TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Tổng quan đề tài
Ứng dụng công nghệ cao trong dịch vụ hiện nay đang mở ra nhiều cơ hội và thách thức Cần đảm bảo máy pha cà phê dễ sử dụng, hiệu quả và phù hợp với nhu cầu người tiêu dùng, đồng thời có giá thành hợp lý Việc thiết kế và chế tạo máy cần chú trọng vào tính nhỏ gọn, dễ bảo trì và không phức tạp Kích thước máy nên nhỏ gọn để phù hợp với hộ gia đình, và khi hệ thống cơ khí cùng điều khiển được tối ưu, có thể mở rộng quy mô toàn bộ hệ thống.
Tình hình trong nước
Nhiều doanh nghiệp hiện nay chuyên sản xuất và kinh doanh các thiết bị pha chế cà phê với tốc độ hoạt động nhanh, công suất lớn và chất lượng hảo hạng Những máy pha cà phê chuyên nghiệp này không chỉ có chi phí đầu tư hợp lý mà còn đảm bảo độ bền cao, giúp tạo ra những ly cappuccino, latte và espresso thơm ngon với hương vị đậm đà.
Chỉ mới xuất hiện trong khoảng một thập kỷ gần đây tại Việt Nam, máy pha cà phê đã nhanh chóng trở thành lựa chọn ưa thích của các quán cà phê vừa và nhỏ, văn phòng, nhà hàng và khách sạn.
+ Một số hình ảnh vế máy pha cà phê được du nhập vào nước ta
Hình 2.1 máy pha cà phê du nhập vào nước ta
+ Một số hình ảnh về máy pha cà phê được nước ta sản xuất
Giá thành cao khiến nhiều quán cà phê nhỏ mới hoạt động chọn đầu tư vào trang thiết bị đa chức năng để tiết kiệm chi phí và nâng cao năng suất Hầu hết các chủ quán chưa chuyên sâu về công nghệ, tập trung vào dụng cụ pha chế truyền thống Chỉ một số ít công ty nước ngoài nghiên cứu và phát triển thành công công nghệ trong pha chế Mô hình pha cà phê syphon và thiết bị ứng dụng cao cho thức uống sạch là một khía cạnh mới cần được mở rộng tại Việt Nam.
Một số hình ảnh về pha cà phê truyền thống
-Gọn , nhẹ , dễ vệ sinh
-Thiết kế kém tinh xão
-Mất nhiều thời gian để pha chế
-Chất lượng cà phê không được ngon
-Sử dụng lâu dài xẽ làm tấm phin rĩ xét ảnh hưởng sức khỏe người tiêu dùng
Tình hình trên thế giới
Ngành dịch vụ đồ uống đang không ngừng phát triển nhờ sự hỗ trợ của khoa học kỹ thuật, với những cải tiến và nâng cấp liên tục mỗi ngày.
Hiện thực hóa ý tưởng ứng dụng công nghệ cao trong thực tế, các phòng thí nghiệm nghiên cứu đã phát triển các mô hình giúp triển khai những phương pháp sản xuất thực phẩm sạch.
Khoảng cách giữa kiến thức từ nhà trường và nhu cầu thực tiễn trong đời sống đã được thu hẹp, đảm bảo chất lượng và sản lượng cao cho ngành dịch vụ đồ uống Nhu cầu về thức uống đang tăng nhanh và trở nên đa dạng hơn, cho thấy sự phát triển bền vững của ngành này Ngành dịch vụ đồ uống ngày càng tổ chức hài hòa, đồng bộ với cơ giới hóa, hóa học hóa và điện khí hóa nông nghiệp, tránh mâu thuẫn và hạn chế lẫn nhau giữa các hướng phát triển Những giải pháp được đưa ra không chỉ đảm bảo sự hài hòa mà còn tạo ra sự hỗ trợ và cộng hưởng, mang lại hiệu quả tổng hợp cho toàn xã hội.
Một số hình ảnh về pha cà phê của thế giới Ưu điểm
Thiết kế tinh xảo để tạo ra những ly cà phê hương vị hoàn hảo nhất
Có hệ thống tự điều chỉnh nhiệt độ
Hệ thống cấp nước ngoài: kiểm soát lượng nước đầu vào
Sản phâm ngon , đậm đà hương vị
Khi hu hỏng khó tìm linh kiện thay thế
Vấn đề tồn tài và hướng giải quyết vấn đề
Vấn đề lớn nhất hiện nay trong ngành cà phê là kết cấu và chi phí sản xuất cao do tích hợp nhiều chức năng Việc kết hợp các chức năng để phát triển hệ thống pha cà phê sạch là một thách thức phức tạp, đòi hỏi sự nghiên cứu và đóng góp ý kiến từ nhiều lĩnh vực khác nhau.
Khi chọn mua máy pha cà phê công nghiệp công suất lớn, thương hiệu là yếu tố quan trọng nhất cần lưu ý Những máy pha cà phê đến từ Châu Âu, đặc biệt là Ý và Pháp, như La Marzocco, Rancilio, Nuova Simonelli và Faema, thường có chất lượng vượt trội và tích hợp nhiều tính năng, mặc dù giá thành thường cao hơn đáng kể.
Hình 2.5 Cà phê được pha từ máy công nghệ cao
Máy pha cà phê cần có khả năng giữ nhiệt độ ổn định và điều chỉnh nhiệt độ hiệu quả Nhiệt độ lý tưởng để pha một tách cà phê ngon là từ 90 đến 95 độ C.
C, mỗi loại cà phê sẽ được pha chế ở những mức nhiệt độ khác nhau, điều này đảm bảo đồ uống của bạn luôn được đa dạng
Trong bối cảnh kinh tế Việt Nam hiện nay, việc thiết kế máy tích hợp nhiều chức năng với chi phí thấp là rất cần thiết Cần tận dụng các nền tảng công nghệ và phát triển tự động hóa trong nông nghiệp Sự phát triển tự động phải đi đôi với quảng bá và kết nối Internet, trở thành xu hướng tất yếu Nhóm nghiên cứu hướng đến việc tạo ra mô hình nhỏ gọn, thông minh, đơn giản, phù hợp với mọi lứa tuổi, đáp ứng nhanh chóng nhịp sống hối hả của xã hội hiện đại.
MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của đề tài
Để xây dựng nền dịch vụ đồ uống hiện đại, cần tập trung vào năng suất, chất lượng và tính cạnh tranh cao, đồng thời bảo vệ môi trường Việc áp dụng các công nghệ xử lý đất và sử dụng các nút nhấn đơn giản trong pha chế không chỉ giúp giữ lại tinh túy của ly cà phê mà còn tiết kiệm chi phí và thời gian linh hoạt.
Những chiếc máy pha cà phê đẹp, gọn và bền bỉ luôn thu hút sự chú ý của chủ quán cà phê, nhà hàng và khách sạn hiện đại Với thiết kế bắt mắt, công suất lớn và độ bền cao, chúng tích hợp nhiều tính năng ưu việt Được chế tạo từ vật liệu inox, thép không gỉ và thủy tinh, máy pha cà phê không chỉ mang đến vẻ đẹp sang trọng, tinh tế mà còn có khả năng giữ nhiệt tốt, trở thành chuẩn mực cho máy pha chuyên nghiệp tại Việt Nam hiện nay.
Khi lựa chọn máy pha cà phê, yếu tố quan trọng nhất là xác định nhu cầu sử dụng trong kinh doanh Công suất của máy pha cà phê thường được đánh giá dựa trên nhiều yếu tố khác nhau.
- Số lượng tách cà phê phục vụ mỗi ngày ( Đảm bảo nhu cầu kinh doanh lẫn việc sử dụng của hộ gia đình)
-Công suất máy pha: máy sử dụng điên 220V.,công xuất 1500-2500W
-Kích thước nồi hơi : Kích thước nồi hơi cho bạn biết khả năng cung cấp hơi nước và nước nóng của máy.(400ml)
Một yếu tố quan trọng khi pha cà phê là khả năng giữ nhiệt độ ổn định và điều chỉnh nhiệt độ của máy pha Nhiệt độ lý tưởng để tạo ra một tách cà phê thơm ngon nằm trong khoảng từ 90 đến 95 độ C.
C, mỗi loại cà phê sẽ được pha chế ở những mức nhiệt độ khác nhau, điều này đảm bảo đồ uống của bạn luôn được đa dạng
Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Thứ nhất ý nghĩa từ Siphon
Từ "Siphon" (có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp cổ đại), đôi khi được viết là "Syphon", chỉ đến các thiết bị liên quan đến dòng chảy của chất lỏng qua ống Trong ngữ cảnh cụ thể hơn, thuật ngữ này mô tả nguyên lý bình thông nhau, theo đó "mực mặt thoáng của chất lỏng trong các nhánh của bình thông nhau luôn luôn bằng nhau khi chất lỏng đứng yên."
Tóm gọn là “nước sẽ truyền từ chỗ cao hơn sang chỗ thấp hơn thông qua một đường ống”
Với bình cà phê Syphon, bạn có thể kiểm soát nhiệt độ, thời gian pha và các yếu tố quyết định đến hương vị cà phê Mặc dù cần thời gian để làm quen, nhưng khi thành thạo, bạn sẽ thưởng thức được tách cà phê tuyệt vời, là kết quả của sự kết hợp giữa khoa học và nghệ thuật trong quá trình pha chế.
Bình cà phê Syphon cho phép người dùng kiểm soát độ đậm của cà phê bằng cách điều chỉnh lượng bột cà phê và nước, cũng như thời gian pha chế Với thiết kế linh hoạt, bạn có thể pha nhiều tách cà phê cùng lúc tùy thuộc vào kích thước của bình Khả năng kiểm soát nhiệt độ chính là lý do khiến bình cà phê Syphon trở thành lựa chọn hàng đầu cho những ai yêu thích pha cà phê thủ công.
3.2.2Thứ hai nguyên lý của bình Siphon
Hai quá trình dịch chuyển của nước trong bình cà phê Siphon
Hình 3.1 Hai quá trình dịch chuyển của nước trong bình cà phê Siphon
Khi nước trong bình 1 được đun sôi, áp suất tăng lên và khi vượt qua ngưỡng áp suất khí quyển, áp suất hơi nước sẽ đẩy nước lên bình 2 chứa cà phê.
Khi áp suất do hơi nước trong bình 1 đạt đến sự cân bằng với áp suất khí quyển từ bình 2, ta sẽ có trạng thái chân không, hay còn gọi là trạng thái cân bằng áp suất.
“Vacuum coffee maker” mới xuất hiện – pha cà phê bằng áp suất chân không
Khi nguồn nhiệt được tắt, áp suất và hơi nước trong bình 1 giảm, dẫn đến việc chiết xuất cà phê từ bình 2 di chuyển qua ống dẫn xuống bình 1 Đây chính là nguyên lý hoạt động của Siphon.
Có 2 lý thuyết chính về làm thế nào mà các siphon có thể làm chất lỏng chảy ngược lên, chống lại trọng lực mà không cần bơm, và được cấp lực chỉ bởi trọng lực
Lý thuyết truyền thống cho rằng trọng lực kéo chất lỏng xuống ở ngã ra của siphon, dẫn đến giảm áp suất ở đỉnh siphon Điều này cho phép áp suất khí quyển đẩy chất lỏng từ bình chứa cao hơn lên chỗ giảm áp tại đỉnh siphon, tương tự như trong áp kế hoặc ống hút Tuy nhiên, nghiên cứu đã chứng minh rằng siphon có thể hoạt động trong chân không và đạt được độ cao vượt qua mức khí áp kế của chất lỏng.
Lý thuyết về ứng suất liên kết trong hoạt động siphon đã được xác nhận, cho thấy chất lỏng trong siphon được kéo theo cách tương tự như mô hình dây xích Cả hai lý thuyết đều có giá trị đúng trong các điều kiện áp suất môi trường khác nhau, không nhất thiết phải có một lý thuyết duy nhất đúng.
Lý thuyết áp suất khí quyển và trọng lực không thể giải thích hiện tượng siphon trong môi trường chân không, nơi mà áp suất khí quyển không đáng kể.
Hình 3.2 Lý thuyết thứ nhất về syphon
Lý thuyết về ứng suất liên kết với trọng lực không thể áp dụng cho siphon khí CO2, siphon tạo bong bóng, và siphon phun giọt, do các chất khí không tạo ra lực kéo đáng kể và các chất lỏng không có sự liên kết, dẫn đến việc không thể hình thành ứng suất liên kết cố định.
Hình 3.3 Lý thuyết thứ hai về syphon
Tất cả các lý thuyết hiện đại đều thừa nhận rằng phương trình Bernoulli là một công thức gần đúng, áp dụng cho hệ thống siphon lý tưởng không ma sát.
3.2.3 Phương trình Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng Để hiểu cụ thể hơn Phương trình Bernoulli chúng ta xem xét trường hợp truyền dẫn chất lỏng qua ống có tiết diện thay đổi, được đặt nghiêng với phương ngang một góc β Lựa chọn 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 bất kỳ trên đoạn ống đó Lưu lượng chảy qua ống là Q Sử dụng áp kế để đo áp suất chất lỏng tại các mặt cắt Di chuyển áp kế tới từng mặt cắt sẽ thu được đường áp kế
Hình 3.4 Mặt cắt Bernoulli cho chất lỏng lý tưởng
Ống Pito được thiết kế với phần đầu ống song song và ngược lại với hướng dòng chảy, cho phép thu được chiều cao cột chất lỏng đồng nhất tại mọi mặt cắt so với mặt phẳng gốc Điều này cho thấy rằng đường thẳng tạo thành khi di chuyển ống Pito qua các mặt cắt bất kỳ phản ánh mức năng lượng toàn phần của dòng chảy.
Về mặt năng lượng chúng ta có thể hiểu :
Z – năng lượng riêng thế năng
P/ρg – năng lượng riêng áp suất
V2/2g – năng lượng riêng động năng
Trong phương trình, thứ nguyên của H là mét, ký hiệu là [H]=m, và H được gọi là chiều cao cột áp Ngoài ra, H còn có các tên gọi khác như Z – chiều cao cột áp hình học, P/ρg – chiều cao cột áp áp suất, và V2/2g – chiều cao cột áp vận tốc.
NỘI DUNG THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 26
Thiết kế chế tạo khung máy
+ Nguyên lí cơ bản và phương án kết cấu cơ khí của máy
Hình 4 1 Bản thiết kế phần khung hoàn chỉnh
Khung máy là thành phần quan trọng nhất trong thiết kế, cần được tính toán hợp lý và cân đối Nó đóng vai trò như khung xương của máy, đồng thời các lỗ bắt trục dẫn động phải được đảm bảo đồng tâm để tránh sai số so với mô hình tính toán.
Khung được thiết kế với độ cứng vững cao để hỗ trợ các chi tiết, linh kiện điện và cơ cấu truyền nhiệt Ngoài tính cứng vững, khung còn cần có kích thước đủ lớn, hài hòa và tuân thủ các quy tắc thiết kế nhằm đảm bảo mỹ quan và khả năng hoạt động lâu dài, ổn định Vật liệu sử dụng cho khung là inox 304.
Khối lượng(kg) : = [4 x T(mm) x A(mm) –
4 x T(mm) x T(mm)] x Tỷ trọng(g/cm3) x 0.001 x L(m)
I.D: Đường kính trong; O.D: Đường kính ngoài
Hình 4 2 Sử dụng inox 304 để làm khung máy
Hình 4.3 Bản vẽ 2D khung máy
Thiết kế cơ cấu bình nung
Hình 4.5 bản vẽ bình nung
Rút ngằn thời gian gia nhiệt Đảm bảo nhiệt độ khi nung
Hình 4.6 Bình nung gia công hoàn chỉnh
Hình 4.7 Bản vẽ van nước
Xả nước ra cốc khi kết thúc quá trình pha
Giúp giảm áp xuất bình đung , đảm bảo hoạt động đúng nguyên lý
Hình 4.8 Van nước được hàn vào bình nung
Bình pha chế (2)
Hình 4.9 Bản vẽ bình pha chế
Vật liêu : thủy tinh chịu nhiệt
Nhiệm vụ : nhận nước khi bình nung gia nhiệt đủ Ưu điểm : chịu được nhiệt độ cao , bền , nhẹ…
Hình 4.10 Bản vẽ ron cao su cách nhiệt
Vật liệu : cao su cách nhiệt
Nhiệm vụ : đảm bảo áp xuất trong lòng bình ổn định không rò rĩ ra ngoài
Hình 4.11 Ron cao su cách nhiệt
Lắp ghép binh (1) và (2)
Hình 4.12 Bàn vẽ lắp 2 bình
Tấm mi ca trên
Nhiệm vụ : cố định bình , hạn chế thoát nhiệt , tránh bụi bẩn , nước rơi vào bình gia nhiệt
Hình 4.14 Ảnh thực tế tấm mica trên
Điện trở vòng
Hình 4.15 Điện trở vòng Vật liệu: Inox 304
Dung sai công suất: +5%, -10% Độ cách điện: > 10,000 MΩ
Nguyên lý hoạt động: Trao đổi nhiệt Ứng dụng: Đốt nóng
Lớp cách nhiệt ceramic
Sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền hiện đại với quy trình tự động hóa hoàn toàn, đảm bảo kích thước chính xác và độ bền cao Nó có khả năng giữ nhiệt tốt và dễ dàng thi công, mang lại hiệu quả tối ưu cho người sử dụng.
Qui trình sản xuất tiên tiến giúp loại bỏ chu kỳ sản xuất không hiệu quả và nâng cao sản lượng Bông sợi gốm Ceramic dạng tấm được sản xuất với nhiều tỷ trọng khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ, có thể sử dụng rộng rãi làm lớp che lót cho lò nung công nghiệp hoặc bề mặt lò nhiệt thấp, đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao chất lượng.
- Cách nhiệt cho lò nung ngành xi- măng, ngành ceramic, ngành luyện kim, hóa dâu, ngành thủy tinh
- Chịu lửa và cách nhiệt thiết bị xử lý nhiệt
- Gạch chịu nhiệt cho lò luyện nhôm
- Cách nhiệt cho vách, thành lò và thiết bị chịu nhiệt cao Ưu điểm
- Giữ, hấp thu và dẩn nhiệt thấp
- Rất dẻo dai, bền với lực nén ép
- Kích cỡ chính xác, độ phẳng cao
- Cấu trúc rất đồng nhất, sản lượng máy rất cao
- Rất dễ thi công và sữa chữa
- Qui trình sản xuất liên tục, sản phẩm rất sắc sảo và tính ổn định cao
- Rất bền với hóa chất và kháng nhiệt rất tốt.
Cách nhiệt cho bình nung
Bình nung được bảo vệ bởi lớp bông cách nhiệt, giúp giữ nhiệt hiệu quả trong quá trình truyền nhiệt Lớp bông này được cố định bằng một vòng inox chắc chắn, đảm bảo bình không bị rơi và an toàn trong sử dụng.
Miếng V định vị
Hình 4.19 Chữ V định vị khung và tấm mica
Vật liệu : inox 304 Ưu điểm : bền , không rĩ sét , khả năng định vị tốt, dễ gia công
Hình 4.20 Tấm V được hàn vào khung để cố định
Hộp mica điện
Hình 4.21 Bản vẻ hộp điện
Chất liêu : mica Ưu điểm : dễ gia công , nhẹ
Thiết kế mạch điều khiển
4.11.1 Các linh kiện cần thiết
Mạch điều khiển: Arduino Uno R3
Hình 4.23 Mạch điều khiển Arduino Uno R3
Dòng mạch Arduino UNO, một trong những dòng mạch phổ biến nhất để lập trình, hiện đã phát triển đến thế hệ thứ 3 (R3).
Một vài thông số của Arduino UNO R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Arduino UNO sử dụng ba vi điều khiển 8-bit AVR là ATmega8, ATmega168 và ATmega328 Bộ vi điều khiển này có khả năng thực hiện các tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, và tạo ra một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm với hiển thị trên màn hình LCD.
Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328
Arduino UNO có thể nhận nguồn 5V qua cổng USB hoặc từ nguồn bên ngoài với điện áp khuyên dùng từ 7-12V DC, và giới hạn là 6-20V Việc sử dụng pin vuông 9V thường là lựa chọn hợp lý nhất Nếu nguồn cấp vượt quá giới hạn trên, Arduino UNO có thể bị hỏng.
GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị có nguồn điện riêng biệt, các chân GND cần phải được kết nối với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
IOREF là chân trên Arduino UNO cho phép đo điện áp hoạt động của vi điều khiển, luôn ở mức 5V Tuy nhiên, bạn không nên sử dụng chân này để cấp nguồn 5V, vì chức năng của nó không phải là cung cấp điện.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
Arduino UNO không có tính năng bảo vệ khi kết nối nguồn ngược, vì vậy cần kiểm tra kỹ các cực âm và dương trước khi cấp nguồn Nếu xảy ra chập mạch, Arduino UNO sẽ hỏng hóc và không còn hoạt động Do đó, nên sử dụng nguồn từ cổng USB khi có thể để đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Các chân 3.3V và 5V trên Arduino được thiết kế để cung cấp nguồn cho các thiết bị khác, không phải để nhận nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể gây hỏng board, và điều này không được nhà sản xuất khuyến khích.
Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board
Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328
Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển
Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ
Hình 4.24 LCD16x2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT : Điện áp MAX : 7V Điện áp MIN : -0,3V
Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V Điện áp ra mức cao : > 2.4V Điện áp ra mức thấp :