فهرست مطالب
مجله پژوهش های مکانیک ماشین های کشاورزی
سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 31، تابستان 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/06/12
- تعداد عناوین: 10
-
-
صفحات 1-9
گرد و غبار یکی از مسائل زیست محیطی است که دارای اثرات نامطلوبی در همه بخشهای کشاورزی و منابع طبیعی است. هدف از تحقیق حاضر پیشبینی غلظت گرد و غبار در هوا است. یک سامانه آزمایشگاهی برای گرفتن تصاویر از گرد و غبار شامل اتاقک شیشهای، دمنده، غبارسنج، دوربین تصویربرداری، و رایانه پیادهسازی شد. با استفاده از خاک رس طوفان گرد و غبار با غلظتهای مختلف از 0، 275، 1289، 1896، 2316، 2585، و 2750 میکروگرم بر مترمکعب در داخل اتاقک شیشهای ایجاد شد. برای هر غلظت گرد و غبار، 15 تصویر به دست آمد و پس از پیشپردازش آنها، میانگین کانالهای مختلف تصاویر در فضاهای مختلف رنگی استخراج شد. از ویژگیهای تصاویر برای پیشبینی غلظت گرد و غبار با کمک فناوری هوش مصنوعی استفاده شد. داده ها به سه گروه تقسیمبندی شدند، 60 درصد دادهها برای آموزش، 20 درصد برای اعتبارسنجی، و 20 درصد برای آزمون شبکه استفاده شد. مدلهای مختلف شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که مدل با ساختار 1-8-10 با تابع فعالسازی تنسیگ در لایههای پنهان و خروجی دارای بیشترین دقت (81/93 درصد) است. یافتههای تحقیق حاضر قابلیت فناوریهای پردازش تصویر و هوش مصنوعی در پیشبینی غلظت گرد و غبار با دقت زیاد و هزینه کم را نشان میدهد.
کلیدواژگان: ریزگرد، غلظت، پیش&Lrm، بینی، ماشین بینایی، شبکه عصبی مصنوعی -
صفحات 11-20
در این تحقیق از ضایعات گندم، برنج و ذرت دانه ای به عنوان بستر تولید بیوگاز استفاده شد. با توجه به بالا بودن میزان لیگنین در هر سه بستر (> 9/9) و به منظور افزایش تجزیه پذیری این بسترها، قبل از شروع فرایند هضم آنزیمی از پیش تیمار آلتراسونیک با توان w150 در min15 استفاده شد. بعضی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی شامل ذرات جامد و فرار و حجم لیگنین، سلولز و همی سلولز قبل و بعد از هضم مواد اندازه گیری شد و بعلاوه ترکیبات بیوگاز تولیدی شامل هیدروژن، متان، سولفید هیدروژن و منواکسید کربن در حین هضم اندازه گیری شدند. مسیرهای متابولیک تبدیل گلوکز به عنوان ماده اصلی تشکیل دهنده هر سه بقایای گیاهی به بیوگاز جهت تعیین عوامل اثرگذار بر ترکیبات بیوگاز مطالعه شد. نتایج نشان داد استفاده از پیش تیمار آلتراسونیک در هر سه نوع ضایعات، شکست ساختارهای لیگنینی را افزایش می دهد و موجب کاهش حجم این ساختارها در ماده اولیه نسبت به بستر می شود. مقدار ذرات جامد و فرار ماده اولیه حاصل از بستر ضایعات گندم به ترتیب %1/35 و %3/95 بود که بیشتر از مقادیر مربوط به دو بستر دیگر بود. بیشترین مقادیر کاهش ذرات جامد (%6/19)، ذرات فرار (%18)، سلولز (%6/12)، همی سلولز (%4/4) و لیگنین (%6/3) مربوط به ماده اولیه حاصل از ضایعات گندم بود. آنالیز ترکیبات بیوگاز نشان داد بیشترین تولید بیوهیدروژن با بستر گندم بوجود آمد (ppm 18000)، اما میزان تولید بیومتان آن نسبت به بسترهای دیگر کمتر بود. بیشترین میزان تولید بیوهیدروژن در هر سه بستر پس از هفت روز بدست آمد که مربوط به مرحله اسیدسازی بوتیرات بود. با افزایش زمان هضم، تولید هیدروژن کاهش یافت در حالی که تولید سایر ترکیبات بیوگاز افزایش داشت. یکی از دلایل آن مصرف شدن هیدروژن تولید شده در مرحله های هیدرولیز، اسیدسازی و استات سازی در مراحل الکل سازی و متان سازی بود.
کلیدواژگان: بیوهیدروژن، ضایعات لیگنوسلولزی، روابط استوکیومتری، مسیرهای متابولیک، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی، هضم بی هوازی -
صفحات 21-29پژوهش های انجام شده در زمینه بیوگاز، نشان می دهد که نوع راکتور و ترکیب پساب های مختلف تاثیر مستقیم روی میزان استحصال بیوگاز دارد. بنابراین هدف اصلی این تحقیق طراحی و ساخت یک راکتور چند بستری با قابلیت جدید و بررسی اثر ترکیب فضولات دامی و طیور روی فرآیند تولید گاز می باشد. به همین منظور، یک راکتور استوانه ای چند بستری مجهز به همزن جداگانه برای هر بستر، طراحی و ساخته شد و اثر ترکیب های مختلف فضولات دامی و طیور در سه سطح شامل60 درصد وزنی فضولات مرغی و 40 درصد وزنی فضولات گاوی، 50 درصد وزنی فضولات مرغی و 50 درصد وزنی فضولات گاوی و 40 درصد وزنی فضولات مرغی و 60 درصد وزنی فضولات گاوی، غلظت ترکیب در دو سطح 10% TS= و 15% TS= و دمای راکتور در دو سطح 37 و 40 درجه سانتی گراد، روی pHو درصد بیوگاز استحصالی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از همزن بستری در این نوع راکتور، حجم گاز تولیدی را به میزان 17 درصد افزایش داد. افزایش نسبت فضولات دامی به طیور، موجب متعادل شدن اسیدیته محیط و در نهایت افزایش درصد بیوگاز استحصالی گردید. رقیق سازی ترکیب از 15% TS=به 10% TS=منجر به افزایش میزان pH و نزدیک شدن مخلوط به محیط خنثی گردید. همچنین کاهش دمای راکتور از 40 درجه سانتی گراد به 37 درجه سانتی گراد، موجب افزایش درصد بیوگاز استحصالی به میزان 8 درصد شد.کلیدواژگان: راکتور، بیوگاز، گاز متان، فضولات دامی، Ph
-
صفحات 31-42
گزنه یکی از مهمترین و فراوان ترین گیاهان دارویی به شمار می رود که به صورت فصلی در دسترس می باشد. افزایش ماندگاری در کنار دستیابی به ویژگی های کیفی مورد انتظار بازارهای مصرف از مهم ترین اهداف فرایند خشک کردن بوده و از عوامل تاثیرگذار بر روی زمان فرآیند و همچنین ویژگی های کیفی به شمار می آیند. هدف از این تحقیق یافتن مدل ریاضی مناسب برای توصیف فرآیند تجربی خشک کردن، ارزیابی ضریب نفوذ، به دست آوردن انرژی فعال سازی جهت تعیین خواص ترمودینامیکی در طی فرآیند خشک کردن گزنه می باشد. برگ هایگزنه با محتوی رطوبت اولیه (05/0 ±15/2 کیلوگرم آب/کیلوگرم ماده خشک)، در یک خشک کن مادون قرمز در سه دمای 40، 45 و 50 درجه سلسیوس و با دو زمان پیش تیمار فراصوت به مدت 5 و 10 دقیقه تا رسیدن به وزن ثابت خشک شدند. بهترین مدل برای توصیف فرآیند خشک کردن گزنه مدل میدلی و همکاران انتخاب شد. ضریب نفوذ موثر گزنه با افزایش دمای خشک کردن و مدت زمان پیش تیمار فراصوت افزایش یافت. انرژی فعال سازی در طی خشک کردن گزنه 54/40 - 45/11 کیلوژول بر مول به دست آمد. آنتالپی و آنتروپی با افزایش دمای خشک کردن و مدت زمان پیش تیمار فراصوت، کاهش یافتند، در حالیکه انرژی آزاد گیبس افزایش پیدا کرد. مقدار آنتالپی بین 94/37- 76/8 کیلوژول بر مول، مقدار آنتروپی بین 18/73- تا 00/178- کیلوژول بر مول و مقدار انرژی آزاد گیبس بین 28/66- 85/60 کیلوژول بر مول تغییر کرد.
کلیدواژگان: گزنه، خشک کردن مادون قرمز، مدل سازی، ضریب پخش رطوبت، آنتالپی، آنتروپی -
صفحات 43-54در چند دهه اخیر آلاینده های متنوعی از طریق فعالیت های انسانی به مقدار بسیار زیادی وارد محیطزیست شده اند. آلودگی نفتی یکی از آن آلاینده ها می باشد که می تواند برای انسان و محیط زیست زیان آور باشد و تشخیص و پاکسازی آن از اهمیت فرآوانی برخوردار است. با توجه به توانمندی فناوری مبتنی بر بینی الکترونیک در حوزه های غذایی، صنعتی و...، هدف از این پژوهش امکان سنجی بکارگیری فناوری بینی الکترونیک در تشخیص آلودگی در یک خاک آلوده به نفت خام بوده است. در این پژوهش از یک سامانه بینی الکترونیک متشکل از 8 حسگر نیمه هادی اکسید فلزی استفاده شد. خاک مورد استفاده در این پژوهش، خاک یکی از مزارع اطراف کرج می باشد که در آزمایشگاه با نفت خام در 4 غلظت 200ppm، 500ppm، 1000ppm و 5000ppm آلوده شد و مورد آزمایش قرار گرفت. این سامانه به همراه روش های تشخیص الگو همچون تحلیل مولفه های اصلی (PCA)، تحلیل تفکیک خطی(LDA) و ماشین بردار پشتیبان(SVM) مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از روش های تشخیص الگو به صورت (92 درصد) برای تحلیل مولفه های اصلی، (100 درصد) برای تشخیص تفکیک خطی و (100 درصد) برای روش ماشین بردار پشتیبان به دست آمد. همچنین با بکارگیری تحلیل آماری داده ها با روش آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک تصادفی و استفاده از الگوریتم های رگرسیون درخت تصمیم، رگرسیون بردار پشتیبان، رگرسیون گرادیان تقویت یافته و رگرسیون جنگل تصادفی با نرخ تشخیص سطوح آلودگی با میانگین 95.5 درصد برای حسگر با بهترین عملکرد، توانسته شد تفاوت میان غلظت های آلوده شده را به خوبی نشان دهد. براین اساس، حسگرهای انتخابی بینی الکترونیک با مقایسه نتایج آن ها با نتایج بدست آمده توسط سامانه کروماتوگرافی گازی بر روی خاک آلوده به نفت خام، از حساسیت قابل قبولی برخوردار بوده اند.کلیدواژگان: حسگرهای گازی، نفت خام، ماشین بویایی، خاک آلوده، الگوریتم های یادگیری ماشین
-
صفحات 55-67در این تحقیق مدل سازی عملکرد کششی تراکتور شامل پارامترهای توان مالبندی، مقاومت غلتشی و بازده کششی با استفاده از شبکه عصبی کانولوشنی در دو نوع خاک لومی رسی شنی و رسی انجام گردید. آزمایش ها در داخل هر بافت خاک در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کامل تصادفی (RCBD) و با سه تکرار انجام شدند. در داخل هر بافت خاک سطوح مختلف رطوبت از 8 تا 17 درصد برای خاک های خشک و 18 تا 40 درصد برای خاک های مرطوب، سرعت پیشروی تراکتور در چهار سطح 2/1، 6/1، 8/1 و 2/2 کیلومتر بر ساعت، عمق کار در دو سطح 30 و 50 سانتی متر، تعداد عبور تراکتور در دو سطح 2 و 6 بار عبور، فشار باد لاستیک تراکتور در دو سطح 20 و 25 پوند بر اینچ مربع انتخاب، و در داخل هر کرت آزمایشی مشخصه های شاخص مخروطی، بار دینامیکی، نیروی مقاوم کششی و درصد محتوی رطوبتی اندازه گیری شدند. شبکه های طراحی شده در این تحقیق از نوع شبکه های کانولوشنی بودند. از الگوریتم هایSgdm ، Adam و Rmsprop به منظور آموزش شبکه استفاده گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که شبکه عصبی توسعه داده شده با الگوریتم Sgdm در مقایسه با سایر الگوریتم ها عملکرد بهتری دارد. بنابراین از این الگوریتم به منظور مدل سازی استفاده شد. از معیارهای آماری R2، MSE به منظور ارزیابی عملکرد شبکه استفاده گردید. بهترین عملکرد شبکه کانولوشنی طراحی شده برای پارامترهای توان مالبندی، مقاومت غلتشی و بازده کششی به ترتیب دارای ضریب تبیین 9953/0، 9903/0 و 9888/0 و میانگین مربعات خطا به ترتیب برابر با 0016/0، 0039/0 و 003/0 بودند. همچنین مقدار حداقل و حداکثر برای توان مالبندی به ترتیب برابر با 68/5 و 48/12 کیلووات، برای مقاومت غلتشی چرخ های تراکتور به ترتیب برابر 51/2 و 33/4 کیلونیوتن و برای بازده کششی به ترتیب برابر با 42/73 و 05/80 درصد بدست آمد.کلیدواژگان: بازده کششی، مقاومت غلتشی، توان مالبندی، یادگیری عمیق، شبکه های کانولوشنی
-
صفحات 69-78در این تحقیق ابتدا یک دستگاه گاوآهن برگرداندار به تراکتور متصل و مختصات انتهای بازوهای پایینی و ساق وسط در محدوده حرکتی بازوهای بالایی اندازه گیری شد. سپس با هدف بررسی تاثیر پارامترهای هندسی سامانه اتصال سه نقطه بر عملکرد آن، از نرم افزار سالیدورک برای شبیهسازی حرکت سامانه اتصال سه نقطه استفاده شد. با استفاده از داده های اندازه گیری شده، مسیر حرکت بازوها ترسیم و پارامترهای عملکردی هندسی محاسبه شدند.نتایج کارگاهی نشان داد، موقعی که بازوی ساق وسط به سوراخ پایینی در بدنه تراکتور متصل بود، فاصله همگرایی عمودی کمتر از مقدار استاندارد ASAE بود. از اینرو در هنگام استفاده از ادوات خاک ورزی بهتر است ساق وسط به سوراخ بالایی یا وسطی در بدنه تراکتور متصل شود و در صورت استفاده از سوراخ پایینی ممکن است پایداری تراکتور دچار اختلال شود. نتایج شبیه سازی نشان داد با افزایش فاصله نقطه اتصال بازوی رابط به بازوی پایینی، مزیت مکانیکی تا 18/3 افزایش ولی محدوده حرکتی بازوها 28/95 میلی مترکاهش یافت. همچنین با کاهش طول بازوی رابط، مزیت مکانیکی تا 16/3 افزایش و این در حالی بود که محدوده حرکتی بازوها 11/487 میلی متر کاهش یافت. با کاهش فاصله نقطه اتصال بازوی رابط به بازوی پایینی و همچنین افزایش طول بازوی رابط در ارتفاع های کمتر از حد استاندارد ASAE برای بازوهای پایینی، موقعیت نقطه اتصال مجازی به سمت عقب چرخ های عقب تراکتور منتقل شد و این امر ممکن است پایداری تراکتور را بویژه در سربالایی ها تحت تاثیر قرار دهد.کلیدواژگان: تحلیل سینماتیکی، عملکرد هندسی، نقطه اتصال مجازی، مزیت مکانیکی، تراکتور
-
صفحات 79-86صمغ کتیرا به عنوان یکی از محصولات صادراتی با ارزش منابع طبیعی ایران و استان اصفهان محسوب می شود. این محصول در صنایع غذایی و آرایشی بهداشتی به عنوان یک عامل تثبیت کننده، افزاینده گرانروی در امولسیون ها و فرمول های غذایی، دارویی و مواد آرایشی بهداشتی استفاده می شود. در تحقیق حاضر، تاثیر روش آسیاب کردن، نوع کتیرا و اندازه نهایی ذرات خردشده بر شاخص های کیفی کتیرا ارزیابی گردید. به این منظور با استفاده از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی، تاثیرات روش آسیاب کردن در دو سطح یک مرحله ای و دو مرحله ای، نوع کتیرا در دو سطح نواری و ورقه ای و اندازه نهایی ذرات کتیرای آسیاب شده در سه سطح 2، 5/0 و 25/0 میلی متر در سه تکرار بر گرانروی و شاخص های رنگ ژل به عنوان دو عامل بسیار مهم در تعیین کیفیت صمغ کتیرا مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که اثرات هر سه فاکتور نوع کتیرا، مراحل آسیاب کردن و اندازه ذرات بر مقادیر گرانروی ژل کتیرا و پارامترهای رنگ در سطح احتمال 1% معنی دار شد. مقادیر متوسط گرانروی کتیرای نواری 2680 سانتی پویز و کتیرای ورقه ای 510 سانتی پویز به دست آمد که نشان دهنده کیفیت و ارزش اقتصادی بیشتر کتیرای نوع نواری است. طبق نتایج، در هر دو نوع کتیرا، با کاهش اندازه نهایی ذرات به کمتر از 2 میلی متر، به خصوص در روش آسیاب کردن یک مرحله ای، گرانروی کتیرا کاهش یافت. بر اساس اندازه گیری فاصله اقلیدسی رنگ ها، اختلاف روشنایی رنگ کتیرای نوع نواری و ورقه ای 67/11 واحد و اختلاف روشنایی رنگ کتیرا در یک و دو مرحله آسیاب کردن، 85/8 واحد به دست آمد. طبق نتایج کلی، مناسب ترین روش فرآوری کتیرا شامل استفاده از کتیرای نواری، آسیاب کردن در دو مرحله و تبدیل کتیرا به ذرات با اندازه 2 میلی متر است.کلیدواژگان: آسیاب کردن، اندازه ذرات، صمغ کتیرا، گرانروی، رنگ ژل
-
صفحات 87-100ماشینی کردن و بهبود عملیات کشاورزی به دلیل رفع نیازهای گوناگون و رو به رشد بشر از دیرباز مورد توجه متخصصان بوده است. یکی از فرآیندها در تولید محصولات کشاورزی، عملیات پس از برداشت است. در زمینه جابجایی و انتقال کاه به روش ماشینی، از دستگاه مکنده کاه (کاه جمع کن) استفاده می شود. در حین انجام این عملیات، احتمال مخلوط شدن سنگ ریزه و ذرات دیگر، از روی زمین به همراه کاه وجود دارد. این ذرات در نهایت موجب کاهش کیفیت کاه برداشت شده می گردد. در این پژوهش برای رفع چالش ذکر شده اقدام به ساخت و ارزیابی یک جداکننده گردابی آزمایشگاهی شد. نتایج این پژوهش بر پایه آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی انجام گردید. میزان باز بودن دهانه ورودی در سه نسبت (1، 6/0 و 3/0)، استوانه خروجی در دو موقعیت ارتفاع (صفر و 15 سانتی متر) و در دو دور مکنده (2574 و 2860 دور بر دقیقه) برای چهار نسبت مخلوط سنگ ریزه به کاه (5/3، 5، 10 و 15 درصد) در نظر گرفته شد. با انجام سه تکرار برای هر یک از آزمایش ها در مجموع 144 داده به دست آمد. عملکرد گرداب توسط محاسبه دو بازده میزان جداسازی سنگ ریزه از مخلوط و میزان جداسازی کاه از مخلوط به صورت جداگانه تعیین گردید. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین مقادیر حاصل شده با پس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد به کمک نرم افزار SPSS نسخه 26 انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که موثرترین عامل در بازدهی جداسازی سنگ ریزه و کاه مربوط به میزان باز بودن دهانه ورودی گرداب است. همچنین برای دور مکنده، بیشترین بازده جداسازی سنگ ریزه و کاه مربوط به 2860 دور بر دقیقه و برای موقعیت استوانه خروجی در وضعیت صفر است. همچنین عملکرد گرداب برای سنگ ریزه و کاه به ترتیب در نسبت های جرمی 5/3% و 5% بیشینه بود.کلیدواژگان: انتقال کاه، گرداب آزمایشگاهی، دستگاه مکنده کاه، سنگ ریزه
-
صفحات 101-107جای، این نوشیدنی محبوب به چندین روش تولید می شود که یکی از روش هایی که در ایران نیز از آن برای فرآوری چای بهره می برند روش ارتدکس است. در این روش چای ابتدا پلاس و سپس مالش داده می شود و بعد از گذراندن دوره تخمیر وارد دستگاه خشک کن می شود. این تحقیق به منظور بررسی کیفیت چای در بخش مالش، دو پارامتر سرعت و فاصله استوانه از کف دستگاه را مورد ارزیابی قرار داده است. برای بررسی تاثیر سرعت و فاصله استوانه بر کیفیت چای نهایی، ابتدا با استفاده از نرم افزار سالیدورک، دستگاهی مشابه با مالش چای به روش ارتدکس و با ظرفیت 10 کیلوگرم طراحی و ساخته شد. نمونه ها پس از توزین به قسمت های 10 کیلوگرمی تقسیم شدند و 27 مرتبه با سرعت های 20، 30 و 40 دور بر دقیقه و فاصله های 2، 3 و 4 سانتی متر و با دستگاه مالش چای خانگی 10 کیلویی مالش داده شدند. نمونه های مالش داده شده از لحاظ درصد شکست و مدت زمان مالش بررسی شدند. با توجه به بررسی نتایج و تحلیل جداول مقایسه ی میانگین، مشاهده شد که در دور ثابت، در بین تمامی سطوح فاصله، اختلاف معنی داری بین مقادیر درصد شکست و زمان وجود دارد و هرچه فاصله استوانه از کف دستگاه کمتر باشد درصد شکست بیشتر و زمان مالش کوتاهتر خواهد شد. در فاصله ثابت دربین برخی از سطوح سرعت دوران، اختلاف معنی داری بین مقادیر زمان وجود ندارد که با توجه به فاصله متفاوت است اما مقادیر درصد شکست در فاصله ثابت با یکدیگر اختلاف معنی داری دارند و هرچه سرعت دورانی بیشتر باشد درصد شکست نیز افزایش پیدا می کند. با توجه به نیاز به سرعت در انجام فرآیند در کنار حفظ کیفیت، سرعت و فاصله پیشنهادی، دور 20 دور در دقیقه (RPM) و فاصله 3 سانتی متر می باشد.کلیدواژگان: مالش، چای، برگ سبز، فراوری، سرعت مالش، فشار مالش
-
Pages 1-9
Dust is one of the environmental issues that have adverse effects in all sectors of agriculture and natural resources. The aim of this research is to predict the concentration of dust in the air. A laboratory system for acquiring images of dust was implemented including a glass chamber, a blower, a dust meter, an imaging camera, and a personal computer. Using clay soil, dust storms with different concentrations of 0, 275, 1289, 1896, 2316, 2585, and 2750 µg/m3 were created inside the glass chamber. For each studied dust concentration, 15 images were obtained and after their preprocessing, the mean values of different image channels in various color spaces were extracted. The features of the images were used to predict dust concentration using artificial intelligence technology. The data were divided into three groups, 60% of the data were used for training, 20% for validation, and 20% for testing the network. Different models of multilayer perceptron artificial neural networks were investigated and 10-8-1 structure with tansig activation function in hidden and output layers has the highest accuracy (93.81%). The findings of the present research show the high capability of image processing and artificial intelligence technologies in predicting dust concentration with high accuracy and low cost.
Keywords: Dust, Concentration, Prediction, Machine Vision, Artificial Neural Network -
Pages 11-20
In this research, wheat, rice, and corn residue were used as a substrate for biogas production. Due to the high amount of lignin in all three substrates (> 9.9) and in order to increase the degradability of these substrates, an ultrasonic pretreatment with a power of 150 w at 15 min was used prior to initiating enzymatic digestion process. Some physical and chemical properties including solid and volatile particles and contents of lignin, cellulose and hemicellulose were measured before and after digesting the substances; and in addition, the biogas compounds including hydrogen, methane, hydrogen sulfide and carbon monoxide was measured during digestion. The metabolic pathways of converting glucose as the main constituent of all three waste types into biogas were studied to determine the factors affecting biogas compounds. The results showed that use of ultrasonic pretreatment in all three wastes increased the breakdown of lignin structures, which decreased the content of these structures in the feedstock compared to the substrate. The amount of solid and volatile particles of the feedstock obtained from the substrate of wheat residue was 35.1% and 95.3%, respectively, which was more than that of the other substrates. The highest amounts of reduction of solid particles (19.6%), volatile particles (18%), cellulose (12.6%), hemicellulose (4.4%) and lignin (3.6%) were related to the feedstock obtained from wheat residue. Analyses of biogas compounds showed that the highest biohydrogen production obtained for wheat substrate (ppm 18000), but its biomethane production was lower than the other substrates. The highest amounts of biohydrogen production of all the substrates occurred after seven days, which was related to the butyrate acidification stage. With increasing digestion time, hydrogen production decreased while the other biogas compounds increased. One of the probable reasons was the consumption of hydrogen produced in the stages of hydrolysis, acidification and acetate formation in the stages of alcoholization and methanation. The highest amount of hydrogen production was related to the stage of butyrate formation and then acetate formation. The higher production of biohydrogen by wheat residue is most likely due to its high volume of volatile, hydrocarbon and hemicellulose compounds. While the low production of hydrogen by corn residue was due to driving the reactions towards the production of ethanol and consuming hydrogen.
Keywords: Anaerobic Digestion, Biohydrogen, Lignocellulosic Wastes, Metabolic Pathways, Physical, Chemical Properties, Sociometry Relations -
Pages 21-29The research projects conducted in the field of biogas shows that the type of reactor and the composition of different animal wastes have a direct effect on the amount of biogas extraction. Therefore, the main goal of this research is to design and build a multi-bed reactor with a new capability and investigate the effect of the combination of livestock and poultry waste on the gas production process. For this purpose, a multi-bed cylindrical reactor equipped with a separate stirrer for each bed was designed and built, and the effect of different combinations of livestock and poultry wastes in three levels including 60% by weight of chicken waste and 40% by weight of cow waste, 50% by weight of chicken waste and 50% by weight of cow waste, and finally 40% by weight of chicken waste and 60% by weight of cow waste. , the compound concentration at two levels of TS=10% and TS=15% and the reactor temperature at two levels of 37 and 40 degrees Celsius were examined on the pH and percentage of extracted biogas. The results showed that the use of a bed stirrer in this type of reactor increased the volume of produced gas by 17%. Increasing the ratio of animal waste to poultry, balanced the acidity of the environment and finally increased the percentage of extracted biogas. Diluting the composition from TS=15% to TS=10% led to an increase in the pH level and approaching the neutral environment. Also, reducing the temperature of the reactor from 40°C to 37°C increased the percentage of extracted biogas by 8%.Keywords: Reactor, Bio Gas, Methane Gas, Animal Waste, Ph
-
Pages 31-42
Nettle is one of the most important and abundant medicinal plants that is available seasonally. Increasing the shelf life, along with achieving the quality characteristics expected by the consumer markets, is one of the most important goals of the drying process and is one of the influencing factors on the process time as well as the quality characteristics. The purpose of this research is to find a suitable mathematical model to describe the experimental drying process, to evaluate the diffusion coefficient, to obtain the activation energy to determine the thermodynamic properties during the nettle drying process. Nettle leaves with initial moisture content (2.15 ± 0.05 kg of water/kg of dry matter) in an infrared dryer at three temperatures of 40, 45 and 50 degrees Celsius and with two times of ultrasonic pretreatment for They were dried for 5 and 10 minutes until reaching a constant weight. The best model to describe the nettle drying process was chosen by Midilli et al. The moisture diffusivity coefficient of nettle increased with increasing drying temperature and duration of ultrasound treatment. The activation energy during drying of nettle was 11.45 - 40.54 kJ.mol-1. Enthalpy and entropy decreased with increasing drying temperature and duration of ultrasound pretreatment, while Gibbs free energy increased. Enthalpy value changed between 37.8-76.94 kJ.mol-1, entropy value between -178.00 and -73.18 kJ.mol-1 and Gibbs free energy value between 60.85-66.28 kJ.mol-1.
Keywords: Nettle, Infrared Drying, Modeling, Moisture Diffusivity Coefficient, Enthalpy, Entropy -
Pages 43-54In recent decades, human activities have introduced various pollutants into the environment at significant levels. Among these pollutants, oil pollution poses considerable threats to both human health and the environment. Therefore, the detection and remediation of oil pollution have become critical tasks. Numerous methods for detecting oil pollution in soil have emerged, including gas chromatography, mass spectrometry, and electronic nose technology. In this study, we utilized an electronic nose system equipped with eight metal oxide semiconductor sensors from the MQ and TGS sensor series to detect and assess soil samples contaminated with crude oil. The soil samples were obtained from the agricultural fields at the University of Tehran's Faculty of Agriculture and Natural Resources. The samples were deliberately contaminated with crude oil at four concentrations: 200 ppm, 500 ppm, 1000 ppm, and 5000 ppm. Notably, the 1000 ppm concentration represents the permissible limit, while the 5000 ppm concentration leads to soil destruction. We collected two samples from each concentration, totaling eight samples, which were stored and tested over a 14-day. The sensor responses were transformed into voltage signals and normalized using the differential method. The pattern recognition methods yielded results of 92% accuracy for Principal Component Analysis, 100% for Linear Discriminant Analysis, and 100% for the Support Vector Machine method. Additionally, we compared the electronic nose system's results with those of the gas chromatography system, demonstrating the efficiency and speed of our method in classifying and distinguishing different concentrations of oil pollution. Also, in this research, a method was used, with the help of which the sensors can be examined separately and the accuracy of each can be obtained using machine learning algorithms. The factorial experiment was conducted with two main factors, day and time, and for analysis, 80% of the data were selected for training and 20% for testing, and decision tree regression, support vector regression, enhanced gradient regression, and random forest regression algorithms were used. After obtaining the results, it was found that the MQ3 sensor has the highest accuracy and the lowest error rate, With the best performance with an average of 95.5%, they show the detection rate of pollution levels. Therefore, the selected sensors from the results obtained from the gas chromatography system research on soil contaminated with crude oil have had an acceptable sensitivity, and in general, the electronic nose system can be replaced by other methods as a cheaper and easier method.Keywords: Crude Oil, Gas Sensors, Smell Machine, Soil Oil Pollution, Machine Learning Algorithms
-
Pages 55-67In this research, field experiments were carried out in two types of soil (sandy clay loam and clay) to model the traction performance of the tractor considering drawbar power, rolling resistance, and traction efficiency, using deep learning and convolutional neural network while having some parameters such as soil type and conditions, tool parameters, and operation parameters. The tests were conducted within each soil texture in the form of factorial tests based on the randomized complete block design (RCBD) in triplicates. The tests were done in various moisture levels (8-17% for dry soils and 18-40% for moist soils), tractor forward speed (1.2, 1.6, 1.8, and 2.2 km h-1), working depth (30 and 50 cm), the number of pass (2 and 6 times), and tire inflation pressure (20 and 25 psi). The cone index, dynamic load, draft force, and moisture content were measured in each tests. The networks designed to model the drawbar power, rolling resistance, and traction efficiency were of convolutional neural network type. Various algorithms such as Sgdm, Adam, and Rmsprop were utilized to train the network. The results showed that the neural network developed by Sgdm algorithm outperformed the others. Therefore, this algorithm was utilized for the modeling process. Statistical criteria such as R2 and MSE were also employed to evaluate the performance of the network. For the drawbar power, the 8-499-499-1 architecture showed the best performance with R2=0.9953 and MSE=0.0016. Concerning the rolling resistance, the best performance was observed in 8-301-305-1 architecture with R2=0.9903 and MSE=0.0039. The best performance for the traction efficiency was obtained by 8-371-371-1 architecture with R2=0.9888 and MSE=0.003. The results showed that these networks can be used to model parameters by removing convolution layers and reducing dimensions.Keywords: Traction Efficiency, Rolling Resistance, Drawbar Power, Deep Learning, Convolutional Neural Network
-
Pages 69-78In this research, first, a moldboard plow was attached to the tractor and the coordinates of the path of lower and upper hitch points were measured in the movement range of the lift arms. Then, with the aim of investigating the effect of the geometric parameters of 3-point hitch system on its performance, SolidWorks software was used to simulate the motion of the 3-point hitch system. By using the measured data, path of the hitch points was plotted and geometric performance parameters were calculated.The workshop results showed that when the upper link was attached to the lower pivot point, the vertical convergence distance was less than the ASAE standard value. Therefore, when using tillage implements, it is better that the upper link to be attached to 2rd or 3rd pivot point, and if the lower pivot point is used, the stability of the tractor may be disturbed. The simulation results showed that by increasing the distance of the connection point of the lift rod to the lower link, the mechanical advantage increased to 3.18, but the movement range of the arms decreased by 95.28 mm. Also, by reducing the length of the lift rod, the mechanical advantage increased to 3.16, while the movement range of the arms decreased by 487.11 mm.By reducing the distance of the connection point of the lift rod to the lower link, as well as increasing the length of the lift rod at heights lower than the ASAE standard for lower links, the position of the virtual hitch point was moved to the rear of the rear wheels of the tractor. This may affect the stability of the tractor, especially on hills.Keywords: Kinematic Analysis, Geometric Performance, Virtual Hitch Point, Mechanical Advantage, Tractor
-
Pages 79-86Tragacanth gum is considered as one of the valuable export products of natural resources of Iran and Isfahan province. This product is used in the food and cosmetic industries as a stabilizing agent, viscosity increaser in food, pharmaceutical and cosmetic emulsions and formulas. In this research, the effect of grinding method, type of Tragacanth and the final size of crushed particles on the quality indicators of Tragacanth were evaluated. For this purpose, using a factorial experiment in the form of a completely random design, the effect of the grinding method in two levels, one-stage and two-stage, the type of Tragacanth in two levels of Ribbon and Flake and the final size of the particles of Tragacanth milled in three levels, 2, o.5 and 0.25 mm in three repetitions on gel color and viscosity indices were investigated as two very important factors in determining the quality of Tragacanth gum. The results showed that the effect of all three factors (type of Tragacanth, grinding steps and particle size) on viscosity values of Tragacanth gel and color parameters (R, G and B) were significant at 1% probability level. Viscosity of Ribbon 2680 centipoise and Flake between 510 centipoise was obtained, which shows the higher quality and more economic value of Ribbon type. In both types of Tragacanth, with the reduction of particle size to less than 2 mm, a higher viscosity reduction was observed, especially in the one-stage grinding method, The examination of the color indices of Tragacanth showed that based on the Euclidean distance (ΔE) obtained, the color difference of Ribbon and Flake type Tragacanth in terms of brightness is 11.67 units and the color difference between one and two stages of grinding is 8.85 units. According to the general results, the most suitable method of processing Tragacanth includes using a Ribbon Tragacanth, grinding in two stages and turning Tragacanth into particles with a size of 2 mm.Keywords: Grinding, Particles Size, Tragacanth Gum, Viscosity, Gel Color
-
Pages 87-100Mechanizing and improving agricultural operations have always been an interest to experts due to the diverse and growing human needs. One of the processes in agricultural products is post-harvest operations. Transferring straw with a mechanized method uses a straw collector. During this process, there is a possibility of mixing gravel and other particles on the ground with the straw. These particles ultimately reduce the quality of the harvested straw. In this study, a laboratory cyclone was constructed and evaluated to handle these challenges. The results of this study were conducted using a factorial experiment in a completely randomized design, with four gravel-to-straw ratios (3.5%, 5%, 10%, and 15%). The experiments were performed at three levels of cyclone inlet opening (1, 0.6, and 0.3), two heights of the vortex finder (0 and 15 cm), and two suction impeller (2574 and 2860 rpm). By performing three repetitions for each of the experiments, a total of 144 data were obtained. The cyclone performance was determined by calculating two separation efficiency factors, the percentage of the separated gravels, and the percentage of straw separated from the mixture. The analysis of variance (ANOVA) and comparison of the means was performed using the Duncan post-test at a 5% probability level using SPSS software version 26. The results showed that the most effective factor in the separation efficiency of gravel and straw was the cyclone inlet opening level. Additionally, the highest separation efficiency occurred at a suction impeller frequency of 50 Hz and a vortex finder position of zero. Also, the cyclone performance was maximum for gravel and straw ratios of 3.5% and 5% respectively.Keywords: Transferring Straw, Laboratory Cyclone, Suction Impeller, Gravel, Straw Mixture
-
Pages 101-107Tea, this popular drink is produced in several ways, one of the methods used in Iran for tea processing is the orthodox method. In this method, the tea is first added and then rubbed, and after passing through the fermentation period, it enters the dryer. In order to check the quality of tea in the rubbing section, this research has evaluated the two parameters of the speed and the distance of the cylinder from the bottom of the machine. To investigate the effect of the speed and distance of the cylinder on the quality of the final tea, first, using Solidwork software, a device similar to rubbing tea in the orthodox way with a capacity of 10 kg was designed and built. After weighing, the samples were divided into 10 kg parts and rubbed 27 times with speeds of 20, 30 and 40 rpm and distances of 2, 3 and 4 cm and with a 10 kg household tea rubbing machine. The rubbed samples were examined in terms of failure percentage and rubbing time. According to the analysis of the results and the analysis of the average comparison tables, it was observed that there is a significant difference between the values of percentage of failure and time in the constant cycle, among all the distance levels, and the lower the distance of the cylinder from the bottom of the machine, the higher the percentage of failure and the rubbing time. It will be shorter. At a fixed distance between some levels of rotation speed, there is no significant difference between the time values, which varies according to the distance, but the failure percentage values at a fixed distance are significantly different from each other, and the higher the rotation speed, the higher the percentage of failure. . Due to the need for speed in carrying out the process while maintaining quality, the recommended speed and distance is 20 revolutions per minute (RPM) and the distance is 3 cm.Keywords: Rolling, Tea, Green Leaves, Processing, Rolling Speed, Rolling Pressure