بخشی از مقاله
چکیده
تراکمپذیری حجمی به عنوان نسبت تغییرات کرنش حجمی به تغییرات فشار هیدرواستاتیک وارد بر سطح خارجی ماده تعریف میشود. با تعیین تراکمپذیری حجمی میتوان به برخی خواص رئولوژی مانند سفتی و درجه رسیدگی میوه، به منظور طراحی خطوط فرآو ری و انتقال محصول پی برد. برای یک نمونه غوطه ور شده درون سیال، با اندازه گیری تغییرات نیروی شناوری در مقابل تغییرات فشار هیدرواستاتیک و داشتن حجم اولیه نمونه می توان تغییرات حجم و تراکم پذیری حجمی نمونه را تعیین کرد.
هدف از انجام تحقیق حاضر طراحی، ساخت و ا رزیابی دستگاهی برای اندازهگیری تراکمپذیری حجمی و درجه رسیدگی میوهجات میباشد. دستگاه شامل یک محفظه فشار از جنس آکریلیک است که فشار هوای درون آن توسط یک کمپرسور هوا تأمین شده و توسط یک حسگر فشار اندازه گیری میشود. برای ثابت نگه داشتن فشار هوا نیز از یک شیر فشار شکن استفاده میشود. نمونه مورد آزمون، از انتهای آزاد یک تیر یک سردرگیر که چهار کرنش سنج در قسمت ریشه آن برای اندازهگیری مقدار خمش تیر و تغییر نیروی شناوری نصب شده اند، آویزان و درون سیال غوطه ور میشود. سیگنالهای خروجی مدار کرنش سنجها و حسگر فشار پس از عبور از واحد پردازش سیگنال، به نیرو و فشار تبدیل می شوند .
به منظور ارزیابی عملکرد دستگاه میوه گوجه فرنگی به مدت 100 ثانیه تحت فشار ثابت 200 kPa قرار گرفت و پس از آن باربرداری انجام شد و نمودار تغییرات حجم بر حسب زمان برای مطالعه رفتار خزشی آن رسم شد. آزمایشها در 5 تکرار انجام شدند. همچنین برای مطالعه اثر رسیدگی میوه بر رفتار خزشی آن، تغییرات حجم نمونههای گوجه فرنگی رسیده و نارس با هم مقایسه شدند . نتایج نشان داد که بخش بزرگی از تغییر ات حجم به صورت آنی در لحظه اولیه اعمال فشار بود - قسمت الاستیک - و سپس تغییر حجم نمونه به صورت نمایی با زمان افزایش یافت - قسمت ویسکوالاستیک - . میانگین ضریب تراکم-پذیری نمونهها برابر با 0/66 MPa بدست آمد.
مقدمه
نسبت تغییرات کرنش حجمی به تغییرا ت فشار هیدرواستاتیک وارد بر سطح خارجی ماده تراکم پذیری حجمی نامیده میشود. تعیین تراکمپذیری حجمی محصولات کشاورزی و مواد غذایی از اهمیت خاصی برخوردار است، زیرا توسط آن می توان به خواص رئولوژی از قبیل خواص الاستیک و ویسکوالاستیک و همچنین میزان سفتی و درجه رسیدگی این محصولات، به منظور طراحی ماشین های برداشت و حمل و نقل، خطوط فرآوری، درجه بندی و انتقال محصول و تعیین شرایط بهینه انبارداری جهت کاهش ضایعات پی برد . هدف اصلی از مطالعه و بررسی خواص رئولوژی را می توان جلوگیری از ایجاد صدمات مکانیکی، کاهش ضایعات و حفظ کیفیت نهایی محصول دانست
محققین مختلف با مطالعه تغییر شکل مواد غذایی مختلف شامل میوهجات و مواد به شکل مایع و جامد تحت تاثیر فشار هیدرواستاتیک، رفتار ویسکوالاستیک آنها را مطالعه و مدلسازی کردند
طی تحقیقی با مطالعه تراکم پذیری حجمی سیب زمینی خواص الاستیک آن تعیین و مورد مطالعه قرار گرفت .[Finney and Hall, 1967] در تحقیقی دیگر، دستگاهی برای اندازه گیری و نمایش رابطه تنش - کرنش حجمی برای محصولات کشاورزی ساخته شد و با استفاده از آن رفتار الاستیک و ویسکوالاستیک ذرت در رطوبت های مختلف مطالعه گردید
خواص الاستیک و ویسکوالاستیک محصولات کشا ورزی را همچنین می توان با روش های دیگری مانند آزمون های محوری و برش تعیین کرد. اما استفاده از روش تراکم پذیری حجمی نسبت به سایر روش ها تا حدودی برتری دارد، زیرا این روش می تواند روی نمونه کامل - با شکل طبیعی - صورت گیرد، در حالی که روش های متداول اندازه گیری تغییر حجم، روی نمونه دست خورده صورت می گیرند. همچنین در آزمایشهای محوری پس از انجام آزمون نمونه تخریب میشود. اما این روش جزء آزمونهای غیر مخرب محسوب میشود.
روشهای معمول اندازهگیری تراکم پذیری حجمی محصولات کشاورزی دارای چند مشکل اساسی از جمله وجود خطا در قرائت نتایج به علت هرگونه نشت مایع از درون ظرف، انبساط مایع درون ظرف و لوله و یا هوای حبس شده در محفظه میباشندمحفظه. عموماً یک سیلندر استیل با جداره ضخیم است و بنابراین، نمی توان نمونه را طی آزمایش مشاهده کرد.
اهداف انجام این تحقیق عبارتند از : - 1 ارائه روشی مناسب برای اندازه گیری تراکم پذیری حجمی میوه جات و طراحی و ساخت دستگاهی بر اساس این روش . به طوری که بتوان بصورت پیوسته و به شیوه راحت تری علاوه بر تغییرات حجم نمونه تغییرات فشار هیدرواستاتیک وارد بر سطح خارجی نمونه را نیز اندازه گیری و ثبت کرد و - 2 مطالعه رفتار خزشی گوجه فرنگی و تعیین میزان سفتی و تراکمپذیری آن.
مواد و روشها
اصول تئوری روش ارائه شده
مبانی روش ارائه شده برای اندازه گیری تراکمپذیری حجمی، بر اساس اصل نیروی شناوری ٌ - ارشمیدس - استوار
است. هنگامی که جسمی درون مایع غوطه ور میشود، نیروی شناوری برابر با حجم مایع جابجا شده به آن وارد میشود که مقدار آن از رابطه 1 بدست میآید.
که در آن، V - حجم نمونه - ، L - چگالی سیال - و g - شتاب جاذبه - است.
اگر فشار روی سطح مایع از P0 به P تغییر کند، تغییرات نیروی شناوری را میتوان از رابطه 2 تعیین کرد.
بنابراین، با داشتن حجم اولیه نمونه - V0 - ، میتوان تغییرات حجم نمونه - V - V0 - را از تغییرات نیروی شناوری - F - F0 - محاسبه کرد. از آنجا که مایع در مقایسه با نمونه تراکمناپذیر است، چگالی آن را میتوان ثابت فرض کرد.
به عبارت دیگر، . L0 L در نتیجه، میتوان رابطه 2 را به صورت رابطه 3 خلاصه نمود.
بنابراین، چنانچه بتوان تغییرات نیروی شناوری - F - F0 - را در مقابل تغییرات فشار هیدرواستاتیک وارد بر سطح خارجی نمونه - P - P0 - اندازهگیری کرد، می توان تراکمپذیری حجمی نمونه را تعیین کرد . باید توجه کرد که در برخی موارد مقدار - F - F0 - میتواند صفر یا منفی شود، که نشان می دهد که مایع تراکم پذیری یکسانی با نمونه داشته و یا از آن تراکم پذیرتر است. در چنین مواردی باید تغییرات در چگالی مایع به حساب آید و از رابطه 2 برای محاسبه تغییرات حجم استفاده کرد.
ابزار طراحی شده برای اندازهگیری تغییرات حجم
بر اساس اصول ذکر شده نیاز به دستگاهی برای اندازهگیری تغییرات - F - F0 - در برابر - P - P0 - بود. شکل 1 نمای کلی دستگاه طراحی شده با نرمافزار Solidworks را نشان میدهد.
شکل -1 اجزاء دستگاه اندازهگیری تراکمپذیری حجمی
اجزاء دستگاه شامل یک محفظه فشار با دیواره ضخیم از جنس آکریلیک، شیر فشار شکن، حسگر فشار، کرنش-سنجها، کمپرسور، واحد تقویت و پردازش سیگنال و یک کامپیوتر جهت نما یش و ثبت اطلاعات است
