Совершенствование технологий и средств термической обработки сельскохозяйственного сырья и продукции в электромагнитном поле

Масса семян, кг, m_c

Экспоз., с, ф

Нач. темпер., ⁰С, t₀

Кон. темпер., ⁰С, t_k

Разн. темпер., ⁰С, Дt

Уд. Мощ-сть, кВт/кг, P_уд

Скор. Нагр., ⁰С/с, И

500

500

0

60

18

38

20

0,59

0,33

400

400

0

60

18

46

28

0,83

0,46

600

400

100

50

18

56

38

1,22

0,68

500

400

100

60

18

62

44

1,33

0,73

400

400

100

40

18

54

36

1,62

0,90

300

300

100

60

18

76

58

1,75

0,97

Экспериментальные исследования по влиянию СВЧ обработки на способность прорастания семян. В эксперименте исследовались семена пшеницы «Дар Черноземья» урожая 2012 года (влажность 10,25%)и «Прохоровка» урожая 2013 года (влажность 8,25%).

Обработка семян проводилась в лабораторных условиях. Образцы семян помещались в резонаторную камеру соединенную с СВЧ источником мощностью 0,5 кВт и частотой излучения 2450±50 МГц. Влажность семян составляла 10,25%. Обработка образцов проводилась в соответствии с планом Коно для 2-х факторного эксперимента [20]. Кодированные значения и интервал варьирования воздействующих факторов приведены в таблице 3.2.

При проведении исследований измерялась начальная и конечная температура зерна (использовался ртутный термометр ТЛ-2 ГОСТ215-73), а также фиксировалось время обработки (секундомер «Агат», погрешностью 0,2 с).

Количество точек плана эксперимента и значения воздействующих факторов приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.2 - Значения факторов

Наименование фактора	Кодированные значения фактора	Интервал варьирования, Д
	-1	0	+1
Удельная мощность, кВт/кг, Х1	0,83	1,00	1,17	0,17
Экспозиция, с, Х2	40	50	60	10

Таблица 3.3 - Параметры воздействия при обработке пшеницы

№	Уд. Мощность, кВт/кг, Pуд	Экспозиция., с, ф
1	0,83(-)	40(-)
2	1,17(+)	40(-)
3	0,83(-)	60(+)
4	1,17(+)	60(+)
5	0,83(-)	50(0)
6	1,17(+)	50(0)
7	1,0(0)	40(-)
8	1,0(0)	60(+)
9	1,0(0)	50(0)

Оценка качества обработки семян на энергию прорастания и способность прорастания прводилась в «Испытательной лаборатории» ФГБОУ ВПО «БелГСХА имени В.Я.Горина» (протокол испытаний приведен в приложении 1.).

Основные результаты эксперимента и показатели способности к прорастания для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г (влажность 10,25%) приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Результаты обработки пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г. (влажность 10,25%)

№	Уд. Мощность Pуд, кВт/кг,	Экспозиция ф, с	Энергия, %	Способность прорастания, %
			средняя	Разница с контролем	средняя	Разница с контролем
1	0,83	40	95,5	+5,5	95,5	+2,5
2	1,17	40	93,5	+3,5	96,5	+3,5
3	0,83	60	95,0	+5,0	98,5	+5,5
4	1,17	60	80,0	-10	85,0	-8,0
5	0,83	50	94,5	+4,5	95,5	+2,5
6	1,17	50	69,5	-20,5	76,0	-17
7	1,0	40	95,5	+5,5	98,0	+6,0
8	1,0	60	88,5	-1,5	92,0	-1,0
9	1,0	50	94,5	+4,5	95,0	+2,0
1	Контроль	90,0		93,0	0

Основные результаты эксперимента и показатели способности к прорастания для пшеницы «Прохоровка» 2013 г. (влажность 8,25%) приведены в таблице 3.5.

Анализ результатов показывает, величина удельной мощности воздействия и экспозиции по разному влияют на энергию и способность прорастания.

Для качественной оценки ниже приведены диаграммы отклонений энергии и способности прорастания относительно контроля (необрабатываемое зерно).

Таблица 3.5 - Результаты обработки пшеницы «Прохоровка» 2013 г. (влажность 8,25%)

№	Уд. Мощность Pуд, кВт/кг,	Экспозиция ф, с	Энергия, %	Способность прорастания, %
			средняя	Разница с контролем	средняя	Разница с контролем
1	0,83	40	94,0	-2,5	96,0	-2,0
2	1,17	40	95,5	-1,0	98,0	0
3	0,83	60	96,6	+0,1	98,5	+0,5
4	1,17	60	92,5	-4,0	94,0	-4,0
5	0,83	50	97,5	+1,5	98,0	0
6	1,17	50	91,5	-5,0	92,5	-5,5
7	1,0	40	90,0	-6,5	97,0	-1,0
8	1,0	60	82,0	-14,5	86,0	-12,0
9	1,0	50	85,5	-11,5	88,0	-10,0
10	Контроль	96,5	0	98,0	0

На рисунке 3.2 показаны диаграммы отклонений для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г, а также значения дозы облучения.

Рисунок 3.2 - Экспериментальные значения способности прорастания пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г (по вертикали) и значения дозы воздействия (по горизонтали)

На рисунке 3.3 показаны диаграммы отклонений для пшеницы «Прохоровка» 2013 г, а также значения дозы облучения.

Рисунок 3.3 - Экспериментальные значения способности прорастания пшеницы «Прохоровка» 2013 г (по вертикали) и значения дозы воздействия (по горизонтали)

На рисунках видно, что если взять в качестве рабочей гипотезы, что эффективность обработки определяется дозой облучения (кДж/кг), то экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что доза не является определяющим фактором, т.к. при одних и тех же значениях дозы облучения наблюдается различный эффект как для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г. так и для пшеницы «Прохоровка» 2013 г.

Величина воздействующих факторов в эксперименте может создавать, как стимулирующий, так и угнетающий эффект, есть режимы в которых показатели энергии и способности прорастания остаются на уровне контроля.

Наиболее сильно стимулирующий эффект проявляется на семенах «Дар Черноземья» 2012 г. Очевидно на семенах пролежавших после уборки более года и впавших в состояние покоя, электромагнитная обработка вызвала запуск механизма «пробуждения», что и сказалось на показателях прорастания.

Так как обработка семян проводилась в соответствии планом двухфакторного эксперимента по плану Коно, то анализ полученных данных позволил получить регрессионные уравнения влияния величины удельной СВЧ мощности (кВт/кг) воздействия и времени воздействия (экспозиции, с) на способность прорастания семян пшеницы.

Регрессионные уравнения в кодированных переменных для пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г. имеют вид:

Y = B₀ + B₁ X₁ + B₂ X₂ + B₁₂ X₁ X₂ + B₁₁ X₁² + B₂₂ X₂², (3.1)

где У- способность прорастания, %, X₁ - фактор удельной СВЧ мощности, X₂ - фактор времени воздействия,

B₀ = 91,39, B₁ = -5,33, B₂ = -2,42, B₁₂ = -2,42, B₁₁ = -3,83, B₂₂ =5,42

Регрессионные уравнения в кодированных переменных для пшеницы «Прохоровка» 2013 г. 2012 г. имеют вид:

Y = B₀ + B₁ X₁ + B₂ X₂ + B₁₂ X₁ X₂ + B₁₁ X₁² + B₂₂ X₂², (3.2)

где У- способность прорастания, %, X₁ - фактор удельной СВЧ мощности, X₂ - фактор времени воздействия,

B₀ = 88,94, B₁ = -1,33, B₂ = -2,08, B₁₂ = -1,08, B₁₁ = 5,83, B₂₂ = 2,08

Коэффициенты, приведенные в уравнениях (3.1)-(3.2) являются значимыми, а сами математические модели удовлетворяют критерию Фишера на адекватность.

На рисунке 3.4 представлены зависимости между значениями удельной мощности (кВт/кг) и экспозиции (с) для семян пшеницы «Дар Черноземья» 2012 г при различных постоянных значениях способности прорастания (%).

Рисунок 3.4 - Зависимость между удельной мощностью и экспозицией для способности прорастания 93, 95, 98 % (контроль - 93%)

Анализ полученных результатов показывает, что способность прорастания зависит как от величины удельной СВЧ мощности, так и времени воздействия. В целом для получения положительного результата обработки необходимо исходить из технических и технологических возможностей оборудования задаваясь одним из параметров и определять второй по номограмме требуемой способности прорастания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обработка семени энергией электромагнитных полей СВЧ является одним из перспективных методов для реализации технологий дезинсекции, дезинфекции, и предпосевной стимуляции.

Для практической реализации СВЧ технологий в с.-х. производство необходим единый комплексный научный подход, включающий разработку теории и математических методов, анализ экспериментальных результатов, оценку существующих и разработку новых технических средств, анализ технико-экономической эффективности и обоснованности применения СВЧ энергии для процессов дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян с учетом конкретных производственных условий.

При разработке математических моделей исследования процессов термической СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян общая физическая модель семени представляется в виде объекта, состоящего из внутреннего шара и внешнего шарового слоя со своими физическими параметрами.

В процессе теоретических исследований разработана теоретическая модель взаимодействия электромагнитной волны с многослойными сферическими объектами. Обработка семян может рассматриваться как частный случай предложенной модели.

Разработана методика экспериментальных исследований по изучению влияния параметров электромагнитного поля сверхвысокой частоты на способность прорастания семян.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию параметров электромагнитного поля сверхвысокой частоты на способность прорастания семян, которые показали, что величина воздействующих факторов в эксперименте может создавать, как стимулирующий, так и угнетающий эффект, есть режимы в которых показатели энергии и способности прорастания остаются на уровне контроля.

Наиболее сильно стимулирующий эффект проявляется на семенах «Дар Черноземья» 2012 г.(до 5%). Очевидно на семенах пролежавших после уборки более года и впавших в состояние покоя, электромагнитная обработка вызвала запуск механизма «пробуждения», что и сказалось на показателях прорастания.

Так как обработка семян проводилась в соответствии планом двухфакторного эксперимента по плану Коно, то анализ полученных данных позволил получить регрессионные уравнения влияния величины удельной СВЧ мощности (кВт/кг) воздействия и времени воздействия (экспозиции, с) на способность прорастания семян пшеницы.

Анализ полученных результатов показывает, что способность прорастания зависит как от величины удельной СВЧ мощности, так и времени воздействия. В целом для получения положительного результата обработки необходимо исходить из технических и технологических возможностей оборудования задаваясь одним из параметров и определять второй по номограмме требуемой способности прорастания.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Бородин И.Ф., Шаркав Г.А., Горин А.Д. Применение СВЧ энергии в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИагропром, 1987.- 55 с.

Бородин И.Ф. Применение СВЧ-энергии в технологических процессах сельскохозяйственного производства// Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях.- Саратов, 1991.- С.37-39.

Прищеп Л.Г., Зильберман П.Ф. Электромагнитное излучение в процессе прорастания семян/ Механизация и электрификация с.х., 1984.- №6.- С.57-58.

Прищеп Л.Г. ЭМ эволюция сознания и сущность чародейства. М.: РУВНИИМ, 1993.- 87 с.

Шарков Г.А. Исследование процесса и разработка устройства для уничтожения сорняков электромагнитным полем СВЧ: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.- М., 1982.-16 с.

Андреев С.А. Установка для СВЧ-обработки семян: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.- М., 1987.- 16 с.

Кузнецов С.Г. СВЧ-установка для подготовки тепличных грунтов в технологии производства рассады: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.- М., 1988.- 16 с.

Интенсификация тепловых процессов подготовки семян к посеву энергией ВЧ и СВЧ/ Цугленок Н.В. и др.- М.: Агропромиздат, 1989.- 39 c.

Бабенко А.А. СВЧ импульсная предпосевная обработка семян: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук.- М., 1998- 16 с.

10.Основы агротехники полевых и овощных культур/ Г.В.Устименко, П.Ф.Кононков, И.П.Фирсов, И.Ф.Раздымарин: Под ред. Кононкова П.Ф.- М.: Просвещение, 1991.- 240 с.

Высокоэффективная промышленная установка для радиационной дезинсекции зерна.- М.: Внешторгиадат, 1984.- 4 с.

Трисвятский Л.А. Хранение зерна: - 5-е изд., перераб. и доп.-М.: Агропромиздат, 1986.- 350 с.: ид.

Савченко М.П. Период покоя у растений и семян. Лекция.- Омск, 1978.- 19 с.

Певцов А.В. Биология твердосемянности.:М.: Наука, 1976.- 157 с.: ил.

Бейтмен Г. Математическая теория распространения электромагнитных волн.- М.: Наука, 1958.- 180 с: ил.

Фальковский О.Н. Техническая электродинамика.- М.: Связь, 1978.- 432 с.: ил.

Вендин С.В. К решению задачи взаимодействия электромагнитной волны с многослойным сферическим диэлектрическим объектом/ Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород.- 2013, №5.-С.216-220.

Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.: Наука, 1984.- 835 с.: ил.

Богданович Н.И. Расчеты в планировании эксперимента. Учеб. пособие.- Л.: изд. ЛТА, 1978.- 80 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

семя предпосевной электромагнитный

Размещено на Allbest.ru

...