TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA KHỐI HẠT

TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA KHỐI HẠT

Khối lượng 1000 hạt

·  Ký hiệu G₁₀₀₀, đơn vị (kg) hay (g), là khối lượng của 1000 hạt đại diện cho khối hạt hay lô hạt đang khảo sát.

Khối lượng 1000 hạt được xác định với cân có độ chính xác cao (ít nhất ± 0,01 g) và mẫu 1000 hạt phải là mẫu ngẫu nhiên được chọn theo các tiêu chuẩn do Ngành chuyên môn hay Nhà nước qui định, đảm bảo được tính “đại diện” cho khối hạt hay lô hạt.

Về cơ bản, lượng chất khô trong hạt hầu như không đổi, nên khối lượng hạt chủ yếu phụ thuộc lượng nước chứa trong hạt, vì vậy khi trình bày kết quả, G₁₀₀₀ thường thể hiện dưới dạng chất khô (G_1000d), nếu không phải ghi ẩm độ hạt tương ứng kèm theo. Điều này giúp các quá trình tính toán tiếp theo thuận tiện hơn.

Ví dụ 2.1: Biết khối lượng 1000 hạt đậu nành ở ẩm độ M_d = 8,5% là 50,12 g, ta có thể xác định khối lượng 1000 hạt này ở ẩm độ bất kỳ, dựa vào hàm lượng chất khô của hạt bằng cách thiết lập quan hệ sau:

Biểu thức này cho phép xác định số liệu G₁₀₀₀ của khối đậu nành trên khi có sự thay đổi về ẩm độ, mà không phải cân đo đong đếm.

·  Trong kỹ thuật sau thu họach, số liệu về khối lượng 1000 hạt thường sử dụng cho các trường hợp:

• Tính toán độ bền bao bì, kho chứa, phương tiện vận chuyển hạt.
• Tính toán, thiết kế thiết bị làm sạch và phân loại hạt.
• Dự đoán sơ bộ phẩm chất hạt…

Khối lượng thể tích và khối lượng riêng của khối hạt

a)  Khối lượng thể tích (Bulk Density):

Ký hiệu r_bd, còn gọi “dung trọng” hay “dung khối”, đơn vị thường dùng kg/m³, định nghĩa theo công thức:

Tùy phương pháp đo và tiêu chuẩn qui định, r_bd còn tính theo đơn vị g/lít hay kg/100 lít. Ví dụ, theo TCVN 4996 – 8900, dung trọng là tỷ số giữa khối lượng của một loại ngũ cốc với thể tích nó chiếm sau khi chảy tự do vào một thùng chứa theo các điều kiện định trước về độ cao và góc chảy. Thùng chứa theo tiêu chuẩn này có dung tích 20 lít, kết quả nhân cho 5 và đơn vị tính được qui định là kg/100 lít.

Số liệu về dung trọng của ngũ cốc thường sử dụng cho các trường hợp sau:

• Tính toán kích thước buồng sấy, kho chứa, kho bảo quản, hay các phương tiện vận chuyển hạt theo các yêu cầu cho trước.
• Xác định khối lượng hạt trong kho.
• Dự đoán phần nào mức độ tinh khiết của khối hạt, vì sự hiện diện của các vật lạ hay tạp chất đều dẫn đến giảm khối lượng thể tích của khối hạt.

b)  Khối lượng riêng (Solid Density):

·  Ký hiệu r_sd, còn gọi là “trọng khối”, đơn vị tính kg/m³, xác định theo biểu thức:     

Thể tích thực V_h có thể xác định bằng cách cho 1000 hạt, đã xác định khối lượng G₁₀₀₀  như mục (2.1.1), vào một ống “đong” chuyên dùng chứa dung dịch Toluene, phần thể tích tăng lên là giá trị thể tích thực của 1000 hạt cần tìm V_1000h. Theo cách này khối lượng riêng của khối hạt được tính theo công thức:

Ví dụ 2.2: Xác định khối lượng riêng r_sd của khối đậu nành có số liệu 1000 hạt như ví dụ (2.1). Biết rằng khi cho 1000 hạt này vào ống đong chứa dung dịch Toluene, phần thể tích tăng thêm là 40,1 cm³.

Giải: Sử dụng công thức (2.3), với G₁₀₀₀ có giá trị như ví dụ (2.1), tìm được:

·  Trong kỹ thuật sau thu hoạch, số liệu về khối lượng riêng của hạt được sử dụng cho các mục đích tương tự khối lượng 1000 hạt đã đề cập.

Ghi chú: Dung dịch Toluene thường sử dụng cho mục đích trên vì có các đặc điểm sau:

–  Có tỷ trọng thấp (» 0,865),

–  Có điểm sôi khá cao,

–  Có sức căng bề mặt thấp, dễ dàng dịch chuyển qua bề mặt hạt,

–  Không thẩm thấu vào bên trong hạt,

–  Không có phản ứng hóa học nào với thành phần của hạt.

Độ hổng của khối hạt

·   Còn gọi độ rỗng, ký hiệu f_R, đơn vị (%), là tỷ số giữa phần thể tích rỗng giữa các hạt và phần thể tích chung của khối hạt, thể hiện qua biểu thức:

·   Số liệu về độ hổng khối hạt là căn cứ quan trọng dùng trong tính toán chế độ thông thoáng hay thiết kế kho bảo quản.

Khối hạt có độ hổng lớn, khả năng lưu thông của không khí trong khối hạt tốt, quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm thuận lợi, giảm khả năng tự bốc nóng của khối hạt… Nhưng độ hổng quá cao, chứa nhiều không khí, khả năng hô hấp của hạt và vi sinh vật sẽ tăng, côn trùng có hại dễ phát triển, ngoài ra dung tích kho chứa và phương tiện vận chuyển cũng yêu cầu cao hơn.

Số liệu r_bd, r_sd, f_R của một vài loại hạt có thể tham khảo qua bảng (2.1).

            Bảng 2.1:  Khối lượng thể tích, khối lượng riêng, độ hổng một vài loại hạt

Góc nghỉ tự nhiên và góc trượt của khối hạt.

Đây là 2 thông số đặc trưng cho tính “tan rời” của khối hạt, về bản chất nó liên quan đến góc ma sát trong (giữa hạt với hạt) và góc ma sát ngoài (giữa hạt và vật liệu chứa hạt).

·  Khi hạt chảy thẳng đứng từ độ cao nhất định, nó sẽ tạo thành một hình nón. Góc j_R tạo thành giữa mặt đáy và đường sinh hình nón, khi khối hạt hoàn toàn đứng yên, được gọi là góc nghỉ tự nhiên (Angle of Repase) của khối hạt.

Hình (2.1) là sơ đồ đơn giản xác định góc nghỉ tự nhiên của khối hạt. Ở sơ đồ này, độ cao h, khối lượng hạt, hình dạng và kích thước phễu đều được chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn do ngành chuyên môn qui định.

Hình 2.1:  Góc nghỉ tự nhiên khối hạt

· Nếu để hạt trên một tấm phẳng nằm ngang, nâng dần một đầu tấm phẳng đến khi hạt bắt đầu trượt. Góc j_F lập thành giữa mặt phẳng ngang và mặt tấm trượt khi đó gọi là góc trượt (Angle of Frition) của khối hạt.

Hình (2.2) là sơ đồ minh họa qui trình và dụng cụ xác định góc trượt khối hạt. Ở sơ đồ này, vật liệu tấm trượt, khối lượng hạt thí nghiệm, tốc độ nâng tấm trượt, đều phải tuân theo các qui định do các tổ chức hay ngành chuyên môn xác lập.

Hình 2.2:  Sơ đồ xác định góc trượt khối hạt

Về giá trị, góc nghỉ tự nhiên và góc trượt phụ thuộc vào hình dáng, trạng thái bề mặt, ẩm độ, hàm lượng và thành phần tạp chất trong khối hạt. Ví dụ:

– Do kết cấu bề mặt, góc nghỉ tự nhiên _R của lúa luôn lớn hơn so với gạo.

– Ở 32% M_w, _R của lúa là 39^o, ở 22% M_w giá trị này là 32^o.

– Trên bề mặt kim loại, lúa 22,1% M_w có _F 21^o30’, ở 13,1% M_w thì _F 18^o.

Do vậy, j_R và j_F thường dao động trong khoảng khá rộng như bảng (2.2) cho thấy.

                 Bảng 2.2: Góc nghiêng tự nhiên và góc trượt một vài loại hạt

Số liệu góc nghiêng tự nhiên và góc trượt của khối hạt là căn cứ quan trọng khi thiết  kế các loại thiết bị tận dụng tính “tự chảy” do trọng lực như thùng chứa hạt tự tháo, gàu tải, ống trượt…, và cũng là yêu tố cần lưu ý khi tính toán độ bền hay cấu trúc kho chứa.