Thiết bị phơi sấy tự động dùng kỹ thuật sấy động kết hợp năng lượng mặt trời

Với thiết bị này, giàn phơi cá được điều khiển quay liên tục với tốc độ quay phụ thuộc nhiệt độ và độ ẩm bên trong buồng phơi, trong đó các giá trị tham chiếu được quyết định bởi kinh nghiệm phơi sấy của người nông dân tùy vào những thời điểm khác nhau.

Ngoài ra, thiết bị còn có thể ứng dụng cho việc phơi sấy các loại nông sản và hải sản khác nhờ vào khả năng sấy liên tục, khép kín và tự động của hệ thống thiết kế. Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định với năng suất cao, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí nhân công, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng, an toàn vệ sinh và cảm quan thực phẩm.

Trước đây, một số cơ sở chế biến đã đưa các lò sấy thủ công hoặc công nghiệp vào sấy cá. Phương pháp này rút ngắn thời gian sấy, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, giảm tiêu tốn nhân công nhưng khô cá không đảm bảo cảm quan: thịt cá xơ cứng, cá tươm mỡ, màu sắc không tự nhiên, mất dinh dưỡng.

Với sự hỗ trợ của Sở khoa học và công nghệ TP.HCM, nhóm tác giả đã triển khai nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo thiết bị sấy ứng dụng năng lượng mặt trời với giàn sấy động cho cá sặc rằn tại huyện Củ Chi, TP.HCM”. Thiết bị được chế tạo dựa trên nguyên lý phơi nắng ban ngày và duy trì nhiệt độ và độ ẩm phơi như ban ngày ở thời điểm ban đêm hoặc khi không có nắng.

Thiết bị được triển khai kết hợp với hệ thống kho xưởng chế biến – đóng gói và lưu trữ sản phẩm của Hợp tác xã thủy sản Tương Lai tại ấp Cây Trôm, xã Phước Hiệp, huyện Củ Chi.

Thiết bị phơi sấy cá tự động với ba buồng phơi sấy thiết kế liên hoàn nhằm đạt được sản lượng 100 kg khô cá mỗi mẻ phơi sấy. Mỗi buồng phơi sấy có giàn sấy chuyển động quanh trục cố định, có các bộ phận tự động điều chỉnh tốc độ quay của giàn sấy và tốc độ dòng không khí theo nhiệt độ bên trong buồng phơi sấy.

Mỗi buồng phơi sấy có 48 vỉ phơi (với kích thước vỉ là 400 mm x 450 mm), được bố trí thành 6 cánh đối xứng nhau. Nếu sản lượng sản phẩm không đủ cho 1 buồng phơi, bố trí sao cho các vỉ nằm đối xứng nhau nhằm đảm bảo đối trọng không làm lệch trục quay, cũng như tận dụng tốt hơn năng lượng mặt trời. Động cơ sử dụng kéo giàn phơi sấy quay theo tốc độ cài đặt trước là loại động cơ DC 350W giảm tốc với tốc độ tối đa là 330 vòng/phút. Một hệ thống truyền động với cơ cấu bánh răng và xích có tỷ số truyền động 30:1, sử dụng kết hợp với động cơ và bộ điều khiển để đảm bảo tốc độ quay của giàn phơi sấy ở ngưỡng tối đa là 10 vòng/phút.

Quạt thổi và hút cùng với hệ thống phun sương, giúp thay đổi tốc độ lưu chuyển của dòng không khí trong buồng phơi sấy và điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm ở mức thích hợp nhất. Tốc độ của quạt tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm đọc được từ cảm biến bên trong buồng phơi sấy.

Lò đốt nhiệt bằng điện trở, công suất 6 kW, sử dụng điện thế xoay chiều ba pha 380V, cung cấp nhiệt lượng cho buồng phơi sấy vào ban đêm hoặc khi không có nắng bằng cách giữ nhiệt độ ở mức giống như ban ngày (38°C đến 40°C). Cơ cấu hồi lưu nhiệt (lấy nhiệt từ buồng phơi sấy qua quạt hút đưa ngược trở lại buồng đốt nhiệt) trong thiết kế giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ cho lò đốt nhiệt. Hệ thống cảm biến nhiệt độ bên trong buồng phơi sấy giúp cắt điện cung cấp cho lò đốt nhiệt nếu nhiệt độ vượt ngưỡng.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau: ban ngày khi có nắng, hệ thống hoạt động như quá trình phơi nắng tự nhiên kết hợp hiệu ứng nhà kính để gia nhiệt trong buồng phơi sấy. Ánh sáng mặt trời chiếu xuống xuyên qua “mặt kính hay tấm trong suốt” gặp vật màu đen là “cá sặc rằn” được xếp trên các giàn phơi sấy đặt trong hệ thống quay và đặt bên trong “buồng thu năng lượng”, đây là một dạng bẫy nhiệt, khiến cho cá và cả giàn quay nóng lên. Cá nóng lên sẽ bốc hơi nước, cả các khay và khung giàn nóng làm cho không khí trong buồng cũng nóng lên. Nhờ có quạt thổi hoặc hút mà không khí nóng có ẩm từ cá được hút ra ngoài. Các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm đặt bên trong buồng phơi sấy sẽ quyết định tự động điều chỉnh tốc độ quay của giàn phơi sấy, tốc độ của dòng tác nhân sấy cũng như hệ thống phun sương sao cho đảm bảo cảm quan cấu trúc của cá. Với thiết kế như trên, nhiệt độ trong buồng sấy khi có nắng tốt sẽ lên đến khoảng 50°C đến 60°C, rất phù hợp cho giai đoạn khử vi sinh khi có thêm nhiệt được cung cấp bởi lò đốt nhiệt.

Trong trường hợp không có nắng hoặc vào ban đêm, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sẽ tự động đưa lò đốt nhiệt bằng điện trở với nguồn cung cấp của lưới điện hiện có vào hoạt động. Khi lò đốt nhiệt hoạt động, ống hồi lưu nhiệt sẽ giúp hệ thống tiết kiệm điện năng bằng cách sử dụng dòng không khí hồi lưu từ buồng sấy thổi vào điện trở nhiệt để cung cấp nhiệt lượng cho toàn buồng. Lò đốt nhiệt tự động tắt/mở theo cảm biến nhiệt độ bên trong buồng phơi sấy. Với thiết kế là một buồng kín, trong quá trình hoạt động độ ẩm trong buồng ít bị tác động bởi môi trường bên ngoài. Ngoài ra, nhiệt lượng bị thoát ra ngoài cũng rất ít, nên chu kỳ tắt/mở của lò đốt nhiệt dự kiến là 15 phút tắt/2 phút mở lò.

Sau nhiều lần thử nghiệm phơi sấy các mẻ cá sặc rằn tại Hợp tác xã thủy sản Tương Lai, khô cá thành phẩm đã được kiểm nghiệm và chứng nhận đạt chuẩn vi sinh thực phẩm, cũng như các tiêu chí về dinh dưỡng.

Sản phẩm hoàn thiện được lắp đặt tại Hợp tác xã thủy sản Tương Lai, huyện Củ Chi, TP.HCM với các điểm nổi bật: thiết bị hoạt động hoàn toàn tự động với năng suất tăng 300% so với phơi nắng, giảm tiêu tốn điện năng 6 lần so với sử dụng lò sấy vỉ ngang cùng năng suất, giảm thời gian phơi sấy khoảng 3 lần so với phơi nắng, chỉ cần một nhân công vận hành, khô cá có màu sắc tự nhiên như phơi nắng, thịt dai và ngọt, các dòng vi sinh phổ biến như E-Coli, Coliform và Salmonella đều bị khử triệt để, các chỉ tiêu dinh dưỡng đa lượng, protide, lipid, … đều đạt. Với việc cải tiến kết cấu của vỉ phơi, thử nghiệm bộ thông số phơi sấy và bổ sung chức năng giám sát và điều khiển từ xa bằng giải pháp công nghệ IoT, thiết bị sẽ được ứng dụng rộng rãi cho việc phơi sấy các sản phẩm khô cá khác có sản lượng tương đối lớn hiện nay như cá lóc, cá chạch, cá dứa, … cũng như các sản phẩm hạt, trái cây, gia vị, …