Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình làm sạch và phân loại cà phê quả tươi theo phương pháp ướt

Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến quá trình làm sạch và phân loại cà phê quả tươi theo phương pháp ướt

Bộ giáo dục và đào tạo

trường đại học nông nghiệp I - Hà Nội

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là hoàn toàn trung thực Các kết quả tính toán đều do bản thân tôi tự tìm tòi

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này tôi đều cảm ơn Các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ

Người cam đoan

Bùi Văn Tân

Lời cảm ơn

Sau một thời gian thực tập đến nay đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của một

số thông số đến quá trình làm sạch và phân loại cà phê quả tươi theo phương pháp ướt” của tôi đã hoàn thành

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn GS-TS Phạm Xuân Vượng - Giảng viên thuộc bộ môn máy Nông nghiệp - Khoa Cơ Điện - Trường Đại học NNI

Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn máy NN- Khoa Cơ

Điện - Trờng ĐHNNI Hà Nội, cùng với gia đình và các đồng nghiệp đã giúp

đỡ tôi hoàn thành đề tài này Tuy vậy, với một thời lượng và kinh nghiệm thực

tế của bản thân còn hạn chế do vậy trong khi tìm tòi và nghiên cứu đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót Tôi xin đón nhận những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp để bổ xung và làm cho nội dung đề

tài của tôi thêm hoàn thiện hơn

Hà Nội, tháng 9 năm 2006

Học viên

Bùi Văn Tân

1.1 T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ th−¬ng m¹i cµ phª trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam 9

1.1.1 T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ th−¬ng m¹i cµ phª trªn thÕ giíi 91.1.2 T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ th−¬ng m¹i cµ phª ë ViÖt Nam 9

1.2 §Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ tÝnh chÊt cña qu¶ cµ phª 10

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố 33

2.3 Phương pháp thực nghiệm đo đạc và gia công thí nghiệm 40

3.2.3 Xác định vận tốc chuyển động tương đối của quả cà phê trên sàng 54

4.2.3 ¶nh h−ëng cña bÒ dµy khèi nguyªn liÖu h(cm) 74

Lời Mở Đầu

Cây cà phê là một cây công nghiệp quan trọng ở Việt Nam nói riêng

và trên toàn thế giới nói chung ở Việt Nam cây cà phê không chỉ đem lại sản lượng xuất khẩu lớn, mà mặt hàng cà phê đang giữ một vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, không những góp phần làm tăng GDP mà còn thu hút một lượng lao động làm việc trong ngành này rất lớn Tầm quan trọng của ngành sản xuất và chế biến cà phê đã được Đảng và nhà nước ta

đánh giá và lựa chọn là một trong những ngành quan trọng trong chương trình phát triển Nông - Lâm - Ngư nghiệp của cả nước giai đoạn năm 2001-

2010 của nước ta [16]

Hiện nay, mặt hàng sản phẩm cà phê Việt Nam đã có mặt ở trên 60 nước trên toàn thế giới Tuy vậy, ngành sản xuất cà phê nước ta còn gặp nhiều vấn

đề lớn cần được quan tâm giải quyết Một trong những vấn đề đó là chất lượng

cà phê sau chế biến chưa cao, chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng trong và ngoài nước Chính vì vậy sản phẩm cà phê của nước ta chưa có sức cạnh tranh mạnh trên thị trường quốc tế Có nhiều nguyên nhân làm giảm giá bán cà phê Việt Nam, trong những nguyên nhân đó phải kể đến khâu chế biến chưa tốt dẫn tới làm giảm đáng kể giá trị hương vị tự nhiên vốn có của cà phê

Từ trước tới nay, trên thế giới và ở nước ta trong khi chế biến cà phê đều

sử dụng hai phương pháp: Chế biến ướt và chế biến khô Trong đó sản lượng

được chế biến từ kinh tế hộ gia đình với công nghệ đơn giản và thủ công chiếm lượng sản lượng tương đối lớn, số còn lại được chế biến ở các cơ sở tập trung với trang thiết bị còn nhiều hạn chế

Các dây truyền chế biến cà phê ở nước ta hiện nay chủ yếu nhập từ

cung ứng thiết bị chế biến cà phê với giá thành hạ và bước đầu đã khẳng định

được vai trò của mình trong lĩnh vực này Nhưng do chưa có bề dày kinh nghiệm trong chế tạo lên các thiết bị chỉ là chép mẫu của nước ngoài, cải tiến cho phù hợp với điều kiện trong nước, các thiết bị chế tạo trong nước còn nhiều bất cập về các khía cạnh như: Năng suất, chất lượng làm việc, độ bền, tính đồng bộ mẫu mã…Trong đó thiết bị làm sạch và phân loại cà phê là một trong những loại máy cần được nghiên cứu và chế tạo trong nước

Việc nghiên cứu lý thuyết về máy làm sạch và phân loại cà phê là cần thiết Được sự hướng dẫn của thầy giáo GS-TS Phạm Xuân Vượng - Giảng viên thuộc bộ môn máy nông nghiệp - Khoa Cơ Điện - Trường Đại học NNI

Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của một

số thông số đến quá trình làm sạch và phân loại cà phê quả tươi theo phương pháp ướt”

Chương 1 Tổng quan, mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1 Tình hình sản xuất và thương mại cà phê trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình sản xuất và thương mại cà phê trên thế giới

Cây cà phê được phát hiện và được trồng đầu tiên ở Châu Phi từ thế kỷ XVII, đến thế kỷ XVIII và thế kỷ XIX được đưa vào các nước châu á, Châu

Mỹ La Tinh và Châu Đại Dương [13]

Hiện nay, trên thế giới có khoảng trên 75 nước trồng cà phê với tổng diện tích trên 10 triệu ha, năng xuất trung bình đạt trên 800Kg/ha Đặc biệt có khoảng 50 nước xuất khẩu cà phê và thu hút tới trên 20 triệu lao động Một số nước có sản lượng cà phê lớn trên thế giới như Brazin, Colombia, Indonexia,

Bờ Biển Ngà…Diện tích, sản lượng và năng xuất cà phê của một số nước sản

xuất cà phê tiêu biểu trên thế giới được nêu trong (Phụ lục 1.1)

Hàng năm tổng giá trị xuất khẩu cà phê của các nước trên thế giới đạt trên 10 tỷ đôla Hầu hết cà phê được trao đổi trên thị trường hiện nay là cà phê nhân sống, chiếm khoảng 95% lượng cà phê xuất khẩu Trong khi đó cà phê dạng bột xuất khẩu không quá 5% và phần lớn là cà phê hoà tan Thị trường cà phê trên thế giới trong những năm vừa qua thường không ổn định nhất là về giá cả, điều này đã dẫn đến tình trạng một số nước cho huỷ bớt một số diện tích trồng cà phê dẫn đến sản lượng thường không ổn định tác động không nhỏ tới tình hình sản xuất cà phê trên toàn thế giới

1.1.2 Tình hình sản xuất và thương mại cà phê ở Việt Nam

Cây cà phê là một trong những cây công nghiệp quan trọng của nước

thứ VI của Đảng phong trào trồng cà phê được phát triển nhanh chóng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu Đến nay cả nước đã có trên 500.000 ha cà phê, tập trung ở các tỉnh Tây Nguyên như: Đaklăk, Gia Lai, KomTum, Lâm Đồng Các tỉnh Miền Đông Nam Bộ như: Đồng Nai, Bình Phước, Bà Rịa - Vũng Tàu, ven biển miền Trung và các vùng thuộc miền núi phía Bắc như: Yên Bái, Lạng Sơn, trong đó có hơn 20.000 ha cà phê chè còn lại là cà phê vối, sản lượng đạt trên 800.000 tấn, năng suất bình quân đạt 1,5 tấn nhân/ha [13]

Những năm trở lại đây Việt Nam đã trở thành một trong mười nước có sản lượng cà phê hàng đầu thế giới Lượng xuất khẩu cà phê nhân hàng năm

đứng thứ 3 trên thế giới chỉ sau Brazin, Colombia và đứng đầu thế giới về xuất khẩu cà phê vối, đóng góp 25 - 27% vào kim ngạch xuất khẩu về nông sản của Việt Nam

Cùng với sự phát triển chung của đất nước, thị trường xuất khẩu cà phê Việt Nam không ngừng được mở rộng Trước năm 1990 cà phê Việt Nam chủ yếu xuất khẩu sang Liên Xô, các nước XHCN Đông Âu và một lượng nhỏ sang Singapo, Hồng Kông Đến nay cà phê Việt Nam đã được xuất khẩu sang trên 60 nước trên thế gới, diện tích và sản lượng không ngừng tăng lên theo thời gian [13]

1.2 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của quả cà phê

- Cà phê vối với các giống: Robusta, Kouillon

- Cà phê mít với các giống: Exelsachari

Bên cạnh đó có các loại cà phê chất lượng cao như: Typia, Konumest, Catimo…

Cà phê vối được trồng nhiều nhất chiếm đến 95% sản lượng xuất khẩu

được phân bố chủ yếu ở các tỉnh phía Nam

Nhìn chung quả cà phê gồm có 5 phần chính: 4 lớp vỏ chính là vỏ quả,

vỏ thịt (vỏ nhớt), vỏ trấu và lớp vỏ lụa, trong cùng là nhân [13]

Hình 1.1 Cấu tạo của quả cà phê

Đặc điểm của quả cà phê: Xét từ ngoài vào trong

- Cuống quả: Làm nhiệm vụ nâng đỡ quả và dẫn chất dinh dưỡng từ thân cây để nuôi quả

- Vỏ quả bọc bên ngoài có đặc điểm mềm, khi chín có mầu đỏ hoặc mầu vàng, vỏ của cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít Chiếm 41 - 45% khối lương quả

- Vỏ thịt (vỏ nhớt): Nằm phía trong lớp vỏ quả, chủ yếu là chất ngọt, nhiều nước rễ xay xát Chủ yếu là pectin chiếm 20 - 30% khối lượng quả

- Bên trong vỏ thịt là lớp vỏ trấu: Nó bao bọc chặt lấy thân Là lớp vỏ

12

43

65

- Trong cùng là nhân cà phê, đây là phần quan trọng trong chế biến nên

tỷ lệ thu hồi đòi hỏi phải cao nhất Nhân được chia làm 2 thành phần: phần ngoài có lớp tế bào của nhân cứng, có những tế bào nhỏ nhưng chứa nhiều dầu Phía trong còn có tế bào lớn và mềm hơn Một quả cà phê thường có 1, 2 hoặc 3 nhân, thường chỉ có 2 nhân

Sau quá trình chế biến nhân cà phê phải nguyên vẹn không dập nát, phải

đồng đều khi đó mới được gọi là cà phê có chất lượng cao.(Phụ lục 1.2 và 1.3)

Cà phê có khoảng 500 loài với trên 6000 loại khác nhau Trong số 100 loài thuộc chi coffee chỉ có khoảng 10 loại có giá trị về trồng trọt, kinh tế và thương mại, tiêu biểu là cà phê chè, cà phê vối Trong số này cà phê chè được trồng nhiều nhất chiếm khoảng 70% tổng diện tích cà phê trên thế giới và trên 75% sản lượng cà phê xuất khẩu hàng năm Tiếp theo là cà phê mít nhưng loài này có ý nghĩa kinh tế không đáng kể

Cà phê Arabica (cà phê chè) đây là loại cà phê được trồng nhiều nhất trên thế giới Là loại cây cà phê duy nhất tự thụ phấn Cây thuộc dạng bụi cao từ 3 ữ 5 m, độc thân hoặc nhiều thân lá hình trứng hoặc lưỡi mác Quả hình trứng khuôn dài, khi chín có mầu đỏ tươi hoặc vàng, đường kính quả

từ 10 ữ 15 mm, số lượng quả từ 800 ữ 1.200 quả/kg Quả nhỏ xám xanh, xanh lục, xanh nhạt, 100 nhân khoảng 13 ữ 18g, hàm lượng cafein chứa trong nhân khoảng 1,8 ữ 2% [13]

Cà phê Robusta (cà phê vối) có nguồn gốc từ lưu vực sông CôngGô, vùng miền núi thấp xích đạo và vùng nhiệt đới châu Phi, cây cao từ 5 ữ 7

m, Quả hình trứng tròn, khi chín có mầu đỏ thẫm, vỏ quả dài và cứng hơn

cà phê chè Quả hình dạng bầu tròn, ngắn và nhỏ hơn cà phê chè, có mầu xám, xanh đục và ngà vàng tuỳ theo phương pháp chế biến và bảo quản Trọng lượng trung bình 100 quả từ 13 ữ 16g, hàm lượng cafein trong nhân khoảng 2,5 ữ 3% [13]

Cà phê chari (cà phê mít) có nhiều dạng khác nhau, trong đó loài Exesa chari được trồng khá phổ biến Cây cao từ 15 ữ 20 m, lá hình trứng hoặc lưỡi mác Quả to hình trứng lưỡi hơi dẹt, khi chín có mầu đỏ, vỏ thịt dày và dai có nhiều xơ, trọng lượng 100 quả từ 35 ữ 45g [13]

1.2.2 Thời vụ thu hoạch cà phê

Thời gian từ lúc bắt đầu chín tới chín già của quả cà phê trong khoảng 10

ữ 14 ngày, đa số cà phê chín tập chung trong khoảng 6 ữ 8 tuần Tuy nhiên, do quả cà phê chín không đều do thời vụ thường không kéo dài trong khoảng 10

ữ 12 tuần [13] Tại những vùng có diện tích trồng cà phê lớn, cà phê chín rộ trong thời điểm nhất định, đòi hỏi phải tổ chức khâu thu hoạch và chế biến kịp thời Thời vụ thu hoạch cà phê ở các nước khác nhau do giống cà phê, điều kiện sinh trưởng phát triển, vùng sinh thái và điều kiện khí hậu… Như Brazin thu hoạch từ tháng 4 đến tháng 9, Guatemala từ tháng 8 đến tháng 3 năm sau, Kenya có hai vụ từ tháng 6 đến tháng 9 và từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau Hiện nay, việc thu hái cà phê vẫn dùng phương pháp thủ công là chính thông qua hình thức thu hái quả chín là tuốt cành Phương pháp tuốt cành bằng tay tuy tốn công nhiều nhưng đảm bảo chất lượng cà phê cao, thường

được áp dụng đối với cà phê được chế biến theo phương pháp ướt cho chất lượng cao Còn phương pháp thu hái tất cả cà phê trên cành thường gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của thành phẩm cuối cùng, thường được áp dụng

đối với cà phê chế biến theo công nghệ chế biến khô

ở Việt Nam, tuỳ từng vùng thời vụ thu hoạch cà phê cũng khác nhau Mỗi loài cà phê có thời gian chín và thu hoạch khác nhau, cà phê vối thường chín rải rác, trong khi cà phê chè và cà phê mít chín tập chung hơn

Cà phê chín diễn ra trong 20 đến 40 ngày, trong thời gian đó có khoảng 10

hoạch theo “tầm chín” tức là cà phê chín cả quả là đạt yêu cầu và dùng phương pháp chế biến ướt để chế biến cà phê Nguyên liệu cà phê khi thu hoạch cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: tỷ lệ quả chưa chín dưới 1%, tỷ lệ quả chín trên 90%, tỷ lệ quả xanh ương, gẫy khô không quá 10% ở đầu và giữa vụ, 15 ữ 25% ở các thời kỳ tận thu Cà phê là loại sản phẩm dễ mất phẩm chất vì thế cần phải được đưa vào chế biến không quá 24h kể từ khi thu hái, trong thời gian chờ chế biến phải để cà phê nơi khô ráo, thoáng và không dày quá 40cm (Phụ lục 1.4 & phụ lục 1.8)

1.2.3 Chất lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam

Cà phê của Việt Nam được thế giới đánh giá cao về mùi vị tự nhiên vốn

có của nó Thế nhưng chất lượng cà phê xuất khẩu hiện nay lại không ổn định, thể hiện ở các chỉ tiêu: không đồng đều về kích thước, trọng lượng; hạt có độ

ẩm cao, có nhiều hạt đen, hạt bị lên men, quả nẫu Khi kiểm tra thường có từ

180 ữ 300 lỗi, cá biệt có vùng lên tới 350 ữ 400 lỗi Đó là những lỗi thường lẫn nhiều tạp chất như đất, đá, kim loại, nhựa và cao su…Nhìn chung chất lượng cà phê của Việt Nam chưa cao, chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc

tế và chưa đủ sức cạnh tranh trên thị trường, từ đó dẫn tới giá bán trên thị trường còn thấp

Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cà phê như: Giống, điều kiện sinh trưởng và phát triển, thu hoạch, chế biến, bảo quản, xuất khẩu, và biện pháp quản lý Ngoài các nguyên nhân về đất đai, giống và các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp, chất lượng cà phê xuất khẩu của cà phê Việt Nam chưa cao là do các nguyên nhân sau[13]:

- Từ khâu thu hoạch: hiện nay việc thu hái ở nước ta chủ yếu là thu hái theo kiểu “tuốt cành”, vì vậy nguyên liệu có lẫn các loại quả xanh non, ương, chín nẫu, khô… Làm cho cà phê nhân thường không đồng đều về mầu sắc, nước pha có mùi vị lẫn tạp, không tinh khiết

- Từ khâu chế biến: đây là khâu quyết định đến hương vị tự nhiên của cà phê Nhìn chung công nghệ chế biến cà phê chưa được đầu tư cao, các trang

thiết bị máy móc còn lạc hậu, đơn điệu, chưa tương xứng với sản lượng hàng năm Hiện nay có đến 80% sản lượng thuộc khu vực kinh tế hộ gia đình, nơi còn rất thiếu thốn về cơ sở vật chất để áp dụng quy trình công nghệ chế biến hiện đại Trừ một số doanh nghiệp nhà nước được đầu tư công nghệ chế biến

ướt còn đại đa số sản lượng cà phê xuất khẩu được chế biến theo công nghệ chế biến khô, phơi sấy hết sức thủ công Những điều kiện đó dẫn tới chất lượng cà phê không đồng đều, sản phẩm phạm nhiều lỗi chế biến [13]

- Từ khâu bảo quản: cà phê thuộc kinh tế hộ gia đình không khống chế

được độ ẩm do không có hệ thống kho bảo quản Khi môi trường có độ ẩm cao sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của cà phê làm cho cà phê lên men, mốc, biến mầu và xuống cấp nhanh

- Từ khâu quản lý: Việt Nam đã ban bố các tiêu chuẩn về cà phê (TCVN 1276-72, TCVN 4193-86, TCVN 4193-93) Tuy vậy, những tiêu chuẩn trên chưa mang tầm vóc và đạt tiêu chuẩn quốc tế (ISO 10470-1/6/1993) Đa số các doanh nghiệp buôn bán cà phê lâu nay không tuân theo các TCVN đã ban hành Ngoài ra chất lượng xuất khẩu cà phê Việt Nam bị ảnh hưởng lớn do việc chưa đưa cà phê vào danh mục mặt hàng quản lý chất lượng [13]

- Lµm s¹ch vµ ph©n lo¹i nguyªn liÖu

Cµ phª sau thu h¸i

Ph©n lo¹i kÝch th−íc

Röa vµ ph©n lo¹i

T¹p chÊtQu¶ lÐpT¹p chÊt nhÑT¹p chÊt nÆngX¸t cµ phª qu¶ t−¬i Vá qu¶

Ph¬i, sµng t¹p chÊt

Lµm r¸o n−íc

Sµng t¹p chÊt

Cµ phª qu¶ kh«X¸t kh«

1.2.4.2 Giải thích quy trình công nghệ

a Thu hái nguyên liệu

Để đảm bảo chất lượng cà phê thành phẩm, yêu cầu cần thu hoạch

đúng khi chín rộ Do cà phê quả tươi là loại sản phẩm dễ hư hỏng, vì vậy sau khi thu hoạch cần chuyển nhanh về các cơ sở chế biến thực hiện ngay khâu sơ chế, nếu không kịp vỏ quả lên men gây thối rữa làm ảnh hưởng tới chất lượng cà phê nhân

Hình 1.2 Nguyên liệu cà phê quả tươi sau thu hái

b Làm sạch và phân loại

Loại bỏ các tạp chất như đất đá, kim loại, cành lá, quả xanh, quả hỏng để cho chất lượng cà phê tăng lên khi xát

Thường dùng bể xi phông để thực hiện làm sạch và phân loại Hỗn hợp

được đưa vào bể chứa đầy nước, các loại sỏi đá nặng sẽ chìm xuống dưới, quả khô, quả lép sẽ nổi lên trên và được đẩy qua cửa tràn, quả xanh và quả chín sẽ

được đưa vào máy xát Bể xi phông không phân loại được quả xanh ra khỏi

Hình 1.3 ảnh dây truyền làm sạch và phân loại cà phê

c Xát cà phê tươi

Xát tươi nhằm loại bỏ vỏ quả Vì vỏ quả có chứa nhiều nước, gluxit, prôtein Vỏ quả gây khó khăn trong quá trình chế biến như: Thối rữa, kéo dài thời gian phơi sấy Sau khi xát tươi ta được hỗn hợp vỏ và cà phê thóc ướt có dính nhớt, trong đó cà phê quả còn sót vỏ phải theo tỷ lệ nhất định Hiệu xuất xát tươi càng cao thì tỷ lệ này càng thấp Khi xát phải giữ nguyên hạt, tỷ lệ bị dập hoặc bị xé rách vỏ trấu, vỏ quả và cà phê quả nguyên còn lẫn trong cà phê thóc ướt có tỷ lệ càng ít càng tốt

Các máy xát hiện nay thường dùng là: máy xát kiểu hình trụ Gosdon, máy xát kiểu đĩa, máy xát kiểu Raoeng…

d Tách vỏ nhớt

Sau khi xát tươi, sản phẩm thu được là cà phê thóc ướt có kèm theo nhớt Lớp nhớt này không tan trong nước mà bám vào xung quanh nhân Thành phần chủ yếu của lớp nhớt này là pectin chiếm 5 ữ 6% trọng lượng nguyên liệu tươi Lớp nhớt dính chặt vào vỏ làm trở ngại cho việc phơi sấy và bảo quản cà phê thóc Mặt khác trong lớp nhớt có chứa một lượng đường

khá lớn tạo điều kiện cho nấm mốc, vi khuẩn phát triển Đặc biệt là các vi khuẩn gây trạng thái lên men làm ảnh hưởng tới chất lượng cà phê Vì vậy yêu cầu xát tươi cần loại bỏ ngay lớp nhớt để giữ được mầu sắc cũng như hương vị của quả

Các phương pháp tách nhớt hiện nay thường dùng [13]:

Chỉ tiêu đánh nhớt [16] : Tỷ lệ tách vỏ trấu: 2 ữ 3% (cơ khí Nha Trang)

Tỷ lệ vỏ còn lẫn: 0,5 ữ 1% Đảm bảo sạch nhớt cao

e Xát vỏ cà phê thóc

Nhằm loại bỏ vỏ trấu bao bọc xung quanh nhân cà phê Sau khi xát cà phê nhân rất khó bảo quản, vì vậy người ta xát vỏ cà phê thóc trước khi bán hoặc đưa vào chế biến ở độ ẩm từ 10 ữ 12% thì cà phê thóc khô có vỏ trấu chiếm 9 ữ 15% về khối lượng của cả hạt, lớp vỏ này bám chắc với nhân vì vậy

Sau khi xát sản phẩm chính là cà phê nhân còn lẫn nhiều tạp chất như

cà phê quả còn vỏ, vỏ quả, vỏ trấu…Cho nên trong quá trình xát khô yêu cầu

nhân phải nguyên vẹn, tỷ lệ vỡ nát ở mức tối thiểu Yêu cầu công nghệ trong quá trình xát vỏ thóc:

Tỷ lệ vỏ được bóc lần 1: ≥ 90%

Tỷ lệ hạt vỡ : 2 ữ 3%

Tỷ lệ hạt thu hồi : 65 ữ 80% gồm nhân và hạt vỡ

f Đánh bóng cà phê nhân

Sau khi xát làm sạch và phân loại ta được cà phê nhân còn có lớp vỏ lụa

màu ánh bạc rất mỏng chủ yếu là xenlulo Nó không giúp ích trong quá trình tạo chất lượng cho sản phẩm nên cần loại bỏ Đánh bóng cà phê là vấn đề quan

trọng ảnh hưởng tới chất lượng của cà phê thành phẩm Nguyên tắc chung là dùng ma sát giữa hạt và vỏ máy, giữa hạt và trục máy, giữa hạt và hạt

Sau khi đánh bóng nhiệt độ cà phê không quá 550C, sạch bóng không

được lẫn vỏ trấu quá 1,5% và vỏ lụa đạt chỉ tiêu ở bảng sau:

Loại cà phê Độ sạch vỏ lụa so với

khối hạt (%) Arabica 90 Robusta 80 Chari 70 Hạt đạt 1/2 diện tích bóc vỏ lụa trở lên được coi là hạt sạch vỏ lụa (Có qui định vỏ trong tiêu chuẩn cà phê nhân TCVN-1276-72)[13]

h Phân loại cà phê nhân

Sau khi đánh bóng hạt cà phê song ta cần phân loại hạt cà phê nhân để

có chất lượng cao

- Phân loại theo kích thước: nhằm tạo sự đồng đều về hình dáng hạt cho

sản phẩm Với cách này ta thường dùng sàng

- Phân loại theo trọng lượng: ta thường dùng quạt gió để phân loại dựa trên nguyên tắc: Hạt có độ ẩm thấp thì trọng lượng riêng ít hơn so với hạt có

độ ẩm cao và do đó dùng sức gió hạt nhẹ sẽ văng xa hơn

- Phân loại theo mấu sắc: nhằm mục đích tăng giá trị thành phẩm của khối hạt, loại bỏ hạt bị mốc, thối hỏng, sâu, vỡ…với sản xuất nhỏ lẻ thì thường dùng tay để phân loại, còn dùng máy thường tập trung ở các nhà máy lớn

Hình 1.4 Cà phê nhân thành phẩm

1.3 tìm hiểu công nghệ và thiết bị làm sạch, phân loại cà phê trong và ngoài nước

1.3.1 Thiết bị làm sạch và phân loại cà phê ở nước ngoài

Làm sạch và phân loại cà phê là một trong những khâu rất quan trọng bởi vì nó quyết định tới năng xuất, chất lượng của cà phê thành phẩm sau này Chính vì vậy các nước trên thế giới đã không ngừng nghiên cứu tìm ra những phương pháp mới nhằm làm tăng hiệu quả cho việc chế biến cà phê nói chung

và khâu phân loại nguyên liệu nói riêng

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, diện tích trồng cà phê không ngừng tăng lên, đòi hỏi việc phân loại cà phê sau khi thu hái phải nhanh hơn mà vẫn đảm bảo chất lượng Các phương pháp làm sạch sơ bộ có thể quy

được tạp chất kích thước lớn, tiếp tục sàng thứ hai tách tiếp các tạp chất trung bình, sàng cuối ta tách được gần như hết các tạp chất với kích thước nhỏ

b Phân loại theo hình dạng quả cà phê

Dựa vào sự khác nhau giữa hình dạng của nguyên liệu và tạp chất người

ta dùng: sàng rung với các kiểu lỗ khác nhau (sàng lỗ tròn, lỗ dài, lỗ dẹt, trống phân loại) Đây là loại có nhiều ưu điểm phân loại được nhiều loại quả khác nhau lên được dùng khá phổ biến

c Làm sạch và phân loại bằng nước

Để làm sạch và phân loại cà phê bằng nước, người ta thường sử dụng bể

xi phông và máy rửa Về bản chất đây chính là quá trình phân loại cà phê dựa trên trọng lượng riêng của chúng

Mục đích dùng bể xi phông

- Tách tạp chất nặng ngay từ đầu tránh gây hư hỏng máy

- Tách tạp chất nhẹ giúp khối nguyên liệu thuần khiết hơn

- Làm mềm và rửa sạch quả giúp cho máy bóc vỏ tươi làm việc dễ dàng

- Lợi dụng sức nước để đẩy khối quả cà phê vào máy xát tươi một cách

điều hoà

Nhiệm vụ của máy rửa - phân loại cà phê trong dây chuyền chế biến là tách các tạp chất nặng, tách cà phê quả nổi, làm mềm và rửa sạch cà phê quả tươi trước khi đưa vào máy xát (phụ lục 1.9 và phụ lục 1.10) [16]

Nguyên lý làm việc cuả bể xi phông dựa vào sự khác nhau về trọng lượng riêng của quả cà phê và các tạp chất so với tỷ trọng của nước để loại

bỏ các tạp chất nặng, tạp chất nhẹ, phân loại nguyên liệu trước khi đưa vào máy xát Nguyên liệu được đưa vào bể xi phông, nước liên tục được cấp vào

bể Lượng nước được tràn theo cửa xả trên miệng bể xi phông kéo theo tạp chất nhẹ và quả nổi ra ngoài Các quả lơ lửng được lượng nước chảy qua ống xi phông kéo theo đưa vào máy xát Tạp chất nặng chìm xuống đáy và

được lấy ra ngoài bằng cửa thoát

Tổng hợp kết quả điều tra một số cơ sở chế biến tại những vùng sản xuất cà phê chè: Sơn La, Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Trị, Lâm Đồng, Đắc

+ Bể xi phông có hồi lưu nước của hãng Pennegos - Colombia:

Nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc của nó gần giống với bể xi phông không hồi lưu nước Chỉ khác là có thêm các bộ phận để giữ lại và tái

sử dụng nước Gồm một sàng lỗ tròn đặt nghiêng với độ dốc khoảng 450 tại cửa ra cà phê quả nổi, một bể chứa cà phê quả chắc và nước, một sàng lỗ tròn

đặt nghiêng 450 tại phễu chứa phía trên máy xát để tách nước khỏi cà phê trước khi đưa vào máy xát, một bơm đẩy cà phê lên cao và các ống dẫn

Hình 1.6 Bể xi phông hồi lưu nước Pennegos - Colombia

Quá trình làm việc: cà phê nguyên liệu được đưa tới sàng tạp chất kiểu sàng ống tại đây các tạp chất như cành lá, đất cát nhỏ được tách ra, cà phê quả tươi được đẩy tới bể xi phông, lượng nước tràn qua cửa xả trên thành bể kéo theo cà phê quả nổi đi qua sàng tách nước, nước được giữ lại và chảy vào bể chứa quả chắc, còn quả nổi chảy ra ngoài Trong khi đó những quả chắc theo ống xi phông được chảy tới bể chứa quả chắc Một bơm đẩy đặt trong bể chứa

cà phê quả chắc đẩy nước và quả cà phê tới phễu chứa phía trên máy xát Quả

cà phê trượt dọc theo sàng để vào khoang chứa quả của phễu rồi vào máy xát, nước lọt qua lỗ sàng vào khoang chứa nước và chạy trở lại bể xi phông

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, ít hư hỏng

- Nhờ hồi lưu nên tiết kiệm nước

Nhược điểm:

- Tốn thêm thiết bị như bơm đẩy

- Chỉ thích hợp với những dây chuyền có cỡ năng suất nhỏ

- Cồng kềnh hơn máy rửa, phân loại

Bể xi phông có cấu tạo đơn giản, chắc chắn ít hư hỏng, song chiếm nhiều diện tích và tốn nước Do vậy ngày nay thế giới cũng hạn chế dùng, chủ yếu sử dụng máy rửa và phân loại

Máy rửa và phân loại có cấu tạo gồm một sàng lắc đặt ở đầu thiết bị để làm sạch sơ bộ các tạp chất nhẹ như cành lá, rác, đất bẩn…thùng rửa phân loại quả xanh chín, tạp chất nặng (sỏi, đá…) đặt ở giữa, một sàng lắc đặt ở cuối thiết bị để vận chuyển quả xanh ra ngoài, quả chín vào máy xát Trong thùng rửa có bơm nước và các khoang: khoang chứa nước, khoang tách quả xanh, khoang tách quả chín và các sàn xả kiểu sàng lắc hoặc bơm gạt

Sơ đồ máy rửa và phân loại được thể hiện trên hình như sau:

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên liệu sau khi đi qua hệ thống sàng lắc để tách các tạp chất cành lá, các tạp chất khô và nhân cà phê bị tách ra được đưa tới máy rửa và phân loại Tai đây một dòng chảy cưỡng bức do bơm tạo ra đẩy khối nguyên liệu lên phía trước Trên đường đi, qua khoang tách tạp chất nặng, những tạp chất nặng chìm xuống dưới và được xả ra ngoài qua máng nghiêng Tạp chất nhẹ

và quả nổi theo dòng nước tràn đẩy tới một sàn xả khác hoặc bơm gạt đưa ra ngoài Còn lại các quả tươi chìm lơ lửng được dòng nước chảy ngầm dưới vách ngăn đẩy tới máy xát

Thiết bị rửa có cấu tạo phức tạp hơn bể xi phông nhưng nhỏ gọn và tốn ít nước, đá sỏi được tự động xả ra liên tục Sau đây là sự so sánh chỉ tiêu của bể

xi phông và máy rửa.(Phụ lục 1.7)

1.3.2 Thiết bị làm sạch, phân loại cà phê ở trong nước

Cùng chung với thế giới, giai đoạn đầu ở nước ta phân loại cà phê chủ yếu dùng bằng tay Những năm trở lại đây đi đôi với yêu cầu tăng nhanh về diện tích và sản lượng cà phê Một đòi hỏi đặt ra là các trang thiết bị chế biến phải không ngừng đổi mới về cả quy mô và trình độ khoa học kỹ thuật để góp phần vào việc nâng cao chất lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam

Các cơ sở sản xuất cà phê của Việt Nam cũng chủ yếu sử dụng bể xi phông hoặc máy rửa Tuy nhiên tình hình sử dụng thiết bị trong nước cũng không đồng đều.(phụ lục 1.6)

Các máy rửa và phân loại đang sử dụng ở nước ta chủ yếu nhập ngoại từ hãng Pinhalense - Brazin Còn ở trong nước có ba cơ sở cơ khí lớn sản xuất là: cơ khí Vinacàphê Nha Trang, Công ty cơ khí Nha Trang, Công Ty Cơ Điện Xây dựng và Thuỷ Lợi.(Phụ lục 1.5)

Hình 1.8 Máy rửa phân loại RPL – 5 của Công ty Cơ điện và PTNT Hà

Nội

+ Máy rửa, phân loại có bộ phận

tách nước và quả kiểu guồng gạt RPL –

5 của Công ty Cơ điện và PTNT Hà Nội

Nguyên lý cấu tạo: máy bao gồm

bơm nước, khoang chứa nước, khoang

tách tạp chất nặng, khoang tách các quả

nổi, khoang tách các quả chìm, các

guồng gạt quả và sàng tạp chất

Quá trình làm việc: cà phê nguyên

liệu được đưa tới sàng tạp chất, cà phê

được guồng gạt gạt ra ngoài còn nước rơi trở lại khoang chứa nước Trong khi

đó những quả chìm được dòng nước chảy ngầm dưới vách ngăn đẩy sang ngăn tách quả chìm, guồng gạt gạt quả qua sàng đục lỗ tới gầu tải, nước lọt qua lỗ sàng rơi trở lại khoang chứa nước

+ Máy rửa, phân loại có bộ phận tách nước và quả kiểu sàng lắc LSC – 10P của Pinhalense – Brazil và MRQ –3, MRQ –5 của Xí nghiệp Cơ khí Vina

cà phê Nha Trang

Hình 1.9 Máy rửa – phân loại LSC 10P của Pinhalense Brazil

Nguyên lý cấu tạo: máy rửa phân loại cà phê kiểu Brazil bao gồm một

số bộ phận chính như sàng tách tạp chất, bể rửa và sàng tách nước

Sàng tách tạp chất là loại sàng lắc nhận dao động từ cơ cấu lệch tâm Sàng

gồm hai đoạn là sàng tách tạp chất nhỏ và sàng tách tạp chất lớn Đoạn đầu sàng tách tạp chất nhỏ và đoạn cuối sàng tách tạp chất lớn

Bể rửa: trong bể rửa được chia làm ba ngăn: đoạn đầu là ngăn rửa và tách

đá sỏi, đoạn giữa là ngăn phân loại quả chắc và quả lép, đoạn cuối cùng và phía dưới hai ngăn trên là ngăn chứa nước cung cấp cho bơm

Sàng tách nước: loại sàng lắc nhận dao động từ cơ cấu lệch tâm Gồm hai

sàng có cấu tạo tương tự như đoạn sàng tách tạp chất nhỏ nằm song song với nhau ở phía sau cửa ra quả chắc và quả lép của ngăn phân loại

+ Nhận xét

Kết quả điều tra khảo sát cho thấy hiện nay bể xi phông không hồi lưu nước loại bê tông và loại bằng kim loại ít được sử dụng vì nó có nhiều nhược

điểm như cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, tiêu hao nhiều nước, không xả

được tạp chất nặng liên tục Loại bể xi phông hồi lưu nước theo kiểu của Pennagos - Colombia chỉ phù hợp ở những dây chuyền có năng suất thấp dưới

2 tấn quả/h Với những dây chuyền có năng suất cao trên 2 tấn quả/h nên sử dụng các loại máy rửa, phân loại vì nó có ưu điểm như nhỏ gọn, tiêu thụ ít nước, đá sỏi được xả liên tục và tự động

1.4 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

1.4.1 Mục đích

Khảo sát một số thông số ảnh hưởng đến quá trình làm sạch và phân loại

cà phê quả tươi theo phơng pháp ướt

1.4.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu tình hình sản xuất và thương mại cà phê trong nước và trên thế giới

- Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của quả cà phê tươi

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để từ đó xác định một số thông số cơ bản về cấu tạo và chế độ làm việc của máy làm sạch và phân loại cà phê

- Đưa ra một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm để xác định ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm, năng suất và chi phí năng lượng riêng

Chương 2

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Sản phẩm cà phê nguyên liệu sau khi phân loại qua bể xi phông được

đưa tới máy xát Chính vì vậy yêu cầu nguyên liệu phải sạch, đảm bảo chất lượng cho quá trình xát Hiện nay, các cơ sở sản xuất và chế biến cà phê đang

sử dụng các thiết bị làm sạch và phân loại cả ở trong và ngoài nước

Xuất phát từ tình hình trên, chúng tôi chọn phương án khảo sát một

số thông số ảnh hưởng tới quá trình làm sạch và phân loại cà phê quả tươi theo phương pháp ướt Các thiết bị được khảo sát là những máy trong và ngoài nước

Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy làm sạch và phân loại cà phê quả

- Sàng tách tạp chất: loại sàng lắc nhận dao động từ cơ cấu lệch tâm Sàng gồm hai đoạn là sàng tách tạp chất nhỏ và sàng tách tạp chất lớn Đoạn

đầu sàng tách tạp chất nhỏ và đoạn cuối sàng tách tạp chất lớn

- Bể rửa: trong bể rửa được chia làm ba ngăn: đoạn đầu là ngăn rửa và tách đá sỏi, đoạn giữa là ngăn phân loại quả chắc và quả lép, đoạn cuối cùng

và phía dưới 2 ngăn trên là ngăn chứa nước cung cấp cho bơm

- Sàng tách nước: loại sàng lắc nhận dao động từ cơ cấu lệc tâm Gồm hai sàng có cấu tạo tương tự như đoạn sàng tách tạp chất nhỏ nằm song song với nhau ở phía sau cửa ra quả chắc và quả lép của ngăn phân loại

Trên sơ sở máy làm sạch và phân loại cà phê quả tươi của hãng Pinhalese của Brazin và một số máy nội địa, chúng tôi khảo nghiệm ở các vùng nguyên liệu khác nhau

Cà phê nguyên liệu cung cấp cho sàng lắc 1 (Đoạn đầu sàng lỗ nhỏ,

đoạn cuối sàng lỗ lớn) Khi lớp nguyên liệu đi qua đoạn sàng lỗ nhỏ, quả cà phê và tạp chất lớn chuyển động trên mặt sàng, các tạp chất nhỏ (cát, sạn, cuống quả) lọt qua lỗ sàng rơi ra ngoài Khi lớp nguyên liệu chuyển động qua đoạn sàng lỗ lớn, các tạp chất lớn (cành lá) chuyển động trên mặt sàng

và đi ra ngoài qua một cửa riêng, quả cà phê lọt qua lỗ sàng kết hợp với dòng nước rửa sơ bộ được đưa tới ngăn rửa và tách đá sỏi 2 Tại đây có một dòng chảy cưỡng bức do bơm nước 7 đẩy từ dưới lên tạo cho quả cà phê chuyển động hỗn loạn, tạp chất nặng (đá, sỏi) lắng xuống dưới qua phễu tách đá 3 và thu đá sỏi 8 sau đó được đẩy ra ngoài qua cửa riêng Do nguyên liệu và nước rửa sơ bộ được cung cấp liên tục từ sàng lắc 1 kết hợp

nước sẽ bị dòng nước cuốn sang ngăn bên và được đẩy ra ngoài Nước lọt qua sàng rơi xuống bể chứa 6 tiếp tục quay trở lại cung cấp cho bơm 7

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, chúng tôi xác định

được ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng sản phẩm sau phân loại, qua đó rút ra các giá trị tối ưu để làm cơ sở thiết kế, tính chọn kết cấu máy và chế độ làm việc của thiết bị

Có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm, năng suất, chi phí năng lượng riêng, đó là:

- Tốc độ lắc của sàng thông qua cơ cấu lệch tâm

- Bố trí lỗ sàng

- Lượng nước cung cấp để giúp bơm làm khối quả “sôi”

- Độ chín của quả

- Độ đồng đều về kích thước của nguyên liệu

- Khối lượng quả cung cấp vào máy

Và còn nhiều yếu tố khác

Ta không thể đưa tất cả yếu tố nêu trên vào quy hoach thực nghiệm mà chỉ có thể chọn một số các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng phân loại quả tươi, năng xuất máy và chi phí năng lượng riêng Bằng phương pháp thực nghiệm tôi đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất là các yếu tố sau:

- Số vòng quay của cơ cấu lệch tâm n (v/p)

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố

Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của từng yếu tố vào tới các thông số ra, qua đó tìm được mức biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của từng yếu tố, làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

Nguyên tắc của nghiên cứu đơn yếu tố là cố định các yếu tố khác, chỉ thay đổi một yếu tố xác định, theo dõi ảnh hưởng của yếu tố đó tới các

thông số ra

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu đa yếu tố

Phương pháp này còn gọi là phương pháp qui hoạch thực nghiệm, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố tới thông số mục tiêu

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép nghiên cứu sự ảnh hưởng

đồng thời của nhiều yếu tố vào tới từng thông số ra, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố giảm được số lần thí nghiệm xác định được đầy đủ ảnh hưởng của các yếu tố tới thông số cần nghiên cứu từ đó xác định điều kiện tối

ưu của các thông số

Các yếu tố đầu vào và ra của máy được mô tả theo sơ đồ sau:

Trong đó:

Các kí hiệu của thông số vào

X1: Số vòng quay của cơ cấu lệch tâm, (v/ph)

Tiến hành chọn mức biến thiên của các yếu tố bao gồm: Mức cơ sở, mức trên và mức dưới, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu[14]

Giá trị thực của yếu tố được mã hoá theo công thức:

(2.1)

(2.2)

xi - Giá trị mã hoá của yếu tố thứ i (i=1 ữ m),m là số yếu tố, ở đây m = 3

εi - Khoảng biến thiên của yếu tố i

Các giá trị xit, xoi, xid có giá trị mã hoá là: +1, 0 ,-1

- 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, hoặc bậc 3

Qua kết quả nghiên cứu đơn yếu tố cho ta thấy mối quan hệ giữa các yếu tố vào tới các thông số ra là không tuyến tính vì vậy chúng tôi chọn phương án thực nghiệm bậc hai ở đây, chúng tôi áp dụng phương pháp quy hoạch bậc hai của Box - Wilson [14] Ma trận thí nghiệm được lập theo phương án này có số thí nghiệm là:

N = 2m + Nα + N0 (2.3) Trong đó: 2m - Số thí nghiệm ở mức trên và dưới

Nα = 2.m - Số thí nghiệm ở mức phụ gọi là các điểm sao

N0 - Số thí nghiệm ở mức cơ sở

m - Số yếu tố Theo bảng tính sẵn với m = 3 thì tổng số thí nghiệm là 20 thí nghiệm, bao gồm: 8 thí nghiệm ở mức trên và dưới, 6 thí nghiệm ở mức ‘’sao’’, 6 thí nghiệm ở mức trung tâm

Mô hình toán được biểu diễn bằng phương trình hồi quy:

i

oi i i

x x x

x

x ư

=ε

(2.4) Các hệ số hồi qui của phương trình trên được tính theo công thức: [14]

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8) Các hệ số aj(j = 1ữ 6) được xác định theo công thức:

(2.9)

(2.10)

(2.11) (2.12) (2.13) (2.14) Trong đó p là hệ số mũ rút gọn Với phương án đầy đủ p = 0

+

i i ii m

i j

j i ij m

i m

i i

b b

y

1 2 1

1

1 1

1

2 1

5 1

1 0

b

1 2

b

1 3

i N

u u N

u u iu

b

1 2 1

6 1

5 1

2 4

2 2

) ( 1

)22

()2(

2+

ư+

+

m m

N

m a

2 2

2.22

1

p m p

1

2 2 1

5 Na a a

m

)(

1

4 5 2

ư+

Víi m = 3; N = 20 th× ta tÝnh ®−îc:

a1 = 0,16627 a3 = 0,125 a5 = 0,05676

a2 = 0,07322 a4 = 0,0625 a6 = 0,0068

- KiÓm tra møc ý nghÜa c¸c hÖ sè håi quy: tiÕn hµnh kiÓm tra møc ý

nghÜa cña c¸c hÖ sè håi quy theo tiªu chuÈn student Tr−íc hÕt ta tÝnh ph−¬ng sai vµ c¸c sai sè S2b0; S2bi; S2bii; S2bij cña c¸c hÖ sè håi quy theo ph−¬ng sai c¸c sai sè thÝ nghiÖm S2y

Ph−¬ng sai vµ c¸c sai sè thÝ nghiÖm cã thÓ tÝnh theo c¸c gi¸ trÞ cña th«ng

1

2 2 1

0 1

2 0 2

N

u u y

o

y

1

)(

0 1

2 0 0

N

u u

Ta tính các tỷ số theo các công thức:

Đối chiếu với tiêu chuẩn Student tra bảng tìm tb với định mức ý nghĩa α

=0,05, bậc tự do với f = N0-1 Các hệ số hồi quy có ý nghĩa khi các hệ số tbo;

tbi; tbị; tbii > tb ngược lại thì vô nghĩa ta loại bỏ hệ số đó

- Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán: Để thực hiện được công

việc kiểm tra trước hết ta phải tính phương sai thích ứng theo công thức sau:

(2.25)

ytt là giá trị tính toán từ phương trình hồi quy

yu là giá trị trung bình của các thông số ra ở các mức

là giá trị trung bình của thông số ra của các thí nghiệm ở mức cơ sở

m là hệ số hồi quy có nghĩa

S

b

)1()

1(

)(

)(

0 0

2 0 2

S S N

m N

y y y

tt tu

R y y

S

1

) (

2

1

0 ) (

E y y S

0

y

2 2

y

tuS S

F =

- Phương pháp chuyển từ dạng mã sang dạng thực:

Để mô tả quá trình nghiên cứu bằng mô hình toán, thể hiện mối quan hệ

giữa Yj và xi ta cần phải chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng

thực bằng cách thay công thức (2.1) vào công thức (2.2) ta được công thức

sau:

(2.26) Trong đó: c0; ci; cij, cii là các hệ số phương trình hồi quy dạng thực

Xác định giá trị tối ưu của thông số ra: Sau khi đã lập được phương trình

hồ quy bậc hai Y = f(x) ta có thể xác định được giá trị cực trị của hàm Y bằng

cách đạo hàm riêng đối với mỗi yếu tố và cho đạo hàm bằng 0 ta sẽ được một

hệ phương trình tuyến tính

(2.31)

i = (1 ữ m); m là số yếu tố

Giải hệ phương trình trên ta sẽ xác định được các giá trị x1; x2; x3 Thay

các giá trị này vào hàm Y ta sẽ xác định được các giá trị cực trị của hàm đó

2.2.4 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát

Sau khi xác định được mô hình toán, các hàm thành phần Yj (j = 1 ữ p; p

là số hàm thành phần) Ta tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp

của E.Harrington gồm các bước sau:[6 và 7]

- Đồng nhất hoá các hàm Yj, do các hàm thành phần có các thứ nguyên

khác nhau hàm Y1 có thứ nguyên là %, hàm Y2 có thứ nguyên là kWh/tấn Vì

thế phải đồng nhất các hàm Yj chuyển chúng sang dạng đặc trưng gọi là “hàm

i j

j i p k

i i

c c

Y

2 1

1

1 0

ij k

j

b

i

i i

b b

c

i

1

0 0 1

1

0 0

j k

iJ i

j i

ij ij

b c

εε

2

I

ij ii

b c

ε

=

mong muốn” thành phần dj = f(Yj), dj là đại lượng không số đo và biến đổi

trong khoảng từ 0 ữ 1, dj = 1 khi Yj có giá trị tốt nhất Các “hàm mong muốn”

thành phần dj được thành lập theo công thức:

dj = exp[- exp(-Yj)] (2.32)

(2.33)

Yjmin(max) – Giá trị thực nghiệm của hàm Yj khi dj = 0,37

Yj0 – Giá trị tốt nhất của hàm mong muốn Yj

k – Hệ số ưu tiên, k = 3 ữ 5

Trong trường hợp nghiên cứu của đề tài các hàm Yj là đại lượng bị chặn một

phía Yj < Yjmax đồ thị hàm mong muốn thành phần dj = f(Yj) khi Yj bị chặn một

phía

Hình 2.2 Đồ thị hàm mong muốn khi Y j bị chặn một phía

- Lập hàm mong muốn tổng quát

Sau khi đã có hàm thành phần dj tương ứng với Yj ta lập hàm mong

muốn tổng quát D dưới dạng tính theo công thức sau:

k Y

Y

Y Y Y

j jo

j j j

min(max)

min(max) '

0 0,20 0,37

j

muốn” tổng quát D cho từng thí nghiệm của ma trận Lúc này hàm D được coi như một hàm hồi qui nào đó, việc xác định mô hình toán, kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui, kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán hàm D

được xác định tương tự như khi xác định cho các hàm thành phần Yj

Ta nhận thấy các hàm Yj có thể có cực trị ngược nhau trong khoảng nghiên cứu của các yếu tố xi Sau khi đồng nhất hoá các hàm dj theo công thức (2.34) thì tất cả các hàm dj đều là những hàm có giá trị cực đại và bị chặn một phía bởi vì dj < 1 Từ đó ta rút ra hàm D tính theo công thức (2.34) cũng là hàm có giá trị cực đại và bị chặn một bên bởi 1

Sau khi xác định được mô hình toán của hàm D, ta cũng tiến hành giải tối ưu tương tự như tìm cực trị đối với các hàm thàn phần Yj Kết quả giải tối ưu tổng quát đã xác định được giá trị tối ưu chung cả các yếu tố vào cho tất cả các thông số ra Thay giá trị tối ưu này vào các hàm thành phần

Yj , ta xác định được giá trị tối ưu tổng quát của các thông số ra

2.3 Phương pháp thực nghiệm đo đạc và gia công thí nghiệm

2.3.1 Phương pháp thực nghiệm đo đạc

2.3.1.1 Phương pháp xác định mức tiêu thụ điện năng riêng

Mức tiêu thụ điện năng riêng Nr được xác định bằng phương pháp pháp

đo điện thông dụng: dùng công tơ điện để đo điện năng trong mỗi lần thí nghiệm Oát kế để xác định công suất cần thiết, các đồng hồ điện: Vôn kế, ampekế, cosϕ kế, để xác định điện áp U và dòng điện I và hệ số cosϕ Các chỉ

số này cho phép kiểm tra điện áp, tính toán công suất và điện năng, kiểm tra

đối chiếu với chỉ số của oát kế và công tơ điện

Để tăng độ chính xác trên đĩa công tơ điện chúng tôi chia đĩa của công tơ

ra làm 8 khoảng nhỏ, do hệ số đo của công tơ là k = 240 v/Kwh nên mỗi khoảng có giá trị tương ứng là 1/8.240 (kWh)