Báo cáo nckh nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sản xuất bún tự động

Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU THIẾT KÉ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẢN XUẤT BÚN Tự ĐỘNG STUDY ON DESIGNING AND MANUFACTURING OF AUTOMATIC RICE NOODLES PROCESSING SYSTEMS ThS Phan Thanh Tú 0), TS VŨ Ke Hoạch (D, PGS.TS Lê Anh Đức ® (1) Trường Cao Đẳng Kỹ thuật Cao Thắng TP HCM ® Trường Đại học Nơng Lâm TP HCM thanhtup81 @yahoo com TĨM TẮT Nghiên cứu thực nhằm tính tốn thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị ép bún tươi suất 200 kg/giờ Hệ thống bao gồm thiết bị nhào trộn bột, thiết bị chứa cấp liệu tự động vào khuôn ép, thiết bị ép bún dạng trục vít xoắn, thiết bị làm chín bún sau ép hệ thống điều khiển tự động toàn dây chuyền ép bún Ket thực nghiệm cho thấy kết tính tốn thiết kế sai khác khơng đáng kể so với kết đo đạc Hệ thống điều khiển giám sát tự động toàn hệ dây chuyền thiết bị hoạt động xác Chất lượng sợi bún sau ép đạt yêu cầu độ láng mịn, độ dai, độ trong, độ mềm mại sợi bún khơng bị bết dính vào Năng suất hệ thống ép bún đạt suất thiết kế 200 kg/h, chi phí điện riêng cho q trình sản xuất từ khâu nhào trộn đến khâu ép, luộc 0,584 kwh/kg bún Từ khóa: bún tươi, vít ép, tự động, nhiệt độ, phí điện ABSTRACT The study was designed and manufactured an automatic fresh rice noodles processing systems with capacity of 200 kg/h The processing system includes a flour mixing unit, a mixed-flour feeding unit, a crew extruder, a rice noodles cooking unit and an automatic control unit of the processing system The experimental results shown that there are no significant differences between the calculation results and measurement results The automatic control system works correctly The quality of rice noodles after processing meet the standard requirement such as smooth level, toughness, clarity, smoothness The capacity of the rice noodles processing system reaches 200 kg/h and specific energy consumption for the processing is 0.584 kwh/kg fresh rice noodles Keywords: fresh rice noodle, a crew extruder, automation, temperation, enrgy consumption ĐẶT VẤN ĐỀ Bún loại thực phẩm dạng sợi tròn làm từ tinh bột gạo, loại thực phẩm phổ biến Sợi bún tạo nhờ trình nén ép bột gạo qua lỗ khuôn áp suất nhiệt độ cao, sau luộc chín nước sơi Hiện công nghệ sản xuất bún phổ biến thị trường từ nông thôn đến thành phố nhu cầu tiêu thụ bún tương đối cao Tại làng nghề truyền thống nông thôn, bún sản xuất thủ công bán giới, sử dụng công cụ ép bún kiểu pít-tơng, lực ép tạo tay máy, q trình ép khơng gia nhiệt làm chín bún tạo hình sợi bún, q trình làm chín thực cơng đoạn tạo hình [4], [2] Phương pháp có suất thấp, cường độ lao động cao nặng nhọc, sợi bún không ổn định gãy nát, không đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm Tại thành thị, số nơi sản xuất bún thủ công, số nơi trang bị dây chuyền sản xuất bún bán tự động sử dụng than, nước gas để gia nhiệt Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc - Lần thứ IV khn Phương pháp có hạn chế gây ô nhiễm môi trường đốt than phải kèm theo thiết bị phụ trợ nồi nên hệ thống cồng kềnh gây khó khăn q trình tự động hóa cho thiết bị đặc biệt phân đoạn nhiệt độ cho khn ép bún Vì vậy, nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sản xuất bún tươi từ gạo điều khiển tự động thông số vận hành hệ thống dây chuyền từ khâu trộn nguyên liệu, cấp liệu vào khn ép luộc chín sợi bún sau ép, sử dụng phương án phân đoạn nhiệt độ cho khuôn ép bún cặp điện trở để hệ thống thiết bị trở nên nhỏ gọn, đáp ứng khả tự động hóa cao với suất chất lượng sợi bún ổn định, vận hành đơn giản cần thiết PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN Nguyên liệu ép: bột gạo đưa vào nghiền gạo ngâm quan công đoạn nghiền nhỏ phương pháp nghiền ướt, tách nước phương pháp lọc ép, độ ẩm bột gạo đạt 54% (Nguyễn Ngọc Như Thùy, 2008) Nếu độ ẩm cao dính vào thành thiết bị, gây ton thất khó khăn cho trình ép Neu ẩm thấp, phân tử linh động nên chúng khó xếp để liên kết với làm cho liên kết không chặt chẽ gây nứt nẻ sợi bún Trước đưa vào ép tạo hình, bột gạo trộn với bột hồ hóa để tăng độ dẻo kết dính Q trình nhào trộn bột khâu quan trọng trình sản suất bún tươi (Bhattacharya ctv, 1999) Đây trình chuyển biến hỗn hợp bột nhào thành gluten protein hút nước trương lên tạo ra, hạt tinh bột bị trương nở làm cho bột dai đàn hồi Phương pháp tính tốn máy ép bún thực theo công thức lý thuyết Xokolov (1976) dựa vào tính chất vật lý ngun liệu làm bún Tính nhiệt cho khn ép theo tốn dần nhiệt qua vách trụ lóp Tính tốn lực tác dụng lên trục vít ép dựa theo giả thuyết áp suất buồng ép phân bố đồng theo hướng bán kính buồng xoắn (Hồ Lê Viên, 1997) phân bố áp suất theo chiều dài vít ép coi biến đổi theo quy luật tăng từ đến áp suất lớn [1], [5] Phương pháp chế tạo: máy chế tạo đơn theo họ chi tiết điển hình Một số chi tiết tiêu chuẩn tính tốn chọn mua thị trường Phương pháp đo đạc thực nghiệm: thơng số đo trực tiếp nhiệt độ, công suất động cơ, thời gian ép đo đạc dụng cụ đo chun dùng, thơng số cịn lại xác định thơng qua cơng thức quy đổi Phương trình lý thuyết dự đốn suất máy ép vít theo số vòng quay trục ép xây dựng dựa kết thực nghiệm theo phương pháp phân tích phương sai dạng hồi quy phi tuyến Sự phù hợp phương trình dự đốn kết thực nghiệm xác định hệ số xác định R2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Lựa chọn nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động Các số liệu thiết kế ban đầu: suất: 200 kg/h; nguyên liệu ép: bột nhào qua xử lý có ẩm độ 54%; khối lượng thể tích bột ép 1,8 tấn/m3; nhiệt độ bún lỗ khuôn phải đạt 80°C để đảm bảo q trình hồ hóa tinh bột Nguyên lý hoạt động: hỗn hợp bột nước cho vào bồn nhào (1), động (3) quay làm cánh khuấy (2) quay để khuấy đảo, nhào trộn hỗn hợp bột Sau nhào, bột nhào đứa xuống bồn chứa bột nhào (7), để cung cấp lượng bột nhào vào buồng ép Trục vít xoắn (14) quay làm lượng bột nhào bị nén đẩy vào buồng ép tạo hình, sau tiếp qua khn ép bún (12), lượng bột qua lỗ tạo hình thành sợi bún ngồi rơi vào băng tải (15) đặt thùng nước luộc (16), sau luộc bún băng tải (15) đưa ngồi thực cơng đoạn làm nguội Lượng bột cung cấp vào buồng ép giám sát qua cảm biến (5) báo tín hiệu van điện từ (4): lượng bột buồng ép thiếu hay đủ Kỷ yếu hội nghị khoa học cồng nghệ toàn quốc - Lần thứ IV tương ứng cánh khuấy (6) quay không quay để cấp ngưng cấp bột vào buồng ép, tương ứng lúc van điện từ (4) mở đóng lại Nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống thiết bị ép bún tươi trình bày hình Đình Sơ đồ nguyền lý hệ thống sản xuất bún tự động Bồn nhào bột; Cảnh khuấy bột; Động nhào; Van điện từ; Cảm biến cánh khuẩy; Cảnh khuẩy; Bồn chửa bột nhào; Điện trở; Cảm biết nhiệt; 10 Buồng nén ép; 11 Bng ép tạo hình; 12 Khn ép bún; 13 Động quay vít ép; 14 Trục vít ép; 15 Băng tải bún; 16 Thùng nước luộc; 17 Bún tươi 3.2 Kết tính tốn thiết kế Kết tỉnh tốn thơng số mảy ép vỉt: Năng suất máy xác định từ giả thuyết khối bột nhào điền đầy thể tích ơng xy lanh trục xoăn vít, trục vít quay dịch chuyên tịnh tiên bột đoạn băng với bước xoắn vít Năng suất khối lượng trục vít tải tính theo cơng thức (Xokolov, 1976): Q=Qv-Y=60 - ^yxđX'Xrr (1) Trong đó: Q: suất khối lượng vít tải (tấn/giờ); Qv: suất thể tích vít tải (m3/giờ); y: khối lượng riêng bún (tấn/m3); D1 Dz: đường kính ngồi trục vít (m); n: sơ vịng quay trục vít phút (vịng/phủt); t: bước vít (m); m: sơ đâu mơi ren trục vít; b: bề dày cánh vít (m); p: góc nâng đường vít xoắn cánh theo bán kính trung bình guồng xoắn; Kđ: hệ số nạp đầy, Kđ = 0,8 -1; Ke: hệ số ép bột nhào; Ke = 0,51 - 0,56; Kf: hệ số rút bớt, Kf = 0,9 - Theo tài liệu tính tốn máy đùn ép kiểu vít, để đảm bảo độ ổn định chất lượng sản phẩm tỷ lệ bước vít (t) đơi với đường kỉnh ngồi vít (D2) từ 0,3 - 1,0 Kết tính tốn với suất vít 200 kg/giờ xác định thơng số phận ép sau: kích thước vít ép: D1 = 90 mm, D2 = 84 mm, t = 40 mm, m = 1, b = mm; chiều dài buông ép 800 mm; đường kỉnh lỗ khuôn 1,5 mm Kết tỉnh toán lực tác dụng lên trục vít ép: Năng suất máy ép áp suất ép lớn biết Giả thiết rằnp phân bố áp suất theo chiều dài vít ép coi biến đổi theo quy luật tăng từ đen áp suất lớn Kỷ yếu hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc - Lần thứ IV Hình Phân tích tải trọng tác dụng lên vít ép Gọi: Pmax: áp suất pháp tuyến lớn bề mặt cánh vít; pn: áp suất pháp tuyến thay đổi theo chiều dài guồng xoắn; px: áp suất chiều trục; pr: áp suất vịng, vng góc với bán kính, ngược với chiều quay; pz: áp suất thành phần theo trục z; py: áp suất thành phần theo trục y; 0: góc nâng trung bình cánh vít; R1: bán kính ngồi vít ép; R2: bán kính vít ép; S: bước vít ép; N: số vịng quay vít ép phút; Mx: mômen xoắn; mx: cường độ mômen xoắn liên tục; Mz: mômen uốn theo trục z; mz: cường độ mômen uốn theo trục z; My: mômen uốn theo trục y; my: cường độ mômen uốn theo trục y; 1: chiều dài vít ép; Nx: lực chiều trục; qx: cường độ lực chiều trục; Qz: lực thành phần theo phương z; qz: cường độ lực thành phần theo phương z; Qy: lực thành phần theo phương y; qy: cường độ lực thành phần theo phương y; m: số đầu mối ren vít Cường độ tải trọng ngang liên tục theo phương x: 452 - 422 lĩĩ 0,007 _ , _ \ ữ = - — ~r~ -X = 1,794.10 X (N/mm) 40 800 Cường độ mômen xoắn liên tục trục x: mr = 0,2927 x 4.S3 — 4?3 'ĩir (ì 007 _ 40 800 = 2,2847.10“3 X (N.mm/mm) Cường độ tải trọng ngang liên tục theo phương y: n 452 - 422 2tĩ (2ji J 0,007 , n-5 (2n /XT/ _ , qv =0,2927. -—-—.—^.cos ^-x x = 5,25.10 '.x.cos ^-x (N/mm) y 40 Uo ) 800