ปัจจุบันเทคโนโลยีการอบแห้งมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้เหมาะสมกับวัตถุดิบ ทั้งการรักษาสภาพของวัตถุดิบคุณสมบัติด้านสี ตลอดจนคุณค่าทางอาหาร ให้คงอยู่มากที่สุด
แนวทางเลือกเทคโนโลยีการอบแห้งในอุตสาหกรรมและ
เทคโนโลยีการอบแห้งเพื่อลดต้นทุนการผลิต (ตอนที่ 1)
ทนงศักดิ์ วัฒนา
ปัจจุบันเทคโนโลยีการอบแห้งมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้เหมาะสมกับวัตถุดิบ ทั้งการรักษาสภาพของวัตถุดิบคุณสมบัติด้านสี ตลอดจนคุณค่าทางอาหาร ให้คงอยู่มากที่สุด อีกทั้งการอบแห้งยังช่วยการเพิ่มเวลาในการจัดเก็บหรือการขนส่งให้มีความสะดวกมากขึ้น การอบแห้ง เป็นกระบวนการลดน้ำออกจากวัตถุดิบหรืออาหาร ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งขั้นมามากมายเพื่อตอบสนองต่อกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม เพื่อลดต้นทุนและลดเวลาการผลิตลง เช่น เทคโนโลยีการอบแห้งด้วยไมโครเวฟ ซึ่งลดเวลาในการอบแห้งลงมาก ร่วมถึงลดการใช้พลังงานในการอบแห้งลงเช่นกัน อีกทั้ง พลังงานคลื่นไมโครเวฟเป็นพลังงานสะอาด ยังช่วยลดสภาวะโลกร้อนได้อีกด้วย
รูปที่ 1 แสดงเครื่องอบแห้งด้วยไมโครเวฟ (ที่มา: http://www.binder-trockner.de)
จากเทคโนโลยีการอบแห้งที่ถูกพัฒนาขึ้นมากมายเพื่อลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพการอบแห้ง ดังนั้น การเลือกเครื่องอบหรือ วิธีการอบแห้งจึงเป็นสิ่งที่วิศวกรและผู้ที่เกี่ยวต้องต้องเรียนรู้ เพื่อให้กระบวนการอบแห้งมีประสิทธิภาพสูงสุดในอุตสาหกรรม
ความรู้พื้นฐานการอบแห้ง
การอบแห้ง เป็นกระบวนกำจัดความชื้น หรือน้ำ ในผลิตภัณฑ์ ให้ลดลงในค่าที่ยอมรับได้ ซึ่งอาหารหรือผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดจะมีค่าไม่เท่ากัน การกำจัดความชื้นในผลิตภัณฑ์ สามารถทำได้หลายวิธี คือ
1. การใช้กระแสลมร้อนสัมผัสกับอาหาร วิธีการเช่น ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ตู้อบลมร้อน
2. การพ่นอาหารหรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวเข้าไปในห้องที่มีลมร้อน เช่น การอบแห้งแบบพ่นฝอย
3. การให้อาหารหรือผลิตภัณฑ์เข้มข้นสัมผัสกับลูกกลิ้งร้อน เช่น เครื่องอบแห้งแบบลูกกลิ้ง
4. การทำให้อาหารหรือผลิตภัณฑ์แข็งด้วยความเย็นอย่างรวดเร็วและระเหิดน้ำออก ภายในสภาวะสุญญากาศ เช่น เครื่องอบแห้งแบบเยือกแข็ง
5. การใช้คลื่นไมโครเวฟทำให้น้ำระเหย เช่น เครื่องอบแห้งแบบไมโครเวฟ ซึ่งการอบแห้งแบบนี้สามารถประยุกต์ใช้ร่วมกับสภาวะอื่น ๆ เช่น เครื่องอบแห้งไมโครเวฟร่วมกับสุญญากาศ เพื่อลดอุณหภูมิการอบแห้งลง
6. การให้อาหารหรือผลิตภัณฑ์หมุนอยู่ในห้องหมุน (Drum) ซึ่งภายในมีอุณหภูมิสูง เครื่องอบแห้งแบบนี้ เช่น เครื่องอบแห้งแบบหมุน (Rotary Dryer)
7. การให้อาหารหรือผลิตภัณฑ์กระจายหรือลอยตัวอยู่ในกระแสลมร้อนในแนวตั้งฉากกับพื้น เครื่องอบแห้งแบบนี้ เช่น เครื่องอบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบด
8. การให้อาหารหรือผลิตภัณฑ์กระจายหมุนวนในกระแสลมร้อน เครื่องอบแห้งแบบนี้ เช่น เครื่องอบแห้งแบบเวอร์เท็กซ์ ปัจจุบันมีการประยุกต์ใช้ร่วมกับไมโครเวฟ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการอบแห้งให้มีค่าสูงขึ้นและลดระยะการอบลง
เนื่องจากวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการอบแห้ง ส่วนใหญ่จะมีรูปร่างที่แตกต่างกันออกไป ดังนั้น การเลือกวิธีการ หรือเครื่องอบแห้งแบบใดให้เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์นั้น จำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานการอบแห้งก่อน ซึ่งสามารถอธิบายได้
1. ค่าความชื้นหรือน้ำในผลิตภัณฑ์ คือปริมาณน้ำที่อยู่ในผลิตภัณฑ์ ซึ่งสามารถแบ่งได้ น้ำอิสระ (Free Water) และน้ำเกาะติด (Bound Water) รูปร่างของน้ำทั้งสองแสดงในรูปที่ 2 โดยน้ำอิสระ เป็นน้ำส่วนใหญ่ที่เจอในอาหารหรือผลิตภัณฑ์ ซึ่งอยู่รอบ ๆ และในเซลล์ของอาหาร สามารถทำให้น้ำชนิดนี้ออกได้โดยวิธีการง่าย คือ การระเหยน้ำออกด้วยความร้อน น้ำชนิดนี้มีผลต่อความสดของผักและผลไม้
รูปที่ 2 แสดงรูปของน้ำอิสระและเกาะติดในอาหารหรือผลิตภัณฑ์
ส่วนน้ำเกาะติด เป็นน้ำที่เกาะยึดอยู่กับโครงสร้างของอาหาร แยกออกจากอาหารได้ยาก เกาะติดกับสารอื่นด้วยพันธะทางเคมีที่แข็งแรง น้ำเกาะติด สามารถแบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ โมโนเลย์ หรือโมเลคูลาร์เลย์, มิลลิเลย์หรือมัลติโมเลคูลาร์เลย์ และน้ำในแคพพิลลารี โดยน้ำเกาะติดแต่ละชนิดอธิบายได้ ดังนี้
น้ำเกาะติดชนิดโมโนเลย์ หรือโมเลคูลาร์เลย์ (Monolayer or Molcular Layer) เป็นน้ำอยู่ในโครงสร้างของเนื้อเยื่อของอาหารหรือผลิตภัณฑ์ เกาะติดกับผลิตภัณฑ์ด้วยพันธะที่แข็งแรงมากไม่สามารถระเหยด้วยความร้อนธรรมดา จุลินทรีย์ไม่สามารถนำน้ำส่วนนี้ไปใช้ได้
น้ำเกาะติดชนิดมิลลิเลย์หรือมัลติโมเลคูลาร์เลย์ (Multilayer or Multimolcular Layer) เป็นน้ำในอาหารที่เกาะติดอยู่กับน้ำส่วนแรก มีคุณสมบัติเป็นตัวกระจายสารอาหารอื่นได้ ทำให้มีผลต่อความดันไอของอาหาร แต่เป็นน้ำที่จุลินทรีย์ยังไม่สามารถนำไปใช้ได้ การกำจัดน้ำส่วนนี้ต้องใช้พลังงานมากกว่าปกติในการระเหย
น้ำในแคพพิลลารี (Capillary Water) เป็นน้ำเกาะติดอยู่กับน้ำในส่วนที่สองอย่างหลวม ๆ จุลินทรีย์บางชนิดที่ต้องการความชื้นต่ำ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้
การหาค่าความชื้นหรือน้ำในผลิตภัณฑ์
ความชื้นในอาหาร คือปริมาณน้ำที่มีอยู่ในอาหาร การระบุหรือการหาค่าความชื้นในอาหารหรือผลิตภัณฑ์นั้น สามารถทำได้ 2 วิธี คือ ความชื้นมาตรฐานเปียก และความชื้นมาตรฐานแห้ง
ความชื้นมาตรฐานเปียก เป็นการเปรียบเทียบน้ำหนักของน้ำกับน้ำหนักทั้งหมดของผลิตภัณฑ์ สามารถเขียนเป็นสมการจะได้
ความชื้นมาตรฐานแห้ง เป็นการเปรียบเทียบน้ำหนักของน้ำกับน้ำหนักที่เป็นของแข็งของผลิตภัณฑ์ สามารถเขียนเป็นสมการจะได้
นอกจากนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นมาตรฐานเปียกและความชื้นมาตรฐานแห้ง สามารถเขียนเป็นสมการได้ ดังนี้
การระบุค่าความชื้นในอาหาร หรือผลิตภัณฑ์ ส่วนใหญ่จะระบุเป็นความชื้นมาตรฐานแห้งเพราะสะดวกต่อการนำค่าที่ได้ไปใช้งาน เพราะค่าความชื้นที่วัดได้จะเทียบกับ 100 เช่น ถ้าระบุว่าวัสดุมีค่าความชื้น 25% มาตรฐานเปียก หมายความว่า มีน้ำในผลิตภัณฑ์ 25 กรัม ต่อของแข็ง 75 กรัม หรือ ต่อน้ำหนักทั้งหมด 100 กรัม แต่ถ้าระบุ 25% มาตรฐานแห้ง หมายความว่า มีน้ำ 25 กรัม ต่อของแข็ง 100 กรัม ในผลิตภัณฑ์ เมื่อนำผลิตภัณฑ์ไปอบจนเหลือ ความชื้น 15% มาตรฐานแห้ง นั้นหมายความว่า ปริมาณน้ำในผลิตภัณฑ์หายไป 25-15 = 10 กรัม ต่อ 100 กรัมของแข็ง สามารถนำค่ามาลบกันได้เลย
แต่ถ้าระบุความชื้นเริ่มต้นของผลิตภัณฑ์ เป็น 25% มาตรฐานเปียก หมายความว่า มีน้ำ 25 กรัม ในของแข็ง 75 กรัม และนำผลิตภัณฑ์ไปอบจนเหลือ 15% มาตรฐานเปียก หมายความว่า มีน้ำ 15 กรัม ในของแข็ง 85 กรัม ซึ่งสามารถนำความชื้นมาลบกันได้ เนื่องจากค่าของแข็งมีค่าไม่เท่ากัน ดังนั้น ต้องทำค่าของแข็งของผลิตภัณฑ์ให้เท่ากันก่อน โดยการเทียบบัญญัติไตรยางศ์ ดังนี้
| ก่อนการอบแห้ง | ของแข็ง 75 กรัม มีน้ำ 25 กรัม |
| หลังการอบแห้ง | ของแข็ง 85 กรัม มีน้ำ 15 กรัม |
| ถ้าของแข็ง | 75 กรัม มีน้ำ 15 X 75/85 = 13.235 กรัม |
| ดังนั้น ปริมาณน้ำหายไปจากการอบ | 25-13.235 = 11.76 กรัม |
| นั้นหมายความว่า | ของแข็งในผลิตภัณฑ์ 75 กรัม น้ำระเหยออก 11.76 กรัม |
รู้จักเส้นกราฟของการอบแห้ง (Drying Curve)
พฤติกรรมการอบแห้งเพื่อไล่ความชื้นออกจากอาหารหรือผลิตภัณฑ์ ที่อยู่ภายใต้เงื่อนไขของการอบแห้งคงที่ เช่น มีอุณหภูมิ ความชื้น และความเร็วลมคงที่ การเปลี่ยนแปลงมวลและอุณหภูมิของอาหารหรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการอบแห้งจะมีลักษณะคล้ายคลึงกัน ดังแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 แสดงเส้นกราฟของการอบแห้ง (ที่มา http://www.process-heating.com)
จากกราฟ ในรูปที่ 3 การอบแห้งสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ช่วง คือ ช่วงการให้ความร้อนเบื้องต้นแก่วัสดุ (Initial Period) ช่วงการอบแห้งความเร็วคงที่ (Constant Rate Period) และช่วงการอบแห้งความเร็วลดลง (Falling Rate Period)
ช่วงการให้ความร้อนเบื้องต้นแก่วัสดุ (Initial Period) ของการอบแห้ง ช่วงนี้ วัสดุที่ใช้ในการอบแห้งมีปริมาณความชื้นอยู่มาก ผิวของวัสดุจะมีลักษณะเปียกชื้นมาก อุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุจะมีค่าใกล้เคียงกับอุณหภูมิกระเปาะเปียกของกระแสลมร้อน ดังนั้น ช่วงเวลานี้ ความร้อนที่ใช้ในการอบแห้งจึงไปเพิ่มอุณหภูมิให้กับวัสดุ ทำให้วัสดุมีอุณหภูมิสูงขึ้น
ช่วงการอบแห้งความเร็วคงที่ (Constant Rate Period) จะเป็นช่วงที่สองของการอบแห้ง อุณหภูมิของวัสดุจะมีค่าคงที่ ประมาณอุณหภูมิกระเปาะเปียกของกระแสลม พลังงานความร้อนที่วัสดุได้รับจะใช้ในการะเหยความชื้นของวัสดุเท่านั้น ทำให้อัตราส่วนความชื้นเฉลี่ยของวัสดุลดลงเป็นสัดส่วนกับเวลาในการอบแห้ง ดังนั้น ช่วงนี้อัตราการระเหยจะคงที่ (Constant Drying Rate) การคำนวณอัตราการอบแห้งในช่วงนี้ สามารถเขียนเป็นสมการได้ ดังนี้
จุดสุดท้ายของช่วงการอบแห้งความเร็วคงที่ อัตราเร็วในการอบแห้งจะเริ่มลดลง ความชื้นของวัสดุ ณ เวลานี้ เราเรียกว่า ความชื้นวิกฤติ
ช่วงการอบแห้งความเร็วลดลง (Falling Rate Period) ช่วงนี้ความชื้นที่ผิวของวัสดุจะเริ่มค่อย ๆ หมดไป เพราะ การถ่ายเทความชื้นจากด้านในของวัสดุเกิดขึ้นไม่ทันกับการระเหยของความชื้นที่ผิวของวัสดุ ดังนั้น ที่ผิวของวัสดุจะเริ่มค่อย ๆ แห้งและอุณหภูมิของวัสดุจะค่อย ๆ เพิ่มขึ้น ทำให้อัตราการอบแห้งของช่วงนี้จะค่อย ๆ ลดลงนั่นเอง การอบแห้งจะสิ้นสุดลงเมื่อความชื้นของวัสดุลดลงถึงค่าความชื้นสมดุล ซึ่งความชื้นของวัสดุจะไม่ลดลงอีก ถึงแม้จะใช้เวลาในการอบแห้งนานเท่าไดก็ตาม
การเลือกวิธีการและเครื่องอบแห้งในอุตสาหกรรม
1. หลักการพื้นฐานของการเลือกเครื่องอบแห้ง
การอบแห้งวัสดุ หรือผลิตภัณฑ์ คุณภาพตามมาตรฐาน การเลือกวิธีการและเครื่องอบแห้งจึงมีความสำคัญมาก เพื่อให้ได้วิธีการและเครื่องอบแห้งแต่ละแบบที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด การพิจารณาเลือกวิธีการและเครื่องอบแห้งมีพื้นฐานการพิจารณา ดังนี้
1.1 การเสื่อมคุณภาพเนื่องจากความร้อนของวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ โดยปกติการเสื่อมคุณภาพของวัสดุจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และเวลาในการอบแห้ง ดังนั้น การกำหนดอุณหภูมิในการอบแห้งจึงเป็นสิ่งสำคัญ และเป็นเงื่อนไขแรกในการเลือกวิธีการและเครื่องอบแห้ง ในการอบแห้งวัสดุ หรือผลิตภัณฑ์
1.2 รูปทรงและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ โดยปกติรูปทรงและคุณภาพของผลิตภัณฑ์มักเปลี่ยนไปตามเงื่อนไขของการอบแห้ง รวมถึงวิธีการ ดังนั้น ต้องพิจารณาเลือกให้เหมาะสมกับรูปทรงและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ลูกค้าต้องการ
1.3 สิ่งปนเปื้อนของผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์บางประเภทสิ่งปนเปื้อนเป็นปัญหาที่สำคัญมาก เช่น สิ่งสำหรับการบริโภค หรือสินค้าจำพวกเวชภัณฑ์ ดังนั้น การพิจารณาเลือกวิธีการและประเภทของการอบแห้งจึงต้องได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษ เช่น กระบวนการฆ่าเชื้อโรคด้วยการอบแห้ง
1.4 คุณสมบัติของวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการอบแห้ง ในการออกแบบ หรือการเลือกเครื่องอบแห้งคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการอบแห้งมีความสำคัญอย่างมาก เช่น เส้นกราฟการอบแห้งของวัสดุ หรือผลิตภัณฑ์ จะทำให้สามารถประมาณเวลาในการอบแห้งแต่ละแบบได้
1.5 สมบัติการเกาะติดของวัสดุอบแห้ง
1.6 การพิจารณาทางด้านวิศวกรรมเครื่องกล เนื่องจากวัสดุที่อบแห้งส่วนใหญ่จะมีรูปทรง รูปร่างแตกต่างกันออกไป ดังนั้น การพิจารณาการป้อน การขนถ่าย วัสดุแต่ละชนิดให้มีความเหมาะสมกับรูปร่างของวัสดุ กับตัวเครื่องอบแห้งจึงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อให้การทำงานของระบบเต็มประสิทธิภาพ
1.7 การพิจารณาทำเลที่ตั้งของเครื่องอบแห้ง ในการพิจารณาเงื่อนไขของทำเลที่ตั้งของเครื่องอบแห้งมีการพิจารณาอยู่ 2 เงื่อนไข คือ เงื่อนไขเรื่องแหล่งพลังงานความร้อน และทางสภาพแวดล้อม เช่น การเกิดฝุ่นละออง หรือกลิ่น ซึ่งส่งผลต่อชุมชน ดังนั้น การพิจารณาทำเลที่ต้องจึงต้องพิจารณาอย่างถี่ถ้วนเพื่อไม่ก่อให้เกิดปัญหาตามมา
1.8 การพิจารณาค่าใช้จ่ายรวมและการประหยัดพลังงาน ค่าใช้จ่ายรวมของการอบแห้ง สามารถแบ่งได้เป็น 2 ส่วน คือ การลงทุนด้านตัวเครื่อง และค่าใช้จ่ายการเดินเครื่องอบแห้ง ซึ่งในการพิจารณาในส่วนตัวเครื่อง จะต้องพิจารณาประเภทของเครื่องอบแห้งสัก 2-3 ประเภทและเปรียบเทียบการลงทุน ข้อดี ข้อเสีย อย่างถี่ถ้วน ก่อนการตัดสินใจเลือกแบบใด ส่วนค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่อง ต้องพิจารณาถึงค่าการใช้พลังงาน ซึ่งถ้ามีการพิจารณาค่าการประหยัดพลังงาน หรือ การนำความร้อนทิ้งมาใช้ในการเลือกด้วย จะทำให้ลดปริมาณพลังงานที่ใช้ในการอบลง
2. การพิจารณาเลือกเครื่องอบแห้ง
ในการพิจารณาเครื่องอบแห้งให้เหมาะสมกับวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ในการอบแห้ง เป็นเรื่องต้องอาศัยประสบการณ์และความรู้ความชำนาญในเรื่องเครื่องอบแห้ง และชนิดของวัสดุที่อบแห้ง แต่อาจพอสรุปการเลือกเครื่องอบแห้งให้เหมาะสมกับวัสดุอบแห้งได้ดังตารางที่ 1 เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในการอบแห้งมีมากมายหลายชนิด ดังนั้น จึงแบ่งประเภทของวัสดุอบแห้ง ซึ่งสามารถจำแนกได้ 10 ชนิด ดังนี้
| ก. เป็นของเหลวหรือของแข็งในของเหลว | ข. วัสดุคล้ายแป้งเปียก |
| ค. วัสดุเป็นผงหรือเม็ด | ง. วัสดุเป็นก้อน |
| จ. วัสดุเป็นสะเก็ด | ฉ. วัสดุเป็นเส้นใยสั้น |
| ช. วัสดุที่มีสัณฐาน | ซ. วัสดุแผ่นยาวต่อเนื่อง |
| ฌ. ผิวที่ทาสี | ญ. วัสดุแช่แข็ง |
ตารางที่ 1 ตารางการเลือกเครื่องอบแห้งให้เหมาะสมกับชนิดของวัสดุในการอบแห้ง
เทคโนโลยีการอบแห้งเพื่อการลดต้นทุนการผลิตในยุคปัจจุบัน
เนื่องจากความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยี เทคโนโลยีการอบแห้งจึงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะการพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องอบแห้ง รวมถึงกระแสการอนุรักษ์พลังงานมาแรง ทำให้เทคโนโลยีการอบแห้งจึงพัฒนาเพื่อการอนุรักษ์พลังงานและหาแหล่งพลังงานอื่นเพื่อมาทดแทนแหล่งพลังงานเดิม ในบทความนี้จะกล่าวถึง เทคโนโลยีที่มีการเริ่มใช้กันอย่างแพร่หลายในวางการอุตสาหกรรมเพื่อลดต้นทุนการผลิตลง ซึ่งจะกล่าวถึง เทคโนโลยีการอบแห้งแบบไดอิเล็กทริก
เทคโนโลยีการอบแห้งแบบไดอิเล็กทริก
อันที่จริงเทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบไดอิเล็กทริกมีการใช้ประโยชน์มานานแล้วในเตาอบไมโครเวฟ การค้นพบว่าคลื่นไมโครเวฟสามารถให้ความร้อนกับอาหารได้ โดยนายเพอร์ซี สเปนเซอร์ ซึ่งเขาทำงานในบริษัทชื่อ เรธีออน และต่อมาเมื่อ พ.ศ.2489 บริษัท เรธีออน ได้จดสิทธิบัตรกระบวนการใช้คลื่นไมโครเวฟในการอบอาหาร และต่อมาก็ได้สร้างเตาอบไมโครเวฟขายในเชิงพาณิชย์
รู้จักวัสดุไดอิเล็กทริก
ไดอิเล็กทริก (Dielectric) เป็นสารที่ไม่นำไฟฟ้า หรือเป็นฉนวนไฟฟ้า เพื่อการเปลี่ยนแปลงค่าความจุของสาร เมื่อนำสารไดอิเล็กทริกไปวางระหว่างแผ่นตัวนำแบบขนานสองแผ่น จะทำให้ค่าความจุเพิ่มขึ้นเป็น K เท่า ค่า K นี้ เรียกว่า ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก เมื่อพิจารณาค่าความจุของแผ่นตัวนำแบบขนานซึ่งมีสุญญากาศอยู่ระหว่างกลาง ค่าความจุมีค่า ดังสมการที่ 6
ในการออกแบบระบบให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟ คุณสมบัติไดอิเล็กทริกของวัสดุมีความสำคัญในการออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้งานในระบบไมโครเวฟให้มีความเหมาะสมกับการทำงานและการทำความร้อนในวัสดุ การให้ความร้อนแบบไมโครเวฟการควบคุมความร้อนในวัสดุไดอิเล็กทริกเนื่องจากคลื่นไมโครเวฟ จำเป็นต้องทราบค่าการดูดซึมพลังงานไมโครเวฟของวัสดุ ค่าการดูดซึมเราเรียกว่า Dielectric Permittity ของวัสดุไดอิเล็กทริก แทนด้วยสมการ ที่ 7
นอกจากนี้ในการพิจารณาความร้อนที่เกิดขึ้นในวัสดุไดอิเล็กทริกเนื่องจากการส่งผ่านคลื่นไมโครเวฟเข้าไปในวัสดุและมีการดูดซึมพลังงานคลื่นเกิดขึ้น ค่าดังกล่าวเรียกว่า Loss Tangent Co-efficiency, tan ? ซึ่งเขียนในรูปสมการได้ ดังนี้
การทำคาวามร้อนแบบไดอิเล็กทริก
เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบไดอิเล็กทริก เป็นการทำความร้อนโดยอาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในย่านความถี่คลื่นวิทยุ หรือคลื่นไมโครเวฟ ส่งผ่านคลื่นเข้าไปในวัสดุไดอิเล็กทริก ทำให้โมเลกุลของน้ำซึ่งเป็นโมเลกุลมีขั้ว พยายามเคลื่อนตัวในทิศทางตามคลื่นที่ส่งผ่านเข้าไป ซึ่งโดยปกติคลื่นภายในคาวิตี้ จะสะท้อนกลับไป กลับมา ส่งผลให้โมเลกุลของน้ำในวัสดุไดอิเล็กทริกเกิดการหมุน และเสียดสีกันจนเกิดความร้อนภายในวัสดุ และอุณหภูมิสูงขึ้น จนทำให้อาหารสุก หรือในกรณีเป็นการอบแห้ง ความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้น้ำในวัสดุระเหย ความชื้นในวัสดุก็จะลดลง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่ คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ และย่านความถี่อื่น ๆ ดังแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งแต่ละความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ก็จะเหมาะสมกับการใช้งานต่าง ๆ กันออกไป
รูปที่ 4 แสดงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่ต่าง ๆ
การใช้เทคโนโลยีการทำความร้อนแบบไดอิเล็กทริกในการทำให้อาหารสุก หรือการไล่น้ำในกระบวนการอบแห้ง เป็นกระบวนการที่ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพสูง โดยพลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในย่านคลื่นวิทยุหรือไมโครเวฟ ที่ส่งผ่านไปยังวัสดุจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนภายในเนื้อของวัสดุโดยตรง
ซึ่งการทำความร้อนในวัสดุวิธีนี้ แตกต่างจากการให้ความร้อนด้วยวิธีอื่นอย่างสิ้นเชิง การให้ความร้อนด้วยวิธีไดอิเล็กทริก ความร้อนจะเกิดขึ้นภายในวัสดุ แต่การให้ความร้อนด้วยลมร้อน หรือวิธีอื่น จะเกิดความร้อนที่ผิววัสดุและนำความร้อนเข้าไปในวัสดุอย่างช้า ๆ การให้ความร้อนด้วยวิธีไดอิเล็กทริก และวิธีอื่น ดังแสดงในรูปที่ 5 และรูปที่ 6
รูปที่ 5 เปรียบเทียบการเกิดความร้อนในวัสดุด้วยวิธีไดอิเล็กทริกและวิธีอื่น ๆ แบบเดิม
(ที่มา: http://www.fdc.co.jp/products/cat_d/ph/ph1_e.html)
รูปที่ 6 เปรียบเทียบการถ่ายเทพลังงาน ด้วยวิธีไดอิเล็กตริกและวิธีการนำความร้อนในวัสดุ
(ที่มา: http://ewi.ca/technology/microwave-information.htm)
เอกสารอ้างอิง
1. เครื่องมือที่ใช้ในการอบแห้ง. [Online]. Available: http://guru.sanook.com/search/knowledge_search.php
2. ข้อมูลเทคโนโลยีเชิงลึกการให้ความร้อนแบบไดอิเล็กทริก, โครงการพัฒนาประสิทธิภาพการใช้พลังงานในภาคอุตสาหกรรมและธุรกิจ, กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน
3. ดร.วิวัฒน์ ตัณฑะพานิชกุล, อุปกรณ์อบแห้งอุตสาหกรรม, กรุงเทพมหานคร, สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี, 2522
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
