Cách tính toán thiết kế kho bảo quản nông sản

Lắp đặt kho bảo quản nông sản là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ chất lượng và giá trị của nông sản. Nó không chỉ đảm bảo sự tươi ngon và an toàn của sản phẩm mà còn mở ra cơ hội phát triển kinh tế cho ngành nông nghiệp. Khi có một hệ thống kho hiện đại và hiệu quả, nông dân có thể tăng cường giá trị sản phẩm, mở rộng thị trường tiêu thụ và đạt được giá cao hơn.

Dưới đây là lý thuyết tính toán bảo quản kho lạnh.

Sức chứa của hệ thống kho bảo quản

Lượng hạt trong kho và số lượng kho cần thiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đầu tiên là loại sản phẩm chứa trong kho, từ đó xác định số lượng kho cần thiết tối thiểu. Vấn đề thứ hai là trang trại cần trang bị một kho lớn hay nhiều kho nhỏ. Lựa chọn này phụ thuộc vào mục đÍch sử dụng hạt, phương pháp vận chuyển, tiến độ thu hoạch. Khi sử dụng các trang thiết bị cơ khí hoá, cần lưu ý tới năng suất tương ứng của trục vít và hệ thống vận chuyển khối lượng hạt gia công.

Để bảo đảm an toàn bảo quản hạt, độ ẩm cho phép phải phù hợp với bảng sau (theo Barê), trường hợp không đạt yêu cầu sẽ làm cho hạt mau hư hỏng.

Bảng – Độ ẩm cho phép khi bảo quản với các loại hạt khác nhau

Nguyên tắc chung là phải bảo đảm dung tích của kho phục vụ cho chứa khối sản phẩm trong một năm. Độ sai lệch phụ thuộc vào việc sử dụng kho bảo quản. Dưới đây cho năng suất trung bình trong năm một số sản phẩm. 

Bảng – Chỉ tiêu thu hoạch

Sau khi chọn dung tích của kho, cần chọn năng suất của hệ thống vận chuyển yêu cầu tốc độ di chuyển của hạt sau khi thu hoạch. 

Hình dưới trình bày toán đồ để tính toán sức chứa loại kho tròn (silô) đáy phẳng.

Kho bảo quản thông thường

Dung tích của kho

Đối với kho chờ bán

Dung tích của kho xác định trên cơ sở lượng hạt tồn trữ tối đa chứa trong kho, trong thời gian nhất định. Đối với kho chờ bán, dung tích kho bằng số lượng hàng được sản xuất ra theo kế hoạch. Trường hợp trong sản xuất vừa có nhập, vừa bán thì dung tích kho bằng sản lượng thu hoạch trừ đi lượng hàng bán ra trong thời gian đã.

Đối với kho nguyên liệu để sản xuất

Đối với kho nguyên liệu để sản xuất thì dung tích kho bằng công suất năm của xí nghiệp tính theo nguyên liệu. Nếu nguyên liệu nhập kho rải đều trong năm thì dung tích kho tính bằng nguyên liệu dù trữ trong một quý cộng thêm lượng nguyên liệu cho nửa tháng sản xuất. Để có thể tính chính xác dung tích kho đối với cả kho chờ bán và chờ sản xuất phải xây dựng biểu đồ xuất, nhập theo thời gian trong năm.

Đối với các loại sản phẩm khác nhau (hạt, rau quả…) 

Đối với các loại sản phẩm khác nhau (hạt, rau quả…) cách bao gói khác nhau hoặc không có bao gói, cần xác định dung tích chứa thực tế của kho cho mỗi loại sản phẩm cần bảo quản, từ đó xác định kích thước kho.

Xác định kích thước xây dựng của kho

Kích thước xây dựng của kho phải bảo đảm chứa hết khối lượng sản phẩm và có hệ số sử dụng thể tích lớn nhất. Để đáp ứng được yêu cầu trên:

• Kho phải bảo đảm không gian chứa hạt, khoảng trống để đi lại, chăm sóc, quản lý.
• Chiều cao, chiều rộng đủ lớn để các phương tiện bốc dỡ có thể hoạt động được.
• Phổ biến bề rộng đường đi trong kho 4m. Sản phẩm bố trí cách tường 1m, chiều cao trần kho đủ lớn đó khoảng cách giữa trần và kiện hàng trên cùng tối thiểu là 1m. 

Các thông số cơ bản của kho bảo quản của Slamk (Anh)

Phân loại silô

Người ta xếp loại silô theo hai loại lớn: Silô nông nghiệp và Silô công nghiệp.

Silô nông nghiệp bao gồm: silô kín, silô của hợp tác xã, silô ở cảng.

• Silô nông nghiệp thường trang bị cho các trang trại (một hoặc nhiều silô) đó chứa ngũ cốc. Những silô này gồm nhiều kiểu: silô “ngoài” gồm nhiều đơn nguyên, sức chứa 50 – 100 tấn với mái đặc biệt, ở bên cạnh kho thóc hoặc nhà chứa. Silô kiểu này thường bằng thép, đôi khi bằng bê tông. Silô “trong” có nghĩa là đặt trong một nhà kho và trang bị đơn nguyên 15 – 50 tấn bằng kim loại, hoặc gỗ…. Những silô kiểu này dễ dàng trong lắp ghép và tháo dỡ
• Silô ở hợp tác xã có sức chứa thay đổi từ 1.000 – 10.000 tấn, vật liệu làm silô có thể bằng thép hoặc bằng bê tông tùy thuộc vào mức đầu tư và người sử dụng. Loại silô này cần phải được trang bị hệ thống thông gió cưỡng bức cho hạt. Các đơn nguyên có sức chứa 80-1.000 tấn.
• Silô ở cảng có sức chứa cao, từ  5.000 đến 50.000 tấn; thường bằng bê tông cốt thép, rất ít bằng kim loại (vì ở vùng biển, kim loại dễ bị ăn mòn). Các đơn nguyên của những silô này 400 – 1.000 tấn.

Silô công nghiệp: dùng để chứa nguyên liệu: than cốc, than đá và silô dùng chứa các vật liệu khác nhau (phốt phát, đường…). Silô công nghiệp thường bằng thép hoặc bê tông đặc biệt chắc chắn.

Vấn đề thoát tải của silô

Vấn đề thoát tải sản phẩm chứa trong silô đặc biệt quan trọng. Phần trên chúng ta đã tính toán silô về lực tĩnh do tải trọng tác động lên thành silô. Yêu cầu kỹ thuật đối với silô là phải thoát tải toàn bộ sản phẩm mà không có cản trở nào. Chính vì thế trong tính toán cần lưu ý tới lực phụ xuất hiện khi thoát tải. Những lúc này đặc biệt nguy hiểm khi thoát tải không phải qua lỗ trung tâm mà lỗ lệch tâm so với silô.

Đặc điểm của việc thoát tải

Đối với silô thẳng đứng, thoát tải do lực trọng trường. Chỉ cần thay đổi tính chất cơ học của sản phẩm cũng có thể gây nguy hại cho việc thoát tải. 

Nguyên nhân làm thay đổi tính chất cơ học

• • Lớp dưới bị nén chặt bởi lớp phía trên đủ đó tạo nên kết dính
  • Hút ẩm của sản phẩm, gây kết tụ các phần tử của sản phẩm.
  • Hâm nóng sản phẩm, do bảo quản kín.

Nguyên nhân 1: Thường gặp ở trường hợp silô chứa bột hoặc sản phẩm dễ liên kết với nhau, rất khó cứu chữa, trừ trường hợp có sự can thiệp bằng phương pháp cơ  học nhằm phá vỡ sự cân bằng mới.

Đối với vật liệu có khả năng kết dính hoặc liên kết kém thường dùng hệ thống ống thổi bằng cao su hoặc vật liệu đàn hồi làm phồng lên nhờ khí nén. Nhóm ống thổi bố trí suốt theo chiều cao silô hoặc từng khu vực có thể bị kết dính. 

a- Silô trong thời gian thoát tải (Phần đen là phần sản phẩm không thoát tải)
b-  Ống thổi phồng lên làm rung và xúc tiến quá trình

Đối với các silô ghép, có thể mô tả theo hình dưới.

Thành silô cần cách nhiệt, tránh hiện tượng ngưng tụ nước ở mặt trong. Silô kim loại cần có hai lớp thành; silô bê tông phải có chiều dày không nhỏ hơn 30 cm. Cần lưu ý, chiều cao silô nên nhỏ hơn 5 lần kích thước nhỏ nhất trong mặt phẳng. 

Kích thước nhỏ này là: cạnh hình vuông, cạnh nhỏ khi tiết diện chữ nhật và đường kính khi silô trụ

Nguyên nhân thứ 2 và 3: Vật liệu trước khi chứa vào silô cần được xử lý. Trường hợp sản phẩm dạng hạt (đặc biệt là ngô) phải sấy cho tới độ ẩm không quá 13 – 14% tùy theo loại hạt và điều kiện thời tiết của từng vùng lãnh thổ. Khi cần thiết phải thông gió.

Ảnh hưởng dạng silô tới tốc độ thoát tải

Trường hợp diện tích tiết diện ngang và thể tích bằng nhau, silô trụ đứng có thời gian thoát tải ít hơn so với silô tiết diện vuông vì tiết diện tròn có chiều dài nhỏ hơn chu vi hình vuông. 

Thoát tải đúng tâm chậm hơn so với lỗ thoát lệch tâm (đặc biệt đối với silô có thành nhẵn).

Thoát tải lệch tâm

Ống định tâm cho phép hạt ở lớp trên chảy đúng tâm cho tới điểm a. Hạt chảy qua phễu ở dưới đường ab qua khoảng tròn c.

Silô trụ có xu hướng bị ovan hóa dưới lực đẩy lệch tâm. Một hệ thống ống định tâm cho phép loại bỏ hoàn toàn những lúc lệch tâm khi thoát tải.

Thoát tải đồng nhất hoá

Đối với silô thẳng đứng, vật liệu thoát tải theo trật tự đặc biệt, những hạt trong silô chảy đầu tiên rồi tiếp tới các hạt ở phần côn. Tất cả các lớp hạt đều tham gia chuyển động nhanh hay chậm tùy thuộc vào từng vùng. Để bảo đảm chảy đều ta dùng các ống có lỗ thẳng đứng nối liền với lỗ thoát tải. Lỗ chính giữa của silô chắn bằng tấm che côn.

1- Tấm che trung tâm; 2-Ống nghiêng có lỗ; 3- Ống đứng có lỗ

Áp suất dư trong silô khi thoát tải

Một silô chứa đầy, khi mở cửa xả vô cùng nhỏ, một lượng nhỏ sản phẩm chảy ra ngoài. Muốn khối sản phẩm chảy hoàn toàn, cần phá vỡ sự cân bằng, điều đã làm tăng đáng kể lực đẩy lên thành silô.

Tốc độ hạt sát thành thường nhỏ vì có lực ma sát, tốc độ tăng trên trục thoát tải thẳng đứng đồng thời hình thành phía trên đống dạng côn sạt lở. 

Theo Morsche, người ta thấy rằng khi cửa xả của silô mở, làm tăng lực đẩy bên và có thể đạt giá trị gấp rưỡi lực đẩy khi sản phẩm bất động.

Nhiều nhà khoa học cho rằng việc tăng hiệu quả động lực là do rối loạn đột ngột sự cân bằng của khối sản phẩm chứa trong silô.

Để giảm áp người ta bố trí một ống dẫn có lỗ trên thành theo suốt chiều cao silô, cho tới vị trí lỗ thoát tải ở dưới silô.

Khi silô chứa đầy hạt, áp suất tồn tại trên thành silô phụ thuộc bán kÍnh thuỷ lực trung bình của silô, lớn hơn nhiều so với hạt chứa trong ống (có bán kÍnh thuỷ lực nhỏ). Khi mở cửa xả hạt, hạt trong ống thoát ra ngoài; hạt trong silô hầu như bất động. Theo mức độ xả, hạt lần lượt chui qua lỗ vào ống, do đó giảm đáng kể tải trọng động lực, không tăng áp suất lên thành silô.