Máy khử nước bằng năng lượng mặt trời (hoặc máy sấy bằng năng lượng mặt trời ) cho phép người dùng bảo quản thực phẩm mà không tốn chi phí năng lượng hoặc ô nhiễm liên quan đến các kỹ thuật sấy khô khác.
Nông sản và các sản phẩm khác đã được phơi khô bằng nắng và gió ngoài trời từ hàng nghìn năm nay. Mục đích là để bảo quản chúng để sử dụng sau này, như trường hợp thực phẩm; hoặc như một phần không thể thiếu của quá trình sản xuất, như với gỗ, thuốc lá và hoạt động rửa tiền. Ở các khu vực và khu vực công nghiệp hóa, sấy khô ngoài trời hiện đã được thay thế phần lớn bằng máy sấy cơ giới hóa, có nồi hơi để làm nóng không khí đi vào và quạt để đẩy khí đi qua ở tốc độ cao. Sấy cơ giới nhanh hơn sấy ngoài trời, sử dụng ít đất hơn và thường cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn. Nhưng thiết bị này đắt tiền và cần một lượng lớn nhiên liệu hoặc điện để hoạt động.
'Sấy khô bằng năng lượng mặt trời' trong nội dung tóm tắt kỹ thuật này đề cập đến các phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời để sấy khô, nhưng không bao gồm 'sấy khô ngoài trời'. Lý giải cho việc sử dụng máy sấy bằng năng lượng mặt trời là chúng có thể hiệu quả hơn so với phơi nắng nhưng có chi phí vận hành thấp hơn so với máy sấy cơ giới. Một số thiết kế đã được chứng minh về mặt kỹ thuật và mặc dù chưa có thiết kế nào được sử dụng rộng rãi nhưng vẫn có sự lạc quan về tiềm năng của chúng.
Contents
Các loại
Máy sấy lúa năng lượng mặt trời
Một loại máy khử nước bằng năng lượng mặt trời nổi tiếng được trình bày trong Hình 1. Nó được thiết kế cho các yêu cầu cụ thể của gạo nhưng các nguyên tắc vẫn áp dụng cho các sản phẩm và loại thiết kế khác, vì nhu cầu cơ bản là loại bỏ nước là như nhau.
Không khí được hút qua máy sấy bằng đối lưu tự nhiên. Nó được làm nóng khi đi qua bộ thu và sau đó được làm mát một phần khi hút hơi ẩm từ gạo. Gạo được làm nóng bằng không khí và trực tiếp bằng mặt trời.
Không khí ấm có thể giữ nhiều độ ẩm hơn không khí lạnh nên lượng cần thiết phụ thuộc vào nhiệt độ mà nó được làm nóng trong bộ thu cũng như lượng giữ lại (độ ẩm tuyệt đối) khi đi vào bộ thu.
Cách mà khả năng hấp thụ độ ẩm của không khí bị ảnh hưởng bởi độ ẩm ban đầu và nhiệt độ mà nó được làm nóng sau đó được thể hiện trong Bảng 1.
Mục tiêu của hầu hết các quá trình sấy khô là giảm độ ẩm của sản phẩm xuống một giá trị xác định. Độ ẩm (cơ sở ướt) được biểu thị bằng trọng lượng của nước so với tổng trọng lượng. Độ ẩm của gạo thường phải giảm từ 24% xuống 14%. Như vậy để sấy được 1 tấn gạo phải loại bỏ 100kg nước. Nếu không khí nóng có 'khả năng hấp thụ' là 8g/m3 thì cần 100/0,0008 = 12.500/m3 không khí để làm khô một tấn gạo. Nhiệt lượng cần thiết để làm bay hơi nước là 2,26kJ/kg. Do đó, cần khoảng 250MJ (70kWh) năng lượng để làm bay hơi 100kg nước. Không có yêu cầu cố định về lượng nhiệt mặt trời đưa vào máy sấy. Điều này là do không khí xung quanh có thể từ bỏ một phần năng lượng bên trong để làm bay hơi nước (trong quá trình này trở nên lạnh hơn). Thực vậy, nếu không khí xung quanh đủ khô thì không cần cung cấp nhiệt. Tuy nhiên, nhiệt tăng thêm rất hữu ích vì hai lý do. Đầu tiên, nếu không khí ấm hơn thì cần ít không khí hơn. Thứ hai, nhiệt độ trong hạt gạo có thể là một yếu tố quan trọng, đặc biệt là trong các giai đoạn sấy sau này, khi độ ẩm phải được 'hút' từ tâm hạt lên bề mặt của chúng. Nhiệt độ này tự nó sẽ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ không khí cũng như lượng bức xạ mặt trời mà lúa nhận trực tiếp. Trong hệ thống đối lưu tự nhiên, luồng không khí được tạo ra do không khí ấm bên trong máy sấy nhẹ hơn không khí mát hơn bên ngoài. Sự khác biệt về mật độ này tạo ra một sự chênh lệch áp suất nhỏ trên lớp hạt, đẩy không khí đi qua nó. Hiệu ứng này tăng lên, chiều cao của giường phía trên cửa vào (h1) và cửa ra phía trên giường (h2) càng lớn. Hiệu ứng của h2 tăng ít hơn hiệu ứng của h1 tăng vì không khí được làm mát khi đi qua lớp đệm. Mật độ gần đúng cho nhiều trường hợp khác nhau được thể hiện trong Bảng 2Có thể thấy rằng nếu không khí đi vào chỉ được làm nóng thêm 10-30°C thì sự hiện diện của ống khói phía trên máy sấy sẽ tạo ra rất ít hoặc không có sự khác biệt nào, trừ khi nó hoạt động hiệu quả như một bộ thu năng lượng mặt trời và tăng nhiệt độ của máy sấy. không khí một cách đáng kể. Cần lưu ý rằng ngay cả khi chênh lệch mật độ lên tới 0,05kg/m2 thì chênh lệch áp suất thu được chỉ là 0,5 Pa (5 phần triệu áp suất khí quyển) trên mỗi mét ống khói. Để so sánh, các hệ thống đối lưu cưỡng bức thường hoạt động với chênh lệch áp suất 100-500 Pa. Nhiều sản phẩm bị hư hỏng do nhiệt độ quá cao. Những hạn chế nghiêm trọng nhất là đậu (35°C), gạo (45°C) và tất cả các loại ngũ cốc nếu chúng được sử dụng làm hạt giống (45°C).
Máy sấy năng lượng mặt trời đối lưu cưỡng bức
By using a fan to create the airflow, drying time can be reduced by a factor of 3. Also, the area of collector required is reduced by up to 50%. Therefore, the area of collector required for a given throughput of product could be reduced by a factor of 5-6. The initial cost of a one tonne per day dryer is in the region of £1500-2000. The fan would consume about 500 watts for 6 hours, and so electricity cost (at 0.07/kWhr) would be about 0.20 per tonne of rice dried
Tent dryer
The distinguishing feature of tent, box and cabinet dryers is that the drying chamber and the collector are combined into one, see Figure 3. This allows a lower initial cost. Drying times are however not always much lower than for open-air drying. (Probably, insufficient attention has so far been paid to utilising natural convection.) The main purpose of the dryers may be to provide protection from dust, dirt, rain, wind or predators and they are usually used for fruit, fish, coffee or other products for which wastage is otherwise high. There are numerous other types. Greenhouse dryers are a more sophisticated version of tent dryers. Box dryers may incorporate thermal insulation to achieve higher temperatures. Storage bin dryers combine the functions of drying and long-term storage. Solar timber kilns may include hot water storage to enable the necessary control of drying rate.Solar drying or open-air drying?
Firstly, one important advantage of solar drying is that the product is protected from rain, insects, animals and dust that may contain faecal material. Some systems also give protection fromdirect sunlight. Second, faster drying reduces the likelihood of mould growth. Third, higher drying temperatures mean that more complete drying is possible, and this may allow much longer storage times (but only if rehumidification is prevented in storage). Finally, more complex types of solar dryers allow some control over drying rates.
Which solar dryer?
The choice between alternative types of solar dryer will depend on local requirements and in particular on the scale of operation. If intended for peasant farmers then initial capital cost may be the main constraint and plastic-covered tent or box dryers may be appropriate.
There may however be a trend towards more centralised drying to enable more intensive usage of the equipment. The greater initial cost of glass covers may then be affordable, and grid electricity may be available to run fans and obtain much faster throughput for a given collector area.
For intermediate scale and capital cost the natural convection rice dryer is a well proven design.
The choice between using solar radiation or fuel, to heat the air is mainly one between a higher initial cost and continuing fuel costs which needs to be analysed for each location. In some circumstances, it may be possible to burn rice husks or other fuel with low opportunity cost. One ton of rice gives 200kg of husks. Fuel heating usually allows better control of the drying-rate than solar heating; it also enables drying to be continuous. If either of these is required, a combined system may be appropriate with pre-heating of air by solar energy.
Related projects
Here are all the Appropedia original projects that show how to make or build a solar dehydrator. Feel free to add your own by creating a page and adding "Solar dehydrator" to the "Instance of" parameter in the project data box.
See also
- Drying of foods (Practical Action Brief)
- Food drying with superheated steam
- Small Scale Drying technology (Practical Action Brief)
External links
- Solar dehydrator designs at Permies.com
- Solar dehydrator plans at Permies.com
- Solar dehydrator movie at Permies.com
Further reading
- Drying of Foods (Practical Action Technical Brief)
- Drying Technologies Practical Action Technical Brief
- Tray Dryers Practical Action Technical Brief
- The Anagi Tray Dryer Practical Action Technical Brief
- Construction and Use of a Simple Solar Drier to Preserve Food for Off Season HEDON
- Household Energy Network
- Drying Food for Profit: A Guide for Small Business Barrie Axtell, ITDG Publishing, 2002
- Setting up a Food Drying Business: A Step-by-Step Guide Fabrice Thuiller, ITDG Publishing, 2002
- Solar driers Commonwealth Science Council, 1985
- Solar drying: Practical methods of food preservation, ILO, 1988
- Producing Solar Dried Fruit and Vegetables for Small-scale Enterprise Development, NRI 1996
- Try Drying It! Case studies in the dissemination of tray drying technology, Barrie Axtell & Alex Bush, IT Publishing, 1991
| Keywords | solar, solar cooker, energy |
|---|---|
| SDG | SDG07 Affordable and clean energy |
| License | CC-BY-SA-3.0 |
| Affiliations | Practical Action |
| Language | English (en) |
| What links here | 224 pages |
| Aliases | Solar drying, Solar Drying, Solar dehydrating, DIY solar food dehydrator projects, DIY solar dehydrator projects, Original:Solar drying, Solar dehydrators |
| Translations | Korean, Turkish, Spanish, French, Chinese, Urdu |
| Impact | 3,651 |
| Created | February 25, 2008 by Lonny Grafman |
| Modified | May 29, 2023 by Pedro Kracht |
| Cite as | "Solar dehydrator". Appropedia. 2008–2023. Retrieved September 24, 2023. |
| API queries | basic, semantic, html, files, more |