A KUTATÁS CÉLJA Meghatározni –igen széles nedvességtartományban– a szárítás hatását a szemes kukorica halmazok fizikai-mechanikai jellemzőire és elemezni ezen jellemzők változásának törvényszerűségeit.
ANYAG ÉS MÓDSZER A vizsgálatokat három, a köztermesztésből ismert fajtánál végeztük, az Mv Tc-277 hibridnél 3,5-24,8 %, az Mv MARA Tc esetében 3,5-29,6 % és a NORMA Sc fajtánál 3,5-34,4 % nedvességtartalom határok között. A szárítási méréseket üzemi körülmények között és laborszárító berendezésen folytattuk le. A halmazok térfogattömeg és sűrűség mérését 1.000 g-os mintavétel mellett, háromszori ismétléssel végeztük, az utóbbinál a folyadék kiszorítás elvét alkalmaztuk. Az üzemi szárítási méréseket a vastag terményrétegű anyagcirkulációs (Mecmar és Stela) berendezésekkel végeztük 105-110 °C-os szárítóközeg hőmérséklet mellett. Azonos hőmérsékletet alkalmaztunk az AHLBORN mérő- és adatgyűjtő rendszerrel felszerelt automatikus szabályozású MGI laborszárító berendezésnél is, ahol a rétegvastagság 4×20 cm, ill. 10×10 cm határok között állítható be. A nyomószilárdság meghatározását speciális készülékkel felszerelt, INSTRON-5581 anyagvizsgáló berendezéssel végeztük, 30 kN nyomóerővel (1. ábra).
MGI modellszárító-rendszer
Gödöllő
MTA-AMB K+F Tanácskozás
1. ábra Instron 5581
2. ábra Mérőkészülék
Az anyagvizsgáló berendezés beállításai: - előterhelés: 100 N hozzá tartozó keresztfej elmozdulás 25 mm/min, - terhelés: 30.000 N-ig hozzá tartozó keresztfej elmozdulás 1 mm/min. Az alkalmazott erőmérő cella 50 kN-os, mérési pontossága 0,5 % a mért értékre vonatkoztatva, 500 N-tól 50 kN-ig. A kukorica tömegének meghatározásához Kern 572-es mérleget használtunk, melynek pontossága 0,1 g. A minták tömege 1.000 gramm volt. A mérőkészülék átmérője 200 mm, magassága 80 mm (2. ábra). A mechanikai jellemzők számításának elvét mutatja be a 3. ábra.
Nyomóerő [kN] Feszültség [MPa]
30 kN 9,55
Pmax=30kN=3000kp 3000 max= =9,55 kp/cm2 314 M=P* [mm/mm] E=
[tg
M
Fajl. összeny. [%]
3. ábra Mechanikai jellemzők értelmezése
Gödöllő
MTA-AMB K+F Tanácskozás
EREDMÉNYEK, KÖVETKEZTETÉSEK A fizikai jellemzők tekintetében: Az üzemi szárítási vizsgálatoknál, 29,5 12,0 % nedvességtartalom tartományban a szárítás folyamata exponenciális összefüggésekkel nagy pontossággal leírható. A vastagrétegű, szakaszos üzemű anyagcirkulációs szárítóknál a száradás átlagsebessége 2,10-2,20 nedvesség %/h 110 °C-os közeghőmérséklet mellett. A szárított termény kvázi maghőmérséklete nem haladja meg az 50 °C-t. A szárítás során a szemeskukorica zsugorodásából adódóan, fajtától és kezdeti nedvességtartalomtól függően a halmaztérfogat-tömeg 640-680 kg/m3-ről folyamatosan növekszik 730-750 kg/m3 értékhatárok közé és az egyensúlyi nedvességtartalom környékén (13-15 %-nál) éri el a maximumát. Túlszárításnál (10-12 %) a halmaztérfogat-tömeg csökkenni kezd 705-730 kg/m3-re. Radikális túlszárítás esetén (3,5-7,7 %) ez az érték 680-710 kg/m3-re tovább redukálódik (4. ábra). A szemes kukorica halmaztérfogat-tömegének összefüggése a nedvességtartalommal 760 gt = -0,0759w2 + 3,5901w + 664,32 R2 = 0,7604
Stela
Mecmar
Mv TC-277
NORMA Sc
Mv MARA Tc
740
Halmaztérfogat - tömeg
t
3
(kg/m )
780
2 gt = -0,2775w + 7,8903w + 657,92
720
R2 = 0,9383
700 2 gt = -0,3078w + 8,6595w + 726,48
680
R2 = 0,834 660
2
2 gt = -0,2372w + 8,7312w + 663,07
2
R2 = 0,8963
gt = -0,5885w + 15,938w + 604,46 R = 0,8578
640 Laboratóriumi mérések
Üzemi mérések
620 0
5
10
15
20
25
30
35
Nedvességtartalom w (%)
4. ábra
Gödöllő
A szárítás hatására a szemeskukorica halmaztérfogata az egyensúlyi nedvességtartalomig (14-15 %) erőteljesen csökken, mintegy 10-12 %-kal, majd azt követően lelassul és az 5,0-7,7 % nedvességtartalom között a zsugorodás befejeződik. Ebből az a következtetés vonható le, hogy ebben a nedvességtartományban már a „kötött” víz távozik a terményből. Ebben a tartományban a zsugorodás mértéke 13,0-13,5 %-nál fejeződik be, elérve ezzel a maximumot (5. ábra).
MTA-AMB K+F Tanácskozás
A szemes kukorica halmaztérfogat változása (%) a szárításnál 0
100,0
y = 0,0301x2 - 0,2565x + 87,304 R2 = 0,9865 97,5
Halmaztérfogat változás DV [(Vn/V0)×100] (%)
Mv TC-277 NORMA Sc 5
95,0
Mv MARA Tc
y = 0,0235x2 - 0,2258x + 86,805 2 R = 0,9813
92,5
2
10
90,0
y = 0,0148x - 0,1616x + 87,116 R2 = 0,9696
87,5
15
85,0 0
5
10
15
20
25
30
35
Nedvességtartalom w (%)
5. ábra
A vizsgált hibridek halmazsűrűsége a száradás során fokozatosan csökken, és az egyensúlyi nedvességtartalomnál 1,10-1,15 kg/dm3 között van. A csökkenés mértéke 9,3-9,9 % (6. ábra). A szemes kukorica halmazsűrűségének összefüggése a nedvességtartalommal
1,26
2 rh = 0,0005693w - 0,0118554w + 1,1869091
R2 = 0,9219
h
1,18 1,16
3
(kg/dm )
1,22
Halmazsűrűség
1,24
1,20
rh = 0,0000525w2 + 0,0037660w + 1,0583913 R2 = 0,8610
Mv TC-277 NORMA Sc Mv MARA Tc
1,14 2 rh = -0,0000164w + 0,0043579w + 1,0464918
1,12
R2 = 0,8396 1,10 1,08 1,06 10
15
20
25
30
35
Nedvességtartalom w (%)
6. ábra
Gödöllő
MTA-AMB K+F Tanácskozás
A mechanikai jellemzők vonatkozásában:
A mechanikai vizsgálatokat igen széles (3,5-31,5 %), mondhatni extrém nedvességtartalom határok között folytattuk le, azonos NORMA Sc fajtánál.
A vizsgált nedvességtartományban a maximális nyomófeszültséghez tartozó fajlagos összenyomódás 12,5-33,0 % között változik. (7.ábra)
Különböző nedvességtartalmú szemes kukorica halmaz nyomó vizsgálata
1 0,9
w = 9,5% w = 10,1% w = 13% w = 13,4% w = 8,2% w = 15,5%
Feszültség [MPa]
0,8 0,7 0,6 0,5
w = 31,5% w = 26,4% w = 24,6% w = 22% w = 3,5% w = 5%
0,4 0,3 0,2
Fajta: NORMA Sc
0,1 0 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
Fajlagos összenyomódás [-]
7. ábra
Gödöllő
Az összenyomás munkaszükségletét (8. ábra) másodfokú egyenlet jellemzi, amelynek minimuma 10-12 % nedvességtartalom körül van. A nagyobb nedvességtartományban a halmaz rugalmasságából adódóan az összenyomáshoz nagyobb munka szükséges. A 10 % alatti nedvességnél a törési munka jelentkezése miatt ismét diszkrét növekedés tapasztalható.
MTA-AMB K+F Tanácskozás
A különböző nedvességtartalmú szemes kukorica halmaz összenyomásához szükséges munka (M) 160 2
M = 0,1764w - 3,8494w + 95,321
140
2
R = 0,9006 Munka [J]
120 100 80 60 Fajta: NORMA Sc
40 20 0 0
5
10
15 20 w; nedvességtartalom [%]
25
30
35
8. ábra
A fajlagos összenyomódás () és rugalmassági modulus (E) esetében ugyancsak 1012 % nedvességtartalomnál tapasztalható a görbék minimuma ill. maximuma. Az egyensúlyi nedvességtartalom felett a fajl. alakváltozás jelentősen megnő, míg a halmaz rugalmassági modulusa csökken. (9.ábra).
A nedvességtartalom hatása a szemes kukorica halmaz rugalmassági modulusára (E), és a fajlagos alakváltozásra (ε) 35,0 2
ε = 0,0471w - 0,9954w + 18,875
E [MPa]; epszilon [%]
30,0
2
R = 0,974 25,0
Fajta: NORMA Sc
20,0 15,0
2
E = -0,0231w + 0,5123w + 6,2027 2
10,0
R = 0,7899
5,0 0,0 0
5
10
15
20
25
30
35
w; nedvességtartalom [%]
9. ábra
Gödöllő
MTA-AMB K+F Tanácskozás
