เนื้อหา

เทคโนโลยีการอบแห้ง (Drying Technology)

         การอบแห้ง คือ กระบวนการดึงความชื้นออกจากวัสดุทางการเกษตรที่ทำการอบแห้ง โดยจ่ายลมร้อนให้แก่ห้องอบแห้ง ซึ่งระบบอบแห้งแบบรวมศูนย์เป็นระบบที่ได้รับความนิยมกันแพร่หลาย โดยการใช้น้ำร้อนหรือไอน้ำเป็นแหล่งพลังงานความร้อนในการอบแห้ง

         1. สมบัติของอากาศชื้น

การอบแห้งเป็นกระบวนการที่มีความเกี่ยวข้องกับอากาศและความชื้น ดังนั้นความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับสมบัติของอากาศจึงทำให้การออกแบบห้องอบแห้งที่มีอากาศเกี่ยวข้อง เป็นไปได้อย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพต่อไป

ในการคำนวณระบบที่มีอากาศชื้นมาเกี่ยวข้อง โดยมากนิยมใช้แผนภูมิไซโครเมตริกในการวิเคราะห์ ซึ่งมีข้อจำกัดในการใช้งาน คือ ต้องทำหาค่าสมบัติจากแผนภาพใหม่ทุกครั้ง เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไข เช่น อุณหภูมิกระเปาะแห้ง และอุณหภูมิกระเปาะเปียก เป็นต้น รวมทั้งยุ่งยากในการนำไปใช้ในการวิเคราะห์ผลข้อมูลที่ได้จากการทดสอบและเก็บข้อมูล ซึ่งมีจำนวนมากและข้อมูลแตกต่างกันไป ดังนั้นจึงควรทำการพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอากาศชื้น เพื่อรองรับการคำนวณและวิเคราะห์ข้อมูล [นัฐพร, 2560]

โดยห้องวิจัยการออกแบบและเทคโนโลยีด้านอุณหภาพ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สมบัติอากาศชื้น โดยโปรแกรม Visual Basic Application (VBA) และมีเงื่อนไขเริ่มต้นการคำนวณ คือ อุณหภูมิกระเปาะแห้ง (Tdb) ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) และความสูงของพื้นที่เหนือระดับน้ำทะเล (H) ดังแสดงสมการที่ใช้ในการพัฒนาแบบจำลอง และรายละเอียดโปรแกรมคอมพิวเตอร์ VBA ในรูปที่ 1

 

รูปที่ 1 ขั้นตอนการคำนวณของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอากาศชื้น [นัฐพร, 2562]

 

โดยสามารถดาวน์โหลดไฟล์โปรแกรมดังกล่าว ผ่านเว็บไซต์ของห้องวิจัยการออกแบบและเทคโนโลยีด้านอุณหภาพ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ (www.tdetlab.com) ดังต่อไปนี้

เว็บไซต์ : www.tdetlab.com

ลิงค์งานวิจัย: www.tdetlab.com/publication

สืบค้น: โปรแกรมสมบัติอากาศชื้น

รหัสผ่านไฟล์: mjuthermal

 

2. ห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์

ห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ (Centralized drying room) มีหลักการทำงาน คือ ใช้น้ำร้อนเป็นตัวกลางในการแลกเปลี่ยนความร้อน น้ำร้อนที่มีอุณหภูมิสูงจะส่งผ่านแผงแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนให้กับอากาศภายในห้องอบแห้งให้มีอุณหภูมิสูง จากนั้นพัดลมและมอเตอร์ทำหน้าที่ส่งลมร้อนให้หมุนเวียนภายในห้องอบแห้ง ผนังแจกลมทำหน้าที่แยกอากาศที่ใช้ในการอบแห้งออกจากอากาศชื้น และอากาศแห้งก่อนเข้าทำการอบแห้ง โครงเหล็กภายในห้องทำหน้าที่เป็นตัวรองรับน้ำหนักของชุดผลิตลมร้อน ชุดควบคุมไฟฟ้าและอุณหภูมิทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า พร้อมทั้งควบคุมอุณหภูมิภายในห้องอบแห้ง และหากมีห้องอบแห้งหลายห้องจะมีการใช้น้ำจากแหล่งความร้อนเดียวกัน คือ มีท่อนำน้ำร้อนเข้าแผงแลกเปลี่ยนความร้อนของแต่ละห้อง มาจากหม้อต้มน้ำร้อนตัวเดียวกัน ดังนั้นระบบอบแห้งแบบรวมศูนย์ จึงสามารถใช้แหล่งความร้อนได้หลากหลาย เช่น ชีวมวล ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) และความร้อนทิ้ง เป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 2

 

รูปที่ 2 ระบบอบแห้งแบบรวมศูนย์และส่วนประกอบ [นัฐพร, 2562]

รูปที่ 3 แสดงการไหลเวียนของลมร้อนภายในห้องอบแห้ง โดยน้ำร้อนผ่านวาล์วสามทาง (1) ควบคุมปริมาณน้ำร้อนที่จะเข้าสู่แผงแลกเปลี่ยนความร้อน (2) ให้เหมาะสมต่ออุณหภูมิลมร้อนที่ต้องการใช้ในการอบแห้ง จากนั้นลมจากพัดลม (3) จะถูกดูดให้เคลื่อนที่ผ่านแผงแลกเปลี่ยนความร้อนทำให้อากาศร้อนขึ้น (4) แล้วจึงกระจายลมร้อนดังกล่าวเข้าไปยังพื้นที่อบแห้ง (5) ผ่านพืชผลทางการเกษตรที่ต้องการอบ การระบายความชื้นในช่วงนี้ได้จากการนำอากาศภายนอกที่มีความชื้นน้อยเข้ามาทางช่องเหนือพัดลม (6) และนำมาแทนที่อากาศภายในห้องอบแห้งที่มีความชื้นสัมพัทธ์สูง ซึ่งจะถูกดันออกทางปล่อง (7) ด้านบน

 

รูปที่ 3 แผนภาพการหมุนเวียนลมภายในห้องอบแห้ง [นัฐพร, 2562]

3. แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ห้องอบแห้ง

การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของห้องอบแห้ง คือ การดูพฤติกรรมการกระจายลมร้อนภายในห้องอบ ที่เป็นตัวแปรสำคัญในการบ่งบอกประสิทธิผลของห้องอบแห้ง การนำความร้อนทิ้งกลับคืนมาใช้ในการอบแห้ง ปัญหาที่พบ คือ ต้องทำการออกแบบห้องอบแห้งขึ้นมาใหม่ ไม่สามารถใช้ขนาดของห้องอบแห้งมาตรฐานที่ใช้งานทั่วไปได้ เนื่องจากอุณหภูมิของไอเสีย อัตราการไหล และผลิตภัณฑ์ที่ต้องการอบแห้ง ดังนั้นจึงเป็นปัญหาค่อนข้างยุ่งยาก สำหรับการออกแบบห้องอบแห้งที่ใช้ความร้อนจากไอเสียเป็นแหล่งพลังงาน การนำโปรแกรมจำลองทางคณิตศาสตร์พลศาสตร์ของไหลเชิงคณนา (Computational Fluid Dynamic, CFD) หรือโปรแกรม SolidWork (Flow simulation) มาใช้ในการออกแบบ ถือว่าเป็นการแก้ปัญหาดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังแสดงในรูปที่ 4 และรูปที่ 5 ตามลำดับ

 

รูปที่ 4 ผลการจำลองอุณหภูมิภายในห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ [นัฐพร, 2562]

 

รูปที่ 5 ผลการจำลองความดันตกคร่อมภายในห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ [นัฐพร, 2562]

 

4. กรณีศึกษา: ห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพง

สุธรรม และนัฐพร (2561) ทำการศึกษาสมรรถนะทางความร้อนของห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ จากพลังงานความร้อนใต้พิภพของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพง อำเภอแม่ออน ตามพระราชดำริ จังหวัดเชียงใหม่ ที่มีขนาดกว้าง 3.6 m x ยาว 6.0 m x สูง 3.0 m และมีการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศภายในห้องอบแห้งแบบอัตโนมัติ ดังแสดงในรูปที่ 6 ถึงรูปที่ 8

 

รูปที่ 6 แผนภาพการทำงานของห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพงฯ [นัฐพร, 2562]

 

รูปที่ 7 ห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพงฯ (ด้านหน้า) [นัฐพร, 2562]

 

 รูปที่ 8 ห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพงฯ (ด้านหลัง) [นัฐพร, 2562]

 

โดยตัวอย่างการวิเคราะห์ห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพงฯ มีอัตราการถ่ายเทความร้อนของลมร้อนภายในห้องอบแห้ง (QDrying) เท่ากับ 15.37 kW และมีประสิทธิภาพของห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์เฉลี่ยเท่ากับ 49.51% ดังแสดงในรูปที่ 9

 

 รูปที่ 9 ประสิทธิภาพของการอบแห้งลำไย [นัฐพร, 2562]

 

เอกสารอ้างอิง

นัฐพร ไชยญาติ. เทคโนโลยีพลังงานทดแทนด้านความร้อน (Thermal Renewable Energy Technology), วิทยาลัยพลังงานทดแทน, มหาวิทยาลัยแม่โจ้, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยแม่โจ้, พิมพ์ครั้งที่ 4 เมษายน พ.ศ. 2562, 752 หน้า.

นัฐพร ไชยญาติ, ชวโรจน์  ใจสิน, วรรษมล เลิศจตุรานนท์ และอัญชลี  สายเขียว. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการ การผลิตไฟฟ้าร่วมกับการทำความเย็นและความร้อนแบบขั้นบันไดจากพลังงานความร้อนใต้พิภพในประเทศไทย, เสนอต่อ สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน, 2562.

สุธรรม ชาวงิ้ว และ นัฐพร ไชยญาติ. สมรรถนะทางความร้อนของห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพของกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพง (Thermal Performance of Centralized Drying Room from Geothermal Energy of San Kamphaeng Hot Spring), บทความวิจัยใน Proceedings สืบเนื่องจากการประชุมวิชาการวิจัยและนวัตกรรมสร้างสรรค์ ครั้งที่ 5, หน้า 1376-1384, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา ตาก, 6-7 ธันวาคม 2561.