NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY RANG CÀ PHÊ ỨNG DỤNG PLC S7200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY
RANG CÀ PHÊ ỨNG DỤNG PLC S7-200

Họ và tên sinh viên: ĐỖ NGUYÊN ĐÌNH
NGUYỄN HẢI DƯƠNG
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên học: 2007-2011

Tháng 06 năm 2011


NGHIÊN CỨU ,THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY RANG CÀ PHÊ ỨNG
DỤNG PLC S7-200

Sinh viên thực hiện

ĐỖ NGUYÊN ĐÌNH
NGUYỄN HẢI DƯƠNG

Khóa luân được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn
TS. Nguyễn Văn Hùng

Tháng 6 năm 2011
I

LỜI CẢM TẠ
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô ở trường Đại học Nông
Lâm TP.Hồ Chí Minh và quý thầy / Cô trong khoa Cơ Khí- Công Nghệ đã trang
bị cho em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy / Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã
giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bài tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Văn Hùng
đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý Thầy / Cô trong hội đồng đã dành thời gian
nhận xét góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn
bè đã động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt
quá trình hoàn thành luận văn.
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011
Sinh viên thực hiện

ĐỖ NGUYÊN ĐÌNH
NGUYỄN HẢI DƯƠNG

II


TÓM TẮT
Đề tài: “Nghiên cứu,thiết kế,chế tạo mô hình máy rang ứng dụng PLC S7-200”.
Được tiến hành tại bộ môn cơ điện tử trường đại học Nông Lâm TP.HCM, năm 2011.
Kết quả thu được:
 Mô hình máy rang cà phê được thiết kế theo phương pháp dùng không khí nóng

để rang.Với bộ phát nhiệt là điện trở đốt nóng,cấu tạo máy gồm có lồng rang,bộ phận
làm nguội nhanh,bộ phận điều khiển.


Kết quả thiết kế: Máy rang cà phê có 2 chế độ rang: rang tự động và rang thủ

công.Nhiệt độ của cà phê được giám sát bởi đồng hồ hiển thị có bộ chuyển đổi tín hiệu
nhiệt độ ra tín hiệu dòng 4-20 mA ,bộ phát nhiệt điện trở được điều khiển từng cấp.
 Kết quả khảo nghiệm: vận tốc lồng rang cà phê là 50 vòng/phút,giúp cho cà phê
không bị cháy khét,và vận tốc cánh đảo làm mát cà phê là 40 vòng/phút cùng với quạt
thổi,giúp cho cà phê được đảo đều và nguội nhanh .Việc làm nguội nhanh để cà phê
không hấp thụ các mùi vị lạ,và thuận lợi cho việc cho thêm gia vị .Cà phê được rang
chín trong khoảng từ 18-25 phút.
.

III


MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa

i

Lời cảm ơn

ii

Tóm tắt

iii

Mục lục

iv

Danh sác các hình

vii

Danh sách các bảng

ix

CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU

1

1.1. Đặt vấn đề

1

1.2. Mục đích nghiên cứu

2

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN

3

2.1. Tổng quan về cà phê

3

2.1.1. Cấu tạo giải phẫu của quả cà Phê

3

2.1.2. Cấu tạo của nhân cà phê

4

2.1.3. Tính chất vật lý của cà phê nhân

6

2.2. Quy trình sản xuất cà phê rang

7

2.3. Phương pháp rang cà phê

9

2.4. Các loại máy rang từ trước tới nay

11

2.5. Tổng quan về dây đốt điện trở

12

2.5.1. Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt

12

2.5.2 . Vật liệu làm dây đốt

13

2.5.3. Vật liệu phi kim loại

16

2.5.4. Cấu tạo dây đốt điện trở

17

2.6. Nhiệt điện trở

19

2.7. Cấu trúc PLC

22

2.7.1. Giới thiệu

22

2.7.2. Ngõ vào và ngõ ra

23

IV


2.7.3. Relay

27

2.8. Hoạt động của PLC

28

2.8.1. Hoạt động tuần tự

28

2.8.2. Trạng thái PLC

29

2.8.3. Bộ nhớ

30

2.9. Phần mềm STEP 7-MicroWin

30

2.9.1.Giới thiệu

30

2.9.2. Giao tiếp máy tính và PLC S7-200

30

2.10. Analog EM235

32

2.10.1.Thông số EM235

32

2.10.2. Lựa chọn ngõ vào cho module

33

CHƯƠNG 3.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

38

3.1. Nội dung nghiên cứu

38

3.2. Một số thiết bị,chương trình sử dụng trong quá trình nghiên cứu

38

3.3. Cơ sở tính toán thiết kế

38

CHƯƠNG 4.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

40

4.1. Yêu cầu thiết kế

40

4.2. Mô hình máy rang cà phê

41

4.2.1 Lồng rang cà phê

42

4.2.2. Vỏ máy

44

4.2.3. Máng làm nguội

45

4.2.4 .Ống thoát vỏ lụa

46

4.3. Điều khiển tự động trên mô hình máy rang cà phê

47

4.3.1. Cách thiết lập EM235

47

4.3.2. Cấu tạo PLC S7-200

48

4.3.3. Kết nối giữa Pt100 với đồng hồ hiển thị và EM 235

49

4.3.4. Thiết lập điều khiển

50

4.4. Kết quả khảo nghiệm sơ bộ

54

CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

58

5.1. Kết luận

58
V


5.2. Đề nghị

58

TÀI LIỆU KHAM KHẢO

59

PHỤ LỤC

60

VI


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1 Cấu tạo quả cà phê

3

Hình 2.2 Nhân cà phê

4

Hình 2.3 Nhân cà phê vối (Robusta)

5

Hình 2.4 Nhân cà phê chè (Arabica)

5

Hình 2.5 Nhân cà phê mít (Excelsa)

5

Hình 2.5 chảo rang dùng củi đốt,cà phê được đảo đều hoàn toàn bằng thủ công

9

Hình 2.6 Chảo rang dùng bếp điện, cánh đảo cà phê được quay bằng motor.

10

Hình 2.7 Cà phê được cho vào chảo.

10

Hình 2.8 Qúa trình rang được bắt đầu.

10

Hình 2.9 Mô hình máy rang dùng không khí nóng

11

Hình 2.10 Máy rang kiểu lồng cầu cũ

11

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo máy rang thùng quay,dùng không khí nóng để rang

12

Hình 2.12 Dây đốt kiểu lò xo

18

Hình 2.13 Dây đốt kiểu dích dắc

18

Hình 2.14 Cấu tạo dây đốt kín hình chữ U

19

Hình 2.15 Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD

22

Hình 2.16 Sơ đồ khối tổng quát của CPU

22

Hình 2.17 Mạch ngỏ vào của PLC

24

Hình 2.18 Mạch ngỏ ra của PLC

25

Hình 2.19 Card ngõ ra 24 VDC rút dòng (sinking)

26

Hình 2.20 Card ngõ ra 24VDC cấp dòng (sourcing)

26

Hình 2.21 Card ngõ ra relay

27

Hình 2.22 Sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi với EM235

33

Hình 2.23 Hình sơ đồ chỉnh độ lợi (Gain) và Offset

34

Hình 2.24 Sơ đồ khối ngõ vào EM235

36

Hình 2.25 Sơ đồ khối ngõ ra của EM 235

37

Hình 4.1 Mô hình máy rang

41

Hình 4.2 Sơ đồ khối của mô hình

42
VII


Hình 4.3 Lồng rang cà phê

42

Hình 4.4 Cấu tạo bên trong lồng rang

43

Hình 4.5 Biên dạng Cánh đảo

43

Hình 4.6 Vỏ bọc bên ngoài lồng rang

44

Hình 4.7 Nắp máy

45

Hình 4.8 Hệ thống máng làm nguội

46

Hình 4.9 Ống thoát vỏ lụa

46

Hình 4.10 Sơ đồ khối điều khiển

47

Hình 4.11 Cấu tạo Analog

48

Hình 4.12 Cấu tạo S7-200

48

Hình 4.13 Sơ đồ ngõ vào ngõ ra CPU 222

49

Hình 4.14 Sơ đồ kết nối với EM 235

49

Hinh 4.15 Sơ đồ kết nối Pt100-TZN4M-EM235

50

Hình 4.16 Biểu đồ nhiệt độ của 2 lần rang

54

Hình 4.17 Mẻ 1

55

Hình 4.18 Mẻ 2

55

Hình 4.19 Biểu đồ nhiệt độ so sánh giữa máy mô hình và máy thực tế

56

Hình 4.20 Mẫu cà phê của máy mô hình (Mẻ thứ nhất)

57

Hình 4.21 Mẫu cà phê của máy thực tế (Mẻ thứ nhất)

57

Hình 4.20 Mẫu cà phê của máy mô hình (Mẻ thứ hai)

57

Hình 4.21 Mẫu cà phê của máy thực tế (Mẻ thứ hai)

57

VIII


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1 Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê

4

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của nhân cà phê

6

Bảng 2.3 Dây điện trở có tiết diện hình tròn

13

Bảng2.4 Dây điện trở có tiết diện hình chữ nhật

13

Bảng2.5 Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở

14

Bảng 2.6 Chọn điện áp hoặc dòng ngõ vào đối với module EM235

34

Bảng 2.7 Chỉnh độ lợi và độ suy giảm

36

Bảng 3.1 Màu sắc và trạng thái của cà phê

39

Bảng 4.1 Màu sắc và trạng thái của cà phê

40

Bảng 4.2 Kết quả của 2 lần rang

55

IX


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Việt Nam là nước đứng thứ 2 thế giới xuất khẩu cà phê.Tuy nhiên,công nghệ chế
biến cà phê vẫn còn thô sơ dẫn đến chất lượng cà phê bị giảm.Đặc biệt trong những năm
gần đây,công nghệ rang cà phê rất lạc hậu,một số cơ sở sản xuất nhỏ lẻ còn dùng chảo
rang tay.Đa phần dùng than hay củi để rang cà phê,dẫn đến khí thải môi trường bị ô
nhiễm.Việc dùng than,củi để rang dẫn đến cà phê bị chai,bị mất mùi vì khó kiểm soát
nhiệt độ rang.Thời gian rang còn có thể vượt quá mức quy định cho phép là từ 18-25 phút
trên một mẻ rang .Tuy nhiên cũng có một số tổ chức,công ty luôn lấy chất lượng là trên
hết,cung cấp trên thị trường là những hạt cà phê siêu sạch như cà phê Buôn MêThuột,cà
phê Trung Nguyên,cà phê Bảo Lộc,...với mùi vị đặc trưng của từng công ty.Xu hướng của
các máy rang cà phê hiện đại là dùng gas đối với máy rang công suất lớn như 10 kg,30
kg,60 kg...,còn đối với máy rang công suất nhỏ thì dùng điện trở đốt nóng ,công suất tầm
500 g,1 kg,2 kg.Với nguồn nhiệt là gas và điện trở,nhiệt độ trong quá trình rang được điều
khiển chính xác hơn,đảm bảo cà phê được rang chín,có mùi thơm ngon,thời gian rang
không vượt qua 25 phút /mẻ ở bất kỳ công suất .Và nhiệt độ khí thải luôn sạch,không gây
ô nhiễm môi trường.
Từ những vấn đề nêu trên cùng với sự cho phép của Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí Công
Nghệ với sự hướng dẫn của thầy Tiến Sĩ Nguyễn Văn Hùng,bộ môn Cơ Điện Tử,chúng
tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu,thiết kế,chế tạo,mô hình máy rang cà phê ứng dụng PLC S7-200”.

1 
 


1.2. Mục đích nghiên cứu
Việc nghiên cứu và chế tạo máy rang cà phê với công suất nhỏ với mục tiêu định
hướng cung cấp được cho thị trường với thế hệ máy kiểu văn phòng,gia đình.Nghiên cứu
công nghệ rang hiện đại nhằm tạo ra thành phẩm cà phê chất lượng,đáp ứng được kỳ vọng
thưởng thức của người tiêu dùng.Với Nghiên cứu và chế tạo máy rang công suất nhỏ còn
có thể định hướng chế tạo máy rang công suất lớn ,đáp ứng cho dòng máy kiểu công
nghiệp,kiểu kinh doanh.

2 
 


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về cà phê.
2.1.1. Cấu tạo giải phẫu của quả cà Phê.
Qủa cà phê gồm những phần sau: lớp vỏ quả,lớp nhớt,lớp vỏ trấu,lớp vỏ lụa,nhân

Hình 2.1 Cấu tạo quả cà phê
+Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài,mềm,ngoài bì có màu đỏ,vỏ của quả cà phê chè
(Arabica) mềm hơn cà phê vối (Robusta) và cà phê mít(Excelsa).
+Dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt gọi chung là trung bì,vỏ thịt cà phê chè
mềm,chứa nhiều chất ngọt,dễ xay xát hơn,vỏ cà phê mít cứng và dày hơn.
+Hạt cà phê sau khi loại bỏ các chất nhờn và phôi khô gọi là cà phê thóc,vì bao
bọc nhân cà phê là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ gọi là “vỏ trấu” tức là nội bì.Vỏ trấu

của cà phê chè mỏng và dễ đập hơn cà phê vối và cà phê mít.
+Xác cà phê thóc còn có một lớp vỏ mỏng ,mềm đó là vỏ lụa,chúng có màu sắc và
đặc tính khác nhau tùy theo loại cà phê.Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và
dễ bong ra khỏi hạt qua quá trình chế biến.Vỏ cà phê vối có màu nâu nhạt.Vỏ cà phê mít
màu vàng nhạt bám sát cà phê nhân.
3 
 


+Trong cùng là nhân cà phê,lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng có những tế bào
nhỏ,trong có chứa chất dầu.Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn.Một quả cà phê
thường có 2 hoặc 3 nhân,thông thường có 2 nhân.
Bảng 2.1 Bảng tỷ lệ các phần cấu tạo của quả cà phê (tính theo phần trăm quả tươi)
Các loại vỏ và nhân

Cà phê chè(Arabica)(%)

Cà phê vối(Robusta)(%)

Vỏ quả

43-45

41-42

Lớp nhớt

20-23

21-42

Vỏ trấu

6-7,5

6-8

Nhân và lụa

26-30

26-29

2.1.2. Cấu tạo của nhân cà phê.
Nhân cà phê bao gồm phôi và mô dinh dưỡng.

Hình 2.2 Nhân cà phê
Tùy vào giống cà phê mà nhân cà phê có những màu sắc khác nhau,thành phần hóa
học khác nhau,ảnh hưở ng đến quá trình rang cà phê.Dưới đây là nhân cà phê của 3 loại
giống phổ biến hiện nay:

4 
 


Hình 2.3 Nhân cà phê vối (Robusta)

Hình 2.4 Nhân cà phê chè (Arabica)

Hình 2.5 Nhân cà phê mít (Excelsa)

5 
 


Bảng 2.2 Thành phần hóa học của nhân cà phê
Thành phần hóa học

Tính bằng g/100g

Nước

8-12

Chất dầu

4-18

Đạm

1,8-2,5

Protein

9-16

Cafein

1,3(Arabica), 2,5(Robusta)

Tính bằng mg/100g

1,1((Excelsa)
Clorogenic Axit

2

Trigonelline

1

Tanin

2

Cafetanic Axit

8-9

Cafeic Axit

1

Pentozan

5

Tinh bột

5-23

Saccaro

5-10

Xenlulo

10-20

Hemixenlulo

20

Linhin

4

Canxi

85-100

Photphat

130-165

Sắt

3-10

Natri

4

Mangan

1-45

6 
 


2.1.3. Tính chất vật lý của cà phê nhân
Cà phê nhân được bốc ra ra từ cà phê thóc. Cà phê nhân có hình dáng bầu dục, có
chiều dài khoảng 1cm, chiều rộng khoảng 0,5cm.
-Khối lượng riêng: p=650kg/m3
-Nhiệt dung riêng :C=0,37Kcal/Kg 0C
-Độ ẩm ban đầu của nhân cà phê là 20%
-Độ ẩm bảo quản của nhân cà phê là 12%
-Độ ẩm sau khi rang của cà phê nhân là 0.5%
2.2. Quy trình sản xuất cà phê rang
Cà phê nhân 

Xử lý nguyên liệu 

Phân loại theo kích thước 
Hạt nhỏ

Hạt lớn 
Rang 

Làm nguội 

Phối trộn 

Xay 
Hạt nhỏ

Phụ phẩm 

Hạt vừa

Đóng gói 

Hạt to

Thành phẩm 

Cà phê bột 

Sàng phân loại 

7 
 


Trong các công đoạn trên,công đoạn quyết định chất lượng cà phê là công đoạn xử
lý nguyên liệu,phân loại theo kích thước,rang và làm nguội.
+Xử lý nguyên liệu
Trong quá trình bảo quản,cà phê nhân dễ hấp thụ nhiều mùi vị lạ,đặc biệt là mùi
mốc.Do đó,cần phải xử lý nguyên liệu.Các phương pháp xử lý nguyên liệu như sau:

-Xử lý bằng nước: Áp dụng đối với những nguyên liệu cà phê chất lượng cao
(trong thời gian bảo quản không bị mốc).Nguyên liệu cà phê nhân được ngâm trong nước
khoảng 5 phút,nước sẽ ngấm vào mao quản của hạt cà phê và hòa tan các mùi vị lạ,sau đó
cà phê được vớt ra và để ráo.
-Xử lý bằng dung môi hữu cơ: Áp dụng đối với những nguyên liệu kém chất lượng
hơn.Dung môi thường được dùng là rượu eetylic nồng độ 20% thể tích,thời gian xử lý là
5÷10 phút,sau đó vớt ra để ráo.
Thường thì cà phê nhân sau khi xử lý,làm sạch,được đưa lên băng chuyền nghiêng có
gờ,đục lỗ lưới với đường kính 3mm để làm ráo nguyên liệu trước khi lên sàng để tách tạp
chất và phân loại.
+Phân loại theo kích thước:
Cà phê nhân trong quá trình bảo quản ,một phần sẽ bị gãy nát.Do đó cà phê nhân trước
khi đem đi rang ,cần phải phân loại theo kích thước để khối hạt có kích thước đồng
đều,tạo cho quá trình rang được dễ dàng và đều đặn hơn,thông thường người ta dùng hệ
thống sàng lắc gồm 2÷3 lưới sàng để phân loại.Qúa trình phân loại nguyên liệu gồm 2
thành phần: phần lọt sàng gồm các hạt gãy vỡ,phần không lọt sàng là các hạt nguyên.
+Rang:
Trong quá trình rang,cà phê nhân có nhiều biến đổi tùy vào nhiệt độ rang .Trong đó có 3
giai đoạn chính để hình thành nên một mẻ cà phê rang ngon:
-Giai đoạn thu nhiệt: Hạt cà phê xanh được sấy khô cho tới khi có màu vàng
nâu.Ở giai đoạn này,lúc đầu hạt cà phê có mùi của cỏ ẩm vì nước trong hạt bị hút ra.Sau
đó,hạt cà phê có mùi bông ngô rang hoặc bánh mì nướng.
8 
 


-Giai đoạn nổ lần một: Kích cỡ của hạt tăng gấp đôi trong khi trọng lượng
giảm.Qúa trình này làm nổ hạt cà phê.Màu của hạt bắt đầu chuyển sang màu nâu nhạt,sau
đó tới nâu vừa.Cấu trúc hóa học bắt đầu thay đổi ở giai đoạn này.
-Giai đoạn nổ lần hai:Hạt cà phê bắt đầu tỏa nhiệt,đường trong hạt cà phê

bắt đầu được Caramen hóa,tạo ra dầu cà phê.
+Làm nguội
Sau khi rang,các chất thơm nhạy cảm bởi nhiệt rất dễ bay hơi làm giảm phẩm chất của cà
phê.Do đó ,cần phải tiến hành làm nguội nhanh.Cà phê được làm nguội bằng dòng không
khí được tạo bởi quạt thổi,kết hợp với phun ẩm và phun rượu nhằm mục đích tạo độ ẩm
bảo quản là <13%.Vì cà phê sau khi rang,độ ẩm chỉ còn 0,5÷1% ,với độ ẩm này thì cà phê
dễ hấp thụ các mùi vị lạ.Việc phun rượu còn tạo ra được phản ứng Este hóa,giúp cà phê
thơm,ngon.
2.3. Phương pháp rang cà phê
Có 2 phương pháp:
+Phương pháp làm nẩy hạt
Hạt cà phê được cho vào 1 cái chảo đun nóng .Trong quá trình rang cà phê nảy lên
trong chảo,nó đồng thời được rang chín.

Hình 2.5 chảo rang dùng củi đốt,cà phê được đảo đều hoàn toàn bằng thủ công

9 
 


Hình 2.6 Chảo rang dùng bếp điện, cánh đảo cà phê được quay bằng motor

.

Hình 2.7 Cà phê được cho vào chảo

Hình 2.8 Qúa trình rang được bắt đầu

+Phương pháp dùng không khí nóng
Khi hạt cà phê nẩy qua luồng không khí nóng,nó được rang chín nhờ dòng không

khí nóng đối lưu tự nhiên hay đối lưu cưỡng bức bởi quạt .
Nguyên lý của máy rang dùng không khí nóng như sau:
Cà phê sống (hạt có màu xanh tùy vào giống,chủng loại) vào thành rang có
cánh đảo.Sau đó không khí nóngđể rang cà phê sau khi được làm nóng một khoảng thời
gian nhất định,không khí nóng được cho vào thành rang cà phê.Sau một khoảng thời gian
cà phê được rang thành phẩm,cà phê được cho vào thùng làm nguội.Qúa trình làm nguội
nhờ quạt thổi.

10 
 


Hình 2.9 Mô hình máy rang dùng không khí nóng
2.4. Các loại máy rang từ trước tới nay
a.Máy rang kiểu lồng cầu
Máy rang có kết cấu đơn giản,một cái lồng cầu được thiết kế như quả bóng bằng
sắt,thiết kế có cửa mở và được motor kéo qua 2 cần trục gác qua.Bên trong lồng cầu có
thể chứa 30,50,100 kg/mẻ.

Hình 2.10 Máy rang kiểu lồng cầu cũ
1.Cần trục ;2.Động cơ kéo;3.Lồng cầu sắt
+Ưu điểm
11 
 


Máy dễ chế tạo,đơn giản,giá thành rẻ.
+Nhược điểm
Trong quá trình rang,xuất hiện nhiều khói bụi,gây ô nhiễm môi trường.Thời
gian rang chín là 35-60 phút,làm cà phê bị chai,không đúng với tiến trình nở và chín của

cà phê.
b.Máy rang kiểu thùng quay
Máy rang gồm những bộ phận chính như lồng rang có cánh đảo,cửa mở vừa
thoát vỏ lụa vừa nạp nguyên liệu vào,thùng sấy cà phê.

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo máy rang thùng quay,dùng không khí nóng để rang
3.Lồng rang;31.Trục lồng rang;28.Cửa nạp cà phê sống
64. Ống thoát vỏ lụa;65.Hộp đựng vỏ lụa
+Ưu điểm
Cà phê được rang chín đều,thời gian rang là 18-25 phút,cà phê không bị chai.Trong
quá trình rang ít khói bụi,đặc biệt là vỏ lụa của cà phê,có hệ thống lọc bụi,vỏ lụa.
+Nhược điểm
Kết cấu phức tạp,giá thành cao.
2.5. Tổng quan về dây đốt điện trở
2.5.1. Yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt
12 
 


Dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng
Joule.Dây đốt cần phải làm từ các vật liệu thõa mãn các yêu cầu:
-Khả năng chịu nhiệt tốt,không bị oxi hóa trong môi trường không khí ở nhiệt độ
cao.
-Bền nhiệt cao,bền cơ học tốt,dây điện trở không được biến dạng.
-Điện trở suất lớn,tạo cho dây điện trở có cấu trúc nhẹ,khi cùng đáp ứng một công
suất theo yêu cầu.
-Hệ số nhiệt điện trở nhỏ(α,β),nghĩa là nhiệt độ càng cao thì điện trở càng lớn.
-kích thước hình học phải ổn định,ít thay đổi hình dáng ở nhiệt độ làm việc.
-Các tính chất điện phải cố định.
-Dễ gia công: kéo dây,dễ hàn,đối với vật liệu phi kim loại cần ép khuôn được.

2.5.2. Vật liệu làm dây đốt
Một số vật liệu đáp ứng tốt các yêu chính trên để chế tạo dây điện trở.Các vật liệu
đó là hợp kim Nicken và Crôm,thường gọi là “Nicrôm”,và hợp kim của Crôm và Nhôm
Cacbonrun.
+Hợp kim Nicrôm
Hợp kim Nicrôm có độ bền nhiệt tốt vì có mảng lớp oxit crôm (Cr2O3),bảo vệ rất
chặt,chịu sự thay đổi nhiệt độ tốt,nên có thể làm việc trong các lò có chế độ làm việc gián
đoạn.Hợp kim Nicrôm có cơ tính ở nhiệt độ thường cũng như ở nhiệt độ cao,dẻo,dễ gia
công,dễ hàn,điện trở suất lớn,hệ số nhiệt điện trở nhỏ,không có hiện tượng giã hóa.
Nicrôm là vật liệu đắt tiền,nên người ta có khuynh hướng tìm vật liệu khác để thay thế
+Hợp kim Sắt-Crôm-Nhôm
Hợp kim này chịu đựng được nhiệt độ cao,thõa mãn các tính chất điện,nhưng có
nhược điểm là giòn,khó gia công,kém bền cơ học ở nhiệt độ cao.Vì thế cần thiết tránh các
tác động tải trọng của chính dây điện trở.Một nhược điểm nữa là hơp kim này ở nhiệt độ
cao,dễ bị các oxit sắt,oxit SiO2 ,tác động hóa học,phá hoại lớp màng bảo vệ của các oxit
như Al2O3,Cr2O3.Vì vậy,ở trong lò,nơi tiếp xúc với hợp kim này phải là vật liệu chứa
nhiều Alumin (Al2O3≥ 70%,Fe2O3 ≤ 1%).
13 
 


Độ dãn dài tới 30-40%,gây khó khăn khi lắp đặt,cấn tránh đoạn mạch khi dây giãn dài và
bị cong.
Ở Liên Xô cũ người ta chế tạo 2 hợp kim ЭИ-595 và ЭИ-626,nhiệt độ làm việc đạt
1300°C,ở 1000°C chúng có độ dẻo cao.Chúng là hợp kim crôm có hàm lượng lớn,được
biến tính bằng một lượng nhỏ các kim loại kiềm thổ,nên tăng độ dẻo.
Các dây điện trở được tiêu chuẩn hóa khi sản xuất.Dây điện trở bằng hợp kim:
X13I04;OX23IO3(ЭИ-595);OX2710A(ЭИ-626);X20H80,có đường kính dây như sau:
Bảng 2.3 Dây điện trở có tiết diện hình tròn d(mm)
d(mm)

2

2,2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

7,5

8

9

Bảng2.4 Dây điện trở có tiết diện hình chữ nhật với a là chiều rộng(mm),b là chiều
dài(mm)
a( mm)

b( mm)

1

8

1,4

15

1,8

18

2,5

25

1

10

1,4

20

1,8

20

2,5

30

1,2

10

1,5

10

2

20

2,5

40

1,2

12

1,5

12

2

15

3

25

1,2

15

1,5

15

2,2

20

3

30

1,2

20

1,5

20

2,2

25

3

40

1,4

10

1,8

20

2,5

20

Những kích thước được dùng phổ biến nhất:
-Dây điện trở có dạng xoắn lo xo,đường kính dây: 5 mm;5,5mm;6 mm;6,5 mm; 7
mm.
-Dây điện trở có dạng lõi,cấu trúc kiểu dích dắc,đườn kính dây là: 8 mm;8,5 mm;
9 mm.

-Dây có tiết diện hình chữ nhật,cấu trúc kiểu dích dắc,có kích thước [a.b]:
[2.20];[2,5.25];[3.30].
14 
 


Bảng 2.5 Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở
Nhiệt độ làm

Trọng
lượng

Điện trở suất

Hệ số

Nhiệt độ

Nhiệt độ

Vật liệu làm

riêng

ở 0°C

nhiệt điện

chảy lỏng

làm việc

Làm

Làm

dây điện trở

ở

,Ωmm2/m

trở α.103

°C

cực

việc

việc

đại °C

liên

gián

tục

đoạn

20°C,
g/cm3

việc °C

X20 H80

8,4

1,1

0,035

1400

1150

1050

1000

X20 H80T

8,2

1,27

0,022

1400

1200

1050

1000

X15 H60

8,3

1,1

0,1

1400

1050

950

900

X25 H20

7,85

0,9

0,35

1400

1100

850

800

7,2

1,26

0,15

1450

900

750

650

7,1

1,3

0,06

1450

1050

7

1,4

0,05

1450

1200

1050

1000

7,3

1,35

0,05

1525

1250

1150

1100

7,2

1,42

0,022

1525

1300

Volffram,W

19,34

0,05

4,3

3410

3000*

Molipden,Mo

10,2

0,052

5,1

2625

2200*

Platin,Pt

21,46

0,098

8,95

1755

1400

Sắt, Fe

7,88

0,09

11,3

1535

400

Nicken,Ni

8,9

0,065

13,4

1452

1000

Nicrom

Thép
X13 I04
Hợp kim
OX25 I05
Hợp kim
OX17 I05
Hợp kim
OX23IO5A
595
OX27I05A
626

15