Tóm tắt

Nghiên cứu trình bày kết quả xác định tính chất nhiệt vật lý của cá ngừ gồm hệ số dẫn nhiệt (l), hệ số khuếch tán nhiệt (a) và nhiệt dung riêng (c_p) bằng phương pháp xung nhiệt trong khoảng nhiệt độ t = (-15 ¸ 20) ^oC. Kết quả xác định như sau: hệ số dẫn nhiệt l = (0,388 ¸ 1,125) W.m^-1.K^-1, hệ số khuếch tán nhiệt a = (8,68.10^-7 ¸ 1,288.10^-7) m².s^-1 và nhiệt dung riêng c_p = (1442,25 ¸ 2854,65) J.kg^-1.K^-1.

1. Giới thiệu

Việt Nam là quốc gia Đông Nam Á có bờ biển dài 3260 km và vùng đặc quyền kinh tế rộng 1 triệu km² trên Biển Đông. Theo Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam (VASEP), tổng giá trị xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam đạt 733 triệu USD vào năm 2021, chiếm 21,56% tổng giá trị xuất khẩu thủy sản, trong đó giá trị xuất khẩu cá ngừ với mã hàng 160.414 đạt hơn 280 triệu USD, chiếm 8,24% tổng giá trị xuất khẩu thủy sản [1]. Hiện nay, Việt Nam là quốc gia có điều kiện thuận lợi để phát triển nghề khai thác cá ngừ do có bờ biển dài và khí hậu Biển Đông hoàn toàn cận nhiệt đới gió mùa, thích hợp cho nghề khai thác cá ngừ [2].

Mặc dù có vị trí quan trọng và có nhiều đóng góp về kinh tế - xã hội, nhưng theo đánh giá của Bộ Công Thương và Hiệp hội Cá ngừ Việt Nam, ngành cá ngừ trong thời gian qua nhìn chung còn yếu và gặp nhiều khó khăn và thách thức, dẫn đến kết quả chưa tương xứng với tiềm năng hiện có [2]. Trong lĩnh vực đánh bắt, tàu thuyền vẫn chủ yếu là tàu có công suất hạn chế, công nghệ đánh bắt và bảo quản cá ngừ cũng chủ yếu theo cách truyền thống, trong khi thời gian mỗi chuyến đi tương đối dài, làm giảm chất lượng cá ngừ sau thu hoạch khi cập cảng [3].

Nhằm giữ vững thị trường xuất khẩu dài hạn, việc kiểm soát chất lượng sản phẩm cũng như tiêu hao năng lượng trong quá trình chế biến là một yêu cầu cấp thiết cần phải được thực hiện. Để làm được điều này thì cần phải xác định được phụ tải nhiệt và thời gian cấp đông dựa trên tính toán các thông số vật lý như nhiệt dung riêng (c), khối lượng riêng (ρ), hệ số khuếch tán nhiệt (a), hệ số dẫn nhiệt (λ) và enthalpy (H). Trong các thông số này thì việc thiết lập mô hình cho hệ số dẫn nhiệt là khó khăn nhất vì cấu trúc phức tạp của thực phẩm không đồng nhất và đẳng hướng [4].

Nhiều mô hình toán học đã được thiết lập để xác định hệ số dẫn nhiệt λ(t), hệ số khuếch tán a(t) của thực phẩm [5]- [8]. Tuy nhiên, khi áp dụng các mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý này thì cần phải biết thành phần hóa lý của thực thực phẩm, điều này gặp nhiều khó khan khi phân tích mẫu. Do đó, trong nghiên cứu này, tính chất nhiệt vật lý gồm hệ số dẫn nhiệt (λ) và hệ số khuếch tán nhiệt (a) và nhiệt dung riêng c_p của cá ngừ Việt Nam được xác định bằng phương pháp xung nhiệt trong khoảng nhiệt độ t = (-15 ÷ 20) ^oC.

2. Vật liệu

Mẫu cá ngừ Việt Nam được mua ở Thành phố Hồ Chí Minh có dạng hình hộp chữ nhật với kích thước (140´100´70) mm, khối lượng từ M = (1000 ÷ 1400) g. Đường kính tương đương của mẫu thỏa mãn điều kiện:  D_mẫu với a là hệ số khuếch tán nhiệt, t là thời gian gia nhiệt. Thành phần hóa lý của mẫu cá ngừ được tính trung bình cho 03 mẫu trình bày ở Bảng 1.

Bảng 1. Thành phần hóa lý mẫu cá ngừ Việt Nam

3.Thực nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành trong buồng thử nghiệm kích thước là 280 x 400 x 300 mm với bộ điều khiển nhiệt độ trong phạm vi: t = (-75 ÷ 200) ^oC. Sự sai số trung bình của vận tốc và nhiệt độ trong cách bố trí vị trí mẫu. Tiến hành thí nghiệm được bố trí như Hình 1, 2, 3.

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thí nghiệm 

Hình 2. Bố trí mẫu trong quá trình thí nghiệm

Hình 3. Biến thiên nhiệt độ bên trong sản phẩm trong quá trình thí nghiệm

4. Kế quả thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành trên 03 mẫu các ngừ trong cùng điều kiện, kết quả thí nghiệm được thể hiện trong bảng 2.

Bảng 2. Kết quả thí nghiệm                      

5. Đánh giá độ tin cậy thiết bị đo

Để đánh giá độ tin cậy thiết bị đo, kết quả thí nghiệm được so sánh với các mô hình lý thuyết đã công bố gồm hệ số dẫn nhiệt dựa theo mô hình F. L. Levy (1982) [7], hệ chuếch tán nhiệt dực theo mô hình Y. O. M. R. Choi (1986) [8] và nhiệt dung riêng so sánh với mô hình H. G. Schwartzberg (1976) [5]. Kết quả so sánh được thể hiện trên hình 4 sai số giữa kết quả thí nghiệm và mô  hình như sau: (1) hệ số dẫn nhiệt sai số nằm trong khoảng (1,8¸3,7) %, hệ số khuếch tán nhiệt (0,5¸15,3) % và nhiệt dung riêng (1,1¸11,4) %. Tuy nhiên xét đến độ phức tạp về cầu trúc cũng như thành phần hóa lý, kết quả này hoàn toàn cấp nhận được.

 a. Nhiệt dung riêng 

b. Hệ số dẫn nhiệt 

c. Hệ số khuếch tán nhiệt

Hình 4. Kết quả so sánh giữa kết quả thí nghiệm và mô hình lý thuyết

6. Kết luận

Bằng phương pháp xung nhiệt, tính chất nhiệt vật lý của cá ngừ gồm: hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt và nhiệt dung riêng đã được xác định với sai số so với các mô hình lý thuyết đã được công bố hòa toàn chấp nhận được. Dữ liệu này có thể sử dụng để tính toán phụ tải nhiệt trong quá trình bảo quản.

Tài liệu tham khảo

[1] T. V. Nguyen, M. Simioni, C. Le Quyen, and H. P. Valtýsson, “Productivity, technical efficiency, and technological change in Vietnamese oceanic tuna fisheries,” Fish. Res., vol. 248, p. 106202, Apr. 2022;

[2] K. A. Thi Nguyen and C. M. Jolly, “Balancing interests of actors in the ocean tuna value chain of Khanh Hoa province, Vietnam,” Mar. Policy, vol. 98, pp. 11–22, Dec. 2018.

[3] T. V. Nguyen and T. Q. Tran, “Management of multispecies resources and multi-gear fisheries: The case of oceanic tuna fisheries in Vietnam,” Reg. Stud. Mar. Sci., vol. 63, p. 103021, Oct. 2023.

[4] K.-I. Hayakawa and A. Bakal, “New Computational Procedure for Determining the Apparent Thermal Diffusivity of a Solid Body Approximated With an Infinite Slab,” J. Food Sci., vol. 38, no. 4, pp. 623–629, 1973.

[5] H. G. Schwartzberg, “Effective Heat Capacities for the Freezing and Thawing of Food,” J. Food Sci., vol. 41, no. 1, pp. 152–156, 1976.

[6] G. Tchigeov, “Thermophysical processes in food refrigeration technology,” Food Ind., pp. 19–2, 1979.

[7] F. L. Levy, “Calculating the thermal conductivity of meat and fish in the freezing range,” Int. J. Refrig., vol. 5, no. 3, pp. 149–154, May 1982.

[8] Y. O. M. R. Choi, “Effects of temperature and composition on the thermal properties of foods,” Transp. Phenom., pp. 99–101, 1986.