Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Địa điểm nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch.
Đối tượng, vật liệu nghiên cứu
3.3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là: Máy tách nước bã sắn có dàn con lăn ép sơ bộ theo nguyên lý băng tải ép
Vật liệu nghiên cứu dùng trong đề tài là: bã sắn được thu mua từ các nhà máy chế biến tinh bột sắn.
Nội dung nghiên cứu
- Cơ sở lý thuyết quá trình tách nước;
- Xác định mô hình nguyên lý máy;
- Xác định các thông số ảnh hưởng tới quá trình ép của máy tách nước bã sắn cải tiến;
- Xác định các thông số tối ưu của máy tách nước bã sắn cải tiến.
Phương pháp nghiên cứu
3.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Dựa vào các nguyên lý cơ học và kết quả nghiên cứu lý thuyết trước, có thể thiết lập các phương trình vi phân mô tả quá trình ép lọc thông qua các mối quan hệ toán học và giả thiết hợp lý Đồng thời, xây dựng thuật toán, sơ đồ khối và chương trình giải trên ngôn ngữ Matlab để thực hiện quá trình này.
3.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm [15]
3.5.2.1 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm
Kết quả đo đạc thí nghiệm được xử lý bằng phương pháp thống kê toán học để xác định độ tin cậy của mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và thông số đầu ra Phân tích này giúp đánh giá độ thuần nhất của phương sai thí nghiệm, chỉ ra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến thông số đầu ra, đồng thời kiểm tra sự tồn tại đáng kể của các nhân tố ngẫu nhiên.
Khi tiến hành đo lường, việc lặp lại nhiều lần là cần thiết để đảm bảo độ chính xác của kết quả Cần thực hiện đánh giá sơ bộ giá trị đo và loại bỏ hoặc hiệu chỉnh các thí nghiệm khi sự chênh lệch giữa hai giá trị đo vượt quá sai số cho phép của dụng cụ Trong ngành máy nông nghiệp, xác suất tin cậy đạt từ 0,8 đến 0,95, với số lần lặp lại thí nghiệm là 3 Để xác định độ tin cậy và độ thuần nhất, thuật toán phân tích phương sai sẽ được áp dụng theo trình tự đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố vào kết quả đo.
- Xác định phương sai thí nghiệm điểm thứ i
Trong đó: m - Số lần lặp ở điểm thí nghiệm thứ i; yij – Giá trị thông số ra ở điểm thứ i, lần lặp thứ j; y i - Giá trị trung bình thông số ra ở điểm thứ i
Phương sai trong các điểm thí nghiệm đựơc xác định theo công thức:
Trong đó: M là số điểm thí nghiệm
Tổng bình phương sai lệch trong thí nghiệm được tính giữa giá trị trung bình tổng thể y và giá trị trung bình tại mỗi điểm thí nghiệm y i Phương sai yếu tố S 2 yt với M-1 bậc tự do được xác định theo công thức cụ thể.
Để kiểm tra độ tin cậy của yếu tố nghiên cứu tn yt, chúng ta tính toán giá trị phương sai tại các điểm thí nghiệm S 2 tn theo công thức (3.3) và phương sai yếu tố S 2 yt theo công thức (3.4) Sau đó, sử dụng chuẩn Fisher để đánh giá độ tin cậy của các yếu tố này.
Nếu F > Fb, ảnh hưởng là đáng kể, trong đó Fb là giá trị chuẩn Fisher tra bảng với mức ý nghĩa α=0,05 và hai bậc tự do M-1 và M(m-1) Điều này cho thấy cần đánh giá thuần nhất của phương sai trong nghiên cứu nông nghiệp.
Tính thuần nhất của phương sai được đánh giá qua chuẩn Kohren:
Trong đó: S 2 imax là phương sai thí nghiệm lớn nhất trong số các S 2 i
Nếu giá trị tính toán G trong (3.5) nhỏ hơn hoặc bằng Gb, thì các phương sai được xem là đồng nhất, tức là không có phương sai nào vượt trội hơn so với các phương sai khác.
Giá trị Kohren Gb tra trong bảng chuẩn với xác xuất quy định trong nông nghiệp =0,05 và hai bậc tự do m-1 và M
3.5.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Trong nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến độ đùn ngang, độ ẩm bã sau khi tách nước và chi phí năng lượng riêng của máy tách nước bã sắn, chúng tôi đã áp dụng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố Trước đó, phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố được sử dụng để xác định khoảng nghiên cứu, khoảng biến thiên và mức biến thiên thích hợp Trong nghiên cứu đơn yếu tố, các yếu tố khác được cố định, chỉ thay đổi một số yếu tố để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến thông số đầu ra Khoảng biến thiên của từng yếu tố được chia thành 5 mức đều nhau, và các mức cơ sở được xác định qua nghiên cứu lý thuyết cùng thí nghiệm thăm dò, với mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần.
Kết quả thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm của Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, hoặc chương trình Table Curve kết nối với xử lý phương sai Hệ số hồi quy được kiểm tra theo tiêu chuẩn Student, trong khi tính tương thích của mô hình toán được đánh giá theo tiêu chuẩn Fisher Mô hình toán được chọn dựa trên hệ số có chỉ số Fisher nhỏ nhất, và ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm chỉ tiêu được thể hiện qua đồ thị Các phương trình thực nghiệm và đồ thị giúp đánh giá và phân tích mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố, phục vụ cho thực nghiệm đa yếu tố.
3.5.2.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố giúp nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố đầu vào tới các thông số mục tiêu Ưu điểm của phương pháp này là giảm số lần thí nghiệm cần thiết, đồng thời xác định đầy đủ ảnh hưởng của các yếu tố tới thông số cần nghiên cứu, từ đó tìm ra điều kiện tối ưu cho các thông số.
Chọn mức biến thiên cho các yếu tố bao gồm mức cơ sở, mức trên, mức sao trên, mức dưới và mức sao dưới, cùng với khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu.
Giá trị thực của các yếu tố được mã hoá theo công thức: i oi i ε X
Trong đó: xi - Giỏ trị mó hoỏ của yếu tố thứ i ( i = 1 á k ), k là số yếu tố, ở đõy k = 3
Xi - Giá trị thực của yếu tố thứ i
X oi - Giá trị thực mức cơ sở của yếu tố thứ i
i - Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i a Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm
Tuỳ theo đặc điểm của quá trình nghiên cứu mà mô hình toán có thể biểu diễn bởi đa thức bậc 1, bậc 2 hay bậc 3
Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đơn yếu tố trong chương 4 cho thấy mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và các thông số đầu ra là không tuyến tính Do đó, đề tài đã lựa chọn phương án thực nghiệm bậc 2, áp dụng phương pháp quy hoạch bậc 2 của Box-Wilson Theo phương án này, số thí nghiệm được thực hiện là
Trong đó: 2 k - Số thí nghiệm ở mức trên và dưới
N =2 k - Số thí nghiệm ở mức phụ gọi là các điểm sao
N0- Số thí nghiệm ở mức cơ sở, chọn N0=1; k- Số yếu tố đầu vào Ở đây với k = 3 thì tổng số thí nghiệm là N, ta có:
Trong đó bao gồm: 8 thí nghiệm ở mức trên và dưới, 6 thí nghiệm ở mức
“sao”, 1 thí nghiệm ở mức cơ sở Số thị nghiệm ở các điểm (*) có các tọa độ:
Người ta đã chứng minh được phụ thuộc vào số yếu tố (k) và số thí nghiệm ở tâm No Tra bảng với No = 1, k=3 thì = 1,213
Mô hình toán được biểu diễn bằng phương trình hồi quy bậc 2 có dạng (dạng mã)
Các hệ số b0, bi, bij, bii được xác định thông qua chương trình xử lý số liệu của Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Chương trình này cho phép kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán, chuyển đổi phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực, tìm cực trị của hàm mục tiêu và đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đến hàm mục tiêu Đồng thời, việc kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy cũng được thực hiện.
Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student là bước đầu tiên trong phân tích Để thực hiện điều này, cần tính toán phương sai và các sai số S²b₀, S²bi, S²bii, S²bij của các hệ số hồi quy dựa trên phương sai và sai số thí nghiệm S²y.
Phương sai và các sai số thí nghiệm có thể tính theo các giá trị của thông số ra yu ở các mức cơ sở của các yếu tố:
Trong đó: yu - Giá trị các thí nghiệm ở mức cơ sở y0- Giá trị trung bình của các thí nghiệm ở mức cơ sở
N0 - là số thí nghiệm ở mức cơ sở
Sai số các hệ số hồi quy được tính theo công thức:
Ta tính các tỷ số theo các công thức: tb0 b0
Để kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán, trước tiên cần đối chiếu với tiêu chuẩn Student và tra bảng tìm t b với mức ý nghĩa 0,05, bậc tự do f = N0 - 1 Các hệ số hồi quy sẽ được coi là có nghĩa khi các hệ số tb0; tbi; tbij; tbii lớn hơn t b, nếu không sẽ bị loại bỏ Sau đó, cần tính phương sai thích ứng theo công thức quy định.
