การอบแห้งผลไม้โดยใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ทำให้ผลิตภัณฑ์ด้อยคุณภาพ
การออกแบบสร้างเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์
ร่วมกับพลังงานไฟฟ้าเพื่อช่วยในการประหยัดพลังงาน
อนุชิต เจริญ
ในปัจจุบัน ประเทศไทยนั้นสามารถผลิตสินค้าทางการเกษตรได้เพิ่มมากขึ้นทุก ๆ ปี ไม่ว่าจะเป็น พืช ผัก ผลไม้ หรือเนื้อสัตว์ ทำให้เกิดปัญหาสินค้าทางการเกษตรมากกว่าความต้องการของตลาด โดยเฉพาะสินค้าประเภทผลไม้ซึ่งวิธีการแก้ปัญหาที่ได้รับความนิยมและได้ผลเป็นอย่างดีก็คือการแปรรูปแบบอบแห้ง
โดยปัจจุบันมีวิธีการอบแห้งจะใช้วิธีให้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์โดยตรงกับผลิตผลและวิธีขดลวดให้ความร้อน (Heater) ซึ่งการอบแห้งโดยตรงด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้จึงทำให้ผิวของผลิตภัณฑ์ด้อยลง อีกทั้งยังสกปรกทำให้เกิดเชื้อราได้ง่าย ส่วนแบบขดลวดให้ความร้อนทำให้สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า
ด้วยสาเหตุนี้จึงได้นำเสนอแนวทางในการออกแบบสร้างระบบควบคุมเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้าแบบอัตโนมัติ เพื่อให้คุณภาพสีผิวของผลิตภัณฑ์ดีและมีความสะอาด โดยการออกแบบเครื่องอบแห้งจะมีแหล่งกำเนิดความร้อน 2 ส่วนคือ ส่วนที่ได้รับจากแสงอาทิตย์โดยตรง และส่วนที่ได้โดยกระบวนการกักเก็บความร้อน ให้อยู่ในรูปน้ำร้อน โดยกระบวนการกักเก็บทำด้วยการเปิด-ปิดเครื่องสูบน้ำเพื่อให้สัมพันธ์กับความร้อนจากแสงอาทิตย์ และการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้ขดลวดความร้อน
ในขณะที่พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอค่าเป้าหมาย (Set Point) ของอุณหภูมิที่กักเก็บจะควบคุมให้อยู่ในสภาวะสมดุล (Steady State) กับพลังงานความร้อนที่ได้รับจากแสงอาทิตย์และความร้อนที่ต้องการภายในตู้อบแห้ง เครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่ออกแบบสามารถกักเก็บอุณหภูมิภายในห้องอบแห้งได้ประมาณ 40 ถึง 50 องศาเซลเซียส
กระบวนการอบแห้ง
กระบวนการอบแห้ง คือกระบวนการที่ความร้อนถูกถ่ายเทด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งไปยังวัสดุที่มีความชื้นเพื่อไล่ออกความชื้นออกโดยการระเหยโดยอาศัยความร้อนที่ได้รับเป็นความร้อนแผงของการระเหยของน้ำทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการอบแห้งมักขึ้นกลการถ่ายเทความร้อนว่าเป็นการถ่ายเทความร้อนประเภทใด เช่น การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน แต่การอบแห้งทั่วไปจะใช้วิธีการพาความร้อน
แต่อย่างไรก็ตามหัวข้อสำคัญที่สุดในการอบแห้ง คือ กายถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุอบแห้งอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด แต่เนื่องจากเหตุผลต่าง ๆ ตัวแปรทางภาคปฏิบัติ เช่น ความสามารถในการอบแห้งขึ้นอยู่กับความเข้มของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ ความแรงลม และความชื้นของอากาศ จากที่กล่าวมาเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าตัวแปรดังกล่าวเป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุที่การอบแห้งจากภายนอก และทำให้การระเหยความชื้นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเพื่ออบแห้งวัตถุที่มีความชื้นได้เร็วขึ้น
ประโยชน์ของการอบแห้งผลิตภัณฑ์ ที่มาจากการเกษตร ซึ่งพอจะแบ่งออกได้ดังนี้
1. เป็นที่ทราบกันแล้วว่าผลผลิตที่ได้มาจากการเกษตรจะไม่สามารถอยู่คงรูปได้นานเนื่องจากการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ แต่เมื่อมีการนำวิธีการอบแห้งมาใช้เพื่อถนอมอาหารให้มีอายุยาวนานขึ้น โดยไม่เสียหายจึงเป็นข้อดีของการอบแห้ง
2. การอบแห้งเป็นการลด หรือชะลอการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ ที่มาจากความชื้นทำให้ผลผลิตทางการเกษตรที่ได้มีอายุยาวนานขึ้น โดยที่ไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก ทำให้ลดต้นทุนในการเก็บรักษา และการขนส่งผลิตผลได้นานขึ้น ไม่เสียหายก่อนถึงมือผู้บริโภค
หลักการทำงานและการออกแบบ
รูปที่ 1 แบบร่างเครื่องอบแห้งพลังแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้า
จากรูปที่ 1 เป็นการแสดงแบบร่างของเครื่องอบแห้งพลังแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้า โดยกำหนดให้ Sensor 1 ถึง Sensor 6 เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดอุณหภูมิ ในบทความนี้ได้ใช้ไอซี DS1820 โดยที่ Sensor 1 ตรวจวัดอุณหภูมิของน้ำในถังขดลวดความร้อน ส่วน Sensor 2 ตรวจวัดอุณหภูมิของน้ำที่ออกจากแผงรับแสงอาทิตย์ สำหรับ Sensor 3 ตรวจวัดอุณหภูมิที่แผงรับแสงอาทิตย์
ส่วน Sensor 4 ตรวจวัดอุณหภูมิน้ำที่ออกจากส่วนแลกเปลี่ยนความร้อน ส่วน Sensor 5 ตรวจวัดอุณหภูมิที่จุดแลกเปลี่ยนความร้อน และ Sensor ตรวจวัดอุณหภูมิที่ห้องอบแห้ง โซลินอยด์วาล์ว 1 ควบคุมน้ำที่แผงรับแสงอาทิตย์
สำหรับโซลินอยด์วาล์ว 2 ควบคุมน้ำในส่วนชุดแลกเปลี่ยนความร้อน และสำหรับส่วนของมอเตอร์ปั๊มน้ำ พัดลม และขดลวดความร้อนจะให้การควบคุมชนิดเฟสคอนโทรลเพื่อทำให้สามารถกำหนดพลังงานในการควบคุมได้ตามความต้องการ ส่วนหัวใจในการควบคุมจะใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ MCS-51 สำหรับสั่งการควบคุมและแสดงผล
รูปที่ 2 โฟลชาร์ตระบบควบคุมการทำงานของเครื่องอบแห้ง
รูปที่ 2 แสดงการทำงานเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้า เมื่อไอซี DS1820 อ่านค่าอุณหภูมิทั้ง 6 ตำแหน่ง (T1 ถึง T6) จะแสดงค่าอุณหภูมิออกที่จอ LCD โดยหลักการควบคุมเมื่ออุณหภูมิแผงรับแสง (T3) มีอุณหภูมิมากกว่า 45 oC จะสั่งให้โซลินอยด์วาล์ว 1 (SV1) ทำงาน โซลินอยด์วาล์ว 2 (SV2) ไม่ทำงาน และขดลวดความร้อน (Heater) ไม่ทำงาน
ทำให้เครื่องสูบน้ำทำงานสัมพันธ์กับค่าความแตกต่างของอุณหภูมิแผงรับแสงกับอุณหภูมิน้ำออกจากแทงก์ (T1) จนกว่าอุณหภูมิน้ำเข้าแทงก์ (T2) น้อยกว่าอุณหภูมิน้ำออกจากแทงก์ 5oC ถ้าอุณหภูมิแผงรับแสงน้อยกว่า 45 oC เครื่องสูบน้ำจะไม่ทำงานแต่ขดลวดความร้อนจะทำงาน
เมื่ออุณหภูมิน้ำเข้าแทงก์มีค่าตั้งแต่ 55 oC และอุณหภูมิ ใต้พัดลม (T5) มีค่าน้อยกว่า 45 oC จะสั่งให้โซลินอยด์วาล์ว 1 ไม่ทำงาน โซลินอยด์วาล์ว 2 ทำงาน และขดลวดความร้อนไม่ทำงาน เป็นผลให้เครื่องสูบน้ำทำงานสัมพันธ์กับค่าอุณหภูมิใต้พัดลม ถ้าอุณหภูมิใต้พัดลมมีค่ามากกว่าอุณหภูมิในตู้อบแห้ง (T6) 5 oC พัดลมจะทำงานสัมพันธ์กับค่าอุณหภูมิในตู้อบแห้ง
ผลการทดลอง
รูปที่ 3 กราฟอุณหภูมิในการอบแห้ง
รูปที่ 4 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่า Moisture Content ของชั้นที่ 1- 4 เทียบกับเวลา
ตารางที่ 1 อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศในการอบแห้ง
.jpg)
รูปที่ 5 เครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้า
รูปที่ 6 ผลิตภัณฑ์ที่เปลี่ยนแปลงทุก ๆ 1 ชั่วโมง
จากตารางที่ 1 แสดงข้อมูลอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศในการอบแห้ง 7 ชั่วโมงและนำมาเขียนกราฟได้ดังรูปที่ 3 ซึ่งแสดงอุณหภูมิภายในห้องของเครื่องอบเปลี่ยนแปลงไม่มาก และรูปที่ 4 แสดงกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่า Moisture Content ของชั้นที่ 1- 4 เทียบกับเวลาจะพบว่าเมื่อเวลาเปลี่ยนไปจะทำให้ความชื้นลดลง รูปที่ 5 แสดงรูปถ่ายของเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้าที่สร้างสำเร็จ และรูปที่ 6 เป็นผลิตภัณฑ์ฟักทองที่เปลี่ยนแปลงทุก ๆ 1 ชั่วโมง
สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้า จะพบได้ว่าระบบการอบแห้งมีการทำงานที่เป็นระบบมากขึ้น ส่งผลให้สามารถช่วยลดการใช้พลังงานในช่วงที่มีแสงอาทิตย์ และทำให้ผลิตผลทางการเกษตรที่นำมาเป็นวัตถุดิบในการอบแห้งนั้นมีระยะเวลาในการอบแห้งที่สั้นกว่าเดิมเนื่องจากเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ได้รับแหล่งกำเนิดความร้อน 2 ส่วนคือ รับจากแสงอาทิตย์โดยตรง และโดยกระบวนการกักเก็บความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์และขดลวดความร้อน (Heater) ให้อยู่ในรูปน้ำร้อน
โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยภายในห้องอบแห้งอยู่ที่ 41oC (โดยมีผลิตผลอบแห้งอยู่) และในขณะที่ไม่มีผลิตผลอบแห้งอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 50oC และผลของการอบแห้งฟักทองโดยใช้เครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานไฟฟ้า สามารถให้อัตราการอบแห้งฟักทองได้เป็นอย่างดี โดยจากค่าเฉลี่ยความชื้นเริ่มต้นมาตรฐานเปียกและมาตรฐานแห้งเท่ากับ 78 ±1.5 % w.b. และ 374 ±48 % d.b. ตามลำดับ
ซึ่งชั้นอบแห้งที่สร้างขึ้นสามารถลดความชื้นมาตรฐานเปียกและมาตรฐานแห้งของฟักทองโดยเฉลี่ยได้เท่ากับ 9 ±7 % w.b. และ 32.5 ±28 % d.b. ตามลำดับ โดยใช้เวลาในการอบแห้งประมาณ 7 ชั่วโมง ในการอบแห้งเพื่อลดความชื้นมาตรฐานดังกล่าว ซึ่งอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานในการเก็บรักษาต้องลดความชื้นให้เหลือความชื้นสุดท้ายให้น้อยกว่า 13 % w.b
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
