خصائص سریان حبوب الأرز فى مواسیر النقل بالجاذبیة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 استاذ هندسة التصنیع الزراعی المتفرغ - کلیة الزراعة بالشاطبی - جامعة الإسکندریة - مصر.

2 مرکز تدریب تکنولوجیا الأرز بالإسکندریة - معهد بحوث المحاصیل الحقلیة – مرکز البحوث الزراعیة - الأسکندریة - مصر.

3 قسم الهندسة الزراعیة – کلیه الزراعة – جامعة الاسکندریة - مصر.

المستخلص

الهدف من هذا البحث هو دراسة العوامل التی تؤثر على سریان أصناف الأرز ومنتجاته عن طریق الجاذبیة باستخدام الأنابیب من الحدید المجلفن وما یلزمها من وصلات و کیعان بأقطار وأطوال ومیول مختلفة. هذه الدراسة تساعدنا علی عمل التصمیم الأمثل لأنابیب الجاذبیة وکذلک فی فهم تأثیر مختلف العوامل التی تحکم خصائص تدفق المواد الحبیبیة. تم اختیار صنفین من الأرز من أکثر الأصناف انتشاراً فی مصر وهو الصنف سخا 103 وهو من الأصناف الیابانیة قصیرة الحبة ، والصنف یاسمین وهو من الأصناف العطریة المحلیة طویلة الحبة. تم اجراء بعض اختبارات الخصائص الفیزیائیة علی حبوب الأرز الشعیر ومنتجاته (البنی والأبیض) وتشمل قیاس أبعاد الحبوب وتقدیر نسبة طول الی عرض الحبة و حجم الحبوب، والمساحة السطحیة للحبوب، وتقدیر القطر المکافئ، و الکرویة، و وزن 1000 حبة، و الکثافة الکمیة، و کثافة الحبة، والمسامیة، وتقدیر صلابة الحبوب ، وتقدیر زاویة للراحة وتقدیر معامل الاحتکاک على الصاج المجلفن. تم تصمیم وتصنیع الوحدة التجریبیة لإجراء الإختبارات المختلفة لاختبارات السریان لحبوب الارز حیث تم إنشاء وحدة تجریبیة مناسبة لعینات من 75 کجم من الأرز حتى 150 کیلو من الأرز الأبیض. اجمالى مجموع 1800 تجربة سریان لحبوب الارز و الذی یتضمن ثلاث مجموعات تجریبیة. المجموعة الأولى هی اختبار السریان الخارج من الثقب الأفقی اسفل الخزان التی تشمل 90 اختبار تجریبى. المجموعة الثانیة هی اختبار السریان الخارج من التولیفة من الثقب الأفقی والکوع. المجموعة الثالثة هی اختبار السریان الخارج من التولیفة بین الثقب الأفقی والکوع والماسورة وتشمل 1350 اختبار تجریبی. معدل السریان الخارج من الثقب الأفقی لصنفى و أنواع الارز المختبرة یتناسب تناسب طردی مع قطر الثقب. وکان معدل سریان صنف سخا 103 فى جمیع المنتجات أعلى من معدلات مثیله فى الصنف یاسمین. تم استخدام معادلة  Moysey's لحساب معدل السریان الخارج من الثقب الأفقی. ولقد تم ایجاد معادلة مستنبطة من تحلیل الانحدار الاحصائى لوصف العلاقة  بین معامل المعادلة والخواص الفیزیائیة لحبوب الارز وتشمل معامل الاحتکاک الداخلی ومعامل الاحتکاک السطحى، الکرویة ومتوسط القطر الهندسی لکلا صنفى الأرز ومنتجاته. بینت النتائج أن معدل سریان الحبوب الخارج من الکیعان ینخفض ​​مع زیادة زاویة المیل على الرأسى. وأن العلاقة بین معدل السریان و القطر علاقة طردیة. أوضحت النتائج أیضا أن الأرز الأبیض أعطى أعلى معدل سریان مقارنة مع البنی والأرزالشعیر. معدل السریان للأرز الشعیر  لدیه أقل القیم ویرجع ذلک إلى اختلاف قیم معامل الاحتکاک السطحى بین المنتجات المختلفة للأرز الشعیر و البنی والأبیض. الفقد فى معدل السریان الراجع الى الکیعان تم حسابه وتم اجراء التحلیل الإحصائی الانحدار المتعدد لتحدید أفضل علاقة  بین الفقد فى معدل السریان الراجع الى الکیعان وبین والمعاملات المختلفة والتى تشمل معاملات خاصة بالکوع مثل طول المحیط، القطر وزاویة المیل، و معاملات خاصة بالحبوب وتشمل متوسط القطر الهندسی، الکرویة، الکثافة، معامل الاحتکاک الداخلی ومعامل الاحتکاک السطحى. أوضحت النتائج أن معدلات السریان خلال الأنابیب لجمیع عینات الارز تنخفض مع زیادة المیل على الرأسی، والعکس بالعکس، وإن معدل السریان یتناسب طردیا مع القطر ویتناسب عکسیا مع طول الأنابیب. معدل السریان الناتج یعتمد بشکل رئیسی على الخصائص الفیزیائیة لعینات الأرز المختلفة.فمن الخصائص الرئیسیة التی تؤثر على معدل السریان معامل الاحتکاک السطحى، المساحة السطحیة للحبوب، وزن 1000 حبة والکرویة. تم استنباط معامل جدید یسمى بمعامل السریان (ξ) یعتمد علی الخصائص الفیزیائیة السابقة. وکانت القیم المستنتجة لمعامل السریان توضح أن الأرز الأبیض صنف سخا 103 له أعلى معامل سریان بقیمة (4.1934)، ثم یلیه الأرز البنی لصنف سخا 103 (3.339)، والأرز الأبیض صنف الیاسمین (3.239) والأرز البنی صنف الیاسمین (2.666)، الأرز الشعیر صنف سخا 103 (1.396) والأرز الشعیر صنف  الیاسمین (0.960) على التوالی. وبالمقارنة بین قیم معامل السریان المتحصل علیه مع بیانات معدلات السریان للعینات المختلفة کان هناک اتفاق قوی بینهما حیث ان أعلی معامل سریان تم الحصول علیة یتوافق مع أقصى معدل سریان للأرز الابیض سخا 103 وهکذا. وبالتالی یمکن استخدام معامل السریان لفهم وتحلیل بیانات معدل السریان لعینات الارز المختلفة ویمکن تعمیمة علی کافة الحبوب المختلفة. أجری التحلیل الاحصائى الانحدار المتعدد لایجاد أفضل معادلة توصف العلاقة بین الفقد الراجع الى الانابیب (ΔQp) وکل من المعاملات الخاصة بالأنابیب التى تشمل طول الأنبوب (L)، قطر الماسورة (D) و زاویة المیل على الأفقی (θh )، و المعاملات الخاصة بالحبوب والتى تشمل متوسط القطر الهندسی (dg)، الکرویة (Ø)، الکثافة الظاهریة (ρb)، معامل الاحتکاک الداخلی (μi) ومعامل الاحتکاک السطحى (μs). تم توقیع النتائج من المعادلات المستنبطة من التحلیل الاحصائى مع  البیانات المقاسة على رسم بیانى وأظهرت أن المعادلات المستنبطة تمثل البیانات بشکل کبیر. ومن أجل التحقق من النموذج الریاضی، أجری تحلیل الانحدار الإحصائی بین معدل السریان المقاس کمتغیر مستقل ومعدل السریان المتوقع کمتغیر تابع. وقد أظهرت المعادلة الإحصائیة دون أدنى شک فی أن النموذج الریاضی  نجح إلى حد کبیر فی وصف سلوک خصائص سریان الحبوب تحت الدراسة.

الموضوعات الرئيسية


Fitzpatrick J. J., Barringer S. A. and Iqbal T. (2004). Flow property measurement of food powders and sensitivity of Jenike’s hopper design methodology to the measured values. Journal of Food Engineering, 61(3), 399–405.
Ghasemi Varnamkhasti, M., H. Mobli, A. Jafari, A. R. Keyhani, M. Heidari Soltanabadi, S.Rafiee and K. Kheiralipour. (2008). Some physical properties of rough rice (Oryza Sativa L.) grain. Journal of Cereal Science, 47, 496-501.
Moysey, E.B., E. W. Lambert, and Z. Wang . (1985). Flow rates of grain and oilseeds through orifices. ASAE Paper No.85-3530.ASAE, St. Joseph, MI 49585
Chang, C. S., H. H. Converse, and F. S. Lai. (1985). Flow rate of corn through orifices as affected by moisture content. Trans. of the ASAE, 27(5):1586-1589.
Gregory, J. M. and C. B. Fedler. (1987). Equation describing granular flow through circular orifices. Trans. of the ASAE 30(2): 529-532.
Trees, J., (1962). A practical investigation of the flow of particulate solids through sloping pipes. Transactions of the Institution of Chemical Engineers 40, 286–296.
P. Doron, M. Simkhins, and D. Barnea, (1996). Flow of Solid-Liquid Mixtures in Inclined Pipes (Dept. of Fluid Mech. and Heat Transfer, Tel-Aviv University, 1996).
M. Sarkar, S.K. Gupta, and M.K. Sarkar, (1991). Powder Technology. 64, 221.
Shanahan, C.E., Schwarz, J., 1954. Characteristics of solid flow in a standpipe. Masters in Science, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge
A.J. Tamara, C.Yap and M.A. Mannan, (2006). Gravity pipe flowof polymeric bulk solids in pneumatic conveying system Chemical Engineering Science 61, 7836 – 7849.