 độ C, được phân bố đồng đều trong tủ nhờ quạt đối lưu cưỡng bức. Khi cấp đông ở nhiệt độ cao thì thời gian cấp đông kéo dài, bên trong thực phẩm tạo ra các tinh thể băng lớn và tăng hao hụt khối lượng. Do đó, cấp đông nhanh với nhiệt độ âm sâu là cần thiết để duy trì chất lượng thực phẩm vì nó tạo ra nhiều tinh thể băng có kích thước nhỏ, giảm hao hụt khối lượng nhưng tổng tải nhiệt của hệ thống sẽ tăng. Ngoài ra, khi tốc độ quạt lớn làm tăng hệ số truyền nhiệt và tổng tải nhiệt. Năng lượng tiêu thụ của hệ thống tăng khi khi nhiệt độ làm lạnh giảm và tăng tốc độ không khí. Từ đó, hệ thống không thể có chế độ làm việc tối ưu khi xem xét từng thông số riêng biệt mà phải phân tích ảnh hưởng của nhiều thông số trong thời gian cấp đông cố định dựa vào tính toán hoặc thực tiễn nhưng phải đảm bảo chất lượng sản phẩm. Bên cạnh đó, áp suất trung gian tối ưu lý thuyết được xác định bằng căn bậc hai của áp suất ngưng tụ và bay hơi. Tuy nhiên, áp suất trung gian thực khác xa áp suất trung gian lý thuyết đặc biệt ở giai đoạn đầu và cuối quá trình. Việc xác định áp suất trung gian tối ưu là rất quan trọng đối với thiết kế hệ thống lạnh hai cấp. Do vậy, việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả hệ thống cấp đông thông qua việc thiết lập chế độ cấp đông tối ưu có ý nghĩa thực tiễn rất lớn nhằm giảm chi phí năng lượng và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm.

Với những phân tích trên, việc nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở lý thuyết cũng như nghiên cứu thực nghiệm lạnh đông thủy sản ở Việt Nam là nhu cấp thiết và đó là lý do ra đời đề tài  “Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ làm việc các thiết bị cấp đông thủy sản trong điều kiện Việt Nam” do Cơ quan chủ trì Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài ThS. Hoàng Minh Tuấn thực hiện.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Nhóm nghiên cứu đã đưa ra phương pháp đơn giản để dự đoán thời gian đóng băng cho thực phẩm có hình dạng tấm phẳng vô hạn với hai biên đối lưu không đối xứng dựa trên phương trình cân bằng nhiệt;

- Sai số tương đối giữa hai phương pháp dự đoán thời gian cấp đông cho vật ẩm với biên loại 3 không đối xứng và đối xứng là 8,06%. Phương pháp này có sai số trung bình so với các phương pháp giải tích khác của các nhà khoa học trên thế giới là 1,11%. Ngoài ra, độ chính xác của nó so với phương pháp phần tử hữu hạn và thực nghiệm không quá 12%;

- Theo kết quả thực nghiệm, thời gian cấp đông mực ống để đạt đến nhiệt độ tâm -18 độ C cho 15 mẫu thực phẩm có nhiệt độ ban đầu khác nhau, sai lệch giữa thời gian thực nghiệm và tính toán lý thuyết từ 0,74 ±7,83 %;

- Xây dựng mô hình toán xác định hao hụt khối lượng thực phẩm không bao gói trong quá trình cấp đông cho mực ống. Nhiệt độ cấp đông ảnh hưởng rõ rệt hơn khi cùng các thông số vận hành ở nhiệt độ - 39 độ C có %W/mẻ = 0,47 % nhưng ở - 41 độ C thì %W/mẻ = 0,42 %. Ngoài ra, có thể giảm hệ số chuyển khối bằng cách tăng trở kháng khi thực phẩm được đóng gói.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16997/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Theo Vista.gov.vn