فهرست مطالب

نشریه تحقیقات سامانه ها و مکانیزاسیون کشاورزی
پیاپی 83 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/02
  • تعداد عناوین: 6
|
  • نسیم حبیبی، مرتضی الماسی*، حسین باخدا صفحات 1-12
    در میان انواع مختلف زیست توده، مزایای ذاتی ریزجلبک ها باعث شده است تا آنها به منبعی سودمند برای تولید سوخت زیستی تبدیل شوند. فرآیند مایع سازی هیدروترمال یکی از فرآیندهای ترموشیمیایی است که به دلیل داشتن مزایایی همچون تولید محصولات با ارزش و مصرف پایین انرژی توجه محققان را به خود جلب کرده است. هدف از این مقاله، بررسی تولید سوخت زیستی از ریزجلبک اسپیرولینا به کمک فرآیند مایع سازی هیدروترمال در محیط آب زیر بحرانی به صورت آزمایشگاهی و ناپیوسته است. نتایج آنالیز دقیق عنصری سوخت زیستی نشان داد که مقدار کربن، هیدروژن، گوگرد و نیتروژن سوخت زیستی خام به ترتیب برابر با 27/68، 56/15، 08/3 و 38/0 درصد است. علاوه بر این، ترکیبات سوخت زیستی تولید شده توسط آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز بررسی شد که نتایج آن تاییدکننده تولید سوخت پاک نسبت به سوخت های فسیلی است. در نتیجه می توان گفت که فرآیند مایع سازی هیدروترمال فرآیندی نویدبخش برای تبدیل ریزجلبک ها به سوخت زیستی می باشد و به تاثیر پیش تیمار روی بهبود تولید سوخت نیز تاکید می کند.
    کلیدواژگان: آنالیز عنصری، آنالیز طیف سنجی، زیست سوخت، پیش تیمار، فرآیند هیدروترمال
  • محسن پویا، بابک بهشتی*، علیمحمد برقعی، غلامحسن اسدی صفحات 13-32

    در این تحقیق، عملکرد یک خشک کن حرارتی با سامانه گردش هوای بسته، مجهز به سیستم چارچوب های فلز - آلی (MOF) ارزیابی شد. بخش های خشک کن شامل محفظه خشک کردن محصول، محفظه حاوی مواد نانوجاذب MOF و سامانه های اندازه گیری و کنترل است. عملکرد خشک کن روی گیاه نعنا و در سه سطح دمایی (40، 50 و 60 درجه سلسیوس) مقایسه و انرژی مصرفی و خشک شدن برگ های نعنا ارزیابی شد. نتایج تحقیق نشان داد، سامانه گردش هوای بسته، سبب کاهش زمان خشک بین 27 تا 50 درصد می شود، ضریب نفوذ برگ های نعنا با افزایش دما افزایش نشان داد و مقدار آن در استفاده نشدن و استفاده شدن از صفحات نانوجاذب به ترتیب برابر (11-10×0569/4) و (11-10×8215/2) مترمربع بر ثانیه تعیین شد. انرژی فعال سازی در دو روش استفاده کردن و استفاده نکردن از نانوجاذب به ترتیب برابر 72/45 و 96/51 کیلوژول بر مول به دست آمد که با نتایج بررسی های محققان هم خوانی دارد. ضریب عملکرد و میزان تبخیر رطوبت و میزان تبخیر رطوبت ویژه نشان دهنده اثرگذاری استفاده از نانوجاذب در سیستم خشک کن و کاهش مصرف انرژی است. شاخص رنگ کل (ΔE)، با افزایش دما از 40 به 50 درجه سلسیوس، تغییر چندانی نشان نداد ولی از 50 به 60 درجه سلسیوس، شاخص رنگ کل افزایش یافت اما اختلاف آشکاری در شاخص رنگ کل، بین دو روش استفاده کردن و استفاده نکردن از نانوجاذب وجود نداشت.

    کلیدواژگان: انرژی فعال سازی، شاخص رنگ کل، ضریب عملکرد، ضریب نفوذ موثر، MOF
  • اعظم اسدی، مجتبی نادری بلداجی*، امین لطفعلیان، مهدی قاسمی ورنامخواستی، سامان آبدانان مهدی زاده صفحات 33-48
    تعیین غلظت (عیار) قند برای ارزیابی کیفیت چغندرقند در کارخانه های قند اهمیت زیادی دارد و مبنای ارزش گذاری چغندرقند نیز محسوب می شود. در این مطالعه، با هدف برآورد درجه بریکس به عنوان یکی از شاخص های سنجش عیار قند چغندر، یک حسگر دی الکتریک مجاورتی توسعه داده شد و ارزیابی گردید. این حسگر از نوع کواکسیال انتها-باز بوده که از دو الکترود فلزی دایره ای هم مرکز تشکیل شده و با استفاده از آن طیف های دامنه بر حسب بسامد در بازه صفر تا 150 مگاهرتز برای هر نمونه چغندر استخراج شد. به منظور ارزیابی حسگر، 100 نمونه چغندرقند انتخاب و بریکس معیار در هر نقطه اندازه گیری با حسگر دی الکتریک، با استخراج عصاره از آن با استفاده از دستگاه رفرکتومتر اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که در محدوده های بسامدی 50-30 و 140-120 مگاهرتز، طیف های دی الکتریک با تغییرات درصد بریکس تغییر قابل توجهی دارد به طوری که با افزایش بریکس، دامنه طیف کاهش می یابد. ضمن ارزیابی روش های مختلف رگرسیونی، روش رگرسیون حداقل مربعات جزیی PLSR توانست درصد بریکس نمونه ها را با ضریب تبیین اعتبارسنجی 81/0 و خطای 72/0 درجه بریکس پیش بینی کند. نتایج حاصل همچنین نشان داد، این حسگر و روش اندازه گیری مورد مطالعه می تواند به عنوان روشی ساده و قابل اعتماد برای اندازه گیری درصد بریکس چغندرقند به کار گرفته شود.
    کلیدواژگان: بریکس، چغندرقند، رگرسیون چندمتغیره، طیفسنجی دی الکتریک
  • افسانه سلیمانی، محمدحسین عباسپورفرد*، عباس روحانی، محمدحسین آق خانی صفحات 49-68

    تیلرها (2WTs) از انواع تراکتورهای کوچک به شمار می روند که معمولا در گلخانه ها، باغ ها، شالیزارها، و در جاهایی بیشترین کاربرد را دارند که حرکت تراکتور دشوار است. از آنجایی که تیلرهای موجود تنها یک کلاچ برای انتقال توان به جعبه دنده دارند و کلاچی برای هدایت و فرمان ندارند، برای دور زدن و هدایت مخصوصا زیر درختان یا تغییر مسیر حرکت در حین کار مشکلات عدیده ای دارند، به همین علت در این تحقیق تلاش گردید راه حلی برای رفع این مشکل ارایه شود. دو نوع کلاچ اصطکاکی صفحه ای (دیسکی) و مخروطی که بیشترین کاربرد را در ماشین های کشاورزی دارند، مد نظر قرار گرفتند. گشتاور به وجود آمده روی محور دوار تیلر 9 اسب بخار با استفاده از نسبت دنده در حالت دنده 1 محاسبه شد. نیروی اعمالی به دسته کلاچ و نهایتا صفحه کلاچ از سوی کاربر نیز به منظور درگیری کلاچ محاسبه گردید. با داشتن مقدار نیروی انتقالی، گشتاور و فضای موجود، به طراحی کلاچ مخروطی که امکان به کارگیری آن روی محور دوار تیلر وجود دارد با استفاده از نرم افزار طراحی سه بعدی (CATIA) پرداخته شد. برای حصول اطمینان از مقاومت قطعات در برابر شکست و کارکرد صحیح آنها، تحلیل استاتیکی قطعات کلاچ منتخب که در معرض تنش ماکزیمم هستند در نرم افزار انسیس (ANSYS R17.2) دنبال شد. نتایج بررسی ها نشان داد که استفاده از کلاچ مخروطی روی محورهای دوار طرفین تیلر با عملکرد مناسب و ضریب اطمینان بالا با توجه به مقاومت قطعات در برابر تحلیل استاتیکی امکان پذیر است.

    کلیدواژگان: تحلیل استاتیکی، تراکتور تک محور، تیلر، کلاچ صفحه ای، کلاچ مخروطی
  • مرتضی کریمی، ساسان علی نیائی فرد*، محمد محمدیان، امیررضا حامی، مریم سیف کلهر، محمودرضا روزبان، حسن موسوی صفحات 69-86

    اخیرا توجه زیادی به تولید گیاهان در کشت های عمودی سامانه کارخانه گیاهی معطوف شده است، زیرا امکان رشد گیاه را فارغ از شرایط آب و هوایی با مصرف بهینه منابع فراهم می کند. هدف تحقیق حاضر، بررسی رشد و عملکرد گیاه کاهو (Lactuca sativa L.) در سامانه طبقاتی کارخانه گیاهی تحت اثر طیف های مختلف نور مصنوعی است. در این آزمایش گیاهان در بستر کشت هیدروپونیک با سامانه بازچرخ تکنیک جریان مواد غذایی پرورش یافتند. به منظور اجرای آزمایش، از طرح کاملا تصادفی استفاده شد. برای تامین نیاز نوری گیاه از دیودهای ساطع کننده نور (LED) شامل طیف های قرمز و آبی (RB) با نسبت های (RB,90:10-RB,80:20-RB,70:30)، قرمز و آبی و قرمزدور (RBFR) با نسبت (RBFR,3:1:1) و قرمز و سفید (RW) با نسبت (RW,1:1) و با طول مدت نوردهی 18 ساعت و شدت نور 20±250 میکرومول بر مترمربع در ثانیه استفاده شد. بیشترین سطح برگ و وزن بوته، بر اثر نور RB,80:20 مشاهده شد و گیاهان رشدیافته بر اثر نور RBFR واکنش اجتناب از سایه شامل افزایش ارتفاع گیاه همراه با کمترین سطح برگ را نسبت به سایر تیمار های نوری نشان دادند. بنابراین، طیف RB,80:20 به دلیل داشتن بالاترین ویژگی های رشدی و عملکردی به عنوان بهترین طیف برای تولید محصول کاهو در سامانه کارخانه گیاهی معرفی می شود.

    کلیدواژگان: دیودهای ساطع کننده نور، کشاورزی در محیط کنترل شده، کیفیت نور، مزرعه عمودی
  • مهدی قوانلو، محسن آزاد بخت، فریال وارسته، محمد واحدی ترشیزی صفحات 87-102

    در این تحقیق از یک دستگاه حرارت دهی اهمیک برای ارزیابی عملکرد سامانه اهمیک در سه گرادیان ولتاژ (5/7، 25/9 و 5/11 ولت در سانتی متر)، سه نوع الکترود (استیل، برنجی و آلومینیمی) و سه غلظت محلول اهمیک متشکل از 20 میلی لیتر آب و سه مقدار نمک (1، 2 و 3 گرم) برای پختن قارچ استفاده شد. در این فرایند جریان ورودی، ضریب هدایت الکتریکی و ضریب عملکرد سامانه در حین فرایند پختن قارچ محاسبه و داده های به دست آمده با استفاده از نرم افزار آماری تحلیل گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که هر سه فاکتور گرادیان ولتاژ، نوع الکترود و غلظت محلول تاثیر معنی داری بر فاکتورهای مورد بررسی داشته است و بیشترین تاثیر مربوط به گرادیان ولتاژ بوده و پس از آن نوع الکترود و غلظت محلول اهمیک تاثیر معنی داری روی فاکتورهای جریان ورودی، ضریب هدایت الکتریکی و ضریب عملکرد سامانه داشته است. با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت که بهترین نوع الکترود استفاده شده الکترود آلومینیم و بهترین غلظت، 3 گرم نمک و 20 میلی لیتر آب بوده که بالاترین مقادیر جریان ورودی، ضریب هدایت الکتریکی و ضریب عملکرد در این غلظت و الکترود به دست آمده است.

    کلیدواژگان: خصوصیات ترمودینامیکی، غلظت محلول، گرادیان ولتاژ، نوع الکترود
|
  • Nasim Habibi, Morteza Almassi *, Hossein Bakhoda Pages 1-12
    Among different types of biomass, the inherent advantages of microalgae have made them a useful source for biofuel production. The hydrothermal liquefaction process is one of the thermochemical processes that has attracted the attention of researchers due to its advantages such as the production of valuable products and low energy consumption. The aim of this article is to investigate the production of biofuel from spirulina microalgae using the hydrothermal liquefaction process in a subcritical water environment in a laboratory and discontinuous manner. The results of detailed elemental analysis of biofuel showed that the amount of carbon, hydrogen, sulfur and nitrogen of raw biofuel is equal to 68.27, 15.56, 3.08 and 0.38 percent, respectively. In addition, the produced biofuel compounds were analyzed by infrared Fourier transform spectroscopic analysis, the results of which confirm the production of clean fuel compared to fossil fuels.
    Gas chromatography-mass spectrometry, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and CHN analyzer were used for analyzing the samples. The result showed that the products of hydrothermal process consisted of different range of hydrocarbons almost similar to hydrocarbon chain available in fuel oil (gasoline). Also, carbon, nitrogen and sulfur contents of the oil obtained from hydrothermal liquefaction process, was consistent with those reports provided by other similar studies.This research has proved that hydrothermal liquefaction is a promising process for converting micro algae to bio oil and emphasizing the effect of pretreatment on improving the oil production.
    Keywords: Biofuel, Elemental Analysis, -FT-IR Spectra, Hydrothermal Process Pretreatment
  • Mohsen Pouya, Babak BEHESHTI *, Ali Mohamad Borghei, GholamHassan Asadi Pages 13-32

    This study evaluated the performance of a thermal dryer with a closed air circulation system equipped with a metal-organic framework (MOF) system. Dryer sections included: product drying chamber, the MOF containing chamber nano-absorbents, measurement and control systems. Dryer yield on mint was compared at three temperature levels (40, 50, and 60 °C). Finally, the energy consumption and drying mint leaves was evaluated. The results showed that the closed air circulation system reduces the dry time by 27% to 50%, the penetration coefficient of mint leaves increased with increasing temperature. Its values in cases of not using and using nano-absorbent plates were determined respectively (4.05690×10-11) and (2.8215×10-10) m2/s. The activation energy in two methods of not using and using the nano-absorbents was 45.72 and 51.96 kJ/mol, respectively, which is consistent with the researchers' results. Also, the coefficient of performance, the rate of moisture evaporation, and the rate of specific moisture evaporation showed the effectiveness of using nano-absorbent in the dryer system and reducing energy consumption. The total color index (ΔE) did not change much with increasing temperature from 40 to 50 °C, but from 50 to 60 °C, the increased total color index. There wasn't a clear difference in total color index between the two methods of using and not using nano-adsorbent.

    Keywords: Activation energy, coefficient of performance, diffusivity, nano-adsorbent, total color index
  • Azam Asadi, Mojtaba Naderi *, Amin Lotfalian, Mahdi Ghasemi-Varnamkhasti, Saman Abdanan Pages 33-48
    Determination of sugar concentration of sugar beet in sugar factories is of great importance and is a basis for valuation of the sugar beet as well as assessment of the sugar production process in the factory. In this study with the aim of development of a non-destructive method for measurement of the sugar concentration of sugar beet in terms of Brix, a proximal dielectric sensor was developed and evaluated. This sensor is an open-end coaxial probe consisting of two metallic concentric ring electrodes which is connected to function generator and spectrum analyzer through coaxial cables. One hundred random samples of sugar beet were selected and measured by the dielectric sensor. Dielectric spectra i.e. amplitude as a function of frequency were obtained in the frequency range of 0-150 MHz. The reference Brix was measured with extracting juice from the points of dielectric measurement using a refractometer. The results showed that in the ranges of 30-50 and 120-140 MHz, the dielectric spectra varied noticeably in relation with variations in sugar beet Brix so that the amplitude decreased with increasing the Brix. The partial least square regression (PLSR) method could model the Brix as a function of the dielectric spectra variables with R2= 0.81 and RMSE of 0.72 Brix. The results of the study indicated that the dielectric sensor and measurement method was a simple and reliable method for non-destructive measuring of sugar beet Brix.
    Keywords: Brix, Dielectric spectroscopy, Multivariate regression, sugar beet
  • Afsaneh Soleimani, MohammadHossein Abbaspour-Fard *, Abbas Rohani, Mohammadhosein Aghkhani Pages 49-68

    Tillers (2WTs) are among the types of small tractors that are usually used in greenhouses, orchards, and  paddy fields; they are most useful  in places where it is difficult to move tractors. The existing tillers have only one clutch for power transmission to the gearbox, and they do not have a clutch to guide and steer. For this reason, they have many problems for turning and steering, especially under the trees and changing the movement direction during work. Therefore, in this research, an attempt was made to solve this problem. Two types of plate (disc) and cone friction clutches, which are the most used in agricultural machines, were thought about.The torque generated on the rotors of a 9-hp tiller was calculated while the tiller was running at gear ratio one. The applied forces from the operator (driver) to the clutch plate (disc) for engaging the clutch was calculated. Having the amount of transmission force, torque and available space to the design of the cone clutch, which can be used on the rotary axles of the tiller, was performed using 3D design software (CATIA). To ensure the resistance of parts against failure and their correct operation, static analysis of selected clutch parts that are exposed to maximum stress was performed in ANSYS software. The results indicated that the clutch parts had appropriate strength and hence, would operate safely. Therefore, it can be concluded that it is possible to use the cone clutch on such tillers.Two types of plate (disc) and cone friction clutches, which are the most used in agricultural machines, were considered.The torque generated on the rotors of a 9-hp tiller was calculated while the tiller was running at gear ratio one. The applied forces from the user (driver) to the clutch plate (disc) for engaging the clutch was calculated. Having the amount of transmission force, torque and available space to the design of the cone clutch, which can be used on the rotary axles of the tiller, was performed using 3D design software (CATIA). To ensure the resistance of parts against failure and their correct operation, static analysis of selected clutch parts that are exposed to maximum stress was performed in ANSYS software. The results indicates that the clutch parts have appropriate strength and hence, would operate safely. Therefore, it can be concluded that it is possible to use the cone clutch on such tillers.

    Keywords: Cone clutch, Disc clutch, Single axle Tractors, Static analysis, Tillers
  • Morteza Karimi, Sasan Aliniaeifard *, Mohammad Mohammadian, Amir Hami, Maryam Seifkalhor, MahmoodReza Rozban, Hasan Mousavi Pages 69-86

    In recent decades, production of crops in plant factory vertical systems attracted lots of attention since it makes possible crop production with optimum consumption of resources, irrespective of climate conditions. In the present study, growth and yield of the lettuce (Lactuca sativa L.) in the plant factory vertical system under artificial light were investigated. To do so, the plants were grown in a hydroponic system using nutrition film Technique (NFT). Completely randomized design was used to study the impact of different light spectra using light emitting diodes (LED), modules including red and blue (RB) lights with different ratios (RB,90:10 – RB, 80:20 – RB, 70:30), red, blue, and far red (RBFr in 3:1:1 ratio), and red and white (RW in 1:1 ratio). Lighting period was set to 18 h at an intensity of 250 μ.mol m-2 s-1. The highest leaf area and plant weight, as the main yield characteristics of lettuce, were detected under RB 80:20 treatments. The plants grown under RBFA showed shade avoidance responses (tall plants with low leaf area), which is not favourable for lettuce production. In conclusion, due to having the best growth and yield under RB 80:20 light spectra, it is introduced as the best light spectrum for production of lettuce plants in plant factory system.

    Keywords: controlled environment agriculture, LED, Light quality, vertical farming
  • Mehdi Qavanloo, Mohsen Azadbakht, Feryal Varasteh, mohammad vahedi torshizi Pages 87-102

    In this research, for cooking of mushrooms, an ohmic heating device was used to evaluate the performance of the ohmic system in three voltage gradients (7.5, 9.25 and 11.5 V/cm), three types of electrodes (steel, brass and aluminum) and three concentrations of the ohmic solution, 20 ml of water and three amounts of salt (1, 2 and 3g). Also, in this process, the input current, electrical conductivity coefficient and system performance coefficient during the mushroom cooking process were calculated and the obtained data were analyzed using statistical software. Results showed that all three factors of voltage gradient, electrode type and solution concentration had a significant effect on the investigated factors and the greatest effect was shown in voltage gradient and then the electrode type and ohmic solution concentration had a significant effect on the input current factors, electrical conductivity coefficient and system performance coefficient. Based on results, it can be stated that the best type of electrode used is aluminum electrode and the best concentration is 3 grams of salt and 20 milliliters of water. The highest values of input current, electrical conductivity coefficient and performance coefficient are obtained in this concentration with this electrode.

    Keywords: Electrode type, Solution Concentration, Thermodynamic Properties, Voltage Gradient