Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu giải pháp để chuyển đổi công nghệ và thiết bị từ phương pháp truyền thống sang phương pháp mới trong sản xuất bánh tráng

Khảo sát tổng quan

Giới thiệu về sản phẩm

Hiện nay ở Việt Nam đang ứng dụng công nghệ tự động hóa vào nhiều ngành nghề và lĩnh vực đặc biệt để giải phóng sức lao động bằng tay chân, thay vào đó là những máy móc tự động và robot Đặc biệt vấn đề về phục vụ nhu cầu hàng ngày của con người cũng được đặt lên hàng đầu

Một trong những vấn đề được quan tâm là tăng năng suất, để đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu thực tế Bên cạnh đó cũng góp phần không nhỏ vào việc an toàn vệ sinh thực phẩm

Việt Nam là quốc gia nông nghiệp với nền tảng là nền văn minh lúa nước Các sản phẩm từ gạo và bột mì là nguyên liệu chính cho ra đời nhiều món ăn đặc sắc Những món ăn kết hợp với bánh hỏi, bánh tráng của Việt Nam được nhiều đất nước trên thế giới ưa chuộng Ngoài ra, ẩm thực Việt Nam còn tỏa sáng ở nhiều vùng đất khác nhau, tạo nên phong cách ẩm thực riêng biệt và mang đậm dấu ấn của người Việt.

Hình 1.1: Những sản phẩm đặc trưng làm từ bột gạo mì

Bánh tráng là một dạng bánh sử dụng nguyên liệu chính là bột tráng mỏng phơi khô, khi ăn có thể nướng giòn hoặc nhúng qua nước, được chế biến thành nhiều loại tùy thuộc vào chiều dày của bánh

Bánh tráng được phân loại dựa vào các tiêu chí sau:

- Dựa vào nguồn nguyên liệu:

• Bánh tráng từ khoai mì

• Bánh tráng từ bột mì

- Dựa vào độ dày của sản phẩm

Ngoài ra, một số sản phẩm của bánh tráng được kể đến như:

- Bánh đa: là loại bánh tráng dày, thành phàn chính là bột gạo hòa tan với nước, có thể thêm vừng mè để tăng hương vị Sau đó bánh được nướng lên để thưởng thức

Bánh tráng bò bía được làm từ bột mì, có đặc điểm dày dặn, màu trắng đục, có độ dẻo, dai và xốp hơn bánh tráng gạo Đặc tính này của bánh tráng bò bía giúp giữ độ giòn lâu khi chiên, tạo mùi thơm béo của vỏ đậu xanh Do đó, bánh tráng bò bía thường được dùng để gói bò bía, nem rán.

- Bánh tráng rế: Là loại bánh tráng mỏng, nguyên liệu dùng để cuốn chả giò Thành phần gồm ít bột năng, bột mì và nhiều bột gạo (cụ thể tỉ lệ 50g bột năng, 50g bột mì và 500g bột gạo) Ngoài ra còn có trứng gà và các gia vị như đường, muối, dầu ăn

- Bánh tráng gạo: được làm chủ yếu từ bột gạo cao cấp có pha thêm ít bột năng để bánh có độ dẻo mỏng vừa phải, để khi cuốn bánh không bị gãy nát, không bị nếp gấp và không cần nhúng nước khi sử dụng Được sản xuất hoàn toàn từ bột gạo 100%, không có phẩm màu, không có chất tẩy trắng nên bánh có màu trắng ngà tự nhiên cùng hương gạo đặc trưng Ngoài ra, bánh còn có khá nhiều loại kích thước khác nhau nên người tiêu dùng có thể thoải mái lựa chọn

Kết luận: Bánh tráng gạo là loại bánh tráng được dùng phổ biến nhất do đáp ứng được các nhu cầu của người tiêu dùng khi ăn kèm với các món ăn truyền thống, có thể bảo quản lên đến 24h Vì vậy, bánh tráng gạo được chọn làm sản phẩm chính cho thiết bị của đề tài.

Công nghệ và thiết bị sản xuất bánh tráng gạo hiện nay

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ban đầu, bánh tráng gạo được sản xuất theo quy mô gia đình Sau đó, do nhu cầu tiêu thụ tăng nhanh cùng với sự công nghiệp hóa không ngừng phát triển, việc sản xuất bánh tráng gạo hàng loạt để đáp ứng và phục vụ nhu cầu người tiêu dùng là rất cần thiết Hiện nay, bánh tráng gạo là sản phẩm dần không chỉ tỏa khắp Việt Nam mà còn vươn ra các quốc gia và vùng lãnh thổ lân cận Bánh tráng mang ý nghĩa là món ăn truyền thống của dân tộc Việt Nam, do đó nguồn gốc xuất xứ của ẩm thực này hầu hết từ nước ta Trong thời kì công nghiệp hóa, nhằm mục đích cơ giới hóa quy trình sản xuất bánh tráng cũng như nâng cao chất lượng và năng suất sản phẩm Thế nên, một số đề tài được các GS.TS nghiên cứu về mô hình sản xuất bánh tráng mỏng khá quy mô, hiện đang áp dụng ở nhiều xí nghiệp chế biến thực phẩm tại một số tỉnh thành như Thanh Hóa, Bến Tre, Trà Vinh, TPHCM…., mặc dù vẫn còn một số khâu phải thực hiện bằng phương pháp thủ công Dù vậy, đây là những tia hy vọng mới trên con đường cơ giới hóa cho sự phát triển của sản xuất bánh tráng

Trang 4 Hình 1.2: Công nhân đang thao tác trên thiết bị sản xuất bánh tráng gạo

Hình 1.3: Công nhân đang phơi bánh tráng thành phẩm

Hình 1.4: Quy trình công nghệ sản xuất bánh tráng gạo ở cơ sở sản xuất

Ngõm với tỷ lệ gạo/nước là ẵ Nếu ngõm nhiều nước thỡ lượng dinh dưỡng trong gạo sẽ bị mất hết Còn lượng nước ít thì quá trình hydrat hóa không xảy ra hoàn toàn Thường thì gạo sẽ được ngâm từ 3 - 6 tiếng trong nước ấm Nếu chỉ sử dụng nước thường không gia nhiệt thì thời gian sẽ lâu hơn 12 tiếng Thường sản xuất theo dây chuyền thì sẽ tích hợp bộ gia nhiệt cho nước ngâm nên thời gian sẽ rút ngắn đi rất nhiều Nhiệt độ ngâm từ 48 - 52⁰C

Gạo sẽ được ngâm trong các thùng chuyên dụng bằng thép Inox, trong khoảng thời gian nhất định Việc ngâm gạo sẽ có các tác dụng:

- Ngâm sẽ giúp gạo được mềm hơn, hỗ trợ quá trình xay nghiền được thuận lợi

- Tăng độ trương nở của gạo do quá trình hút nước

- Giúp loại bỏ các tạp chất bên ngoài

- Tăng hiệu quả quá trình làm bánh

• Công đoạn nghiền thành bột (nghiền ướt):

- Sau khi gạo ngâm đủ thời gian sẽ được chuyển qua công đoạn nghiền ướt Máy sử dụng cho công đoạn này là máy nghiền ướt bằng đĩa quay Quá trình nghiền sẽ giúp cấu trúc tế bào và lớp màn được giải phóng Đồng thời, các chất dinh dưỡng như glucid, lipid và protein được hòa tan

- Sau khi nghiên gạo sẽ thành hợp chất bột nhão giàu dinh dưỡng Quá trình nghiên gạo yêu cầu lượng nước hợp lý Nếu quá khô, tinh bột sẽ bị phá hủy Ngược lại, nếu lượng nước quá nhiều sẽ tốn thời gian nghiền.

• Công đoạn gạn lọc bột

Sau khi nghiền bột nhão sẽ được chuyển qua công đoạn lọc để loại bỏ các hạt có kích thước lớn Nếu dịch bột không được lọc thì quá tráng bề mặt sẽ không được mịn Dịch bột qua công đoạn lọc sẽ được chia thành hai phần là dịch lọc và bã Đối với các dây chuyền lớn sàng rung được dùng cho mục đích lọc Thường sàng rung có khung hơi nghiêng theo phương ngang, có kích thước dài 4 m, phía dưới được lót một lớp lưới kim loại Môt motor nối sàng rung qua một thanh truyền động

Dịch của quá trình lọc sẽ được chuyển qua công đoạn phối trộn để làm đều hỗn hợp bột Đồng thời công đoạn này sẽ tiến hành bổ sung các phụ gia vào nguyên liệu để hỗ trợ quá trình tráng bánh Các phụ gia bao gồm:

- Phụ gia cấu trúc (tinh bôt biến tính, CMC, polysaccharide, sorbitol, glycerin…

- Phụ gia bảo quản (Calcium phosphate, BHA, BHT, )

- Bổ sung muối để tăng khả năng giữ nước cho bánh, đồng thời ức chế vi sinh vật

• Công đoạn làm bánh tráng:

Hỗn hợp dịch bột và phụ gia sẽ được bơm qua hệ thống chiết rót Tiếp đến, chúng sẽ được bơm qua khuôn đổ có chiều dày từ 1-1.5mm Các khuôn được bố trị

Trang 7 tự động trên băng chuyền Quá trình đổ khuôn chỉ mất vài giây, lượng dịch rót được thiết lập tự động Băng tải sẽ di chuyển chậm và liên tục

Dịch bột xuống băng tải qua một chiếc van động và ống tháo Van chảy bột được thiết lập với một lượng lượng thích hợp Một chiếc gạt có nhiệm vụ dàn đều dịch bột

Bánh sau khi trải qua công đoạn tráng sẽ đi đến máy hấp, công đoạn này sẽ giúp tinh bột hoàn toàn được hồ hóa Yêu cầu kỹ thuật cho công đoạn sấy là:

• Công đoạn sấy và hong bánh

- Bánh tráng được trải qua công đoạn sấy để giảm hàm lượng ẩm xuống 12 -14% Quá trình sấy sẻ giúp lượng nước từ trong đi ra ngoài do sự chênh lệch áp suất Thời gian và nhiệt độ sấy sẽ được kiểm soát để không gây nứt sản phẩm

- Công đoạn sấy được thực hiện bằng máy sấy nhiều tầng di chuyển bằng các băng tải Nhiệt độ sấy được gia nhiệt bằng các lò sấy bằng điện Sau khi sấy bánh được đem đi hong khô bằng gió để đạt được chất lượng theo yêu cầu

1.2.3 Nhận xét ưu, nhược điểm

- Nâng cao năng suất hơn so với phương pháp truyền thống

- Dễ tự động hóa hơn so với phương pháp truyền thống

- Do hỗn hợp bột được rải đều trên khuôn nên khi cắt bánh theo đường kính mong muốn có sót lại lượng dư bavia gây tốn kém chi phí

- Việc hấp bánh cả khuôn tốn năng lượng cho những vị trí lượng dư bavia không cần thiết

- Công đoạn làm bánh tráng dùng dụng cụ gạt để tràn đều gây không đồng đều bề mặt bánh tráng

1.2.4 Chọn đề tài giải quyết

Từ nghiên cứu tổng quan và tình hình nghiên cứu trong nước Đề tài “Nghiên cứu chuyển đổi công nghệ thiết bị từ phương pháp truyền thống sang phương pháp mới trong sản xuất bánh tráng” cần được quan tâm nghiên cứu thiết kế và chế tạo sản phẩm Để làm rõ nội dung cần thực hiện Đề tài có các mục tiêu cần thực hiện như sau:

- Mô phỏng: Mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong quá trình ép đùn của cặp mâm ảnh hưởng đến tính chất của bột gạo, để lựa chọn thông số chế tạo của cặp mâm hấp, cùng cách bố trí điện trở trên cặp mâm

- Quy hoạch thực nghiệm: Thí nghiệm trên thiết bị với nguyên liệu cụ thể và thử nghiệm thay đổi nhiều yếu tố đầu vào, để được sản phẩm đạt yêu cầu, giảm giá thành khi đưa ra thương mại

1.2.4.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết của bột nước

1.3.1 Thành phần của bột nước

Nguyên liệu chính thường là bột gạo (nhiều nơi dùng sắn, ngô, đậu xanh hoặc pha trộn chung) pha lỏng vừa phải với nước Có cho vào đó một ít bột sắn với một tỷ lệ hợp lý để bánh có thêm độ dẻo, ít bị bể và dễ tráng mỏng, nếu pha nhiều bột sắn (khoai mì) sẽ làm cho bánh có vị chua

Thành phần dinh dưỡng của hạt gạo được thống kế trong bảng sau:

Thành phần dinh dưỡng Đơn vị tính Hàm lượng/100g

(Nguồn: Viện nghiên cứu dinh dưỡng tại Đại Học Mahidol, Thái Lan)

1.3.2 Tính chất hóa – nhiệt của bột nước

Thời gian để nấu chín gạo được xác định bở nhiệt độ hóa hồ (GT) Điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ trong giai đoạn lúa chín ảnh hưởng đến GT Nhiệt độ môi trường cao làm GT cao hơn GT của gạo được xác định bởi giá trị lan tỏa trong kiềm Ở các nước trồng lúa có một sự ưa chuộng rõ ràng với gạo có nhiệt độ hóa hồ trung bình

1.3.2.2 Tỷ lệ amylose trong bột nước

Tinh bột tạo nên khoảng 90% hàm lượng vật chất khô trong gạo xát Tinh bột là hợp chất cao phân tử của glucose Amylose là hợp chất cao phân tử dạng thẳng của glucose Hàm lượng amylose của tinh bột thường chiến 15-35% Gạo có hàm lượng amylose cao thường có độ nở thể tích và độ vón cục cao

Amylose cao làm cơm khô, ít mềm và trở cứng khi để nguội Ngược lại, amulose thấp nấu cơm ẩm và dẻo Gạo amylose trung bình được ưa chuộng hơn ở hầu hết các vùng trồng lúa trên thế giới ngoại trừ những nơi trồng lúa japonica có amylose thấp

Dựa vào hàm lượng amylose, gạo được phân loại theo các nhóm amylose như sau:

Hàm lượng amylose cực thấp 2 – 9

Hàm lượng amylose trung bình 20 – 25

1.3.2.3 Quá trình hydrat hóa và dehydrat hóa a Khả năng tạo màng

Tinh bột có khả năng tạo màng tốt Để tạo màng, các amylose và amylopectin phải duỗi thẳng mạch, sắp xếp lại, tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp thông qua nước.Màng có thể thu được từ dung dịch phân tán trong nước Dạng màng này dễ trương ra trong nước

Hình 1.5 : Khả năng tạo màng

• Giai đoạn 1: Từ bề mặt, nước bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, các phân tử tinh bột tiến lại gần nhau, hướng từ biên vào tâm dưới tác dụng của môi trường phân tán

• Giai đoạn 2: Nước nằm giữa phân tử tiếp tục bốc hơi, các phân tử tinh bột tiếp xúc với nhau nhiều hơn và tiếp tục bị biến dạng Sức căng bề mặt có vai trò rất quan trọng, có khuynh hướng làm co bề mặt hệ thống Mức độ các phân tử bị biến dạng phụ thuộc vào module đàn hồi và độ nhớt của chúng Có thể thêm vào các chất hóa dẻo để tạo ra màng có độ đồng đều rõ hơn

• Giai đoạn 3: Khi tiếp xúc với nhau, các phân tử tinh bột bắt đầu thể lực liên kết Các tính chất cơ lý của màng sẽ phụ thuộc vào các hiện tượng xảy ra trong giai đoạn này

Khi khô, thể tích của màng bị giảm, dẫn đến sự co ngót chiều dày và xuất hiện ứng suất nội Sự co ngót màng càng lớn khi nồng độ tinh bột càng nhỏ và sự hydrate hóa càng cao Do đó, người ta thường thêm vào các chất pha loãng để làm giảm sự hydrate hóa và do đó giảm được sự co ngót b Khả năng tạo sợi

Tinh bột sở hữu đặc tính tạo sợi độc đáo, là nền tảng giúp con người chế biến nhiều loại thực phẩm đa dạng như bún, miến, hủ tiếu, bánh tráng gạo hay bánh tráng vừng Nhờ khả năng này, tinh bột trở thành nguyên liệu không thể thiếu trong ẩm thực, góp phần tạo nên những món ăn thơm ngon và giàu dinh dưỡng.

Có thể tạo sợi bằng cách cho dịch tinh bột qua một bản đục lỗ với đường kính thích hợp Khi đùn qua lỗ này chúng sẽ định hướng theo dòng chảy, các phân tử tinh bột có xu hướng kéo căng ra và sắp xếp song song với nhau theo phương của trọng lực

Các sợi ra khỏi khung còn ướt, chúng ướng nhúng ngay vào bể nước nóng để hồ hoá và định hình sợi bún do tác dụng của nhiệt

Các phân tử tinh bột đã được sắp xếp trong từng sợi sẽ tương tác với nhau và với nước bằng liên kết hyđrô để hình thành sợi bún

1.3.2.4 Quá trình biến đổi trạng thái dưới tác động của nhiệt độ

Hình 1.6: Biểu đồ quá trình gia nhiệt bột nước

Quá trình phân tích gồm 5 giai đoạn:

+ Ở giai đoạn này hỗn hợp bột gạo và nước được khuấy ở một tốc độ không đổi và được gia nhiệt tại 50°C trong khoảng 1 phút Khi đó, quá trình hấp phụ nước xảy ra, làm cho bột trương nở nhưng không đều

Giai đoạn 2: gia nhiệt từ 50 o C đến 160 o C

+ Ở giai đoạn này, bột nước bắt đầu nhão và hồ hóa từ khoảng 75-80 0 C, và độ nhớt tăng dần đến khoảng 95 0 C Sau đó gia nhiệt thêm nhưng thấy độ nhớt bắt đầu giảm

Giai đoạn 3: giữ nhiệt ổn định ở 150-160 o C

+ Ở giai đoạn này ta thấy độ nhớt giảm xuống, ta gọi giai đoạn này là giai đoạn phân hủy, khi giai đoạn này càng kéo dài, nghĩa là sự tổn thất càng cao, do dính và mất nước

Giai đoạn 4: làm nguội từ 160°C xuống tới 50°C

+ Trong giai đoạn làm nguội, độ nhớt tăng lên trở lại được quan sát thấy khi hạ nhiệt độ xuống mức 50°C Đây được gọi là giai đoạn độ nhớt được thiết lập lại Giá trị này được xem là thước đo độ kết tinh lại của bột trong quá trình làm nguội Giai đoạn 5: giữ nhiệt ổn định tại 50°C

Kết luận chương 1

Với những đặc điểm hoá - nhiệt đã kể ở trên cho thấy được các thuộc tính cơ bản của bột gạo Tác giả sử dụng phần mềm mô phỏng cùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để đánh giá chất lượng bánh tráng gạo Việc mô phỏng và quy hoạch thực nghiệm giúp cho quá trình thiết kế, thử nghiệm vận hành được đơn giản và chính xác hơn, giảm thời gian và giá thành…

Thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm

Thiết kế

Hỗn hợp bột gạo và nước được hòa trộn trong cụm trộn bột sau khoảng thời gian nhất định Sau đó, thông qua van điện từ định thời thời gian rót hỗn hợp vào mâm (thời gian van điện từ mở trùng với thời gian mâm xoay vừa dừng lại, kết hợp với cơ cấu nâng làm mở nắp mâm) Mâm được mở nắp chờ sẵn thông qua cơ cấu nâng được gắn trên bàn xoay Cứ sau khoảng thời gian 2 – 5s , bàn xoay sẽ quay một nhịp nhờ vào công tắc đóng ngắt theo thời gian được cài đặt sẵn (Timer) Như thế, trong khoảng thời gian mâm đóng lại, hỗn hợp được nướng chín từ 7 – 15s Khi mâm xoay được quay đến cơ cấu nâng, nắp mâm mở ra và cụm lấy bánh dùng năng lượng để đưa bánh ra ngoài Việc phơi bánh vẫn được thực hiện bằng tay và đóng gói sản phẩm

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị thí nghiệm

2.1.2 Một số kết quả tính toán a Cụm tạo hình sản phẩm

Do khuôn được sử dụng trong dây chuyền là dạng tròn nên việc tạo hình bánh sẽ là dạng tròn tiêu chuẩn tùy theo lượng bơm bột sẽ tạo ra bánh có độ dày và kích

Trang 14 thước khác nhau và sẽ nhỏ hơn hoặc bằng kích thước khuôn Kích thước bánh tiêu chuẩn để tính toán là dạng tròn với đường kính 150mm và độ dày 2mm

Một giải pháp để tạo hình bánh có dạng khác là tạo các khuôn dạng bánh nhỏ bằng nhôm bỏ vào khuôn nướng vói các loại hình khác nhau tùy theo yêu cầu, có độ dày 2 mm để tạo các hình cho bánh b Thông số tính toán

Khuôn nướng bánh dạng nhôm hình tròn có đường kính D%0mmvà dày 5 l= mm Khối lượng riêng  Al =2,7 /g cm 3 và nhiệt dung riêng c Al = 880 J Kg K /

Bánh có kích thước tính toán là 150mm2mm Nhiệt độ cần thiết để nướng bánh là 𝑡 2 = (146 − 156) 0 𝐶và thời gian nướng là 𝑇 = 29 − 33𝑠

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu  Al 2W m C/ 0

Dùng nguồn điện 3 pha có V = 380V c Tính toán cụm mở khuôn

Kích thước của trục ti nâng khuông là 8 1800mm  , vật liệu là Inox 304, Khối lượng là m = 0,8 kg

Có giới hạn bền là  b R0N mm/ 2 và giới hạn chảy là  ch 5N mm/ 2 Kích thước mỗi mặt khuôn 250 50  , vật liệu nhôm mạ đen chống dính, Khối lượng tính toán tổng m = 14 kg Trọng lượng khuông N = 14.9,8  138( N )

Vì khi nâng chỉ nâng 1 mặt khuôn nên ' 69( )

Thể tích mỗi miếng nhôm:

Khối lượng mỗi miếng nhôm: m Al =  Al V Al = 2,7.246 517 = g = 0,52 kg

Nhiệt lượng cần truyền để nướng bánh:

Ta có phương trình tính điện trở và cường độ dòng điện:

Lượng nhiệt mất đi khi mở khuôn:

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của cụm cung cấp bột Nguyên lý: Bột được đổ vào trong thùng bột (2) được bơm nhu động (5) bơm vào khuôn bánh (6) thông qua ống dẫn bột (4) Đồng thời motor (1) quay làm cánh

Trang 16 khuấy (3) quay theo với tốc độ hợp lý đảm bảo bột trong thùng bột (2) luôn ở dạng lỏng và được trộn đều khi được bơm vào khuôn

• Tính toán cụm cấp bột

Momen xoắn ra của trục bơm: 1,50 N.m = 1500N.mm

Công suất làm việc của đầu bơm nhu động:

T: Momen xoắn ra của trục bơm

Pbơm: Công suất của bơm nhu động nbơm: Số vòng quay của bơm nhu động (600vg/ph)

Chọn động cơ là AC servo có sẵn hộp giảm tốc với các thông số sau khi qua hộp giảm tốc thỏa mãn:

P > Pbơm=0,094kW n > nsb = 600 vg/ph

Ta chọn được động cơ là động cơ servo Minas A5 của Panasonic MSMD 100W và hộp giảm tốc MSMD 082-1N Động cơ servo Minas A5 của Panasonic MSMD 100W

Số vòng quay n (vòng/phút)

Momen xoắn cực đại(Nm)

Hệ số công suất (KN) phụ thuộc vào hình dạng, thiết kế máy khuấy và tính chất vật lý của môi trường khuấy Trong bài viết này, KN được chọn là 0,6 Vận tốc góc (n) được chọn là 1 rad/s Đường kính cánh khuấy (dk) là 0,28 m.

– Khối lượng riêng của hỗn hợp  850 (kg/m 3 )

Thay vào công thức ta được:

Như vậy, công suất khuấy trộn: P = 0,22 kW Đường kính trục khuất: d = 25 mm Động cơ khuấy: Động cơ AC Cyclo Drive của Altax Công suất đầu ra P(W) Hộp giảm tốc Số vòng quay n (vg/ph)

Hình 2.3 : Thông số kỹ thuật động cơ Altax

• Chế tạo van điện từ cho máy trộn bột

Van điện từ của máy trộn bột

Từ các thông số về

Lưu lượng bột Q sb = 35,343 60 2121   mm ph /

Ta thống nhất chọn máy bơm nhu động YZ1515x-A

Chọn ống dẫn bằng thộp cú đường kớnh là ỉ21

Nhằm đảm bảo điều tiết lượng bột cấp vào cặp mâm và tránh lãng phí hỗn hợp bột và nước Ta chế tạo thờm phần van điện từ cú đường kớnh ỉ21 được điều khiển bằng công tắc đóng ngắt theo thời gian

Hình 2.4: Sơ đồ vị trí lắp đặt van điện từ

Chế tạo mô hình thí nghiệm

• Lắp đặt động cơ điện và van một chiều vào nồi trộn

Hình 2.5: Lắp đặt mô tơ và đấu điện van điện từ vào Timer

• Máy trộn bột sau khi hoàn thiện

Hình 2.6: Máy trộn bột dùng trong thí nghiệm

• Lắp các cụm động cơ, dây xích, rotor và stato

• Gia công bề mặt mâm và cố định các vị trí gá mâm

• Cố định các vị trí bản lề và lắp đặt điện trở

• Lắp đặt tủ điện điều khiển và các cảm biến vị trí các cặp mâm

• Lắp đặt các thiết bị điện và hiệu chỉnh thiết bị bằng các Timer và bảng điều khiển

Kết luận chương 2

Các kết quả tính toán tạo nền tảng hoàn thiện và phát triển thông số kỹ thuật của thiết bị thí nghiệm Căn cứ vào các thông số này, quá trình lựa chọn động cơ cùng các chi tiết liên quan trở nên có cơ sở và thuận tiện hơn Qua đó, cặp mâm ép được xác định là chi tiết quan trọng nhất Điều này dẫn đến việc mô phỏng phân bố nhiệt nhằm lựa chọn cách lắp đặt nhiệt trở trên cặp mâm ép là hết sức cần thiết.

Mô phỏng các yếu tố tác động đến quá trình làm lỏng bánh

Thông số mâm thiết kế theo cơ sở lý thuyết

Để đơn giản trong quá trình tính toán và thiết kế, tác giả đã xem dòng rò có giá trị nhỏ và được bỏ qua, xem như cặp mâm ép được toàn bộ bột nước và không bị dính sót lại khi lấy bánh ra

Dựa vào phần tính toán như trên, ta có các thông số về cặp mâm như sau:

• Cặp mâm dùng trong thiết bị được làm chất liệu nhôm (Al) có đường kính D 250 mm và dày l = 5 mm Khối lượng riêng  Al =2,7 /g cm 3 và nhiệt dung riêng c Al = 880 J Kg K /

Mô phỏng bằng Comsol Multiphysics

• Biểu đồ RVA ở phần trên đã cho ta thấy được mối tương quan giữa nhiệt độ, thời gian và độ nhớt của bột nước Để kết quản mô phỏng chính xác hơn, ta xét đến sự thay đổi trương nở vì nhiệt của các loại tinh bột gạo với hàm lượng amylose khác nhau

• Trong phần này, ta trình bày mô phỏng của sự phân bố nhiệt độ trên cặp mâm Chọn vật liệu cho thiết bị như sau:

• Tiến hành mô phỏng, ta thu được các kết quả sau:

Hình 3.1 : Mô hình và mô phỏng trong phần mềm Comsol Multiphysics

Trang 24 Hình 3.2: Sự phân bố nhiệt độ ở mặt mâm

Hình 3.3: Sự phân bố nhiệt độ trên toàn bộ mâm trên

Thiết kế mâm sau khi mô phỏng

Với kết quả và phân tích ở trên, chúng ta thấy sự phân bố vùng nhiệt độ trên bề mặt mâm trong quá trình gia nhiệt Nên sau khi mô phỏng, tác giả đề xuất phương án thiết kế cách phân bố điện trở, tương ứng với các vùng thay đổi của nhiệt độ trong suốt quá trình Ở Hình 3.2, ta thấy nhiệt độ tương ứng có 3 vùng thay đổi, do đó cách thiết kế điện trở trên mặt mâm cũng theo 3 vùng khác nhau:

- Vùng 1: Vùng hỗn hợp bột nước được gia nhiệt sau khi được bơm từ thiết bị trộn bộ Ta thấy cảm biến nhiệt ở mô phỏng thể hiện độ ổn định nhiệt trong hỗn hợp giảm dần theo hồ hóa

- Vùng 2: Giai đoạn này ta thấy sự nhiệt độ trên mặt mâm giảm dần, vùng này là vùng gia nhiệt để hấp chín, nên các phân tử bột liên kết lại với nhau, vận tốc và áp suất cũng giảm

- Vùng 3: Vùng này áp suất giảm nhanh, và sự tương tác nhiệt giữa các phân tử bột tăng lên, do dung dịch hồ tinh bột được ép ra khuôn

Hình 3.4: Thông số kĩ thuật của cặp mâm

Trang 26 Hình 3.5: Cách bố trí điện trở nhiệt cho các mặt mâm

Kết luận chương 3

Thông qua cơ sở lý thuyết, và sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng Comsol Mutiphysics, chúng ta đã đơn giản, và tiết kiệm thời gian và chi phí Thông thường, chúng ta phải chế tạo và chạy thử nghiệm, sau đấy ghi lại thông số để thống kê, từ đó có cơ sở để tính toán lại thiết kế phù hợp hơn Nhưng ngày nay, với sự hỗ trợ của công nghệ đã giúp việc thiết kế và chế tạo đưa ra sản phẩm tiếp cận gần hơn với thực tế

Thí nghiệm

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Vì thời gian chế tạo kéo dài, nên để thuận tiện hơn tác giả đã chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm Central Composite Design cho n = 3 nhân tố làm quy hoạch thực nghiệm, với các ưu điểm sau:

- Kết quả thí nghiệm tối ưu

- Đánh giá được các nhân tố chính

Các yếu tố nhân tố đầu vào bao gồm: nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ phụ gia

Quá trình sản xuất công nghiệp thường gặp phải các yếu tố nhiễu như sai số trong quá trình cân đong nguyên liệu, độ chính xác của thiết bị, mức độ trộn đều của hỗn hợp nguyên liệu, sai lệch trong chế tạo thiết bị, Những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm, gây ra sự biến động trong quá trình sản xuất.

STT Nhân tố Ký hiệu Mức giá trị

Tự nhiên Mã hóa Sao (-α) Dưới (-1) Cơ sở, 0 Trên, +1 Sao (+α)

Vì thiết bị thí nghiệm cho độ bền kéo về sợi thực phẩm còn rất hạn chế ở Việt

Nam cũng như khu vực Hồ Chí Minh, nên tác giả sử dụng phương pháp kéo giãn tới độ đứt và đo độ giãn dài tới giới hạn đứt

Với việc chọn 3 nhân tố đầu vào 5 mức giá trị xác định, cùng lựa chọ phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc 2 quay đều (Central Composite Design/Box -

Wilson), số lần lặp n=6 (thí nghiệm ở tâm), nên bảng ma trận được biểu diễn như sau

Bảng 4.1 : Quy hoạch thực nghiệm quay đều (Box – Wilson) đối với độ dai

Các nhân tố Giá trị đáp ứng

Tỉ lệ phụ gia Nhiệt độ Thời gian

Từ các yếu tố nêu trên, việc kiểm tra độ bền kéo sẽ được thay đổi bằng cách kéo đứt để đo độ giãn dài trên một đơn vị chiều dài của mẫu sản phẩm được chọn Thông số mẫu như sau:

- Chiều dài/chiều rộng mẫu: 110/40 mm

- Số lượng mẫu thí nghiệm: 3 mẫu

- Phương pháp thí nghiệm: Cố định một đầu mẫu vật, đầu còn lại được gắn với lực kế và tiến hành bấm thời gian Gia lực tăng dần đều với 0,1N/s cho đến khi mẫu vật bị đứt Tại thời điểm đứt, ta đo được độ dài của mẫu vật và sử dụng giá trị trung bình cho 3 lần đo Các giá trị đáp ứng thu được trong bảng là các giá trị trung bình giữa 3 lần đo

Trang 29 Hình 4.1 : Kích thước mẫu được chọn để thí nghiệm kéo đứt

Chuẩn bị nguyên liệu

Bột gạo tẻ thái (400g) với thông số của nhà cung cấp

Cân đo khối lượng có độ chia nhỏ nhất đến 10mg

Bình chia vạch có độ chia nhỏ nhất đến 10 ml

Thước đo có độ chia nhỏ nhất 1 mm, thước panme Đồng hồ bấm giờ

Trang 30 Hình 4.2: Thiết bị dùng trong thí nghiệm

Mâm xoay được gắn cố định với bàn xoay, đồng trục với motor

Nhiệt độ mâm xoay được gia nhiệt bằng điện trở

Hệ thống tản nhiệt bằng quạt

Tốc độ, nhiệt độ được điều khiển bằng bảng điều khiển d Công tác chuẩn bị

Trộn hỗn hợp bột gạo (tẻ) và nước theo tỉ lệ 1:1,2 Tiếp đến, trộn đều hỗn hợp bằng máy trộn bột Khi hỗn hợp đã được hòa tan đều với nhau thì ta cho thêm bột năng theo tỉ lệ cho các thí nghiệm là 3,29%/5%/7,5%/10%/11.704% Sau đó, ta tiếp tục trộn đều hỗn hợp bột gạo, bột năng và nước

Dụng cụ thước panme được chuẩn bị sẵn để phục vụ thí nghiệm về độ dày Thiết bị kiểm tra kéo đứt, lực kế được chuẩn bị và hiệu chỉnh các thông số để phục vụ thí nghiệm về độ dai

Yêu cầu về chất lượng

4.3.1 Đường kính Đường kính của bánh tráng phụ thuộc vào đường kính của cặp khuôn bánh Đường kính của cặp khuôn bánh lớn nhất là 250mm

Trang 31 Hình 4.3: Sơ đồ giới hạn đường kính trong sản xuất bánh tráng

Như vậy, với thông số của cặp khuôn bánh trên thì có thể làm được bánh tráng bò bía có đường kính khoảng 150-160 mm, bánh tráng gạo có đường kính 200-220 mm Để phục vụ cho thí nghiệm, ta thống nhất chọn đường kính bánh là 150 mm

Chiều dày của bánh phụ thuộc vào khe hở của cặp mâm, tùy theo nhu cầu về các loại bánh Đối với bánh đa vừng, chiều dày của bánh từ 2.0 – 2.5 mm Đối với bánh tráng chả giò hoặc cuốn, chiều dày của bánh từ 1.0 – 1.5 mm Trong đề tài, bánh tráng gạo được chọn làm đối tượng thí nghiệm nên ta chọn đường kính bánh trung bình là 1,5 – 2,0 mm

Ngoài các yêu cầu trên, việc đảm bảo chiều dày của bánh trong suốt quá trình sản xuất còn phụ thuộc vào các yếu tố về áp lực bơm của máy bơm chuyên dụng, tỷ lệ hòa trộn của máy trộn bột, nhiệt lượng, thời gian làm để chín bánh.

Quá trình thực nghiệm

Kiểm tra các thông số trước khi tiến hành thực nghiệm gồm điện áp, tốc độ, nhiệt độ và chế độ làm việc của thiết bị

Trang 32 Hình 4.4: Kiểm tra các thông số của thiết bị

- Trong phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box – Wilson (Central Composite Design) chúng ta cần phải xét 5 mức giá trị, để giá trị đáp ứng đầu ra là phù hợp nhất Nên việc kiểm tra thông số ban đầu cũng rất quan trọng, và để nhiệt độ trong suốt quá trình thực nghiệm theo từng mức được xem là đẳng nhiệt (giá trị thay đổi nhỏ), nên cần kiếm tra các chế bộ và mức độ đáp ứng nhanh của hệ thống gia nhiệt cũng như tản nhiệt

Hình 4.5: Kiểm tra các chế độ, nhiệt độ và thời gian

Với quy hoạch thực nghiệm Box - Wilson, ta chọn ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc 2 với 3 nhân tố, do đó, việc thí nghiệm được thực hiện 20 lần để có giá trị đầu ra được tốt ưu Trong đó thí nghiệm ở tâm được lặp lại n=5 lần nhằm kiểm tra sai số của các thông số đầu vào

Trang 33 Hình 4.6: Mẫu sản phẩm đang được phơi khô

- Thiết bị và dụng cụ kiểm tra:

Hình 4.7: Thiết bị và dụng cụ kiểm tra

Phân tích kết quả

Cách thức tiến hành thí nghiệm như sau:

Tỉ lệ bột/nước và phụ gia (n): Được đo thông qua bình chia vạch

Nhiệt độ (T): Được hiệu chỉnh ở bảng điều khiển máy, kiểm tra lại bằng dụng cụ đo nhiệt cầm tay

Thời gian (t): Được theo dõi bằng dụng cụ bấm giờ

Chất lượng (y): Kiểm tra bằng dụng cụ thước panme đối với độ dày và thiết bị thí nghiệm kéo đứt, lực kế đối với độ dai

Trang 34 Đối với thí nghiệm kiểm tra chiều dày, ta dùng thước panme đo khi mẫu đang trong trạng thái hơi ẩm vì để đảm bảo bánh được căng tròn, không bị biến dạng Đối với thí nghiệm kéo đứt, sản phẩm được tiến hành như sau:

Trong mỗi chế độ lấy 3 mẫu, mẫu được cắt có thông số dài, rộng là 110/40 mm tương ứng

Dùng thiết bị thước lá để kiểm tra kích thước mẫu

Hiệu chỉnh thiết bị đo

Nhập thông số vào thiết bị (chiều dài, rộng mẫu) vào thiết bị

Tiến hành gá sản phẩm

Tiến hành thí nghiệm, ta thu được kết quả như bảng sau

Bảng 4.2: Kết quả các lần thí nghiệm với giá trị đáp ứng độ dai

Sử dụng phần mềm Minitab để xử lí kết quả:

Chọn chức năng DOE →Response Surface→Create Response Surface Design, sau đó chọn mục Central Composite Design, cài đặt 3 nhân tố đầu vào và các giá trị thí nghiệm

Sau khi nhập các giá trị thí nghiệm vào bảng, chọn chức năng Analyze Response Surface Design và chọn các chế độ để tính phương trình hồi quy

Kết quả phương trình hồi quy:

Hệ số R-sq của thí nghiệm: Đồ thị Pareto:

Mối liên hệ của từng cặp nhân tố đối vối chất lượng sản phẩm (độ dày)

Trang 38 Hình 4.11: Sự ảnh hưởng độc lập đến độ dai của các nhân tố độc lập

Kết luận: Giá trị đáp ứng độ dày phụ thuộc nhiều vào yếu tố tỉ lệ phụ gia và thời gian gia nhiệt Hệ số R-sq của thí nghiệm đạt xấp xỉ gần 90% nên mức độ tương quan của các yếu tố tương đối cao Thông qua đồ thị Pareto, ta thấy thông số tỉ lệ phụ gia và thời gian có ảnh hưởng nhiều đến thông số đầu ra, còn nhân tố nhiệt độ mang ý nghĩa thấp và chưa ảnh hưởng nhiều đến độ dày

Phương án tối ưu để có chất lượng về độ dày như mong muốn: Đối với bánh tráng loại dày (xấp xỉ 2,42 mm) thì ta chọn thông số đầu vào (Tỉ lệ phụ gia: 7,5%; Nhiệt độ : 151 o C; Thời gian: 31s)