Proyecto de Informe del Departamento de EnergíaCurso- Investigación sobre Factores que afectan la viscosidad de

Pega hecho en casa

Lider de grupo: 曾 夏明Miembros del grupo: 刘宝龙, 赵妤婕, 毛茅, 闫博, 权

宣亨06/20/2010

Contenido

1. Motivación .................................................................................................................................22. Revisión de la literatura......................................................................................................................2

2.1 La historia de la pasta hecha en casa .................................................. ................................ 22.2 Principio de hacer pasta:.................................................. .......................................... 32.3 Los métodos comunes de hacer pasta .................................................. ............................ 32.4 Procedimiento de hacer pasta .................................................. ......................................... 4

3. Factor de descomposición ...............................................................................................................4

3.1 Asunción ..................................................................................................................43.2 Definición de las variables ........................................................................................................4

Variables 3.2.1 Respuesta .................................................. .............................................. 43.2.2 Factores interesado .................................................. ............................................... 53.2.3 factor de ruido..........................................................................................................53.2.4 factor constante .....................................................................................................5

4. Diseño del experimento ................................................................................................................5Análisis de tamaño de 4.1 Muestra.....................................................................................................6Definición de nivel 4.2 Factor .................................................. ................................................ 64.3 Aplicación de los experimentos .................................................. ............................ 74.4 Los resultados del experimento .................................................. ..................................... 9

Análisis 5. Datos ...........................................................................................................................105.1 Análisis básico .............................................................................................................10

5.1.1 Efectos principales.......................................................................................................105.1.2 Interacción Terreno...................................................................................................115.1.3 Medio Parcela normal.................................................. .............................................. 115.1.4 Pareto Terreno..........................................................................................................12Efectos 5.1.5 La mitad normal estandarizada: .................................................. .................. 135.1.6 ANOVA .............................................................................................................135.1.7 Parcela residual ......................................................................................................145.1.8 Parcelas contorno de Resultado .................................................. ....................................155.1.9 Respuesta Superficie Terreno .................................................. .....................................15

5.2 Un análisis más detallado ..........................................................................................................16Diseño 5.3 Optimización ...................................................................................................17

6. Conclusión ..............................................................................................................................187. Posible mejora para nuestro experimento .................................................. ............................ 188. Referencia ................................................................................................................................18

1. Motivación

Pasta hecha en casa es una tradición china que podría remontarse a la antigüedad. El uso de pasta es para pegar coplas y pintura enmarcada.

La razón por la que elegimos pasta casera para el prototipo del diseño del proyecto Experimento es que la teorema y proceso de elaboración de la pasta es relativamente simple y fácil de manejar. Además, el procedimiento de fabricación es conveniente para controlar por la razón que hay relativamente menos factores de ruido. Como consecuencia formamos el proceso de hacer pasta casera como un proceso de fabricación, y estamos tratando de explorar algunos de los factores que afectan la calidad y la viabilidad de la pasta.

2. Revisión de la literatura

2.1 La historia de la pasta hecha en casa

Pasta hecha en casa se utiliza sobre todo como la adherencia de la pintura enmarcada largo de la historia china. Las técnicas para hacer pasta se habían recibido grandes logros en los tiempos antiguos. Las piezas más famosas son:

"Pinturas famosas de la historia" (" 历代 名画 记") De Yanyuan Zhang endinastía Tang

"Evaluación de Pintura Enmarcado antiguo" (" 论 鉴赏 装裱 古画") En la canción

Dinastía "Registro de Framing" (" 装潢 志") De Jiazhou Chou en la dinastía Ming

Se dice en "Zhuang Huang Zhi" que:

" 表 于 之 糊, 犹 墨 之 于 胶. 墨 以 胶 成, 表 以 糊 就. 胶 用 善 则 灵 液 清虚, 糊 用 仁 则 卷 舒 温

适. 调用 之 宜, 妍 媸 攸 赖. 良 之 用 糊 如水, 止 在 多 刷, 刷 多 则 水 泌 透 纸. 凝结 如 抄 成 者, 不全 恃 糊 力 矣 ".

Sabemos que las técnicas de hacer de pasta no sólo se centran en la calidad de la adhesión, pero también en los mantenimientos de la misma. Por otra parte, el nivel de pasta que es agradable a la vista también es un criterio importante de la pasta hecha en casa para las pinturas enmarcadas.

2. El Principio de hacer

El material de fabricación de pasta es la harina de. Cuando la harina se resuelve en agua y formado como pegamento, se consigue la fase original de la pasta. Por supuesto, el adictiva para pegar varía en gran medida correspondiente a la finalidad de pasta. Es obvio que la pasta para la pintura enmarcado es más refinado que el de uso diario. A fin de que la viabilidad de la fabricación, hemos simplificado los componentes de pasta:

Almidón

Es insoluble en agua, alcohol y éter, pero su membrana celular se rompa cuando se calienta junto con agua, hinchazón en una pasta transparente.

NaOHEs por vía vaginal descarga las moléculas de agua en los gránulos de almidón, produciendo la expansión de la viscosidad del almidón, así como la reducción de la temperatura de gelatinización.

FenolEl control de plagas, anti-corrosión

AguaEl ambiente para el almidón para obtener una pasta.

2.3 Los métodos comunes de hacer pasta

No tenemos muchos tipos de métodos para hacer pasta. El más utilizado cuatro son: Método de lavado Agua

Uso del agua en la disolución de la harina y formar la fase de la pasta de pegamento. Y se utiliza en nuestro experimento.

Método que soplan vaporBlowing vapor en la harina con el agua

Hervir en el Método PotBoling la pasta de harina y agua en la olla, la alta temperatura puede dar lugar a la forma de pasta.

Método Agar-pasteEl agar es un tipo de material caro pero exquisito para hacer pasta. La pasta hecha de Agar es relativamente con mejor calidad y apariencia. Sin embargo, el costo de la misma es alta, que no es adecuado para los experimentos comunes.

2. Procedimiento de hacer

De acuerdo con el conocimiento de hacer pasta y algunos principios químicos, quegenerar nuestro procedimiento de hacer pasta.

NaOH Solución Agregar la harina a la solución Añadir agua caliente

Añadir peso y medir el

peso

Mezcle la pasta y dejar que la pasta

se enfríe

Añadir Fenol

Figura 1 el procedimiento de hacer pasta

Al principio nos disolvemos NaOH en agua y formar la solución de NaOH, que añadir la harina a la solución y al mismo tiempo, vierta agua caliente en ella. Después de eso, añadimos en fenol y se agita la mezcla siempre en la misma dirección hasta que la pasta se enfría.

Como ya hemos hecho nuestra pasta, el siguiente procedimiento es agregar peso y medir la fuerza y la viscosidad de la pasta se corresponde con la magnitud del peso.

3. Factor de descomposición

3.1 Asunción

Al considerar la viscosidad de la pasta, los cuatro factores: la temperatura del agua, la relación lío de agua y harina, el valor de NaOH, y fenol son de los intereses de la investigación. De acuerdo con la literatura encontramos, la adición de fenol se utiliza para anti-corrosión, y tal vez no tiene nada que ver con la viscosidad.

3.2 Definición de las variables

Variables 3.2.1 Respuesta

La viscosidad (viscosidad) de la pasta hecha en casa

Medimos la viscosidad de la pasta mediante la medición de la fuerza de la pasta de soportar la fuerza de tracción. Es decir, se utiliza un poco de fuerza para estirar la pasta y ver cuánto las fuerzas extremas que la pasta puede soportar. En concreto, nos pegamos un bolsillo debajo de los papeles pegados. Y luego añadimos las monedas en el bolsillo para aumentar los pesos que se aplican a la pasta. En consecuencia, podemos convertir la fuerza en el peso de las monedas que corresponden a la fuerza.

3.2.2 Factores interesado

Concentración de la solución de NaOH Temperatura de agua Relación de masas de agua a la harina Sea o no al fenol

3.2.3 factor de ruido

Factores que no podíamos manejar son los factores de ruido, y tratamos de eliminar sus efectos en nuestro experimento. Las maneras en que usamos generalmente están bloqueando y la aleatorización. Los siguientes son los factores de ruido en nuestro experimento lo que a nosotros concierne.

Variación del operador Medición de la fuerza Camino a pintar la pasta

3.2.4 factor constante

Los factores que no nos interesa y puede ser controlado se establecen para ser constante. Esta es una buena manera de simplificar nuestro experimento. Los siguientes son los factores constantes en nuestro experimento lo que a nosotros concierne.

Tiempo de agitación La temperatura ambiente Mucho Harina Tiempo después de pegar

4. Diseño del experimento

Después de definir los factores, seguimos para llegar a un posible y eficaz

diseño de experimentos. Pensamos que un diseño factorial completo es bueno que se basa en las siguientes razones:

a) hay un total de cuatro factores, no demasiado;b) las relaciones entre todos los factores deben ser identificados;c) todos los efectos principales y todas las interacciones son a estimar;

Podemos medir las respuestas mediante el uso de diferentes combinaciones de factores y niveles con el fin de determinar los factores de gran efecto y las interacciones entre distintos factores.

Análisis de tamaño de 4.1 Muestra

Tamaño de la muestra de análisis es importante en el diseño de experimentos. Sin embargo, no podemos

encontrar una manera de determinar el tamaño de la muestra para un experimento de cuatro factor.

Así intuitivamente que finalmente elegimos un diseño factorial completo no replicado por las siguientes razones:

a) El experimento tiene relación desde hace mucho tiempo;segundo)Se utilizan materiales cáusticos, como NaOH y fenol, más pruebas, más

riesgo.

Definición de nivel 4.2 Factor

A fin de tener un diseño factorial completo, tenemos que establecer todos los factores a dos niveles de baja y alta. Teniendo en cuenta que es un experimento no replicado, no queremos que el ruido de abrumar a la señal de datos. Así, la distancia entre dos niveles de factores debe aumentarse adecuadamente. El problema viene de que la forma de determinar que? Dado que no hay datos a que se refiere, lo hacemos por nosotros mismos. Algunos experimentos preliminares se realizan con el propósito de encontrar una distancia relativamente aceptada. Tratamos varios niveles de concentración de NaOH, la temperatura del agua y la relación de masa de agua a la harina, y la diferencia obvia de las pastas se obtiene para aumentar el espacio entredos niveles. El resultado se muestra en el siguiente diagrama:

Factor \ Bajo nivel de alta

NaOH Water_Temp

Water_to_flour Fenol

0.00001mol / L 1 mol / L

60 ° C 80 ° C

4: 3 2: 1

0 g 5,0 g

La Tabla 1 bajo altos niveles de factores

4.3 Aplicación de los experimentos

Con la ayuda de Minitab, creamos un diseño factorial. La combinación de factores y órdenes, la orden de ejecución se dan por Minitab.

StdOrder RunOrder NaOH Water_Temp Water_to_Flour Fenol15 1 1 1 1 -112 -1 -1 -1 -153 -1 1 -1 -174 -1 1 1 -113 5 1 1 -1 -112 6 1 -1 1 114 7 1 1 -1 188 -1 1 1 110 9 1 -1 -1 1210 -1 -1 -1 1411 -1 -1 1 1612 -1 1 -1 116 13 1 1 1 1914 1 -1 -1 -1315 -1 -1 -1 111 16 1 -1 1 -1

Tabla 2 2 ̂ 4 diseño factorial completo dado por Minitab

Después de que el diseño está terminado, algunos métodos detallados de operación Luego se toman en cuenta.

1) Métodos de medición. Para una buena precisión y el resultado experimento, un conjunto de métodos de medición finos son críticos. Algunos de los factores pueden ser también medidos por instrumentos específicos, pero algunos no pueden. Cómo medir la viscosidad de las pastas es un problema difícil que nos confunde por largo tiempo. La conclusión de la discusión está utilizando un cartón que está unido a un receptáculo que puede contener los números de monedas y dar una carga controlable para el cartón. Nos frotis de la pasta en un lado del cartón y que se pegue a la mesa. Después de varios minutos la pasta se seca y es el momento para medir la viscosidad.

Método Factor

Adhesiones: fuerza necesaria para Número monedas y hacer que el cartón caer peso de las monedasConcentración de NaOH solución del medidor de pH

Temperatura del termómetro del agua

La relación de agua a la harina Cilindro graduado

El Peso de la Harina Balance (30,0 g)

Tabla 3 La medición de los factores2) Preparación del experimento. De acuerdo con el plan de diseño de la

ejecución experimento, preparamos los materiales necesarios, incluidos la harina, NaOH, fenol, agua caliente y fría, así como instrumentos de experimentación y medición: Vaso de plástico 50ml Graduado cilindro 100 ° C Termómetro Equilibrar medidor de pH Lápiz Cuerda Cartulina Termo

3) Desde que usamos vasos de plástico como el receptáculo para la fabricación de pasta, escribimos las combinaciones y niveles de los factores en el lateral de la taza con el fin de diferenciar cada pasta y el resultado, como el cuadro siguiente se muestra.

Figura 2: Los proces de nuestro experimento

4) Llevamos a cabo el experimento de rendimiento de acuerdo con el diagrama de flujo se muestra en la Figura 1 experimento. Y vale la pena notar que el revuelo de la pasta debe ser coherente en la dirección de un buen resultado.

4.4 Los resultados del experimento

Después de la construcción del experimento, nos dieron las 16 pastas diferentes y luego probamos la pegajosidad de ellos, y obtenemos los siguientes datos en bruto.

Figura 3: Resultados

El conjunto de datos original se encuentra a continuación.StdOrder RunOrder CenterPt Bloques Fenol Water_to_Flour Temperatura del

aguaNaOH resultado

1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 500.22 2 1 1 1 -1 -1 -1 636.53 3 1 1 -1 1 -1 -1 1023.14 4 1 1 1 1 -1 -1 628.95 5 1 1 -1 -1 1 -1 651.76 6 1 1 1 -1 1 -1 640.37 7 1 1 -1 1 1 -1 1090.38 8 1 1 1 1 1 -1 847.19 9 1 1 -1 -1 -1 1 530.7

10 10 1 1 1 -1 -1 1 741.611 11 1 1 -1 1 -1 1 1101.112 12 1 1 1 1 -1 1 812.413 13 1 1 -1 -1 1 1 736.514 14 1 1 1 -1 1 1 884.715 15 1 1 -1 1 1 1 1267.5

16 16 1 1 1 1 1 1 1653.517 17 0 1 0 0 0 0 832.918 18 0 1 0 0 0 0 964.519 19 0 1 0 0 0 0 821.3

Tabla 4: Original Data Set

Análisis 5. Datos

Queremos lograr un modelo entre la masa de monedas (variable respuesta) y el4 factores para interpretar las relaciones de ellos y encontrar los efectos que influyeron en la viscosidad de la pasta.

5.1 Análisis básico

5.1.1 Efectos principales

Con la ayuda de Minitab, nos dieron la parcela principal efecto:

Figura 4 Efectos principales Parcela en la Misa de monedas

Podemos encontrar que todos los factores excepto Fenol tienen significativa afecta a la variable de respuesta. Y el alto nivel de los tres factores dará lugar a alta viscosidad de la pasta. Para obtener más información sobre los efectos de interacción, tuvimos la trama interacción para el resultado.

5.1.2 Interacción Terreno

Figura 5 Interaction Plot entre los factores

No hay interacciones obvias de la trama a pesar de NaOH y Water_Temp, NaOH y fenol tienen interacciones débiles. Para seleccionar los factores clave que tienen grandes efectos sobre la viscosidad de la pasta, formamos la parcela media normal de los efectos.

5.1.3 La mitad Parcela normal

Figura 6 La mitad Parcela normal de los Efectos

Sólo C (Water_to_Flour) es significativo. Pero los otros factores y las interacciones no encajan en la gráfica de probabilidad normal así; tal vez hay algunos otros efectos principales o interacciones. Por lo tanto tuvimos la Parcela Pareto ayudarnos a encontrar factores significativos.

5.1.4 Pareto Terreno

Figura 7 Pareto Carta de los efectos

Luego nos abandonamos algunos factores insignificantes como D, términos de orden superior como

ABCD y así sucesivamente. Al final, llegamos a la siguiente mitad normal estandarizada Effets.

Efectos 5.1.5 La mitad normal estandarizada:

Figura 8 La mitad normales Efectos estandarizados

Podemos encontrar que NaOH Water_Temp y Water_to_Flour son factores importantes, y hay interacción fueron.

5.1.6 ANOVA

La siguiente figura es nuestra tabla de ANOVA del experimento:

Figura 9 Tabla ANOVA

En el análisis de ANOVA, los tres factores son significativos según el valor P de ellos. Entonces podemos formular nuestro modelo del experimento:

Para sustituir la variable binaria con las reales, obtenemos:

El valor P de "falta de ajuste" indica que nuestro modelo se ajusta bien el modelo lineal

ya que no es significativo.

5.1.7 Parcela residual

El siguiente paso es analizar el residual de nuestro modelo y ver si nuestro modelo es bueno o no.

Figura 10 parcelas residuales para el modelo

Las parcelas residuales nos dicen que a pesar de que nuestro tamaño de la muestra no es grande, nuestra residual

es bueno y nuestro modelo se ajusta bien.

5.1.8 Parcelas contorno de Resultado

Con el fin de explicar mejor no hay ninguna interacción significativa entre los factores, tenemos el gráfico de contorno y la parcela de superficie de respuesta a continuación:

Figura 11 gráficos de contorno de la variable de respuesta

Todas las tres parcelas indican que no hay interacciones significativas por lo que en nuestra

modelo podemos abandonarlos sin dudarlo.

5.1.9 Respuesta Superficie Terreno

Figura 12 Respuesta Solar Surface entre NaOH y Water_Temp de Respuesta

La trama de la superficie es generalmente un solar plano, sin curvatura significativa está disponible. Esto también significa que las interacciones entre los factores no son significativas.

5.2 Un análisis más detallado

De acuerdo con nuestro análisis de datos anterior, hay dos hallazgos interesantes. En primer lugar es que el coeficiente de la concentración de una solución de NaOH es positivo. Esto implica que más solución de NaOH condensada aumentará la viscosidad de nuestra pasta hecha en casa. Sin embargo, esto contradice con nuestro resultado de la investigación de revisión de la literatura. Mayoría de la literatura recomienda que usemos resolución diluido. Una posible explicación es que la suposición lineal no está satisfecho. Nuestros datos del experimento deben ser analizados con mayor cuidado. Además, el establecimiento de fenol los niveles "es similar a la de una variable categórica. Sin embargo, consideramos que es una variable continua en el análisis de datos.

Por lo tanto, le sumamos tres puntos centrales en nuestro experimento para comprobar la hipótesis lineal

de los niveles de los factores. Aunque los nuevos datos se recogieron varios días más tarde después de la primera16 observaciones, que todavía suponen estos datos son de apoyo para nuestra suposición comprobando como la condición experimento era generalmente el mismo. Los establecidos en los apartados anteriores datos originales ya se han contenido los puntos centrales obtenidos después.

La salida de análisis de datos de Minitab se encuentra a continuación.

Figura 13 tabla ANOVA después de añadir tres puntos

El valor p de curvatura muestra que el cuadrática no es significativo. Nuestra suposición lineal es generalmente satisfied.Our explicación de por qué la literatura recomienda solución diluida es que es más seguro para usar como una solución de NaOH condensado es corrosivo.

Más palabras para agregar para el experimento de seguimiento. En realidad, cuando tenemos más datos, por lo general, la necesidad de incorporar en nuestro

modelo de construcción. Sin embargo, ya que no se recogieron, al mismo tiempo, les caemos en nuestro modelo de construcción. El modelo final se basa únicamente en las 16 observaciones anteriores.

Diseño 5.3 Optimización

Nuestro experimento no está diseñado para una investigación de optimización. En concreto, hay varios criterios de optimización de pasta hecha en casa, como el bajo coste de fabricación a nivel viscosidad objetivo, de alta viscosidad, etc. criterio de optimización diferente requiere diferentes experimentos. Sin embargo, nuestras observaciones recogidas son apropiadas para que analicemos la combinación de tratamiento optimizado para una mayor rigidez.

La salida de Minitab se encuentra a continuación.

Figura optimización 14 Respuesta

Figura 15 optimización de Respuesta a conveniencia

Podemos entender que el tratamiento de alto nivel de NaOH, Water_temp, Water_to_Flour proporciona mayor rigidez.

6. Conclusión

De nuestro experimento, varios conclusión útil puede ser obtenida. La concentración de NaOH, la temperatura del agua y masa de agua a la harina

afecta a la pegajosidad de la pasta hecha en casa mucho.

Una de la mejor manera para producir alta viscosidad de la pasta es utilizar alto nivel de

NaOH, temeperature de agua y masa de agua a la harina.

7. Posible mejora para nuestro experimento

Nuestro experimento sigue el método de diseño de base de la plena factorial. Sin embargo, básicamente se puede considerar como un experimento DIY como los recursos son limitados. Varias mejoras se pueden hacer para obtener un mejor resultado para nuestra investigación.

Sistema R Mejor Gauge I +

Diseño inicial con puntos centrales

Además, lo que queremos destacar es que la seguridad es el tema más importante en los experimentos, especialmente cuando los productos químicos están involucrados.

8.Reference

Diseño y análisis de experimentos (2005), sexta edición, Douglas C. Montogomery Juan Wiley

实验 设计 与 分析 及 参数 优化 (2003), C. Wu F. Jeff, Michael Hamada 著 张润 楚 等 译 中国 统计 出版社