بخشی از مقاله
چکیده
دانه برنج داراي خواص داروئی و تغذیه اي متعددي میباشد، لذا اطلاع از خواص فیزیکی و مهندسی آن در طراحی تجهیزات پس از برداشت ضروري است. دانستن حجم، دانسیته، ضریب اصطکاك ایستایی و زاویهي ریپوز محصولات کشاورزي بر روي سطوح مختلف از جمله خواص مهندسی میباشد که در طراحی سیلوها و ساختمانهاي نگهداري محصولات کشاورزي، تجهیزات انتقال از قبیل تسمه نقالهها و نقاله هاي مارپیچی و نیز در طراحی و تعیین بازده تجهیزات مورد استفاده در فرآوري پس از برداشت مورد نیاز میباشد.
در این پژوهش ویژگیهاي اصطکاکی - زاویه ریپوز ضریب اصطکاك ایستایی روي سطح آهن گالوانیزه - ویژگی هاي هندسی و ویژگی هاي ثقلی - دانسیتهي ظاهري و دانسیته ي توده - دانههاي برنج واریته دم سیاه بررسی گردید. نتایج حاصل از اندارهگیري مقادیر ضریب اصطکاك ایستایی و زاویه ریپوز تخلیه را به ترتیب 0.45 و 26.87 نشان داد. همچنین میزان حجم، دانسیته ظاهري و توده نمونههاي مورد آزمایش به ترتیب 8.06 ، 1.46 و 750 بدست آمد. کلیه این ویژگیها میتواند تاثیر قابل توجهی در فرایندهاي محصولات کشاورزي و پروسههاي غذایی داشته باشد، در نتیجه میتوانیم با شناخت بهتر این خصوصیات و اثرات تاثیرگذار بر آنها گامی بهتر و موثرتر در جهت بهبود کیفیت و فراوري محصولات کشاورزي برداریم.
.1 مقدمه
برنج از مهمترین غلات و اقلام غذایی جهان است و با نام علمی oryza satival پس از گندم دومین غله مهم در دنیا به حساب می آید. این مادهي غذایی از خانواده گرامینه ها بوده و داراي نوع یکساله وچند ساله می باشد. نیمی از جمعیت جهان، به برنج به عنوان یک غذاي اصلی وابسته هستند بطوریکه این ماده ي غذاییتقریباً 40 درصد غذاي مورد نیاز 50 درصد مردم دنیا را تشکیل می دهد . - 8 - سطح زیر کشت برنج در جهان بالغ بر150 میلیون هکتار است که معادل 10 درصد از اراضی مزروعی دنیا است. به منظور تأمین منابع غذایی براي جمعیت روز افزون دنیا، تولید برنج تا سال 2025 باید به دو برابر افزایش یابد . - 11 - متوسط عملکرد برنج درایران حدود 4200 کیلوگرم در هکتار بوده و مصرف سرانه آن 32 کیلوگرم گزارش شده است .
- 1 - مشخصات فیزیکی محصولات کشاورزي در طراحی بهینه ماشینهاي فرآوري، کاشت و برداشت مورد استفاده قرار میگیرند و همچنین در کاهش تلفات و حفظ کیفیت محصولات طی عملیات برداشت از اهمیت خاصی برخورداراند. از جمله مهمترین این خواص میتوان به خواصی از قبیل، طول، عرض، ارتفاع، سطح، حجم، وزن هزار دانه، چگالی ظاهري، چگالی واقعی، درصد تخلخل، ضریب اصطکاك استاتیکی و زاویه شیب طبیعی اشاره کرد . - 2 - چگالی ظاهري دانهها در محاسبه خواص گرمایی در زمینه انتقال حرارت و نیز عدد رینولدز در اننقال پنوماتیکی مواد و در جداسازي ناخالصیها از محصول اصل ي مورد استفاده قرار م ي گیرد. مقاومت توده دانه در برابر جریان هوا نیز، تابعی از تخلخل و اندازه ابعاد می باشد .
- 9 - در مورد تعیین خواص فیزیکی محصولات کشاورزي تحقیقات فراوانی انجام شده است که از جمله آن می توان به اندازه گیري دانسیتهي توده، کرویت، تخلخل، ضریب اصطکاك ایستایی درصد رطوبت در برنج satival oryza نام برد . - 7 - علاوه بر این تحقیقات فراوانی بر خصوصیات فیزیکی سایر غلات نظیر گندم - 4 - ، عدس - 5 - ، دانهي آفتابگردان - 6 - صورت گرفته است که همگی نشان دهده ي نقش و تاثیر قابل توجه خواص فزیزیکی غلات در کشاورزي و صنعت می باشد. در این پژوهش، نظر به اهمیت خواص فیزیکی محصولات کشاورزي بالخصوص برنج، برخی از خواص فیزیکی مهم برنج دم سیاه نظیر ویژگی هاي اصطکاکی، هندسی و ثقلی به روش هاي متداول آزمایشگاهی اندازه گیري شد.
.2 مواد و روش ها .1.2 مواد اولیه و آماده سازي نمونه ها
دانه برنج از بازار منطقه سبزوار تهیه و ناخالصی هاي آن شامل پوسته، دانه هاي نارس و سایر ناخالصی ها توسط الک و قرار دادن در مقابل جریان باد ملایم جداسازي گردید. سپس رطوبت اولیه دانه ها توسط آون گرفته شد.
.2.2 اندازه گیري زاویه ریپوز تخلیه
وقتی مواد گرانولی از طریق دریچه ي ته یک مخزن یا سیلو تخلیه شده ، یا وقتی که از طریق لوله یا دهانه اي به درون یک تغار یا روي یک سطح ریخته می شوند، تشکیل کپه - پشته - می دهند. ضریب اصطکاك بین ذرات بر زاویه اي که سطح کپه با افق می سازد، تاثیر می گذارد. این زاویه را اصطلاحا زاویه ي ریپوز یا انباشتگی می نامند. زاویه ریپوز تخلیه θe با استفاده از یک جعبه چوبی به ابعاد 12×12×12سانتی متر اندازه گیري شد. ابتدا جعبه با دانه پر شده و سپس درب کشوئیسریعاً به طرف بالا کشیده میشود تا دانه به طرف خارج تخلیه شود و یک کپه طبیعی درون جعبه تشکیل شود. سپس زاویه ریپوز از طریق اندازه گیري ارتفاع در دو نقطه شیب دار کپه و فاصله افقی بین این دو نقطه و سپس جاگذاري در رابطه ي زیر به دست می آید . - 3 -
.3.2 ضریب اصطکاك ایستایی
مقدار نیرو در لحظه ي آغاز حرکت را پیشگویی می کند. به منظور تعیین ضریب اصطکاك استاتیکی - μs - از سطح شیبدار - از جنس آهن گالوانیزه - با شیب قابل تنظیم استفاده شد. بدین صورت که استوانه ي پلاستیکی بدون سر و ته روي سطح اصطکاکی قرار داده و با دانه پر میکنیم. در ابتدا جعبه را تا حد کمی روي سطح مورد نظر بلند کرده تا از هر گونه تماس بین جعبه و سطح اجتناب شود. سطح اصطکاکی جزئی از دستگاه است که در یک انتها مفصلدار است، به طوري که میتوان انتهاي غیر لولادار را به آرامی به وسیله یک سیستم پیچ مهره بلند کرده و بدین ترتیب زاویه سر خوردن بعنوان زاویه اصطکاکی در نظر گرفته می شود. سپس با استفاده از رابطهي زیر ضریب اصطکاك استاتیکی محاسبه شد - . - 10
4.2 حجم و دانسیته ي ظاهري
محاسبه حجم از روش جابه جایی مایع و به وسیله ي پیکنومتر وحلال تولوئن صورت گرفت. در این روش نمونه وحلال را به همراه پیکنومتر توزین کرده و سپس از طریق رابطه زیر حجم را محاسبه می نماییم. در ابتدا پیکنومتر خالی را وزن کرده، سپس حلال را در آن ریخته و دوباره توزین می کنیم. در مرحله ي بعد تقریبا پنجاه دانه برنج را درون پیکنومتر قرار داده و وزن آن ها گرفته شد. پیشنهاد شده است که این مقدار حدود یک سوم حجم پیکنومتر باشد. سپس بقیه حجم پیکنومتر را با مقدار کافی تولوئن پر کرده و دوباره توزین کرده و نتایج حاصل از توزین را در رابطه ي روبرو جایگذاري کردیم تا حجم ظاهري را بدست آوریم در مرحله بعد با قرار دادن حجم در معادله ي دوم دانسیته ي ظاهري دانه ها بدست آمد - . - 10 3 - و - 4
.5.2 دانسیته توده
دانسیته توده طبق تعریف نسبت جرم توده نمونه به حجم کل ظرف است، براي این منظور ابتدا مقداري نمونه به صورت تصادفی انتخاب گردید . سپس یک ظرف با حجم مشخص و جرم مشخص از نمونه ها ي مورد نظرکاملاً کردیم. سطح ظرف پر شده را با استفاده از یک شی صاف مانند خط کش کاملا صاف نموده تا دانه هایی که در خارج از محدوده حجم ظرف هستند، بدون اعمال هیچ فشار خارجی، از روي آن برداشته شوند. در این مرحله ظرف محتوي نمونه توزین شده و جرم ظرف + دانه ها بدست آمد. در انتها دانسیته توده نمونه را با استفاده از رابطهي زیر محاسبه شد - 2 -
.3 نتایج و بحث .1.3 زاویه ریپوز تخلیه
نتایج حاصل از اندازه گیري نمونه هاي بدست آمده براي پارامترهاي h1 و h2 - با 3 تکرار - به ترتیب مقادیر 10.01 ± 0.5 و مقادیر 3.93 ± 0.1 را نشان داد که با جایگذاري داده ها در فرمول مربوطه زاویه ریپوز تخلیه عدد 26.87 ± 0.9 را نشان داد. مقادیر حاصل از تفاضل پارامتر X عدد 12 بدست آمد.
.2.3 ضریب اصطکاك ایستایی
نتیجهي حاصل از آزمایش زاویهي α=22 بود که با جایگذاري در فرمول μS= tan α ضریب اصطکاك ایستایی براي
