Đang tải... (xem toàn văn)
Mô hình hoá điều khiển đồng nhất trong không gian 3 chiều của thiết bị thanh trùng
BÁO CÁO KHOA HỌC MƠ HÌNH HĨA NHẰM KIỂM SỐT ĐỒNG NHẤT NHIỆT ĐỘ SẢN PHẨM TRONG KHÔNG GIAN CHIỀU CỦA THIẾT BỊ THANH TRÙNG Thực hiện: Ths Lê Thị Hoa Xuân, Ts Võ Tấn Thành Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm – Đại Học Cần Thơ 26/11/2010 Nội dung báo cáo Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp thí nghiệm Kết thảo luận Kết luận Đặt vấn đề - Thanh trùng hình thức bảo quản thực phẩm nhiệt độ, nhằm đảm bảo an toàn chất lượng sản phẩm - Trong trình trùng vấn đề kiểm soát nhiệt độ yêu cầu cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Kiểm soát nhiệt độ đồng nhiệt độ không gian 3D thiết bị trùng Để đạt mục tiêu cần thực hiện: (1) Khảo sát đồng nhiệt độ để đánh giá vùng đồng tiến đến việc xác định vị trí cần kiểm sốt (2) Mơ hình hóa tìm tham số vật lý có ý nghĩa sử dụng để kiểm sốt vùng không gian đồng xác định Mục tiêu nghiên cứu Để kiểm soát nhiệt độ không gian 3D cần phải: - Dùng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ sản phẩm - Sử dụng mơ hình tính tốn phân bố nhiệt độ sản phẩm nhằm kiểm soát đồng điều chỉnh thiết kế Phương pháp thí nghiệm Hệ thống gia nhiệt kiểm soát nhiệt độ Thiết bị trùng Bơm nước nóng Hệ thống thiết bị dùng nghiên cứu Phương pháp thí nghiệm 10 cm 32 30 10 cm 35 33 37 38 36 38 39 27 36 24 33 21 13 cm 37 35 34 32 11 29 13 cm 35 23 32 20 30 28 31 19 38 26 36 34 33 31 34 22 Sản phẩm 37 25 Mơi trường Sơ đồ bố trí cảm biến nhiệt độ 20 cm Phương pháp thí nghiệm Bao bì gắn cảm biến nhiệt độ ghi nhận nhiệt độ tâm sản phẩm Phương pháp thí nghiệm Bố trí thí nghiệm thu nhận kết q trình trùng Phương pháp thí nghiệm Các giả sử dùng nghiên cứu: (1) Đồng nhiệt độ sản phẩm bao bì với mức nhiệt độ khác biệt chấp nhận (2) Quá trình truyền nhiệt chiều qua diện tích xung quanh vật thể, bỏ qua truyền nhiệt qua nắp hộp hình trụ (3) Tính chất vật lý thực phẩm mơi trường thay đổi q trình thí nghiệm 10 Phương pháp thí nghiệm Khảo sát thay đổi nhiệt độ sản phẩm theo thay đổi nhiệt độ môi trường theo thời gian gia nhiệt với mục tiêu xác định vùng cần kiểm soát - Đo đạc ghi nhận nhiệt độ môi trường sản phẩm theo thời gian gia nhiệt - Biểu diễn phân bố nhiệt độ môi trường sản phẩm không gian chiều thiết bị trùng - Đánh giá vùng cần kiểm soát lý thuyết đồng (WMZ) với khác biệt nhiệt độ chấp nhận 11 Phương pháp thí nghiệm Mơ hình hóa q trình truyền nhiệt từ nhiệt độ mơi trường đến nhiệt độ trung tâm sản phẩm với mục tiêu kiểm soát đồng nhiệt độ sản phẩm Sử dụng mơ hình hộp đen có chứa tham số vật lý (Data Based Mechanistic Modeling) để mơ hình hóa q trình truyền nhiệt từ mơi trường đến sản phẩm 12 Phương pháp thí nghiệm Từ liệu thu nhận thí nghiệm Từ phương trình truyền lý thuyết Mơ hình hóa Biến đổi Hàm truyền có R2 cao, SE nhỏ, YIC thấp Hàm truyền Đồng dạng hàm truyền Tìm tham số liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt dùng kiểm soát , điều chỉnh thiết kế … Kết thảo luận 60 Nhiệt độ (oC) 55 50 45 40 35 30 500 1000 1500 2000 Thời gian (x 10 giây) Đồ thị biểu diễn nhiệt độ sản phẩm môi trường trình trùng 14 Kết thảo luận Biểu diễn phân bố 3D nhiệt độ sản phẩm môi trường sau 20 phút gia nhiệt 32.5 32.5 19.5 19.5 6.5 6.5 22.5 22.5 12.5 2.5 54.1 UI (%) 54.5 54.2 54.4 54.5 55 54.6 54.8 54.9 2.5 20 10 54 22.5 2.5 2.5 20 UI (%) 12.5 22.5 55.1 55.2 55.3 10 55.5 52.8 53 55.5 52.9 53.1 (a) Phân bố 3D nhiệt độ môi trường 53.2 53.2 53.4 53.3 53.6 53.5 53.8 53.6 53.8 54 53.9 54.2 54 54.4 54.2 54.6 54.3 (b) Phân bố 3D nhiệt độ sản phẩm 15 Kết thảo luận Đồng nhiệt độ sau 20 phút gia nhiệt Thoi gian 20 Dong nhat = 38.8889% Thoi gian 20 Dong nhat = 27.7778% 32.5 Không thể dùng nhiệt độ môi trường để đánh giá nhiệt độ sản phẩm Height (m) Height (m) 32.5 19.5 19.5 6.5 6.5 22.5 22.5 12.5 22.5 2.5 Length (m) 12.5 22.5 2.5 2.5 Width (m) Đồng nhiệt độ môi trường khác biệt nhiệt độ 0,2oC Length (m) 2.5 Width (m) Đồng nhiệt độ sản phẩm khác biệt nhiệt độ 0,2oC Tính tốn tham số hàm truyền lựa chọn hàm truyền thích hợp Vị trí 15 Dữ liệu thu nhận Tính tốn hàm truyền bậc 1, … Bậc [m,n,t] Các tham số SE hàm truyền mơ hình Bậc [0,1,10] a1= 0,071 0,04 b0= 0,071 Bậc [1,2,10] a1= 0,549 0,01 Hàm truyền bậc lựa chọn để a2= 0,008 b0=trình 0,406truyền b1= 0,008 Bậc [0,1,10] a1= 0,054 0,06 b0= 0,054 Bậc [1,2,10] a1= 0,221 0,02 a2 =0,003 b0= 0,159 b1= 0,003 0,9968 Chỉ số YIC -13,65 0,9989 -11,70 0,9951 -13,24 0,9984 -2,87 R2 biểu diễn cho 17 Phương trình lý thuyết Phương trình truyền thực tế t m (t ) bo ti (t ) s a1 t m (t ) Đồng dạng hàm truyền s ti (t ) k m S m m.C p,m = b0 = a1 tm(t): Nhiệt độ sản phẩm km: Hệ số truyền nhiệt bề mặt ti(t): Nhiệt độ môi trường Sm: Bề mặt truyền nhiệt s: Toán tử Laplace m: Khối lượng sản phẩm bo, a1: Tham số hàm truyền Cp,m: Nhiệt dung riêng sản phẩm Kết thảo luận Phân bố 3D hệ số thiết bị trùng 32.5 19.5 6.5 22.5 12.5 22.5 2.5 V (%) 40 Kết tính tốn hệ số 18 vị trí thiết bị trùng biểu diễn phân bố 3D hệ số truyền nhiệt cho phép kết luận sử dụng phân bố 3D hệ số truyền nhiệt ( có liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt km) để kiểm soát trực tuyến điều chỉnh thiết kế nhằm thu nhận sản phẩm có nhiệt độ đồng cao 2.5 20 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 19 Kết luận - Không thể dùng đồng nhiệt độ môi trường để đánh giá đồng nhiệt độ sản phẩm - Hàm truyền bậc lựa chọn để biểu diễn cho trình truyền nhiệt từ mơi trường đến sản phẩm có hệ số tương quan R2 cao YIC thấp - Các tham số vật lý có ý nghĩa xác định từ hàm truyền bậc có liên quan đến hệ số truyền nhiệt bề mặt km nên dùng để kiểm sốt đồng trực tuyến (online) điều chỉnh thiết kế nhằm đạt sản phẩm có chất lượng đồng cao 20 ... thí nghiệm 10 cm 32 30 10 cm 35 33 37 38 36 38 39 27 36 24 33 21 13 cm 37 35 34 32 11 29 13 cm 35 23 32 20 30 28 31 19 38 26 36 34 33 31 34 22 Sản phẩm 37 25 Môi trường Sơ đồ bố trí cảm biến... 22.5 55.1 55.2 55 .3 10 55.5 52.8 53 55.5 52.9 53. 1 (a) Phân bố 3D nhiệt độ môi trường 53. 2 53. 2 53. 4 53. 3 53. 6 53. 5 53. 8 53. 6 53. 8 54 53. 9 54.2 54 54.4 54.2 54.6 54 .3 (b) Phân bố 3D nhiệt độ sản... đồng điều chỉnh thiết kế Phương pháp thí nghiệm Hệ thống gia nhiệt kiểm soát nhiệt độ Thiết bị trùng Bơm nước nóng Hệ thống thiết bị dùng nghiên cứu Phương pháp thí nghiệm 10 cm 32 30 10 cm 35
