Tarcie ziarna pszenicy

agrofizyka, materiały sypkie, zboża, pszenica, Ziarno, wilgotność ziarna, gęstość ziarna, tarcie zewnętrzne, tarcie wewnętrzne, współczynnik tarcia, metody pomiarów, przyrządy pomiarowe, właściwości mechaniczne, procesy technologiczne

Przebieg procesów technologicznych z udziałem materiałów sypkich (np. rolniczych, farmaceutycznych, mineralnych) jest ważnym elementem związanym z wieloma operacjami przemysłowymi, dotyczącymi zarówno obróbki surowca, jak też jakości produktów końcowych. Optymalizacja każdej fazy tych procesów (zbiór, przechowywanie, transport, przetwarzanie) wymaga szczegółowej wiedzy o reakcji materiału na obciążenie mechaniczne. Technologie wytwarzania (np. piekarnicze) wymagają niekiedy bardzo precyzyjnego dozowania materiałów sypkich, a zmiany np. w procesie wypływu surowca mogą powodować odchylenia udziału procentowego składników, pogorszenie jakości produktu i w efekcie znaczne straty ekonomiczne. Istnieje zatem potrzeba projektowania urządzeń przetwarzających w sposób z góry założony, przewidywalny i powtarzalny. Aby osiągnąć te możliwości pracy urządzeń niezbędna jest szczegółowa wiedza o właściwościach mechanicznych materiałów sypkich (zwanych też granularnymi lub ziarnistymi). Mechanika tych materiałów wywodzi się z mechaniki gruntów. W miarę gromadzenia wiedzy o gruncie, który od tysiącleci wykorzystywany jest jako materiał budowlany i podłoże obiektów, formułowano prawa o ogólniejszym znaczeniu. Do dzisiaj użyteczne są opracowania Ch. Coulomba i K. Terzaghiego. Podstawy teoretyczne i metody doświadczalne wypracowane w badaniach gruntu zostały w ostatnich dziesięcioleciach, po niezbędnych modyfikacjach, przeniesione na inne grupy materiałów i dziedziny zastosowań. Wśród badanych ośrodków można wyróżnić materiały pyliste (np. cement), materiały gruboziarniste (np. brykiety paszowe, śruta), materiały o znacznej kohezji (np. drobnoziarniste produkty spożywcze, glina) i materiały sypkie (np. ziarno zbóż, piasek). Mechanika ośrodków sypkich formułuje prawa materiałowe tych ośrodków i opisuje ich właściwości mechaniczne. W zagadnieniach związanych z rolnictwem mechanika ośrodków sypkich znajduje zastosowanie m.in. w technologii procesów przetwórczych, technikach transportu, uprawie gleby, ocenie zagęszczania gleby przez maszyny czy projektowaniu technik magazynowania i przepływu ziarna w silosach. Przegląd popularnych norm projektowania silosów przeprowadzony przez Wilmsa wykazał, że większość z nich opiera się na równaniu Janssena. Zasadniczym parametrem materiałowym tego równania jest współczynnik tarcia o ścianę, którego wartość zależy głównie od szorstkości ściany, ale także od współczynnika tarcia wewnętrznego materiału. Wartości współczynnika tarcia zewnętrznego i współczynnika tarcia wewnętrznego są podstawowymi parametrami opisu rozkładu naprężeń w warstwie materiału i związanych z nim obciążeń konstrukcji. Projektant zbiorników magazynowych musi znać zależności pomiędzy właściwościami mechanicznymi przechowywanego materiału, rodzajem przepływu i wynikającym stąd rozkładem naporu ośrodka na konstrukcję zbiornika. Brak wystarczającej wiedzy o zachowaniu się ośrodka sypkiego jest uznawany za jedną z zasadniczych przyczyn nieprawidłowego funkcjonowania lub nawet awarii silosów. Uzasadnione jest więc przekonanie, że dokładniejsze zrozumienie właściwości mechanicznych materiałów granularnych oraz mechanizmów prze-noszenia naprężeń w ośrodku, powinno stanowić podstawę opracowywania efektywnych metod wyliczania rozkładu obciążenia w silosie. Problemy mechaniki ośrodków granularnych pochodzenia biologicznego są bardzo podobne do problemów napotykanych w mechanice bezkohezyjnych ośrodków sypkich (np. piasek). Zasadnicza różnica między tymi ośrodkami leży w wymiarze i kształcie ziaren oraz ich odkształcalności. W niniejszej pracy szczególną uwagę zwrócono na te właściwości mechaniczne ziarna zbóż, które wyróżniają je spośród ośrodków granularnych i są przyczyną specyficznego zachowania się ośrodka.