WŁAŚCIWOŚCI AERODYNAMICZNE NASION SOI

Transkrypt

1 Inżynieria Rlnicza (9)/200 WŁAŚCIWOŚCI AERODYNAMICZNE NASION SOI Brnisława Barbara Kram Instytut inżynierii Rlniczej, Uniwersytet Przyrdniczy we Wrcławiu Streszczenie. Dla suchych i nawilżanych nasin si wyznaczn właściwści aerdynamiczne ja prędść rytyczną v, współczynni pru aerdynamiczneg i współczynni ltnści, raz parametry gemetryczne (długść c, pwierzchnia nśna S). Prędść rytyczna, pwierzchnia nśna i długść ziarna sucheg zależą d jeg masy i rsną zgdnie z równaniami rzywych ptęgwych. Przy rsnącej prędści rytycznej ziarna, współczynni ltnści maleje również zgdnie z równaniem rzywej ptęgwej. Współczynni pru aerdynamiczneg suchych ziaren nie zależy d ich masy. Wraz ze wzrstem wilgtnści badanych ziaren ich długść, grubść, szerść i pwierzchnie rzutów prstpadłych rsną zgdnie z równaniami wyładniczymi. Mim wzrstu masy ziaren, wyniająceg z ich nawilżania, prędść rytyczna wyraźnie maleje, c pisuje równanie wyładnicze. Wpływ wilgtnści na współczynni ltnści i współczynni pru aerdynamiczneg pisują rsnące rzywe wyładnicze. Słwa luczwe: sja, ziarn, wilgtnść, masa, właściwści aerdynamiczne Wstęp i cel pracy Sja jest cenną rśliną strączwą, tóra znalazła bardz szerie zastswanie w światwym przemyśle spżywczym. Jest jedną z najstarszych rślin uprawnych pchdzącą z rejnu płudniw-wschdniej Azji, przystswaną już d warunów Plsi. Nasina si są źródłem pełnwartściweg biała, zawierają sle mineralne, witaminy A i B raz tłuszcze. Lista prdutów trzymywanych z si jest bardz długa i ciągle się pwięsza. Ta więc, sja pmim sweg wielletnieg pchdzenia jest ciągle rśliną przyszłściwą. Przyczyną niesłabnąceg d dawna zaintereswania uprawą si w wielu rajach świata jest jej duża uniwersalnść raz mżliwść szerieg wyrzystania nasin tej rśliny zarówn w przemyśle spżywczym ja chemicznym [Kneca 99; Karczmarczu 999; Dedi 2000]. Zastswanie dpwiednich śrdów transprtu w magazynwaniu, przeładunu, prcesach uprawwych i technlgicznych jest ważnym zagadnieniem. Szczególnie przydatne mgą być przenśnii pneumatyczne ze względu na mżliwść transprtu dużych ilści materiału na znaczne dległści, mały prcent ubytów, elastycznść przeładunu, bra zanieczyszczeń, łatwść bsługi, niewielie gabaryty, samczyszczenie, mżliwść rzbudwy i zdalneg sterwania. Wymienine zalety pwdują, że mim dużeg zużycia energii, transprt i przeładune pneumatyczny są częst ptymalnym rzwiązaniem. Przy prjetwaniu i esplatacji urządzeń pneumatycznych należy znać właściwści aerdynamiczne transprtwaneg materiału. Wyznaczenie prędści rytycznej v, współczyn- 265

2 Brnisława Barbara Kram nia pru aerdynamiczneg i współczynnia ltnści dla nasin si był celem przeprwadznych badań, pnieważ w literaturze nie znalezin infrmacji na ten temat. Metdya Pdstawwą właściwść aerdynamiczną jaą jest prędść rytyczna v, wyznaczan mierząc ciśnienie dynamiczne w pinwym strumieniu pwietrza gdy umieszczne tam ziarn si znajdwał się w stanie równwagi [Kram 990]. Z pdstawweg wzru p = ρ v wyznaczn prędść rytyczną dyn v = 2 p dyn ρ [m s - ] gdzie: p ciśnienie dynamiczne [G m -2 ], dyn ρ gęstść pwietrza [g m -3 ]. Znając prędść rytyczną mżna bliczyć współczynni ltnści z równania stanu równwagi G = R = m v 2 = g ( v 2 ) - [m - ] gdzie: g przyśpieszenie ziemsie [m (s 2 ) - ] Współczynni pru aerdynamiczneg wyznacza się ze wzru: gdzie: G ciężar cząsteczi [G], S pwierzchnia nśna [m 2 ]. = 2 G (S ρ v 2 ) - [-] Ja pwierzchnię nśną przyjmuje się najwięszą pwierzchnię rzutu prstpadłeg badanej cząsti. D wyznaczenia pwierzchni trzech prstpadłych d siebie rzutóws, S 2, S 3, zastswan czytni ptyczny,uzysując brysy badanych pwierzchni w 4,8- rtnym pwięszeniu. Wielści pwierzchni mierzn planimetrem. Długść c, szerść b i grubść a ziarna zstała zmierzna na dpwiednich pwierzchniach rzutów prstpadłych, specjalnie wysalwaną miarą. Badania przeprwadzn dla ziaren suchych wilgtnści W = 8,94% i nawilżanych d W = 8,94% d W = 62,40%. Dla nasin suchych pmiary przeprwadzn na 70 wybranych ziarnach masie d m = 82 mg d m = 22 mg. D nawilżania przyjęt ziarna wilgtnści pczątwej W= 8,94% i masie m = 22 mg z fracji m = mg (fracja najczęściej występującej masie ziaren). 266

3 Właściwści aerdynamiczne nasin... Właściwści aerdynamiczne i parametry gemetryczne ziaren si zstały przedstawine w funcji ich masy i wilgtnści. Wynii Ziarn suche Długść sucheg ziarna c zmienia swą wielść d c = 5,8 mm d c = 2,09 mm i rśnie wraz z masą zgdnie z równaniem ptęgwym c =,088 m 0, 375 przy R 2 = 0,9 (rys. ). Rys.. Fig.. Zależnść długści i pwierzchni nśnej ziarna si d jeg masy Relatin f sybean grain length and supprting surface t its mass Pwierzchnia nśna S również zmienia swą wielść wraz z masą, c pisuje rzywa rsnąca równania ptęgweg S =,04 m 0,73 przy R 2 = 0,96 (rys. ). W zależnści d masy ziarna ( m = mg), prędść rytyczna waha się d v = 2,09 m s - d v = 4,27 m s -. Ze wzrstem masy, prędść rytyczna rśnie i mżna pisać tę zależnść równaniem ptęgwym v = 7,57 m 0,5, przy niższym współczynniu relacji R 2 = 0,65 (rys. 2). Gdy prędść rytyczna rśnie t współczynni ltnści maleje zgdnie z równaniem ptęgwym = 0,69 m -0,2296 przy R 2 = 0,64 (rys. 2). Współczynni pru aerdynamiczneg nie zależy d masy ziarna. Należy przyjąć, że jest t wartść stała, charaterystyczna dla danej dmiany. Średnia wartść współczynnia pru aerdynamiczneg dla sucheg ziarna si wynsi = 0,

4 Brnisława Barbara Kram Rys. 2. Fig. 2. Zależnść prędści rytycznej i współczynnia ltnści ziarna si d jeg masy Relatin f sybean grain critical velcity and vlatility cefficient t its mass Rys. 3. Fig. 3. Dynamia przyrstów pwierzchni rzutów prstpadłych ziarna si w funcji jeg wilgtnści Dynamics f sybean grain rthgnal prjectin area increment in functin f its humidity Ziarn nawilżane Przy wzrście wilgtnści ziarna najbardziej zmienia się jeg długść c. Przyładw dla ziarna wilgtnści W = 8,94%, długść wynsiła c = 6,62 mm i przy zwięszeniu wilgtnści d W = 6,27% siągnęła wielść c = 2, mm. Ja widać przyrst długści jest bardz duży i wynsi 83,69%. Ogólnie zmianę długści ziarna mżna pisać bardz dbrze dpaswaną rzywą (R 2 = 0,97) równaniu c = 5,70*e 0,08*W (rys. 4). 268

5 Właściwści aerdynamiczne nasin... Rys. 4. Fig. 4. Zmiana długści, szerści, grubści i prędści rytycznej ziarna si w funcji jeg wilgtnści Change in length, width, thicness and critical velcity f sybean grain in functin f its humidity Zmiany grubści a i szerści b ziarna nie są ta wielie. Zmiany tych parametrów w funcji wilgtnści mżna pisać rzywymi wyładniczymi następujących równaniach: a = 5,24 e 0,0025 W, R 2 = 0,46 i b = 6,57 e 0,003 W, R 2 = 0,46 (rys. 4) Knsewentnie, z najwięszymi przyrstami długści ziarna, pwierzchnia S wraz ze wzrstem wilgtnści (d W = 8,94% d W = 6,27%) zwięsza się d S = 32,32 mm 2 d S = 78,52 mm 2, czyli aż 42,95%. Zmianę wielści tej pwierzchni bardz dładnie pisuje rzywa wyładnicza S = 27,37 e 0,0684 W przy R 2 = 0,99 (rys. 3). Przyrsty pwierzchni S i S również bardz dładnie pisują rzywe wyładnicze 2 3 S 2 = 24,63 e 0,0078 W, R 2 = 0,88 raz S 3 = 22,2 e 0,047 W, R 2 = 0,98 (rys. 3). Nawilżane ziarn si zachwuje się nietypw. Mim wzrstu masy ziaren, wyniająceg z nawilżania, prędść rytyczna w funcji wilgtnści wyraźnie maleje. Zależnść tę pisuje malejąca rzywa wyładnicza v = 3,84 e -0,0004 W, R 2 = 0,57 (rys. 3). Jest t jedyny przypade wśród bardz wielu przebadanych nasin różnych rślin, że prędść rytyczna w funcji wilgtnści maleje. Taą zależnść mżna najprawdpdbniej wytłumaczyć tym, że ziarn si w miarę nawilżania bardz zmienia swój ształt, d prawie regularnej uli, gdy ziarn jest suche, d ształtu płasiej fasli. Pnieważ współczynni pru aerdynamiczneg i współczynni ltnści zależą d prędści rytycznej, t w przypadu, gdy prędść rytyczna w funcji wilgtnści maleje, współczynnii te 269

6 Brnisława Barbara Kram w funcji wilgtnści rsną. Opisują t równania wyładnicze: R 2 = 0,65 i = 0,057 e 0, W, R 2 = 0,67 (rys. 5). = 0,34 e 0,00200 W, Rys. 5. Fig. 5. Zależnść współczynnia ltnści i współczynnia pru aerdynamiczneg ziarna si d jeg wilgtnści Relatin between sybean grain vlatility cefficient and aerdynamic resistance cefficient, and its humidity Wnisi. Prędść rytyczna sucheg ziarna si rśnie wraz z jeg masą zgdnie z równaniem ptęgwym v = 7,57 m 0,5 a c za tym idzie współczynni ltnści maleje wg rów- nania = 0,69 m -0, Współczynni pru aerdynamiczneg nie zależy d żadneg parametru sucheg ziarna si, mżna przyjąć, że jest cechą charaterystyczną (stałą materiałwą) i dla sucheg ziarna si dmiany Plan wynsi = 0, Nawilżane ziarn si radyalnie zmienia swój ształt, c ma duży wpływ na jeg właściwści aerdynamiczne. 4. Przyrsty długści, szerści, grubści i pwierzchni rzutów prstpadłych ziarna w funcji wilgtnści pisane są rsnącymi rzywymi wyładniczymi. 5. Zmiana ształtu nawilżaneg ziarna pwduje,że prędść rytyczna maleje ze wzrstem wilgtnści zgdnie z równaniem wyładniczym v = 3,84 e -0,0004 W, i już zgdnie z tym, współczynni ltnści rśnie wg równania wyładniczeg = 0,057 e 0, W. 6. Zawartść wdy w ziarnie ma wpływ na wielść współczynnia pru aerdynamiczneg. Ze wzrstem wilgtnści ziarna jeg wielść rśnie zgdnie z równaniem wyładniczym = 0,3407 e 0,00200 W. 270

7 Właściwści aerdynamiczne nasin... Bibligrafia Dedi I Rśliny zielarsie w apteczce dmwej i w uchni.[cz.6: Sja włsina].wiadmści Zielarsie. R. 42 nr 0 s. 20. Karczmarczu R Sja rślina ze wszech miar użyteczna. Wiad. Zielar. 999 R. 4. Nr s Kram B. B. 990 Badania cech aerdynamicznych granul superfsfatu ptrójneg. Rcznii Nau Rlniczych, t. 79-C-. s Kneca K. 99 Sja dawniej i dziś. Pstępy Nau Rlniczych. Nr 45/6. AERODYNAMIC PROPERTIES OF SOYBEAN SEEDS Abstract. The fllwing aerdynamic prperties were determined fr dry and mistened sybean seeds: critical velcity v, aerdynamic resistance cefficient and vlatility cefficient, and gemetric parameters (length c, supprting surface S). Critical velcity, supprting surface and length f dry seed depend n its mass and increase accrding t pwer curve equatins. Fr grwing critical velcity f grain, vlatility cefficient drps accrding t pwer curve equatin as well. Aerdynamic resistance cefficient fr dry grains is nt dependent n their mass. With the increasing humidity f eamined grains, their length, thicness, width, and rthgnal prjectin area rise accrding t epnential equatins. In spite f the increase in grain mass resulting frm its mistening, critical velcity visibly drps, which is described by epnential equatin. The impact f humidity n vlatility cefficient and aerdynamic resistance cefficient is described by raising epnential curves. Key wrds: sybean, grain, humidity, mass, aerdynamic prperties Adres d respndencji: Brnisława Barbara Kram; Brnislawa.Kram@up.wrc.pl Instytut Inżynierii Rlniczej Uniwersytet Przyrdniczy we Wrcławiu ul. Chełmńsieg 37/ Wrcław 27