TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu về tỏi
Theo [18] Tên khoa học: Alliums sativum L
Cây tỏi (Allium sativum) có nguồn gốc từ Trung Á và đã được sử dụng trong hơn 7.000 năm, từ thời Ai Cập cổ đại, với mục đích ẩm thực và làm thuốc Hiện nay, tỏi là một loại rau gia vị quan trọng ở khu vực Địa Trung Hải và thường xuyên được sử dụng ở Châu Á, Châu Phi và Châu Âu.
Các loài thực vật sống lâu năm này có thân phình ra thành củ giống như củ hành, chủ yếu phát triển trong vùng ôn đới của Bắc bán cầu Tuy nhiên, một số loài như Allium juncifolium ở Chile, Allium sellovianum ở Brazil và Allium spathaceum ở nhiệt đới châu Phi cũng tồn tại.
Chiều cao của thân cây dao động từ 5-150 cm, với các hoa hình thành dạng hoa tán ở đỉnh thân cây không có lá Kích thước của các chồi, hay còn gọi là củ, thay đổi giữa các loài, từ rất nhỏ với đường kính khoảng 2-3 mm đến rất lớn với đường kính 8-10 cm.
Các loài thuộc chi hành thường gia tăng bằng cách tạo ra các chồi nhỏ hay "mầm cây" xung quanh chồi già và phát tán hạt Một số loài có khả năng tạo ra nhiều củ nhỏ trong cụm hình đầu ở gốc lá, hình thành các cụm nhỏ được gọi là "mắt hành (tỏi)" Những mắt này có thể phát triển thành cây mới.
Củ tỏi, phần được sử dụng nhiều nhất của cây tỏi, bao gồm nhiều tép tỏi, mỗi tép đều được bao bọc bởi một lớp vỏ mỏng Tỏi phát triển mạnh mẽ trong điều kiện môi trường nóng ẩm.
Hình 2.1: Tỏi Tỏi là loài cây thân thảo căn hành sống nhiều năm
Thân của cây tỏi là chồi mọc đầu tiên, gọi là tép tỏi, với nhiều rễ phụ ở phía dưới Bẹ lá và chồi kết hợp lại tạo thành thân giả, trong khi củ tỏi được hình thành từ các bẹ lá và chồi bó lại với nhau Củ tỏi chứa nhiều tép, và mỗi tép tỏi cũng như củ tỏi đều được bao bọc bởi một lớp vỏ mỏng để bảo vệ.
Thân tỏi bao gồm lá với phần dưới là bẹ ôm sát chồi bên trong (tép tỏi) Phần phiến lá phía trên cứng, thẳng, có chiều dài từ 15-50cm và rộng từ 1-2,5cm, với đặc điểm là có rãnh khía và mép lá hơi ráp.
Mỗi nách lá gần gốc của cây tỏi sẽ phát triển thành một chồi nhỏ, sau này hình thành nên các tép tỏi Các tép này được bao bọc chung trong một lớp vỏ do các bẹ lá trước tạo thành, tạo thành củ tỏi hay còn gọi là thân hành (giò) của tỏi.
Hoa tỏi mọc thành cụm trên đầu một trục hình trụ dài, tạo thành một tán giả hình cầu với màu sắc đa dạng như trắng, đỏ hoặc xanh nhạt Cụm hoa này thường nằm ở ngọn thân trên một cán hoa dài khoảng 55cm hoặc hơn Bao hoa có màu trắng hoặc hồng, được bao bọc bởi một cái mo dễ rụng, có hình mũi nhọn dài Hoa tỏi là hoa lưỡng tính và được thụ phấn nhờ côn trùng, thường nở vào tháng 5 đến tháng 7.
-Quả: có một hạt, quả ra tháng 9-10
2.1.1 Các thành phần hóa học có trong tỏi
Phân tích thành phần của củ tỏi cho thấy có khoảng 84,09% nước, 13,38% chất hữu cơ và 1,53% chất vô cơ Trong khi đó, lá tỏi chứa 87,14% nước, 11,27% chất hữu cơ và 1,59% chất vô cơ.
- Giá trị dinh dƣỡng của tỏi:
Bảng 2.1: Giá trị dinh dƣỡng của tỏi
Tỷ lệ phần trăm theo lượng hấp thụ hàng ngày của người lớn
Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy xu hướng trở về với thiên nhiên và phát triển các phương thuốc truyền thống, trong đó thảo dược thiên nhiên ngày càng được chú trọng Tỏi, một loại thảo dược tự nhiên, không chỉ không cản trở khả năng phòng vệ tự nhiên của cơ thể như thuốc kháng sinh mà còn kích thích các cơ chế miễn dịch mà không gây hại cho vi khuẩn có ích Việc sử dụng tỏi giúp tăng cường hệ thống miễn dịch, giảm huyết áp cao và cải thiện sức khỏe tổng thể.
Cây tỏi được trồng rộng rãi trên toàn cầu, với Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về sản xuất tỏi, đạt khoảng 13,5 triệu tấn mỗi năm, chiếm hơn 80% tổng sản lượng tỏi thế giới Ngoài Trung Quốc, các nước trồng tỏi nhiều khác bao gồm Ấn Độ (4,1%), Hàn Quốc (2%), Ai Cập và Nga (1,6%).
Bảng 2.2: Top 10 nước sản xuất tỏi lớn nhất thế giới trong năm 2010
Quốc gia Sản lƣợng ( tấn )
Các giống tỏi đƣợc trồng phổ biến ở Việt Nam là:
-Giống tỏi địa phương: tỏi gié, tỏi trâu trồng nhiều ở các tỉnh miền núi phía Bắc Năng suất thấp và đƣợc trồng rải rác
Tỏi trâu là giống tỏi trắng với lá xanh đậm, to bản và củ lớn có đường kính từ 4-4,5 cm Khi thu hoạch, củ tỏi có vỏ lụa màu trắng nhưng khả năng bảo quản kém, dễ bị óp Năng suất trung bình đạt từ 5-8 tấn củ khô trên mỗi hectare.
Tỏi tía là giống tỏi có lá dày, cứng, màu xanh nhạt, củ chắc và có vị cay hơn tỏi trắng Thân gần củ có màu tía và khi thu hoạch, củ sẽ có màu trắng ngà, với đường kính từ 3,5-4 cm Giống tỏi này được trồng phổ biến hơn tỏi trắng nhờ hương vị đặc biệt của nó, với năng suất trung bình đạt từ 5-8 tấn củ khô trên mỗi hecta.
Hình 2.7: Tỏi tía -Tỏi Lý Sơn, Quảng Ngãi, dân địa phương thường gọi là tỏi một vì mỗi củ tỏi có duy nhất một tép
Tỏi một là loại cây được trồng phổ biến trên khắp Việt Nam, với diện tích trồng ngày càng mở rộng Những vùng nổi tiếng về sản xuất tỏi bao gồm Ninh Thuận, Đảo Lý Nhơn - Quảng Ngãi, và Hải Dương.
Các phương pháp bóc vỏ
Quá trình bóc vỏ có 2 phương pháp: bóc vỏ tỏi thủ công và bóc vỏ tỏi bằng máy
2.2.1 Bóc vỏ tỏi thủ công
Bóc vỏ tỏi thủ công là cách thức bóc vỏ sử dụng sức người và dụng cụ cầm tay để bóc vỏ
2.2.1.1 Bóc vỏ tỏi bằng tay
Quá trình bóc vỏ bằng tay gồm 4 bước thực hiện như sau:
Hình 2.9: Bóc vỏ bằng tay
Củ tỏi khô (1) đƣợc tách thành tép nhỏ (2) sau đó dùng tay bóc vỏ (3) tỏi đƣợc bóc ra (4)
+Thích hợp cho hộ gia đình
2.2.1.2 Bóc vỏ tỏi bằng dụng cụ
Quá trình bóc vỏ bằng dụng cụ: bóc vỏ tỏi bằng dụng cụ chuyên dùng
Hình 2.10: Bóc vỏ bằng dụng cụ
Củ tỏi khô được tách thành các tép nhỏ và cho vào ống nhựa mềm Sau đó, sử dụng tay lăn đều trên ống nhựa để bóc vỏ tỏi Cuối cùng, tỏi sẽ được bóc ra một cách dễ dàng.
+Đơn giản, dễ sử dụng
+Thích hợp cho hộ gia đình
2.2.2 Bóc vỏ tỏi bằng máy
Bóc vỏ bằng máy có 2 phương pháp: phương pháp bóc vỏ khô và phương pháp bóc tỏi ƣớt
2.2.2.1 Các phương pháp bóc vỏ tỏi khô
Phương pháp bóc ma sát: dựa vào sự ma sát giữa tỏi với thùng chứa và giữa tỏi với ống trụ mềm
Quá trình bóc vỏ ma sát:
Hình 2.11: Bóc vỏ bằng ma sát
Củ tỏi khô (1) đƣợc tách thành tép nhỏ (2) sau đó cho tép tỏi vào máy bóc
Bên trong thiết bị có một ống hình trụ làm bằng vật liệu cao su mềm, được kết nối với động cơ điện Khi động cơ quay, tỏi sẽ ma sát với thành máy và ống trụ, giúp bóc vỏ tỏi hiệu quả.
Máy bóc vỏ (3) đƣợc mô tả theo nguyên lý sau:
Hình 2.12: Mô tả quá trình bóc ma sát
+ Bóc vỏ nhanh +Gọn nhẹ, dễ sử dụng +Hợp vệ sinh
+Thích hợp cho hộ gia đình, các quán ăn, nhà hàng quy mô nhỏ
+Số lƣợng tỏi đƣợc bóc vỏ ít
+Vỏ không đƣợc thoát ra ngoài
Phương pháp bóc tỏi bằng khí sử dụng nguyên lý va đập giữa tỏi và thành buồng bóc, cùng với sự va đập giữa các tép tỏi do dòng khí có vận tốc lớn tạo ra.
Quá trình bóc vỏ tỏi bằng khí:
Hình 2.13: Bóc vỏ tỏi bằng khí
Củ tỏi khô (1) đƣợc tách thành tép nhỏ (2) sau đó cho tép tỏi vào máy bóc
Máy bóc tỏi hoạt động dựa trên nguyên lý khí động lực học, sử dụng khí nén áp lực cao để tạo ra tốc độ lớn tại đầu phun Khi tỏi được đưa vào buồng bóc, chúng va chạm với nhau và vào thành buồng, từ đó giúp vỏ tỏi được bóc ra hiệu quả.
Máy bóc vỏ tỏi bằng khí (3) đƣợc mô tả theo nguyên lý nhƣ sau:
Hình 2.14: Mô tả nguyên lý bóc vỏ tỏi bằng khí
+ Thích hợp cho sản xuất công nghiệp
+Phải tốn thêm nguồn khí nén cung cấp
2.2.2.2 Phương pháp bóc vỏ tỏi ướt
Bóc vỏ tỏi ướt là phương pháp hiệu quả, sử dụng nước để làm mềm lớp vỏ tỏi, kết hợp với lực quay ly tâm giúp các tép tỏi va chạm và dễ dàng tách rời vỏ.
Quá trình bóc vỏ tỏi ƣớt:
Hình 2.15:Bóc vỏ tỏi ƣớt
Củ tỏi khô (1) đƣợc tách thành tép nhỏ (2) sau đó cho tép tỏi vào máy bóc
Nước được đưa vào thùng chứa, trong đó có đĩa quay gắn với động cơ điện Khi đĩa quay với tốc độ cao, các tép tỏi sẽ chuyển động xoay tròn và va chạm với nhau dưới tác dụng của nước, giúp lớp vỏ tỏi được bóc ra hiệu quả.
Máy bóc vỏ tỏi ƣớt (3) đƣợc mô tả theo nguyên lý sau:
Hình 2.16: Mô tả nguyên lý bóc vỏ tỏi ƣớt
+ Thích hợp cho sản xuất công nghiệp
+Tốn khá nhiều nước cung cấp
+Tỏi sau khi bóc phải đƣợc sấy khô lại
Các nghiên cứu liên quan tới đề tài
2.3.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Máy bóc vỏ tỏi khô hiệuZHAOQING – FX128 xuất xứ Trung Quốc Công suất: 120 – 200 kg/giờ [15]
Máy bóc vỏ tỏi khô hoạt động dựa trên nguyên lý khí động lực học, trong đó củ tỏi được tách thành từng tép và đưa vào buồng bóc Tại đây, các đầu phun tạo ra dòng khí với tốc độ lớn, khiến các tép tỏi va đập lẫn nhau và với thành ống, giúp bóc vỏ hiệu quả Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu một lượng áp suất không khí lớn, dẫn đến việc tiêu hao năng lượng đáng kể.
+ Máy bóc vỏ tỏi khô hiệu Maoyuan JH – B1 xuất xứ Trung Quốc Công xuất: 140 – 150 kg/h [16]
Máy bóc vỏ tỏi khô sử dụng nguyên lý khí động lực học để hoạt động hiệu quả Sau khi tỏi được tách thành từng tép và sấy khô, các tép tỏi sẽ được đưa vào buồng bóc, nơi có các đầu phun Tại đây, dòng khí với tốc độ lớn tác động lên các tép tỏi, khiến chúng xoay tròn và va đập lẫn nhau cũng như với thành ống, giúp bóc vỏ Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi một lượng áp suất không khí lớn, dẫn đến việc tiêu hao năng lượng đáng kể.
Nhâ ̣n xét: các loại máy trên là các loại máy có năng suất lớn thích hợp cho các sản xuất, chế biến tỏi với qui mô lớn
2.3.1.2 Các bài báo nghiên cứu của nước ngoài
- Sung Yaun Chen, Garlic membrane peeling machine, No 62, Chung- Cheng South Road, Yung-Kang Hsiang, Tainen Hsien, Taiwan – 5158011 – 27/10/1992 [11]
Nghiên cứu của Sung Yaun Chen [11] đã áp dụng khí nén để tạo ra dòng khí xoáy, với một thiết bị sấy gắn trên phễu nhằm làm khô vỏ trước khi đưa tỏi vào buồng bóc Mặc dù công trình này cung cấp bản vẽ cấu tạo, nhưng không có kích thước chi tiết và chưa đề cập đến việc bố trí, số lượng đầu phun cũng như áp suất khí cung cấp.
- Hsiu Liang Wu, Device for removing outer membrane of scallion head or garic head , 58, Ma Yuan West St, Taichung, Taiwan – 5465657 – 14/11/1995 [12]
Nghiên cứu của Hsiu Liang Wu [12] tập trung vào việc sử dụng khí nén để tạo ra dòng khí xoáy, đồng thời cung cấp bản vẽ cấu tạo chi tiết về máy.
20 nhưng không có kích thước cụ thể, chưa thể rõ việc bố trí, số lượng đặt đầu phun và áp suất khí cung cấp
- Y J Cho, C J Kim,Analysis of Performance of an Air-Type Garlic peeler for its Optimun Design[13]
Công trình nghiên cứu của Y J Cho và C J Kim tập trung vào việc phân tích hiệu quả của mô hình bóc vỏ tỏi bằng khí, nhằm tối ưu hóa thiết kế Nghiên cứu xem xét các yếu tố như tính năng bóc vỏ, hiệu suất năng lượng, tỷ lệ bóc vỏ dựa trên cách cài đặt đầu phun, thời gian bóc, lượng tỏi và cấu tạo đầu phun Những yếu tố này giúp hình thành lý thuyết cơ bản cho việc thiết kế máy bóc tỏi không khí tối ưu Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ thực hiện trên mô hình thí nghiệm và xử lý số liệu, chưa đưa ra được các thông số quan trọng như vận tốc thoát ra, áp suất khí cung cấp, cấu trúc thiết bị và chế tạo máy cụ thể.
2.3.2 Các nghiên cứu trong nước
Chƣa tìm thấy đề tài nghiên cƣ́u về máy bóc vỏ tỏi bằng khí nén
Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY BÓC VỎ TỎI
Các yêu cầu thiết kế
Máy bóc vỏ tỏi qui mô nhỏ cần đảm bảo các yêu cầu thiết kế sau:
- Máy bóc vỏ tỏi khô bằng khí nén (sau khi đã tách tép)
- Kết cấu máy đơn giản
- Cấp liệu theo chu kỳ
- Nguồn khí nén hoạt động P = 6 - 7 bar
- Vật liệu chế tạo cần đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm
- Máy có thể điều khiển đƣợc ở 2 chế độ: tự động và bằng tay
Các phương án thiết kế
Cả 2 đều sử dụng nguyên lý khí động lực học, các tép tỏi đƣợc đƣa vào buồng bóc có gắn các đầu phun Dưới tác dụng áp suất khí nén lớn thoát ra ở các đầu phun tạo ra vận tốc chuyển động xoáy trong buồng bóc rất lớn sẽ làm cho các
22 tép tỏi va chạm lẫn nhau và với thành buồng bóc, giúp vỏ tỏi được tách ra Có hai phương pháp bóc vỏ tỏi bằng khí.
3.2.1 Phương án bóc vỏ tỏi kết hợp buồng nạp và cylon
1- Ống góp, 2 - Ống có miệng phun, 3 - Ống hỗn hợp, 4 - Ống mềm bằng cao su,
Bài viết này trình bày các thành phần quan trọng trong hệ thống bóc vỏ tỏi, bao gồm cyclon tháo, quạt gió, van chắn, ống hút, ống nối, buồng nạp, đoạn ống, phễu chứa và giá máy Hình 3.1 minh họa sơ đồ kết hợp giữa buồng nạp và cyclon, giúp người đọc dễ dàng hình dung cấu trúc và chức năng của từng bộ phận trong quá trình bóc vỏ tỏi.
Quá trình bóc vỏ được thực hiện bằng cách sử dụng các dòng khí áp lực cao Hệ thống bóc bằng không khí bao gồm ống góp (1) kết nối với ống phun (2) theo hình tròn từ ống hỗn hợp (3) qua các ống mềm cao su (4) Sản phẩm sau khi bóc được dẫn vào cylon tháo liệu (5), nơi có quạt gió (6) để tách riêng phần vỏ Từ cylon tháo liệu, sản phẩm được chuyển qua van (7) tới ống hút (8) nhằm loại bỏ hoàn toàn phần vỏ Khí nén vào ống góp (1) được cung cấp từ máy nén có bình chứa qua ống nối.
(9) Nguyên liệu từ phễu chứa (12) đi qua đoạn ống (11) rồi đi vào buồng nạp (10) Tấc cả hệ thống thiết bị đƣợc lắp trên giá (13) [4]
+Tỏi bóc sạch và an toàn vệ sinh
+ Thích hợp cho sản xuất công nghiệp
+ Chi phí chế tạo cao
+Phải có nguồn khí nén cung cấp
+ Số lƣợng tỏi bóc trong một lần không nhiều
3.2.2 Phương án bóc vỏ tỏi sử dụng buồng bóc
1 – Phễu chứa liệu, 2– Van cấp liệu, 3 - Ống bóc 4 – Cửa thoát liệu,
5 - Ống thoát vỏ, 6 – Đầu phun, 7 – Máng, 8 – Khung máy Hình 3.2: Sơ đồ bóc vỏ tỏi sử dụng buồng bóc
Tỏi được tách tép và đưa vào phễu chứa liệu, sau đó van cấp liệu sẽ định lượng tỏi để đưa vào buồng bóc Khi này, nguồn khí nén được đưa vào đầu phun gắn vào buồng bóc, tạo ra dòng khí lớn với vận tốc cao Dòng khí này tạo ra xoáy, khiến các tép tỏi va chạm lẫn nhau và với thành buồng bóc Kết quả là các tép tỏi sẽ được bóc sạch vỏ và thoát ra ngoài qua cửa xả liệu vào máng, trong khi vỏ tỏi sẽ được thoát ra ngoài qua ống thoát vỏ gắn vào buồng bóc.
+ Chi phí chế tạo thấp
+ Tỏi bóc sạch và an toàn vệ sinh
+ Thích hợp cho sản xuất vừa và nhỏ
+ Phải có nguồn khí nén cung cấp
+ Số lƣợng tỏi bóc trong một lần không nhiều
Chọn phương án thiết kế
Từ những phân tích các phương án trên Trình bày so sánh như sau:
Bảng 3.1: So sánh các phương án thiết kế
TT Tiêu chí so sánh
Các phương án Phương án bóc vỏ tỏi sử dụng buồng nạp và cylon
Phương án bóc vỏ tỏi sử dụng buồng bóc
1 Cấu tạo Phức tạp Đơn giản
2 Khả năng vận hành Phức tạp Đơn giản
3 Dòng vật liệu ra Liên tục Chu kỳ
4 Bảo trì Khó khăn Dễ dàng
5 Giá đầu tƣ Cao Thấp
7 Phạm vi ứng dụng Có thể bóc nhiều sản phẩm Chỉ bóc tỏi
8 Năng suất Cao Trung bình
Dựa vào bảng 3.1, phương án bóc vỏ tỏi sử dụng buồng bóc phù hợp với quy mô sử dụng, do đó được lựa chọn làm phương án thiết kế chế tạo.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương trình trạng thái
Để tính toán chuyển động một chiều của chất khí nén, cần lưu ý rằng mật độ là hằng số, nhưng nó sẽ thay đổi theo áp suất p và nhiệt độ T Do đó, các phương trình liên quan sẽ có sự điều chỉnh tương ứng.
Biểu diễn mối quan hệ giữa trọng lƣợng riêng γ = ρg, áp suất và nhiệt độ Đối với chất khí hoàn hảo, ta có [1]:
R: Hằng số khí, với không khí R = 0.287 kJ kg K γ : Trọng lƣợng riêng ρ: khối lƣợng riêng Quá trình đẳng nhiệt ( T = const):P = cγ Quá trình đoạn nhiệt:
C v : Nhiệt dung đẳng tích Với không khí k = 1,4
Vận tốc âm
a T : Vận tốc phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối
Chẳng hạn: t = 15 0 C, T = 15 + 273 = 288 0 C , k= 1.4 thì a = 341m/s Để so sánh vận tốc dòng chảy v với vận tốc âm a cần đƣa vào hệ số M:
Hệ số M là tiêu chí quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của tính nén đến chuyển động, đặc biệt trong hai dòng khí tương tự.
Trong trường hợp dòng khí trên âm M > 1 thường xảy ra hiện tượng sóng va ( sóng thẳng và xiên).
Tính toán dòng khí bằng các hàm khí động và biểu đồ
Hàm khí động là một hàm được biểu diễn dưới dạng f(k,λ) hoặc f(k,M), trong đó k là một giá trị cố định và λ, M là các hệ số vận tốc Thông qua việc tính toán các giá trị của hàm này, người ta có thể lập bảng hoặc vẽ biểu đồ Các bảng và biểu đồ hàm khí động giúp tính toán các thông số dòng khí một cách dễ dàng và thuận tiện.
Có thể nêu ra những ưu điểm của phương pháp này:
- Rút ngắn các quá trình tính toán
- Đơn gian rấ t nhiều các phép biến đổi khi cùng giải nhiều phương trình, nghĩa là tìm đƣợc lời giải chung của những bài toán phức tạp
- Biết một cách định tính cơ bản những quy luật của chuyển động và mối liên quan giữa các thông số của dòng khí
Các thông số dòng khí [1]
Lưu lượng khí nén qua đầu phun
Quá trình trong hệ thống diễn ra nhanh chóng, dẫn đến việc trao đổi nhiệt không được thực hiện theo thời gian Đây là một quá trình đoạn nhiệt.
Lưu lượng khối lượng khí m qua ke hở khong doi m AV (5-2)
[m 2 ] ρ: Khối lƣợng riêng của không khí [kg/m 3 ]
V: vận tốc tại tiết diện mặt cắt
Theo định luật bảo toàn khối lƣợng
Hình 4.1: Dòng chảy liên tục của chất khí
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY BÓC VỎ TỎI
Tính toán đầu phun
Quá trình bóc vỏ bằng dòng không khí có tốc độ âm thanh hoặc siêu âm diễn ra phức tạp, bắt đầu khi sản phẩm được phun vào buồng bóc Trong buồng này, tép tỏi đạt tốc độ nhất định và nhờ ma sát với thành ống cũng như va chạm giữa các tép tỏi, vỏ của chúng sẽ được bóc ra dưới tác động của dòng khí từ đầu phun.
5.1.1 Tính toán vận tốc đầu vào của đầu phun
Các thông số đầu vào đƣợc chọn để tính toán vận tốc và áp suất tại đầu phun làm cơ sở mô phỏng và thử nghiệm
-Để vận tốc đầu ra đạt đƣợc vận tốc âm hay trên âm đáp ứng khả năng bóc đƣợc vỏ tỏi[4]
- Ở đây, sự chênh lệch nhiệt độ từ bình khí nén đến đầu phun không đáng kể: Cho T o = 300 o K , P o = 6kg/cm 2 , T = 298 o K để tính toán và mô phỏng
Vậy áp suất đầu vào vòi phun : P 1 = 5,86 kg/cm 2
Vận tốc âm thanh đƣợc tính theo công thức trang 98[1]:
Vậy vận tốc đầu vào của đầu phun là 63,32m/s
5.1.2 Tính toán vận tốc đầu ra của đầu phun
Theo định luật bảo toàn khối lƣợng
Chọn kích thước đường kính đầu vào vòi phun d1 từ 1.5 đến 6mm và đầu ra vòi phun d2 là 1.5mm, ta có thể tính toán vận tốc của dòng khí vào và ra vòi phun theo bảng 5.1.
Bảng 5.1: Vận tốc của dòng khí ở đầu ra đầu phun d 1 (mm) 1,5 2,0 3,0 d 2 (mm) 1,5
Vận tốc dòng khí nén tại đầu ra vòi phun đạt tối thiểu 698,77 m/s, vượt xa vận tốc cần thiết để bóc vỏ hạt thóc là 512 m/s Do đó, vòi phun với đường kính đầu vào d1 = 4 mm và đầu ra d2 = 1,5 mm có thể được sử dụng hiệu quả để bóc vỏ tỏi.
Các lực tiếp tuyến trên bề mặt lớp vỏ xuất hiện do sự tương tác giữa không khí và tép tỏi trong ống bóc, kết hợp với sóng tác động va đập Điều này tạo ra sự chênh lệch áp suất lớn giữa không khí bên trong tép tỏi và vùng chân không bên ngoài, dẫn đến việc phá hủy liên kết giữa các lớp vỏ.
Thử nghiệm khả năng bóc vỏ tỏi
Để kiểm tra khả năng bóc vỏ tỏi đƣợc, ta tiến hành làm thử nghiệm nhƣ sau:
Tỏi tiến hành thử nghiệm là tỏi được trồng ở Hải Dương(xem hình 5.2)
- Đường kớnh củ tỏi: ỉ 40 – 45 mm
- Kích thước tép tỏi: chiều rộng ( 15 -25 mm), chiều cao (30 -35 mm)
- Độ ẩm: phần thân củ 55% và phần vỏ 8% [10]
5.2.2 Máy nén khí và đồng hồ bấm thời gian Đây là những thiết bị và dụng cụ để hổ trợ cho quá trình thử nghiệm khả năng bóc vỏ tỏi
- Máy nén khí PUMA PK1090
Bảng thông số máy nén khí
Lưu lượng (l/phút) 185 Điện áp sử dụng (V) 220
Tốc độ quay puly đầu nén (v/phút) 983
Số xi lanh đầu nén 2 Áp lực làm việc (kg/cm 2 ) 8 Áp lực tối đa (kg/cm 2 ) 10
- Đồng hồ bấm thời gian
Hình 5.4: Đồng hồ bấm thời gian
5.2.3 Xác định các thông số để bóc vỏ tỏi
Dụng cụ thử nghiệm sử dụng là chai nhựa PET 500 ml, được trang bị đầu phun hình 5.2 để xác định khả năng bóc vỏ trong buồng bóc Tép tỏi được đặt trong chai PET có lỗ ở đáy, với đầu phun gắn trên miệng chai Các thông số thử nghiệm được thiết lập bao gồm áp suất từ 5 đến 7 bar và thời gian thực hiện.
Hình 5.5: Mô hình thử nghiệm khả năng bóc vỏ
- Kết quả thử nghiệm 1: Tiến hành làm thử nghiệm với áp suất 5 bar, thời gian (3 – 5) giây
Bảng 5.2: Kết quả thử nghiệm 1
1 Đạt Không đạt Không đạt
2 Đạt Không đạt Không đạt
3 Đạt Không đạt Không đạt
Với áp suất 5 bar, đƣợc trình bày ở bảng 5.1, tỏi đƣợc bóc sạch vỏ ở thời gian 5 giây và tỏi không bóc đƣợc vỏ ở thời gian (3 – 4) giây
Hình 5.6: Kết quả thử nghiệm 1
- Kết quả thử nghiệm 2: Tiến hành làm thử nghiệm với áp suất 6 bar, thời gian (3 – 5) giây
Bảng 5.3 : Kết quả thử nghiệm 2
Với áp suất 6 bar, đƣợc trình bày ở bảng 5.2, tỏi đƣợc bóc sạch vỏ ở thời gian (4 – 5) giây và tỏi không bóc đƣợc vỏ ở thời gian 3 giây
Hình 5.7: Kết quả thử nghiệm 2
- Kết quả thử nghiệm 3: Tiến hành làm thử nghiệm với áp suất 7 bar, thời gian (3 – 5) giây
Bảng 5.4: Kết quả thử nghiệm 3
Với áp suất 7 bar, đƣợc trình bày ở bảng 5.3, tỏi đƣợc bóc sạch vỏ ở thời gian (3 – 5) giây
Hình 5.8: Kết quả thử nghiệm 3
5.2.5 So sánh các kết quả thử nghiệm
Bảng 5.5: So sánh kết quả Áp suất (bar) Thời gian ( giây)
5 Đạt Không đạt Không đạt
Nhận xét: dựa vào bảng 5.4 ta thấy kết quả áp suất 6 - 7 bar trong khoảng thời gian 4 – 5 giây nhất phù hợp với điều kiện tính toán.
Mô phỏng buồng bóc
Để tiết kiệm thời gian, chi phí và số lần thử nghiệm, chúng tôi sử dụng phần mềm ANSYS -12.0 để mô phỏng khí động lực học, từ đó lựa chọn phương án tối ưu cho cách bố trí đầu phun khí Kết quả này giúp chúng tôi tiến hành chế tạo mô hình thử nghiệm và thiết kế máy bóc vỏ tỏi hiệu quả hơn.
5.3.1 Thiết kế sơ bộ buồng bóc
- Theo [13] chọn kích thước sơ bộ như sau:
+Kớch thước ống búc: ỉ 200x250x2 mm
+ Đường kớnh ống thoỏt khớ: ỉP mm
+ Đường kớnh lỗ đầu vào của đầu phun: ỉ = 4 mm
+ Đường kớnh lỗ đầu ra của đầu phun: ỉ = 1.5 mm
- Bố trí 2 cặp đầu phun làm cho không khí xoay vòng, mỗi cặp đầu phun ở trên cùng 1 vòng đối xứng
Hình 5.9: Bản vẽ sơ bộ buồng bóc mô phỏng
Theo tính toán ở mục 5.1.1 Mô phỏng dòng khí chuyển động trong buồng bóc nhƣ sau:
- Vận tốc đầu vào của đầu phun v = 63.32 m/s
- Áp suất đầu vào đầu phun : P = 5,86 kg/cm 2
- Nhiệt độ đầu vào của đầu phun: T = 298 0 K
5.3.3 Mô phỏng xác định khoảng cách đặt đầu phun
Chọn góc nghiêng đặt đầu phun lệch với đường tâm ống bóc 1 góc α = 45 o , tiến hành dùng phần mềm ANSYS 12.0 mô phỏng để xác định khoảng các đặt đầu phun
Kích thước bố trí vòi phun như sau :α = 45 o , h 1 = 15mm, h 2 = 20mm
Hình 5.10: Bản vẽ mô phỏng 1
Bố trí 2 cặp đầu phun giúp không khí xoay vòng hiệu quả, với mỗi cặp đầu phun được đặt ở vị trí đối xứng trên cùng một vòng và lệch so với đường tâm ống một góc α = 45 độ Khoảng cách giữa các cặp đầu phun là 15mm và 20mm.
- Mô phỏng mật độ dòng khí
Hình 5.11: Mô phỏng mật độ dòng khí – Mô phỏng 1 Mật độ dòng khí rất dày tương ứng với nhiều vùng màu vàng trên hình vẽ
- Mô phỏng mật độ rối
Hình 5.12: Mô phỏng mật độ rối – Mô phỏng 1
Mật độ dòng khí dày
Mật độ rối của dòng khí dày tạo ra các vòng xoáy hỗ trợ sự va đập giữa các tép tỏi và giữa các tép tỏi với thành ống, từ đó đảm bảo hiệu quả trong quá trình bóc tỏi.
Kích thước bố trí đầu phun như sau: α = 45 o , h 1 = 15mm, h 2 = 30mm
Hình 5.13: Bản vẽ mô phỏng 2
Bố trí hai cặp đầu phun tạo ra sự xoay vòng của không khí, với mỗi cặp được đặt đối xứng ở vị trí trên cùng và lệch khỏi đường tâm ống một góc α = 45 độ Khoảng cách giữa các cặp đầu phun là 15mm và 30mm.
- Mô phỏng mật độ dòng khí
Hình 5.14: Mô phỏng mật độ dòng khí – Mô phỏng 2 Mật độ dòng khí thưa tương ứng với nhiều vùng màu vàng trên hình vẽ
- Mô phỏng mật độ rối
Hình 5.15: Mô phỏng mật độ rối – Mô phỏng 2
Mật độ dòng khí thƣa và không điều
Mật độ rối của dòng khí thưa và hỗn độn tạo ra các vòng xoáy, gây khó khăn trong việc đảm bảo va đập giữa các tép tỏi và giữa tép tỏi với thành ống, ảnh hưởng đến quá trình bóc tỏi hiệu quả.
Kích thước bố trí đầu phun như sau: α = 45 o , h 1 = 20mm, h 2 = 20mm
Hình 5.16: Bản vẽ mô phỏng 3
Bố trí hai cặp đầu phun tạo ra không khí xoay vòng hiệu quả, với mỗi cặp được đặt ở vị trí đối xứng trên cùng một vòng và lệch so với đường tâm ống một góc α = 45 độ Khoảng cách giữa mỗi cặp đầu phun là 20mm.
- Mô phỏng mật độ dòng khí
Hình 5.17: Mô phỏng mật độ dòng khí – Mô phỏng 3 Mật độ dòng khí thưa tương ứng với nhiều vùng màu vàng trên hình vẽ
- Mô phỏng mật độ rối
Hình 5.18: Mô phỏng mật độ rối – Mô phỏng 3
Mật độ dòng khí thƣa và không đều
Mật độ rối của dòng khí thưa và hỗn độn tạo ra các vòng xoáy, gây khó khăn trong việc đảm bảo va đập hiệu quả giữa các tép tỏi và giữa tép tỏi với thành ống trong quá trình bóc.
Kích thước bố trí đầu phun như sau: α = 45 o , h 1 = 20mm, h 2 = 30mm
Hình 5.19: Bản vẽ mô phỏng 4
Bố trí hai cặp đầu phun giúp không khí trong hệ thống xoay vòng hiệu quả Mỗi cặp đầu phun được đặt ở vị trí đối xứng trên cùng một vòng, lệch một góc α = 45 độ so với đường tâm của ống Khoảng cách giữa các cặp đầu phun là 20mm và 30mm.
- Mô phỏng mật độ dòng khí
Hình 5.20: Mô phỏng mật độ dòng khí – Mô phỏng 4 Mật độ dòng khí dày tương ứng với nhiều vùng màu vàng trên hình vẽ
- Mô phỏng mật độ rối
Mô phỏng mật độ rối trong dòng khí thưa và hỗn độn cho thấy sự xuất hiện của các vòng xoáy, gây khó khăn trong việc đảm bảo va chạm hiệu quả giữa các tép tỏi và giữa tép tỏi với thành ống Điều này ảnh hưởng đến quá trình bóc tách tép tỏi.
Mật độ dòng khí dày
5.3.3.5 Kết quả mô phỏng xác định khoảng cách đặt đầu phun
Bảng 5.6: So sánh kết quả mô phỏng xác định khoảng cách đặt đầu phun
TT Mật độ dòng khí
Mô phỏng 1 Rất dày Dày
Dòng khí từ đầu phun mang năng lượng cần thiết để phá hủy lớp vỏ Để đạt hiệu quả cao trong quá trình bóc vỏ, cần tiêu thụ một lượng năng lượng lớn từ dòng khí Đồng thời, phải đảm bảo lưu lượng khí ổn định và chuyển động phù hợp.
Mô phỏng 1 được thực hiện với 4 đầu phun đặt ở góc 45 độ, với khoảng cách giữa mỗi cặp là 15mm và 20mm, được xem là hợp lý nhất để so sánh các vị trí góc nghiêng Với khoảng cách đã chọn trong mô phỏng 1, chúng tôi sẽ đánh giá các góc nghiêng khác là 30 độ và 60 độ so với góc nghiêng 45 độ Tiến hành mô phỏng để thực hiện so sánh.
5.3.4 Mô phỏng xác định góc nghiêng đầu phun
Chọn góc nghiêng đặt đầu phun lệch với đường tâm ống bóc 1 góc 30 o , 60 o , tiến hành dùng phần mềm ANSYS 12.0 mô phỏng để so sánh với góc nghiêng 45 o
Kích thước bố trí đầu phun như sau:α = 45 o , h 1 = 15mm, h 2 = 20mm
( Đã mô phỏng ở mục 5.3.3.1/trang 38 )
Kích thước bố trí đầu phun như sau: α = 30 o , h 1 = 15mm, h 2 = 20mm
Hình 5.22: Bản vẽ mô phỏng 5
Bố trí hai cặp đầu phun giúp không khí được xoay vòng hiệu quả, với mỗi cặp đầu phun được đặt ở vị trí đối xứng trên cùng một vòng và lệch so với đường tâm của ống bóc một góc α = 30 độ Khoảng cách giữa các cặp đầu phun là 15mm và 20mm.
- Mô phỏng mật độ dòng khí
Hình 5.23: Mô phỏng mật độ dòng khí – Mô phỏng 5 Mật độ dòng khí phân bố thưa tương ứng với nhiều vùng màu vàng trên hình vẽ
- Mô phỏng mật độ rối
Hình 5.24: Mô phỏng mật độ rối – Mô phỏng 5
Mật độ dòng khí thƣa
Mật độ rối của dòng khí thưa và hỗn độn gây ra các vòng xoáy, làm giảm khả năng va chạm giữa các tép tỏi và giữa các tép tỏi với thành ống, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình bóc tỏi.
Kích thước bố trí đầu phun như sau: α = 60 o , h 1 = 15mm, h 2 = 20mm
Hình 5.25: Bản vẽ mô phỏng 6
Bố trí hai cặp đầu phun tạo ra không khí xoay vòng hiệu quả, với mỗi cặp được đặt đối xứng ở vị trí trên cùng và lệch so với đường tâm ống một góc α = 60 độ Khoảng cách giữa các cặp đầu phun là 15mm và 20mm.
- Mô phỏng mật độ dòng khí
Hình 5.26: Mô phỏng mật độ dòng khí – Mô phỏng 6 Mật độ dòng khí thưa tương ứng với nhiều vùng màu vàng trên hình vẽ
- Mô phỏng mật độ rối
Hình 5.27: Mô phỏng mật độ rối – Mô phỏng 6
Mật độ dòng khí thƣa
Mật độ rối của dòng khí thưa và hỗn độn gây ra các vòng xoáy, làm cho việc đảm bảo va chạm giữa các tép tỏi và giữa các tép tỏi với thành ống bóc trở nên khó khăn trong quá trình bóc.
5.3.4.4 Kết quả mô phỏng xác định góc nghiêng đầu phun
Bảng 5.7: So sánh kết quả mô phỏng xác định góc nghiêng đầu phun
TT Mật độ dòng khí
Mô phỏng 1 Rất dày Dày
Thử nghiệm và đánh giá buồng bóc vỏ tỏi
5.4.2 Máy nén khí và đồng hồ bấm thời gian
5.4.3 Mô hình thử nghiệm Điều kiện kỹ thuật về mô hình thử nghiệm bóc vỏ tỏi
Bộ phận Điều kiện kỹ thuật
- Ống thoỏt: ỉ50 (mm) Đầu phun khí
- 4 cặp đầu phun để làm cho không khí xoay vòng
- Khoảng cách đặt 2 cặp đầu phun: 15 (mm), 20 (mm)
- Mỗi cặp đầu phun ở trên cùng một vòng Áp suất khí nén - 5 - 7 bar
Mô hình thử nghiệm khả năng bóc vỏ tỏi sẽ kiểm tra lại nguyên lý bóc vỏ tỏi bằng phương pháp sử dụng không khí nén dựa trên khí động lực học Thí nghiệm này phân tích hiện tượng tách vỏ tỏi khỏi tép tỏi nhờ vào tác động va đập giữa các tép tỏi và sự tương tác giữa tép tỏi với thành ống bóc.
Dựa trên kết quả đạt được, chúng ta có thể xác định các thông số kỹ thuật cần thiết để thiết kế máy bóc vỏ tỏi bằng không khí Một yếu tố quan trọng trong thiết kế này là cách bố trí các đầu phun, được sắp xếp theo hình xoắn ốc Việc này đảm bảo rằng lượng khí thoát ra sẽ theo đường xoắn ốc, tạo ra vòng xoáy lớn, giúp quá trình bóc tách vỏ tỏi diễn ra dễ dàng và hiệu quả.
Hình 5.29: Kết quả thử nghiệm 1 Thử nghiệm 2
Hình 5.30: Kết quả thử nghiệm 2
Hình 5.31: Kết quả thử nghiệm 3 Thử nghiệm 4
Hình 5.32:Kết quả thử nghiệm 4 Thử nghiệm 5
Hình 5.33: Kết quả thử nghiệm 5
5.4.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thời gian và áp suất liên quan đến chất lƣợng bóc sạch vỏ tép tỏi
Củ tỏi sau khi tách tép, với khối lƣợng tỏi thử nghiệm m = 300 g Áp suất
P = 5 – 7 bar, thời gian T = 10 – 20 giây Kết quả thu đƣợc tỷ lệ bóc sạch đƣợc trình bày ở bảng 5.8
Bảng 5.8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian và áp suất đến chất lượng bóc sạch vỏ tép tỏi
TT P(bar) T(giây) Tỷ lệ bóc sạch vỏ(%)
Hình 5.34: Biểu đồ ảnh hưởng thời gian và áp suất liên quan đến chất lƣợng bóc sạch vỏ tép tỏi
1 2 3 4 Áp suất(Bar) Thời gian(giây) Tỷ lệ bóc sạch vỏ(%)
- Nếu cùng thời gian 10 giây áp suất thay đổi 5 bar, 7 bar thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau 40%, 63%
- Nếu cùng thời gian 20 giây áp suất thay đổi 5 bar, 7 bar thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau: 67%, 93%
- Nếu cùng áp suất 5 bar nhƣng thời gian thay đổi 10s, 20s thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau : 40%, 67%
- Nếu cùng áp suất 7 bar nhƣng thời gian thay đổi 10s, 20s thì tỷ lệ bóc sạch khác nhau : 63%, 93%
Nhƣ vậy: qua đồ thị cho ta thấy rằng cả thời gian và áp suất đều có ảnh hưởng đến quá trình bóc sạch vỏ tỏi
5.4.5.2 Thực nghiệm quá trình bóc sạch vỏ tép tỏi
Chúng tôi đã chọn phương án thực nghiệm yếu tố toàn phần với hai yếu tố chính là thời gian (Z1) và áp suất (Z2) Mục tiêu của nghiên cứu là tối ưu hóa tỷ lệ bóc sạch vỏ từ tép tỏi, nhằm đạt hiệu quả tách cao nhất Để thực hiện quy hoạch thực nghiệm toàn phần, chúng tôi đã tiến hành bố trí thử nghiệm với việc thay đổi đồng thời các yếu tố, mỗi yếu tố được thử nghiệm ở ba mức: mức trên, mức dưới và mức cơ sở.
Mức trên, mức dưới, khoảng biến thiên được trình bày ở bảng 5.8, ma trận quy hoạch thực nghiệm đƣợc trình bày ở bảng 5.9
Bảng 5.9: Các mức của các yếu tố
Các yếu tố đầu vào
Các mức Khoảng biến thiên Mức dưới Mức cơ sở Mức trên
Thời gian(giây) 10 15 20 5 Áp suất(bar) 5 6 7 1
5.4.5.3 Lập ma trận quy hoạch
Với 2 yếu tố thời gian và áp suất (k = 2), mỗi yếu tố có hai mức là mức trên và mức dưới và 3 thử nghiệm trung tâm Vậy số thử nghiệm được tiến hành là:
Trong bài thử nghiệm với N = 2 và 2 + 3 = 7, chúng ta thực hiện chuyển đổi từ hệ trục tự nhiên Z1, Z2 có thứ nguyên sang hệ trục không thứ nguyên mã hóa để thuận tiện cho việc tính toán Quá trình mã hóa này được thực hiện một cách dễ dàng bằng cách chọn tâm của miền nghiên cứu làm gốc tọa độ.
Trong hệ mã hoá không thứ nguyên ta có đƣợc:
- Mức trên Z max j : - kí hiệu +
- Mức cơ sở Z 0 j : - kí hiệu 0
- Mức dưới Z min j : - kí hiệu –
Ta có: công thức chuyển từ hệ đơn vị thực qua đơn vị mã hoá không thứ nguyên [9] max min
Bảng 5.10: Ma trận quy hoạch thực nghiệm
TT Thử nghiệm Mã hóa Kết quả
5.4.5.4 Thiết lập phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình nghiên cứu
Tính hệ số hồi quy: Các hệ số hồi quy đƣợc tính theo công thức toán học nhƣ sau [9]:
Dựa trên số liệu thực nghiệm, áp dụng các công thức (3.75a) và (3.75b), chúng tôi xác định được các giá trị b0, b1, b2 lần lượt là 65,75, 14,25 và 12,25 Kết quả này cho phép chúng ta thiết lập phương trình hồi quy toán học.
Trong phương trình hồi quy, sự xuất hiện của các giá trị b1 và b2 cho thấy rằng cả thời gian và áp suất đều có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình bóc vỏ tỏi.
Để nâng cao hiệu quả bóc vỏ tỏi, cần tăng thời gian và áp suất trong quá trình khảo sát Tuy nhiên, thời gian là yếu tố quan trọng hơn, vì hệ số b1 lớn hơn b2.
5.4.5.5 Kiểm định ý nghĩa của hệ số hồi quy và sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm
Tìm phương sai lặp lại L 2 Do vậy, phải làm thêm 3 thử nghiệm ở tâm phương án và thu được ba giá trị Y u 0 và giá trị Y u 0
Bảng 5.11: Kết quả của 3 thử nghiệm làm thêm
Ta tính được phương sai lặp theo công thức (3.8) [9]:
(n 0 là số thử nghiệm ở tâm phương án)
Hệ số hồi quy đƣợc kiểm định theo tiêu chuẩn Student [9]: j j bj t b
Nhƣ vậy các tj > tp(f) do đó các hệ số hồi quy điều có nghĩa
5.4.5.6 Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher
Bảng 5.12: Các số liệu dùng để tính phương sai tương thích
* y i : giá trị từ phương trình hồi qui
Theo công thức (3.58) [9] ta tính đƣợc:
Trong đó: N: số thử nghiệm, E hệ số hồi quy (b 0 , b 1 , b 2 )
Theo công thức (3.57)[9] ta tính đƣợc:
Do F < F 1-p (f 1 ,f 2 ) nên phương trình tương thích với thực nghiệm
5.4.5.7 Tính hệ số xác định
R 2 để đánh giá chính xác của phương trình hồi quy
Bảng 5.13: Các số liệu để tính hệ số xác định
Kết quả phân tích cho thấy hệ số R² tiến gần tới 1, chứng tỏ phương trình hồi quy đạt độ chính xác cao Điều này cho thấy thời gian và áp suất là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình bóc vỏ tỏi Dựa vào kết quả thử nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm, chúng ta có thể tiến hành thiết kế và chế tạo buồng bóc vỏ tỏi hiệu quả.
Thiết kế các bộ phận của máy bóc vỏ tỏi
Máy bóc vỏ tỏi hoạt động hiệu quả khi các bộ phận được bố trí hợp lý Để đạt được mục tiêu này, cần thiết kế một số bộ phận chính của máy sao cho đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật.
- Thiết kế mạch điện điều khiển
Buồng bóc là một ống hình trụ được trang bị đầu phun và ống thoát vỏ, giúp đảm bảo quá trình bóc vỏ tỏi diễn ra sạch sẽ khi có nguồn khí nén áp lực cao Buồng bóc được kết nối với phễu cấp liệu thông qua cửa van, cho phép định lượng chính xác lượng tỏi rơi xuống buồng bóc.
- Vận tốc đầu vào của đầu phun: v = 63,23 m/s, áp suất khí cung cấp:
Vật liệu buồng bóc được chế tạo từ ống inox hoặc tấm inox đã được uốn và hàn ghép với độ dày 2mm, sử dụng inox SUS 304 theo tiêu chuẩn JIS, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.
- Đầu phun đƣợc gắn vào buồng bóc đƣợc làm bằng vật liệu đồng
Hình 5.35: Bản vẽ cấu tạo buồng bóc
-Kớch thước ống búc: ỉ 200x250x2 mm
- Đường kớnh ống thoỏt vỏ: ỉ = 50 mm nghiờng 45 0 so với đường tõm trục ống bóc
Bố trí 4 cặp đầu phun cú đường kính lỗ đầu ra 1.5 mm, mỗi cặp được sắp xếp trên cùng một vòng đối xứng và lệch 45 độ so với đường tâm ống bóc, giúp tạo ra dòng khí chuyển động xoay vòng trong buồng bóc Khoảng cách giữa mỗi cặp đầu phun là 15 mm và 20 mm.
- Thiết kế chi tiết của buồng bóc đƣợc trình bày ở phần phụ lục
5.5.2 Thiết kế phễu cấp liệu
- Đảm bảo lƣợng dự trữ tỏi cần thiết để máy hoạt động liên tục đƣợc trong khoảng thời gian lâu dài
- Vật liệu là tấm inox dày 2mm (SUS 304 theo tiêu chuẩn JIS ) đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm
5.5.2.2 Thiết kế phễu cấp liệu
Hình 5.36: Bản vẽ cấu tạo phễu cấp liệu
- Thể tích phễu đƣợc tính toán để thiết kế nhƣ sau:
- Tính đƣợc thể tích phễu cấp liệu: V = 0.017 m 3
- Thiết kế chi tiết của phễu cấp liệu đƣợc trình ở phụ lục
- Đảm bảo thao tác người vận hành dễ dàng
- Đảm bảo sự hài hòa với các bộ phận khác
- Có kết cấu đơn giản dễ chế tạo
- Vật liệu là các loại thép hình ( SS400 theo tiêu chuẩn JIS )
Hình 5.37: Bản vẽ cấu tạo khung máy
- Kích thước tổng quát: 1200 x 760 x 560 mm
- Thiết kế chi tiết của khung máy đƣợc trình bày ở phần phụ lục
5.5.4 Thiết kế mạch điều điều khiển
- Đảm bảo thiết bị hoạt động đúng trình tự
Mạch điện được thiết kế với hai chế độ hoạt động: bằng tay và tự động Ở chế độ bằng tay, khi bật công tắc S1, người dùng nhấn nút SH1 để xylanh cấp liệu mở, cho phép các tép tỏi từ phễu chứa liệu rơi vào buồng bóc Sau khoảng thời gian T1, xylanh cấp liệu sẽ đóng lại Tiếp theo, nhấn nút SH2 để van điều khiển đầu phun hoạt động, thực hiện quá trình bóc trong khoảng thời gian T2 Cuối cùng, nhấn nút SH3 để xylanh cửa xả mở, cho phép các tép tỏi đã bóc sạch ra ngoài, và sau thời gian T3, cửa xả liệu sẽ đóng lại, kết thúc quá trình bóc.
Khi bật công tắc S1 vào chế độ tự động, tép tỏi từ phễu chứa liệu sẽ được xylanh cấp liệu mở và rơi vào buồng bóc Sau thời gian T1, xylanh cấp liệu sẽ đóng lại Van điều khiển đầu phun sẽ hoạt động để thực hiện quá trình bóc trong khoảng thời gian T2, sau đó ngừng lại Tiếp theo, xylanh cửa xả sẽ mở để các tép tỏi đã bóc sạch được thải ra ngoài, và sau thời gian T3, cửa xả liệu sẽ đóng lại Quá trình này sẽ được lặp lại theo nhịp.
- Nguồn khí nén cung cấp: 6 - 7 bar
- Nguồn điện cung cấp: 220VAC
- Nguồn điện điều khiển: 24VDC
5.5.4.2 Thiết kế mạch điều khiển
- Từ yêu cầu thiết kế ta có sơ đồ trạng thái:
Hình 5.38: Sơ đồ trạng thái
- Phát thảo sơ đồ mạch khí nén
Hình 5.39: Sơ đồ điều khiển
- Bảng thực hiện các bước của qui trình
Công tắc hành trình SH4 SH5
Van điê ̣n tƣ̀ Y1 Lò xo Y2 Lò xo Y3 Lò xo
Sơ đồ mạch điện trong hình 5.40 minh họa cách bố trí công tắc nguồn và bộ cung cấp nguồn điện cho các phần tử điều khiển.
Sơ đồ mạch điện điều khiển trong hình 5.41a minh họa cách bố trí công tắc chuyển đổi giữa chế độ điều khiển tự động và tay, cùng với rơle thời gian cho phần điều khiển tự động Mạch này cho phép người dùng linh hoạt lựa chọn giữa hai phương thức điều khiển.
Hình 5.41b trình bày sơ đồ mạch điện điều khiển bao gồm các nút nhấn SH1, SH2, rơle thời gian điều khiển bằng tay, cùng với các van điện từ Y1 và Y2 Van Y1 được sử dụng để điều khiển xylanh cấp liệu, trong khi van Y2 điều khiển xylanh mở và đóng cửa xà liệu Mạch điều khiển này có khả năng hoạt động tự động và bằng tay.
Sơ đồ mạch điện điều khiển (Hình 5.41c) bao gồm nút nhấn SH3, rơle thời gian điều khiển bằng tay và các van điện từ Y3, dùng để điều khiển xylanh mở và đóng cửa xả Mạch này cho phép điều khiển tự động và bằng tay, mang lại sự linh hoạt trong quá trình vận hành.
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Chế tạo
- Thông số kỹ thuật chung của máy bóc vỏ tỏi:
Các bộ phận chính của hệ thống đã được chế tạo theo đúng yêu cầu tính toán và thiết kế, bao gồm buồng bóc, phễu cấp liệu, khung máy, và lắp đặt các phần tử điện điều khiển.
Hình 6.1: Bản vẽ chế tạo
Hình 6.3: Bản vẽ phễu cấp liệu
Hình 6.5: Bản vẽ khung máy
6.1.4 Lắp đặt các phần tử điện điều khiển
Hình 6.7: Bảng điều khiển + Phần tử điều khiển
Hình 6.8: Phần tử điều khiển
Hình 6.9: Cụm van điều khiển
6.1.5 Máy bóc vỏ tỏi đƣợc chế tạo hoàn chỉnh:
Hình 6.10: Máy bóc vỏ tỏi
Hoạt động thử nghiệm và đánh giá
6.2.1 Hoạt động thử nghiệm của máy bóc vỏ tỏi
Bảng thông số máy nén khí
Lưu lượng (l/phút) 52 Điện áp sử dụng (V) 220
Tốc độ quay puly đầu nén (v/phút) 670
Số xi lanh đầu nén 1 Áp lực làm việc (kg/cm 2 ) 6 Áp lực tối đa (kg/cm 2 ) 7
Hình 6.11: Tỏi thử nghiệm + Đường kớnh củ tỏi: ỉ 40 – 45 mm
+ Kích thước tép tỏi: chiều rộng ( 15 -20 mm), chiều cao (30 -35 mm) + Độ ẩm: phần thân củ 55% và phần vỏ 8% [10]
- Máy bóc vỏ tỏi và máy nén khí
Hình 6.12: Máy bóc vỏ tỏi và máy nén khí
Với áp suất thử nghiệm 6 bar, thời gian 10 giây
Hình 6.13a: Quá trình bóc vỏ tỏi
Hình 6.13b: Quá trình bóc vỏ tỏi
Máy đƣợc chế tạo đã đáp ứng đƣợc những yêu cầu kỹ thuật đặt ra, máy hoạt động tốt Quá trình bóc vỏ thử nghiệmđáp ứng đƣợc yêu cầu
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1 Kết quả đạt đƣợc của luận văn
Sau gần sáu tháng hoàn thành luận văn với sự hỗ trợ tận tình từ Thầy hướng dẫn, đề tài đã đạt được những kết quả đáng kể.
- Tìm hiểu về tỏi và các nguyên lý bóc vỏ tỏi khác nhau , từ đó đề xuất ý tưởng bóc vỏ tỏi tỏi bằng khí nén
- Tính toán, thiết kế máy bóc vỏ tỏi
- Đã chế tạo xong máy bóc vỏ tỏi
- Thƣ̉ nghiê ̣m và đánh giá khả năng hoạt động của máy
Do thời gian có hạn, đề tài này có một số hạn chế nhƣ sau:
Cấu tạo của đầu phun và buồng bóc đã mang lại hiệu quả trong quá trình bóc vỏ, tuy nhiên cần tối ưu hóa hơn nữa để đạt được hiệu quả cao nhất cho quy trình này.
- Chƣa thử nghiệm hết khả năng bóc đƣợc cho tất cả các loại tỏi
- Củ tỏi tách thành từng tép bằng tay chƣa tách tự động
Vì thế hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài:
- Tối ƣu hóa đầu phun và buồng bóc để đạt hiệu quả cao nhất
- Máy bóc vỏ tỏi đƣợc cho tất cả loại tỏi
- Tổ hợp chức năng bóc tách trong cùng một máy
- Lập bảng hướng dẫn vận hành máy và bảo trì máy
