Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp với cây lạc đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu cây trồng. Theo thống kê của FAO năm 2017, Việt Nam đứng thứ 25 về diện tích trồng lạc, thứ 31 về năng suất và thứ 14 về sản lượng trên thế giới. Ở khu vực châu Á, Việt Nam đứng thứ 5 về diện tích và sản lượng lạc, tuy nhiên năng suất bình quân chỉ đứng thứ 17. Tính đến cuối năm 2017, diện tích trồng lạc của cả nước đạt khoảng 195 nghìn ha với sản lượng bình quân 2,31 triệu tấn/ha. Mặc dù vậy, lượng lạc nhập khẩu, đặc biệt là lạc bóc vỏ từ các thị trường như Ấn Độ, Trung Quốc và Sê-nê-gan, có xu hướng tăng do nhu cầu chế biến các sản phẩm từ lạc trong nước ngày càng cao.

Hiện nay, công nghệ chế biến lạc tại Việt Nam còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong khâu bóc vỏ lụa hạt lạc rang, phần lớn vẫn thực hiện thủ công hoặc sử dụng máy móc nhập khẩu chưa phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước. Do đó, nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang với năng suất 40-60 kg/h nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm tổn thất và đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất cần thiết. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là thiết kế máy có kết cấu ổn định, năng suất phù hợp, tỷ lệ bóc sạch trên 95%, tỷ lệ hạt dập nát dưới 2%, đồng thời có giá thành phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ tại khu vực miền Trung Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình khí động lực học để thiết kế máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Phương trình trạng thái khí lý tưởng: Mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và khối lượng riêng của khí được sử dụng để tính toán vận tốc và áp suất khí nén trong hệ thống.

  • Lý thuyết dòng khí nén đoạn nhiệt: Giúp xác định vận tốc âm thanh và vận tốc siêu âm của dòng khí qua đầu phun, đảm bảo dòng khí có đủ năng lượng để bóc vỏ lụa hiệu quả.

Các khái niệm chính bao gồm: vận tốc âm thanh, vận tốc siêu âm, hệ số Mach, lưu lượng khí nén, và nguyên lý bóc vỏ bằng khí động lực học. Quá trình bóc vỏ dựa trên sự va đập giữa các hạt lạc và thành buồng bóc dưới tác dụng của dòng khí có vận tốc cao, làm phá vỡ liên kết giữa lớp vỏ lụa và nhân hạt.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ khảo sát thực tế tại các cơ sở rang lạc ở tỉnh Bình Định, số liệu thống kê sản xuất lạc Việt Nam và quốc tế, cùng các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ chế biến lạc.

  • Phương pháp tính toán thiết kế: Sử dụng các công thức khí động học để tính toán kích thước đầu phun, vận tốc dòng khí, áp suất làm việc phù hợp với yêu cầu bóc vỏ sạch và không làm hư hại hạt lạc.

  • Phương pháp chế tạo: Các bộ phận chính của máy như buồng bóc, phễu cấp liệu, khung máy và hệ thống điều khiển được chế tạo tại Khoa Cơ khí chế tạo, trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn vệ sinh thực phẩm.

  • Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm đánh giá hiệu suất bóc vỏ với các biến số chính là góc đặt đầu phun (30°, 45°, 60°) và áp suất khí nén (từ 3 đến 8 bar). Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần để đảm bảo tính chính xác và phân tích thống kê so sánh bằng phương pháp One-Way ANOVA với mức ý nghĩa 95%.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong 6 tháng (12/2017 - 6/2018), tập trung vào thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mẫu máy với loại lạc phổ biến tại Bình Định.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất bóc vỏ theo áp suất khí nén: Áp suất dưới 5 bar cho hiệu suất bóc vỏ dưới 60%, không đạt yêu cầu. Khi áp suất tăng lên 7 bar, hiệu suất bóc vỏ đạt khoảng 96,2%, vượt xa các mức áp suất thấp hơn.

  2. Ảnh hưởng của góc đặt đầu phun: Góc đặt 45° cho hiệu suất bóc vỏ cao hơn đáng kể so với góc 30° và 60°, với sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05).

  3. Tỷ lệ hạt dập nát: Tỷ lệ hạt bị dập nát sau khi bóc vỏ duy trì dưới 2%, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề ra, đảm bảo chất lượng hạt lạc sau chế biến.

  4. Năng suất máy: Mẫu máy BLR-K50 đạt năng suất 40-60 kg/h, phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ, đồng thời có kết cấu đơn giản, dễ vận hành và bảo trì.

Thảo luận kết quả

Kết quả thử nghiệm cho thấy áp suất khí nén và góc đặt đầu phun là hai yếu tố quyết định đến hiệu quả bóc vỏ lụa hạt lạc rang. Áp suất khí nén cao tạo ra dòng khí có vận tốc lớn, đủ để làm bong lớp vỏ mỏng mà không làm hư hại nhân hạt. Góc đặt đầu phun 45° tối ưu hóa sự va chạm giữa các hạt và thành buồng bóc, tăng hiệu suất bóc vỏ.

So sánh với các nghiên cứu và máy móc nhập khẩu hiện có, mẫu máy BLR-K50 có ưu điểm về chi phí đầu tư thấp hơn, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền Trung. Việc sử dụng nguyên lý khí động học thay vì ma sát giúp giảm tỷ lệ hạt dập nát và tăng độ sạch của sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất bóc vỏ theo áp suất và góc đặt đầu phun, cũng như bảng so sánh tỷ lệ hạt dập nát giữa các điều kiện thử nghiệm, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các thông số thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa áp suất khí nén và góc đầu phun: Khuyến nghị sử dụng áp suất khí nén khoảng 7 bar và góc đặt đầu phun 45° để đạt hiệu suất bóc vỏ cao nhất, giảm tổn thất hạt dập nát. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn vận hành máy.

  2. Phát triển thêm các thử nghiệm với các yếu tố khác: Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ cấp liệu, kích thước buồng bóc và vật liệu chế tạo để nâng cao hiệu quả và độ bền máy. Thời gian: 6-12 tháng tiếp theo, chủ thể thực hiện là nhóm nghiên cứu và nhà sản xuất.

  3. Ứng dụng và thương mại hóa mẫu máy BLR-K50: Đẩy mạnh sản xuất hàng loạt và giới thiệu máy đến các cơ sở chế biến lạc quy mô vừa và nhỏ tại miền Trung và các vùng lân cận. Thời gian: 12 tháng, chủ thể là doanh nghiệp cơ khí và các cơ sở chế biến.

  4. Đào tạo và hướng dẫn sử dụng máy: Tổ chức các khóa đào tạo vận hành, bảo trì máy cho người lao động tại các cơ sở chế biến để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả và bền bỉ. Thời gian: song song với giai đoạn thương mại hóa.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về thiết kế máy móc chế biến nông sản, đặc biệt là ứng dụng khí động học trong thiết kế máy bóc vỏ.

  2. Doanh nghiệp sản xuất và chế biến lạc: Tham khảo để áp dụng công nghệ mới, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nhân công và tổn thất sau thu hoạch.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ cơ giới hóa trong chế biến nông sản, thúc đẩy công nghiệp hóa nông thôn.

  4. Nhà sản xuất máy móc thiết bị nông nghiệp: Tham khảo thiết kế và quy trình chế tạo mẫu máy để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường trong nước, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang hoạt động theo nguyên lý nào?
    Máy sử dụng nguyên lý khí động học, trong đó dòng khí nén có vận tốc cao tạo lực va đập giữa các hạt lạc và thành buồng bóc, làm bong lớp vỏ lụa mà không làm hư hại nhân hạt.

  2. Năng suất của máy BLR-K50 là bao nhiêu?
    Máy đạt năng suất từ 40 đến 60 kg/h, phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ, đáp ứng nhu cầu chế biến lạc tại các cơ sở trong nước.

  3. Tỷ lệ hạt dập nát sau khi bóc vỏ là bao nhiêu?
    Tỷ lệ hạt dập nát được kiểm soát dưới 2%, đảm bảo chất lượng hạt lạc sau khi bóc vỏ phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn chế biến.

  4. Áp suất khí nén tối ưu để vận hành máy là bao nhiêu?
    Áp suất khí nén khoảng 7 bar được xác định là mức tối ưu, giúp đạt hiệu suất bóc vỏ trên 95% và giảm thiểu tổn thất hạt.

  5. Máy có phù hợp với các loại hạt lạc có kích thước khác nhau không?
    Máy được thiết kế để xử lý các kích thước hạt lạc phổ biến tại miền Trung Việt Nam, với khả năng điều chỉnh các thông số vận hành để phù hợp với sự đa dạng kích cỡ hạt.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công mẫu máy bóc vỏ lụa hạt lạc rang BLR-K50 với năng suất 40-60 kg/h, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thực tiễn sản xuất.
  • Áp suất khí nén 7 bar và góc đặt đầu phun 45° là các thông số tối ưu cho hiệu suất bóc vỏ đạt trên 95% và tỷ lệ hạt dập nát dưới 2%.
  • Mẫu máy có kết cấu đơn giản, chi phí đầu tư thấp, phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền Trung.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sản xuất lạc, giảm tổn thất sau thu hoạch và thúc đẩy công nghiệp hóa trong chế biến nông sản.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa các thông số vận hành và thương mại hóa sản phẩm trong thời gian tới để mở rộng ứng dụng thực tế.

Hành động tiếp theo là triển khai sản xuất hàng loạt mẫu máy BLR-K50 và tổ chức đào tạo vận hành cho các cơ sở chế biến lạc nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.