การพัฒนาอุปกรณ์วัดค่าการนำความร้อนของอาหารโดย
Line Heat Source Method ที่สภาวะเหนือจุดเยือกแข็ง
The Development of Apparatus for Determination of Thermal
Conductivities of Nongrozen Solid Food by Line Heat Source Method


อ.ชัยรัตน์ ตั้งดวงดี  (หัวหน้าโครงการ)
Chairath Tangduangdee. (Lecturer)
รศ.ดร.ศักรินทร์ ภูมิรัตน
Sakarindr Bhumiratata. (Assoc. Prof.)
รศ.ดร.เอก ไชยสวัสดิ์
Ake Chaisawadi. (Assoc. Prof.)
คุณอัจฉรา นิทัศน์กุล
Atchara Nithatkusol.
ภาควิชาวิศวกรรมอาหาร คณะวิศวกรรมศาสตร์

ความสำคัญและที่มาของการวิจัย
ค่าการนำความร้อนเป็นคุณสมบัติทางความร้อนที่สำคัญของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาหารซึ่งเป็นวัสดุชีวภาพหลักของประเทศ ซึ่งยังมีข้อมูลอยู่อย่างจำกัด โดยการทราบคุณสมบัติทางความร้อนของอาหารที่ถูกต้องแม่นยำนี้ เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับนักวิจัยและนักออกแบบ ในกระบวนการต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความร้อน ให้เป็นไปอย่างถูกต้อง เช่น การทำนายอัตราการอบแห้ง หรือการกระจายอุณหภูมิที่ตำแหน่งและรูปร่างต่างๆ ภายในตัวอาหาร เมื่อมีการใช้สภาวะการอบแห้งที่ต่างกัน ในสภาวะการให้ความร้อนนั้นจำเป็นต้องทราบปริมาณการถ่ายเทความร้อนเพื่อที่จะสามารถออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้ในการถ่ายเทความร้อนได้อย่างเหมาะสม แต่ที่ผ่านมาข้อมูลเหล่านี้ยังไม่มากพอ และมีความหลากหลายแตกต่างกันออกไป ซึ่งอาจขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ หลายประการด้วยกัน เช่น องค์ประกอบทางเคมีของอาหาร ลักษณะโครงการสร้างทางกายภาพ อุณหภูมิ เป็นต้น การประมาณค่า หรือการสมมติค่าคุณสมบัติทางความร้อนอาจได้ค่าที่ไม่ถูกต้อง และไม่ตรงกับค่าจริง เมื่อนำค่าที่ได้จากการประมาณไปใช้ อาจทำให้การออกแบบอุปกรณ์ การทำนายค่าต่าง ๆ มีความผิดพลาด หรือต้องออกแบบเพื่อความผิดพลาดมากเกินความจำเป็น ซึ่งไม่เป็นผลดีในหลาย ๆ ด้าน เช่นต้นทุนที่สูงขึ้น คุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ด้อยลง
การพัฒนาอุปกรณ์วัดค่าการนำความร้อน เพื่อให้ได้ค่าที่แม่นยำ สำหรับวัดได้กับอาหารทั่วๆ ไป ได้มีผู้ประดิษฐ์อุปกรณ์วัดค่าการนำความร้อนหลายแบบ ซึ่งแต่ละแบบจะมีจำกัดแตกต่างกัน การวัดค่าการนำความร้อนโดยวิธี Line Heat Source เป็นวิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยมมาก เป็นวิธีที่สะดวก รวดเร็ว และให้ค่าที่แม่นยำเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่น ๆ วิธีนี้ เป็นการวัดในขณะที่สภาวะไม่สม่ำเสมอ (transient Method) ซึ่งเหมาะสำหรับวัสดุที่มีลักษณะเป็นเม็ด (Granula Materials) เช่น ข้าวเปลือก แป้ง เป็นต้น การวัดค่าการนำความร้อนที่สภาวะคงที่ต้องใช้เวลาในการวัดนานเนื่องจากวัสดุทางชีวภาพมีค่าการนำความร้อนต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกธัญพืชซึ่งมีความชื้นสูงพอที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของความชื้นโดยการพามวล เนื่องจากผลต่างของอุณหภูมิที่แหล่งกำเนิดความร้อนกับจุที่ทำการวัดหากใช้เวลาในการวัดนานเกินไป ดังนั้นจึงมีการพัฒนาวิธีการวัดแบบสภาวะไม่คงที่ ที่มีลักษณะเป็น ๅ Probe (Thermal Conductivity Probe) ที่มีขนาดเล็กเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 0.25 นิ้ว ยาวประมาณ 12 นิ้ว (แล้วแต่การประยุกต์ใช้) ภายในจะมีเส้นลวดให้ความร้อนและเทอร์โมคัปเปิ้ล สมการที่ใช้ในการคำนวณเป็นสมการการนำความร้อน ซึ่งมีสมมติฐานว่าวัสดุที่ทำการวัดมีระยะอนันต์ และจากงานวิจัยที่ผ่านมา พบว่า ผลต่างของอุณหภูมิที่ probe กับตำแหน่งที่วัด ควรมีค่าอยู่ระหว่าง 2-3 oC ซึ่งขึ้นอยู่กับความแม่นยำของเทอร์โมคัปเปิ้ล ดังนั้นตำแหน่งที่ทำการวัดจึงต้องเป็นตำแหน่งที่เหมาะสม นอกจากนั้นอัตราการถ่ายเทความร้อนจาก probe ก็มีผลต่อความถูกต้องเช่นกัน เราสามารถใช้หลักการดังกล่าวสร้างเครื่องมือที่มีราคาไม่แพง สร้างได้ไม่ยาก สามารถประยุกต์ใช้เพื่อวัดค่าการนำความร้อนของอาหารที่เราต้องการได้อย่างถูกต้อง

วัตถุประสงค์ของโครงการ
  1. พัฒนาอุปกรณ์วัดค่าการนำความร้อนของอาหารที่มีลักษณะเป็นเม็ด (Granular) ที่ได้ออกแบบและสร้างไว้แล้วให้สามารถวัดได้ที่ถูกต้องและแม่นยำ โดยใช้หลักการของ Line Heat Source Method
  2. ทดสอบความสามารถในการใช้งานและความถูกต้องของอุปกรณ์ ที่อุณหภูมิเหนือจุดเยือกแข็งของตัวอย่าง
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการวิจัย
  1. ได้อุปกรณ์วัดค่าการนำความร้อนแบบ probe โดยอาศัยหลักการของ Line Heat Source Method ที่มีความถูกต้องและแม่นยำ สำหรับไว้ใช้หาค่าการนำความร้อนของตัวอย่างอาหารต่าง ๆ ที่ต้องการได้
  2. ได้สมการทางคณิตศาสตร์ ทำนายความสัมพันธ์ของปัจจัยที่มีผลต่อค่าการนำความร้อนของตัวอย่างอาหารที่สนใจ


return produce and ind. topic

Revised: 27 August 1999
© 1999 by Research and Intellectual Property Promotion Center.