Your SlideShare is downloading. ×
Applications of infrared ray for drying agricultural products
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Applications of infrared ray for drying agricultural products

2,563
views

Published on

การลดความชื้นเป็นกระบวนการสำคัญกระบวนการหนึ่งในการจัดการผลิตผลทางการเกษตรภายหลังขั้นตอนการเก็บเกี่ยว …

การลดความชื้นเป็นกระบวนการสำคัญกระบวนการหนึ่งในการจัดการผลิตผลทางการเกษตรภายหลังขั้นตอนการเก็บเกี่ยว ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้วิธีการตากผึ่งบนลานให้ผลผลิตได้รับความร้อนจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์เพื่อลดความชื้นผลิตผลทางการเกษตร เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายต่ำ แต่อาจต้องอาศัยระยะเวลานาน และอาจ ...

Published in: Education

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
2,563
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
46
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. การประยุกต์ ใช้ รังสี อนฟราเรดในการอบแห้ งผลิตผลทางการเกษตร ิ Applications of Infrared Ray for Drying Agricultural Products จักรมาส เลาหวณิ ช อาจารย์คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหาสารคาม บทนํา การลดความชืนเป็ นกระบวนการสําคัญกระบวนการหนึ งในการจัดการผลิ ตผลทางการเกษตรภายหลังขันตอนการเก็บเกี ยว ซึ งโดยทัวไปจะใช้วิธีการตากผึงบนลานให้ผลผลิตได้รับความร้อนจากการแผ่รังสี ของดวงอาทิ ตย์เพือลดความชื นผลิ ตผลทางการเกษตร เนื องจากมีค่าใช้จ่ายตํา แต่อาจต้องอาศัยระยะเวลานาน และอาจมีสิงแปลกปลอมปะปนมาในระหว่างการตาก หรื อสภาวะอากาศอาจไม่เอืออํานวยทําให้ตองใช้เวลานาน ดังนันจึงมีการพัฒนาวิธีการทีทําให้สามารถลดความชืนด้วยเวลาทีสัน ้ลงโดยอาศัยหลักการแลกเปลียนความร้อนของวัตถุ ทังการนํา การพา และการแผ่รังสี ซึ งเครื องอบแห้งแบบลมร้อน ถือเป็ นวิธีทีนิยมและแพร่ หลายมากทีสุ ด โดยมีการใช้งานทังในระดับโรงงานอุตสาหกรรมเกษตรขนาดใหญ่จนถึ งกลุ่ มเกษตรกรทีแปรรู ปผลผลิ ตจําหน่ าย อาทิ เช่ น เครื องอบแห้งแบบพ่นฝอยเครื องอบแห้ ง แบบฟลู อิ ไ ดซ์ เ บด เครื องอบแห้ง แบบฮี ต ปั ม และเครื องอบแห้ง แบบถัง เก็ บ เป็ นต้นอย่างไรก็ดีการใช้ลมร้อนเป็ นตัวกลางในการอบแห้งนันจะมีค่าใช้จ่ายทีเพิมขึนเมือเทียบกับการตากผึงบนลาน นอกเหนื อจากวิธีก ารดัง กล่ า ว การลดความชื นวัสดุ ด้ว ยการแผ่รัง สี อิ นฟราเรดซึ งเป็ นคลื นแม่เหล็กไฟฟ้ า เป็ นอีกเทคโนโลยีหนึ งทีกําลังได้รับความสนใจมากขึนในการประยุกต์ใช้กบงานด้าน ัอุตสาหกรรมเกษตร เนืองจาก ประหยัดพลังงานและสามารถทําความร้อนวัสดุได้อย่างรวดเร็ ว โดยรังสีความร้ อนทีแผ่ออกมาจะถ่ายโอนความร้ อนให้กบผิววัสดุ โดยตรงและสามารถทะลุ ผ่านเข้าไปในเนื อ ัวัสดุได้ระดับหนึ ง จึงเหมาะสมกับการอบแห้งวัสดุชนบาง นอกจากนันข้อดี ของการใช้รังสี อินฟราเรด ัคือ โครงสร้ างของอุปกรณ์ ประกอบยังไม่ยุ่งยากซับซ้อน อี กทังยังสามารถต่อการประยุกต์ใช้ร่วมกับเทคนิคการอบแห้งอืนๆ อาทิ ร่ วมกับการใช้ลมร้อน การใช้คลืนไมโครเวฟ หรื อแม้แต่การทําความร้อนในระบบสุ ญญากาศ เป็ นต้น บทความนี เป็ นการอธิ บายถึง หลักการทํางานของรังสี อินฟราเรด ประเภทของอุปกรณ์ กาเนิ ด ํ ํ ัรังสี ฯ การถ่ายโอนความร้อนระหว่างอุปกรณ์กาเนิ ดรังสี กบวัสดุเกษตร งานวิจยทีนํารังสี อินฟราเรดมา ัประยุก ต์ใช้ใ นการอบแห้ง และสรุ ปถึ งแนวทางการนํารั งสี อิน ฟราเรดมาประยุก ต์ใช้ใ นการอบแห้งผลิตผลทางการเกษตร ซึ งมุ่งหวังให้เป็ นประโยชน์ต่อการนําไปใช้งานอุตสาหกรรมเกษตร การวิจยด้าน ัวิศวกรรมและเทคโนโลยีหลังการเก็บเกียวต่อไป
  • 2. หลักการทํางานของรังสี อนฟราเรดสํ าหรับการอบแห้ ง ิ รังสี อินฟราเรด (Infrared ray) ถูกค้นพบโดยบังเอิญโดย Sir William Herschel นักดาราศาสตร์ชาวอัง กฤษในปี ค.ศ. 1800 ขณะทํา การศึ ก ษาเกี ยวกับ แสงจากดวงอาทิ ต ย์ ซึ งคุ ณสมบัติ ของรั ง สีอินฟราเรด เป็ นคลืนแม่เหล็กไฟฟ้ า (Electromagnetic wave) ทีส่ งผ่านพลังงานออกมาจากวัตถุร้อนในรู ปของการแผ่รังสี ความร้อน (Thermal radiation) ด้วยอุณหภูมิของตัววัตถุเองโดยไม่ตองอาศัยตัวกลาง ้หรื อตัวนําในการส่ งผ่านความร้ อนไปยังวัตถุ เย็น ตัวอย่างเช่ นดวงอาทิตย์ทีแผ่รังสี ความร้ อนออกมาทีอุณหภูมิผิวประมาณ 5,487 °C โดยมีรังสี อินฟราเรดเป็ นส่ วนประกอบประมาณ 48% ของรังสี ทีแผ่ออกมาทังหมด นอกจากนันยังประกอบด้ว ยรั งสี ทีมองไม่เ ห็ น ด้วยตาเปล่ า คื อ รั ง สี อ ลตราไวโอเลต ั(Ultraviolet ray, UV) และรังสี ทีมองเห็นได้ดวยตาเปล่า (Visible ray) ซึ งรวมเรี ยกว่า Solar radiation ้โดยมีช่วงความยาวคลืน (Wave length, λ) อยูระหว่าง 0.1 µm ถึง 3 µm ซึ งเป็ นรังสี อินฟราเรดในช่วง ่ความยาวคลืนระหว่าง 0.1 µm ถึง 0.4 µm (ภาพที 1) อย่างไรก็ดี การให้ความร้อนโดยรังสี อินฟราเรดนีจะไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีทางแสง (Photochemical) เหมือนกับรังสี อลตราไวโอเลต จึงไม่ทาให้ ั ํเกิดการเผาไหม้โดยตรงกับผิวหนังร่ างกายของคน [7] [11] ภาพที ช่วงความยาวคลืนแม่เหล็กไฟฟ้ าทีมีคุณสมบัติเป็ นรังสี ความร้อน [11] อินฟราเรดเป็ นคลืนแม่เหล็กไฟฟ้ าทีมีค่าความยาวคลืนอยูระหว่าง . - , µm [11] แต่ช่วง ่คลืนทีมีคุณสมบัติในการแผ่รังสี ความร้อนนันมีค่าความยาวคลืนอยูระหว่าง . - µm โดยจําแนก ่ได้เป็ น ช่วงคือ อินฟราเรดย่านใกล้ (Near infrared มีช่วงความยาวคลืน . - µm) อินฟราเรดย่านกลาง (Medium infrared มีช่วงความยาวคลืน - µm) และ อินฟราเรดย่านไกล (Far infrared มีช่วงความยาวคลืน - µm)
  • 3. วัตถุร้อนทีแผ่รังสี สมบูรณ์ (Perfect radiator) จะเรี ยกว่าวัตถุดา (Black body) ซึ งคุณสมบัติการ ํแผ่รังสี (Emissivity, ε) คือ ε = 1 ตามกฎการแผ่รังสี ความร้อนของเคอร์ ชอฟฟ์ (Kirchhoff’ s law ofthermal radiation) เมือเกิดการแลกเปลียนความร้อนจากวัตถุร้อนทีแผ่รังสี ความร้อนไปยังวัตถุทีเย็นกว่านัน จะมีการดูดซับพลังงานไว้ภายในวัสดุ (Absorptivity, α) ซึ งจะแปลงเป็ นพลังงานความร้อน มีการ ่ ัส่ งผ่าน (Transmissivity, τ) และมีการสะท้อนกลับ (Reflectivity, ρ) ขึนอยูกบคุณสมบัติของวัตถุนน ั(ภาพที ) โดยพลัง งานที วัต ถุ ไ ด้รั บ การแผ่รัง สี ม าทังหมดสามารถเขี ย นเป็ นความสั มพัน ธ์ ไ ด้เ ป็ นα+τ+ρ = 1 หากวัตถุทีรับรังสี มีค่าดูดซับพลังงานเท่ากับค่าการแผ่รังสี ของวัตถุร้อน โดยทีไม่มีการสะท้อนกลับและส่ งผ่านทะลุเนือวัตถุไป พลังงานทีวัตถุได้รับการแผ่รังสี มาทังหมดสามารถเขียนเป็ นความสัมพันธ์ได้เป็ น α =ε = 1 [9] [11] ภาพที การสะท้อน การดูดซึ ม และการส่ งผ่านพลังงานของวัตถุทีรับรังสี อินฟราเรด [11] วัตถุดานันเป็ นวัตถุในอุดมคติ (ε = 1) ซึ งสําหรับวัตถุจริ งนันคุณสมบัติการแผ่รังสี ทีปลดปล่อย ํ ่ ัออกมาจะขึนอยูกบคุณสมบัติของวัตถุนน เช่น อุณหภูมิผิววัตถุร้อน สี มุมการแผ่รังสี ความหยาบมันเงา ัของผิวเป็ นต้น ทําให้ค่าพลังงานทีปลดปล่อยออกมามีค่าไม่ถึงหนึ ง (ε < 1) โดยพลังงานความร้อนจากการแผ่รังสี ออกมา (Thermal radiation power) สามารถคํานวณด้วยกฏของ สเตฟาน–โบลแมน (Stefan-Boltzmann law) ดังสมการที (1) Q = εσAT () โดย Q = พลังงานความร้อนจากการแผ่รังสี (watt, W หรื อ J/s) ε = ค่าความสามารถในการแผ่รังสี ของวัตถุเทา (มีค่า ถึง ) σ = ค่าคงทีของ สเตฟาน – โบลแมน (5.67 x 10-8 W/m2 K4) A = พืนทีผิว (m ) T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (K, °C + )
  • 4. ส่ วนวัตถุทีรับรังสี อินฟราเรดนัน ปริ มาณรังสี ทีถูกดูดซับด้วยวัตถุเทานัน ความสามารถในการดูดซับรังสี (α) จะถูกสมมติให้มีค่าเท่ากับความสามารถในการแผ่รังสี ของวัตถุนน (ε) โดยทีเมือความ ัยาวคลืนของรังสี อินฟราเรดกําหนดโดยต้นกําเนิดรังสี อุณหภูมิทีสู งกว่าจะให้ความยาวคลืนทีสันกว่าและการแทรกซึ มลึกกว่า ปริ มาณสุ ทธิ ของการถ่ายโอนความร้อนสู่ วตถุจึงเท่ากับอัตราการดูดซับลบจาก ัอัตราการแผ่รังสี ดงสมการที (2) ั Q = εσA(T - T ) (2) โดย T = อุณหภูมิของวัตถุทีแผ่รังสี (K) T = อุณหภูมิของวัตถุทีดูดซับรังสี (K) การปลดปล่ อยพลังงานของวัตถุ จากการแผ่รังสี ต่อหน่ วยพืนทีของวัตถุ ร้อนที อุณหภูมิต่าง ๆ ั(Spectral blackbody emissive power) มีความสัมพันธ์กบความยาวคลื นของวัตถุ ร้อนนัน ซึ งหากกําหนดค่าความยาวคลืนกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของวัตถุ จะสามารถสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลืนกับอุณหภูมิค่าต่างๆ ของวัตถุทีพลังงานจากการแผ่รังสี อินฟราเรดของวัตถุดา (ภาพที ) ํภาพที แสดงค่าอุณหภูมิทีตําแหน่งความยาวคลืนสู งสุ ดจากกับค่าพลังงานจากการแผ่รังสี อินฟราเรด ของวัตถุดา [11] ํ ซึ งวัต ถุ ร้ อ นจะแผ่รั ง สี อ อกมาให้ เ ห็ น เป็ นช่ ว งความยาวคลื นที กว้า งและมี จุ ด สู ง สุ ด (Peakwavelength, λmax) ของเส้นกราฟแสดงถึ งตําแหน่งทีวัตถุปลดปล่อยพลังงานออกมาสู งสุ ดในขณะนัน ัซึ งความยาวคลืนสู งสุ ดจะสัมพันธ์กบค่าอุณหภูมิผิวของวัตถุ ร้อนนันในขณะทีแผ่รังสี และเป็ นไปตามกฏของเวนน์ (Wien’s displacement law) โดยคํานวณได้ดงสมการที (3) [9] [11] ั
  • 5. λmax T = . µm.K (3) เมือ λmax = ความยาวคลืนสู งสุ ดทีแผ่รังสี (µm) T = อุณหภูมิผวของวัตถุทีแผ่รังสี (K) ิ ตัวอย่างเช่น วัตถุดามีอุณหภูมิผิว ํ K (727 °C) จะมีค่าความยาวคลืนสู งสุ ดทีแผ่รังสี .µm อย่างไรก็ตามความสัมพันธ์ดงกล่าวหากเป็ นการแผ่รังสี ของวัตถุจริ ง ย่อมจะปลดปล่อยพลังงาน (Q) ั ้ ํ ่ ัออกมาได้นอยกว่าวัตถุดาเสมอขึนอยูกบค่าความสามารถในการแผ่รังสี (ε) ของวัตถุนนๆ ัประเภทของอุปกรณ์ กาเนิดรั งสี อนฟราเรด ํ ิ การให้ความร้อนโดยใช้รังสี อินฟราเรด เป็ นการให้ความร้อนในรู ปของคลืนแม่เหล็กไฟฟ้ าโดยวัต ถุ ร้ อ น ซึ งหากแบ่ ง ตามแหล่ ง การใช้พ ลัง งานของกับ อุ ป กรณ์ ก า เนิ ด รั ง สี สามารถแบ่ ง ได้เ ป็ น 2 ํประเภทคือ ชนิ ดใช้ไฟฟ้ ากับชนิ ดใช้ก๊าซปิ โตเลี ยมเหลว หรื อ LPG (ภาพที ) โดยอุปกรณ์ กาเนิ ดรังสี ํแบบใช้ไฟฟ้ า (Electrically heated radiator) ทํางานด้วยการปล่อยกระแสไฟฟ้ าผ่านตัวกระจายความร้อน ั ํเช่ น ลวดนิ โครม หรื อ ทังสเตน ซึ งจะกระจายความร้อนให้แก่วตถุ กาเนิ ดรังสี ทีมีหลายประเภทได้แก่Tungsten filament lamp Metal sheath Radiant rod Quartz tubes และแบบ Quartz lamp เป็ นต้น ส่ วนอุปกรณ์กาเนิ ดรังสี แบบใช้ LPG จะประกอบด้วยแผ่นรู พรุ น (Perforate plate) ซึ งด้านบนจะเป็ นโพรง ํ ่สําหรับผสมอากาศกับก๊าซ เมือเกิดการเผาไหม้พลังงานความร้อนจะแพร่ ผานรู พรุ นจะทําให้ แผ่นรู พรุ นที ทํา จากเซรามิ ก (Ceramic emitter) แล้ว แผ่รัง สี ความร้ อ นออกมา โดยมี ป ระสิ ท ธิ ภ าพการแผ่รัง สีประมาณ % ํ นอกจากนันอุปกรณ์กาเนิ ดรังสี ยงสามารถแบ่งตามช่วงความยาวคลื นทีทํางานเป็ น 3 ช่วงคือ ัช่วงความยาวคลืน 0.7-2 µm 2-4 µm และมากกว่า 4 µm มีชนิ ดและช่วงอุณหภูมิของแหล่งกําเนิ ดแตกต่ า งกัน ดัง แสดงในตารางที ซึ งแต่ ล ะช่ ว งความยาวคลื นจะมี ค วามเหมาะสมในการนํา มาประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรม เช่ น อุตสาหกรรมสิ งทอ กระดาษ เคลือบสี ผลิตภัณฑ์ ผลิ ตภัณฑ์เซรา ่มิก ทําแห้งกาว รวมถึงการอบสี พนสี รถยนต์ เป็ นต้น (a) (b) ภาพที อุปกรณ์กาเนิดรังสี อินฟราเรดโดยใช้พลังงานไฟฟ้ า (a) และแบบใช้ก๊าซปิ โตเลียมเหลว (b) ํ
  • 6. ํ ตารางที ประเภทของอุปกรณ์กาเนิดรังสี อินฟราเรดแบ่งตามช่วงความยาวคลืนแม่เหล็กไฟฟ้ า Infrared peak wavelengths 0.7 – 2 (µm) 2 – 4 (µm) > 4 (µm)Emitter types Tungsten filament lamp Coil or wire in unsealed Glass panel Quartz tube or panel Metal radiant tube T-3 Quartz lamp Ceramic panel Electric ceramic emitter Ceramic tube Gas-fired ceramic emitterRadiant source 500 - 2,200 °C 500 – 900 °C 300 – 700 °Ctemperature °CEmissivity 86 – 72 % 60 – 40 % 50 – 20 %Typical >Preheating >Preheating >PreheatingApplications >Surface coating >Drying >Drying >Electronic parts drying - silk screen inks - silk screen inks >Gelling PVC - papers - textiles >Coating on fabric - grain & fruit - paint & lacquers >Heating wooden panels - grain & fruit ดัดแปลงจาก [ ] [ ] [ ] [ ] [ 0]
  • 7. การถ่ ายโอนความร้ อนระหว่ างรังสี อนฟราเรดกับวัสดุเกษตร ิ ่ ในอุตสาหกรรมแปรรู ปผลิตผลเกษตร พบว่ามีการพัฒนาใช้รังสี อินฟราเรดอยูระดับหนึ ง อาทิเช่ น ในประเทศญี ปุ่ นมี ก ารใช้ใ นการทํา แห้งสาหร่ าย ผงกะหรี แครอท และฟั ก ทอง อี ก ทังยัง พบว่าสามารถใช้ได้ดีในอุตสาหกรรมการทําแห้งอาหารทีมีความชืนตํา เช่น ผงโกโก้ แป้ ง เมล็ดธัญพืช มอลท์ผลิ ตภัณฑ์พาสตาและผงชา เป็ นต้น ส่ วนวัสดุ ทีมีความหนา ยังคงพบว่ามีขอจํากัดในการใช้งานอยู่ ซึ ง ้ต้องมีการพัฒนาร่ วมกับเทคนิคการอบแห้งอืนๆ เช่น ร่ วมกับการใช้คลืนไมโครเวฟ หรื อลมร้อน รังสี อินฟราเรดนันเหมาะสําหรั บใช้ในการให้ความร้ อนวัตถุ โดยเฉพาะที บริ เวณผิว (Surfacedrying) ดังนันวัตถุทีจะรับการถ่ายโอนความร้อนจากรังสี อินฟราเรดได้ดีนน ควรมีลกษณะบาง มีค่าการ ั ัสะท้อนรังสี ตา ผิวไม่มีลกษณะมันวาว มีคุณสมบัติการดูดซับสู ง (High absorptivity) นอกจากนันอัตรา ํ ัการถ่ายโอนความร้ อนของวัตถุ ยงขึนอยู่กบปั จจัยได้แก่ ระดับการแผ่รังสี ทีแสดงค่าเป็ นอุณหภูมิของ ั ัผิวหน้าวัตถุร้อนทีแตกต่างกัน และระดับความเข้มของรังสี ซึงขึนอยู่กบระยะห่ างระหว่างวัตถุ ร้อนกับ ัวัตถุ รับความร้ อน [ ] [ ] ซึ งสําหรั บวัสดุ ทางการเกษตรที เป็ นวัตถุ ชืน (Moist materials) นอกจากคุณสมบัติการดูดซับและส่ งผ่านพลังงานของวัตถุแล้ว ต้องศึกษาคุณสมบัติในแง่ของ ความยาวคลืนของวัตถุ ร้อน และความหนาของวัตถุ ทีรับพลังงานซึ งจะเกี ยวพันกับปริ มาณนําในวัตถุ ดวย แต่โดยทัวไป ้วัตถุชืนส่ วนมากจะมีค่าการดูดซับพลังงานตําหากค่าการส่ งผ่านพลังงานมีค่าสู ง โดยความสัมพันธ์ของการดูดซับคลืนอินฟราเรดของนําในวัตถุ (ภาพที ) มักจะพบว่ามีค่าการส่ งผ่านพลังงานสู งทีความยาวคลืนสันถึงปานกลาง [11] ซึ งช่วงความยาวคลืนทีเหมาะสมมีค่าประมาณใกล้เคียง 3 และ 6 µm ทีพบว่านํามีค่า การดูดซับพลังงานเกินกว่า 80% [15] [20] ภาพที ความสัมพันธ์ของการดูดซับ (Absorptivity) คลืนอินฟราเรดของนําในวัตถุ [20]
  • 8. การอบแห้ งผลิตผลเกษตรด้ วยรังสี อินฟราเรดโดยตรง เครื องอบแห้งทีให้ความร้อนโดยการแผ่รังสี อินฟราเรดนันมีทงแบบเป็ นงวด (Batch type) และ ัแบบต่อเนื อง (Continuous type) แต่จุดหลักในการออกแบบและสร้างเครื องอบแห้งเหมือนกันคือ ต้องเกิ ดการแผ่รังสี ตรงสู่ วตถุ ทีต้องการให้ความร้อน ซึ งมีการออกแบบใช้งานในหลายรู ปแบบ อาทิ แบบ ัสายพานลําเลียง (Conveyor type) แบบถังหมุน (Rotary drum type) แบบรางเขย่า (Vibrating tray type)แบบอุโมงค์ (Tunnel type) เป็ นต้น (ภาพที ) ํ ภาพที ตัวอย่างเครื องอบแห้งทีใช้อุปกรณ์กาเนิ ดรังสี อินฟราเรดให้ความร้อน [17] [18] [19] ่ จะสังเกตได้วาการอบแห้งโดยใช้รังสี อินฟราเรดอาศัยหลักการทีคล้ายคลึงกับการตากวัสดุบนลานเพือรั บ การแผ่รัง สี จากแสงอาทิ ต ย์ วัส ดุ จ ะได้รับความร้ อ นที บริ เ วณผิว เป็ นส่ วนใหญ่ (Surfacedrying) ซึ งแตกต่างจากการอบแห้งด้วยวิธีการอื นๆ ดังนันการใช้รังสี อินฟราเรดจําเป็ นต้องคํานึ งถึ ง ่ ัลักษณะการแผ่รังสี กระจายให้แก่วสดุซึงขึนอยูกบเงือนไขสําคัญเช่น ระดับความเข้มของรังสี (Radiant ัintensity) ระยะห่ างระหว่างอุปกรณ์กาเนิ ดรังสี ถึงผิววัสดุ ทีต้องการให้ความร้ อน ขนาดความหนาบาง ํของวัสดุ และการเคลือนทีคลุกเคล้าไปมาภายในถังหมุนหรื อแผ่บางอยู่ภายในถาดของวัสดุ ในระหว่างการอบแห้ง เป็ นต้น ซึ งนักวิจยได้มีการพัฒนาห้องอบ (Drying chamber) สําหรับการให้ความร้อนโดย ัใช้รังสี อินฟราเรดเพือการวิจยอาทิ [1] ได้ศึกษาการเปลี ยนแปลงความชื นของข้าวบาร์ เลย์ ด้วยชุ ด ัทดสอบทีใช้ อินฟราเรดฮีตเตอร์ ไฟฟ้ าขนาด 0.4x0.3 m2 ติดตังห่ างจากถาดอบแห้งขนาด 0.2x0.2 m2 ทีอยูดานล่าง 0.15 m [ ] ได้วิจยและประเมินคุณภาพข้าวนึ งจากการทดสอบอบแห้งด้วยรังสี อินฟราเรด ่ ้ ัโดยมีปัจจัยทีทดสอบประกอบด้วยระดับความเข้มของรังสี ระยะห่างระหว่างแหล่งกําเนิ ดรังสี ถึงถาดอบและระดับชันความหนาของข้าวเปลือกนึ งในถาดซึ งมีระบบสันสะเทือนเพือช่วยให้ขาวเปลื อกพลิกไป ้มาและได้รับรังสี ทีสมําเสมอ (ภาพที 7a) นอกจากนันแล้ว [2] ทําการศึกษาการอบแห้งข้าวเปลือกด้วยรังสี อินฟราเรดเช่นกันโดยใช้ Laboratory catalytic infrared (CIR) dryer ทีมีแหล่งกําเนิ ดรังสี อินฟราเรดแบบใช้ก๊าซธรรมชาติเป็ นเชือเพลิง โดยอุณหภูมิผิวของแหล่งกําเนิ ดมีค่าประมาณ 500 °C ค่าความยาวคลืนสู งสุ ด (λmax) ประมาณ 3.3 µm โดยติดตังถาดอบแบบสันทีระยะห่ างจากแหล่งกําเนิ ดรังสี ประมาณ0.265 m (ภาพที 7b)
  • 9. ภาพที 7 อุปกรณ์ทดสอบการอบแห้งโดยใช้รังสี อินฟราเรดโดยตรง (a) แบบใช้ Electric infrared heater [2] (b) แบบใช้ Gas-fired infrared heater [ ] Laohavanich et al. [8] ได้ทดลองให้เห็นถึงผลของปั จจัยต่างๆ ภายในห้องอบแห้งด้วยรังสีโดยตรงต่อลักษณะการกระจายของรังสี บนระนาบราบภายในห้องอบแห้งโดยทดสอบด้วยห้องอบแบบเป็ นงวด ใช้อุปกรณ์ กาเนิ ดรังสี แบบ Gas-fired infrared emitter ซึ งมีอุณหภูมิผิวขณะทํางาน – ํ°C ตรงกับค่าความยาวคลืนสู งสุ ดประมาณ . – . µm (ภาพที 8) ซึ งปั จจัยทีศึกษาได้แก่ ระดับความ ํยาวคลืนของอุปกรณ์กาเนิ ดรังสี ระยะห่ างระหว่างอุปกรณ์ กาเนิ ดรังสี กบระนาบอบแห้ง และตําแหน่ ง ํ ัต่างๆ บนระนาบ โดยพบว่าทุกปั จจัยมีผลต่อระดับการรับรังสี ทีแสดงด้วยค่าอุณหภูมิอากาศในห้องอบทีตํา แหน่ ง ต่า งๆ ซึ งหากรั ง สี ที แผ่มีค่ าความยาวคลื นตํา หรื อระยะห่ า งระหว่างอุ ป กรณ์ กา เนิ ดรั งสี กับ ํระนาบอบแห้งมีค่าน้อย จะทําให้มีความแตกต่างของระดับอุณหภูมิอากาศสู งอย่างชัดเจนดังแสดงในภาพที โดยพืนทีบริ เวณใกล้แหล่งกําเนิ ดจะได้รับรังสี ความร้อนมากทําให้กราฟแสดงเส้นความชันสู ง ํแต่หากเพิมระยะห่างของระหว่างอุปกรณ์กาเนิดกับระนาบอบแห้งจะพบว่ากราฟพืนผิวมีความราบเรี ยบแสดงให้เห็นว่าทุกตําแหน่งบนระนาบภายในห้องอบแห้งได้รับรังสี ความร้อนใกล้เคียงกัน Drying Chamber slide door Exhaust air Natural gas Gas-fired Tank and controller infrared emitter Gas-fired infrared emitter Aluminum wall Air Temperature Absorbing surface sensors on horizontal plane (Thermocouples) Data monitoring and loggingภาพที Gas-fired infrared dryer ติดตังอุปกรณ์วดอุณหภูมิอากาศบนระนาบราบภายในห้องอบแห้ง [8] ั
  • 10. ภาพที กราฟพืนผิวแสดงการกระจายรังสี บนระนาบราบภายในห้องอบโดยแสดงเป็ นอุณหภูมิอากาศ เมือทดสอบทีระดับ ความยาวคลืนสู งสุ ดของอุปกรณ์กาเนิดรังสี . µm มีระยะห่างถึงระนาบ ํ อบแห้ง . , . , . และ . m [8] ดังนันในการออกแบบสร้างเครื องอบแห้งด้วยรังสี อินฟราเรดสําหรับผลิตผลเกษตรโดยตรงนันมีเงื อนไขการออกแบบทีต้องคํานึ งถึ งได้แก่ ระดับความยาวคลื นทีเลื อกใช้ ระยะห่ างระหว่างอุปกรณ์กํา เนิ ด รั ง สี กับ ระนาบอบแห้ ง ชนิ ด ของผนัง ห้ อ งอบที ต้อ งคํา นึ ง ถึ ง คุ ณ สมบัติ ใ นการสะท้อ นรั ง สีคุณสมบัติของของวัสดุเช่น ความชืน มิติความหนา รวมทังชันความหนาของวัสดุในห้องอบ ทังนีจะเป็ นการพิจารณาเพือเลื อกเงื อนไขการอบแห้งทีวัสดุ จะได้รับปริ มาณรังสี เท่าเทียมกันและเป็ นเงื อนทีวัสดุสามารถดู ดซับพลังงานความร้ อนไว้ได้มากซึ งจะมีผลทําให้ระยะเวลาในการอบแห้งสันในขณะทีได้วัสดุทีมีคุณภาพตามความต้องการการอบแห้ งผลิตผลเกษตรด้ วยรังสี อินฟราเรดร่ วมกับเทคนิคอืน นอกเหนื อ จากการอบแห้งด้ว ยรั ง สี อิ น ฟราเรดอบแห้ง ผลิ ต ผลเกษตรโดยตรงแล้ว ยัง มี ก ารประยุกต์ใช้ร่วมกับเทคนิคการอบแห้งอืนๆ ทังนีเนื องจากรังสี อินฟราเรดจะมีประสิ ทธิ ภาพสู งเฉพาะในลักษณะการอบแห้งชันบางโดยเฉพาะบริ เวณผิวของผลิตผลเกษตรทีรับรังสี โดยตรง การใช้งานร่ วมกับคลืนไมโครเวฟซึ งสามารถสันสะเทือนโมเลกุลนําภายในวัสดุได้จะทําให้วสดุได้รับการถ่ายเทความร้อน ัอย่างทัวถึ ง นอกจากนันการใช้ระบบสุ ญญากาศและลมร้อนร่ วมกับรังสี อินฟราเรดก็พบว่าทําให้อตรา ัการแพร่ ของความชืนสู งขึนซึ งจะทําให้สามารถย่นระยะเวลาทีใช้ในการอบแห้งผลผลิตได้ผลเป็ นอย่างดี ํ ่ ตัวอย่างของอุปกรณ์อบแห้งทีทํางานร่ วมกับอุปกรณ์ กาเนิ ดรังสี อินฟราเรดมีอยูหลายลักษณะอาทิเช่ น Nathakaranakule et al. [ ] ทดสอบการอบแห้งลําไยโดยใช้เครื องอบแห้งแบบลมร้ อน ํเปรี ยบเทียบกับแบบฮีตปั มโดยติดตังอุปกรณ์ กาเนิ ดรังสี อินฟราเรดไกลชนิ ดแท่งอยู่ภายในห้องอบผล
  • 11. ลําไย (ภาพที (a)) Dondee et al. [ ] ทดสอบอบแห้งถัวเหลืองด้วยเครื องอบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบด ํและติดตังอุปกรณ์กาเนิดรังสี อินฟราเรดใกล้ทีด้านบนของห้องอบแห้ง (ภาพที (b)) Swasdisevi et al. ํ[ ] ทดสอบอบแห้งกล้วยแผ่นด้วยเครื องอบแห้งสุ ญญากาศ โดยติดตังอุปกรณ์ กาเนิ ดรังสี อินฟราเรดไกลภายในห้องอบแห้ง(ภาพที (c)) และ Glouannec et al. [ ] ทีศึกษาการอบแห้งวัสดุพรุ นโดยใช้ทง ัรังสี อินฟราเรด ไมโครเวฟ และลมร้อน (ภาพที (d)) เป็ นต้น (a) (b) (c) (d)ภาพที ตัวอย่างเครื องอบแห้งแบบผสมระหว่างการใช้รังสี อินฟราเรดกับเทคนิคอบแห้งต่างๆ (a) ํ เครื องอบแห้งแบบลมร้อนและแบบฮีตปั มติดตังอุปกรณ์กาเนิดรังสี อินฟราเรดไกล (b) เครื อง ํ อบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดติดตังอุปกรณ์กาเนิดรังสี อินฟราเรดใกล้ (c) เครื องอบแห้ง ํ สุ ญญากาศติดตังอุปกรณ์กาเนิดรังสี อินฟราเรดไกล (d) เครื องอบแห้งแบบใช้รังสี อินฟราเรด ร่ วมกับคลืนไมโครเวฟและลมร้อน จุดเด่นของการใช้รังสี อินฟราเรดในการอบแห้งคื ออุปกรณ์ รังสี อินฟราเรดสามารถติ ดตังได้สะดวกกับทุกเทคนิ คการอบแห้ง มีชนิ ดของอุปกรณ์ ให้เลื อกประยุกต์ใช้จานวนมาก ซึ งสามารถนําเข้า ํไปเสริ มหรื อร่ วมกับเทคนิ คการอบแห้งอืนๆ เพือทําให้ได้เงื อนไขการถ่ายเทความร้ อนทีเหมาะสมกับวัสดุมากขึน นอกจากนันยังสามารถลดการใช้พลังงานลง ดังเช่นผลการวิจยของ Hebbar et al. [ ] ที ัทําการศึกษาการอบแห้งแครอทและมันฝรังโดยใช้รังสี อินฟราเรดร่ วมกับลมร้ อน พบว่าสามารถลดระยะเวลาการอบแห้งได้ 48% ลดการสู ญเสี ยในการใช้พลังงานสําหรับการอบแห้งได้ 63% เมือเทียบกับการอบแห้งด้วยลมร้อนเพียงอย่างเดียวเป็ นต้น
  • 12. บทสรุ ปแนวทางการนํารังสี อินฟราเรดมาประยุกต์ ใช้ ในการอบแห้ งผลิตผลทางการเกษตร รังสี อินฟราเรดนันเหมาะสําหรับใช้ในการให้ความร้อนวัสดุโดยเฉพาะทีบริ เวณผิว ดังนันการประยุกต์ใช้รังสี อินฟราเรดอบแห้งผลิ ตผลทางการเกษตรโดยตรงซึ งเป็ นวัสดุ ชืน จึงควรออกแบบห้องอบแห้งให้วสดุสามารถแผ่เป็ นชันบางได้ดี และมีกลไกในการพลิกหรื อเขย่าให้วสดุได้รับรังสี เท่าเทียม ั ักัน ส่ วนในกรณี ทีป้ อนวัสดุ ให้มีชนความหนาเพิมขึนอาจเลื อกใช้เป็ นอุปกณ์ อบแห้งแบบโรตารี ติดตัง ัครี บสําหรับพลิกผสมวัสดุภายในดรัมเพือรับรังสี เป็ นต้น อย่างไรก็ดีการป้ อนวัสดุดวยชันความหนาที ้มากเกินไปจนเกินขอบเขตทีรังสี อินฟราเรดจะแผ่กระจายถึงอาจไม่มีประโยชน์และจะทําให้ตองใช้เวลา ้ในการอบแห้งเพิมขึน นอกจากนันการเลือกชนิ ดของอุปกรณ์กาเนิ ดรังสี อินฟราเรดให้เหมาะสมกับช่วง ํทีผลผลิ ตมี ค่าความสามารถในการดู ดซับพลังงานสู งยังเป็ นสิ งที ต้องคํานึ งถึงโดยต้องพิจารณาเลื อกอุปกรณ์ให้มีค่าความยาวช่วงคลื นสู งสุ ดทีปลดปล่อยออกมาสัมพันธ์คุณสมบัติของวัสดุ ส่ วนตําแหน่ งในการติ ด ตังอุ ป กรณ์ กา เนิ ดรั ง สี ทีเหมาะสมนันจะพิ จ ารณาตามรู ป แบบอุ ป กรณ์ อ บแห้ง เช่ น เครื อง ํ ํอบแห้งแบบเป็ นงวดหรื อสายพานลําเลียง อุปกรณ์กาเนิดรังสี จะติดตังทีด้านบน และด้านล่างของระนาบ ัอบแห้ง โดยพืนทีอบแห้งจะแปรผันตามระยะห่ างระหว่างแหล่งกําเนิ ดรังสี กบระนาบอบแห้ง สําหรับการประยุก ต์ใ ช้อุ ปกรณ์ กา เนิ ด รั ง สี ร่ว มกับ เทคนิ ค การอบแห้ง อื นๆ จะเป็ นการนํา จุ ด เด่ นของแต่ ล ะ ํอุปกรณ์ มาทํางานร่ วมกันเพือลดความชื นวัสดุ ทําให้เครื องอบแห้งมีประสิ ทธิ ภาพสู งขึน โดยอุปกรณ์กําเนิ ดรังสี อินฟราเรดทีเลื อกใช้นนจะพิจารณาเช่ นเดี ยวกันกับกรณี ทีกล่าวมาข้างต้น รวมกับลักษณะ ัเฉพาะทีต้องการพิจารณาของอุปกรณ์ทีติดตังรวมกัน ทังนีจะต้องคํานึ งถึงการเปลียนแปลงของผลผลิ ตในระหว่างการอบแห้งเป็ นหลักเพือให้ได้ผลิตภัณฑ์ทีมีคุณภาพด้วยเป็ นสําคัญ เอกสารอ้ างอิง[1] Afzal T.M., Abe T. (2000). Simulation of moisture changes in barley during far infrared radiation drying. Computers Electronics in Agriculture: 26(2); 137–145.[2] Amaratunga K.S.P., Pan Z., Zheng X., Thompson J.F. (2005). ASAE Annual International Meeting, Tampa Convention Center, Tampa, Florida, 17-20 July 2005, Paper Number 056005, 10 p.[3] Das I, Das S.K., Bal K.S. (2004) Drying performance of a batch type vibration aided infrared dryer. Journal of Food Process Engineering: 64; 129-133.[4] Dondee S., Meeso N., Soponronnarit S., Siriamornpun S. ( ). Reducing cracking and breakage of soybean grains under combined near-infrared radiation and fluidized-bed drying. Journal of Food Process Engineering: 104; 6-13.[5] Glouannec P., Lecharpentier D., Noel H. (2002) Experimental survey on the combination of radiating infrared and microwave sources for the drying of porous material. Applied Thermal Engineering: 22; 1689–1703.[6] Hebbar U.H., Ramesh M.N. (2004). A combined infrared and hot air heating system for food processing, Indian patent application 2001; 366/DEL/02.
  • 13. [7] Fellows P. (1990) Food Processing Technology. Cornwall: Ellis Horwood Limited; 1988.[8] Laohavanich J. Yangyuen S. Wongpichet S. (2009) The Application of Response Surface Methodology for Designing The Drying Area for Gas-Fired Infrared Dryer. in The 20th DAAAM World Symposium “Intelligent Manufacturing & Automation: “Theory, Practice & Education” 25-28 November 2009. Viena. Austria.[9] Mujumdar A.S. editor. (1995) Handbook of industrial drying. volume 1. 2nd ed. New York: Marcel Dekker.10] Nathakaranakule A., Jaiboona P., Soponronnarit S. ( ) Far-infrared radiation assisted drying of longan fruit. Journal of Food Engineering: 100(4); 662-668.[11] Ozisik M.N. (1985) Heat transfer: a basic approach. New York: McGraw-Hill; 1985.[12] Swasdisevia T., Devahastin S., Sa-Adchoma P., Soponronnarita S. ( 8) Mathematical modeling of combined far-infrared and vacuum drying banana slice. Journal of Food Engineering: ( ); -[13] http://wetheadmedia.com/mr-heater- -btu-low-intensity-infrared-tube-heater-review/[14] http://www.acim-jouanin.fr/anglais/gamme_infrarouge_GB.html[15] http://www.adventures-in-dialectics.org/Adventures-In-Dialectics/Crises-by-Nature/Crises- by-Nature.htm[16] http://www.best-b b.com/Sub-cat/ / /heating-refrigeration-temperature-control_ .html[17] http://www.bestengineeringtechnologies.com/fruits-vegetables-dehydration-machinery.html[18] http://www.kaalco.com/kreyenborg2.html[19] http://www.kerone.net/flask-cure-infrared-dryers.html[20] http://www2.dede.go.th/bhrd/old/web_display/factory/factory_infrared.html