CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: Cà phê không chỉ là thức uống quen thuộc của người dân Việt Nam mà còn là văn hoá của người Việt. Không những thế cà phê còn là một trong những mặt hàng xuất khẩu quan trọng của Việt Nam. Trong những năm gần đây nước ta không ngừng đẩy mạnh nâng cao chất lượng cà phê xuất khẩu, bao gồm việc mở rộng các vùng sản xuất cà phê và các phương pháp sản xuất để nâng cao năng suất đi kèm với chất lượng. Đặc biệt tại các vùng cao như là Tây Nguyên đã dẫn đầu sản xuất cà phê cả về diện tích trồng và sản lượng cà phê hằng năm.
Cà phê Việt Nam còn được nhiều người trên toàn thế giới biết đến với các địa danh: Buôn Ma Thuột, Lâm Đồng,. để lại nhiều ấn tượng về hương vị đậm đặc mang đặc tính của hạt cà phê nguyên chất. Trong những năm trở lại đây xuất khẩu cà phê ở Việt Nam đứng thứ hai trên thế giới và là thị trường tiêu thụ cà phê lớn trong top 10 thế giới, ngày càng phát triển và khẳng định mình về sản lượng, chất lượng và giá trị hạt cà phê được sản xuất tại Việt Nam trên thị trường thế giới. Theo phân tích mới nhất của Tổ chức Cà phê Quốc Tế, giá cà phê tăng mạnh trong thời gian vừa qua là do nhu cầu tăng, trong khi nguồn cung giảm.
Sản lượng cà phê trên toàn cầu niên vụ 2021-2022 đã giảm 2,1% xuống còn 167,2 triệu bao, trong khi đó, tiêu thụ tăng 3,3% lên 170,3 triệu bao. Đây cũng chính là cơ hội tốt cho Việt Nam tăng thêm sản lượng để đáp ứng đủ cho người tiêu dùng và xuất khẩu. Để có được sản lượng cà phê mong muốn cần đưa ra các phương pháp rút ngắn các bước để hạt cà phê được sản xuất nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Hiện nay chế biến cà phê nhân, người nông dân thường sử dụng phương pháp chế biến ướt để mang đến hạt chất lượng có giá trị thương mại cao.
Trong phương pháp chế biến ướt, công đoạn đánh nhớt nhân cà phê là một trong những công đoạn quan trọng nhất, cần được xử lý nhanh chóng để tránh phát sinh các vị lạ trong hạt cà phê nếu để lâu trong môi trường tự nhiên và tăng mức độ ô nhiễm nước, không khí. Chính vì thế nhóm đã quyết định tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “Tính toán, thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi quy mô hộ gia đình”.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi phục vụ cho hộ gia đình. - Phát triển về sản lượng và chất lượng hạt cà phê máy dùng cho hộ gia đình với chi phí thấp.3 Mục tiêu nghiên cứu: - Máy có kết cấu đơn giản, cứng vững, độ bền cao. - Năng suất máy đạt 250 kg/giờ.
- Đánh nhớt sạch khỏi nhân 80 – 85%. - Máy tách được lớp nhớt khỏi nhân cà phê. - Sử dụng điện dân dụng 220V phù hợp với hộ gia đình. - Thao tác vận hành máy đơn giản, dễ bảo trì bảo dưỡng.4 Nhiệm vụ nghiên cứu: - Tìm hiểu nguyên lý đánh nhớt nhân cà phê tươi, lên phương án thiết kế.
- Tính toán thiết kế máy đánh nhớt nhân cà phê tươi. - Chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi. - Lắp ráp và chạy thử nghiệm máy. - Đưa ra kết luận và các đề xuất.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1.1 Đối tượng nghiên cứu: Các hoạt động nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi phục vụ cho hộ gia đình.2 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đánh nhớt nhân cà phê tươi dùng trong hộ gia đình liên quan đến nhiều cơ cấu, thiết bị.
Do đó, trong khuôn khổ đề tài cần thực hiện các công việc sau: - Nghiên cứu và tìm hiểu về nguyên lý hoạt động máy. 2 - Nghiên cứu tính toán cơ cấu truyền động của máy. - Thiết kế và chế tạo các bộ phận máy. - Nghiên cứu các phần mềm vẽ 3D vẽ chi tiết.
- Nghiên cứu các quy trình công nghệ cho từng chi tiết. - Nghiên cứu gia công và lắp ráp máy.6 Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích cơ sở lý thuyết: - Nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động máy. - Tìm hiểu các tài liệu liên quan kiến thức thu thập qua các sách chuyên ngành cơ khí, các tài liệu nghiên cứu. - Tính toán thiết kế các cơ cấu truyền động.
- Tính toán xác định các thông số và chế độ làm việc của máy. - Sử dụng SolidWorks và Autocad vẽ các bản vẽ thiết kế. Phương pháp khảo sát: - Khảo sát các loại quả và hạt cà phê ở Việt Nam. Qua đó có thêm thông tin và dữ liệu về kích cỡ và độ nhớt của hạt cà phê, nhờ đó đưa ra phương pháp thiết kế đánh nhớt nhân hạt cà phê tươi chính xác.
- Khảo sát nguyên lý hoạt động của các loại máy đánh nhớt nhân cà phê đã có mặt trước đó tại thị trường Việt Nam, nhằm rút kinh nghiệm và khắc phục các vấn đề khách quan. Thực nghiệm mô hình máy : - Chế tạo và lắp ráp mô hình máy cho máy chạy thử nghiệm và tiến hành đưa ra các kết luận. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về cà phê: Cà phê là loại cây thân gỗ do người Pháp đưa sang Việt Nam để trồng từ những năm 1875. Từ đảo Martinique và vùng Guyane thuộc Pháp ở châu Mỹ Latinh chính là nguồn gốc những hạt giống đầu tiên của cây cà phê ở Việt Nam [2].
Do có khí hậu và thổ nhưỡng nhiệt đới phù hợp để trồng cà phê cho nên Việt Nam trở thành quốc gia phát triển mạnh mẽ bao gồm các vùng núi cao ở Tây Nguyên và các tỉnh ở miền Trung, miền Bắc. Cà phê còn là một trong những loại nông sản mang lại cho người nông dân ở các vùng Tây Nguyên nguồn thu nhập chính. Về xuất khẩu Việt Nam được biết đến là một trong những nước hàng đầu thế giới với sản lượng cà phê lớn hằng năm phục vụ cho người dân cả trong và ngoài nước.1: Quả cà phê tươi 4 2.1 Đặc điểm các loại hạt cà phê phổ biến ở Việt Nam: 1 Cà phê Arabica: Là loại cà phê được trồng chủ yếu ở các vùng cao với độ cao trên 600m. Với hương vị đặc trưng có vị chua nhẹ và vị đắng của vỏ.
Hiện đang chiếm tới 2/3 lượng cà phê của thế giới.2: Cà phê nhân Arabica 2 Cà phê Robusta: Là loại cà phê được trồng ở độ cao dưới 600m có khí hậu nhiệt đới. Robusta có mùi thơm nồng với vị đắng chiếm chủ yếu. Việt Nam có tổng lượng chiếm 1/3 lượng cà phê tiêu thụ trên toàn thế giới.3: Cà phê nhân Robusta 5 3 Cà phê Culi: Là những hạt cà phê có kích thước lớn. Cùng chủng loại với Robusta và Arabica nhưng đặc biệt trong một trái chỉ có duy nhất một hạt.
Do chứa hàm lượng cafein cao Culi mang lại vị đắng đặc trưng, mùi thơm lan toả mạnh và màu nâu đậm sóng sánh.4: Cà phê nhân Culi 4 Cà phê Cherry: Cà phê Cherry hay còn được gọi là cà phê mít. Được trồng ở những vùng đất khô nhiều nắng của vùng cao nguyên. Hạt cà phê có màu vàng sáng bóng, sau khi pha chế tạo ra một vị chua đặc trưng và mùi thơm thoang thoảng nhẹ nhàng rất thích hợp với phái nữ.5: Cà phê nhân Cherry 6 2.2 Tính chất của quả cà phê: Cấu tạo của cà phê nhân bao gồm những phần sau: lớp vỏ quả, lớp thịt quả, lớp nhớt (vỏ nhớt), lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân.6: Hình dạng và cấu tạo quả cà phê a. Lớp vỏ quả: Là lớp vỏ ngoài của trái cà phê, khi cà phê đã chín vỏ quả thường có màu đỏ, mềm.
Thành phần chủ yếu là gluxit và protein làm kéo dài thời gian phơi cà phê. Vỏ chiếm đến 41- 45% khối lượng quả cà phê. Lớp thịt quả: Là lớp mô gắn liền với vỏ quả với thành phần chính là pectin. Lớp thịt quả mềm và dễ xay xát.
Chiếm 20 – 30% khối lượng quả. Lớp nhớt: Tiếp theo với lớp thịt quả là lớp nhớt. Cùng với những thành phần chính là pectin và đường. Lớp nhớt thường chiếm 20 - 23% trọng lượng của trái cà phê.
Độ pH của trái cà phê chín thường từ: 5,6 – 5,7%. Lớp vỏ trấu: Lớp vỏ trấu bọc ở ngoài nhân là lớp vỏ cứng và được hình thành từ nhiều chất sơ. Vỏ trấu thường chiếm 6 – 8% trọng lượng của quả cà phê. Lớp vỏ lụa: Là một lớp vỏ màu trắng, rất mỏng và mềm bọc sát vào nhân cà phê.
Lớp vỏ này có thể biến mất trong quá trình rang cà phê. Nhân: Là lớp trong cùng và cũng là phần quan trọng nhất của trái cà phê. Nhân cà phê chứa nhiều dinh dưỡng của hạt cà phê quyết định đến mùi thơm và hương vị của cà phê sau khi rang. Mỗi trái cà phê thường có 2 nhân và một số hạt dị biệt có 1 hoặc 3 nhân.
Trong quá trình chế biến đòi hỏi hạt cà phê nhân phải nguyên vẹn không bị tróc, vỡ thì hạt cà phê mới đạt được chất lượng cao.3 Các phương pháp chế biến cà phê nhân: Có 3 phương pháp chính chế biến cà phê nhân đó là: - Phương pháp chế biến khô với ưu điểm: dễ dàng thực hiện, tiết kiệm về kinh phí về đầu tư máy móc nhưng vẫn còn nhược điểm: thời gian phơi hạt lâu nên không được đồng đều về độ ẩm làm giảm mùi vị hạt cà phê. - Phương pháp chế biến ướt với ưu điểm: giúp hạt cà phê có những chất vị cao lưu giữ được tốt chất vị cà phê, về nhược điểm: cần quá trình quan sát để hạt cà phê lên men đúng cách, sử dụng nhiều máy móc, lượng nước xả thải lớn - Phương pháp chế biến mật ong có các ưu điểm: ít sử dụng nước khiến hạt cà phê khô nhanh chóng rút ngắn được quá trình sản xuất nhưng còn các nhược điểm: nấm mốc xuất hiện nhiều ở hạt cà phê làm hại đến hiệu quả và nhân hạt. 8 Hiện nay chế biến cà phê nhân người nông dân thường sử dụng phương pháp chế biến ướt để mang đến hạt chất lượng có giá trị thương mại cao.
