__________________ _Thermal Properties_

Document Sample
__________________ _Thermal Properties_ Powered By Docstoc
					                    สมบัติเชิงความร้ อน
                  (Thermal Properties)


                                          1
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
สมบัติเชิงความร้ อน
              สมบัติเชิงความร้อนของวัสดุ ได้แก่ ความร้อนจาเพาะ ความ
ร้อนแฝง สัมประสิ ทธิ์การนาความร้อน
              สมบัติเหล่านี้มีความสาคัญเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนความร้อนที่
เป็ นขบวนการความร้อนและความเย็นโดยสามารถนามาใช้คานวณหา
                      ้
ปริ มาณความร้อนที่ตองเพิ่มหรื อลดเข้าไปในขบวนการ แปรรู ปอาหาร
                                               ้
ปริ มาณความร้อนที่เพิ่มหรื อลดนี้จะเป็ นตัวชี้ตนทุนการผลิตและขนาดของ
เครื่ องจักรในขบวนการผลิต


                                                                            2
                คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
1. ความร้ อนจาเพาะ (Specific Heat)
                                          ้                 ั
     ความหมาย คือ ปริ มาณความร้อนที่ตองการในการทาให้วสดุที่มีมวล
หนึ่งหน่วยมีอุณหภูมิสูงขึ้นหนึ่งองศา ค่าความร้อนจาเพาะมีค่าไม่คงที่แต่
จะมีค่าแปรเปลี่ยนไปเล็กน้อยตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป ในการคานวณทาง
วิศวกรรมอาจใช้ค่าความร้อนจาเพาะเฉลี่ยในช่วงอุณหภูมิที่ใช้




                                                                         3
               คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
1. ความร้ อนจาเพาะ (Specific Heat)
            หน่วยความร้อนจาเพาะเป็ น Kcal Kg K หรื อ KJ Kg K
                                                          1    1    1   1



ตัวอย่างความร้อนจาเพาะของน้ าเป็ น 1.0 Kcal Kg K หรื อ 4.18 KJ Kg
                                                           1    1             1
                                                                                     K 1

            ในขบวนการความร้อนที่การทางานเสร็ จสิ้ นเป็ นครั้ง (batch)
                           ้
ค่าปริ มาณความร้อน (Q) ที่ตองการคือ
Q = มวล x ค่าความร้อนจาเพาะเฉลี่ย x อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง
     = MC  T (KJ หรื อ Kcal)




                                                                                            4
                คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
1. ความร้ อนจาเพาะ (Specific Heat)
   ส่ วนในขบวนการความร้อนต่อเนื่อง (continuous)
                                       ้
   อัตราการถ่ายโอนความร้อน (Q / T) ที่ตองการคือ
   (Q / T) = อัตราการไหลของมวล x ความร้อนจาเพาะ x อุณหภูมิที่
               เปลี่ยนแปลง

    หน่วยของ (Q / T) เป็ น KJS หรื อ Kilowatts (Kw) ซึ่งเป็ น
                                     1


หน่วยอัตราความร้อนที่ใช้สาหรับเครื่ องแลกเปลี่ยนความร้อน


                                                                5
              คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
1. ความร้ อนจาเพาะ (Specific Heat)
    ในการคานวณหาค่าปริ มาณความร้อนให้มีค่าถูกต้องจาเป็ นต้องทราบค่า
ความร้อนจาเพาะที่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ดังรู ปที่ 1. ปริ มาณความ
        ้
ร้อนที่ตองการในการเปลี่ยนความร้อนจากอุณหภูมิ T เป็ น T คือ
                                                         1   2


  C dT หรื อพื้นที่ใต้กราฟ (ดูรูป 1.) ถ้าทราบความสัมพันธ์ระหว่าง
ความร้อนจาเพาะและอุณหภูมิในรู ปของสมการแล้ว ค่าปริ มาณความร้อน
สามารถคานวณได้โดยตรงจาก  C dT




                                                                      6
               คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
รู ปที่ 1. ความสัมพันธ์ระหว่างความร้ อนจาเพาะและอุณหภูมิ




                                                           7
           คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
1. ความร้ อนจาเพาะ (Specific Heat)
    ตาราง 1. แสดงค่าความร้อนจาเพาะของวัสดุอาหารและไม่ใช่อาหาร
จากตาราง จะเห็นว่าความร้อนจาเพาะของน้ ามีค่าสูงสุ ดโดยมีค่าสูงกว่า
ของเหลวอื่น ๆ ซึ่งเป็ นเหตุผลว่าน้ าถูกนามาใช้เป็ นตัวกลางในการระบาย
                                                ่
ความร้อน น้ าเป็ นองค์ประกอบที่สาคัญและมีอยูในปริ มาณมากในอาหาร
                                    ่ ั
ค่าความร้อนจาเพาะอาหารจะขึ้นอยูกบปริ มาณน้ าที่เป็ นองค์ประกอบและ
สภาวะของน้ าในขณะนั้นเมื่อน้ าแข็งตัวค่าความร้อนจาเพาะจะลดลง
ประมาณ 2 เท่า ดังนั้น อาหารแช่แข็งซึ่งประกอบด้วยน้ าเป็ นจานวนมาก
จะมีค่าความร้อนจาเพาะประมาณครึ่ งหนึ่งของอาหารสดก่อนแช่แข็ง

                                                                       8
               คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
1. ความร้ อนจาเพาะ (Specific Heat)
     ส่ วนโลหะมีค่าความร้อนจาเพาะต่าเมื่อเปรี ยบเทียบกับวัสดุอาหาร
น้ ามันและไขมันมีค่าประมาณครึ่ งหนึ่งของน้ า เมล็ดพืชที่แห้งอาหารผงมี
ค่าความร้อนจาเพาะต่า โดยวัสดุส่วนมากค่าความร้อนจาเพาะจะมีค่าสู งขึ้น
เล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น




                                                                        9
               คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
ตารางที่ 1. ความร้อนจาเพาะของวัสดุอาหารบางชนิด (Lewis, 1987)
            วัสดุ                   อุณหภูมิ                           ความร้ อนจาเพาะ
                                       C              KJ   Kg   1
                                                                      K 1        Kcal   Kg     1
                                                                                                     K 1
              น้ า                                          4.18                         1.000
           น้ าแข็ง                     0                   2.04                         0.487
           ไอน้ า                      100                  2.05                         0.490

           อากาศ                                            1.00                         0.240

         ทองแดง                        20                   0.38                         0.092
         อลูมิเนี ยม                   20                   0.89                         0.214
         สแตนเลส                       20                   0.46                         0.110

         น้ ามันข้าวโพด                20                   1.73                         0.414
     น้ ามันดอกทานตะวัน                0                    1.86                         0.446
                                       20                   1.93                         0.460

          แอปเปล ิ้           เหนื อกว่าจุดเยือกแข็ง        3.59                         0.860
      (ความชื้ น 84.1%)        ต่ากว่าจุดเยือกแข็ง          1.88                         0.45

          มันฝรั่ง            เหนื อกว่าจุดเยือกแข็ง        3.43                         0.86
      (ความชื้ น 77.8%)        ต่ากว่าจุดเยือกแข็ง          1.80                         0.43

          เนื้ อแกะ           เหนื อกว่าจุดเยือกแข็ง        2.80                         0.67
       (ความชื้ น 58%)         ต่ากว่าจุดเยือกแข็ง          1.25                         0.30

            ปลา               เหนื อกว่าจุดเยือกแข็ง        3.76                         0.90
                               ต่ากว่าจุดเยือกแข็ง          2.05                         0.49

         ถัวเหลือง
           ่                                                1.85                         0.442
      (ความชื้ น 8.7%)

          ข้าวสาลี                                      1.46 – 1.80                  0.35 – 0.43
       (ความชื้ น 10%)

                                                                                                            10
                    คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตผลเกษตร
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

1. โดยวิธีผสม
                                                                     ้
        อุปกรณ์ที่ใช้คือ คาลอรี มิเตอร์ ลักษณะเป็ นกระป๋ องโลหะ ห่อหุม
ด้วยฉนวนกันความร้อนมีฝาปิ ด ที่ฝามีรูสาหรับเสี ยบเทอร์โมมิเตอร์และก้าน
สาหรับคนส่ วนผสม (ดูรูปที่ 2.)




                                                                         11
รู ปที่ 2. คาลอรี มิเตอร์




                            12
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

         วิธีหาค่าความร้อนจาเพาะกระทาได้โดยนาตัวอย่างของวัสดุที่
ต้องการหาความร้อนจาเพาะเมื่อรู ้ค่ามวลและอุณหภูมิ ในกรณี น้ ีตองการให้
                                                               ้
           ั                                                     ้
อุณหภูมิวสดุสูงกว่าอุณหภูมิปกติซ่ ึงกระทาได้โดยนาวัสดุไปอบในตูอบก่อน
                  ั            ั
แล้ววัดอุณหภูมิวสดุที่ได้ ใส่ วสดุลงไปในของเหลวที่รู้ปริ มาณมวลอุณหภูมิ
                                                      ่
และค่าความร้อนจาเพาะ (ส่ วนใหญ่ใช้น้ า) ที่บรรจุอยูในคาลอรี มิเตอร์
วัดอุณหภูมิผสมที่ได้จากนั้นนามาคานวณหาค่าความร้อนจาเพาะของวัสดุ
โดยกาหนดให้ปริ มาณความร้อนที่สูญเสี ยจากวัสดุมีค่าเท่ากับปริ มาณความ
ร้อนที่ของเหลวและคาลอรี มิเตอร์ได้รับ

                                                                          13
   1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

ถ้าให้   m ,m ,m
          s c f
                   เป็ นมวลของวัสดุ, คาลอรี มิเตอร์และของเหลวตามลาดับ
         C ,C ,C
          s c f    เป็ นความร้อนจาเพาะของวัสดุ, คาลอรี มิเตอร์และของเหลวตามลาดับ
         T ,T
          s f      เป็ นอุณหภูมิเริ่ มต้นของวัสดุ และของเหลวตามลาดับ
                   (รวมทั้งคาลอรี มิเตอร์) โดยที่   T T
                                                     s  f
         T
          m        เป็ นอุณหภูมิผสม




                                                                                   14
  1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

ดังนั้น
                   ั
ปริ มาณความร้อนที่วสดุลดลง = ปริ มาณความร้อนที่ของเหลวและคาลอรี มิเตอร์ ได้รับเพิ่มขึ้น

               m C (T  T )
                s s s    m            =       m C (T  T )  m C (T  T )
                                               f f m    f     c c m    f


                                              (T  T )( m C  m C )
                       C
                           s          =         m   f    f f
                                                   (T  T ) m
                                                               c c
                                                                                     (13)
                                                      s   m s




                                                                                            15
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

                  ั
        ปัญหาที่มกเกิดในขณะทดลองหาความร้อนจาเพาะคือ การสูญเสี ย
              ั
ความร้อนให้กบสภาวะแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิงถ้าวัสดุมีค่าความร้อน
                                                 ่
จาเพาะต่าการผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นจะมีผล อย่างมาก การแก้ไขทาได้โดย
            ้
ใช้ฉนวนห่อหุมคาลอรี มิเตอร์ป้องกันการสู ญเสี ยความร้อน หรื ออีกวิธีหนึ่ง
                ั
โดยการทาให้วสดุที่จะหาความร้อนจาเพาะให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิ
บรรยากาศ ส่ วนของเหลวมีอุณหภูมิต่ากว่าอุณหภูมิบรรยากาศ ก่อนการ
                                               ั
ผสมจะมีความร้อนส่ วนหนึ่งของวัสดุสูญเสี ยให้กบบรรยากาศ ขณะเดียวกัน
ปริ มาณความร้อนส่ วนหนึ่งของของเหลวจะได้รับจากบรรยากาศ

                                                                           16
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

         ในการหาความร้อนจาเพาะของชีววัสดุ เกี่ยวข้องกับการทาให้วสดุมี     ั
อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งอุณหภูมิที่สูงขึ้นนี้จะต้องไม่สูงเกินไปที่จะทาให้เกิดผล
กระทบจากความชื้น เช่น การสู ญเสี ยความชื้นในวัสดุของเหลวที่ใช้ส่วน
ใหญ่มกเป็ นน้ าหรื อของเหลวอื่นที่มีค่าความร้อนจาเพาะต่าก็ได้ (ซึ่ งจะมีการ
       ั
เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้เร็ ว) ในการผสมวัสดุที่เป็ นของแข็งกับของเหลว
บางครั้งอาจมีความจาเป็ นต้องบดวัสดุก่อนที่จะทาให้ร้อน เพื่อการถ่ายเท
ความร้อนเป็ นไปได้อย่างรวดเร็ วและทัวถึง  ่


                                                                              17
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

ตัวอย่ างที่ 5.   ในการทดลองหาความร้อนจาเพาะของเม็ดข้าวโพดความชื้น
                                  ้
                  10% ใช้วิธีใส่ ขาวโพดลงในคาลอรี มิเตอร์หลังจากนั้นใส่ น้ าร้อน
                                                            ้
                           ตามลงไปในคาลอรี มิเตอร์ โดยมีขอมูลทดลองดังนี้
- ข้าวโพดจานวน 90 กรัม อุณหภูมิเริ่ มต้น 250 C
- คาลอรี มิเตอร์ อุณหภูมิ 250C และค่าความจุความร้อนคงที่ของคาลอรี มิเตอร์
เป็ น 0.0515 KJ/0 C
- น้ าร้อนจานวน 250 กรัม อุณหภูมิ 500 C
- อุณหภูมิผสม 45.5 0
จงคานวณหาค่าความร้อนจาเพาะของข้าวโพด

                                                                                   18
1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

วิธีทา
         ms     =   มวลข้าวโพด 90 กรัม = 0.09 Kg
         Cs     =   ความร้อนจาเพาะของข้าวโพด
         mcCc   =   ความจุความร้อนคงที่ของคาลอรี มิเตอร์ 0.0515 KJ/C
         Ts     =   อุณหภูมิเริ่ มต้นของข้าวโพดและคาลอรี มิเตอร์ 25 C
         mf     =   มวลของน้ า 250 กรัม = 0.25 Kg
         Cf     =   ความร้อนจาเพาะของน้ า 4.18 KJ/Kg K
         Tf     =   อุณหภูมิเริ่ มต้นของน้ า 50 C
         Tm     =   อุณหภูมิผสม 45.5  C



                                                                         19
1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

ปริ มาณความร้อนที่ลดลง        =   m C (T  T )
                                   f f f    m
                              =   0.25 x 4.18(50.45.5)     = 4.703 KJ

ปริ มาณความร้อนที่เพิ่มขึ้น   =   m C (T  T )  m C (T  T )
                                   s s m    s     c c m    s
                              =   0.09 x C s ( 45 .5  25 )  0.1515 (45 .5  25 )
                              =   1.485 C s  1.055      KJ
ดังนั้น 1.485 C s  1.055     =   4.703
ความร้อนจาเพาะของข้าวโพด sC   =   1.977 KJ/Kg K                         คาตอบ



                                                                                     20
  1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

                ปริ มาณความจุความร้อนคงที่ของคาลอรี มิเตอร์ (heat capacity constant of
calorimeter) เป็ นปริ มาณที่เกิดจากผลคูณของมวล m c กับ ความร้อนจาเพาะของคาลอรี มิเตอร์
ซึ่ งในการหาค่าความจุความร้อนนี้ สามารถกระทาได้โดยเติมน้ าเย็นที่รู้จานวนมวล  m1         และ
                                                                                     ม
อุณหภูมิ T1 ลงในคาลอรี มิเตอร์ หลังจากนั้นจึงเติมน้ าร้อนที่รู้จานวนมวล m 2 และอุณหภูT2ิ
วัดอุณหภูมิผสม Tm ที่ได้




                                                                                           21
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

                 ถ้าให้ C f เป็ นค่าความร้อนจาเพาะของน้ า, m c C c     เป็ นปริ มาณความจุความร้อน
คงที่ของคาลอรี มิเตอร์ และ T1 อุณหภูมิคาลอรี มิเตอร์ ดังนั้น

m c C c (Tm  T1 )  m 1C f (Tm  T1 )   =       m 2 C f (T2  Tm )


                                                 m 2 C f (T2  Tm )  m 1C f (Tm  T1 )
                 mcCc                    =                      Tm  T1
                                                                                            (14)




                                                                                                22
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

2. วิธีลดอุณหภูมิ
          อุปกรณ์ที่ใช้คาลอรี มิเตอร์ โดยนาของเหลวที่จะหาค่าความร้อนจาเพาะไปอุ่น
ให้ร้อนและนามาใส่ ลงในคาลอรี มิเตอร์ เริ่ มบันทึกอุณหภูมิของของเหลวที่ลดลงในแต่ละ
ช่วงเวลาและกระทาซ้ าอีกครั้งโดยใช้ของเหลว ที่มีปริ มาตรเท่ากับของเดิมแต่ทราบค่า
                                         ั
ความร้อนจาเพาะใส่ ลงในคาลอรี มิเตอร์ อนเดิม เริ่ มบันทึกอุณหภูมิที่ลดลงและเวลา
นาค่าที่ได้จากการทดลองทั้งสองมาเขียนกราฟ ดังรู ปที่ 3. จากกฎการลดอุณหภูมิของ
นิวตัน (Newton’s law of cooling) กล่าวว่าอัตราการสู ญเสี ยความร้อนของวัสดุเป็ น
                                                      ั
สัดส่ วนโดยตรงกับอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างวัสดุกบสภาพแวดล้อม
ดังนั้น ที่อุณหภูมิเดียวกันอัตราการสู ญเสี ยความร้อนจากของเหลวทั้งสองชนิ ดที่บรรจุ
   ่                  ั
อยูในคาลอรี มิเตอร์ อนเดียวกันย่อมเท่ากัน

                                                                                     23
       1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

ถ้ า      m1    และ C1                                                  ้
                              เป็ นมวลและความร้อนจาเพาะของของเหลวที่ตองการทราบค่า
          m2    และ C 2      เป็ นมวลและความร้อนจาเพาะของของเหลวที่ทราบค่าแล้ว
          mC    และ C C      เป็ นมวลและความร้อนจาเพาะของคาลอรี มิเตอร์
          dT          dT
                และ          เป็ นอัตราการลดอุณหภูมิของของเหลว
          dt1         dt 2




                                                                                    24
รู ปที่ 3. กราฟการลดอุณหภูมิของของเหลวสองชนิดที่มีค่าความร้อนจาเพาะต่างกัน




                                                                             25
  1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

อัตราการสู ญเสี ยความร้อนของของเหลว (1) = อัตราการสู ญเสี ยความร้อนของของเหลว (2)
                 (m1C1  m c C c )( dT / d t )1 = ( m 2 C 2  m c C c )( dT / d t ) 2 (15)




                                                                                             26
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

          อัตราการลดอุณหภูมิที่อุณหภูมิที่กาหนด สามารถหาได้จากเส้น
สัมผัสกับส่ วนโค้งของกราฟซึ่งสามารถกระทาได้โดยลากเส้นสัมผัสหรื อใช้
วิธีคณิ ตศาสตร์ การประมาณค่าเป็ นอีกวิธีหนึ่งที่กระทาได้ง่าย โดยจับเวลา
ในช่วงก่อนและหลังอุณหภูมิที่กาหนด ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิที่แตกต่างกับ
                                             ้
เวลาจะเป็ นอัตราการลดอุณหภูมิที่อุณหภูมิที่ตองการ ตัวอย่างเช่น
                         ้
ถ้าอัตราการลดอุณหภูมิที่ตองการที่ 650C และทาเวลาจากกราฟที่อุณหภูมิ
เริ่ มลดจาก 700C ถึง 600C เป็ น 4 นาที ดังนั้น
          อัตราการลดอุณหภูมิจะเป็ น 10/4 = 2.5 0C/min

                                                                          27
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

          ้
3. วิธีไฟฟา
                                               ่
         โดยใช้ขดลวดความต้านทานไฟฟ้ าจุ่มอยูในของเหลวที่ตองการหา
                                                            ้
                         ่
ความร้อนจาเพาะซึ่งใส่ อยูในคาลอรี มิเตอร์ เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้ าใน
ช่วงเวลาที่กาหนดจะทาให้อุณหภูมิภายในคาลอรี มิเตอร์สูงขึ้นวัดอุณหภูมิที่
สูงขึ้น ความต่างศักย์ กระแสไฟฟ้ า และเวลาที่ใช้ ค่าความร้อนจาเพาะ
ของของเหลวสามารถหาได้จากสมการ




                                                                          28
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

         VIt   =       m c C c  T  m 1 C1  T                       (16)

โดยที่   V     เป็ นค่าความต่างศักย์ไฟฟ้ า, volt
         I     เป็ นค่ากระแสไฟฟ้ า, A
         t     เป็ นเวลา, sec
         T    เป็ นอุณหภูมิที่สูงขึ้น, C
         m1    เป็ นมวลของของเหลว, Kg
         mc    เป็ นมวลของคาลอรี มิเตอร์, Kg
         C1    เป็ นค่าความร้อนจาเพาะของของเหลว, JKG 1K 1
         Cc    เป็ นค่าความร้อนจาเพาะของคาลอรี มิเตอร์ , JKG 1K 1


                                                                             29
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)

          ในกรณี ที่เป็ นคาลอรี มิเตอร์แบบของเหลวไหลต่อเนื่อง (continuous
                                                              ั
flow calorimeter) ผ่านท่อซึ่งประกอบด้วยขดลวดไฟฟ้ า ถ้าให้อตราการไหล
                                                    ่
ของของเหลวเป็ น m(KgS ) และกระแสไฟฟ้ าที่ผานขดลวดมีความต่าง
                          1



ศักย์ไฟฟ้ า V(v) , กระแสไฟฟ้ า I(A) และปล่อยให้คาลอรี มิเตอร์อยูใน   ่
สภาวะคงที่ (steady state) กล่าวคือ อุณหภูมิของของเหลวที่เข้าและออก
คงที่ ซึ่งในขณะนี้ปริ มาณความร้อนที่เพิ่มให้ของเหลวจะมีค่าเท่ากับพลังงาน
             ั
ไฟฟ้ าที่ให้กบขดลวด


                                                                            30
 1.2 วิธีหาค่ าความร้ อนจาเพาะของวัสดุ (โดยการทดลอง)


       m1 C 2  T       =     vI                           (17)

       อุณหภูมิของของเหลวที่สูงขึ้นและอัตราการไหลของของเหลว
สามารถวัดได้จากเทอร์โมมิเตอร์และเครื่ องมือวัดอัตราการไหล ดังนั้น
ค่าความร้อนจาเพาะของของเหลว จึงหาได้จากสมการข้างต้น




                                                                    31
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

                                  ั
          ปริ มาณความร้อนที่ทาให้วสดุมีอุณหภูมิสูงขึ้นหรื อต่าลงเราเรี ยกปริ มาณ
ความร้อนนั้นว่า ความร้อนสัมผัส (Sensible Heat) อย่างไรก็ดีในการแปรรู ป
อาหารบางครั้งมีการเปลี่ยนสถานะ (phase) ของวัสดุ (ได้แก่ สถานะเป็ นของแข็ง
ของเหลว ก๊าซ) ซึ่งในการเปลี่ยนแปลงสถานะนี้พลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยน
สถานะเรี ยกว่า ความร้อนแฝง น้ าสามารถเป็ นทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
        ่                           ่
หรื ออยูในลักษณะสถานะผสมเมื่ออยูในสมดุลย์โดยทัวไป ไดอะแกรมที่กาหนด
                                                     ่
สถานะเขียนขึ้นโดยใช้สภาวะแวดล้อมแรงดันกับอุณหภูมิ ดังนั้นเมื่อรู ้ค่าแรงดัน
                ็                             ่
และอุณหภูมิกจะทราบถึงสถานะของน้ าที่เป็ นอยูได้


                                                                                   32
รู ปที่ 4. ไดอะแกรมสถานะของน้ า ที่อุณหภูมิและความดันต่าง ๆ




                                                              33
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

         เส้น AT เรี ยกว่าเส้นจุดหลอมละลาย (melting point line) แสดง
สถานะสมดุลย์ของของแข็งและเส้นจุดหลอมละลายของเหลวที่ความดันอุณหภูมิ
                                           ่ ั
โดยจากเส้น AT จะเห็นว่าจุดหลอมเหลวขึ้นอยูกบการเปลี่ยนแปลงความดัน
         เส้น TB แสดงสถานะสมดุลย์ของก๊าซ (ไอน้ า) กับของเหลว
เป็ นสมดุลย์ทางความร้อน (Thermal equilibrium) โดยที่จุดเดือดของของเหลว
เปลี่ยนแปลงตามความดันบรรยากาศ




                                                                         34
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

           เส้น TC แสดงสถานะสมดุลย์ของของแข็งและก๊าซ จุดที่เส้นทั้งสามตัด
กันเรี ยกว่า Triple point ; โดยที่สถานะทั้งสาม คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
                                                    ่
สถานะผสมสมดุลย์ จุด Triple point ของน้ าอยูที่ความดัน 4.6 t และอุณหภูมิ 0.01
                                   ่
C ดังนั้นถ้าน้ าเป็ นน้ าแข็งและอยูที่ความดันต่ากว่า 4.6 t เมื่อการเพิมอุณหภูมิน้ าแข็ง
                                                                      ่
                          ่                                      ่
จะเป็ นไอน้ า โดยไม่ผานการเป็ นของเหลว เรี ยกขบวนการนี้วา การระเหิ ด
(Sublimation) ซึ่งความชื้นในวัสดุจะลดลง เรี ยกว่า การลดความชื้นแบบระเหิด
                              ั
(freezing drying) มักใช้กบอาหารที่ไม่สามารถลดความชื้นได้โดยวิธีลมร้อนเป่ า
                                         ิ
ซึ่งมีผลต่อการเหี่ยวย่น หรื อแข็งตัวที่ผวหน้า (case hardening) ของวัสดุและถ้า
ความดันสูงกว่า 4.6 t น้ าแข็งจะเป็ นของเหลวก่อนแล้วจึงระเหยเป็ นไอ

                                                                                          35
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

         ถ้าน้ าถูกทาให้แข็งตัวที่อุณหภูมิประมาณ –40 C และปริ มาณความ
ร้อนที่ให้ในอัตราคงที่แล้ว รู ปกราฟที่ 5. จะแสดงอุณหภูมิและเวลาที่
เปลี่ยนแปลง




                                                                        36
รู ปที่ 5. ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในการทาให้น้ าแข็งกลายเป็ นไอ




                                                                               37
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

           อุณหภูมิของน้ าจะสู งขึ้นจนกระทังถึงจุด B ซึ่งเป็ นจุดหลอมเหลวของน้ า
                                             ่
ที่จุดนี้ความร้อนแฝงจะใช้ในการละลายน้ าแข็งและเส้น BC ขนานกับแนวราบ
                               ั
จนถึงจุด C ซึ่ งอุณหภูมิยงคงเป็ น 00C ที่จุดนี้น้ าแข็งจะละลายหมด หลังจากนั้น
อุณหภูมิจะสู งขึ้นจนถึงจุดเดือด D ค่าความชันของ CD ประมาณครึ่ งหนึ่งของค่า
ความชันของเส้น AB ทั้งนี้เนื่องจากค่าความร้อนจาเพาะที่แตกต่างกัน
           ที่จุด D น้ าจะเริ่ มเดือด ความร้อนแฝงที่ใช้ในการระเหยน้ าให้เป็ นไอ
ในช่วงนี้อุณหภูมิจะคงที่จนกระทังระเหยเป็ นไอ ที่จุด E ซึ่งเป็ นจุดที่เรี ยกว่า
                                     ่
ไอนาอิมตัว (saturated vapor) การเป็ นจุดไอน้ าอิ่มตัวที่จุดระหว่าง D กับ E
      ้ ่
                          ่
จะมีไอน้ าและหยดน้ าอยูรวมกัน

                                                                                   38
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

            ถ้าให้ความร้อนต่อจากไอน้ าอิ่มตัว ความสัมพันธ์ของเวลาและอุณหภูมิ
จะเป็ นไปตามเส้น EF ความชัน EF ประมาณสองเท่าของความชัน เส้น DC
ทั้งนี้เนื่องจากความแตกต่างของความร้อนจาเพาะไอน้ าในส่ วน EF เรี ยกว่า
ความร้อนยวดยิง (superheat)
                   ่
            เส้น BC และเส้น DE มีขนาดความยาวไม่เท่ากันเนื่องจากค่าแตกต่าง
ของความร้อนแฝงสาหรับการหลอมละลาย และการกลายเป็ นไอ (fusion and
vaporization)



                                                                               39
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

       ้ ่
สาหรับนาทีความดันบรรยากาศ

ของแข็ง                     ของเหลว                  ก๊าซ

ความร้อนแฝงการหลอมละลาย               ความร้อนแฝงการกลายเป็ นไอ
    335KJ KG 1                             2257KJ KG 1




                                                                  40
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

          ความร้อนแฝงการกลายเป็ นไอมีค่าประมาณ 7 เท่าของความร้อน
                                   ่
แฝงการหลอมละลาย จะเห็นได้วาค่าความร้อนแฝงการกลายเป็ นไอของน้ า
มีค่าสู งมาก ดังนั้น ต้นทุนพลังงานที่ใช้ในการระเหยน้ าหรื ออบแห้งอาหาร
                                         ั
ค่อนข้างสูงเมื่อเปรี ยบเทียบกับการทาให้วสดุร้อนในช่วงความร้อนสัมผัส
(sensible heat)




                                                                         41
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

ตัวอย่ างที่ 6. ต้องการแช่แข็งแอปเปิ้ ลจานวน 200 Kg อุณหภูมิเริ่ มต้น +
250C จนกระทังอุณหภูมิ -200C จงคานวณหาค่าปริ มาณความร้อนที่ตองเอาออก
                 ่                                                   ้
จากผลิตผล
วิธีทา สมมุติให้น้ าทั้งหมดในผลแอปเปิ้ ลเริ่ มแข็งตัวที่อุณหภูมิ -1C
          จะเห็นว่าในการแช่แข็งมีความร้อนสัมผัสเกี่ยวข้องสองครั้งและความร้อน
แฝง หนึ่งครั้ง ดังนั้นครั้งแรกผลิตผลลดอุณหภูมิลงจนถึงจุดเยือกแข็ง ต่อมาน้ า
กลายเป็ นน้ าแข็งและสุ ดท้ายอุณหภูมิอาหารแช่แข็งลดลงจนถึงอุณหภูมิสุดท้ายใน
การเก็บ


                                                                               42
2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

(1) ความร้อนออกจาก +25 C ถึง -1C   = mC  T
                                     = 200 x 3.59 x 26
                                     = 18,688 KJ
(2) ความร้อนลดลงทาให้อาหารแข็งตัว    = ML
                                     = 200 x 28.5
                                     = 56,300 KJ




                                                         43
 2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

(3) ความร้อนออกจาก -1C ถึง -20C     =   mC    T
                                      =   200 x 1.88 x 19
                                      =   7,144 KJ
(4) ปริ มาณความร้อนทั้งหมด            =   18,688 + 56,300 + 7,144
                                      =   82,112 KJ

                    ้
ปริ มาณความร้อนที่ตองเอาออกในขบวนการแช่แข็งเป็ น 82,112 KJ โดยที่ 68.2%
                           ้
เป็ นปริ มาณความร้อนแฝงที่ตองเอาออก                              คาตอบ



                                                                          44
ตารางที่ 2.          ปริ มาณความชื้นและความร้อนแฝงของวัสดุอาหาร


              ชนิด                  ความชื้น %      ความร้ อนแฝง (KJ Kg-1)
    Lettuce                            94.8                316.3(317.6)
    Avocado pear                       94.0                316.5(314.9)
    Strawberries                       90.9                289.6(304.5)
    String beans                       88.9                297.0(297.8)
    Apricots                           85.4                284.0(286.1)
    Potatoes                           77.8                258.0(260.6)
    Fresh lamb                         58.0                194.0(194.3)
    Dried figs                         24.0                 79.0(80.4)
    Dried beans                        12.5                 41.9(41.9)
    Dried peas                         9.5                  32.6(31.8)
   * คานวณจากสมการของ Lamb (1976)
                                                                             45
   2. ความร้ อนแฝง (Latent Heat)

                                                     ่ ั
       ค่าความร้อนแฝงของวัสดุอาหารมีค่ามากน้อยขึ้นอยูกบปริ มาณความชื้นภายใน โดยที่ Lamb
                                                                ั
(1976) ได้ให้ความสัมพันธ์ของค่าความร้อนแฝงกับปริ มาณความชื้นไว้ดงนี้

                              L = 335 m w       (KJ Kg-1)

       โดยที่   mw   เป็ นอัตราส่ วนความชื้น




                                                                                      46
 2.1 วิธีหาความร้ อนแฝงของการหลอมละลายของวัสดุอาหาร

          Cooper (1930) ได้ทดลองหาความร้อนแฝงของวัสดุอาหารโดยใช้คาลอรี
มิเตอร์แบบขวดแก้วสู ญญากาศชนิด 2 ชั้น (double – walled vacuum bottle
calorimeter) โดยนาอาหารแช่แข็งที่รู้ปริ มาณมวลและอุณหภูมิใส่ ลงในคาลอรี
มิเตอร์ หลังจากนั้นใส่ น้ าร้อนที่รู้ปริ มาณมวลและอุณหภูมิตามลงไปในคาลอรี
                                             ่
มิเตอร์ เพื่อให้น้ าร้อนละลายน้ าแข็งที่มีอยูในอาหารนั้นวัดอุณหภูมิสมดุลย์ที่ได้
ปริ มาณความร้อนที่ลดลงของน้ าที่บรรจุในคาลอรี มิเตอร์มีค่าเท่ากับปริ มาณความ
ร้อนที่ใช้ในการละลายอาหารแช่แข็งจนกระทังอุณหภูมิของน้ าขึ้นจนถึงอุณหภูมิที่
                                               ่
สมดุลย์


                                                                                   47
2.1 วิธีหาความร้ อนแฝงของการหลอมละลายของวัสดุอาหาร

    สมการพลังงานสมดุลย์ที่ใช้คานวณหาความร้อนแฝงเป็ น                  ดังนี้      :

  Ww (T1 T 2 )      Wf C1 (T3  T0 )  Wf H 1  Wf C 2 (T2  T0 )            (18)




                                                                                      48
   2.1 วิธีหาความร้ อนแฝงของการหลอมละลายของวัสดุอาหาร

โดยที่       T0    =   อุณหภูมิที่จุดเยือกแข็งของอาหาร
         T1 , T2   =   อุณหภูมิเริ่ มต้นและสุ ดท้ายของน้ าในคาลอรี มิเตอร์
             T3    =   อุณหภูมิของอาหารแช่แข็ง
             Ww    =   มวลของน้ าในคาลอรี มิเตอร์
              Wf   =   มวลของอาหารแช่แข็ง
             C1    =   ความร้อนจาเพาะของอาหารแช่แข็งในช่วงอุณหภูมิที่ต่ากว่าจุดเยือกแข็ง
              C2   =   ความร้อนจาเพาะของอาหารแช่แข็งในช่วงอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดเยือกแข็ง
              H1   =   ความร้อนแฝงของวัสดุอาหาร




                                                                                           49
 3. สั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

        วัสดุอาหารส่ วนใหญ่เป็ นตัวนาความร้อนที่ต่า ซึ่ งจะทาให้ขบวนการ
                                                                        ั
ถ่ายเทความร้อนใช้เวลานาน เวลาที่ใช้ในการทาให้ร้อนหรื อเย็นสามารถทาให้ส้ น
ลงได้โดยการลดขนาดวัสดุอาหารให้เล็กลง หรื อในอาหารกระป๋ องจะใช้วิธีทาให้
                                            ิ่
อาหารอัดแน่นเพื่อให้เกิดการนาความร้อนได้ดียงขึ้น สมบัติการนาความร้อนของ
            ่ ั
อาหารขึ้นอยูกบปัจจัยต่าง ๆ เช่น ปริ มาณความชื้นภายในวัสดุ และความดัน
ของสภาวะแวดล้อม




                                                                            50
 3. สั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

            ในชีววัสดุและอาหารที่มีเส้นใยจะมีค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อน
ที่แตกต่างกันในทิศทางที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เนื้อสัตว์ เนื้อปลา โดยที่
ความร้อนสามารถถ่ายเทขนานตามเส้นใยได้ดีกว่าแนวตั้งฉากกับเส้นใย
(รู ปที่ 6.)




                                                                             51
รู ปที่ 6. การถ่ายเทความร้อนขนานกับเส้นใย (A) และตั้งฉากกับเส้นใย (B)




                                                                        52
3. สั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

ค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนของอาหารได้แสดงในตารางที่ 3. สมการ
ความสัมพันธ์สมประสิ ทธิ์การนาความร้อนกับความชื้นภายใน เช่น ปลา
                ั

                     K = 0.0324 + 0.3294     mw



โดยที่   mw   เป็ นอัตราส่ วนมวลของน้ าในอาหาร




                                                                  53
  3. สั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

     ค่าสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนจะลดลงเมื่ออาหารแห้งมากขึ้นสาหรับวัสดุที่
ได้จากการ อบแห้งแบบระเหิ ด (freeze dried) จะมีรูพรุ นทาให้มีค่าสัมประสิ ทธิ์
การนาความร้อนต่า ในระหว่างการอบแห้งแบบระเหิ ดความร้อนถ่ายเทให้กบ        ั
                                         ่ ั
อาหารแช่แข็ง อัตราการลดความชื้นขึ้นอยูกบอัตราการถ่ายเทความร้อน
การเปลี่ยนสถานะของน้ าเป็ นน้ าแข็งทาให้ค่าการนาความร้อนเพิ่มขึ้นประมาณ
4 เท่า อัตราการถ่ายโอนความร้อนสามารถเพิ่มได้โดยการให้ความร้อนผ่านชั้น
                           ั
น้ าแข็ง นอกจากนี้การมีสมผัสที่ดีของผิวความร้อนกับอาหาร ความดันที่กดลง
บนผิวของอาหาร การใช้โลหะสัมผัสอาหารที่มีรูพรุ น เพื่อให้ความชื้นออกได้
สะดวกก็มีส่วนทาให้อตราการลดความชื้นเร็ วขึ้น
                        ั

                                                                               54
 3. สั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

    เนื่องจากอาหารแช่แข็งสามารถนาความร้อนได้ดีกว่าอาหารสด
อัตราการถ่ายโอนความร้อนช่วงแช่แข็ง (ความร้อนไหลออกผ่านชั้นน้ าแข็ง)
                                          ั
จะเร็ วกว่าช่วงที่ทาให้ละลาย (ความร้อนให้กบอาหารแช่แข็ง) (รู ปที่ 7.)




                                                                        55
รู ปที่ 7. เปรี ยบเทียบ (ก) การแช่เย็น (ข) การละลาย




                                                      56
3.1 ปัจจัยที่มีผลต่ อสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อน

                                                                ่ ั
              ค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนของวัสดุอาหารขึ้นอยูกบ
ปัจจัยที่มีผลเช่นเดียวกับ ความร้อนจาเพาะคือ ปริ มาณความชื้นและ
                                                                    ั
อุณหภูมิ สาหรับวัสดุที่เป็ นเม็ดค่าความพรุ น (porosity) ของวัสดุน้ นจะมี
ผลต่อค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนด้วย และในวัสดุที่มีเส้นใย เช่น
เนื้อสัตว์ ทิศทางที่ความร้อนไหลผ่านขนานหรื อตั้งฉากกับเส้นใยก็มีผล
ด้วยเช่นกัน




                                                                           57
รู ปที่ 8. ความสัมพันธ์ของสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนกับปริ มาณความชื้นในวัสดุเกษตร




                                                                                      58
3.1 ปัจจัยที่มีผลต่ อสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อน

   จากรู ปที่ 8. แสดงผลของความชื้นในวัสดุที่มีต่อค่าสัมประสิ ทธิ์การ
นาความร้อนโดยที่วสดุจะมีค่าการนาความร้อนสูงขึ้นเมื่อปริ มาณความชื้น
                      ั
ภายในสูงขึ้น และในรู ปที่ 9. จะเห็นว่าค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อน
ของวัสดุที่เป็ นเม็ดมีค่าลดลงเมื่อวัสดุน้ นมีค่าความพรุ นเพิ่มขึ้น
                                          ั




                                                                       59
รู ปที่ 9. ความสัมพันธ์ของสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนกับความพรุ นของข้าวโพดความชื้น
                                11% ที่อุณหภูมิ 40 C




                                                                                  60
รู ปที่ 10. ความสัมพันธ์ของสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนกับอุณหภูมิของมันฝรั่ง




                                                                               61
3.1 ปัจจัยที่มีผลต่ อสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อน

   วัสดุทวไปค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตาม
         ั่
อุณหภูมิ แต่สาหรับวัสดุอาหารค่าที่เปลี่ยนแปลงมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับ
                             ่
ผลกระทบของปริ มาณน้ าที่มีอยูในวัสดุ ในรู ปที่ 10. แสดงค่าสัมประสิ ทธิ์
การนาความร้อนของมันฝรั่งมีค่าลดลงเมื่ออุณหภูมิมีค่าสูงขึ้น




                                                                          62
 3.3 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

การหาค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนของวัสดุแบ่งได้เป็ น 2 วิธี คือ
       1. การหาค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนของวัสดุในขณะที่อยูใน ่
สภาวะคงที่ (steady satate)
                                                              ่
       2. การหาค่าสัมประสิ ทธิ์การความร้อนของวัสดุในขณะที่อยูใน
สภาวะไม่คงที่ (unsteady satate)




                                                                      63
 3.3 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

                                                      ่
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะคงที่
          วิธีการนี้เป็ นวิธีการที่ง่ายโดยให้ความร้อนผ่านวัสดุที่ตองการ
                                                                  ้
วัดปริ มาณความร้อนที่ใช้และอุณหภูมิที่แตกต่างของผิวหน้าสัมผัสทั้งสองที่ความ
ร้อนไหลผ่าน แล้วนามาคานวณหาค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อน
แต่เนื่องจากว่าการให้ความร้อนไหลผ่านวัสดุจะต้องใช้เวลานานพอสมควรเพื่อให้
เกิดสภาวะคงที่จึงจะวัดอุณหภูมิได้ ดังนั้นวิธีการนี้จึงไม่เหมาะในการหาค่า
สัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนของวัสดุที่เป็ นของแข็งที่มีปริ มาณความชื้นสู ง
เพราะทาให้เกิดผลกระทบจากการเคลื่อนย้ายความชื้นในวัสดุ (moisture
migration) การหาค่าการนาความร้อนแบ่งได้คือ

                                                                              64
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                      ่
คงที่
1. การให้ ความร้ อนไหลผ่ านไปตามความหนาของวัสดุ (logitudinal heat flow
method) วิธีการนี้เหมาะสาหรับวัสดุที่มีลกษณะเป็ นแผ่น (slab) และมีค่า
                                        ั
สัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนต่า อุปกรณ์ที่ใช้ประกอบด้วย แผ่นที่ให้ความร้อน
                                        ่                      ้
และแผ่นปิ ด (รู ปที่ 11.) โดยวัสดุวางอยูระหว่างแผ่นทั้งสองที่ดานบนและล่างของ
อุปกรณ์ มีแผ่นปิ ดเพื่อป้ องกันการสู ญเสี ยความร้อนที่หน้าสัมผัสของวัสดุจะมีเทอร์
              ั
โมคัพเพอร์ วดอุณหภูมิที่แตกต่างกันถ้าสมมุติให้ไม่มีการสู ญเสี ยความร้อนในระบบ
แล้วปริ มาณความร้อนทั้งหมดถือว่าไหลผ่านวัสดุ เมื่อวัดปริ มาณความร้อนที่ใช้และ
            ิ
อุณหภูมิที่ผวหน้าสัมผัสทั้งสองของวัสดุที่สภาวะคงที่แล้ว ค่าการนาความร้อนของ
วัสดุสามารถคานวณหาได้จากสมการ

                                                                                    65
 3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                       ่
 คงที่
                   K     =       qd/2A Δ t                         (36)

ทีซึ่ง
  ่       K   =   ค่าสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนของวัสดุ , W/m K
          q   =   ปริ มาณความร้อนที่ไหลผ่าน , W
          d   =   ความหนาของวัสดุ, m
          A   =   พื้นที่ผิวสัมผัสของวัสดุ, m2
         t
              =   อุณหภูมิที่แตกต่างที่ผิวหน้าวัสดุท้ งสอง, C
                                                      ั




                                                                          66
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                      ่
คงที่
2. การให้ ความร้ อนไหลผ่ านไปตามแนวรัศมี (radial heat flow method)
         วัสดุที่ใช้หาค่าสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนเป็ นพวกวัสดุที่มีขนาดเป็ นเม็ด
หรื อผง โดยอุปกรณ์ใช้หลักการเดียวกับแผ่นความร้อน (Guarded hot plate) แต่ทา
                                                ั
เป็ นทรงกระบอกหรื อทรงกลม 2 ชั้นเพื่อบรรจุวสดุไว้ภายในโดยที่มีแหล่งให้ความ
       ่
ร้อนอยูตรงกลาง




                                                                                      67
รู ปที่ 11. อุปกรณ์การหาสัมประสิ ทธิ์ นาความร้อนที่เรี ยกว่า แผ่นความร้อน




                                                                            68
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                      ่
คงที่
        ในกรณี ที่เป็ นทรงกระบอกและถือว่าความยาวของอุปกรณ์มีขนาดยาว
ไม่จากัด (infinie in length) เมื่อไม่คิดเรื่ องการสู ญเสี ยความร้อนที่ปลาย
        ค่าสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนคานวณได้จากสู ตร (Mohsenin, 1980)
                          p ln (r /r )
              K   =              2 1                                 (37)
                         2π L(t  t )
                                1 2




                                                                             69
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                      ่
คงที่
ทีซึ่ง
  ่      K = ค่าการนาความร้อนของวัสดุ , W/m C
         P = ปริ มาณความร้อนของฮีตเตอร์ที่ใช้, W
         L = ความยาวของทรงกระบอก, m
                                               
         t 1 = อุณหภูมิของวัสดุที่มีรัศมี r1 , C
                                               
         t 2 = อุณหภูมิของวัสดุที่มีรัศมี r2 , C




                                                                    70
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                      ่
คงที่
                                                          ่
           ในกรณี ที่เป็ นทรงกลมโดยแหล่งกาเนิด ความร้อนอยูตรงกลางในรัศมี
           ้               ่
และห่อหุมด้วยวัสดุที่อยูระหว่างทรงกลมทั้งสอง โดยรัศมีวงกลมนอกเป็ น
(ดูรูปที่ 12.)
           เมื่อการถ่ายโอนความร้อนถึงสภาวะคงที่ ค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความ
ร้อนสามารถคานวณได้จากสู ตร
                         P(1 / r  1 / r )
              K   =             2       1                            (38)
                          4( t  t )
                                1 2




                                                                            71
รู ปที่ 12. อุปกรณ์หาสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อน




                                                   72
3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                      ่
คงที่
                          ั
ตัวอย่ างที่ 8. อุปกรณ์ดงรู ปที่ 12. นามาใช้หาค่าการนาความร้อนของข้าว
บาร์เล่ย ์ ความชื้น 12% โดยที่ภายในทรงกลมในมีหลอดไฟเพื่อให้ความร้อน
หลักจากปรับค่าความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้ าของหลอดไฟเป็ น 70 V และ
0.059 A เมื่อเวลาผ่านไป 24 ชัวโมง การถ่ายโอนความร้อนจึงถึงสภาวะคงที่
                               ่
        ิ
โดยที่ผวนอกทรงกลมเล็กอุณหภูมิ 25 C และผิวทรงกลมใหญ่อุณหภูมิ 55 C
จงคานวณหาค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนของข้าวบาร์เล่ย ์




                                                                        73
  3.3.1 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของในขณะทีอยู่ในสภาวะ
                                                        ่
  คงที่
วิธีทา
           ปริ มาณความร้อน        P      =         VI
                                         =         70 x 0.059      = 4.13 W
           สัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อนของข้าวบาร์ เล่ย ์
                                                 P(1 / r  1 / r )
                                  K       =             2       1
                                                   4( t  t )
                                                         1 2
                                              4.13 (1 / 4.875 x 10 2  1 / 1.492 x 10 2 )
                                          =                 4  (55  25 )

                                                 0.151      W / m C
                                          =                                         คาตอบ



                                                                                              74
 3.3 วิธีหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนของวัสดุอาหาร

                                                  ่
3.3.2 การหาค่ าสั มประสิ ทธิ์การนาความร้ อนในขณะทีอยู่ในสภาวะไม่ คงที่
          เป็ นวิธีหาค่าสัมประสิ ทธิ์การนาความร้อนในขณะช่วงเวลาใดเวลา
                                                     ั
หนึ่งที่ให้ความร้อนไหลผ่านวัสดุซ่ ึงใช้ระยะเวลาที่ส้ นกว่าแบบสภาวะคงที่
มาก




                                                                          75
3.3.2 การหาค่าสัมประสิทธิ์การนาความร้ อนในขณะทีอยู่ในสภาวะไม่ คงที่
                                               ่

        ส่ วนประกอบที่สาคัญของอุปกรณ์มีดงนี้  ั
                                  ่
1. ขดลวดความร้อนเป็ นเส้นยาวอยูในท่อโลหะ
                                ั
2. กระบอกอลูมิเนียมสาหรับใส่ วสดุ
3. แผ่นฉนวนปิ ดหัวและท้ายเพื่อป้ องกันการสู ญเสี ยความร้อนที่ส่วนปลาย
ของอุปกรณ์ (ดูรูปที่ 13.)
                                                            ้
4. เทอร์โมมิเตอร์เพื่อบันทึกอุณหภูมิที่จุดติดกับท่อโลหะที่หุมขด
ลวดความร้อน (จุด D)


                                                                        76
รู ปที่ 13. ส่ วนประกอบของอุปกรณ์สาหรับหาค่าสัมประสิ ทธิ์ การนาความร้อน




                                          A : ขดลวดความร้อน
                                          B : ท่อทองเหลือง
                                                      ั
                                          C : ท่อใส่ วสดุ
                                          D : เทอร์โมคัพเพอร์




                                                                          77

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:90
posted:5/16/2012
language:Thai
pages:77