Thiết kế máy rang hạt cà phê

GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Phụ Lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT CÀ PHÊ 1.1 Quy trình sản xuất cà phê 1.2 Vai trò hệ thống rang 1.3 Lợi ích từ cà phê với sức khoẻ người 1.4 Giới thiệu đề tài 1.4.1 Nhu cầu sản phẩm 1.4.2 Sự cần thiết cà phê xay 1.5 Khái niệm, yêu cầu rang 1.5.1 Bắt đầu rang đến nhiệt độ 100 độ C 1.5.2 Giai đoạn hạt cà phê chuyển sang ngã màu vàng nhạt 1.5.3 Giai đoạn vàng đậm 1.5.4 Giai đoạn chuyển sang màu nâu nhạt 1.5.5 Giai đoạn chuyển sang màu nâu 1.5.6 Giai đoạn nổ lần thứ 1.5.7 Giai đoạn ngưng tiếng nổ 1.5.8 Giai đoạn sau ngưng tiếng nổ lần 10 1.5.9 Giai đoạn chuẩn bị nổ lần hai 10 1.5.10 Giai đoạn bắt đầu nổ lần hai – 10 1.5.11 Giai đoạn nổ lần hai 10 1.5.12 Giai đoạn sau ngưng tiếng nổ lần hai 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY 13 2.1 Các nguyên lý Rang 13 2.1.1 Các Phương án đưa 13 2.1.2 Lựa chọn phương án 18 2.2 Làm nguội sau rang 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY 21 3.1 Số liệu tính toán thiết kế 21 3.2 xác định công suất cần thiết 21 3.3 Chọn động điện 27 3.3.1 LVTN Xác định công suất động cơ: 27 Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê i GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng 3.3.2 SVTH: Phạm Văn Minh Tính toán thiết kế truyền đai thang 28 3.4 Tính toán thiết kế trục 30 3.5 Góc nghiêng cánh đảo rang 35 3.6 Tính chọn chi tiết phụ 36 3.6.1 Bộ phận làm nguội 36 3.6.2 Chọn Cyclon lọc bụi: 40 3.6.3 Chọn quạt hút 42 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT & THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ……………… ………………………………………………………………… ……44 A) THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT 44 4.1 Tính toán nhiệt cho trình rang 44 4.1.1 Thông số vật liệu sấy 44 4.1.2 Thông số tác nhân sấy 44 4.1.3 Tổn thất nhiệt vật liệu lấy 46 4.1.4 Tổn thất nhiệt vào môi trường 46 4.2 Chọn điện trở gia nhiệt 47 B) THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 48 4.3 Tổng quan mạch điện 48 4.4 Lưu đồ giải thuật 48 4.5 Thiết kế mạch điện 50 4.6 Hiển thị nhiệt độ rang 52 4.7 Bảo trì, bảo dưỡng 53 4.7.1 Chế độ bôi trơn ổ bi: 53 4.7.2 Làm thùng rang thùng nguội định kì 54 4.7.3 Vệ sinh si lô lọc bụi 54 4.7.4 Kiểm tra, thay điện trở nhiệt 54 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 55 LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê ii GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Phụ lục hình Nôị dung STT Trang Hình 1.1 quy trình chế biến cà phê khô Hình 1.2 Vị xuất cà phê trường quốc tế Hình 1.3 Sản lượng cà phê qua năm Hình 2.1 Rang cà phê chảo rang thường 14 Hình 2.2 Gia nhiệt theo nguyên lý dòng khí nóng 15 Hình 2.3 Máy rang dạng thùng quay 16 Hình 2.4 Cấu tạo nguyên lý máy rang cà phê thùng quay 17 Hình 2.5 Tổng thể máy rang 19 Hình 2.6 Thùng làm nguội 20 10 Hình 3.1 Thùng máy rang 21 11 Hình 3.2 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm 24 12 Hình 3.3 Sơ đồ tính toán với cánh hướng tâm 25 13 Hình 3.4 Động hộp giảm tốc hãng Watt 27 15 Hình 3.5 Các kích thước động hộp giảm tốc 28 14 Hình 3.6 Bộ truyền đai thang 28 16 Hình 3.7 Biểu đồ moment trục 32 17 Hình 3.8 Cánh đảo làm việc 35 18 Hình 3.9 Góc nghiêng cánh đảo 36 19 Hình 3.10 sơ đồ cấu tạo phận làm nguội 37 20 Hình 3.11 động hộp giảm tốc hãng Watt 38 21 Hình 3.12 kích thước động hộp giảm tốc 38 22 Hình 3.13 : Các kích thước bãn nối trục vòng đàn hồi 39 23 Hình 3.14 xyclon lọc bụi 41 24 Hình 3.15 Kích thước quạt hút 42 25 Hình 4.1 Đồ thị I-d trình rang 45 27 Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật 49 28 Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện tổng quát 50 LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê iii GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh 29 Hình 4.4 Sơ đồ mắc điện trở R1 biến trởR2 50 30 Hình 4.5 Sơ đồ mạch động lực 51 31 Hình 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển 52 32 Hình 4.7 Đèn led đoạn chân 52 33 Hình 4.8 Sơ đồ nối dây 53 34 Hình 4.9 Màn hình hiển thị 53 LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê iv GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, ngành, doanh nghiệp Việt Nam có nhiều cố gắng nghiên cứu khoa học, đổi công nghệ đạt thành đáng khích lệ đặc biệt ngành chế biến nông – lâm – ngư – nghiệp Cùng với xu hướng xu hướng nâng cao chất lượng sản phẩm để xuất hay tăng hiệu sản xuất kinh doanh Nước ta nước nông nghiệp, có mặt hàng xuất có vị cao trường quốc tế như: gạo, chè, cà phê… Cà phê thức uống từ lâu đời có giá trị dinh dưỡng cao Việt nam nước xuất cà phê đứng thứ giới (sau Brazil) Tuy nhiên giá trị cà phê nước ta không cao xuất thô chất lượng chế biến so với giới Do muốn nâng chất lượng phải đầu tư nâng cao thiết bị chế biến Nhưng giá trang thiết bị nước ngoại lại đắt Do với mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành, em cố gắng tìm tòi, học hỏi để thiết kế máy rang cà phê đáp ứng nhu cầu thị trường Trong trình thiết kế kiến thức hạn chế nên tránh khỏi sai sót, em mong thầy cô đóng góp dẫn thêm để em bổ sung vào phẩn thiếu xót Em gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Phạm Huy Hoàng, thầy giúp đỡ, bảo em nhiều trình làm để em hoàn thành luận văn cách tốt Sinh viên Phạm Văn Minh LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê v GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng CHƯƠNG 1: SVTH: Phạm Văn Minh TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT CÀ PHÊ 1.1 Quy trình sản xuất cà phê Quy trình sản xuất cà phê bao gồm nhiều gai đoạn sử lý chế biến khác Để có sản phẩm cà phê thị trường gai đoạn cần đảm bảo chất lượng đồng đều, không bị phế phẩm… Hình cho biết quy trình tổng quát dây truyền sản xuất cà phê theo phương pháp khô Hiện chủ yếu cà phê sản xuất theo phương pháp Tuy nhiên cà phê nước ta chế biến thành cà phê nhân sau bán cho đại lý thu mua chế biến tiếp hay xuất khẩu, trừ số chủng loại cà phê đặc tính yêu cầu kĩ thuật cao nên trực tiếp cung cấp cho công ty sau thu hoạch Cuối cùng, sản phẩm cà phê có mặt thị trường rang, xay, nghiền để tạo cà phê thành phẩm cung cấp cho người tiêu dùng Hình 1.1 quy trình chế biến cà phê khô LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Trên giới có 75 nước trồng cà phê với diện tích 10 triệu hecta sản lượng hàng năm biến động triệu Năng suất bình quân chưa vượt tạ nhân/ha Trong châu Phi có 28 nước suất bình quân không vượt tạ nhân/ha Nam Mỹ đạt tạ nhân/ha Bốn nước có diện tích cà phê lớn là: Brazil triệu hecta chiếm 25% sản lượng cà phê giới, CÔTE D'LVOIRE (CHẤU PHI), INDONESIA (CHẤU Á) nước khoảng triệu hecta Côlômbia có gần triệu hecta với sản lượng hàng năm đạt 700 ngàn Do áp dụng số tiến kỹ thuật giống mật độ trồng dày nên có hàng chục nước đưa suất bình quân đạt tấn/ha Điển hình có Costa Rica Trung Mỹ với diện tích cà phê chè 85.000 đạt suất bình quân 1.400 kg/ha Do xuất gây tác hại bệnh gỉ sắt cà phê nhiều nước Trung Nam Mỹ từ năm 1970 trở lại gây thêm khó khăn tốn cho nghề trồng cà phê khu vực Cà phê chè chiếm 70% sản lượng giới Diện tích cà phê chè trồng tập trung chủ yếu Trung Nam Mỹ, số nước Đông Phi như: Kenya, Cameroon, Ethiopie, Tanzania phần châu Á như: Indonesia, Ấn Độ, Philippines Thị trường cà phê giới năm vừa qua thường chao đảo, không ổn định giá Tổ chức cà phê giới (ICO) không giữ hạn ngạch xuất nhập khẩu, giá trôi thị trường tự có giai đoạn giá cà phê xuống thấp chưa có so với vài chục năm trở lại Tình trạng dẫn đến hậu nhiều nước phải hủy bỏ bớt diện tích cà phê, không tiếp tục chăm sóc kinh doanh không thấy có hiệu Năm 1994 đợt sương muối sau hạn hán diễn Brazil, làm cho sản lượng cà phê nước giảm xuống gần 50%, góp phần làm cho giá cà phê tăng vọt, có lợi cho người xuất cà phê trê giới Cà phê loại nước uống cao cấp, nhu cầu đòi hỏi người tiêu dùng không ngừng tăng lên, chưa có sản phẩm nhân tạo chấp nhận để thay cho cà phê, việc trồng, xuất khẩu, nhập loại hàng hóa đặc biệt có ý nghĩa kinh tế lớn nhiều nước.Vấn đề quan trọng cần có nhận thức đầy đủ là: sản phẩm cà phê đem thị trường phải đảm bảo chất lượng Trong chế thị trường: Tiền - nấy, lại với mặt hàng CÀ PHÊ LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh 1.2 Vai trò hệ thống rang Theo quy trình sản xuất cà phê theo sơ đồ ta thấy: để có sản phẩm cà phê thành phẩm trải qua giai đoạn rang chín hạt cà phê Từ xưa tới có nhiều phương thức, cách thức rang cà phê khác dử dụng Những chuyên gia phận rang kết hợp kinh nghiệm kiểm soát thời gian với nhiệt độ khoa học, tài uyển chuyển Nhiệt độ rang điều tiên đến chất lượng hạt cà phê Có người yêu thích cà phê có vị nhẹ bắt nguồn từ đặc tính độc đáo hạt cà phê nguyên thủy (Ví dụ: Kenya, Java, Jamaica.) Một số khác lại thích cà phê rang đậm mà đặc tính hạt mang lại mùi vị đậm đà Màu “full city” xem màu hoàn hảo nhất, không qúa nhẹ qúa đậm Rang cà phê trình mà hợp chất chứa mùi vị cà phê giải phóng nhờ loạt phản ứng hoá học Hương vị, độ chua, độ đậm nhạt dư vị cà phê phụ thuộc nhiều vào trình Quá trình rang cà phê bao gồm ba giai đoạn: 1.3 Lợi ích từ cà phê với sức khoẻ người Giúp tỉnh táo: Vì người tìm đến với cà phê? Họ tin thành phần cà phêin có cà phê giúp kéo dài tỉnh táo ngăn không cho cảm giác mệt mỏi xuất hiện, bạn phải làm việc đầu óc thực công việcnhàm chán Trong điều khiển xe, cà phê in giúp ngườười lái phản xạ nhanh nhìn tốt Tăng cường trí nhớ: Uống cà phê có lợi cho trí nhớ cà phê có tác dụng thúc đẩy hoạt động não Sau uống cà phê 20 phút, người tham gia làm tốt kiểm tra trí nhớ Nguyên cà phê làm tăng hoạt động khu vực não thùy trán - nơi chứa hệ thống trí nhớ quản lý ý Không gây béo: Cà phê chứa lượng - tách cà phê mang lại 2-5 kcal (nếu không thêm đường) Hơn nữa, cà phê in có cà phê làm tăng tiêu hao lượng bản! Với có mặt cà phê in thể, chi phí lượng cho hô hấp, việc trì tư hoạt động trí óc tăng 16% Kích thích tiêu hóa: Truyền thống xuất phát từ hiệu thực cà phêin, khả cải thiện tiêu hóa, thông qua tăng tiết nước bọt men tiêu hóa, kích thích nhu động ruột LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Chống đau đầu: Cà phê in gây co thắt mạch máu não, nhờ làm giảm cường độ thời gian kéo dài đau đầu Kết hợp với paracetamol hay aspirin, cà phêin tạo hiệu giảm đau mạnh Tăng cường sức lực chơi thể thao: Cà phê in tác động lên hệ thần kinh, khiến bạn tỉnh táo làm tăng nhịp tim Ngoài ra, thời gian luyện tập, kích thích thể sử dụng mỡ nguồn lượng chính, cho phép tiết kiệm kho dự trữ glycogene cơ, khiến bạn lâu bị mệt Cà phêin trực tiếp làm tăng sức co Chống sỏi mật: Theo kết nghiên cứu tiến hành 7.800 y tá Mỹ, người uống từ chén cà phê ngày trở lên giảm 25% nguy sỏi mật Những công trình khác lại cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ cà phê nam giới: Đồ uống làm giảm tới 45% nguy mắc bệnh sỏi mật cánh mày râu Giàu chất chống oxy hóa: Ngoài cà phêin, cà phê chứa chất chống oxy hóa Polyphenol cà phê bảo vệ thể khỏi lão hóa tế bào bình thường đột biến tế bào ung thư Phòng ngừa bệnh Parkinson: Nhiều công trình khoa học cho thấy, người thường xuyên dùng cà phê mắc bệnh Parkinson đối tượng khác Hiệu bảo vệ khoảng 30% với người dùng chén cà phê ngày Giúp ngủ ngon: Người ta chứng minh rằng, ngủ vòng 15 phút sau uống cà phê giấc ngủ sâu hơn, máu não lưu thông tốt Và vài lợi ích khác… 1.4 Giới thiệu đề tài 1.4.1 Nhu cầu sản phẩm Từ lợi ích mà cà phê giá trị kinh tế mang lại, nhiều cá nhân, tổ chức chế biến cà phê để phục vụ cho đời sống kinh doanh Một số phương pháp ưu tiên hàng đầu cà phê phục vụ cho lĩnh vực dịch vụ Ngày thấy quán cà phê nơi, quán sang trọng hay bình dân chí quán cóc ven đường xuất sản phẩm Hiện thị trường có dòng cà phê cà phê hoa tan cà phê xay thông thường, với người bận rộn hay tiết kiệm thời gian cà phê hoà tan lựa LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh chọn tuyệt vời Tuy nhiên với người muốn thưởng thức hương vị cà phê, vừa ngâm nghi ly cà phê xem báo cà phê phin (cà phê xay) lựa chọn tối ưu Nhu cầu sử dụng cà phê ngày cao trở thành đồ uống yêu thích, thành nước giải khát nhanh… 1.4.2 Sự cần thiết cà phê xay Dễ dàng thấy cà phê xay ngày nhiều chủng loại, phong phú hương vị đặc sắc giúp người tiêu dùng có thêm nhiều chọn lựa Trong nghành dịch vụ kinh doanh cà phê đại đa số sử dụng cà phê xay để pha chế thành ly cà phê phục vụ khách hàng Thực tế cho thấy kể từ năm thập kỷ 90, ngành cà phê nước ta có bước tăng trưởng vượt bậc trở thành ngành kinh tế quan trọng kinh tế nông nghiệp Cà phê nông sản xuất quan trọng đứng hàng thứ hai sau lúa gạo Bên cạnh mặt xã hội, ngành cà phê thu hút trực tiếp khoảng 600 ngàn lao động, chiếm xấp xỉ 3% tổng lao động nông nghiệp sống khoảng triệu người chịu ảnh hưởng từ phát triển ngành cà phê Dù trở thành nước xuất cà phê đứng thứ giới, doanh nghiệp xuất nước ta hoàn toàn bị động trước biến động thị trường giới Hàng năm, nước ta xuất khoảng triệu cà phê (chủ yếu robusta) tới 80 nước vùng lãnh thổ, có 10 nước bạn hàng lớn Có nhiều đầu mối doanh nghiệp nước mua trực tiếp cà phê Việt Nam Hình 1.2 Vị xuất cà phê trường quốc tế LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Đường kính ống đáy : Dd = 60 mm Chiều cao ống vỏ : L1 = 700 mm Chiêu cao phẩn nón : L2 = 1020 mm Đường kính ống vào : d =48 mm Đường kính ống xả : F = 200 mm Ống đầu vào : LxH = 125x285 mm 3.6.3 Chọn quạt hút Quá trình rang sinh bụi sử dụng quạt hút để tham gia thực côn việc làm nguội cà phê sau rang Cấu tạo bao gồm: chụp hút bụi, ống hút, quạt, thiết bị lắng bụi cyclon Tính chọn quạt hút dựa vào trở lực mà quạt phải khắc phục: Tổng trở lực ma sát Tổng trở lực cục Trở lực qua Cyclon Trở lực áp lực động đầu quạt Tuy nhiên chọn quạt cho lực hút quạt sinh nhỏ lực hạt cà phê Tuy nhiên có thêm van điều chỉnh chạy thử để đảm bảo quạt hoạt động bình thường mà k ảnh hưởng tới cà phê Theo bảng 2.4.12 sách “Bơm Quạt Máy Nén” chọn quạt hút hướng trục có kích thước sau: quạt có số hiệu MЦN04 Hình 3.13 Kích thước quạt hút LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 42 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh H b b1 b2 c l D D1 280 178 260 175 430 405 400 408 D2 D3 D4 d Số Đường kính Số Khối lượng lỗ 435 458 500 lỗ lỗ 12 kg 11,2 Theo bảng 2.4.12a chọn quạt MЦN04 có chế độ làm việc sau: Quạt N0 Lưu lượng ∆H, Hiệu suất m3/h mmH20 ᶯ 1200 0,5 N, kW Động điện 0,027 N = 0,25 kW n = 1000v/ph LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 43 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng CHƯƠNG 4: SVTH: Phạm Văn Minh THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT & THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN A) THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT 4.1 Tính toán nhiệt cho trình rang 4.1.1 Thông số vật liệu sấy Nhiệt độ đầu vào t1 = 250C nhiệt độ cà phê chưa rang Nhiệt độ đầu cà phê t2 = 2400C nhiệt độ cà phê sau rang Độ ẩm ban đầu w1 = 15 - 16% Độ ẩm sau rang w2 = 0,5 – 1% Nhiệt dung riêng cà phê Cvk = 0,37 kcal/kg.K = 1,55 kJ/kg.K [tài liệu mạng] Lượng không khí ẩm cần bốc W = 𝜔1 − 𝜔2 0,16 − 0,005 = 120 = 22,14 𝑘𝑔 ẩ𝑚/ℎ − 𝜔1 − 0,16 (4.1) Lượng vật liệu ẩm vào thùng sấy: G1 = G k 100 100 = 120 = 142,86 kg/h 100  16 100  w1 (4.2) Lượng vật liệu khỏi máy sấy: G2 = G k 100 100 = 120 = 120,60 kg/h 100  0,5 100  w2 (4.3) 4.1.2 Thông số tác nhân sấy Không khí có t0 = 300C, độ ẩm không khí φ0 = 80%, áp suất khí p = 760 mmHg Nhiệt độ rang cà phê vào khoảng 280 - 3000C Xác định thời gian sấy đóng vai trò quan trọng tính toán thiết kế, vận hành thiết bị rang, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại cà phê, chế độ rang, hình dáng, kích thước nhân cà phê… Vì phương pháp xác định thời gian sấy công thức khó thực có độ xác thấp, nên thực tế thường chọn theo thực nghiệm thiết bị rang thùng quay LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 44 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Chọn thời gian rang cho mẻ 𝜏 = 10 phút Quá trình rang theo lý thuyết hồi lưu biểu diễn đồ thị I-d Hình 4.1 Đồ thị I-d trình rang Điểm O(t0, 𝜑0 ) trạng thái không khí bên Điểm 1(t01, 𝜑1) trạng thái không thùng rang Điểm 2(t2, 𝜑2 ) trạng thái không khí sau rang theo lý thuyết Độ chứa d Với t0 = 300C => Pbh = 0,04241 Ph = 𝜑Pbh = 0,8.0,04241 = 0,03393 bar 𝑑0 = 0,622 = 0,622 𝑃ℎ − 𝑃ℎ (4.4) (4.5) 0,3393 0,022 𝑘𝑔 ℎơ𝑖 𝑛ướ𝑐/𝑘𝑔 𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑘ℎí 𝑘ℎô − 0,3393 Dựa vào lý thuyết sấy ta có d0 = d1 = 0,022 kg nước/kg không khí khô Entanpy không khí ẩm I0 = t0 + d0.(2500 + 2t ) (4.6) = 30 + 0,022(2500 + 2.30) = 86,32 kJ/kg LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 45 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh (4.7) I1 = t1 + d1.(2500 + 2t ) = 280 + 0,022( 2500 + 2.280 ) = 347,32 kJ/kg 4.1.3 Tổn thất nhiệt vật liệu lấy Nhiệt dung riêng cà phê sau khỏi thùng rang Cv2 = Cvk(1 – 𝜔2 ) + Ca.ω (4.8) = 1,55(1 – 0,005) + 4,18.0,005 = 1,56 kJ/kgK Trong đó: Cv2 – nhiệt dung riêng cà phê trước khỏi thùng rang Ca = 4,18 kJ/kgK – nhiệt dung riêng nước Cvk – nhiệt dung riêng cà phê sau rang Tổn thất nhiệt vật liệu sấy lấy mẻ với G2 = 20 kg Qv 𝑞𝑣 (4.9) = G2.Cv2.(t2 – t1) = 20.1,56.(240 – 25) = 6708 kW = 𝑄𝑣 6708 = 𝑊 22,14 = 303 kW/kg ẩm (4.10) 4.1.4 Tổn thất nhiệt vào môi trường Nhiệt độ môi trường tf2 = 300C Nhiệt độ nguồn nhiệt gia nhiệt cho thiết bị vào khoảng 280 - 3000C Thùng rang làm thép có δ = mm, hệ số dẫn nhiệt λ = 71,58 W/mK Như trường hợp tính nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu không khí môi trường qua vách phẳng Trong trường hợp truyền nhiệt nguyền nhiệt môi trường dạng truyền nhiệt đối lưu môi trường Khi tổn thất nhiệt đước tính theo công thức truyền nhiệt đối lưu tự nhiên không gian hẹp Nhiệt độ tính toán (4.11) tm = 0,5(30+290) = 1600C Từ tm = 1600C tra bảng thông số vật lý không khí khô ta có thông số sau: λm = 3,64.10-2 w/m độ ; LVTN 𝜗𝑚 = 30,09.10-6 m2/s ; Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê Prm = 0,682 46 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng Gr𝑚 = SVTH: Phạm Văn Minh 𝑔𝛽𝑑 (𝑡𝑤 − 𝑡𝑓 ) 9,81 0,63 260 = = 1,4 109 −6 ( ) 𝜗𝑚 433 30,09 10 𝑅𝑎𝑚 = 𝐺𝑟 Pr = 1,4 109 0,682 = 9,58 108 < 1010 (4.12) (4.13) 𝜀𝑡𝑑 = 0,18(9,58 108 )1/4 = 31,64 (4.14) 𝜆𝑡𝑑 = 𝜀𝑡𝑑 𝜆 = 31,64.3,64 10−2 = 1,15 𝑞= 𝜆𝑡𝑑 1,15 (𝑡𝑤 − 𝑡𝑓 ) = 260 = 996666,67 𝑤/𝑚2 𝛿 0,003 (4.15) (4.16) Vậy tổn thất nhiệt Qmt = q.F = 996666,67.0,236 = 23521 W = 23,521 kW (4.17) Q = Qv + Qmt = 6708+ 23,521 = 6731,521 kW (4.18) 4.2 Chọn điện trở gia nhiệt Với nhiệt lượng cần thiết cho trình gia nhiệt Q = 6731 kW ta chọn thiết bị gia nhiệt điện trở với thông số sau: Nguồn điện áp đầu vào U = 220 V AC Với tổn thất nhiệt tính bên nhiệt lượng caand bù đắp cho trình rang phải lơn nhiệt lượng tổn thất Do QR > Q Lấy QR = 7000 kW Dựa vào catalogue công ty TNHH TM SX Điện Trở Đốt Nóng VIỆT SINH chọn điện trở đúc nhôm N 7.4 220V-1,9 kW LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 47 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh B) THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 4.3 Tổng quan mạch điện Mạch điện hệ thống bao gồm mạch động lực mạch điều khiển Thiết kế mạch điện phải đảm bảo tính hoạt động tính an toàn cao, vận hành dễ dàng… Mạch động lực mạch cho máy hoạt động, gồm động M1 M2 Động M1 động quay trục thùng rang Động M2 làm quay trục thùng làm nguội Hai động làm việc động độc lập Ngoài có thêm động M0 quay quạt hút trình trình làm việc để lấy phần bụi, phần trấu hạt cà phê Bên cạnh quạt hút lấy phần nhiệt cà phê sau rang xong vị trí thùng làm nguội góp phần tản nhiệt tốt Mạch điều khiển để điều khiển động hoạt động, điều khiển nhiệt độ thùng rang thông qua thay đổi điện trở nhiệt Mạch hoạt động điện áp 12V AC Điện trở nhiệt thay đổi núm vặn, sensor đọc tín hiệu nhiệt độ hiển thị nhiệt độ lên hình hiển thị 4.4 Lưu đồ giải thuật Để đơn giản cho trình điều khiển vận hành máy ta xây dựng lưu đồ giải thuật để giúp kiểm tra đánh giá mạch điện hoạt động có với yêu cầu kỹ thuật hay không Lưu đồ giải dạng sơ đồ khối thể mối quan hệ thiết bị điện hoạt động chúng Nhìn chung, nhìn vào lưu đồ giải thuật người vận hành hiểu hoạt động thiết bị toàn mạch, giúp cho trình vận hành tốt Yêu cầu lưu đồ giải thuật phải đơn giản dễ hiểu mà đáp ứng yêu cầu toán Các kí hiệu dùng lưu đồ giải thuật: a - b c Hình elip a thể trang bị điện hoạt động bắt đầu hay kết thúc Hình thoi b thể hoạt động cảm biến, công tắc… Hình chữ nhật c thể hoạt động cuả thiết bị máy động cơ, xylanh thủy lực… LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 48 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 49 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh 4.5 Thiết kế mạch điện Mạch điện sơ ~ 220 V QS FU 220/12 (V) ON OFF M K1 FR M T1 M1 T2 M2 K3 K4 FR T1 T2 T3 T4 HL1 HL2 HL0 HL0 R T4 T3 M3 K2 M M4 Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện tổng quát Để đảm bảo an toàn điện ta tách mạch điều khiển riêng dùng điện áp 12V để kích hoạt công tắc tơ hoạt động, hoạt động công tắc tư thay đổi trạng thái cấp diednj vào cho động hoạt động Nguồn 12v DC lấy từ máy biến áp 220/12V Cấu tạo mạch điện gồm: động pha, công tắc tơ, công tắc k1, k2, k3, cuận dây M đễ giữ mạch hoạt động, đèn báo trạng thái hoạt động động cơ, rờ le nhiệt để bảo vệ mạch khỏi nhiệt, máy biến áp 220/12 V, nút ấn ON-OFF, biến trở để gia nhiệt cho thùng rang Việc thay đổi điện trở biến trở thực cách điện trở R1 gắn nối tiếp them biến trở, muốn thay đổi điện trở suất ta điều chỉnh biến trở để đạt giá trị ddienj trở tương ứng Để thay đổi biến trở ta dung núm vặn, thay đổi biến trở đồng thời thay đổi nhiệt độ trình rang… R1 R2 Hình 4.4 Sơ đồ mắc điện trở R1 biến trởR2 Nguyên tắc hoạt động mạch: - Bước 1: Đóng CB QS để cấp điện cho mạch - Bước 2: Ấn nút ấn ON mạch điều khiển, dòng điện cấp vào mạch Đây nút ấn dạng thường mở nên cần dung cuận dây M để trì LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 50 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh trạng thái họt động nút ON Khi nút ON ấn có điện trở gia nhiệt động chưa hoạt động - Bước 3: Đầu tiên chuẩn bị cho trình rang ta bật quạt hút M3 để hút phần bụi trấu cà phê sót lại trình cấp cà phê vào máy Khi K3 bật, đèn tín hiệu HL3 sang Khi K3 bật dòng điện cấp vào công tắc tơ T3 làm thay đổi trạng thái làm việc tiếp điểm công tắc tơ Khi mạch động lực động M3 thông mạch với nguồn vào làm động quay Các động M1, M2, M4 hoạt động tương tự công tắc tương ứng bật Để bắt đầu cho trình rang ta cần khởi động động trục M1 cách bật khóa K1 bàn điều khiển Khi K1 bật động quay đèn HL1 hoạt động - Bước 4: Sau cà phê rang xong cần chuyển qua thùng làm nguội, để bắt đầu cho trình ta cần chuẩn bị bật động M1 để thùng làm nguội hoạt động cách bật công tắc K2 Tương tự bật công tắc K1 động M2 quay đèn tín hiệu HL2 hoạt động Song hành với trình cần bật động M4 để quạt hút tham gia vào trình làm nguội - Bước 5: Khi kết thức trình ta tắt công tắc tương ứng với chế độ làm việc động ~ 220 V QS FU M FR R T1 M1 T2 M2 T4 T3 M3 M4 Hình 4.5 Sơ đồ mạch động lực LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 51 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh ~ 220 (V) 220/12 (V) ON OFF M K1 M K2 K3 K4 T1 T2 T3 T4 HL1 HL2 HL0 HL0 FR Hình 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển Mạch điều khiển hoạt động điện áp 12V an toàn cho trình vận hành 4.6 Hiển thị nhiệt độ rang Để theo dõi điều chỉnh nhiệt độ thùng rang ta cần biết nhiệt độ thùng để thay đổi Việc thay đổi nhiệt độ điều chỉnh núm vặn để đơn giản trình điều khiển Sau sensor đọc tín hiệu hiển thị lên hình Led đoạn a f g e c d g f + a b b p e d + c p Hình 4.7 Đèn led đoạn chân LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 52 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Led đoạn dạng điode phát quang.ở điode phát quang xếp theo hình số thứ tự chân đc mô tả theo hình vẽ bên Có hai loại led đoạn Đó loại Anot chung Katot chung.Với loại Anot chung mắc vào mạch ta cần ý mắc chân nguồn (chân hay chân 8) vào Vcc.Còn loại Katot chung ta mắc hai chân vào GND Với sơ đồ ta muốn thị sáng ta cần cấp điện GND cho đầu vào a ÷ g (đối với loại Anot chung) cấp Vcc (đối với loại Katot chung) Hình 4.8 Sơ đồ nối dây Số lượng sử dụng led đoạn để tạo chuỗi hiển thị từ -> 9999 Hình 4.9 Màn hình hiển thị 4.7 Bảo trì, bảo dưỡng Để máy hoạt động ổn định â có chế độ bảo trì, bảo dưỡng hợp lý nhằm đảm bảo khả sản xuất theo kỳ vọng Cần thay chi tiết, phận gặp cố hay hỏng hóc theo chu kì, nhiên phải kiểm tra máy trước hoạt động để tránh cố kỹ thuật không hay Chế độ bảo trì, thay bao gồm: 4.7.1 Chế độ bôi trơn ổ bi: Mục đích giảm ma sát chi tiết lăn, chống mòn, tạo điều kiện thoát nhiệt tốt, bẻo vệ bề mặt chi tiết không bị gỉ, sét, giảm tiếng ồn Chọn mỡ bôi trơn cho ổ có ưu điểm sau: LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 53 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng - SVTH: Phạm Văn Minh Mỡ bị chảy Lắp kín khe hở chi tiết máy quay chi tiết máy cố định => bảo vệ bụi bặm Mỡ dùng cho phận ổ làm việc lâu dài 4.7.2 Làm thùng rang thùng nguội định kì Mục đích để làm thông thoáng lỗ thoát bụi, làm khoang thùng để đảm bảo chất lượng vệ sinh cà phê Tuy nhiên việc làm thùng rang liên quan đến việc tháo máy, nên kết hợp với lần thay ổ bi, sửa chữa 4.7.3 Vệ sinh si lô lọc bụi Định kì lấy bụi si lô để tránh làm đầy bụi, hạn chế khả lọc bụi si lô 4.7.4 Kiểm tra, thay điện trở nhiệt Điện trở nhiệt có tuổi thọ không cao nên phải thay định kỳ LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 54 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng CHƯƠNG 5: SVTH: Phạm Văn Minh KẾT LUẬN Với việc nghiên cứu đề tài: "Thiết kế máy rang hạt cà phê" với hướng dẫn tận tình thầy PHẠM HUY HOÀNG giúp em hiểu rõ phần công việc, quy trình thiết kế máy người kỹ sư thiết kế Chiếc máy rang hoàn thành giúp ích nhiều cho nhà máy chế biến trình thử nghiệm, kiểm tra mẫu cà phê, qua giúp muốn tự tạo loại cà phê đặc trưng riêng Tuy nhiên kiến thức em hạn hẹp, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, công thức tính toán góc độ tra tài liệu tham khảo mà chưa kiểm tra thực tiễn nên gặp nhiều sai sót Em mong thầy cô hướng dẩn bảo thêm để từ hoàn thiện kiến thức Một lần em chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn em – PGS.TS thầy PHẠM HUY HOÀNG suốt trình làm luận văn tốt nghiệp LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 55 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Tài liệu tham khảo [1] – Tính toán thiết kế hệ thống khí tập - Trịnh chất, Lê Văn Uyển, NXB giáo dục, 2003 [2] – Tính toán thiết kế hệ thống khí tập - Trịnh chất, Lê Văn Uyển, NXB giáo dục, 2003 [3] – Cơ sở thiết kế máy - Nguyễn Hữu Lộc, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2008 [4] – Giáo trình máy thiết bị chế biến lương thực, NXB Bách Khoa Hà Nội [5] –Vẽ kĩ thuật khí - Nguyễn Hữu Quế, NXB giáo dục, 2003 [6] – Một số tài liệu đồ án, luận văn năm trước [7] –Kỹ thuật điện - Nguyễn Kim Đính, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003 [8] – Hoàng Văn Chước - Kỹ thuật sấy [9] – Bơm quạt máy nén - Nguyễn Văn May, NXB khoa học kỹ thuật [10] – Bài tập nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt - Hoàng Đình Tín, NXB Đại học quốc gia TPHCM 2004 [11] – Kỹ thuật sấy vật liệu, NXB Đại học quốc gia TPHCM 2006 [12] – Cơ sở tính toán thiết kế máy thiết bị thực phẩm, NXB Bách Khoa Hà Nội [13] – Giáo trình lý thuyết tính toán thiết kế hệ thống sấy – Bùi Trung Thành [14] – Sức Bền Vật Liệu - Đỗ Kiến Quốc, NXB Đại Học Quốc Gia [15] – Cơ Học Máy - Lại Khắc Liễm, NXB Đại Học Quốc Gia [16] – Dung Sai Lắp Nghép, Linh Đức Tốn [17] – Kỹ thuật điện - Nguyễn Kim Đính, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2003 LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 56 [...]... sản phẩm cà phê xay hay qua một vài khâu để trở thành cà phê hoà tan Theo quy trình trên Em thấy giai đoạn rang cà phê cực kì quan trọng, cách rang khác nhau cho ta hương vị đặc trưng khác nhau Xuất phát từ nhu cầu này đã hình thành ý tưởng Thiết Kế Máy rang hạt cà phê 1.5 Khái niệm, yêu cầu khi rang Rang là quá trình gia nhiệt cho hạt cà phê nhằm làm chín hạt cà phê để sử dụng Hạt cà phê rang là... tình trạng hạt còn sống, hạt đã chín khét Khi cà phê đã được rang đến độ cần thiết, phải làm nguội cà phê ngay để tránh hơi nóng còn lại trong chính hạt cà phê làm cà phê bị rang quá đà Khi rang cà phê sẽ có nhiều khói bạn nên chọn nơi thông thoáng hay có hệ thống máy hút khói tốt Nếu không thì bạn mở cửa sổ hay dùng quạt máy để gần bên Cà phê khi rang sẽ bị bong lớp vỏ lụa bên ngoài hạt Khi rang xong,... nghiệm của người thợ rang Có thể nói vào lúc nầy, mỗi giây phút trôi qua hay mỗi vòng quay của trống LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 11 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh (thùng) rang cà phê sẽ tạo ra hương vị và phẩm chất của hạt cà phê khác nhau Cà phê rang càng đậm màu thì chất cà phêine càng giảm, vị chua càng giảm, vị đắng đậm đà và mùi carbon càng tăng Cà phê được đổ ra khỏi thùng... đoạn: 1.5.1 Bắt đầu rang đến nhiệt độ trên 100 độ C Giai đoạn này cà phê có màu vàng nhạt Khoảng thời gian đầu của quá trình rang là để truyền nhiệt cho hạt cà phê Hạt cà phê từ từ nóng lên dần và bắt đầu bốc hơi nước chứa bên trong, hạt cà phê hơi teo lại và hầu như có rất ít sự thay đổi Trong giai đoạn nầy, bí quyết rang cà phê ngon là tránh cho hạt cà phê chai cứng bằng cách rang thế nào để tạo... độ chua, độ đậm nhạt và dư vị của cà phê phụ thuộc rất nhiều vào quá trình này LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 6 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh Lúc còn sống, gọi là cà phê nhân, bản thân hạt cà phê đã có một mùi thơm đặc trưng Nhất là hạt cà phê Moka sống có một mùi thơm dễ chịu, tương tự như mùi thảo dược, mùi của thuốc nam, mùi của hoa cỏ khô Quá trình rang cà phê gồm các giai... Sau rang xong, cà phê được lấy ra bằng cửa số 3 Ưu điểm: - Hạt cà phê chín đều dưới nhiệt độ cao của dòng khí nóng - Dùng để rang cà phê với số lượng lớn, nhanh, hạt cà phê chín đều, chất lượng tốt Nhược điểm: LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 15 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng SVTH: Phạm Văn Minh - Gặp khó khăn trong quá trình vận hành và tính toán nhiệt - Hiệu suất sử dụng nguồn nhiệt thấp - Trang thiết. .. nhiều hơn Không gian lan tỏa mùi bánh nướng, mùi hạt rang đặc trưng…Trọng lượng hạt cà phê tiếp tục giảm xuống 1.5.9 Giai đoạn chuẩn bị nổ lần hai Nhiệt độ khoảng 225 độ C Hạt cà phê tiếp tục thu nhiệt và thể tích càng nở lớn hơn, nhất là hạt cà phê Moka, thể tích có thể tăng trên 150% Các phản ứng hóa học vẫn liên tục xảy ra trong hạt cà phê Hạt cà phê có nhiều thay đổi và chuẩn bị bước vào giai đoạn... làm sao để cà phê thêm phần hấp dẫn, ngất ngây mà không đánh mất hương vị nguyên thủy tuyệt vời của chính hạt cà phê rang là cả một bí quyết tinh tế Ai ơi, uống cà phê, nhớ hãy uống với cả tâm hồn nhé! Lúc ấy, sẽ bạn có 1 cảm nhận khác hơn về cuộc sống LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 12 GVHD: PGS.TS Phạm Huy Hoàng CHƯƠNG 2: SVTH: Phạm Văn Minh THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY 2.1 Các nguyên lý Rang Rang là... thể máy rang 2.2 Làm nguội sau khi rang Để đảm bảo cho chất lượng cũng như thành phần các chất trong hạt cà phê ít bị biến đổi sau khi rang cần làm nguội nhanh Sau khi rang cà phê cần làm nguội nhanh bằng cách tản nhiệt ra môi trường Nếu sả xuất lớn cần có phòng làm nguội riêng Nên làm nguội càng nhanh càng tốt tối đa 3 phút, khi quá 3 phút hạt cà phê sẽ hút ẩm khi đó làm giảm chất lượng cà phê rang. .. đoạn quyết định chất lượng cà phê thành phẩm, trong quá trình rang xảy ra sự hao hụt mất nước, chất bay hơi Nước mất 5.5%, các tổn thất khác 2% Thiết bị rang: chảo hoặc thiết bị thùng quay hay dùng chảo rang hình cầu (rang gián đoạn) thiết bị rang hình tháp Nhiên liệu phục vụ cho quá trình rang: than- củi, gas, điện… Nguyên tắc khi rang cà phê: Phải đảo liên tục để các hạt cà phê được tiếp xúc độ nóng ... nhu cầu hình thành ý tưởng Thiết Kế Máy rang hạt cà phê 1.5 Khái niệm, yêu cầu rang Rang trình gia nhiệt cho hạt cà phê nhằm làm chín hạt cà phê để sử dụng Hạt cà phê rang trình biến đổi, liên... đặn, tránh bị tình trạng hạt sống, hạt chín khét Khi cà phê rang đến độ cần thiết, phải làm nguội cà phê để tránh nóng lại hạt cà phê làm cà phê bị rang đà Khi rang cà phê có nhiều khói bạn nên... Ưu điểm: - Hạt cà phê chín nhiệt độ cao dòng khí nóng - Dùng để rang cà phê với số lượng lớn, nhanh, hạt cà phê chín đều, chất lượng tốt Nhược điểm: LVTN Đề Tài: TK Máy Rang Hạt Cà Phê 15 GVHD: