Mô hình thiết kế chế dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động

 

Tempura là một trong những món ăn nổi tiếng của đất nước Nhật Bản. Tempura gồm các loại hải sản hoặc rau củ tẩm bột mì, sau đó rán ngập trong dầu, có thể thưởng thức riêng hoặc ăn kèm với các món khác. Thoạt nhìn, Tempura khá giống với những món tẩm bột chiên tại Việt Nam. Điểm đặc trưng của Tempura là lớp vỏ bột rất mỏng, nhẹ và xốp do sử dụng hỗn hợp koromo gồm trứng gà, bột mì, nước đá và một số gia vị khác. Nguyên liệu để làm Tempura rất đa dạng, bao gồm cả trứng lòng đào, các loại rau củ như cà tím, ớt chuông, lá tía tô, măng tây, khoai lang, nấm, củ sen… cho đến các loại hải sản như tôm, cua, cá, mực. Trong các loại Tempura hải sản, nổi bật nhất là Tempura tôm.

  

 

Tại Việt Nam, thủy sản được xác định là ngành kinh tế mũi nhọn của quốc gia, chiếm 4 − 5% GDP. Thủy sản Việt Nam xuất khẩu sang hơn 160 thị trường trên thế giới, trong đó, xuất khẩu tôm chiếm tỷ trọng cao nhất. Trong các sản phẩm chế biến tôm xuất khẩu thì tôm chiên Tempura là mặt hàng được ưa chuộng trên thị trường và có giá trị gia tăng cao nhất khi trải qua nhiều công đoạn chế biến, cộng thêm việc áp dụng khoa học kỹ thuật để nâng cao năng suất. Đây là mặt hàng chủ lực của nhiều công ty chế biến tôm xuất khẩu tại Việt Nam nói chung và tại TP.HCM, các tỉnh thành khu vực Nam bộ nói riêng.

 

Theo PGS.TS. Võ Tường Quân (Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM), quá trình sản xuất và chế biến tôm chiên Tempura ở Việt Nam hiện vẫn còn phụ thuộc nhiều vào sức người. Phương thức chế biến tôm Tempura đông lạnh còn tồn đọng nhiều vấn đề cần giải quyết.

 

Trong đó, việc phân loại tôm và điều khiển nhiệt độ dầu đã đảm bảo được sự đồng bộ, chính xác nhờ sử dụng công nghệ tự động hóa; công đoạn lột vỏ tôm tuy thực hiện thủ công nhưng vẫn đảm bảo năng suất và chất lượng, việc chuẩn bị dung dịch bột chiên có thể đảm bảo tiêu chuẩn nhờ các hệ thống đo lường và khuấy trộn hiện đại. Tuy nhiên, quá trình thao tác chiên tôm, rưới bột và lấy tôm ra khỏi khuôn chiên vẫn thực hiện thủ công và phụ thuộc hoàn toàn vào cảm quan, tay nghề của người lao động. Hệ thống này tuy đơn giản, không tốn nhiều chi phí đầu tư, nhưng về dài dạn thì năng suất không cao, không đảm bảo được sự đồng bộ, đáp ứng tiêu chuẩn cần có của các sản phẩm để xuất khẩu sang các thị trường “khó tính” như Nhật Bản, Liên minh châu Âu (EU),… Bên cạnh đó, môi trường chiên tôm là một môi trường làm việc khắc nghiệt, có thể gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của người lao động.

 

Để đáp ứng nhu cầu phát triển của thị trường, khắc phục được những vấn đề nêu trên nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, các công ty chế biến tôm Tempura trong nước đã có yêu cầu thiết kế chế tạo dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động. Vì vậy, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa đã chế tạo thành công dây chuyền chiên tôm Tempura một mặt bán tự động, giúp sản xuất tôm chiên Tempura đạt năng suất cao, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm sự ảnh hưởng đến sức khỏe của công nhân.

  

 

PGS.TS. Võ Tường Quân cho biết, dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động được chế tạo thông qua nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và công nghệ “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động”. Qua đó, nhóm nghiên cứu đã làm chủ quy trình thiết kế cơ khí dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động (chiên 1 mặt tôm) phù hợp với nguyên liệu đầu vào của quá trình chế biến tôm và đảm bảo năng suất hoạt động cũng như chất lượng đầu ra sản phẩm; xây dựng được quy trình lắp ráp cơ khí dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động một mặt đảm bảo quá trình hoạt động và đảm bảo quá trình vệ sinh dây chuyền tiện lợi, nhanh chóng. Nhóm cũng làm chủ quy trình thiết kế điều khiển dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động một mặt với các tiêu chí hoạt động êm ái, chính xác, bền bỉ; các thao tác sử dụng đơn giản, dễ hiểu, dễ sử dụng với hầu hết trình độ chung của người vận hành.

 

 

Dây chuyền chiên tôm Tempura một mặt bán tự động bao gồm các cụm chức năng chính: cụm chiên tôm lần 1 (định hình tôm); cụm phun bột lên tôm; cụm chiên tôm lần 2 (làm chín tôm); cụm làm ráo bớt dầu trong tôm sau khi chiên; hệ thống lọc dầu được sử dụng chung với hệ thống lọc dầu tổng của nhà máy; hệ thống khí oil free được sử dụng từ nguồn khí của nhà máy để đảm bảo nguồn khí nén sạch sử dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm.

 

Trong đó, cụm chiên lần 1 bao gồm thùng chiên (có ngõ vào ra dầu nối với hệ thống lọc dầu tại nhà máy); cụm băng tải dẫn động hệ khuôn chiên; cụm băng tải xiên dẫn tôm sang cụm chiên lần 2; khuôn chiên (có thể thay đổi khuôn chiên để tạo hình dáng tôm khác nhau); thùng phun bột (áp suất bên trong thùng phun bột khoảng 1.2 at, lượng bột phun lên khuôn được điều chỉnh bằng timer kích hoạt xy lanh đóng mở bột phun lên tôm, có hệ thống cảm biến đo mức cảnh báo việc hết dung dịch bột trong thùng).

 

Cụm chiên lần 2 bao gồm: thùng chiên có ngõ vào ra dầu nối với hệ thống lọc dầu tại nhà máy; băng tải chiên dạng hộc quay ngược chiều để đảm bảo tôm nằm bên trong dầu; cụm băng tải xiên dẫn tôm sang cụm làm ráo dầu.

 

Cụm làm ráo dầu trong tôm sau khi chiên gồm thùng thổi gió nóng (có thể điều chỉnh nhiệt độ gió tác động lên bề mặt tôm sau chiên để đảm bảo lượng dầu được tách ra là nhiều nhất); băng tải mang tôm có thể điều chỉnh tốc độ; máng hứng dầu để thu hồi dầu trong tôm sau khi được tách ra.

 

  

 

- Với hệ thống điện được điều khiển bởi các nút nhấn đơn giản. Công nhân bật công tắc và cài đặt nhiệt độ cho các thanh điện trở nhiệt 1 pha mắc hình sao để gia nhiệt cho dầu. Khi dầu chiên đạt nhiệt độ mong muốn, công nhân tiếp tục bật công tắc khởi động các động cơ 3 pha dẫn động băng tải và điều chỉnh tốc độ vừa phải.

- Khi dây chuyền đã khởi động, tôm được công nhân nhúng sẵn vào bột và đặt vào khuôn chiên với tốc độ trung bình 3s/hàng.

- Thùng chứa bột được giữ ở áp suất cố định bằng máy bơm khí nén. Khi cảm biến tiệm cận được kích hoạt, hệ thống các xy lanh sẽ phun bột lên ngang thân dãy tôm tại vị trí đó. Sau một thời gian, lượng bột trong thùng chứa cạn, hệ thống sẽ được cảnh báo bởi cảm biến mức bột đặt bên trong thùng. Ngoài ra, khí nén cấp vô thùng chứa dầu là khí nén đã được đưa qua hệ thống lọc dầu oil free tại nhà máy.

- Sau khi tôm được định hình và lớp bột cứng lại, công nhân được bố trí tại cụm 1 sẽ sử dụng dụng cụ để đưa tôm ra khỏi khuôn, tôm khi đó sẽ trôi tự do theo dầu rồi được băng tải dẫn động đưa sang cụm 2.

- Tại cụm 2, sau khi được chiên ngập dầu ở băng tải thứ nhất, băng tải thứ 2 sẽ dẫn động tôm qua cụm 3.

- Đến cụm 3, tôm bán thành phẩm sẽ được băng tải đưa qua buồng làm ráo, tại đây hệ thống quạt sẽ thổi không khí được gia nhiệt bởi các điện trở xuống, giúp đẩy lượng dầu tồn dư ra khỏi tôm, dầu sẽ thoát xuống băng tải lưới và chảy vào máng dẫn để tái sử dụng.

- Ra khỏi cụm 3, tôm thành phẩm ráo dầu được chuyển vào kho đông lạnh.

 

 

 

 

- Băng tải khuôn chiên gồm các hàng khuôn chiên để công nhân đặt tôm vào. Khi tôm và bột đã được định hình trên khuôn, công nhân sẽ đẩy tôm rời khỏi khuôn và trôi tự do theo dầu.

- Để tôm trôi được tới băng tải trung chuyển, cần thiết kế thêm một trục xoay tại vị trí giữa 2 băng tải (cây lói sản phẩm), trục này cùng động cơ dẫn động với băng tải trung chuyển.

- Kết cấu chính của cụm gồm 2 thùng chứa, thùng trong chứa dầu và các băng tải, sau đó được đặt lên thùng ngoài có các chân đỡ. Giữa 2 thùng là lớp bảo ôn để cách nhiệt.

 

 

 

 

- Thùng phun bột là thùng kín và được nén với áp suất bên trong để tạo áp phun bột lên thân tôm.

- Kích hoạt phun bột phải hoàn toàn tự động.

- Bột phun sao cho che phủ hết toàn bộ thân tôm theo chiều ngang.

- Cả cụm được đặt lên trên cụm chiên lần 1, các kích thước đảm bảo thuận tiện trong quá trình sử dụng.

 

  

 

 

 

  

 

- Băng tải lưới có lỗ để thoát dầu và lưu thông khí.

- Hệ thống quạt làm ráo thổi không khí nóng xuống băng tải để làm ráo dầu cho tôm.

 

Nguyên lý của băng tải cụm 3: với đầu vào (1) là động cơ dẫn động, truyền momen xoắn qua bộ truyền xích (2) đến trục I, từ đó kéo bộ truyền xích tải (3) và băng tải chuyển động.

 

 

Hệ thống chia làm 3 nhánh chính cho động cơ, điện trở nhiệt và hệ thống phun bột, mỗi nhánh bao gồm các thành phần động lực, cảm biến và điều khiển.

Tiêu chí thiết kế hệ thống điện cho dây chuyền chiên tôm Tempura bán tự động: đảm bảo các điều kiện về an toàn điện cho người lao động; hệ thống điện cần được thiết kế phân cấp để dễ bảo trì và sửa chữa; có khả năng điều chỉnh để hoạt động ở nhiều mức độ ứng với các cỡ tôm khác nhau.

 

  

 

+ Cụm 1: Chiên tôm lần 1 (định hình tôm)

- Công nhân sẽ bỏ tôm nguyên liệu sau khi nhúng tôm vào bột tempura vào trong các khuôn chứa tôm trên băng tải chiên. Khi khuôn tôm đi đến vị trí cần phun bột (thông qua cảm biến), sẽ kích hoạt các đầu phun bột làm phun một lượng bột đã định trước lên thân tôm. Sau đó, khuôn mang tôm đã được phun bột đi đến vị trí lấy tôm ra khỏi khuôn nhờ hệ thống các cây lói sản phẩm. Tôm sau khi ra khỏi khuôn sẽ đi đến băng tải nghiên và tôm được di chuyển sang cụm chiên tôm lần 2. 

- Tốc độ di chuyển của băng tải chiên được thực hiện thông qua việc điều khiển tốc độ của động cơ dẫn động băng tải (động cơ 3 pha) bằng biến tần. 

- Thùng phun bột được kích hoạt bằng cảm biến để phun bột lên thân tôm. Thùng phun bột là thùng kín và được nén với áp suất bên trong khoảng 0.5 bar để tạo áp phun bột lên thân tôm. Việc điều khiển lượng bột phun lên tôm được thực hiện bằng bộ định thời. Số lượng đầu phun bột, đường kính của đầu phun bột và khoảng cách từ đầu phun bột lên mỗi khuôn chứa tôm được xác định dựa vào kích thước tôm cần chiên sau cho bột phun phủ hết toàn bộ thân tôm.

 

+ Cụm 2: Chiên tôm lần 2 (xác định màu sắc tôm khi chín)

- Cụm chiên tôm lần 2 có chức năng chiên lại tôm sau khi chiên lần 1 để làm cho tôm chín đều và giòn hơn.

- Cụm chiên tôm lần 2 bao gồm 2 băng tải để đảm bảo tôm luôn nằm trong dầu. Các băng tải dẫn động cụm chiên tôm lần 2 được dẫn động bằng 2 động cơ 3 pha. Tốc độ của các băng tải chiên tôm lần 2 được điều khiển thông qua biến tần.

 

+ Cụm 3: Làm ráo bớt dầu trong tôm sau khi chiên

- Cụm làm ráo bớt dầu trong tôm bao gồm 1 băng tải chứa tôm được dẫn động bằng động cơ 3 pha. Hệ thống thổi bao gồm 3 quạt gió có tốc độ cao được dẫn động bằng 3 động cơ điện 1 pha.

- Ngoài ra, bên trong hệ thống làm ráo dầu còn có hệ điện trở nhiệt để tạo nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường nhằm mục đích trích dầu ra khỏi tôm nhanh hơn. Hệ thống 3 quạt gió này có tác dụng tạo luồng gió cưỡng bức nhằm làm ráo bớt dầu trong tôm sau khi chiên xong.

 

+ Hệ thống điều khiển nhiệt độ

- Cụm chiên tôm lần 1 và cụm chiên tôm lần 2 được nung nóng bằng hệ thống các điện trở nhiệt. Nhiệt độ dầu chiên trong các cụm chiên này được đảm bảo bằng các bộ điều khiển nhiệt độ. Nhiệt độ dầu chiên tôm được điều chỉnh tùy theo yêu cầu chiên và không vượt quá 2000C.

- Ngoài ra, cụm làm ráo dầu cũng được trang bị các điện trở nhiệt dùng tạo luồng không khí nóng thổi vào tôm sau khi chiên nhằm mục đích thúc đẩy việc ép dầu cưỡng bức ra khỏi tôm.

 

 

Dây chuyền chiên tôm Tempura một mặt bán tự động chế tạo trong nước có tính năng và hiệu suất tương tự nhập ngoại, nhưng giá thành thấp hơn rất nhiều (bằng 50% so với các dây chuyền nhập ngoại). Dây chuyền được thiết kế với ưu điểm có thể điều chỉnh tốc độ từng cụm độc lập để phục vụ nhu cầu chiên đa dạng ở nhà máy. Do làm chủ được quy trình công nghệ thiết kế, chế tạo nên dây chuyền có thể linh hoạt trong việc điều chỉnh các thông số kỹ thuật của sản phẩm, hoặc thay đổi cấu hình, cấu trúc máy để phù hợp với nhiều dạng sản phẩm khác nhau của lĩnh vực thủy sản. Bên cạnh đó, việc bảo trì, bảo dưỡng sẽ được thực hiện nhanh chóng khi có sự cố xảy ra.

 

  

 Dây chuyền chiên tôm Tempura 1 mặt bán tự động

 

PGS.TS. Võ Tường Quân cho biết, năng suất dự kiến của dây chuyền có thể đạt 20.000 con tôm/10 giờ đối với 1 dây chuyền có 3 công nhân vận hành. Dây chuyền được thiết kế để chiên tôm có kích cỡ thông dụng từ 12 - 20cm, khuôn chiên có thể thay đổi theo các hình dạng khác nhau để tạo hình dáng tôm khác nhau, đáp ứng nhiều yêu cầu từ khách hàng, đối tác. Ngoài ra, toàn bộ dây chuyền đều được sử dụng vật liệu chế tạo là thép không rỉ SUS 304, đảm bảo yêu cầu sử dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm.

 

Thực tế triển khai tại Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa cho thấy, hệ thống hoạt động ổn định, trơn tru, với 3 công nhân phụ trách gồm 1 công nhân thực hiện việc bỏ tôm vào khuôn, 1 công nhân giám sát cụm chiên lần 1 và 1 công nhân giám sát cụm chiên lần 2. Hệ thống điện được điều khiển bởi các nút nhấn đơn giản, các thao tác sử dụng đơn giản, dễ hiểu, nên việc vận hành hệ thống hoàn toàn dễ dàng.

 

Theo nhóm nghiên cứu, sản phẩm được chế tạo đáp ứng các yêu cầu doanh nghiệp, góp phần làm giảm ảnh hưởng của hơi dầu chiên đến sức khỏe công nhân, giúp tăng năng suất lao động, giảm lao động thủ công, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm cho nhà máy. Về mặt lâu dài, sản phẩm sẽ góp phần làm tăng năng lực cạnh tranh cũng như giảm chi phí cho các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực chế biến, sản xuất thực phẩm. Nhờ giá thành cạnh tranh, năng suất cao và ổn định, dây chuyền chiên tôm Tempura một mặt bán tự động đang được Công ty Stapimex hợp tác chuyển giao và triển khai lắp đặt hoàn chỉnh để đưa vào sản xuất.

 

Hiện tại, nhóm nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Cơ khí Bách Khoa tiếp tục hợp tác với Sàn Giao dịch công nghệ Techport.vn (thuộc Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ – Sở KH&CN TP.HCM) để sẵn sàng chuyển giao công nghệ cho các cơ sở, đơn vị, doanh nghiệp có nhu cầu áp dụng sản xuất.

 

Thông tin chuyên gia, hỗ trợ

Điện thoại: 0933327078

E-mail: vtquan@hcmut.edu.vn

 

Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, TP.HCM. Điện thoại: 0283 8686996

 

Phòng Giao dịch Công nghệ

Địa chỉ: 79 Trương Định, P. Bến Thành, Q.1, TP. HCM

Điện thoại: (028) 3822 1635 - Fax: (028) 3829 1957

Email: giaodichcongnghe@cesti.gov.vn