TSAE Journal Vol.16 by สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย

â&#x20AC;? g in r e e n gi

n E l ra

f o y

t e i c

a h T

o S i

ic r g

u t l u

 

ว า ร ส า ร ส ม า ค ม วิ ศ ว ก ร ร ม เ ก ษ ต ร แ ห ง ป ร ะ เ ท ศ ไ ท ย THAI SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING JOURNAL ISSN 1685-408X ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553 ( Volume 16 No. 1 January - December 2010)

เจาของ : สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย สำนักงาน : กองสงเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมสงเสริมการเกษตร แขวงลาดยาว จตุจกั ร กรุงเทพฯ 10900 โทร. 0 2940 6183 โทรสาร 0 2940 6185 www.tsae.saia

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย เปนวารสารเผยแพรผลงานวิจยั ดานวิศวกรรมเกษตร บทความทีล่ งตีพมิ พจะตองผานการพิจารณาจากผทู รงคุณวุฒทิ มี่ คี วามเชีย่ วชาญในแตละสาขาวิชาของ วิศวกรรมเกษตร และไมมชี อื่ หรือเกีย่ วของในผลงานวิจยั นัน้ จำนวน 2 ทานตอ 1 ผลงานวิจยั เพือ่ เปนการสนับสนุนใหวารสารนีส้ ามารถจัดทำไดอยางตอเนือ่ ง เจาของผลงานทีไ่ ดรบั การคัดเลื”อกลง ตีพมิ พ จะตองจายเงินเพือ่ สนับสนุนการจัดทำวารสาร 250 บาท/หนา ing

r e e n i g

n E al กองบรรณาธิการวิuชrาการ lt u ศาสตราจารย ดร.สุรนิ ทร พงศศภุ สมิทธิ์ ic ศาสตราจารย ดร.สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ r g ศาสตราจารย ดร.อรรถพล นมุ หอม A ศาสตราจารย ดร.สมชาติ ฉันทศิรวิ รรณ ศาสตราจารย ดร.ผดุงศักดิ์ รัตนเดโชof รองศาสตราจารย ดร. ปานมนัส สิรสิ มบูรณ y รองศาสตราจารย ดร. ธวัชชัe ย ทิtวาวรรณวงศ รองศาสตราจารย ดร.ธัญญา นิยมาภา i รองศาสตราจารย ดร.oวินcติ ชินสุวรรณ รองศาสตราจารย ดร.สัมพันธ ไชยเทพ ผชู ว ยศาสตราจารย รองศาสตราจารย ดร.จิราภรณ เบญจประกายรัตน i Sดร. วิเชียร ปลืม้ กมล a ผชู ว ยศาสตราจารย h ดร.สมโภชน สุดาจันทร รองศาสตราจารย สาทิป รัตนภาสกร T ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.เสรี วงสพเิ ชษฐ ดร.ชูศกั ดิ์ ชวประดิษฐ ผชู ว ยศาสตราจารย ดร. สมชาย ชวนอุดม

ดร. อนุชติ ฉ่ำสิงห

บรรณาธิการ รศ.พินยั ทองสวัสดิว์ งศ กองบรรณาธิการ รศ.ดร.จิราภรณ เบญจประกายรัตน ดร. สมชาย ชวนอุดม ดร. อนุชติ ฉ่ำสิงห อ.นเรนทร บุญสง นายไมตรี ปรีชา นายณรงค ปญญา

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 14 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2551

คณะกรรมการ

สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ประจำป พ.ศ. 2552-2554 ทีป่ รึกษา ศ.ดร.สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ Prof. Dr.Vilas M. Salokhe นายวิกรม วัชรคุปต ดร.สุภาพ เอือ้ วงศกลู นายสุวทิ ย เทิดเทพพิทกั ษ

ศ.ดร.อรรถพล นมุ หอม รศ.ดร.ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ นายทรงศักดิ์ วงศภมู วิ ฒ ั น นายสมชัย ไกรครุฑรี นายชนะธัช หยกอุบล

Prof.Dr. Chin Chen Hsieh รศ.ดร.วินติ ชินสุวรรณ นายสุรเวทย กฤษณะเศรณี นายปราโมทย คลายเนตร

กรรมการบริหาร นายกสมาคมฯ อุปนายก ประธานฝายวิชาการ ผชู ว ยประธานฝายวิชาการ เลขาธิการ เหรัญญิก นายทะเบียน ผชู ว ยนายทะเบียน สาราณียกร ปฏิคม ประชาสัมพันธ สารสนเทศ พัฒนาโครงการ ประสานความรวมมือ

นางดาเรศร กิตติโยภาส ผศ.ดร.วีระชัย อาจหาญ ศ.ดร. สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ ผศ.ดร.ศิวลักษณ ปฐวีรตั น นายณรงค ปญญา นางสาวฐิตกิ านต กลัมพสุต นายชีรวรรธก มัน่ กิจ นายไพรัช หุตราชภักดี รศ. พินยั ทองสวัสดิว์ งศ นายนเรสน รังสิมันตศิริ นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา นายประเสริฐ วิเศษสุวรรณ นางสาววิไลวรรณ สอนพูล นายอนุรักษ เรือนหลา

f o y

n E l ra

u t l ir cu Ag

t กรรมการกลางและวิชาการ e i c

o S i

รศ.ดร.สมยศ เชิญอักษร รศ.ดร.ธัญญา นิยมาภา รศ.ดร.ธัญญะ เกียรติวฒ ั น รศ.ดร.ปานมนัส ศิรสิ มบูรณ ผศ.ภรต กุญชร ณ อยุธยา ดร.วสันต จอมภักดี ดร.ชูศกั ดิ์ ชวประดิษฐ ผศ.ดร.อนุพนั ธ เทิดวงศวรกุล รศ.สาทิป รัตนภาสกร ผศ.ดร.สมโภชน สุดาจันทร ผศ.ดร.เสรี วงสพเิ ชษฐ ดร.ชัยพล แกวประกายแสงกูล รศ.ดร.สัมพันธ ไชยเทพ รศ.ดร.วิชยั ศรีบญ ุ ลือ ผศ.เธียรชัย สันดุษฎี รศ.กิตติพงษ วุฒจิ ำนง นายไพศาล พันพึง่ ผศ.ฉัตรชาย ศุภจารีรกั ษ ดร.สมเกียรติ เฮงนิรนั ดร รศ.ผดุงศักดิ์ วานิชชัง รศ.จิราภรณ เบญจประกายรัตน รศ.ดร.รุงเรือง กาลศิริศิลป ผศ.ดร.ศิวลักษณ ปฐวีรตั น ผศ.ดร.วันรัฐ อับดุลลากาซิม รศ.รังสินี โสธรวิทย ดร.ประเทือง อุษาบริสทุ ธิ์ รศ.มานพ ตันตรบัณฑิตย ผศ.ดร.สุเนตร สืบคา รศ.ใจทิพย วานิชชัง นายชนะธัช หยกอุบล นายจารุวฒ ั น มงคลธนทรรศ ดร.ไมตรี แนวพนิช นายอัคคพล เสนาณรงค นายวิบลู ย เทเพนทร นายสุภาษิต เสงีย่ มพงศ ดร.อนุชติ ฉ่ำสิงห นายวีระชัย เชาวชาญกิจ นายนรเชษฐ ฉัตรมนตรี นายไมตรี ปรีชา ดร.สมชาย ชวนอุดม นายสมศักดิ์ อังกูรวัฒนานุกลู นางสาวพนิดา บุษปฤกษ นายมลฑล แสงประไพทิพย นางสาวระพี พรหมภู นายพัฒนศักดิ์ ฮนุ ตระกูล นายมรกต กลับดี นายนเรศวร ชิน้ อินทรมนู นายขุนศรี ทองยอย นายสุรสิทธิ์ บุญรักชาติ นายบุญสง หนองนา นางสาวศิระษา เจ็งสุขสวัสดิ์ นางสาววิไลวรรณ สอนพูล นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา หัวหนาภาควิชาและสาขาวิศวกรรมเกษตรของสถาบันการศึกษาทุกแหงของประเทศ Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 14 No. 1, January - December 2008

a h T

” g in r e e gin

ความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยวขาวโดยใชเครื่องเกี่ยวนวด Rice Harvesting Losses Due to Use of Combine Harvesters สมชาย ชวนอุดม1) วินติ ชินสุวรรณ2) Somchai Chuan-udom1) Winit Chinsuwan2)

Abstract The objective of this study was to study harvesting losses of rice using combine harvesters. Khao Dok Mali 105 and Chainat 1 varieties were evaluated by random tests of 13 and 15 combine harvesters respectively. For Khao Dok Mali 105 variety, total losses was 3.16%. Header losses was 58.94% of the total losses of Khao Dok Mali 105 variety. For Chainat 1 variety, total losses was 6.81% or approximately double of losses of Khao Dok Mali 105 variety. Separating in threshing unit caused 87.59% of the total losses of Chainat 1 variety. Keyword: combine harvester, harvesting losses, rice

บทคัดยอ

” g in r e e gin

การศึกษานีม้ วี ตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วขาวโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวด ทำการศึกษากับขาว 2 พันธุ คือ พันธขุ าวดอกมะลิ 105 และพันธชุ ยั นาท 1 โดยทำการสมุ ตรวจวัดเครือ่ งเกีย่ วนวดสำหรับขาวทัง้ สองพันธจุ ำนวน 13 เครือ่ ง และ 15 เครือ่ ง ตามลำดับ ผลการศึกษาพบวา สำหรับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 มีความสูญเสียรวมเฉลีย่ เทากับ 3.16 เปอรเซ็นต โดยรอย ละ 58.94 ของความสูญเสียรวมเกิดจากการเกีย่ ว สำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 มีความสูญเสียรวมเฉลีย่ 6.81 เปอรเซ็นต หรือประมาณ สองเทาของขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 โดยรอยละ 87.59 ของความสูญเสียรวมเกิดจากการคัดแยกเมล็ดออกจากฟางในชุดนวด สวน ความสะอาดของผลผลิตและปริมาณเมล็ดแตกหักมีคา ใกลเคียงกัน คำสำคัญ: เครือ่ งเกีย่ วนวด, ความสูญเสียจากเก็บเกีย่ ว, ขาว

n E l ra

u t l ir cu Ag

f o ขาวเปนพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศไทย y โดยมี t e ผลผลิตรวมประมาณปละ 30 ลานตัc นขiาวเปลือก คิดเปนมูลคา o กงานเศรษฐกิจการเกษตร, ประมาณปละ 300,000 ลานบาท (สำนั S i บเกีย่ วเปนขัน้ ตอนทีส่ ำคัญ 2551) ในการผลิตขาว ขัa น้ ตอนการเก็ h ทีส่ ง ผลตอทัง้ ปริT มาณและคุณภาพของผลผลิต ถามีความสูญเสีย คำนำ

จากการเก็ บ เกี่ ย วมากก็ จ ะส ง ผลเสี ย หายต อ เศรษฐกิ จ ของ ประเทศ โดยขาวเปลือกทีส่ ญ ู เสียไปกับการเก็บเกีย่ วทุกๆ หนึง่ เปอรเซ็นตจะทำใหประเทศไทยสูญเสียรายไดประมาณ 3,000 ลานบาท การลดความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยวจึงเปนสิ่งที่ จำเปนอยางยิ่ง และปจจุบันเครื่องเกี่ยวนวดกำลังมีบทบาทที่ สำคัญในการเก็บเกีย่ วขาวและใชงานกันอยางแพรหลายไปทัว่ ทุกภูมภิ าคของประเทศไทย ซึง่ คาดวามีเครือ่ งเกีย่ วนวดใชงาน ในปจจุบนั ประมาณ 10,000 เครือ่ ง (วินติ , 2553)

ในการศึกษาที่ผานมาไดมีการประเมินความสูญเสียจาก การใชเครื่องเกี่ยวนวดสำหรับเก็บเกี่ยวขาวหอมมะลิซึ่งเปน ขาวนาปพันธุพื้นเมือง ป 2541 ในพื้นที่ทุงกุลารองไหมีความ สูญเสียโดยเฉลี่ย 4.81 เปอรเซ็นต โดยรอยละ 70 ของความ สูญเสียรวมเกิดจากการเกีย่ ว (วินติ และคณะ, 2542) ซึง่ ผลของ ความสูญเสียแตกตางจากการประเมินความสูญเสียสำหรับ ขาวนาปรัง ป 2544 ในพืน้ ทีภ่ าคเหนือ ภาคกลาง และภาคตะวัน ออกเฉียงเหนือ พบวา มีความสูญเสียจากการใชเครือ่ งเกีย่ วนวด เฉลีย่ 6.25 เปอรเซ็นต โดยรอยละ 85 เปนความสูญเสียจากการ คัดแยกและทำความสะอาด เนือ่ งจากพันธขุ า วนาปรังทีเ่ กือบทัง้ หมดเปนพันธุลูกผสมเมล็ดหลุดรวงยากกวาขาวพันธุพื้นเมือง (วินติ และคณะ, 2545) การศึกษาขางตนเปนการศึกษาความสูญเสียรวม เครื่อง เกีย่ วนวดมีการทำงานทีส่ ำคัญทีส่ ง ผลตอความสูญเสีย 4 สวน คือ

1) ผชู ว ยศาสตราจารย, ดร. 2) รองศาสตราจารย ดร. ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน จ.ขอนแกน 1) Assistant Professor Dr. 2) Associate Professor Dr., Dept. of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering,

Khon Kaen University, Khon Kaen 40002, Thailand วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

สวนการเกีย่ วของชุดหัวเกีย่ ว สวนการนวด และการคัดแยกเมล็ด ออกจากฟางของชุดนวด และสวนการทำความสะอาดของชุด ทำความสะอาด ถามีการศึกษาเพือ่ เก็บแยกความสูญเสียจากสวน ตางๆ ใหชดั เจนก็จะสามารถปรับปรุงและหรือดัดแปลงอุปกรณ นัน้ ๆ เพือ่ ลดความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วตอไป นอกจากนีใ้ น ชวง 5 ปทผี่ า น ไดมกี ารขยายการใชงานเครือ่ งเกีย่ วนวดมากยิง่ ขึ้น จึงควรมีการศึกษาความสูญเสียจากการใชเครื่องเกี่ยวนวด เปนระยะเพื่อดูแนวโนมสำหรับใชเปนขอมูลในการสงเสริม อบรม และหรือเผยแพรการใชงานเครือ่ งเกีย่ วนวดทีถ่ กู ตองตอ ไป ดังนัน้ การศึกษานีจ้ งึ มีวตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาความสูญเสีย จากการเก็บเกีย่ วขาวโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวด

ภาพที่ 1 การหาความสูญเสียจากการเกีย่ ว

อุปกรณและวิธีการ การศึกษานี้ดำเนินการสุมตรวจวัดความสูญเสียจากการ เก็บเกีย่ วขาวโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวด พรอมทัง้ ความสะอาดของ ผลผลิต และปริมาณเมล็ดแตกหัก โดยการศึกษากับขาวขาวดอก มะลิ 105 ชวงเดือนพฤศจิกายน 2549 ในพื้นที่ทุงกุลารองไห จำนวน 13 เครื่อง สวนขาวพันธุชัยนาท 1 ทำการศึกษาใน ชวงเดือนพฤษภาคม 2549 พื้นที่ชลประทานจังหวัดขอนแกน กาฬสินธุ และมหาสารคาม การตรวจวัดความสูญเสียทำการเก็บความสูญเสียจากการ เกีย่ วโดยการเก็บเมล็ดทีร่ ว งเนือ่ งจากการเกีย่ ว (ภาพที่ 1) สวน ชุดนวดทำการเก็บวัสดุที่ถูกขับออกมาโดยใชถุงตาขายรองรับ วัสดุ และถุงตาขายอีกหนึง่ ถุงรองรับวัสดุทถี่ กู ขับออกมาจากชอง ทำความสะอาด (ภาพที่ 2) จากนัน้ ในสวนของวัสดุทถี่ กู ขับออก จากชุดนวดทำการแยกฟางออกเพือ่ หาเมล็ดทีต่ ดิ รวงเปนความ สูญเสียจากการนวด และเมล็ดทีห่ ลุดออกจากรวงแลวแตถกู ขับ ทิ้งออกมาเปนความสูญเสียจากการคัดแยกเมล็ดออกจากฟาง สวนวัสดุทถี่ กู ขับออกมาจากชองทำความสะอาดก็แยกเมล็ดออก มาเปนความสูญเสียจากการทำความสะอาด ในการทดสอบได ทดสอบจำนวน 3 ซ้ำ โดยในแตละซ้ำใหเครื่องเกี่ยวนวดขาว ปฏิบตั งิ านเปนระยะทางไมนอ ยกวา 15 เมตร เพือ่ ใหเครือ่ งมีการ ทำงานทีส่ ม่ำเสมอ กอนการเก็บขอมูลเปนระยะทาง 10 เมตร

f o y

n E l a r ภาพที่ 2tการหาความสู ญเสียจากชุดนวดและชุดทำความสะอาด u l cuาง 14.4 ถึง 31.7 องศาจากแนวดิง่ โดยมีน้ำหนักวัสดุตอ ir ระหว Ag หนวยพืน้ ทีเ่ ฉลีย่ ระหวาง 0.48 ถึง 0.90 กิโลกรัมตอตารางเมตร

t e i c

o S i

a h T

ผลและวิจารณ จากการตรวจวัดความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วดวยเครือ่ ง เกีย่ วนวดขาว ความสะอาดของผลผลิต และปริมาณเมล็ดแตกหัก สำหรับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ของเครือ่ งเกีย่ วนวดขาวยีห่ อ ตางๆ จำนวน 13 ยีห่ อ ในเขตทงุ กุลารองไห ซึง่ ขาวทีท่ ดสอบมี อายุในชวง 30 ถึง 42 วันหลังการออกดอก ความหนาแนนตน ขาวเฉลีย่ ระหวาง 230,400 ถึง 480,000 ตนตอไร มีความสูงตน ขาวเฉลีย่ ในชวง 82.8 ถึง 108.4 เซนติเมตร มุมเอียงตนขาวเฉลีย่ 4

” g in r e e gin

ความชืน้ ของเมล็ดเฉลีย่ ในชวง 16.21 ถึง 28.44 เปอรเซ็นตฐาน เปยก ความชืน้ ของฟางเฉลีย่ ระหวาง 56.97 ถึง 66.89 เปอรเซ็นต ฐานเปยก ผลผลิตรวมระหวาง 308 ถึง 448 กิโลกรัมตอไร ดัง แสดงในตารางที่ 1 การตรวจวัดความสูญเสียจากระบบการนวดสำหรับขาว พันธุชัยนาท 1 ของเครื่องเกี่ยวนวดขาวยี่หอตางๆ จำนวน 15 ยีห่ อ ในเขตพืน้ ทีจ่ งั หวัดกาฬสินธุ ขอนแกน และมหาสารคาม ซึง่ ขาวทีท่ ดสอบมีอายุการปลูกในชวง 107 ถึง 120 วัน ความหนา แนนตนขาวเฉลีย่ ระหวาง 621,867 ถึง 1,169,067 ตนตอไร มี ความสูงตนขาวเฉลีย่ ในชวง 66.9 ถึง 80.0 เซนติเมตร มุมเอียง ตนขาวเฉลีย่ ระหวาง 10.6 ถึง 19.7 องศาจากแนวดิง่ ความชืน้ ของเมล็ดเฉลี่ยในชวง 22.20 ถึง 30.42 เปอรเซ็นตฐานเปยก ความชืน้ ของฟางเฉลีย่ ระหวาง 57.84 ถึง 69.27 เปอรเซ็นตฐาน เปยก ผลผลิตรวมระหวาง 640 ถึง 940 กิโลกรัมตอไร ดังแสดง ในตารางที่ 2 จากการตรวจวัดความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยวโดยใช เครือ่ งเกีย่ วนวดสำหรับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 พบวา มีความ

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ตารางที่ 1 สภาพขาวทีท่ ำการตรวจวัดความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวด สำหรับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 จำนวนวัน ความหนาแนน เครือ่ งที่ หลังออกดอก ตนขาว (วัน) (ตน/ไร) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

30 30 35 35 35 35 38 38 30 34 40 42 42

446,933 278,400 230,400 344,533 453,333 264,533 366,933 327,467 387,200 425,600 278,400 480,000 418,133

ความสูง มุมเอียง อัตราสวน ความชืน้ ความชืน้ ผลผลิต ตนขาว ตนขาว เมล็ดตอฟาง เมล็ด ฟาง รวม (ซม.) (องศาจากแนวดิง่ ) (%wb) (%wb) (กก./ไร) 100.3 102.0 104.0 104.3 103.6 89.6 96.4 94.4 93.9 108.4 96.8 84.9 82.8

14.6 20.0 18.6 24.0 14.4 22.8 28.8 30.4 27.1 22.2 22.1 31.7 29.6

28.19 25.21 25.89 25.69 23.40 22.72 21.61 23.55 28.44 25.89 16.26 16.21 16.24

65.60 63.21 65.72 66.61 66.69 65.32 62.10 66.89 64.71 65.66 60.57 56.97 58.01

0.85 0.98 0.81 0.54 0.82 0.78 0.41 0.78 0.81 0.71 0.38 0.73 0.69

” g in r e e gin

326 360 359 448 409 388 390 311 370 424 308 344 380

n E ตารางที่ 2 สภาพขาวทีท่ ำการตรวจวัดความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วโดยใชเครือ่ งเกี al ย่ วนวด สำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 r จำนวนวัน ความหนาแนน ความสูง มุมเอียง ltu อัตราสวน ความชืน้ ความชืน้ ผลผลิต เครือ่ งที่ หลังออกดอก ตนขาว ตนขาว ตนic ขาu ว เมล็ดตอฟาง เมล็ด ฟาง รวม r (วัน) (ตน/ไร) (ซม.) (องศาจากแนวดิ ง่ ) (%wb) (%wb) (กก./ไร) g A f 10.6 1 107 697,600 70.9 29.24 67.15 0.68 640 o y 2 110 913,067 t 69.8 13.9 25.65 69.27 0.66 678 e i 3 110 1,169,067 15.4 28.30 66.63 0.66 835 c 75.8 o 4 110 16.0 26.60 65.23 0.67 704 S688,000 66.9 i a 5 119 h 970,667 71.8 14.8 23.75 63.80 1.07 849 T 992,000 73.1 6 119 19.7 23.39 66.34 0.53 876 7 8 9 10 11 12 13 14 15

110 120 118 119 119 118 119 109 119

621,867 776,533 642,133 940,800 730,667 804,267 922,667 808,533 775,467

68.5 79.9 78.1 79.5 76.1 69.6 68.4 80.0 69.6

15.9 16.3 14.8 17.4 14.4 16.8 13.9 16.3 15.8

30.42 23.04 29.23 23.45 29.38 22.20 26.45 27.80 26.10

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

63.20 59.29 69.17 64.41 59.28 57.84 58.54 66.52 62.50

0.44 0.43 0.37 0.91 0.62 1.01 0.98 0.73 0.92

699 702 730 940 693 873 698 763 816

ตารางที่ 3 ความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วขาวโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวดขาว สำหรับขาวพันธขุ าว ดอกมะลิ 105 เครือ่ ง ความสูญเสียจากเครือ่ งเกีย่ วนวด (%) ที่ การเกีย่ ว การนวด การคัดแยกฯ การทำความ สะอาด 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1.08 0.96 2.84 1.29 1.38 1.55 1.37 1.89 1.62 1.59 3.20 3.51 1.93

0.001 0.007 0.000 0.000 0.001 0.014 0.002 0.000 0.000 0.000 0.004 0.000 0.000

0.73 1.18 0.62 1.53 0.87 1.10 1.15 1.19 1.48 1.28 1.37 0.82 0.70

0.16 0.14 0.02 0.30 0.08 0.07 0.19 0.16 0.91 0.44 0.23 0.09 0.01

เฉลี่ย

1.86

0.002

1.08

0.22

รวม

ความ เมล็ด สะอาด แตกหัก (%) (%)

1.97 2.29 3.48 3.12 2.33 2.73 2.71 3.25 4.00 3.30 4.80 4.43 2.64

95.10 97.56 97.28 98.69 98.99 97.83 98.69 96.24 96.35 97.53 95.01 96.76 97.64

0.032 0.014 0.028 0.024 0.007 0.028 0.119 0.022 0.075 0.032 0.024 0.049 0.032

” g in r e e 3.16 97.21 in 0.037 g n E l ra

u t l ir cu Ag

ตารางที่ 4 ความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วขาวโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวดขาว สำหรับขาวพันธชุ ยั นาท เครือ่ ง ความสูญเสียจากเครือ่ งเกีย่ วนวด (%) ความ เมล็ด ที่ การเกีย่ ว การนวด การคัดแยกฯ การทำความ รวม สะอาด แตกหัก สะอาด (%) (%) 1 0.18 0.928 8.61 0.22 9.94 95.01 0.032 2 0.48 0.191 3.57 0.08 4.32 95.41 0.141 3 0.09 0.006 12.56 0.12 12.77 95.59 0.042 4 0.42 0.157 5.50 0.06 6.13 95.50 0.016 5 0.32 0.008 3.26 0.04 3.62 96.74 0.217 6 0.25 0.070 2.70 0.02 3.05 94.91 0.032 7 0.23 0.748 7.93 0.08 8.99 97.20 0.041 8 0.49 0.066 3.96 0.21 4.73 96.82 0.098 9 0.37 0.018 4.56 0.37 5.32 98.43 0.071 10 0.19 0.016 2.93 0.08 3.21 98.00 0.117 11 0.20 0.116 6.39 0.09 6.79 96.61 0.052 12 0.75 0.352 4.34 1.72 7.17 98.35 0.020 13 0.05 0.566 4.75 0.02 5.39 96.91 0.021 14 0.67 0.124 8.15 0.23 9.17 95.83 0.016 15 0.17 0.113 10.27 0.99 11.55 95.01 0.053 เฉลี่ย 0.32 0.232 5.97 0.29 6.81 96.42 0.065

f o y

t e i c

o S i

a h T

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

สูญเสียจากการเกี่ยวระหวาง 0.96 ถึง 3.51 เปอรเซ็นต หรือมี คาเฉลีย่ เทากับ 1.86 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการนวดมีคา ในชวง 0.000 ถึง 0.007 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 0.002 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการคัดแยกเมล็ดออกจากฟางมี ค าระหวาง 0.62 ถึง 1.53 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 1.08 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการทำความสะอาดมีคา ในชวง 0.01 ถึง 0.91 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 0.22 เปอรเซ็นต คิด เปนความสูญเสียรวมมีคา ระหวาง 1.97 ถึง 4.80 เปอรเซ็นต หรือ มีคา เฉลีย่ เทากับ 3.16 เปอรเซ็นต สวนเปอรเซ็นตความสะอาด ของผลผลิตมีคา ในชวง 95.01 ถึง 98.99 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 97.21 เปอรเซ็นต สำหรับปริมาณเมล็ดแตกหักมีคา ระหวาง 0.007 ถึง 0.119 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 0.037 ดังแสดงในตารางที่ 3 สวนความสูญเสียสำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 พบวา มีความ สูญเสียจากการเกี่ยวระหวาง 0.05 ถึง 0.75 เปอรเซ็นต หรือมี คาเฉลีย่ เทากับ 0.32 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการนวดมีคา ในชวง 0.006 ถึง 0.928 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 0.232 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการคัดแยกเมล็ดออกจากฟางมีคา ระหวาง 2.70 ถึง 12.56 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 5.97 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการทำความสะอาดมีคา ในชวง 0.02 ถึง 1.72 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 0.29 เปอรเซ็นต คิด เปนความสูญเสียรวมมีคา ระหวาง 3.05 ถึง 12.77 เปอรเซ็นต หรือ มีคา เฉลีย่ เทากับ 6.81 เปอรเซ็นต หรือประมาณสองเทาของขาว พันธขุ าวดอกมะลิ 105 สวนเปอรเซ็นตความสะอาดของผลผลิต มีคาในชวง 94.91 ถึง 98.43 เปอรเซ็นต หรือมีคาเฉลี่ยเทากับ 96.42 เปอรเซ็นต สำหรับปริมาณเมล็ดแตกหักมีคา ระหวาง 0.016 ถึง 0.217 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ เทากับ 0.065 ดังแสดงใน ตารางที่ 4 เมื่อนำผลความสูญเสียมาเทียบรอยละของความสูญเสีย รวมสำหรับขาวแตละพันธุ ดังแสดงในตารางที่ 5 พบวา สำหรับ ขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ความสูญเสียรอยละ 58.94 ของความ

f o y

สูญเสียรวมสำหรับขาวพันธุขาวดอกมะลิ 105 เกิดจากการ หั วเกี่ยว รองลงมาเปนความสูญเสียจากการคัดแยกเมล็ดออก จากฟางและการทำความสะอาดรอยละ 34.17 และ 6.82 ของ ความสูญเสียรวมสำหรับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ตามลำดับ สวนความสูญเสียจากการนวดมีคา นอยทีส่ ดุ คือรอยละ 0.07 ของ ความสูญเสียรวมสำหรับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ซึง่ ผลแตก ตางจากขาวพันธชุ ยั นาท 1 ทีม่ คี วามสูญเสียจากการคัดแยกเมล็ด ออกจากฟางมากที่สุดคือรอยละ 87.59 ของความสูญเสียรวม สำหรับขาวพันธุชัยนาท 1 รองลงมาเปนความสูญเสียจากการ เกีย่ วและการทำความสะอาดรอยละ 4.77 และ 4.27 ของความสูญ เสียรวมสำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 ตามลำดับ และความสูญเสีย จากการนวดมีคา นอยทีส่ ดุ คือรอยละ 3.41 ของความสูญเสียรวม สำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 ทัง้ นีเ้ นือ่ งมาจากคุณสมบัตขิ องพันธุ ขาวที่ขาวพันธุขาวดอกมะลิ 105 ซึ่งเปนขาวพันธุพื้นเมืองที่มี การรวงหลนงายเมือ่ สุกแกหรือขาวพันธนุ วดงายจึงทำใหมคี วาม สูญเสียสวนใหญมาจากการเกีย่ ว สวนขาวพันธชุ ยั นาท 1 เปน ขาวพันธลุ กู ผสมทีม่ กี ารรวงหลนยากกวาเมือ่ สุกแกหรือขาวพันธุ นวดยากกวาพันธุพื้นเมือง (วินิต และคณะ, 2546) จึงทำใหมี ความสูญเสียสวนใหญเกิดจากชุดนวดทีท่ ำการนวดและคัดแยก เมล็ดออกจากฟางซึง่ มีผลประมาณรอยละ 90 ของความสูญเสีย รวมสำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 นอกจากนี้อาจมีสาเหตุมาจากในชวงฤดูกาลเก็บเกี่ยว ขาวนาปของประเทศไทยที่สวนใหญเปนขาวพันธุเมืองโดย เฉพาะในพื้นที่ภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือที่มีการ เพาะปลูกขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 กันเปนสวนใหญ มีการสุก แกของผลผลิตในชวงเวลาใกลเคียงกันจึงทำใหเครือ่ งเกีย่ วนวด เก็บเกีย่ วขาวไมทนั ในชวงเวลาทีเ่ หมาะสมคือ 25 ถึง 35 วันหลัง การออกดอก (วินติ และคณะ, 2540) เห็นไดวา มีเครือ่ งเกีย่ วนวด ที่เก็บเกี่ยวหลังชวงเวลาที่เหมาะสม 7 เครื่อง จากทั้งหมด 13 เครือ่ ง (ตารางที่ 1) แสดงวามีเครือ่ งเกีย่ วนวดใชงานในพืน้ ทีท่ งุ กุลารองไหยังไมเพียงพอจึงสงผลใหเก็บเกี่ยวขาวที่ความชื้น

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

ตารางที่ 5 การเปรียบเทียบความสูญเสียเนือ่ งจากการทำงานของสวนตางๆ ของเครือ่ งเกีย่ วนวด

ความสูญเสียจากการเกีย่ ว ความสูญเสียจากการนวด ความสูญเสียจากการคัดแยกเมล็ดออกจากฟาง ความสูญเสียจากการทำความสะอาด ความสูญเสียรวม

พันธขุ าวดอกมะลิ 105 (%) (% ของความ สูญเสียรวม)

พันธชุ ยั นาท 1 (%) (% ของความ สูญเสียรวม)

1.86 0.002 1.08 0.22 3.16

0.32 0.232 5.97 0.29 6.81

58.94 0.07 34.17 6.82 100.00

4.77 3.41 87.59 4.24 100.00 7

คอนขางต่ำทีย่ งิ่ ทำใหเมล็ดหลุดรวงไดงา ย จึงควรสงเสริมใหมี เครื่องเกี่ยวนวดใชงานในฤดูเก็บเกี่ยวขาวนาปในพื้นที่ทุงกุลา รองไหใหมากขึ้น สวนขาวพันธุชัยนาท 1 ที่เก็บเกี่ยวในพื้นที่ จังหวัดขอนแกน กาฬสินธุ และมหาสารคาม เปนชวงฤดูนาปรัง ทีม่ พี นื้ ทีเ่ ก็บเกีย่ วไมมากเทากับฤดูนาปประกอบกับขาวพันธนุ ี้ เปนขาวพันธไุ มไวแสงมีอายุการเก็บเกีย่ วนับจากวันปลูกชัดเจน ในชวง 110 ถึง 120 วัน จึงทำใหเกษตรกรวางแผนในการเก็บ เกี่ยวใหไมตองเก็บเกี่ยวพรอมกัน จึงทำใหมีเครื่องเกี่ยวนวด เพียงพอในการใชงาน นอกจากนี้ยังมีบางรายที่เก็บเกี่ยวกอน ชวงเวลาที่เหมาะสมเพื่อใหทันกับราคาของผลผลิตที่เปลี่ยน แปลงในแตละวันจึงทำใหเก็บเกีย่ วขาวทีค่ วามชืน้ คอนขางสูงที่ ยิง่ ทำใหการนวดและคัดแยกเมล็ดออกจากฟางในชุดนวดกระทำ ไดยาก (สมชาย และวินติ , 2551) สำหรับความสะอาดของผลผลิต และเมล็ดแตกหักจากการ ใชเครือ่ งเกีย่ วนวดขาวสำหรับขาวทัง้ สองพันธมุ คี า ใกลเคียงกัน

สรุปผลการศึกษา ความสูญเสียจากการใชเครื่องเกี่ยวนวดขาวสำหรับขาว พันธชุ ยั นาท 1 มีคา สูงกวาพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ประมาณสอง เทา โดยความสูญเสียสวนใหญสำหรับขาวพันธชุ ยั นาท 1 เกิด จากการตัดแยกเมล็ดออกจากฟางในชุดนวด สวนขาวพันธขุ าว ดอกมะลิ 105 ความสูญเสียสวนใหญเกิดจากการเกีย่ วของชุดหัว เกี่ยว ดังนั้นในการศึกษาเพื่อพัฒนาการใชงานเครื่องเกี่ยวนวด ขาวในการเก็บเกีย่ วขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 หรือขาวพันธพุ นื้ เมือง ควรเนนศึกษาในสวนของชุดหัวเกี่ยว สวนการเก็บเกี่ยว ขาวพันธชุ ยั นาท 1 หรือขาวพันธลุ กู ผสม ควรเนนศึกษาในสวน ของชุดนวดโดยเฉพาะในกระบวนการคัดแยกเมล็ดออกจากฟาง

f o y

เอกสารอางอิง วินติ ชินสุวรรณ. 2553. การศึกษาประเมินประสิทธิภาพเครือ่ ง เกี่ยวนวดขาวเพื่อลดความสูญเสียและเพิ่มศักยภาพใน การสงออก. รายงานโครงการวิจยั ฉบับสมบูรณ เสนอตอ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีแหงชาติ (สวทช.) วินิต ชินสุวรรณ, นิพนธ ปองจันทร, สมชาย ชวนอุดม และ วราจิต พยอม. 2546. ผลของอัตราการปอนและความเร็ว ลูกนวดทีม่ ตี อ สมรรถนะการนวดของเครือ่ งนวดขาวแบบ ไหลตามแกน. วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหง ประเทศไทย. 10(1):9-14. วินติ ชินสุวรรณ, สมชาย ชวนอุดม และวราจิต พยอม. 2545. การ ประเมินความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยวขาว. วารสาร สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย. 9(1): 14-19. วิ นิ ต ชิ น สุ ว รรณ, สมชาย ชวนอุ ด ม, วสุ อุ ด มเพทายกุ ล , วราจิ ต พยอม และณรงค ปญญา. 2542. ความสูญเสียใน การเก็บเกีย่ วขาวหอมมะลิโดยใชแรงงานคนและใชเครือ่ ง เกีย่ วนวด. วารสารวิจยั มข. 4(2): 4-7. วินติ ชินสุวรรณ, สุเนตร โมงปราณีต และณรงค ปญญา. 2540. ระยะเวลาที่เหมาะสมในการเก็บเกี่ยวขาวหอมมะลิโดย ใชเครือ่ งเกีย่ วนวด. วารสารวิจยั มข. 2540; 2(1): 54-63. สมชาย ชวนอุดม และวินิต ชินสุวรรณ. 2551. การสรางและ ประเมินผลสมการประมาณความสูญเสียจากระบบการ นวดของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนสำหรับ ขาวพันธชุ ยั นาท 1. ว. วิจยั มข. 13(2): 251-260. สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร. 2551. สถิตกิ ารเกษตรประเทศ ไทย ป 2550. [ออนไลน] [อางเมือ่ 6 มิถนุ ายน 2553] จาก http://www.oae.go.th/oae_report/stat_agri/

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i กิตติกa รรมประกาศ h ขอขอบคุณ ศูนTยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว

และ ศูนยวิจัยเครื่องจักรกลเกษตรและวิทยาการหลังการเก็บ เกีย่ ว มหาวิทยาลัยขอนแกน ทีใ่ หการสนับสนุนการวิจยั นี้

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ความสูญเสียจากการกะเทาะขาวโพดโดยใชเครื่องนวดขาวแบบไหลตามแกน Losses of Corn Shelling due to the Use of Axial Flow Rice Threshers สมชาย ชวนอุดม1) วินติ ชินสุวรรณ2) Somchai Chuan-Udom1) Winit Chinsuwan2)

Abstract The objective of this study was to study losses of corn shelling due to the use of axial flow rice threshers in late rainy season crop of 2008 and early rainy season crop of 2009, 17 and 10 units of the thresher were tested respectively. Results of the study indicated that the average losses due to shelling, separating, and cleaning were 0.11, 0.24, and 0.08 % respectively with the average total losses of 0.43 %. The average cleaning efficiency and grain damage were 98.54 and 1.72 % respectively. The total losses were higher and the cleanliness was lower for the early rainy season crop compared with the other season. Keywords: Axial Flow Rice Thresher, Corn Shelling, Loss

บทคัดยอ

” g in r e e gin

การศึกษานีม้ วี ตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาความสูญเสียจากการกะเทาะขาวโพดโดยใชเครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกน สำหรับ ขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 จำนวน 17 เครือ่ ง และขาวโพดฤดูปลูกตนฝน ป 2552 จำนวน 10 เครือ่ ง พบวา ความสูญเสียจาก การกะเทาะ การคัดแยก การทำความสะอาดเฉลีย่ เทากับ 0.11, 0.24 และ 0.08 เปอรเซ็นต ตามลำดับ โดยมีความสูญเสียรวมเฉลีย่ 0.43 เปอรเซ็นต สวนเปอรเซ็นตความสะอาด และปริมาณเมล็ดแตกหักเฉลีย่ 98.54 และ 1.72 เปอรเซ็นต ตามลำดับ ความสูญเสียจากการ กะเทาะขาวโพดสำหรับฤดูปลูกตนฝนมีความสูญเสียมากกวา และมีเปอรเซ็นตความสะอาดต่ำกวาการกะเทาะขาวโพดฤดูปลูกปลาย ฝน คำสำคัญ: เครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกน, การกะเทาะขาวโพด, ความสูญเสีย

n E l ra

บทนำ

f o y

u t l ir cu Ag

ขาวโพดเลี้ยงสัตวมีความสำคัญตออุตสาหกรรมการ เลี้ ย งสัตวของไทยเปนอยางมาก ปจจุบันประเทศไทยมีพื้นที่ เพาะปลูกขาวโพดประมาณ 6 ลานไร ใหผลผลิตกวา 4 ลานตัน คิดเปนมูลคาประมาณ 2.5 หมืน่ ลานบาท (สำนักงานเศรษฐกิจ การเกษตร, 2551) การกะเทาะเมล็ดขาวโพดเปนกิจกรรมที่มี ความสำคัญในการผลิตขาวโพด เพราะทำใหเกิดความสะดวกใน การขนยาย แปรสภาพ เก็บรักษาและการซือ้ ขาย ทีผ่ า นไดมกี าร พัฒนาเครื่องกะเทาะขาวโพดและมีการใชแพรหลาย และใน ปจจุบันไดมีการนำเครื่องนวดขาวแบบไหลตามแกนที่นิยมใช กันมาก มาดัดแปลงเพื่อใหสามารถนวดขาวและกะเทาะขาว โพดได (ภาพที่ 1) เพือ่ เปนการเพิม่ การใชประโยชนของเครือ่ ง นวดขาว ในการใชเครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกนสำหรับนวด หรือกะเทาะพืชชนิดอืน่ ควรมีการปรับปรุงหรือดัดแปลงกลไก

t e i c

o S i

a h T

และการทำงานบางสวนของเครื่องตามความเหมาะสม (พินัย ทองสวัสดิว์ งศ และคณะ, 2546) จากการศึกษาทีผ่ า นมาไดมกี าร ปรับปรุงและดัดแปลงเครื่องนวดขาวในการนวดพืชชนิดอื่นๆ สมศักดิ์ พินจิ ดานกลาง (2544) ไดศกึ ษาตะแกรงนวดและความ เร็วลูกนวดทีม่ ผี ลตอการนวดทานตะวันดวยเครือ่ งนวดขาวแบบ ไหลตามแกน พบวา ควรใชระยะหางระหวางซี่ตะแกรงนวด ขนาด 19 มิลลิเมตรและใชความเร็วลูกนวดในชวง 17.27 ถึง 20.42 เมตรตอวินาที ทำใหเมล็ดทานตะวันมีความสูญเสีย จากการนวดนอยกวา 1 เปอรเซ็นต และ เมล็ดแตกหักนอยกวา 1 เปอรเซ็นต และประสิทธิภาพการนวดมากกวา 99 เปอรเซ็นต เสรี วงสพิเชษฐ (2534) ปรับปรุงเครื่องนวดขาวแบบไหลตาม แกนสำหรับนวดเมล็ดพันธปุ อคิวบา พบวา ตะแกรงนวดควรมี ความยาวไมนอยกวา 1.15 เมตร ระยะหางระหวางซี่ตะแกรง นวดควรอยใู นชวง 12 ถึง 16 มิลลิเมตร ระยะหางระหวางปลาย

ภาพที่ 1 การทดสอบเครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกนสำหรับการกะเทาะขาวโพด ซีน่ วดกับตะแกรงนวดลางระหวาง 27.5 ถึง 52.5 มิลลิเมตร และ ความเร็วลูกนวดในชวง 13 ถึง 20 เมตรตอวินาที อนุสรณ เวชสิทธิ์ (2534) ปรับปรุงเครือ่ งนวดขาวในการนวดถัว่ เหลือง พบวา ควร ใชความเร็วลูกนวดในชวง 10.7 ถึง 14.7 เมตรตอวินาที และ ลู กนวดแบบซี่นวดทำใหเมล็ดแตกหักนอยกวาแบบแถบนวด กองเกษตรวิศวกรรมไดปรับปรุงเครือ่ งนวดขาวสำหรับกะเทาะ ถัว่ เขียวผิวมันและไดนำหลักการของเครือ่ งนวดมาพัฒนาเครือ่ ง กะเทาะถัว่ เขียวผิวมัน (กิจจา กิจอิม่ ประเสริฐสุข, 2534) จากขอมูลขางตนพบวา การศึกษาการใชเครือ่ งนวดขาว แบบไหลตามแกนสำหรับการกะเทาะขาวโพดยังมีขอมูลอยู คอนขางนอย ถึงแมวา เกษตรกรนิยมใชเครือ่ งนวดขาวสำหรับ การกะเทาะข า วโพดบ า งในบางพื้ น ที่ แ ต ยั ง มี ข อ มู ล ด า น สมรรถนะการทำงานโดยเฉพาะความสูญเสียอยูคอนขางนอย ดังนัน้ การศึกษานีจ้ งึ มีวตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาความสูญเสียจาก การกะเทาะขาวโพดโดยใชเครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกน

f o y

n E l ra

u ผลการทดลองและวิจารณ t l ir cu จากการศึกษาการทำงานของเครื่องนวดขาวที่ดัดแปลง Ag สำหรับกะเทาะขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 เปนเครือ่ งนวด

t e i c

o S i

a h T

อุปกรณและวิธีการ การศึกษานีด้ ำเนินการ โดยทำการสมุ ตรวจวัดความสูญ เสีย ปริมาณเมล็ดแตกหัก และความสะอาดของผลผลิต จากการ ใชเครื่องนวดขาวแบบไหลตามแกน ในสภาพการทำงานจริง ของเกษตรกร ในพืน้ ทีอ่ ำเภอภูกระดึง และอำเภอผาขาว จังหวัด เลย สำหรับขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 จำนวน 17 เครือ่ ง และขาวโพดฤดูปลูกตนฝน ป 2552 จำนวน 10 เครือ่ ง กอนการทดสอบเก็บขอมูลความชื้นของเมล็ด ซัง และ เปลือกหุมเมล็ด รวมทั้งอัตราสวนเมล็ดตอวัสดุที่ไมใชเมล็ด จำนวน 3 ซ้ำ ในการทดสอบทำการวัดความเร็วลูกนวด มุมครีบวง

” g in r e e gin

เดือนจากแนวเพลาลูกนวด และอัตราการปอน และทำการเก็บ ตัวอยางทีอ่ อกมาจากชองรับผลผลิต ชองขับฟาง และชองทำความ สะอาด ดังแสดงในภาพที่ 2 พรอมกันเปนเวลา 10 วินาที จำนวน 3 ซ้ำ สวนเมล็ดทีไ่ ดจากชองรับผลผลิตเก็บตัวอยางมา 5 กิโลกรัม เพือ่ นำมาหาเปอรเซ็นตความสะอาดและปริมาณเมล็ดแตกหัก

ขาวขนาดความยาวชุดนวด 5, 6, 7 และ 8 ฟุต จำนวน 2, 10, 4 และ 1 เครือ่ ง ตามลำดับ สภาพการทำงานของเครือ่ งนวดใชความ เร็วลูกนวด 15.6 ถึง 23.5 เมตรตอวินาที มีมมุ ครีบวงเดือนจาก แนวเพลาลูกนวดเฉลีย่ 82.6 ถึง 89.2 องศา ใชอตั ราการปอน 3.8 ถึง 15.8 ตันตอชัว่ โมง สภาพขาวโพดทีก่ ะเทาะมีความชืน้ ของ เมล็ด 13.50 ถึง 22.70 เปอรเซ็นตฐานเปยก ความชื้นของซัง 14.69 ถึง 37.77 เปอรเซ็นตฐ านเป ย ก ความชื้ น ของเปลื อ ก 14.73 ถึ ง 36.39 เปอร เ ซ็นตฐานเปยก และอัตราสวนเมล็ดตอ วัสดุทไี่ มใชเมล็ด 3.46 ถึง 5.71 ดังแสดงในตารางที่ 1 ผลการตรวจวัดสำหรับขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 ดังแสดงในตารางที่ 2 พบวา มีความสูญเสียจากการกะเทาะ 0.002 ถึง 0.024 เปอรเซ็นต โดยมีคา เฉลีย่ 0.011 เปอรเซ็นต ความสูญ เสียจากการคัดแยกมีคา เฉลีย่ 0.111 เปอรเซ็นต หรือมีคา 0.005 ถึง 0.755 เปอรเซ็นต และความสูญเสียจากการทำความสะอาด มีคา 0.006 ถึง 0.222 เปอรเซ็นต โดยมีคา เฉลีย่ 0.051 เปอรเซ็นต เมือ่ คิดเปนความสูญเสียรวมมีคา 0.038 ถึง 0.831 เปอรเซ็นต หรือ มีคาเฉลี่ย 0.174 เปอรเซ็นต สวนเปอรเซ็นตความสะอาดมีคา

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ตารางที่ 1 สภาพการทำงานของเครือ่ งนวดและสภาพขาวโพดทีท่ ำการศึกษา สำหรับขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 ความยาว ความเร็ว มุมครีบวงเดือน อัตราการ ชุดนวด เครือ่ งที่ ลูกนวด จากแนวเพลาลูกนวด ปอนเมล็ด (ฟุต) (เมตร/วินาที) (องศา) (ตัน/ชัว่ โมง) 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8

1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 1

19.2 23.5 17.4 17.5 15.7 15.6 16.4 19.4 17.1 19.0 18.3 16.5 17.0 19.0 18.9 18.4 16.9

87.8 88.0 88.0 87.0 85.8 89.2 86.4 82.6 88.0 87.0 87.0 89.2 86.5 87.7 84.7 87.8 84.6

8.9 9.2 8.0 8.2 3.8 8.0 11.3 10.3 8.9 5.9 11.1 11.3 11.6 15.8 11.7 9.9 12.1

ความชืน้ (% ฐานเปยก) เมล็ด

ซัง

เปลือก

14.68 16.06 15.08 16.84 15.61 22.70 17.65 13.50 16.91 18.88 16.19 18.65 15.35 17.15 21.70 14.62 14.54

16.82 16.48 17.01 20.05 16.70 37.77 23.87 14.69 23.57 25.00 19.18 24.75 18.06 24.03 32.26 16.08 14.83

20.35 25.47 17.88 14.73 16.49 26.69 16.72 20.06 36.39 26.12 19.92 29.59 19.03 22.13 17.43 17.37 18.52

อัตราสวนเมล็ด ตอวัสดุทไี่ มใชเมล็ด

” g in r e e gin

n E l ra

5.28 5.01 4.78 3.71 3.63 3.55 3.64 4.60 5.40 4.79 4.28 4.79 4.53 4.90 3.46 5.71 5.06

u t l ir cu g 97.63 ถึง 99.67 เปอรเซ็นต โดยมีคา เฉลีย่ 99.04 เปอรเซ็A นต และ มีคาเฉลี่ย 0.110 เปอรเซ็นต เมื่อคิดเปนความสูญเสียรวมมีคา f ปริมาณเมล็ดแตกหักมีคา 0.85 ถึง 3.45 เปอรเซ็นตoโดยมีคา เฉลีย่ 0.326 ถึง 1.334 เปอรเซ็นต หรือมีคา เฉลีย่ 0.682 เปอรเซ็นต สวน y t 1.98 เปอรเซ็นต เปอรเซ็นตความสะอาดมีคา 97.23 ถึง 98.67 เปอรเซ็นต โดยมี e i สำหรับขาวโพดฤดูปลูกตนoฝนcป 2552 ทำการ ศึกษาเครือ่ ง คาเฉลีย่ 98.04 เปอรเซ็นต และปริมาณเมล็ดแตกหักมีคา 0.79 ถึง S นวดสำหรับกะเทาะขาวโพด ขนาดความยาวชุดนวด 5, 6, 7 และ 1.91 เปอรเซ็นต โดยมีคาเฉลี่ย 1.46 เปอรเซ็นต ดังแสดงใน i a 8 ฟุต จำนวน 1, 6, 2h และ 1 เครือ่ ง ตามลำดับ สภาพการทำงาน ตารางที่ 4 T วลูกนวด 17.0 ถึง 19.4 เมตรตอวินาที มีมมุ ของเครือ่ งใชความเร็ เมือ่ เฉลีย่ ความสูญเสียทัง้ สองฤดูเพาะปลูกพบวา มีความ

ครีบวงเดือนจากแนวเพลาลูกนวด 82.1 ถึง 86.1 องศา ใชอตั รา การปอน 9.6 ถึง 16.0 ตันตอชัว่ โมง สภาพขาวโพดทีก่ ะเทาะมี ความชืน้ ของเมล็ด 18.73 ถึง 45.84 เปอรเซ็นตฐานเปยก ความ ชืน้ ของซัง 21.06 ถึง 70.46 เปอรเซ็นตฐานเปยก ความชืน้ ของ เปลือก 15.62 ถึง 63.59 เปอรเซ็นตฐานเปยก และอัตราสวนเมล็ด ตอวัสดุทไี่ มใชเมล็ด 1.70 ถึง 2.77 (ตารางที่ 3) สำหรับขาวโพดฤดูปลูกตนฝน ป 2552 พบวา มีความสูญ เสียจากการกะเทาะ 0.060 ถึง 0.426 เปอรเซ็นต โดยมีคา เฉลีย่ 0.218 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการคัดแยกมีคา เฉลีย่ 0.360 เปอรเซ็นต โดยมีคา 0.131 ถึง 0.790 เปอรเซ็นต และความสูญ เสียจากการทำความสะอาดมีคา 0.063 ถึง 0.159 เปอรเซ็นต โดย

สูญเสียจากการกะเทาะเฉลีย่ 0.115 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจาก การคัดแยกเฉลี่ย 0.236 เปอรเซ็นต และความสูญเสียจากการ ทำความสะอาดเฉลีย่ 0.081 เปอรเซ็นต เมือ่ คิดเปนความสูญเสีย รวมเฉลีย่ 0.431 เปอรเซ็นต สวนเปอรเซ็นตความสะอาดเฉลีย่ 98.54 เปอรเซ็นต และปริมาณเมล็ดแตกหักเฉลีย่ 1.72 เปอรเซ็นต ดังแสดงในตารางที่ 5 จากตารางที่ 5 เมือ่ เปรียบเทียบความสูญเสีย เปอรเซ็นต ความสะอาด และปริมาณเมล็ดแตกหักสำหรับขาวโพด 2 ฤดูปลูก พบวา ความสูญเสียจากการกะเทาะ จากการคัดแยก จากการ ทำความสะอาด และความสูญเสียรวม สำหรับขาวโพดฤดูกาล ปลูกตนฝนมีคา มากกวาขาวโพดฤดูกาลปลูกปลายฝนอยางมีนยั

ตารางที่ 2 ความสูญเสียจากการกะเทาะขาวโพดโดยใชเครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกน สำหรับขาวโพด ฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 ความยาว ชุดนวด เครือ่ งที่ (ฟุต) 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8

1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 1 เฉลีย่

กะเทาะ

คัดแยก ทำความสะอาด รวม

(%)

ปริมาณเมล็ด แตกหัก (%)

0.006 0.002 0.008 0.018 0.023 0.006 0.011 0.024 0.019 0.017 0.009 0.013 0.010 0.011 0.003 0.003 0.007

0.020 0.005 0.027 0.116 0.182 0.017 0.136 0.755 0.039 0.094 0.115 0.027 0.059 0.042 0.189 0.015 0.052

99.33 99.35 99.33 98.29 99.21 98.54 97.63 99.35 98.76 99.67 99.50 98.24 99.47 99.64 98.86 99.40 99.08

1.15 1.54 1.00 2.30 2.26 2.35 1.54 1.51 2.37 1.53 3.45 2.12 2.50 3.07 2.77 1.28 0.85

0.011

0.111

99.04

1.98

ความสูญเสีย (%)

0.043 0.043 0.109 0.258 0.217 0.038 0.153 0.831 0.141 0.332 0.152 0.050 0.133 0.092 0.203 0.060 0.098

สูญเสียในสวนนี้สูงกวา นอกจากนี้ความชื้นที่สูงทั้งของเมล็ด ซัง และเปลือก ทำใหจำเปนตองใชความเร็วลมที่สูงในการ ทำความสะอาดซึง่ สงผลตอความสูญเสียจากการทำความสะอาด ทีส่ งู ตามไปดวย สำหรับเปอรเซ็นตความสะอาด พบวา ขาวโพด ฤดู ก าลปลู ก ปลายฝนมี ค า มากกว า ข า วโพดฤดู ก าลปลู ก ต น ฝนอยางมีนัยสำคัญทางสถิติ ทั้งนี้เนื่องมาจากผลจากความชื้น ของทัง้ เมล็ด ซัง และเปลือกทีส่ งู กวาของขาวโพดฤดูกาลปลูกตน ฝนทำใหประสิทธิภาพการทำความสะอาดของชุดทำความ สะอาดทำไดไมดีเทากับขาวโพดในฤดูกาลปลูกปลายฝนที่มี ความชืน้ ทัง้ ของเมล็ด ซัง และเปลือกนอยกวา ขาวโพดฤดูกาล ปลูกตนฝน สวนปริมาณเมล็ดแตกหักสำหรับขาวโพดทัง้ 2 ฤดู

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag0.051 0.174

y t e สำคัญทางสถิติ ดังแสดงในตารางที่ 5 ทัง้cนีiเ้ นือ่ งมาจากขาวโพด o ด ซัง และเปลือกทีส่ งู ในฤดูกาลปลูกตนฝนมีความชืน้ ทัS ง้ ของเมล็ i ซึง่ ความชืน้ นีเ้ ปนอุปสรรค กวาขาวโพดในฤดูกาลปลูกa ปลายฝน h อยางมากในการกะเทาะและคั T ดแยกในชุดนวด สงผลใหมคี วาม

0.017 0.036 0.074 0.124 0.012 0.016 0.006 0.052 0.083 0.222 0.028 0.010 0.064 0.039 0.011 0.043 0.039

ความสะอาด

กาลปลูกไมมคี วามแตกตางกันในทางสถิติ แตมแี นวโนมวาขาว โพดฤดูกาลปลูกตนฝนมีปริมาณเมล็ดแตกหักนอยกวาขาวโพด ฤดูกาลปลูกปลายฝน ทัง้ นีอ้ าจเนือ่ งมาจากผลจากความชืน้ ของ เมล็ดทีส่ งู มีผลตอปริมาณเมล็ดแตกหัก เพราะวาเมล็ดทีม่ คี วาม ชืน้ สูงกวาจะมีความยืดหยนุ คอนขางสูงกวาตอการถูกฟาดตีหรือ ขัดสีมากกวาเมล็ดทีม่ คี วามชืน้ ต่ำ (สมชาย และ วินติ , 2549) จึงสง ผลตอปริมาณเมล็ดแตกหักทีม่ คี า ต่ำไปดวย จากการสำรวจพบวาเกษตรกรเจาของเครือ่ งนวดขาวได ซือ้ เครือ่ งนวดขาวมือสองมาทำการดัดแปลงภายในชุดนวด โดย การเปลีย่ นซีต่ ะแกรงนวดลางจากเดิมทีม่ ขี นาด 9 มิลลิเมตร ให มีขนาดใหญขนึ้ เปน 12 หรือ 15 มิลลิเมตร เพือ่ ลดการชำรุดหรือ หักในขณะทำการกะเทาะขาวโพดของซี่ตะแกรงนวด โดยมี ระยะชองวางระหวางซีต่ ะแกรงนวด 18 ถึง 20 มิลลิเมตร ในสวน ของลูกนวดไดทำการดัดแปลงโดยการเปลีย่ นซีน่ วดใหมคี วาม ยาวลดลงจาก 100 มิลลิเมตร (4 นิว้ ) เปนขนาดความยาว 65 ถึง

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ตารางที่ 3 สภาพการทำงานของเครือ่ งนวดและสภาพขาวโพดทีท่ ำการศึกษา สำหรับขาวโพดฤดูปลูกตนฝน ป 2552 ความยาว ความเร็ว มุมครีบวงเดือน อัตราการ ชุดนวด เครือ่ งที่ ลูกนวด จากแนวเพลาลูกนวด ปอนเมล็ด (ฟุต) (เมตร/วินาที) (องศา) (ตัน/ชัว่ โมง) 5 6 6 6 6 6 6 7 7 8

1 1 2 3 4 5 6 1 2 1

19.4 17.5 17.6 19.2 18.2 17.6 18.0 18.5 19.0 17.0

82.8 85.8 82.1 86.1 84.2 86.1 84.4 84.5 84.2 84.5

12.5 16.0 9.6 10.4 10.2 10.0 13.3 15.2 10.7 11.3

ความชืน้ (% ฐานเปยก) เมล็ด

ซัง

เปลือก

29.98 31.58 27.82 45.84 18.73 23.60 24.61 26.54 20.88 38.86

53.51 55.92 49.07 70.46 21.06 38.55 41.09 45.18 27.32 60.96

35.04 37.37 27.03 63.59 15.62 21.91 25.28 25.83 22.33 55.15

อัตราสวนเมล็ด ตอวัสดุทไี่ มใชเมล็ด

” g in r e e gin

2.00 1.91 2.66 1.70 2.14 2.77 2.56 2.56 2.01 1.74

n E ตารางที่ 4 ความสูญเสียจากการกะเทาะขาวโพดโดยใชเครือ่ งนวดข aาlวแบบไหลตามแกน สำหรับขาวโพด r u ฤดูปลูก ตนฝน ป 2552 t l u c i ความยาว ปริมาณเมล็ด ความสูgญrเสีย (%) ความสะอาด ชุดนวด เครือ่ งที่ แตกหัก A ทำความสะอาด รวม f กะเทาะ คั ด แยก (ฟุต) (%) (%) o y t 0.761 0.077 1.232 97.71 5 1 0.395 1.64 e i c 6 1 o 0.292 0.173 0.063 0.528 97.27 0.83 S 6 1.10 i 2 0.426 0.790 0.118 1.334 98.41 a 6 h 3 0.065 0.162 0.100 0.326 97.93 1.64 T 6 4 0.204 0.350 0.159 0.714 98.67 1.91 6 6 7 7 8

5 6 1 2 1 เฉลีย่

0.060 0.160 0.248 0.186 0.317

0.131 0.294 0.427 0.360 0.552

0.146 0.097 0.075 0.132 0.100

0.336 0.550 0.750 0.677 0.969

98.29 98.52 97.67 98.42 97.23

1.58 1.65 1.76 1.91 0.79

0.218

0.360

0.110

0.687

98.04

1.46

ตารางที่ 5 การเปรียบเทียบความสูญเสีย เปอรเซ็นตความสะอาด และปริมาณเมล็ดแตกหัก จากการกะเทาะขาว โพดโดยใชเครือ่ งนวดขาวแบบไหลตามแกน ระหวางขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน ป 2551 และขาวโพด ฤดูปลูกตนฝน ป 2552 ฤดูปลูก ปลายฝน ป 2551 ตนฝน ป 2552 เฉลี่ย

กะเทาะ

ความสูญเสีย (%) คัดแยก ทำความสะอาด

0.011 a 0.218 b 0.115

0.111 a 0.360 b 0.236

0.051 a 0.110 b 0.081

รวม 0.174 a 0.687 b 0.431

ความสะอาด ปริมาณเมล็ด (%) แตกหัก (%) 99.04 a 98.04 b 98.54

1.98 a 1.46 a 1.72

หมายเหตุ : ตัวอักษรทีเ่ หมือนกันในแตละคอลัมนหมายถึงไมแตกตางทางสถิติ โดยใชคา LSD ทีร่ ะดับนัยสำคัญ 5% 75 มิลลิเมตร (2.5 ถึง 3 นิว้ ) เพือ่ เพิม่ ระยะหางระหวางตะแกรง นวดลางกับปลายซี่นวดเพื่อใหฝกขาวโพดถูกซี่นวดขัดสีกับ ตะแกรงนวดลาง นอกจากนีย้ งั ถอดซีน่ วดในลักษณะถอดซีเ่ วน ซีต่ ลอดความยาวของลูกนวดเพือ่ ลดแรงตานในขณะกะเทาะ ในสวนของความสูญเสียจากการทำความสะอาดมีคา นอยเชนเดียวกันโดยมีคาความสูญเสียเฉลี่ย 0.081 เปอรเซ็นต อุปกรณ ใ นสวนนีเ้ กษตรสวนใหญไมไดมกี ารดัดแปลง มีเพียง บางรายเทานั้นที่ไดดัดแปลงโดยการเปลี่ยนตะแกรงทำความ สะอาดจากขนาดของรูตะแกรง 15 มิลลิเมตร (5 หุน) เปน 19 มิลลิเมตร (6 หุน) จากการสอบถามเกษตรเจาของเครือ่ งนวดขาวแบบไหล ตามแกนทีไ่ ดทำการดัดแปลงเพือ่ ใหสามารถกะเทาะขาวโพดได พบวา เครือ่ งนวดขาวทีไ่ ดทำการดัดแปลงสามารถนวดขาวโดย เจาของเครือ่ งตะเวนรับจางนวดขาวนาป ในลักษณะเหมาจายตอ หนวยของผลผลิต ทั้งขาวนาไรและขาวนาสวน ในชวงกลาง เดือนตุลาคมถึงตนธันวาคม หลังจากนัน้ จะทำการปรับเครือ่ ง เพือ่ ใหสามารถกะเทาะขาวโพดไดโดยการปรับมุมครีบวงเดือน จากแนวเพลาลูกนวดใหมมี มุ เกือบตัง้ ฉากกับเพลาลูกนวด เพือ่ ชะลอการไหลของฝกขาวโพดเปนการเพิ่มเวลาในการกะเทาะ และการคัดแยกภายในชุดนวด สวนชุดทำความสะอาดจะทำการ ปรับแตเพียงปริมาณลม เนือ่ งจากเมล็ดขาวโพดหนักกวาเมล็ด ขาว ฉะนัน้ ในการทำงานเกษตรกรจะปรับโดยการเปดชองรับลม ใหกวางขึ้นเพิ่มปริมาณลมสำหรับทำความสะอาด และวัสดุที่ ตองทำความสะอาดประกอบดวยเมล็ดขาวโพด เศษซัง และ เปลือก เนือ่ งจากเศษซัง และเปลือก มีความหนาแนนนอยกวา เมล็ดขาวโพดมาก ดังนัน้ ในการทำความสะอาดจึงสามารถแยก เศษซังและเปลือกออกจากเมล็ดขาวโพดไดคอ นขางดี จึงทำให ผลผลิตสวนใหญที่ไดมีเปอรเซ็นตความสะอาดสูงกวา 99 เปอรเซ็นต และใชรบั จางกะเทาะขาวโพดโดยมีลกั ษณะการรับ

f o y

t e i c

o S i

a h T

จางเชนเดียวกับการนวดขาว คือในรูปแบบเหมาจายตอหนวย ของผลผลิต ในส ว นของปริ ม าณเมล็ ด แตกหั ก ซึ่ ง มี ค า เฉลี่ ย 1.72 เปอรเซ็นต เกษตรกรเจาของขาวโพดใหสมั ภาษณวา ไมมผี ลตอ การขายขาวโพด เนือ่ งจากภายหลังการกะเทาะเกษตรกรจะนำ ไปขายทันที ดังนัน้ ขาวโพดทีแ่ ตกหักจึงยังไมมเี ชือ้ ราเขาทำลาย จึงมีผลตอการขายขาวโพดคอนขางนอย

” g in r e e gin

n E l ra

สรุป u t กษาพบวา ความสูญเสียจากการกะเทาะเฉลี่ย lจากการศึ u c เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการคัดแยกเฉลี่ย 0.236 0.061 riเปอร g เซ็นต และความสูญเสียจากการทำความสะอาดเฉลีย่ 0.081 A เปอรเซ็นต เมือ่ คิดเปนความสูญเสียรวมเฉลีย่ 0.431 เปอรเซ็นต สวนเปอรเซ็นตความสะอาดเฉลีย่ 98.54 เปอรเซ็นต และปริมาณ เมล็ดแตกหักเฉลีย่ 1.72 เปอรเซ็นต ความสูญเสียจากการกะเทาะขาวโพดสำหรับฤดูปลูกตน ฝนมีความสูญเสียมากกวา มีเปอรเซ็นตความสะอาดต่ำกวาการ กะเทาะขาวโพดฤดูปลูกปลายฝน

คำขอบคุณ ผู วิ จั ย ขอขอบคุ ณ กองทุ น วิ จั ย คณะวิ ศ วกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน ที่ใหทุนสนับสนุนงานวิจัย และและ ศูนยวิจัยเครื่องจักรกลเกษตรและวิทยาการหลังการเก็บเกี่ยว ที่ใหการสนับสนุนอุปกรณและสถานที่ในการวิจัย

เอกสารอางอิง กิ จ จา อิ่ ม ประเสริ ฐ สุ ข . 2534. การศึ ก ษาป จ จั ย ที่ มี ผ ลต อ สมรรถนะของเครื่องกะเทาะถั่วเขียวผิวมันแบบไหล ตามแกน. [วิ ท ยานิ พ นธ ป ริ ญ ญาวิ ศ วกรรมศาสตร

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

มหาบัณฑิต สาขาวิชาเครือ่ งจักรกลเกษตร]. ขอนแกน: บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัย ขอนแกน. พินยั ทองสวัสดิว์ งศ และคณะ. 2546. คมู อื การใชเครือ่ งนวดขาว เกษตรพัฒนา. พิมพครัง้ ที่ [มปท]. สมชาย ชวนอุดม และวินติ ชินสุวรรณ. 2549. การสรางสมการ เพือ่ ประเมินความสูญเสียจากระบบการนวดของเครือ่ ง เกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนสำหรับขาวหอมมะลิ. ว.วิทยาศาสตรเกษตร. 37(2): 109-116. สมศักดิ์ พินจิ ดานกลาง. 2544. การศึกษาตะแกรงนวดและความ เร็วเชิงเสนปลายซีน่ วดทีม่ ผี ลตอการนวดทานตะวันดวย เครื่องนวดแบบไหลตามแกน [วิทยานิพนธปริญญา วิ ศ วกรรมศาสตรมหาบั ณ ฑิ ต สาขาวิ ช าเครื่ อ งจั ก ร กลเกษตร]. ขอนแกน: บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัย ขอนแกน.

สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร. 2551. สถิติการเกษตรของ ประเทศไทย ป 2550. [ออนไลน อางเมือ่ 20 สิงหาคม 2552] จาก http://www.oae.go.th/ statistic/ yearbook50/ เสรี วงสพเิ ชษฐ. 2534. การศึกษาแนวทางการปรับปรุงเครือ่ งนวด ขาวแบบไหลตามแกนสำหรับนวดเมล็ดพันธุปอคิวบา [วิทยานิพนธปริญญาวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขา วิชาเครื่องจักรกลเกษตร]. ขอนแกน: บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยขอนแกน. อนุสรณ เวชสิทธิ.์ 2534. การศึกษาเปรียบเทียบการนวดถัว่ เหลือง ดวยเครื่องนวดแบบไหลตามแกน โดยใชซี่เหล็กกลม และแถบเหล็กลูกฟูก [วิทยานิพนธปริญญาวิศวกรรม ศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเครื่องจักรกลเกษตร]. ขอนแกน: บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยขอนแกน.

” g in r e e gin

n E l ra

f o y

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

การอบแหงขาวเปลือกโดยใชรังสีอินฟราเรดและกาซรอนปลอยทิ้ง จากหัวเผาอินฟราเรด Paddy Drying Using Infrared Ray followed with Exhausted Gas from Infrared Burner จักรมาส เลาหวณิช1) Juckamas Laohavanich1)

บทคัดยอ การทดสอบอบแหงขาวเปลือกโดยใชรงั สีอนิ ฟราเรดและนำกาซรอนจากการเผาไหมของหัวเผาอินฟราเรดกลับมาใชอบ แหงตอ โดยทดสอบทีร่ ะดับ ความยาวคลืน่ สูงสุดของรังสีอนิ ฟราเรด 2.97 2.70 และ 2.47 ไมครอน และใชขา วเปลือกทีม่ คี วามชืน้ เริม่ ตน 20 25 และ 30 เปอรเซ็นตมาตรฐานเปยก ผลการศึกษาพบวาสามารถอบแหงขาวเปลือกในระยะเวลาสัน้ ๆ ไดดใี นทุกระดับ ของความชืน้ เริม่ ตนทีท่ ดสอบ โดยในกรณีคา ความยาวคลืน่ สูงสุดของรังสีอนิ ฟราเรดมากกวา 2.70 ไมครอน จะเหมาะสำหรับใชอบ แหงขาวเปลือกทีม่ คี วามชืน้ ต่ำ สวนคาความยาวคลืน่ ทีน่ อ ยกวานัน้ จะเหมาะสำหรับใชอบแหงทีข่ า วเปลือกความชืน้ สูง ซึง่ เงือ่ นไข ดังกลาวพบวาคุณภาพการสีทงั้ ตนขาวและความขาวของขาวเปลือกจากการทำนายมีคณ ุ ภาพใกลเคียงกับขาวอางอิง คำสำคัญ: การอบแหงขาวเปลือก รังสีอนิ ฟราเรด คุณภาพการสี

” g in r e Abstract e inburner was tested at maximum Paddy drying by infrared drying followed with exhausted gas from gas-fired infrared g nof paddy (Mc_in) were 20, 25 and 30% infrared peak wavelength (IR) of 2.97, 2.70 and 2.47 microns. The initial moisture contents E wet basis. The results found that paddy was dried in shortly time in each Mc_inrcondition. al Incase of IR higher than 2.70 microns u for paddy drying at high Mc_in. These drying was appropriate for paddy drying at low Mc_in, but the lower IR was suitable t l uto reference paddy from prediction. conditions had similar qualities of head rice yield and whiteness close c i r Keywords: Paddy drying, Infrared, Milling qualities g A f o y เกษตรกรนัน้ อาจสามารถลดหรือบรรเทาไดโดยการใชเครือ่ งมือ t คำนำ e i ปจจุบนั เกษตรกรมีการใชเครือ่ o งเกีcย่ วนวดในการเก็บเกีย่ ว อบแหงขนาดเล็กทีเ่ หมาะสมกับปริมาณการผลิตของเกษตรกร ขาวกันอยางแพรหลายมากขึน้ i ขS าวเปลือกทีเ่ ก็บเกีย่ วจึงมีความ เอง ซึง่ พบวามีการพัฒนาเครือ่ งอบแหงขนาดเล็กอยพู อสมควร aา 30 เปอรเซ็นตมาตรฐานเปยก อาทิ Soponronnarit et al. (1998) ไดพฒั นา Mobile fluidized bed ชื้นคอนขางสูงซึ่งอาจมากกว h T paddy dryer มีความสามารถในการอบแหงประมาณ 2.5-4 ตัน (%wb.) จำเปนตองมีการอบแหงเพื่อรักษาคุณภาพสำหรับการ เก็บรักษาหรือจำหนาย ซึง่ โดยทัว่ ไปการตากบนลานถือเปนวิธที ี่ เกษตรกรรวมถึงผปู ระกอบการลานรับซือ้ ขาวเปลือกและโรงสี นิยมมากทีส่ ดุ อยางไรก็ดี วิธดี งั กลาวเหมาะสำหรับขาวเปลือก มีความชื้นไมสูงมากซึ่งอาศัยระยะเวลาตากสั้นๆ แตหากขาว เปลือกมีความชืน้ สูง หรือสภาวะอากาศไมเอือ้ อำนวย อาจตองใช เครื่ อ งอบแห ง ในการแก ไ ขป ญ หาดั ง กล า ว ซึ่ ง โดยปกติ จ ะ พบเฉพาะในโรงสีและลานรับซื้อขาวเปลือกเทานั้นเนื่องจาก เครือ่ งจักรมีราคาสูง ปญหาและขอจำกัดของกระบวนการอบแหงในระดับ

ขาวเปลือก แตยังคงประสบปญหาการใชงานจากราคาน้ำมัน เชื้อเพลิงทีป่ รับตัวสูงขึน้ อยางตอเนือ่ งอีกทัง้ อุปกรณในการผลิต ลมรอนมีขนาดคอนขางใหญ เชนเดียวกับ ใจทิพย วานิชชัง และ คณะ (2546) ที่พัฒนาเครื่องอบแหงเมล็ดขาวเปลือกแบบไหล ตอเนื่อง เพื่อตองการแกปญหาขอจำกัดดานความสามารถใน ั นาเครือ่ ง การอบแหง รวมถึง โมไนย ไกรฤกษ (2551) ซึง่ ไดพฒ อบแหงขาวเปลือกตนแบบขนาดเล็กโดยใชคลืน่ ไมโครเวฟ ซึง่ เหมาะสำหรับเกษตรกรเปนตน การอบแหงดวยการแผรงั สีอนิ ฟราเรด เปนอีกเทคโนโลยี

1) คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยมหาสารคาม ต.ขามเรียง อ.กันทรวิชยั จ.มหาสารคาม 44150 Faculty of Engineering, Mahasarakham University, Kantarawichai, Mahasarakham 44150 16

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ทางเลือกหนึ่งที่อาจเหมาะสมสำหรับเงื่อนไขการอบแหงขาว เปลือกในระดับเกษตรกร เนือ่ งจากมีอปุ กรณทไี่ มซบั ซอน งาย ตอการประยุกตใชรว มกับเทคนิคการอบแหงดวยลมรอน หรือ รวมกับการใชรงั สีไมโครเวฟ อาศัยคุณสมบัตขิ องรังสีความรอน (Thermal Radiation) สามารถถายโอนความรอนใหกบั ผิววัสดุ โดยตรง และสามารถทะลุผา นเขาไปในเนือ้ วัสดุไดระดับหนึง่ โดยไมตองอาศัยตัวกลางสงผานความรอน (Ozisik, 1985; Mujamdar, 1995) จึงชวยใหขา วเปลือกมีอณ ุ หภูมสิ งู ขึน้ ไดใน ระยะเวลาอันสัน้ อีกทัง้ ยังสามารถเพิม่ อุณหภูมภิ ายในเนือ้ เมล็ด ไดในเวลาเดียวกัน ซึ่งเปนเงื่อนไขที่ทำใหเกิดการอบแหงได ดีขนึ้ (Nindo et al., 1995; Abe and Afzal, 1997; Amaratunga et al., 2005) โดย Laohavanich and Wongpichet (2007) ได พัฒนาการอบแหงขาวเปลือกดวย Gas-fired Infrared Dryer (GID) ทีใ่ ชแกสปโตรเลียมเหลวเปนเชือ้ เพลิงกำเนิดความรอน เพือ่ ใหแผนเซรามิก ของหัวเผาอินฟราเรดรอนและแผรงั สีออก มา โดยพบวาสามารถอบแหงขาวเปลือกความชื้นสูงใหเหลือ ประมาณ 13-16 % มาตรฐานเปยกไดในระยะเวลาเพียง 3-5 นาที นอกจากนั้นยังพบวากาซรอนจากการเผาไหมแผนเซรามิคยัง คงมีอุณหภูมิสูง ซึ่งนาจะเปนประโยชนหากนำมาใชอีกใน การอบแหงขาวเปลือก การวิจยั ครัง้ นีเ้ ปนการศึกษาวิธกี ารอบแหงขาวเปลือกโดย นำกาซรอนจากการเผาไหมของหัวเผา กลับมาใชในการอบแหง ตอจากการใชรงั สีอนิ ฟราเรด เพือ่ ใหทราบถึงการเปลีย่ นแปลง ของความชื้นขาวเปลือกในระหวางการอบแหงและตรวจวัด คุณภาพการสีของขาวเปลือกภายหลังการอบแหง สำหรับเปน

f o y

t e i c

แนวทางในการพัฒนาเครื่องอบแหงดัวยรังสีอินฟราเรดขนาด เล็กสำหรับเกษตรกรตอไป

อุปกรณและวิธีการ 1) เครื่องมือและอุปกรณสำคัญที่ใชในการทดลองและตรวจ สอบคุณภาพการสีขาว 1.1 ชุดทดสอบการอบแหงขาวเปลือกสองขัน้ ตอนโดยใช รังสีอนิ ฟราเรดและกาซรอนปลอยทิง้ จากหัวเผาอินฟราเรด เพื่อทดสอบการอบแหงขาวเปลือกดวยรังสีอินฟราเรด และนำกาซรอนปลอยทิ้งกลับมาใชในการลดความชื้นอีกครั้ง หนึ่งจึงไดออกแบบสรางเครื่องมือสำหรับใชในการทดสอบ (ภาพที่ 1) ประกอบด ว ย โครงสำหรั บ ติ ด ตั้ ง ชุ ด เบอร เนอรอินฟราเรดซึ่งอยูดานบน สวนดานลางเปนฐานที่ติดตั้ง มอเตอรสนั่ สำหรับใชในการเขยาชุดอุปกรณอบแหงทีป่ ระกอบ ดวยสองสวนคือชุดอบแหงดวยรังสีอนิ ฟราเรดทีอ่ อกแบบเปน ตะแกรงรูและแบงเปนชองๆ ติดตัง้ เอียงเล็กนอยใหขา วเปลือก ไหลไดดขี นึ้ โดยตะแกรงจะติดตัง้ อยใู ตหวั เผาอินฟราเรด 400 มม. ซึ่งเปนระยะที่รังสีกระจายสม่ำเสมอดี สวนดานลางของ ตะแกรงจะเปนสวนของอุปกรณอบแหงทีใ่ ชลมรอนจากการเผา ไหมแผนเซรามิคของเบอรเนอรอินฟราเรดซึ่งมีการควบคุม อุณหภูมโิ ดย Temperature controller โดยติดตัง้ โบลเวอรดดู กาซ รอนจากดานบนมาผานชุดตะแกรงซิกแซก โดยในการทดสอบ ขาวเปลือกในถังดานบนจะถูกปอนเขาตะแกรงเขยาเขาเครื่อง อบแหงดวยรังสีอินฟราเรดขาวเปลือกจากขั้นตอนการอบแหง ดวยรังสีอินฟราเรดจะไหลลงมาผานตะแกรงซิกแซกและไหล

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

o S i

a h T

ภาพที่ 1 ชุดทดสอบการอบแหงขาวเปลือกโดยใชรงั สีอนิ ฟราเรดและกาซรอนปลอยทิง้ จากหัวเผาอินฟราเรด วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

ออกทางดานลาง โดยเวลาในการใหอบแหงเพือ่ ประเมินผลการ เปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเมล็ดขาวเปลือกในทั้งสองขั้นตอน จะทดสอบที่อุปกรณละ 1 นาทีตอเนื่องกัน ซึ่งออกแบบโดย พิจารณาจากขนาดของหัวเผา ความยาวและมุมของตะแกรงรูที่ ติดตัง้ บนฐานสัน่ และพิจารณาเชนเดียวกับผลการศึกษาเรือ่ งการ ออกแบบพื้นที่อบแหงที่เหมาะสมสำหรับ Gas-fired infrared burner ของ Laohavanich et al. (2007) 1.2 ตอู บลมรอนสำหรับหาความชืน้ ตัวอยางขาวเปลือก 1.3 Data logger (YOKOGAWA model DX200) สำหรับ วัดและเก็บขอมูลอุณหภูมติ า งๆ 1.4 อุปกรณตรวจสอบคุณภาพขาว ไดแก เครือ่ งกะเทาะ ขาวเปลือก เครือ่ งขัดขาว และเครือ่ งวัดความขาว โดยทดสอบตาม วิธมี าตรฐานของกรมการขาว กระทรวงเกษตรและสหกรณ 2) วิธกี ารศึกษา 2.1 เงือ่ นไขและวิธกี ารทดสอบ ขั้นตอนการทดสอบเริ่มตนจากนำขาวเปลือกที่ระดับ ความชืน้ เริม่ ตนตางๆ (Mc_in) จำนวน 2 กก.ใสในถังปอนดาน บนเพือ่ ปอนขาวเปลือกเขาตะแกรงเขยาในอุปกรณอบแหงดวย รังสีอนิ ฟราเรด และไหลลงสตู ะแกรงซิกแซก ของอุปกรณอบ แหงจากกาซรอนปลอยทิง้ จากหัวเผาอินฟราเรด โดยทีท่ างออก ดานลางจะทำการสมุ ตัวอยางขาวเปลือกหลังจากผานการอบแหง ทัง้ สองขัน้ ตอน (Mc_out) จำนวน 3 ซ้ำเพือ่ หาความชืน้ และวัด อุณหภูมขิ องเมล็ด (GT) จากนัน้ นำขาวเปลือกไปตากผึง่ ไวให แหง แลวเก็บรักษาไว 7 วันกอนนำไปตรวจสอบคุณภาพการสี ปจจัยทีศ่ กึ ษาในการทดสอบอบแหงดวยรังสีอนิ ฟราเรด และ ดวยกาซรอนปลอยทิง้ จากหัวเผาอินฟราเรด ประกอบดวย ความชืน้ เริม่ ตนของขาวเปลือก (Mc_in) 3 ระดับไดแก 20 25 และ 30 เปอรเซ็นตมาตรฐานเปยก (%wb.) ระดับความยาวคลืน่ สูงสุด ของหัวเผาอินฟราเรด (Maximum peak wavelength, IR) 3 ระดับ ไดแก 2.97 2.70 และ 2.47 ไมครอน (มีคา อุณหภูมขิ องผิวเบอร เนอรเทากับ 700 800 และ 900 ?C ตามลำดับ ซึง่ สามารถคำนวณ ความสัมพันธของความยาวคลืน่ สูงสุดกับอุณหภูมไิ ดจาก Wien's displacement law) สำหรับการเตรียมตัวอยางขาวเปลือกทดสอบ นัน้ จะนำ เมล็ดขาวเปลือกทีท่ ำความสะอาดคัดแยกสิง่ เจือปนออก แลวเพิม่ ความชืน้ (Rewetting) ดวยการผสมน้ำคลุกเคลาใหเขากันแลว นำเขาเก็บไวในหองควบคุมทีอ่ ณ ุ หภูมิ 4 - 7?C เปนเวลา 7 วัน เพื่อใหไดเมล็ดขาวเปลือกมีความชื้นตามระดับที่ตองการ โดย ก อ นการทดสอบ จะนำข า วเปลื อ กออกมาวางไว ใ นสภาพ อุณหภูมิหอง เพื่อปรับอุณหภูมิเมล็ดใหเทากับอุณหภูมิอากาศ แวดลอม แลวสุมหาความชื้นเริ่มตนกอนการทดสอบโดยสุม

f o y

t e i c

o S i

a h T

ตัวอยางจำนวน 3 ซ้ำ ตามวิธีการมาตรฐาน ASAE Moisture Measurement: Grains and Seeds, Method S352.2 แลวคำนวณ หาความชืน้ ตอไป 2.2 การวิเคราะหผลการอบแหงขาวเปลือก ผลการทดสอบอบแหงทัง้ สองขัน้ ตอน จะแสดงในคาของ คาความชื้นขาวเปลือกที่ลดลงและอุณหภูมิเมล็ดหลังจากผาน การอบแหง รวมถึงคาอุณหภูมหิ วั เผาและกาซรอนทีใ่ ชอบแหง สวนคุณภาพขาวเปลือก จะแสดงดวยคารอยละของตนขาว ขาว หัก รำ และคาความขาว โดยคาการเปลีย่ นแปลงของตัวแปรดัง กลาวจะนำมาอธิบายดวยเทคนิคการวิเคราะหพนื้ ผิวตอบสนอง (Response Surface Methodology, RSM) ซึง่ เปนการวิเคราะห การถดถอยของขอมูลเพือ่ สรางแบบจำลองแสดงผลตอบสนอง ตอการเปลีย่ นแปลง จากการกระทำของปจจัยทดสอบระดับตางๆ โดยคาตอบสนองทีส่ งั เกต (Response variable, Y) จะมีความ สัมพันธแปรผันตามตัวแปรตางๆ ทีศ่ กึ ษา (Working variables, xi, i= 1,…,n) ซึง่ จะแสดงความสัมพันธในลักษณะสมการเชิง เสนโคงกำลังสอง หรือ Quadratic equation (Khuri, Cornell, 1987) ดังนี้ n

” g in r e e gin

Y = a0 + ∑ ai x i + ∑ aii x + ∑ ∑ aij xi x j

(1) l เมืu ่อ ara คือ คาคงที่, a คือ คาคงที่ของผลเชิงเสนตรง t l (Linear a คาคงทีข่ องผลเชิงเสนโคง (Quadratic efcu และeffects), ir fects) a คาคงทีข่ องผลของปฏิกริ ยิ าสัมพันธ (Interaction g A effect) i =1

i =1

i =1 j = i +1

ในการวิเคราะหการถดถอย ตัวแปรที่ศึกษาทุกตัว (Xi) จะถูกปรับใหเปนคารหัส (Coded value, xi) มีคา ปจจัยต่ำสุดและ สูงสุดอยรู ะหวาง -1 ถึง 1 จาก xi =

เมื่อ Xi Xi(mean) Xi(min)

X i − X i ( mean ) X i ( mean ) − X i (min)

(2)

หมายถึง ปจจัยทีศ่ กึ ษาซึง่ เปนตัวแปรตนมี จำนวนเทากับ i ปจจัย หมายถึง คาเฉลีย่ ของปจจัย i นัน้ ๆ คำนวณจาก คาระดับสูงสุดและต่ำสุด หมายถึง คาระดับต่ำสุดของปจจัย i

ดังนัน้ ในการทดสอบนี้ คาความชืน้ เริม่ ตนในการศึกษา (Mc_in) คือ 20 25 และ 30 %wb. จะปรับเปนคารหัส -1 0 และ 1 ตามลำดับ เชนเดียวกับคาความยาวคลืน่ สูงสุด (IR) 2.97 2.70 และ 2.47 ไมครอน จะปรับคาเปนคารหัส -1 0 และ 1 เพื่อ วิเคราะหการถดถอยตอไป

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ผลการทดลองและวิจารณ 1. การเปลี่ยนแปลงของความชื้นและอุณหภูมิเมล็ดของขาว เปลือก ความชืน้ เริม่ ตนของขาวเปลือก (Mc_in) และ ระดับความ ยาวคลืน่ สูงสุดของรังสีอนิ ฟราเรด (IR) ทีแ่ ปรคา 3 ระดับ เพือ่ ทดสอบการอบแหงขาวเปลือกสองขัน้ ตอน ไดแสดงการเปลีย่ น แปลงของความชื้นขาวเปลือกภายหลังจากผานการอบแหง (Mc_out) และอุณหภูมเิ มล็ดของขาวเปลือก (GT) ดังตารางที่ 1 รวมถึงคาอุณหภูมอิ ากาศปลอยทิง้ ทีน่ ำมาอบแหงขาวเปลือกใน เงื่อนไขตางๆ โดยจะเห็นไดวาคาอุณหภูมิอากาศปลอยทิ้ง แปรผกผันกับระดับความยาวคลืน่ สูงสุด (IR) ทีท่ ดสอบ ทัง้ นี้ เนือ่ งจากระดับ IR ทีม่ คี า นอยคาอุณหภูมทิ ผี่ วิ ของหัวเผาจะมีคา สูงกวา โดยทีร่ ะดับ IR เทากับ 2.97 2.70 และ 2.47 ไมครอน พบวา อุณหภูมอิ ากาศปลอยทิง้ จะมีคา ประมาณ 50 65 และ 75 oC ตาม ลำดับ ซึง่ ภายหลังการอบแหงพบวาลมรอนจะมีอณ ุ หภูมลิ ดลง o ประมาณ 5-10 C การเปลี่ ย นแปลงของความชื้ น ภายหลั ง การอบแห ง (Mc_out) และอุณหภูมิเมล็ด (GT) ซึ่งอธิบายดวยเทคนิคการ วิเคราะหพื้นผิวตอบสนอง (RSM) ตามสมการที่ (1) สามารถ แสดงไดดงั สมการที่ (2) และ (3) จากการวิเคราะหการถดถอยของ ขอมูล ซึง่ มีคา R2=0.978 และ 0.995 ตามลำดับ เมือ่ สรางกราฟ พื้นผิวตอบสนองลักษณะสามมิติแสดงการเปลี่ยนแปลงของ ความชืน้ และอุณหภูมจิ ากผลของระดับปจจัยทีท่ ดสอบคือ ความ ชืน้ เริม่ ตนและระดับความยาวคลืน่ สูงสุด สามารถแสดงในภาพ ที่ 2

f o y

Mc_outprd = 22.533+(3.912 * Mc_in)-(2.328*IR) -(0.942*IR2)-(0.985* Mc_in*IR (2) GTprd = 38.833-(2.062* Mc_in)+(6.583*IR) +(4.517*IR2)-(0.450* Mc_in*IR (3) เมือ่ Mc_out prd = ความชืน้ ขาวเปลือกหลังผานการอบแหง จากการทำนาย GTprd = อุณหภูมเิ มล็ดขาวเปลือกหลังผาน การอบแหงจากการทำนาย จากกราฟ จะเห็นไดวา คา Mc_out จะเปลีย่ นแปลงเนือ่ ง จากอิทธิพลของ Mc_in มากกวา IR สังเกตไดจากความชัน ของกราฟทีม่ คี วามชันมากกวา โดยอัตราการลดลงของความชืน้ ทุกระดับที่ทดสอบมีคาใกลเคียงกันเนื่องจากเสนกราฟแสดง ลักษณะเปนเสนตรง ซึ่งเปนชวงที่ขาวเปลือกยังมีความชื้นสูง โดยเฉพาะบริเวณผิว คลายกับพฤติกรรมทีเ่ กิดขึน้ ในการอบแหง ขาวเปลือกความชืน้ สูงดวยลมรอน (Soponronnarit et al.,1999) ในขณะที่อัตราการลดลงของความชื้นเมื่อพิจารณาระดับ IR จะเห็นไดวา ทีร่ ะดับ IR ต่ำ (อุณหภูมหิ วั เผาสูง) มีอทิ ธิพลทำให อัตราการลดลงของความชืน้ สูงกวาทีร่ ะดับ IR สูง (อุณหภูมหิ วั เผาต่ำ) เล็กนอย สังเกตจากความชันของกราฟมีความชันมากกวา ส ว นการเปลี่ ย นแปลงของ GT ระดั บ ของค า IR ที่ ทดสอบกลับแสดงใหเห็นวามีอทิ ธิพลตอการเปลีย่ นแปลงของ Mc_out มากกวาอิทธิพลของ Mc_in โดยเฉพาะทีร่ ะดับเทากับ 2.70 และ2.47 ไมครอน ซึง่ สังเกตไดจากกราฟมีความชันมาก และทำใหอุณหภูมิเมล็ดเพิ่มขึ้นถึงระดับประมาณ 50 oC เมื่อ ทดสอบทีร่ ะดับ IR เทากับ 2.47 ไมครอน สำหรับอิทธิพลของ

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i cมขิ องขาวเปลือกภายหลังการอบแหง ตารางที่ 1 ความชืน้ และอุณoหภู iS Testing conditions Testing results a h Mc_in T IR IR bunrner Recycled air temperature Moisture content (%wb) (microns) temperature (oC) 20 20 20 25 25 25 30 30 30

2.97 2.70 2.47 2.97 2.7 2.47 2.97 2.70 2.47

704 802 904 708 805 902 709 804 905

( C) o

Tinlet

Toutlet

48.0 60.1 75.0 58.6 66.1 72.0 52.5 65.1 74.1

41.5 49.7 65.4 49 55.3 60.5 46 51 59.4

Grain temperature of paddy after drying (oC) (Mc_out, %wb) 19.2 17.8 16.6 24.0 23.2 19.2 28.6 26.6 22.0

38.2 41.2 52.2 37.1 38.3 50.4 35.0 37.0 47.2 19

ภาพที่ 2 พืน้ ผิวตอบสนองของการเปลีย่ นแปลงของความชืน้ และอุณหภูมขิ า วเปลือก ตารางที่ 2 คุณภาพการสีของขาวเปลือกภายหลังการอบแหง Testing condition Mc_in IR (%wb) (microns) 20 2.97 20 2.7 20 2.47 25 2.97 25 2.7 25 2.47 30 2.97 30 2.7 30 2.47 Reference rice

Milling quality Head rice yield Broken rice Barn Whiteness (%) (%) (%) 30.6 30.4 28.2 33 32.4 32.5 32.3 34.3 35.1 32.9

f o y

t e i c

o S i

อุณหภูมเิ มล็ดจะเพิม่ สูงขึน้ เมือ่ ใชคา Mc_in ต่ำลง 2. การเปลี่ยนแปลงของคุณภาพขาวเปลือกภายหลังการอบ แหง อิทธิพลของระดับ Mc_in และ IR ตอการเปลีย่ นแปลง ของคุณภาพการสีขา วเปลือกภายหลังการทดสอบไดแสดงดวย คาเปอรเซ็นตตน ขาว ขาวหัก รำ และคาความขาว (ตารางที่ 2) คุณภาพการสีของขาวเปลือกทีท่ ดสอบครัง้ นีถ้ อื วาอยใู นเกณฑที่ ไมสูง เนื่องจากมีเปอรเซ็นตขาวหักคอนขางมากเมื่อพิจารณา จากคุณภาพขาวอางอิงซึง่ ไมผา นการทดสอบอบแหง อยางไรก็ดี ในบางเงือ่ นไขทีท่ ำการทดสอบพบวาเปอรเซ็นตตน ขาว และคา ความขาวมีคา เพิม่ ขึน้ และสูงกวาคาอางอิง แตลกั ษณะการเพิม่ ขึน้

11.8 11.4 12.2 11.4 9.3 9 9.6 9 9.9 8.1

n E l ra

u t l ir cu Ag

a h T่ระดับ IR เดียวกันจะเห็นไดวา ระดับ Mc_in เมื่อทดสอบที

31.1 30.1 30.7 29.3 31.8 30.8 35 33.2 31.6 28.1

” g in r e e gin41.7 43.2 45.2 41.1 39.4 39.4 38.9 36.6 35.1 40.8

ของทัง้ สองตัวชีว้ ดั มีแนวโนมตรงขามกัน ซึง่ สามารถแสดงให เห็นไดโดยการวิเคราะหพื้นผิวตอบสนองเชนเดียวกับการ วิเคราะหการเปลีย่ นแปลงความชืน้ และอุณหภูมเิ มล็ดในผลการ ทดสอบทีผ่ า นมา โดยทำการวิเคราะหการเปลี่ยนแปลงของคุณภาพการสี ภายหลังการอบแหง เฉพาะคาเปอรเซ็นตตน ขาว และคาความ ขาว แสดงคาในลักษณะสัมพัทธเทียบกับคาคุณภาพการสีของ ขาวอางอิง ไดแก คาเปอรเซ็นตตน ขาวสัมพัทธ (Relative head rice yield, RHY) และคาความขาวสัมพัทธ (Relative Whiteness, RW) ตามรูปสมการที่ (1) และแสดงคาไดดงั สมการที่ (4) และ (5) ซึง่ มีคา R2=0.951 และ 0.974 ตามลำดับ โดยกราฟพืน้ ผิวตอบ สนองลักษณะสามมิติแสดงการเปลี่ยนแปลงคุณภาพการสีได

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ภาพที่ 3 พืน้ ผิวตอบสนองของการเปลีย่ นแปลงของเปอรเซ็นตตน ขาวสัมพัทธและคาความขาวสัมพัทธของขาวเปลือก แสดงดังภาพที่ 3 RHYprd= 100.141+(6.368*Mc_in)-(2.492*Mc_in2) -(1.282*IR2)+(3.965*Mc_in*IR) (4) RWprd = 97.44-(7.937* Mc_in)-(0.777*IR) +(1.157*IR2)-(4.452* Mc_in*IR) (5) เมือ่ RHYprd = รอยละตนขาวสัมพัทธหลังผาน การอบแหงจากการทำนาย RWprd = ความขาวสัมพัทธหลังผานการ อบแหงจากการทำนาย ภาพแสดงพืน้ ผิวตอบสนองของ RHY มีความชันในทิศ ทางทีค่ า RHY เพิม่ จากเงือ่ นไขการอบแหงทีร่ ะดับ MC_in เทา กับ 20 %wb. และ IR เทากับ 2.97 ไมครอน จนมีคา มากกวาคา อางอิง (>100%RHY) เมือ่ มีเงือ่ นไขการอบแหงทีร่ ะดับ MC_in เทากับ 30 %wb. และ IR เทากับ 2.47 ไมครอน แสดงใหเห็นวา ทัง้ MC_in และIR มีผลตอการเปลีย่ นแปลงของ RHY โดยการ ทีป่ ริมาณตนขาวมากกวาขาวอางอิง เกิดขึน้ เนือ่ งจากในระหวาง การอบแหงดวยรังสีอินฟราเรด ไดเกิดการเจลาติไนเซชันของ โมเลกุลแปงในเมล็ดขาว ทำใหเกิดการจับเรียงตัวกันใหมของ อะไมโลสและอะไมโลเพคตินทำใหเมล็ดขาวมีความแกรงขึ้น (Laohavanich and Wongpichet, 2007; สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ และคณะ, 2541) อยางไรก็ดกี ารเปลีย่ นแปลงดังกลาวจะทำใหคา ความขาวของขาวสารลดลงอยางรวดเร็วสังเกตไดจากกราฟ แสดงคา RW มีความชันสูงโดยเฉพาะในเงื่อนไขอบแหงที่ ระดับ MC_in เทากับ 30 %wb. และ IR เทากับ 2.47 ไมครอน สวนในระดับ MC_in เทากับ 20 %wb. ทีค่ า RW สูงนัน้ มีสาเหตุ จากมีการแตกหักของขาวสูงทำใหภายหลังขัน้ ตอนขัดขาวความ ขาวของขาวจึงมีคา สูง ซึง่ ขาวทีแ่ ตกหักมากจะสังเกตไดชดั เจน ในกราฟแสดง RHY ทีเ่ งือ่ นไขการอบแหงทีร่ ะดับ MC_in เทา กับ 20 %wb. และ IR เทากับ 2.47 ไมครอน

f o y

t e i c

o S i

a h T

สรุปผลการทดลอง การอบแหงโดยใชรังสีอินฟราเรดและนำกาซรอนจาก การเผาไหมของหัวเผาอินฟราเรดกลับมาใชอบแหงตอ พบวา สามารถอบแหงขาวเปลือกภายในระยะเวลาสัน้ ๆ ไดเปนอยาง ดี ในทุกระดับของความชื้นเริ่มตนที่ทดสอบ โดยคาความยาว คลืน่ สูงสุดของรังสีอนิ ฟราเรดมากกวา 2.70 ไมครอน จะเหมาะ สำหรับใชอบแหงขาวเปลือกที่มีความชื้นต่ำ สวนคาความยาว คลืน่ ทีน่ อ ยกวานัน้ จะเหมาะสำหรับใชอบแหงทีข่ า วเปลือกความ ชื้นสูง ซึ่งเงื่อนไขดังกลาวพบวาคุณภาพการสีทั้งตนขาวและ ความขาวของขาวเปลือกจากการทำนายมีคุณภาพใกลเคียงกับ ข า วอ า งอิ ง โดยในการใช ง านจริ ง เครื่ อ งอบแห ง ด ว ยรั ง สี อินฟราเรดขนาดเล็กที่จะพัฒนาขึ้นดวยหลักการนี้ในการลด ความชื้นขาวเปลือกชวงเริ่มตนกอนที่จะนำไปลดความชื้นตอ ดวยวิธกี ารทัว่ ไป อาทิเชน การตากบนลานหรือใชเครือ่ งอบแหง ซึง่ จะสามารถชวยลดระยะเวลาทีใ่ ชในการอบแหงไดเปนอยาง ดี อันจะเปนประโยชนสำหรับเกษตรกรตอไป

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

คำขอบคุณ ขอขอบคุ ณ คณะวิ ศ วกรรมศาสตร มหาวิ ท ยาลั ย มหาสารคาม ทีไ่ ดสนับสนุนเงินทุนสำหรับการวิจยั ครัง้ นี้

เอกสารอางอิง สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ , อดิ เ ทพ ทวี รั ต นพานิ ช ย , สมบรู ณ เวชกามา, งามชืน่ คงเสรี และสุนนั ทา วงศปย ชน. 2541. ผลพลอยไดจากการอบแหงขาวเปลือกโดยใชเทคนิค ฟลูอิไดเซชั่น. วารสารราชบัณฑิตสถาน. 24(2): 49-64. ใจทิพย วานิชชัง, ผดุงศักดิ์ วานิชชัง, คมกฤช กิตติพร และคณะ. 2546. การพัฒนาเครือ่ งอบแหงเมล็ดขาวเปลือกแบบไหล

ตอเนือ่ ง. ว.วิทยาศาสตรเกษตร. 34 (4-6 (พิเศษ)): 130-133 Abe T. and Afzal T.M. 1997. Thin-layer infrared radiation drying of rough rice. Journal of Agricultural Engineering Research, 67: 289-297. Amaratuga K.S.P, Pan Z., Zheng X. and Thompson J.F. 2005. Comparison of drying characteristics and quality of rough rice dried with infrared and heated air. ASAE Paper No. 056005, ASAE USA: American Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, MI. Khuri A.Z. and Cornell J.A. 1987. Response surface design and analysis. New York: Marcel Dekker. Ozisik M.N. 1985. Heat transfer: a basic approach. New York: McGraw-Hill. Mujumdar A.S, editor. 1995. Handbook of industrial drying. volume 1. New York: Marcel Dekker. Sopanronnarit S., Rordprapat W. and Wetchacama S. 1998. Mobile fluidized bed paddy dryer. Drying Technology. 16(7): 1501 - 1513.

Soponronnarit S., Wetchacama S., Swadisevi T. and Poomsa-ad N. 1999. Managing moist paddy by drying, tempering, and ambient air ventilation. Drying Technology. 17(1&2): 335-344. Laohavanich J., Yangyuen S. and Wongpichet S. 2009. The Application of Response Surface Methodology for Designing The Drying Area for Gas-Fired Infrared Dryer. in The 20 th DAAAM World Symposium "Intelligent Manufacturing & Automation: Theory, Practice & Education", 25-28 November 2009, Vienna Austria. Laohavanich J. and Wongpichet S. 2007. Drying characteristics and milling quality aspects of paddy dried with gas-fired infrared. Journal of Food Process Engineering. 32(3): 442-461. Nindo CI, Kudo Y. and Bekki E. 1995. Test model for studying sun drying of rough rice using far infrared radiation. Drying Technology. 13(1&2): 225-238.

” g in r e e gin

n E l ra

f o y

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

จลนพลศาสตรการอบแหง โครงสรางระดับจุลภาค และลักษณะเนื้อสัมผัส ของเผือกแผนที่ผานการอบแหงที่สภาวะตางๆ Drying Kinetics, Microstructure and Textural Characteristics of Taro Chips undergoing Different Drying Conditions สิรนิ ทร เนินชัด1) จินดาพร จำรัสเลิศลักษณ1) ชลิดา เนียมนยุ 2) สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ 3) Sirinton Neanchat1) Jindaporn Jamradloedluk1) Chalida Niamnuy2) Somchart Soponronnarit3)

Abstract Drying medium and temperature are the key parameters affecting drying kinetics, textural characteristics and microstructure of dried products. Such properties might vary from material to material. In this study, taro slices with the size of 30 mm x 30 mm x 3 mm were dried by superheated steam and hot air at the temperatures of 130-170?C to compare drying kinetics, textural properties and microstructure of the products obtained. The experimental results showed that drying medium had strong influences on drying characteristics and properties of the taro chips. Taro slices dried by superheated steam were harder, stiffer and crispier than those dried by hot air. Superheated steam and hot air drying provided products with the hardness of 10.76 - 14.49 N and 5.08 - 8.83 N respectively. Analysis of microstructure revealed that superheated steam drying mostly gave the product with larger number of pores per area and bigger average pore size than hot air drying. Taro chip prepared by superheated steam and hot air drying had the numbers of pores per area in the ranges of 89 - 166 hole/mm2 and 124 - 133 hole/mm2 and had average pore diameters in the ranges of 19.18 - 28.45 mm and 18.27 - 18.51 mm respectively. However, compared to drying medium, drying temperature had less effect on textural properties and microstructure of the taro chips. Keywords : Microstructure, Texture, Hot air, Superheated steam

” g in r e e gin

n E l ra

f o y

u t l ir cu Agบทคัดยอ

อุณหภูมแิ ละชนิดของตัวกลางในการอบแหงเปนตัวแปรสำคัญทีส่ ง ผลตอจลนพลศาสตรการอบแหง ลักษณะเนือ้ สัมผัสและ โครงสรางระดับจุลภาคของผลิตภัณฑ ซึง่ ลักษณะทีเ่ กิดขึน้ อาจแตกตางกันไปตามชนิดของผลิตภัณฑ งานวิจยั ฉบับนีไ้ ดศกึ ษาการอบ แหงเผือกแผนขนาด 30 mm x 30 mm x 3 mm ดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ และอากาศรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130-170oC โดยทำการเปรียบเทียบ จลพลศาสตรการอบแหง โครงสรางระดับจุลภาค และลักษณะเนือ้ สัมผัสของเผือกแผนทีไ่ ดจากการอบแหงทีส่ ภาวะตางๆ จากการ ศึกษาพบวา ตัวกลางในการอบแหงเปนตัวแปรทีม่ อี ทิ ธิพลอยางมากตอจลนพลศาสตรการอบแหงและสมบัตติ า งๆของผลิตภัณฑ โดย เผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ มีคา ความแข็งมากกวา ความแกรงมากกวา และความกรอบมากกวาเผือกแผนทีผ่ า น การอบแหงดวยอากาศรอน ซึง่ การอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ และอากาศรอนใหผลิตภัณฑทมี่ คี า ความแข็งอยใู นชวง 10.76 - 14.49 N และ 5.08 - 8.83 N ตามลำดับ เมือ่ พิจารณาโครงสรางระดับจุลภาค พบวา สวนใหญการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ ใหผลิตภัณฑ ทีม่ จี ำนวนรูพรุนเฉลีย่ ตอพืน้ ทีม่ ากกวา และขนาดเฉลีย่ ของรูพรุนใหญกวาการอบแหงดวยอากาศรอน โดยเผือกแผนทีผ่ า นการอบ แหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ และอากาศรอนมีจำนวนรูพรุนอยใู นชวง 89 - 166 รู/พืน้ ที่ (mm2) และ 124 - 133 รู/พืน้ ที่ (mm2) และมี ขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลีย่ อยใู นชวง 19.18 - 28.45 mm และ 18.27 - 18.51 mm ตามลำดับ อยางไรก็ตามพบวา อุณหภูมอิ บแหงมี อิทธิพลตอโครงสรางระดับจุลภาคและลักษณะเนือ้ สัมผัสนอยกวาชนิดของตัวกลางทีใ่ ชในการอบแหง คำสำคัญ : โครงสรางระดับจุลภาค, ลักษณะเนือ้ สัมผัส, อากาศรอน, ไอน้ำรอนยวดยิง่

t e i c

o S i

a h T

1) นิสติ ปริญญาโท 2) อาจารย คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยมหาสารคาม อ.กันทรวิชยั จ.มหาสารคาม 44150 1) Graduated student, 2) Lecturer, Faculty of Engineering, Mahasarakham University, Kantarawichai, Mahasarakham 44150 3) ศาสตราจารย คณะพลังงานสิง่ แวดลอมและวัสดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี กรุงเทพฯ 10140 Professor, School Energy, Environment, and Materials, King's Mongkut's University of Technology Thonburi, Bangkok 10140 วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

คำนำ เผือก (Colocasia esculenta (L.) Schott) เปนพืชหัวซึง่ มี การปลู ก อยู ทั่ ว ไปในแถบประเทศเขตร อ นและกึ่ ง เขตร อ น หั วเผือกประกอบไปดวยเสนใย (0.6-0.8 g/100g) โปรตีน (2-6 g/100g) วิตามิน ฟอสฟอรัส แคลเซียม และแปง (70-80 g/100g) ดังนั้นจึงถือเปนอาหารที่ใหพลังงานสูง (Onwueme, 1999) สำหรับประเทศไทยมีการปลูกเผือกอยแู ทบทัว่ ทุกภาค โดยเผือก หอมพันธุเชียงใหมไดรับความนิยมคอนขางมากเนื่องจากมี กลิน่ หอมและมีลกั ษณะสีทสี่ วย (สีขาวปนจุดมวง) จึงมีการนำไป แปรรูปเปนผลิตภัณฑหลายชนิด เชน เผือก กวน เผือกฉาบ แปง เผือก หรือใชเปนผสมในอาหารหวานประเภทตางๆ เพือ่ เพิม่ รส ชาติและกลิน่ ทีห่ อม ปจจุบนั เผือกยังคงเปนทีต่ อ งการของตลาด ตางประเทศ เชน ออสเตรเลีย ฮองกง ญีป่ นุ เนเธอรแลนด และ มาเลเซีย (มาลินี พิทกั ษ, 2539) การอบแหงโดยทัว่ ไปมักใชอากาศเปนตัวกลางในการแลก เปลี่ยนความรอน แตในระยะหลังเริ่มมีการนำเอาไอน้ำรอน ยวดยิง่ มาใชในกระบวนการอบแหงมากขึน้ เนือ่ งจากวิธกี ารอบ แหงดังกลาวมีอากาศอยใู นระบบนอยมากทำใหไมเกิดปฏิกริ ยิ า ออกซิเดชันและปฏิกริ ยิ าอืน่ ๆ ทีม่ อี อกซิเจนเขามาเกีย่ วของ นอก จากนีก้ ารอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ ยังสงผลดีตอ คุณภาพบาง ประการของผลิตภัณฑอบแหงดวย ปจจุบนั มีการศึกษาการอบ แหงเนือ้ สัตวและผลิตผลทางการเกษตรดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ อยู พอสมควร เชน การอบแหงเนือ้ หมู (Uengkimbuan et al., 2006), กุง (Namsanguan et al., 2004) ไก (Nathakaranakule et al., 2007) มันฝรัง่ (Iyota et al., 2001; Tang and Cenkowski, 2000) ทุเรียน (Jamradloedluk et al., 2007) และขาว (Rodprapat et al., 2005) ซึง่ โดยสวนใหญจะเปนการศึกษาจลนพลศาสตรการอบ แหงและสมบัตติ า งๆของวัสดุ และผลทีไ่ ดจะแตกตางกันไปตาม

f o y

t e i c

o S i

a h T

สภาวะการอบแหงและชนิดของวัสดุอบแหง เมื่อพิจารณา คุณภาพของผลิตภัณฑอบแหงจะเห็นวา นอกจากคุณภาพดานสี แลวลักษณะเนื้อสัมผัสถือเปนคุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่ง ของผลิตภัณฑอบแหง ในระหวางกระบวนการอบแหงโดยทัว่ ไปมักเกิดการเปลี่ยนแปลงภายในโครงสรางของวัสดุ ซึ่งการ เปลีย่ นแปลงลักษณะโครงสรางภายในวัสดุจะสงผลกระทบโดย ตรงตอลักษณะเนื้อสัมผัสของวัสดุในที่สุด ดังนั้น การศึกษา ความสัมพันธระหวางโครงสรางระดับจุลภาคและลักษณะเนือ้ สัมผัสของผลิตภัณฑอบแหงจึงเปนสิ่งที่นาสนใจ งานวิ จั ย นี้ มี วั ต ถุ ป ระสงค ใ นการศึ ก ษาอิ ท ธิ พ ลของ อุณหภูมแิ ละชนิดของตัวกลางทีใ่ ชในการอบแหงทีม่ ผี ลตอโครง สรางระดับจุลภาค ลักษณะเนื้อสัมผัส รวมถึงจลนพลศาสตร การอบแหงเผือกแผนพันธุเชียงใหม

อุปกรณและวิธีการ

” g in r e e gin

การเตรียมวัสดุ นำเผือกหอมพันธุเชียงใหมมาลางทำความสะอาด ปอก เปลือกแลวหัน่ ตามขวางดวยเครือ่ ง Slicing machine (Savioli, model 300S, Italy) ใหไดความหนา 3 mm จากนัน้ นำพิมพโลหะ ขนาด 30 mm x 30 mm กดเผือกใหไดความกวางและความยาว เทาที่กำหนด แลวจึงนำผลิตภัณฑวางบนตะแกรงสแตนเลส จำนวน 2 ตะแกรงๆ ละ 36 ชิน้ เพือ่ เตรียมเขาหองอบ สำหรับ ความชืน้ เริม่ ตนของผลิตภัณฑหาไดโดยการนำผลิตภัณฑไปอบ แหงในตอู บลมรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 103 oC จนกระทัง่ น้ำหนักคงที่ (AOAC, 1984)

n E l ra

u t l ir cu Ag

วิธีการอบแหง เครื่องอบแหงที่ใชสำหรับการศึกษาในครั้งนี้เปนเครื่อง อบแหงแบบถาดซึง่ สามารถอบแหงไดทงั้ แบบอากาศรอนและ

ภาพที่ 1 ลักษณะเครือ่ งอบแหงทีใ่ ชในงานวิจยั 24

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ไอน้ำ ร อ นยวดยิ่ ง อุ ป กรณ ห ลั ก ของเครื่ อ งอบแห ง ได แ ก หองอบแหงซึง่ มีขนาด กวาง 40 cm ยาว 60 cm อุปกรณใหความ รอนขนาด 13 kW ควบคุมดวยระบบ PID และพัดลมเหวีย่ งใบ พัดหลังโคงขนาด 3 hp (ภาพที่ 1) อุณหภูมแิ ละความเร็วของตัว กลางทีใ่ ชในการอบแหงเทากับ 130-170 oC และ 1 m/s ตามลำดับ โดยจะชั่งน้ำหนักของผลิตภัณฑกอนนำเขาหองอบดวยเครื่อง ชั่ ง น้ำ หนั ก (OHAUS, Adventurer PRO, USA) สำหรั บ การอบแหงดวยอากาศรอน (HA) จะนำผลิตภัณฑออกมาชั่ง น้ำหนักทุกๆ 5 นาที จนกระทัง่ น้ำหนักของผลิตภัณฑคงที่ สวน กรณี ก ารอบแห ง ด ว ยไอน้ำ ร อ นยวดยิ่ ง (SHS) ทำการ ทดลองเหมือนในกรณีการอบแหงดวยอากาศรอน แตมกี ารเปด Boiler เพือ่ สงไอน้ำเขามาในระบบ และทำการชัง่ น้ำหนักของ เผือกแผนที่เวลา 0.5 1 2 3 4 5 และตอไปทุกๆ 5 นาที จนกระทั่งผลิตภัณฑสดุ ทายมีปริมาณความชืน้ อยใู นชวง 6- 9 %d.b. โดยแตละเงือ่ นไขการอบแหงจะทำการทดลอง 2 ซ้ำ และ ขณะทำการอบแหงไดวัดอุณหภูมิกึ่งกลางของผลิตภัณฑดวย เทอรโมคัปเปล Type K ทุกๆ 1 นาที การทดสอบลักษณะเนื้อสัมผัส ได ทำการวิ เ คราะห ลั ก ษณะเนื้ อ สั ม ผั ส ของเผื อ กแผ น หลัง การอบแหงดวยการทดสอบแรงกดโดยใชเครื่องวัดเนื้อ สัมผัส (TA.XT.plus, Stable Micro Systems, UK) ซึง่ ติดตัง้ หัว วัดแบบ HDP/CFS ขนาด 6 mm ภาระ (Load cell) 1 kg โดยใชคา ความเร็วในการกดที่ 1 mm/s ความเร็วในการยกหัววัดกลับที่ 10 mm/s ระยะทางในการกด 5 mm และคาน้ำหนักทีเ่ ริม่ เก็บขอมูล 10 g โดยในแตละสภาวะการอบแหงจะทำการทดสอบผลิตภัณฑ จำนวน 70 ชิน้ คาทีท่ ำการวัดและบันทึกไดแก ความแข็ง (แรง กดสูงสุด, N) ความแกรง (ความชันเริม่ ตนของกราฟระหวางแรง กดกั บ ระยะทางกด, N/mm) และความกรอบ (จำนวนพี ก ของกราฟระหวางแรงกดกับระยะทางกด)

f o y

จลนพลศาสตรการอบแหง จากลักษณะจลนพลศาสตรการอบแหงเผือกแผนดวย อากาศรอน (HA) และไอน้ำรอนยวดยิง่ (SHS) ดังแสดงในภาพ ที่ 2-3 พบวา สำหรับตัวกลางในการอบแหงทัง้ สองชนิด การอบ แหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 170 oC สามารถลดความชืน้ ของเผือกแผนไดเร็ว กวาการอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 150 oC และ 130 oC ตามลำดับ ทัง้ นี้ เนือ่ งจากการอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู ทำใหเกิดการถายเทความรอน จากตัวกลางไปยังผลิตภัณฑเพือ่ ใชในการระเหยน้ำไดมากกวา การอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมติ ่ำ เมื่อทำการเปรียบเทียบจลนพลศาสตรการอบแหงเผือก แผนดวยอากาศรอนและไอน้ำรอนยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 150 oC (ภาพที่ 4) พบวา ในชวงแรกของการอบแหงเผือกแผนดวย ไอน้ำรอนยวดยิง่ จะเกิดการควบแนนของไอน้ำทีบ่ ริเวณผิวของ เผือกแผนขึน้ จึงสงผลใหอตั ราสวนความชืน้ (Moisture ratio, MR) เพิม่ ขึน้ ในขณะทีก่ ารอบแหงดวยอากาศรอนเกิดการควบ แนนบริเวณที่ผิวของเผือกแผนนอยมาก จึงทำใหในชวงแรก ของการอบแหงการใชอากาศรอนสามารถลดความชืน้ ไดเร็วกวา การใชไอน้ำรอนยวดยิ่ง นอกจากนี้การควบแนนที่เกิดขึ้นใน กรณีการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิ่งยังทำใหความชื้นและ อุณหภูมทิ ผี่ วิ ของผลิตภัณฑมสี ภาวะทีเ่ หมาะสมสำหรับการเกิด Gelatinization ทำใหเม็ดแปง (Starch granule) เกิดการหลอม กลายเปนผิวปดและเกิดเปนลักษณะแผนแข็ง (Crust) ขึ้น ใน ขณะทีผ่ วิ ดานนอกแข็งตัวแตดา นในของผลิตภัณฑยงั มีอยคู วาม ชืน้ เหลืออยู ทำใหความชืน้ แพรออกจากผลิตภัณฑไดยากขึน้ ดัง นั้นจึงสงผลใหการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิ่งสามารถลด ความชืน้ ในผลิตภัณฑไดชา กวาการอบแหงดวยอากาศรอน นอก จากนีย้ งั พบวา สำหรับการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ นัน้ ใน ชวงตนของการอบแหง (2-5 นาทีแรก) อุณหภูมขิ องผลิตภัณฑ จะสูงขึ้นอยางรวดเร็ว จนถึงอุณหภูมิจุดเดือดของน้ำ จากนั้น จะคงที่ที่อุณหภูมินี้เปนระยะเวลาหนึ่ง แลวจึงคอยๆเพิ่มขึ้น จนมี ค า เข า ใกล อุ ณ หภู มิ ข องตั ว กลาง ส ว นอุ ณ หภู มิ ข อง ผลิตภัณฑทอี่ บแหงดวยอากาศรอนจะเพิม่ ขึน้ อยางตอเนือ่ งจนมี คาเขาใกลอณ ุ หภูมขิ องตัวกลางในการอบแหง เมือ่ พิจารณาใน ภาพรวมจะพบวา การอบแหงดวยอากาศรอนจะทำใหอณ ุ หภูมิ ของผลิตภัณฑเขาใกลอณ ุ หภูมขิ องตัวกลางในการอบแหงไดเร็ว กวาการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

ผลการทดลอง

การวิเคราะหโครงสรางระดับจุลภาค โครงสรางระดับจุลภาคของเผือกอบกรอบทำการวิเคราะห โดยใชกลองจุลทรรศนอเิ ล็กตรอนแบบสองกราด (JEOL, model JSM-5800LV, Tokyo, Japan) ทีแ่ รงดันไฟฟา 10 kV โดยทำการ ศึกษาทัง้ บริเวณผิวและภาคตัดขวางของผลิตภัณฑทกี่ ำลังขยาย 1000X และ 55X ตามลำดับ สำหรับการวิเคราะหลกั ษณะภาคตัด ขวางไดนำผลิตภัณฑหลังการอบแหงมาหักใหแตกแบบอิสระ กอนนำไปเคลือบทองและถายภาพ แลวจึงนำภาพถายทีไ่ ดไปวิ เคราะหขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลี่ยและจำนวนรูพรุนเฉลี่ย ตอพืน้ ที่ ดวยโปรแกรม Image analysis (Version 6.0) ตอไป

โครงสรางระดับจุลภาคของผลิตภัณฑ เมือ่ นำเผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ และอากาศรอนที่อุณหภูมิตางๆไปสองดวยกลองจุลทรรศน อิเล็กตรอนแบบสองกราดเพื่อศึกษาลักษณะโครงสรางระดับ

ภาพที่ 2 ความสัมพันธระหวางอัตราสวนความชืน้ กับระยะเวลาในการอบแหงเผือกแผน ดวยอากาศรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130 150 และ170oC (HA-130 oC = การอบแหงดวย อากาศรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130 oC)

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

ภาพที่ 3

f o ความสัมพันธรtะหว y างอัตราสวนความชื้นกับระยะเวลาในการอบแหงเผือก e i ำรอนยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 130 150 และ170 C (SHS-130 C = แผนดวc ยไอน้ การอบแห So งดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ ทีอ่ ณุ หภูมิ 130 C) o

a h T

ภาพที่ 4 ความสัมพันธระหวางอัตราสวนความชืน้ กับเวลาในการอบแหงเผือกแผนดวยไอน้ำรอน ยวดยิง่ และอากาศรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 150 oC 26

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

(A) ผิวของเผือกทีผ่ า นการอบแหงดวยอากาศรอน

(B) ผิวของเผือกทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่

” g in r e e gin

n E ภาพที่ 5 โครงสรางระดับจุลภาคของเผือกแผนทีผ่ า rนการอบแห al งทีอ่ ณุ หภูมิ 150 C u t l จุลภาค พบวา สำหรับทุกอุณหภูมอิ บแหงจะมีเม็ดแปง (Starch u จึงเร็วและสมบูรณกวา จึงทำใหไมพบเม็ดแปงเหลืออยทู ผี่ วิ ของ c i granule) เหลืออยูที่ผิวของผลิตภัณฑซึ่งผานการอบแหงg ดวrย เผือกแผน เมือ่ พิจารณาภาพตัดขวางของเผือกแผนทีผ่ า นการอบ อากาศรอนมากกวากรณีทผี่ า นการอบแหงดวยไอน้ำfรอA นยวดยิง่ แหงดวยไอน้ำรอนยวดยิ่งและอากาศรอนที่อุณหภูมิ 150 C (ภาพที่ 5 A และ B) ทัง้ นีเ้ นือ่ งจากวาการอบแหงo ดวยไอน้ำรอน (ภาพที่ 5 C และ D) พบวา การอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ จะให y t ยวดยิง่ เกิดการควบแนนทีผ่ วิ ของผลิตภัie ณฑทำใหความชืน้ และ เผือกแผนที่มีขนาดของรูพรุนใหญกวาการอบแหงดวยอากาศ c อุณหภูมสิ งู ขึน้ อยางรวดเร็ว การเกิoด Gelatinization ของเม็ดแปง รอนอยางเห็นไดชดั และรูพรุนดังกลาวยังมีขนาดทีไ่ มสม่ำเสมอ S i ตารางที a ่ 1 ลักษณะของรูพรุนทีเ่ กิดขึน้ ในเผือกแผนซึง่ ผานการอบแหงที่ h T สภาวะตางๆ (C) ภาคตัดขวางของเผือกทีผ่ า นการอบแหงดวยอากาศรอน (D) ภาคตัดขวางของเผือกทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ o

สภาวะการอบแหง

ขนาดเสนผานศูนยกลาง เฉลีย่ ของรูพรุน (mm)

จำนวนรูพรุนเฉลี่ย ตอพืน้ ที(่ รู/mm2)

SHS -130 oC SHS -150 oC SHS -170 oC HA -130 oC HA -150 oC HA -170 oC

19.18 ± 16.08 4.68 ± 22.50 28.45 ± 45.86 18.27 ± 18.49 18.40 ± 18.91 18.51 ± 19.49

166.30 ± 27.93 165.23 ± 24.45 89.00 ± 20.58 124.78 ± 75.01 133.63 ± 23.23 133.85 ± 29.61

SHS-130 oC = การอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130 oC HA-130 oC = การอบแหงดวยอากาศรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130 oC วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

ตารางที่ 2 ความแข็ง ความแกรง และความกรอบของเผือกแผนซึง่ ผานการอบแหง ทีส่ ภาวะตางๆ สภาวะการอบแหง

ความแข็ง (Hardness), N

ความแกรง (Stiffness), N/mm

ความกรอบ (จำนวนพีก)

SHS -130 oC SHS -150 oC SHS -170 oC HA -130 oC HA -150 oC HA -170 oC

10.76 ± 3.25 13.75 ± 4.46 14.49 ± 4.03 5.08 ± 3.61 7.90 ± 3.75 8.83 ± 3.30

19.08 ± 6.65 23.56 ± 5.27 24.38 ± 4.88 11.62 ± 3.40 13.75 ± 4.36 13.52 ± 4.61

3 ± 1.50 3 ± 1.61 3 ± 1.72 1.80 ± 1.20 2.51 ± 1.48 2.60 ± 1.78

SHS-130 oC = การอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130 oC HA-130 oC = การอบแหงดวยอากาศรอนทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130 oC อีกดวย เมือ่ นำภาพถายภาคตัดขวางของเผือกแผนซึง่ ผานการอบ แหงทีส่ ภาวะตางๆไปวิเคราะหเพือ่ หาขนาดเสนผานศูนยกลาง เฉลี่ยและจำนวนรูพรุนเฉลี่ยตอพื้นที่ ดวยโปรแกรม Image analysis ไดผลดังแสดงในตารางที่ 1 ซึ่งจากตารางดังกลาว จะเห็นวา สวนใหญเผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำรอน ยวดยิ่งจะมีขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลี่ยของรูพรุนใหญกวา และมีจำนวนรูพรุนเฉลีย่ ตอพืน้ ทีม่ ากกวาเผือกแผนทีผ่ า นการอบ แหงดวยอากาศรอน โดยเผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำ รอนยวดยิ่งมีขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลี่ยและจำนวนรูพรุน เฉลีย่ ตอพืน้ ทีอ่ ยใู นชวง 19.18 - 28.45 mm และ 89 - 166 รู/mm2 ตามลำดับ ในขณะทีเ่ ผือกแผนซึง่ ผานการอบแหงดวยอากาศรอน จะมีขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลี่ยและจำนวนรูพรุนเฉลี่ยตอ พืน้ ทีอ่ ยใู นชวง 18.27 - 18.51 mm และ 124 - 133 รู/mm2 ตาม ลำดับ สาเหตุทเี่ ปนเชนนีอ้ าจเนือ่ งจากวาการอบแหงดวยไอน้ำ รอนยวดยิง่ อุณหภูมขิ องผลิตภัณฑจะสูงถึง 100 oC ในเวลาอัน รวดเร็ว ทำใหน้ำในผลิตภัณฑเกิดการเดือดกลายเปนไอ มีความ ดันภายในวัสดุมากจึงสงผลใหเกิดรูพรุนขนาดใหญและจำนวน รูพรุนทีม่ ากกวาการอบแหงดวยอากาศรอน (ยกเวนทีอ่ ณ ุ หภูมิ o 170 C ซึ่งเกิดรูพรุนขนาดใหญมากทำใหจำนวนรูพรุนลดลง อยางเห็นไดชัด) เมื่อพิจารณาอิทธิพลของอุณหภูมิอบแหงที่มี ผลตอขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลีย่ ของรูพรุนพบวา อุณหภูมทิ ี่ เพิม่ สูงขึน้ มีแนวโนมใหผลิตภัณฑทมี่ ขี นาดของรูพรุนใหญขนึ้ อยางไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกับอิทธิพลของชนิดตัวกลางใน การอบแหงถือไดวาอุณหภูมิอบแหงมีอิทธิพลตอขนาดของรู พรุนนอยกวาชนิดของตัวกลางในการอบแหง

f o y

t e i c

o S i

a h T

การทดสอบคุณภาพดานเนื้อสัมผัส ผลการทดสอบคุณภาพดานเนือ้ สัมผัสของเผือกแผนหลัง การอบแหงที่สภาวะตางๆแสดงในตารางที่ 2 ซึ่งจากตารางดัง กลาวพบวา เผือกแผนที่ผานการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิ่ง จะมีคา ความแข็ง ความแกรง และความกรอบมากกวาเผือกแผน ทีผ่ า นการอบแหงดวยอากาศรอนในทุกชวงอุณหภูมิ ทัง้ นีเ้ นือ่ ง จากการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิ่งใหผลิตภัณฑที่มีลักษณะ เปนแผนแข็งทีผ่ วิ ซึง่ ความหนาของแผนแข็งทีเ่ กิดขึน้ จะเห็นได อยางชัดเจนเมือ่ เปรียบเทียบกับกรณีการอบแหงดวยอากาศรอน (ภาพที่ 5 C และ D) ลักษณะการเปนผิวแข็ง (Case hardening) ที่เกิดขึ้นนี้สงผลกระทบโดยตรงตอคาความแข็งและคาความ แกรงของผลิตภัณฑ โดยจากกราฟแสดงความสัมพันธระหวาง แรงกับระยะทางในการกดของเผือกแผนที่อบแหงดวยไอน้ำ รอนยวดยิ่ง จะพบวา สวนใหญคาแรงกดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ พีกแรก (ไมไดแสดงผล) นั่นคือ วัสดุมีความแข็งมากที่สุดที่ บริเวณผิว ขนาดของแรงกดทีส่ งู ขึน้ ในทันใดทำใหไดความชัน ของกราฟทีส่ งู ดังนัน้ คาความแกรงจึงสูงดวยเชนกัน ลักษณะ การเกิด Gelatinization และแผนแข็งบริเวณผิวของผลิตภัณฑที่ ผานการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิ่งนี้สงผลใหผลิตภัณฑมี ขนาดของรูพรุนทีใ่ หญและไมสม่ำเสมอ ซึง่ ลักษณะความแตก ตางของรูพรุนดังกลาวนีเ้ องทีส่ ง ผลใหเกิดความแตกตางของคา แรงกด (ระหวางทีห่ วั กดเคลือ่ นตัวลงไปในชิน้ ทดสอบ) ซึง่ ทำให เกิดพีกขึน้ ในกราฟแสดงความสัมพันธระหวางแรงกับระยะทาง ในการกด ในงานวิจัยฉบับนี้ไดนิยามจำนวนพีกเปนคาความ กรอบ ดังนัน้ จึงอาจกลาวไดวา เผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวย ไอน้ำรอนยวดยิง่ มีคา ความกรอบมากกวาเผือกแผนทีผ่ า นการอบ แหงดวยอากาศรอน เมือ่ พิจารณาอิทธิพลของอุณหภูมทิ สี่ ง ผลตอ

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ลักษณะเนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ พบวา ความแข็งและความ แกร ง ของเผื อ กแผ น มี ค า สู ง ขึ้ น เมื่ อ อุ ณ หภู มิ อ บแห ง สู ง ขึ้ น สำหรับตัวกลางในการอบแหงทัง้ สองชนิด สวนคาความกรอบ นั้นอุณหภูมิอบแหงสงผลกระทบในกรณีของการอบแหงดวย อากาศรอนเทานั้น โดยเผือกแผนมีแนวโนมกรอบมากขึ้นเมื่อ อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งเมื่อพิจารณาในภาพรวมพบวา ชนิดของตัว กลางในการอบแหงสงผลกระทบตอคุณภาพดานเนือ้ สัมผัสมาก กวาอุณหภูมใิ นการอบแหง

สรุปผล จากการศึกษาการอบแหงเผือกแผนดวยลมรอนและไอน้ำ รอนยวดยิง่ ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 130-170 oC พบวา อุณหภูมแิ ละชนิดของ ตัวกลางทีใ่ ชในการอบแหงมีอทิ ธิพลตอจลนพลศาสตรการอบ แหง โดยความชื้นในผลิตภัณฑจะลดลงไดเร็วขึ้นเมื่อเพิ่ม อุณหภูมิในการอบแหง และในชวงอุณหภูมิที่ทำการศึกษา การอบแหงดวยอากาศรอนสามารถลดปริมาณความชืน้ ทีม่ อี ยใู น เผือกแผนไดเร็วกวาการอบแหงดวยไอน้ำรอนยวดยิง่ เนือ่ งจาก ชวงอุณหภูมิอบแหงดังกลาวมีคานอยกวาอุณหภูมิอินเวอรชัน ของเผือกแผนซึ่งมีคาประมาณ 247 oC (จินดาพร และชลิดา, 2552) นอกจากนีย้ งั พบวา ตัวกลางทีใ่ ชในการอบแหงสงผลตอ โครงสร า งระดั บ จุ ล ภาคและลั ก ษณะเนื้ อ สั ม ผั ส ของเผื อ ก แผนอยางชัดเจน โดยเผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวยไอน้ำรอน ยวดยิ่งมีขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลี่ยของรูพรุนที่ใหญกวา จำนวนรูพรุนเฉลีย่ ตอพืน้ ทีม่ ากกวา รวมถึงมีคา ความแข็ง ความ แกรง และความกรอบ ทีม่ ากกวาเผือกแผนทีผ่ า นการอบแหงดวย อากาศรอน ในขณะที่อุณหภูมิอบแหงก็สงผลกระทบตอโครง สรางระดับจุลภาคและลักษณะเนื้อสัมผัสของเผือกแผนเชน เดียวกัน แตถอื วานอยกวาเมือ่ เปรียบเทียบกับอิทธิพลตัวกลางที่ ใชในการอบแหง

f o y

มาลินี พิทักษ. (2539). พืชหัวของไทย : มันเทศและเผือก. เอกสารวิชาการกองสงเสริมพืชไรนา. กรมสงเสริมการ เกษตร. 77 หนา AOAC (1984). Official methods of analysis. 14th ed. Washington DC: Association of Official Agricultural Chemists Iyota, H., Nishimura, N., Onuma, T., and Nomura, T. (2001). Drying of sliced raw potatoes in superheated steam and hot air. Drying Technology, 19, 1411-1424. Jamradloedluk, J. Nathakaranakule, A., Soponronnarit, S. and Prachayawarakorn, S. (2007). Influences of drying medium and temperature on drying kinetics and quality attributes of durian chip. Journal of Food Engineering, 78, 198-205. Namsanguan, Y., Tia, W., Devahastin, S., and Soponronnarit, S. (2004). Drying kinetics and quality of shrimp undergoing different two-stage drying processes. Drying Technology, 22, 759-778. Nathakaranakule, A., Kraiwanichkul, W. and Soponronnarit, S. (2007). Comparative study of different combined superheated-steam drying techniques for chicken meat. Journal of Food Engineering, 80, 1023-1030. Onwueme, I. (1999). Taro cultivation in Asia and the Pacific. Regional office for Asia and the Pacific. Bangkok, Thailand: Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations. Rordprapat, W., Nathakaranakule, A., Tia, W., and Soponronnarit, S. (2005). Comparative study of fluidized bed paddy drying using hot air and superheated steam. Journal of Food Engineering, 71, 28-36. Tang, Z. and Cenkowski, S. (2000). Dehydration dynamics of potatoes in superheated steam and hot air. Canadian Agricultural Engineering, 42, 43-49. Uengkimbuan, N., Soponronnarit, S., Prachayawarakorn, S., and Nathkaranakule, A. (2006). A comparative study of pork drying using superheated steam and hot air. Drying Technology, 24, 1665-1672.

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

คำขอบคุณ

งานวิจัยนี้ไดรับเงินทุนสนับสนุนจากสำนักงานกองทุน สนั บ สนุ น การวิ จั ย (สกว.) และงบประมาณเงิ น รายได มหาวิทยาลัยมหาสารคาม

เอกสารอางอิง จิ น ดาพร จำรั ส เลิ ศ ลั ก ษณ และชลิ ด า เนี ย มนุ ย (2552). การอบแหงเผือกแผนโดยใชอุณหภูมิสูง. วารสารวิทยา ศาสตรเกษตร, 40, 469-472.

การพัฒนาเครื่องปอกมะละกอ Development of Papaya Peeling Machine อนุชติ ปราบนคร1) พินยั ทองสวัสดิว์ งศ2) นเรนทร บุญสง3) อภินนั ท ชมุ สูงเนิน4) นิธวิ ฒ ั น ตองออน5) Anuchit Prabnakorn1) Pinai Thongsawatwong2) Naraintorn Boonsong3) Apinan Chumsoongnern4) Nitiwat Tongon5)

Abstract The papaya peeling consisted of a moving blade, 15 cm long, with a spring pressing blade to papaya surface. The papaya was fixed at both ends and rotated. From testing and evaluation, it was found that optimum spring force compressing blade was 4.0 kg at 55 degree blade angle. Completed peeling (excluded both ends) was achieved at 180 rpm blade speed and papaya rotating at 140 rpm. Comparing with manual peeling, the capacity of manual peeling was more than the peeling machine about 1.12 times. The machine could complete peeling (excluded both ends) but manual peeling remained 1.4% peel area. Peel weight from the peeling machine was 2 times compared to manual peeling. Omitting return time of the blade, the peeling machine increased its capacity to more than manual peeling 1.16 times.

” g riดnแนบกับผลมะละกอ เครือ่ งปอกมะละกอมีสว นประกอบทีส่ ำคัญคือ ชุดใบมีดปอกยาว 15 เซนติเมตร มีสปริงดึงบังคับใหชดุ e ใบมี eนมะละกอ การทดสอบและ ชุดใบมีดปอกสามารถเลือ่ นโดยการหมุนของเกลียวสกรู ชุดหมุนมะละกอ ทำหนาทีใ่ นการยึดและหมุ n i g วหมุนมะละกอทีส่ ามารถปอก ประเมินผล พบวาชุดใบมีดปอกทีเ่ หมาะสมใชแรงดึง 4.0 กิโลกรัม และมุมใบมีด 55 องศาแรงnความเร็ เปลือกมะละกอไดหมด (ไมรวมสวนหัวทาย) คือ ความเร็วใบมีด 180 รอบตอนาที และความเร็ l E วหมุนมะละกอ 140 รอบตอนาที การ a r ทดสอบเปรียบเทียบกับการใชแรงงานคนโดยใชอปุ กรณปอก ผลปรากฏวาแรงงานคนสามารถทำงานได เร็วกวาเครือ่ งปอก 1.12 เทา u t l เครือ่ งปอกสามารถปอกเปลือกสวนกลางไดหมด การใชแรงงานคนมีu พนื้ ทีเ่ ปลือกสวนกลางเหลือ 1.4 % การปอกโดยเครือ่ งปอก c i สามารถจะมีน้ำหนักเปลือกมากกวาการใชคนปอกประมาณ 2 เทrา ถาไมรวมเวลาในการเคลื่อนที่ชุดใบมีดกลับแลว เครื่องปอก g จะสามารถปอกเปลือกไดเพิม่ ขึน้ เปน 31,798.2 ตารางเซนติA เมตรตอชัว่ โมง หรือ 1.16 เทาของแรงงานคน f o y t e บทนำ ci เปลือกมะละกอหลายๆ ผลแลวก็จะทำใหเกิดความเหนือ่ ยลา oบบริโภค ผลมะละกอ มะละกอเปนไมผลที่ปลูกS สำหรั ดังนัน้ งานวิจยั นีจ้ งึ มีวต ถุประสงคทจี่ ะพัฒนาเครือ่ งปอก i (ทวีเกียรติ, 2526) มีผนู ยิ ม มะละกอ เพือ่ ลดเวลาและแรงงานคนในปอกเปลือกมะละกอ ซึง่ แทบทุกสวนลวนแลวแตมปี aระโยชน h บริโภคเปนจำนวนมากทั T ้งในรูปของมะละกอดิบและมะละกอ จะเปนการลดตนทุนการผลิต และปอกเปลือกมะละกอไดทนั ตอ บทคัดยอ

สุก โดยนำมาทำเปนอาหารประเภทตางๆ ทัง้ อาหารประเภทคาว และประเภทหวาน (สุวรรณ, 2539) โดยเฉพาะการนำมาทำสมตำ ในการบริโภคมะละกอ จะตองปอกเปลือกมะละกอกอน ทำทุกครัง้ โดยใชมดี ทำครัว มีดปอก อุปกรณปอกอืน่ ๆ โดยยัง ไมมีเครื่องปอกที่เหมาะสมสำหรับรานคาที่ตองใชมะละกอ จำนวนมาก หรือการผลิตมะละกอเสนเพือ่ จำหนาย ซึง่ จะตอง ใชเวลาและแรงงานคนในการปอกมาก ปอก และถายิง่ มีการปอก

ความตองการของผบู ริโภค

อุปกรณและวิธีการ 1. การออกแบบและสราง แนวความคิดการออกแบบและสรางเครือ่ งปอกมะละกอ ไดพิจารณาจากการนำแนวคิดใบมีดปอกผลไม 2 ชนิด มา ประยุกตใชงาน โดยใหชดุ ใบมีดเคลือ่ นทีใ่ นแนวเสนตรง และ

1) นักวิจยั 2) รองศาสตราจารย, 3) อาจารย 4) วิศวกร 5) ชางเครือ่ งยนต ภาควิชาวิศวกรรมเครือ่ งกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี 12121 1) Researcher 2) Associate Professor, 3) Lecturer 4) Engineer 5) Technician Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Thammasat University, Klong Luang, Pathumthani 12121 30

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ชุดหมุนมะละกอหมุนในขณะทีช่ ดุ ใบมีดกำลังเคลือ่ นที่ 2. การทดสอบและประเมินผล ใชมะละกอพันธุแขกนวลในการทดสอบ โดยพิจารณา เลือกผลมะละกอทีม่ รี ปู รางเหมาะสมทีจ่ ะปอกโดยใชเครือ่ งปอก มีตวั แปรในการทดสอบ คือ ความเร็วรอบชุดใบมีดปอก 140, 160, 180 รอบตอนาที หรือ ความเร็วในการเคลือ่ นทีข่ องใบมีด 0.62, 0.71, 0.8 เมตรตอวินาที และความเร็วรอบของชุดหมุนมะละกอ 140, 160, 180 รอบตอนาที ทำการทดสอบจำนวน 3 ซ้ำ โดยมีตวั แปรชีว้ ดั คือ ความสามารถของเครือ่ งปอก (กิโลกรัมตอชัว่ โมง) พืน้ ทีผ่ วิ ทีย่ งั ไมถกู ปอก (ตารางเซนติเมตร)

ภาพที่ 1 ชุดโครงสรางและชุดสงกำลัง

ผลการทดสอบและวิจารณผล 1. เครื่องปอกมะละกอ เครือ่ งปอกมะละกอทีพ่ ฒ ั นา (ภาพที่ 1 และ 2) ประกอบ ดวยสวนสำคัญดังนี้ 1) ชุดใบมีดปอก ประกอบดวย ชุดใบมีดปอก ซึง่ มีคมของ ใบมีดยาว 15 เซนติเมตร และสปริงดึงบังคับใหชดุ ใบมีดแนบกับ ผลมะละกอ ชุดใบมีดปอกสามารถเลื่อนไปและเลื่อนกลับได โดยการหมุนของเกลียวสกรู 2) ชุดหมุนมะละกอ ทำหนาทีใ่ นการยึดมะละกอตรงสวน หัวและสวนทายของผลมะละกอ โดยเพลาจับดานหนึง่ จะตอกับ พูลเลยสำหรับขับเพลาใหหมุนผลมะละกอ 3) โครงสรางรับน้ำหนักมีขนาด100x60x60 เซนติเมตร ทำจากเหล็กฉากหนา 1.5 เซนติเมตร 4) มอเตอรไฟฟาขนาด 3 และ 10 แรงมา สำหรับชุดสง กำลังชุดใบมีดปอก และชุดหมุนมะละกอ

f o y

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

2. ผลการทดสอบ 1) การเลือกผลมะละกอเพื่อใชในการทดสอบ จากการ ทดสอบเบื้องตนพบวา ผลมะละกอที่จะปอกโดยเครื่องได จะตองมีรปู ทรงทีม่ ลี กั ษณะคอนขางตรง (ภาพที่ 3) ในขณะที่ มะละกอที่มีรูปรางโคงมากจะไมสามารถใชเครื่องปอกไดดัง แสดงในภาพที่ 3 ซึ่งในการปอกนั้นสวนหัวและสวนทายของ ผลมะละกอจะตองใชคนปอก 2) การเลือกแรงกดสปริงและมุมใบมีดทีเ่ หมาะสม ในการ เลือกแรงดึงสปริงและมุมใบมีดทีเ่ หมาะสม ไดใชความเร็วของ ใบมีด 160 รอบตอนาที และความเร็วหมุนผลมะละกอ 160 รอบ ตอนาที ผลการทดสอบแสดงในตารางที่ 1 จากตารางที่ 1 พบวาทีแ่ รงดึง 4.0 กิโลกรัม มุมใบมีด 55 องศา และแรงดึงสปริง 4.2 กิโลกรัม มุมใบมีด 60 องศา เครือ่ ง ปอกสามารถปอกเปลือกมะละกอไดหมดโดยไมมีการอุดตัน ของเปลือกมะละกอที่ใบมีด สำหรับการใชแรงดึงสปริง 4.2

o S i

a h T

ภาพที่ 2 ชุดใบมีดปอกและชดหมุนมะละกอ กิ โ ลกรัมจะเปนแรงดึงที่มากเกินไป ซึ่งมีแนวโนมจะทำให อุปกรณเสียหายได ซึง่ พิจารณาเลือกแรงดึงสปริง 4.0 กิโลกรัม มุมใบมีด 55 องศา สำหรับการทดสอบในขัน้ ตอนตอไป 3) การทดสอบเพือ่ หาความเร็วชุดใบมีด และความเร็วชุด หมุนมะละกอที่เหมาะสม พิจารณาใชแรงดึง 4.0 กิโลกรัม และมุมใบมีด 55 องศา และเปลี่ยนคาความเร็วใบมีดและความเร็วหมุนมะละกอ 3 ระดับ ผลการทดลองแสดงในตารางที่ 2 จากตารางที่ 2 เมือ่ พิจารณาพืน้ ทีเ่ หลือจากการปอกจะเห็น ไดวา ทีค่ วามเร็วใบมีด 180 รอบตอนาที หรือ 0.8 เมตรตอวินาที

ภาพที่ 4 ผลมะละกอทีม่ รี ปู รางโคง

ภาพที่ 3 ผลมะละกอทีม่ รี ปู รางตรง

ตารางที่ 1 การทดสอบมุมใบมีด และแรงดึงสปริง ทีค่ วามเร็วของใบมีด 160 รอบตอนาที และ ความเร็วหมุนผลมะละกอ 160 รอบ/นาที แรงดึงสปริง (กก.)

มุมในการปอก (องศา)

เปลือกคงเหลือ (กลางผล) (%)

3.8

65 60 55 65 60 55 65 60 55

30 10 10 20 10 0 10 0 0

4.0 4.2

f o y

” g in r e e gin

มีการอุดตัน มีการอุดตัน ไมมกี ารอุดตัน มีการอุดตัน ไมมกี ารอุดตัน ไมมกี ารอุดตัน มีการอุดตัน ไมมกี ารอุดตัน ไมมกี ารอุดตัน

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c ตารางที่ 2 พืน้ ทีo ผ่ วิ มะละกอกลางผลที ไ่ มถกู ปอก S ความเร็ ความเร็วเชิงเสน ความเร็วชุดหมุน ai ว h ปลายใบมีด มะละกอ Tชุดใบมีด

ลักษณะการอุดตันของ ชุดใบมีดปอก

(รอบตอนาที)

(เมตรตอวินาที)

(รอบตอนาที)

พืน้ ทีผ่ วิ มะละกอ กลางผลทีไ่ มถกู ปอก (ตร.ซม)

140

0.62

160

0.71

180

0.8

140 160 180 140 160 180 140 160 180

3.67 3.50 16.58 29.58 17.33 22.00 0 1.25 15.00

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ภาพที่ 6 อุปกรณปอกเปลือกมะละกอ

ภาพที่ 5 ผละมะละกอหลังปอกทีม่ มุ ชุดใบมีดปอกและแรงดึง สปริงทีแ่ ตกตางกัน และความเร็วชุดหมุนมะละกอ 140 รอบตอนาที จะสามารถปอก เปลือกมะละกอไดหมด และเนื่องจากความเร็วในการปอก จะขึน้ อยกู บั ความเร็วของใบมีด ดังนัน้ จึงพิจารณาเลือกความเร็ว ใบมีดสูงสุด และความเร็วหมุนมะละกอทีส่ ามารถปอกเปลือก มะละกอไดหมด คือ ความเร็วใบมีด 180 รอบตอนาที และความ เร็วหมุนมะละกอ 140 รอบตอนาที สำหรับความเร็วในการปอกเปลือกมะละกอนัน้ จะขึน้ อยู กับความยาวของผลโดยไมขนึ้ อยกู บั ความกวางของผล เนือ่ งจาก ในการปอกนั้นการเคลื่อนที่ของใบมีดที่ความเร็วใดๆ จะคงที่ โดยการหมุนของผลมะละกอไมมผี ลตอการเคลือ่ นทีข่ องใบมีด

มะละกอ 3 ผล โดยเลือกผลมะละกอทีม่ ขี นาดใกลเคียงกันผลการ ทดสอบแสดงในตารางที่ 3, 4 และ 5 จากตารางที่ 5 การทดสอบเปรียบเทียบโดยเลือกความเร็ว ชุดใบมีดปอกที่ติดอยูกับเพลา 180 รอบตอนาที และชุดหมุน มะละกอ 140 รอบตอนาที กับการใชแรงงานคนโดยใชอปุ กรณ ปอกผลการทดสอบแสดงในตารางที่ 5 ซึง่ ผลปรากฏวาแรงงาน คนสามารถทำงานไดเร็วกวาเครือ่ งปอก 1.2 เทา ในขณะทีเ่ ครือ่ ง ปอกสามารถปอกมะละกอเปลือกไดหมด ในขณะทีก่ ารใชแรง งานคนมีพนื้ ทีเ่ ปลือกเหลือ 1.4 % โดยสัดสวนน้ำหนักเปลือกตอ พืน้ ทีผ่ วิ รวม การปอกโดยเครือ่ งปอกสามารถจะมีน้ำหนักเปลือก มากกวาการใชคนปอกประมาณ 2 เทา ซึง่ แสดงวาเครือ่ งปอกมี การกินลึกเปลือกมากกวาแรงงานคน แตกจ็ ะมีลกั ษณะผลทีป่ อก แลวสวยงามกวา เนือ่ งจากจะเสียเวลาในการทำงานโดยตองหมุนเคลือ่ นที่ ชุดใบมีดกลับกอนจึงจะเริม่ ปอกผลตอไปได ซึง่ ถาไมรวมเวลา ในการเคลื่อนที่ชุดใบมีดกลับแลว เครื่องปอกจะสามารถปอก เปลือกไดเพิม่ ขึน้ เปน 31,798.2 ตารางเซนติเมตรตอชัว่ โมง หรือ 1.16 เทาของแรงงานคน

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu g 4) การเปรียบเทียบการใชเครือ่ งปอกมะละกอกับการใชA แรงงาน f o คน y บการใช t ในการเปรียบเทียบการใชเครื่องปอกมะละกอกั e i ่ 5 ) ไดใชเครือ่ งปอก c แรงงานคน (ใชอปุ กรณดงั แสดงในภาพที o S aiยบเทียบเวลาในการทำงานเครือ่ งปอกและแรงงานคน ตารางทีh ่ 3 เปรี T เวลารวมในการปอก เวลาปอก เวลาพัก เวลาเลือ่ นใบมีด วิธกี าร

แรงงานคน เครือ่ งปอก

(นาที)

เวลาปอกหัวทาย (นาที)

3.78 5.38

3.38 2.12

0.38 0.49

2.12

0.24

ตารางที่ 4 เ ปรียบเทียบพืน้ ทีเ่ หลือในการปอกและน้ำหนักเปลือกของเครือ่ งปอกและแรงงานคน วิธกี าร แรงงานคน เครือ่ งปอก

พืน้ ทีผ่ วิ รวม 3 ผล พืน้ ทีผ่ วิ ทีเ่ หลือตรงกลาง น้ำหนักกอนปอก น้ำหนักเปลือก (ตร.ซม.) 3 ผลตอคน (ตร.ซม.) (กรัม) (กรัม) 1,724.73 1,727.70

24.09 0

2,801.94 2,771.55

246.76 478.89

ตารางที่ 5 เปรียบเทียบการทำงานของเครือ่ งปอกและแรงงานคน อัตราการทำงาน

วิธกี าร

(ตร.ซม./ชม.) แรงงานคน เครือ่ งปอก รวมเวลาเลือ่ นใบมีดกลับ ไมรวมเวลาเลือ่ นใบมีดกลับ

27,367.7 19,268.0 31,798.2

น้ำหนักเปลือก พืน้ ทีผ่ วิ ทีเ่ หลือตรงกลางผล ตอพืน้ ทีผ่ วิ รวม ตอพืน้ ทีผ่ วิ รวม (กรัม/ตร.ซม.) (%) 0.14 0.28 -

1.4 0 -

สรุปผลการทดสอบ การสรางเครือ่ งปอกมะละกอ และดำเนินการทดสอบและ ประเมินผล พบวาชุดใบมีดปอกที่เหมาะสมใชแรงดึง 4.0 กิโลกรัม และมุมใบมีด 55 องศาแรง ความเร็วหมุนมะละกอที่ สามารถปอกเปลือกมะละกอไดหมด คือ ความเร็วใบมีด 180 รอบ ตอนาที และความเร็วหมุนมะละกอ 140 รอบตอนาที การทดสอบเปรียบเทียบกับการใชแรงงานคนโดยใช อุปกรณปอก ผลปรากฏวาแรงงานคนสามารถทำงานไดเร็วกวา เครือ่ งปอก 1.12 เทา เครือ่ งปอกสามารถปอกเปลือกไดหมด การ ใชแรงงานคนมีพนื้ ทีเ่ ปลือกเหลือ 1.4 % การปอกโดยเครือ่ งปอก สามารถจะมีน้ำหนักเปลือกมากกวาการใชคนปอกประมาณ 2 เทา ถาไมรวมเวลาในการเคลื่อนที่ชุดใบมีดกลับแลว เครื่อง ปอกจะสามารถปอกเปลือกไดเพิ่มขึ้นเปน 31,798.2 ตาราง เซนติเมตรตอชัว่ โมง หรือ 1.16 เทาของแรงงานคน ซึง่ ก็จะมีการ ปรับปรุงเครือ่ งเพือ่ ใหปอกไดทงั้ 2 ทาง เพือ่ เพิม่ ความสามารถ ในการทำงาน และใชประโยชนเชิงพาณิชยไดตอ ไป

f o y

t e i c

o S i

” g in r e e gin

n E ภาพที่ 7 ผลมะละกอที al ป่ อกดวยเครือ่ งและแรงงานคน r u t l างอิง ir ทวีcuเกียรติ ยิ้มสวัสดิ์,เอกสารอ 2526, มะละกอ คณะเกษตรศาสตร Ag

มหาวิทยาลัยขอนแกน, 14 หนา. สุวรรณ อินทรคงแกว, 2539, การปลูกมะละกอ, สำนักพิมพ ฐานเกษตรกรรม, 35 หนา

a h T

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

การพัฒนาเครื่องขูดมะละกอ Development of Papaya Scraping Machine อนุชติ ปราบนคร1) พินยั ทองสวัสดิว์ งศ2) นเรนทร บุญสง3) อภินนั ท ชมุ สูงเนิน4) นิธวิ ฒ ั น ตองออน5) Anuchit Prabnakorn1) Pinai Thongsawatwong2) Naraintorn Boonsong3) Apinan Chumsoongnern4) Nitiwat Tongon5)

Abstract The objective of the development of a papaya scraping machine is to improve papaya scraping capacity of som-tum vendor. The machine consisted of a blade-disk and feeding chute. Papaya fruit must be cut into pieces before feeding. The tests were conducted at three speeds of blade-disk; 225, 250 and 275 rpm and 3 inclined angles of feeding chute; 30, 40 and 50 degree. The papaya lines were most satisfied by the venders at 225 rpm blade-disk and 50 degree chute angle. Comparison between the machine and manual scraping; the machine capacity was 3.6 time faster than manual scraping with less residues.

บทคัดยอ การพัฒนาเครื่องขุดมะละกอนี้มีวัตถุประสงคเพื่อใหผูขายอาหารประเภทสมตำไดใชเพื่อเพิ่มความสามารถในการขูด มะละกอ เครือ่ งขูดมะละกอประกอบดวยจานใบมีดหมุน และชองปอน โดยการขูดมะละกอจะตองปอก และหัน่ แยกมะละกอออก เปนชิน้ ยอยเพือ่ ปอนเขาชองขูด จากการทดสอบทีค่ วามเร็วจานหมุน 3 ระดับ คือ 225, 250 และ 275 รอบตอนาที และมุมชองปอน 30, 40 และ 50 องศา พบวาความเร็วของจานหมุนใบมีดมีผลตออัตราการทำงาน และทีค่ วามเร็วรอบ 250 รอบตอนาที และมุมชอง ปอน 50 องศา จะใหเสนมะละกอทีไ่ ดรบั ความพึงพอใจมากทีส่ งู สุดจากแมคา ขายสมตำ โดยเมือ่ เปรียบเทียบการทดสอบระหวาง เครือ่ งขูดกับการใชมอื คน เครือ่ งสามารถทำงานไดเร็วกวา 3.6 เทา โดยมีสว นทีเ่ หลือจากการขูดนอยกวา

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงคเพื่อพัฒนาเครื่องขูด บทนำ g มะละกอเปนไมผลที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิ จชนิด มะละกอ สำหรับใชเพือ่ ลดเวลาในการผลิตเสนมะละกอ และ A f หนึ่งของประเทศไทยในปจจุบันเนื่องจากมีผูนิยo มบริโภคเปน ลดความเหนือ่ ยลาจากการใชแรงงานคน และลดตนทุนในการ y ก เพื่อ ผลิตเสนมะละกอ t จำนวนมากทั้งในรูปของมะละกอดิบ e และมะละกอสุ iอาหารประเภทคาวและ c นำมาทำเปนอาหารประเภทตางๆ ทั ้ ง o S ประเภทหวาน (สุวรรณ, 2539) อุปกรณและวิธีการ i สมตำนับเปนอาหารยอดนิยม a ของไทยอยางหนึง่ ทำโดยการนำมะละกอดิ บทีข่ ดู เปนเสน มา 1. การออกแบบและสราง Th

ตำในครกกับ มะเขือเทศลูกเล็ก ถั่วลิสงคั่ว กุงแหง พริก และ กระเทียม ปรุงรสดวยน้ำตาลปบ น้ำปลา ปูดองหรือปลารา ใหมี รสเปรีย้ ว เผ็ด และออกเค็มเล็กนอย นิยมกินกับขาวเหนียวและ ไกยา ง โดยมีผกั สด เชน กะหล่ำปลี หรือถัว่ ฝกยาว เปนเครือ่ ง เคียง เปนตน (ธวัชชัย และ ศิวาพร, 2542) ในกรณีรา นมีผบู ริโภค สมตำเปนจำนวนมาก ก็จะตองใชแรงงานคนและเวลาในการ ผลิตเสนมะละกอมากตามความตองการของผบู ริโภค ซึง่ จะเปน การเพิม่ ตนทุนในการผลิต

แนวความคิดการออกแบบและสรางเครือ่ งขูดมะละกอ โดยนำแนวคิดของเครื่องหั่นผักและผลไมแบบจานหมุน มา พิจารณาในการทำงาน โดยแบงผลมะละกอทีป่ อกแลวออกเปน ชิน้ ยอย แลวนำชิน้ มะละกอมาขูดโดยเครือ่ งขูด

2. การทดสอบและประเมินผล ใชมะละกอพันธแุ ขกนวลในการทดสอบ โดยมีตวั แปร ในการทดสอบ คือ ความเร็วรอบชุดจานใบมีด 225, 250, 275 รอบ

ตอนาที หรือ ความเร็วเชิงเสนกลางทีใ่ บมีด 1.41, 1.57, 1.73 เมตร ตอวินาที และมุมปอนมะละกอ 30, 40, 50 องศา ทำการทดสอบ จำนวน 3 ซ้ำ โดยมีตัวแปรชี้วัด คือความสามารถในการขูด (กิโลกรัมตอชัว่ โมง), เปอรเซ็นตน้ำหนักของเสีย, ความยาวเสน (มิลลิเมตร) การประเมินผลเพือ่ การคัดเลือกเสนมะละกอทีด่ ที สี่ ดุ ใช แมคา สมตำ 10 คน เปนผปู ระเมิน โดยคะแนนความพึงพอใจ 5 ระดับ (คะแนน 1, 2, 3, 4, 5) โดยคะแนนระดับที่ 1 มีคา ต่ำทีส่ ดุ คะแนนระดับที่ 5 มีคา สูงทีส่ ดุ และนำคาความเร็วรอบจานหมุน ชุ ด ใบมี ด และมุ ม ป อ นมะละกอของเส น มะละกอที่ ไ ด รั บ คะแนนสูงสุด ไปทดสอบเปรียบเทียบกับการขูดมะละกอโดยใช เครือ่ งขูดกับแรงงงานคน

ภาพที่ 1 ชุดจานหมุนใบมีดและชองปอนมะละกอ

ผลและวิจารณ 1. เครื่องขูดมะละกอ เครือ่ งขูดมะละกอทีพ่ ฒ ั นา (ภาพที่ 1 และ2) ประกอบ ดวยสวนสำคัญดังนี้ 1) ชุดจานใบมีด ประกอบดวย ชุดจานใบมีดเสนผาน ศูนยกลาง 18 เซนติเมตร หนา 0.3 เซนติเมตร โดยมี ชองขนาด 3x4 เซนติเมตร ตรงขามกัน สำหรับติดใบมีดขูดมะละกอแบบ ลอน 2 ใบมีด ขนาด 1.5x6 เซนติเมตร 2) ชองปอนมะละกอ ทำจากแผนอะครีลกิ หนาตัดรูปสี่ เหลี่ยมผืนผามีขนาด 3x6.5 เซนติเมตร ยาว 20 เซนติเมตร จำนวน 3 ชุด ซึง่ แตละชุดทำมุมเอียงกับแนวแกนของจานหมุน ใบมีด 30, 40, 50 องศา โดยมีทอ นอัดชิน้ มะละกอ ซึง่ สามารถ สวมพอดีกบั ชองปอนมะละกอ สำหรับอัดชิน้ มะละกอเขาสจู าน หมุนใบมีดเพือ่ ทำการขูด 3) โครงสรางมีขนาดรับน้ำหนักมีขนาด 50x50x70 เซนติเมตร ทำจากเหล็กฉากหนา 1.5 เซนติเมตร 4) มอเตอรไฟฟาขนาด 3 แรงมา

f o y

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

2. ผลทดสอบ 1) ผลทดสอบประสิทธิภาพความเร็วรอบชุดจานใบมีด 225, 250, 275 รอบตอนาที และมุมปอนมะละกอ 30, 40, 50 องศา แสดงในตารางที่ 1 และภาพที่ 3-5 จากตารางที่ 1 ความเร็วรอบของจานใบมีดและมุมปอน มีแนวโนมทีส่ ง ผลตออัตราการทำงานของเครือ่ ง โดยอัตราการ ทำงานจะลดลงเมือ่ มุมปอนเพิม่ ขึน้ ในทุกระดับความเร็วของชุด จานใบมีด (ภาพที่ 3) เปอรเซนคน้ำหนักสวนทีเ่ หลือจะลดลง เมื่อมุมปอนเพิ่มขึ้น ในทุกระดับความเร็วของชุดจานใบมีด (ภาพที่ 4) และความยาวเฉลีย่ ของเสนมะละกอจะลดลงเมือ่ มุม ปอนเพิม่ ขึน้ ในทุกระดับความเร็วของชุดจานใบมีด 36

ภาพที่ 2 ขุดโครงสรางและชุดสงกำลัง อัตราการทำงานสูงสุด 36.21 กิโลกรัมตอชัว่ โมง ทีม่ คี วาม เร็วจานใบมีด 275 รอบตอนาที และมุม 30 องศา และเมือ่ พิจารณา ความหนาของเสนมะละกอพบวามุมปอน 50 องศา เปนมุมปอน ที่ดีที่สุดในทุกความเร็วรอบ โดยความหนาและความยาวของ เสนมะละกออยใู นชวง 1.59 -1.63 มิลลิเมตร และ 58.65 - 66.34 มิลลิเมตร ตามลำดับ 2) ผลประเมินความพึงพอใจของแมคา สมตำ ทีค่ วามเร็ว รอบชุดจานใบมีด 225, 250, 275 รอบตอนาที และมุมปอน มะละกอ 30, 40, 50 องศา แสดงในตารางที่ 2 จากตารางที่ 2 การประเมินความพึงพอใจของแมคา สมตำ โดยการนำเสนมะละกอที่ขูดโดยเครื่องขูดทุกความเร็ว

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ตารางที่ 1 การทดสอบความเร็วรอบชุดจานหมุนใบมีด และมุมปอนมะละกอ ความเร็วชุดใบมีด มุมปอนมะละกอ (รอบ/นาที) (องศา) 225

30 40 50 30 40 50 30 40 50

250 275

อัตราการทำงาน น้ำหนักสวนทีเ่ หลือ (กก./ชม.) (%) 25.59Ab 26.16Ab 21.08Aa 28.08Bc 25.52Ab 23.49Aa 36.21Bc 28.25Bc 25.54Ab

ความหนาเสน (มม.)

ความยาวเสน (มม.)

1.874b 1.727b 1.627a 1.700b 1.633a 1.593a 1.866b 1.657a 1.613a

95.993c 79.293b 66.337a 84.793c 76.253b 66.020a 86.567c 70.177b 58.653a

20.07b 19.23b 11.34a 21.05b 17.20ab 12.54a 18.53b 14.41a 13.41a

หมายเหตุ : ตัวอักษร A, B ทีเ่ หมือนกันในแนวตัง้ แสดงวาไมมคี วามแตกตางทางสถิตทิ รี่ ะดับความเชือ่ มัน่ รอยละ 95 (p<0.05) ตัวอักษร a, b, cทีเ่ หมือนกันในแนวนอนแสดงวาไมมคี วามแตกตางทางสถิตทิ รี่ ะดับความเชือ่ มัน่ รอยละ 95 (p<0.05) 40

” g in r e e gin

น้ำหนักสวนเหลือ (%)

อัตราการทำงาน(กก./ชม.)

0 30

y t e ci

of 50

ภาพที่ 3 ความสัมพันธระหวS างมุo มปอนมะละกอและอัตราการ i ทำงานทีค่ วามเร็ aวรอบตางๆ h T 120

ความยาวเสน (มม.)

100

0 40

u t l ir cu Ag

มุมปอนมะละกอ (องศา) S225รอบตอนาที 250รอบตอนาที 275 รอบตอนาที

n E l ra

มุมปอนมะละกอ (องศา) S225รอบตอนาที 250รอบตอนาที 275 รอบตอนาที

ภาพที่ 5 ความสัมพันธระหวางความยาวเสนและมุมปอน มะ ละกอทีค่ วามเร็วรอบตางๆ

มุมปอนมะละกอ (องศา) S225รอบตอนาที 250รอบตอนาที 275 รอบตอนาที

ภาพที่ 4 ความสัมพันธระหวางมุมปอนมะละกอและเปอรเซ็นต น้ำหนักสวนเหลือมะละกอทีค่ วามเร็วรอบตางๆ รอบ และมุมปอนไปใหแมคา ใหคะแนนความพึงพอใจ ผลการ ประเมินแสดงในตารางที่ 2 ซึง่ พบวาเสนทีข่ ดู โดยใชความเร็ว จานใบมีด 250 รอบตอนาที และมุมปอน 50 องศา ไดรบั การพึง พอใจสูงสุด 3) ผลเปรียบเทียบประสิทธิภาพเครื่องและแรงงานคน โดยเลือกความเร็วรอบชุดจานใบมีด และมุมปอน 250 รอบตอ นาที และ50 องศา ตามลำดับ มาทดสอบเปรียบเทียบกับแรงงาน คนแสดงในตารางที่ 3 จากตารางที่ 3 การทดสอบเปรียบเทียบโดยการเลือก ความเร็วจานใบมีด 250 รอบตอนาที และมุมปอน 50 องศา ซึง่ ไดเสนมะละกอทีไ่ ดรบั ความพึงพอใจสูงสุด กับการใชแรงงาน คนโดยใชอุปกรณขูดผลการทดสอบแสดงในตารางที่ 3 ซึ่ง

ตารางที่ 2 ผลการประเมินความพึงพอใจเสนมะละกอทีถ่ กู ขูดโดยแมคา สมตำ ความเร็วชุดใบมีด มุมปอนมะละกอ (รอบตอนาที) (องศา) 225

30 40 50 30 40 50 30 40 50

250 275

1 1 4 8 1 1 -

ระดับความพึงพอใจ 2 3 4 5 7 3 1 4 -

2 1 1 4 6 3 -

2 6 1 3 2 2 2

ตารางที่ 3 ผลเปรียบเทียบประสิทธิภาพเครือ่ งและแรงงานคน

1 3 2 10 1 8

อัตราการทำงาน ชนิดเครือ่ งมือขูด (กก./ชม.) แรงงานคน เครื่องขูด

” g in r e e gin

น้ำหนักสวนทีเ่ หลือ (%)

2.70 9.76

26.59 13.41

u t l ir cu ภาพที่ 6 การเปรียบเทียบเสนมะละกอ Ag

ผลปรากฏวา เครือ่ งขูดมะละกอสามารถทำงานไดเร็วกวาแรงงาน คนประมาณ 3.6 เทา และมีน้ำหนักสวนทีเ่ หลือจากการใชเครือ่ ง ขูด 13.4 % ในขณะทีก่ ารใชแรงงานคนมีมนี ้ำหนักสวนทีเ่ หลือ 26.6 %

f o y

n E l ra

สรุปผลการทดสอบiet

c o S

การทดสอบและประเมินผลเครือ่ งขูดมะละกอแบบจาน ใบมีดหมุน พบวาการใชความเร็ว 250 รอบตอนาที และมุมปอน 50 องศา จะใหเสนมะละกอทีไ่ ดรบั ความพึงพอใจจากแมคา ขาย สมตำมากที่สุด โดยสามารถขูดมะละกอได 9.8 กิโลกรัมตอ ชั่ ว โมง ในขณะที่ ก ารใช แ รงงานคนขู ด สามารถขู ด ได 2.7 กิโลกรัมตอชัว่ โมง โดยมีสว นทีเ่ หลือจากการขูดโดยเครือ่ ง 13.4 % และแรงงานคน 26.6 % ซึง่ ขอเสนอแนะเครือ่ งสามารถทำงาน ไดเร็วกวาแรงงานคน 3.6 เทา โดยมีสว นทีเ่ หลือนอยกวา ซึง่ มี แนวโนมที่จะพัฒนาใหเปนประโยชนในเชิงพาณิชยตอไป

a h T

เอกสารอางอิง

ภาพที่ 7 การเปรียบเทียบของเหลือมะละกอ ธวัชชัย รัชนเลศ และศิวาพร ธรรมดี, 2542, พันธไุ มผลการคา ในประเทศไทย : คมู อื เลือกพันธสุ ำหรับปลูก, กรุงเทพฯ, โรงพิมพรวั้ เขีย้ ว, 292 หนา.

สุวรรณ อินทรคงแกว, 2539, การปลูกมะละกอ, สำนักพิมพ เกษตรสยาม, นสพ., 64หนา

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ศักยภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดออกจากไบโอแกสดวยไบโอ-สครับเบอร ในอุตสาหกรรมแปงมันสำปะหลัง Potential of Hydrogen Sulfide Gas Removal from Biogas Using Bio-Scrubber in Tapioca Flour Industry คุณาวุฒิ ภูมปิ รัชญา1) จินดาพร จำรัสเลิศลักษณ1) ทรงชัย วิรยิ ะอำไพวงศ1)

Abstract Presently, biogas is applied as a fuel for starch drying and electrical generator in tapioca factory. The biogas from anaerobic fermented lagoon in this factory has a high potential. However, high amount of hydrogen sulfide gas contaminates in biogas of about 2,000-6,000 ppm affecting the generator corrosion. This problem causes the shorter generator life. Therefore, this research aims to study the potential of hydrogen sulfide gas removal from biogas using bio-scrubber. The study was divided into two parts. Part 1 was tested the removal system using pure water. Part 2 was tested by microorganism in waste water. The amount of hydrogen sulfide gas was measured along the length of the apparatus at the inlet, 0-1.8 m, 1.8-3.6 m and outlet. Then, it was calculated as removal efficiency. The results from two parts found that the hydrogen sulfide gas content was decreased along the length of apparatus. The removal efficiency depended on the gas flow rate and pH of water in the system. However, the removal efficiency using microorganism in waste water from anaerobic fermented lagoon (part 2) was in the range of 17.39-30.43% when the bio-scrubber operated at gas flow rate of 3-9 m3/h and pH of waste water at 2-5. Keywords: Methane, anaerobic microorganism, removal system, sulfuric acid

” g in r e e gin

n E l ra

บทคัดยอltu

ir cu Ag

ปจจุบนั มีการประยุกตใชไบโอแกส เพือ่ เปนเชือ้ เพลิงสำหรับการอบแหงแปงและเครือ่ งกำเนิดกระแสไฟฟา ในโรงงาน ผลิตแปงมันสำปะหลัง ซึง่ ไบโอแกสทีไ่ ดจากบอหมักแบบไรอากาศในโรงงานแปงมันสำปะหลังนีม้ ศี กั ยภาพสูง แตปญ  หาทีพ่ บ คือ ไบโอแกสมีแกสไฮโดรเจนซัลไฟดปะปนอยใู นปริมาณสูงถึง 2,000 - 6,000 ppm เกิดการกัดกรอนเครือ่ งกำเนิดไฟฟา ทำใหอายุการ ใชงานของเครือ่ งกำเนิดไฟฟาสัน้ ลง ดังนัน้ งานวิจยั นีจ้ งึ มีวตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาศักยภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดออกจาก ไบโอแกสดวยไบโอ-สครับเบอร โดยทำการทดลองแบงออกเปน 2 ตอน ตอนที่ 1 เปนการใชน้ำบริสทุ ธิท์ ดสอบระบบกำจัดแกส ไฮโดรเจนซัลไฟด และตอนที่ 2 ใชน้ำเสียทีม่ จี ลุ นิ ทรียท ดสอบระบบกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด ตรวจวัดปริมาณแกสไฮโดรเจน ซัลไฟดตามระยะความยาวของชุดทดลอง ไดแก ทางเขา ระยะ 0 - 1.8 เมตร ระยะ 1.8 - 3.6 เมตร และทางออกของชุดทดลอง และ คำนวณเปนประสิทธิภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด จากผลการทดลองทัง้ สองตอน พบวา ปริมาณแกสไฮโดรเจนซัลไฟดจะลด ลงตามระยะความยาวของชุดทดลอง โดยประสิทธิภาพการกำจัดจะขึน้ อยกู บั อัตราการไหลของแกสและคาความเปนกรด-ดาง ของ น้ำในระบบ อยางไรก็ตาม ประสิทธิภาพการกำจัดดวยน้ำเสียทีม่ จี ลุ นิ ทรียจ ากบอหมักไรอากาศ (การทดลองตอนที่ 2) มีคา ระหวาง 17.39 ถึง 30.43% เมือ่ เดินระบบไบโอ-สครับเบอรทอี่ ตั ราการไหลของแกสชวง 3 ถึง 9 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง และคาความเปน กรด-ดางระหวาง 2 ถึง 5 คำสำคัญ: มีเทน จุลนิ ทรียท ไี่ มใชออกซิเจน ระบบกำจัด กรดซัลฟูรกิ

f o y

t e i c

o S i

a h T

1) คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยมหาสารคาม ต.ขามเรียง อ.กันทรวิชยั จ.มหาสารคาม 44150 Faculty of Engineering, Mahasarakham University, Khamriang, Kantarawichai, Mahasarakham 44150 วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

บทนำ ปจจุบนั โรงงานผลิตไบโอแกสโดยใชน้ำเสียจากโรงงาน แป ง มั น สำปะหลั ง ระบบบำบั ด น้ำ เสี ย ที่ ใ ช แ บบเอบี อ าร (Anaerobic Baffled reactor, ABR) โดยมีบอ หมักเปนบอแบบ ปด ไบโอแกสที่เกิดขึ้นจากบอหมักสามารถสงกลับไปใชใน เตาเผาของโรงงานแปงในขั้นตอนการอบแหงแปง และสงไป เปนเชือ้ เพลิงปอนใหเครือ่ งกำเนิดไฟฟา เพือ่ ผลิตกระแสไฟฟา อยางไรก็ตาม ปญหาจากการผลิตไบโอแกสโดยใชน้ำเสียจาก โรงงานแปงมันสำปะหลัง ก็คอื มีการใชกรดซัลฟูรคิ ในกระบวน การผลิตแปงมันสำปะหลัง ทำใหการผลิตไบโอแกสเกิดแกส ไฮโดรเจนซัลไฟดที่ไมพึงประสงคซึ่งจะไปกัดกรอนเครื่อง กำเนิดไฟฟา ทำใหอายุการใชงานของเครือ่ งกำเนิดไฟฟาสัน้ ลง โดยทั่วไป ภาพรวมเชิงสถานภาพและศักยภาพของ เทคโนโลยีไบโอแกสในประเทศไทย ระบบไบโอแกสขนาด ใหญทนี่ ยิ มไดแก ยูเอเอสบี โคเวอรลากูน ตรึงฟลม และเอบีอาร มีใชในฟารมสุกรขนาดใหญและโรงงานอุตสาหกรรม เชน แปง มันสำปะหลัง สุรา เบียร อาหารทะเล ฆาสัตว และน้ำมันปาลม โดยไบโอแกสที่ผลิตไดใชสำหรับการผลิตกระแสไฟฟาและ ความรอนทดแทนการใชน้ำมันเตา (ประทิน กุลละวณิชย และ คณะ, 2550) ในตางประเทศ มีการประยุกตใชจุลินทรียในน้ำเสีย หลากหลายรูปแบบ เชนใชการบำบัดน้ำเสียแบบไรอากาศเพือ่ ผลิตไบโอแกสในโรงงานยอยแผนบอรดกระดาษ โรงงานอาหาร และโรงงานถลุ ง โลหะ ซึ่ ง มี ศั ก ยภาพไม น อ ย (Driessen, W.J.B.M.et al., 2001) ใชจลุ นิ ทรียไ ปออกซิไดซซลั ไฟดไปเปน ธาตุกำมะถันและกรดซัลฟูรกิ ในไฮโดรเจนซัลไฟด-สครับเบอร (Soroushian, F. et al., 2006) นอกจากนีย้ งั มีรายงานการใชน้ำ ทิ้งที่บำบัดแลวเอากลับมาใชใหมบางสวนในอุตสาหกรรม อาหาร (Wouters, J., 2001) ไบโอแกสประกอบดวยแกสหลายชนิด มีแกสมีเทน และ แกสคารบอนไดออกไซดเปนองคประกอบหลัก สวนแกสอืน่ ๆ ไดแก แกสแอมโมเนีย แกสไฮโดรเจนซัลไฟด จะมีในปริมาณ เพียงเล็กนอย ไบโอแกสทีไ่ ดจากระบบบำบัดน้ำเสียจากโรงงาน แปงมันสำปะหลังแบบไมใชอากาศ จะมีแกสมีเทนประมาณ 50 - 60 % สวนแกสไฮโดรเจนซัลไฟดทปี่ นมากับไบโอแกสจะมี ปริมาณอยทู ี่ 2,000 - 6,000 ppm งานวิ จั ย นี้ มี วั ต ถุ ป ระสงค ที่ จ ะหาแนวทางในการลด ปริมาณแกสไฮโดรเจนซัลไฟด ซึง่ ปะปนมาในกระบวนการผลิต ไบโอแกส เพือ่ ลดผลกระทบทีม่ ตี อ ระบบเครือ่ งกำเนิดไฟฟา โดย พัฒนาระบบตนแบบไบโอ - สครับเบอรเพือ่ ใชในการกำจัดแกส ไฮโดรเจนซัลไฟดออกจากไบโอแกส และหาเงื่อนไขในการ

f o y

t e i c

o S i

a h T

กำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดออกจากไบโอแกสโดยใชไบโอ สครับเบอร เพือ่ เปนทางเลือกทีเ่ ปนมิตรกับสิง่ แวดลอมอีกทาง เลือกหนึง่ ในการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด

อุปกรณและวิธีการทดลอง ระบบตนแบบไบโอ - สครับเบอร ไบโอ-สครับเบอร (รูปที่ 1) จะมีการพนละอองน้ำเสียลง บนตัวกลาง (Media 2H PP - Media NET150) ทีม่ พี นื้ ทีผ่ วิ สัมผัส 120 ตารางเมตรตอลูกบาศกเมตร เพื่อใหจุลินทรียในน้ำเสีย กำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดออกจากกระแสการไหลของไบโอ แกส สำหรับโครงสรางชุดทดลองทำจากสแตนเลส และคลุมชุด ทดลองดวยผืนผา HDPE นอกจากนี้ อุปกรณอนื่ ๆ ลวนทำจาก สแตนเลส เพื่อปองกันการกัดกรอน เชน เครื่องสูบน้ำเสียเขา ระบบไบโอ-สครับเบอร พัดลมดูดกระแสการไหลของไบโอ แกสทีม่ แี กสไฮโดรเจนซัลไฟดปะปนอยเู ขาไบโอ-สครับเบอร เปนตน

” g in r วิธีการทดลอง eeคือ ตอนที่ 1 ใชน้ำบริสทุ ธิ์ การทดลองแบงออกเปนin 2 ตอน g ซัลไฟด และตอนที่ 2 ใชน้ำ ทดสอบระบบกำจัดแกสnไฮโดรเจน E เสียทีม่ จี ลุ นิ ทรียท lดสอบระบบกำจั ดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด การ a r สไฮโดรเจนซัลไฟด เริ่มจากเติมน้ำบริสุทธิ์ ทดสอบระบบแก u t หรือuน้lำเสียทีม่ จี ลุ นิ ทรียเ ขาสถู งั พักและเก็บตัวอยางน้ำเพือ่ ตรวจ c มขนของจุลินทรีย จากนั้นปอนน้ำใหหมุนเวียน riสอบความเข g A ภายในระบบดวยอัตราการไหล 3 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง โดย รักษาระดับน้ำใหสงู จากฐานของชุดทดลอง 10 เซนติเมตร การทดลองตอนที่ 1 จายไบโอแกสที่มีแกสไฮโดรเจน ซัลไฟดปะปนอยเู ขาสชู ดุ ทดลองดวยอัตราการไหล 3, 6, 9, 18, 30, 40 และ 50 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง เมือ่ เดินระบบกำจัดแกส ไฮโดรเจนซัลไฟดครบ 2 ชัว่ โมง ใหปรับอัตราการไหลของแกส เขาสูระบบใหม การทดลองตอนที่ 2 จายไบโอแกสที่มีแกสไฮโดรเจน ซัลไฟดปะปนอยเู ขาสชู ดุ ทดลองดวยอัตราการไหล 3, 6, และ 9 ลูกบาศกเมตรตอชั่วโมง การเดินระบบกำจัดแกสไฮโดรเจน ซัลไฟดสำหรับแตละอัตราการไหลใหทดสอบระบบ 2 ชัว่ โมง เหมือนกับการทดลองตอนที่ 1 จากนัน้ ใหปรับอัตราการไหลของ แกสเขาสรู ะบบใหม ทำการทดสอบระบบซ้ำ ทีอ่ ตั ราการไหลของ แกส 3, 6, และ 9 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง สำหรับวันที่ 7 และวัน ที่ 14 ของการเลีย้ งเชือ้ จุลนิ ทรีย (เชือ้ จุลนิ ทรียส ามารถเจริญเติบ โตไดในชวงคาความเปนกรด-ดาง ระหวาง 2 - 5) เพือ่ เปรียบ เทียบประสิทธิภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดกบั วันทีแ่ รก ของการเลี้ยงเชื้อ

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

” g in r e ลไฟด รูปที่ 1 ไบโอ-สครับเบอร ทีบ่ รรจุตวั กลาง เพือ่ ใหจลุ นิ ทรียเ กาะและกำจัดแกสไฮโดรเจนซั e in g n ดลดลง และประสิทธิภาพการกำจัด การทดลองทั้งสองตอน ภายในระบบกำจัดแกสไฮโดร กรด-ดางของน้ำE ในระบบกำจั เจนซัลไฟดจะตรวจวัดปริมาณแกสไฮโดรเจนซัลไฟดตามระยะ แกสไฮโดรเจนซั al ลไฟดลดลง เนือ่ งจากน้ำดูดซับแกสไฮโดรเจน r uไวจงึ มีความเปนกรด-ดาง ลดลง ในขณะทีอ่ ตั ราการไหล ทางความยาวของชุดทดลอง ไดแก ทางเขา ระยะ 0 - 1.8 เมตร ซัลlไฟด t ระยะ 1.8 - 3.6 เมตร และทางออกของชุดทดลอง โดยที่icu ของแกสเพิ่มขึ้น ระยะเวลาที่แกสอยูในระบบนอยลง ทำให r ประสิทธิภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด หาไดจากอัg ตรา ประสิทธิภาพของการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดลดลง A สวนของปริมาณแกสไฮโดรเจนซัลไฟดที่ทางออกต f อปริมาณ การทดลองตอนที่ 2 ใชน้ำเสียที่มีจุลินทรียทดสอบระบบ o แกสไฮโดรเจนซัลไฟดที่ทางเขา y t กำจัดแกสไฮโดรเจน ซัลไฟด e i cจารณผล จากการทดลองตอนที่ 1 น้ำบริสทุ ธิท์ ใี่ ชกำจัดแกสไฮโดร ผลการทดลองและวิ o S การทดลองตอนที่ 1 ใช นi้ำบริสุทธิ์ทดสอบระบบกำจัดแกส เจนซัลไฟดจะมีความเปนกรด-ดางลดลง ซึง่ เปนมลพิษทางน้ำ a ตองนำไปบำบัดกอนปลอยทิง้ ดังนัน้ การใชน้ำเสียทีม่ จี ลุ นิ ทรีย ไฮโดรเจนซัลไฟด Th มากำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด ดวยไบโอสครับเบอร จึงนา ตารางที่ 1 เปนผลการทดสอบการใชน้ำบริสทุ ธิเ์ พือ่ กำจัด แกสไฮโดรเจนซัลไฟด ตามความยาวของชุดทดลอง มีการปรับ อัตราการไหลของแกสใหม เมือ่ เดินระบบครบ 2 ชัว่ โมง โดยไม มีการเปลี่ยนน้ำใหม จากผลการทดสอบระบบกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด ใน ตารางที่ 1 พบวา ระบบสามารถกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดได เพิม่ ขึน้ ตามระยะทางความยาวของชุดทดลอง โดยในชวงแรก น้ำบริสทุ ธิท์ มี่ คี า ความเปนกรด-ดาง เปน 7 ทีอ่ ตั ราการไหลของ แกส 3 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง ระบบสามารถกำจัดแกสไปได ประมาณรอยละ 37.50 เมือ่ เพิม่ อัตราการไหลของแกสเปน 6 9 18 30 40 และ 50 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง ทำใหคา ความเปน

จะเปนทางเลือกทีด่ กี วา ตารางที่ 2 แสดงผลการทดสอบการใช น้ำเสียที่มีเชื้อจุลินทรียทดสอบระบบกำจัดแกสไฮโดรเจน ซัลไฟด ในวันที่ 1, 7 และ 14 ของการเลีย้ งเชือ้ จุลนิ ทรีย จากตารางที่ 2 พบวา ในวันที่ 1 ของการเลีย้ งเชือ้ จุลนิ ทรีย น้ำเสียที่มีจุลินทรียมีคาความเปนกรด-ดาง ประมาณ 4 เขาสู ระบบ ทีอ่ ตั ราการไหลของแกส 3 ลูกบาศกเมตรตอชัว่ โมง ระบบ สามารถกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดไปไดประมาณรอยละ 25.0 เมือ่ เพิม่ อัตราการไหลของแกสเปน 6 และ 9 ลูกบาศกเมตรตอ ชัว่ โมง ทำใหคา ความเปนกรด-ดางของน้ำเสียในระบบกำจัดลด ลง และประสิทธิภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดลดลง เนือ่ งจากน้ำปอนดูดซับแกสไวจงึ มีความเปนกรด-ดาง ลดลง ใน

ตารางที่ 1 ผลการทดสอบการใชน้ำบริสทุ ธิเ์ พือ่ กำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด ตาม ความยาวของชุดทดลอง Gas Flow pH H2S Removal Rate inlet outlet inlet 0-1.8 m 1.8-3.6 m outlet efficiency 3 (m /h) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (%) 3 6 9 18 30 40 50

6 6 6 5 5 4 4

6 6 5 5 4 4 4

2400 2400 2400 2400 2400 2400 2400

2100 2100 2200 2300 2300 2300 2300

1900 1900 2000 2000 2200 2200 2200

1500 1650 1700 1750 1800 1850 1850

37.50 31.25 29.17 27.08 25.00 22.92 22.92

ตารางที่ 2 ผลการทดสอบการใชน้ำเสียที่มีเชื้อจุลินทรียทดสอบระบบกำจัดแกสไฮโดรเจน ซัลไฟด Day

Gas Flow Rate (m3/h)

1 7 14

3 6 9 3 6 9 3 6 9

4 4 3 2 2 2 5 4 4

f o y

t e i c

o S i

a h T

inlet outlet 4 4 4 2 2 2 5 5 4

” g in r e HS Removal e inlet 0-1.8 m 1.8-3.6 m outletinefficiency g (%) (ppm) (ppm) (ppm) n (ppm) E 2400 2200 r1900 al 1800 25.00 2400 2200ltu 2000 1800 25.00 u 2400 ic2200 2000 1900 20.83 r g A2000 1850 1650 1450 27.50 2000 2000 2300 2300 2300

ขณะที่อัตราการไหลของแกสเพิ่มขึ้น ระยะเวลาที่แกสอยูภาย ในชุดทดลองสั้นลง ทำใหประสิทธิภาพของการกำจัดแกส ไฮโดรเจนซัลไฟดลดลง เชนเดียวกันกับการใชน้ำบริสุทธิ์ ทดสอบระบบ แตประสิทธิภาพการกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟด เมื่อใชน้ำที่มีเชื้อจุลินทรียต่ำกวา เมื่อเปรียบเทียบการใชน้ำ บริสทุ ธิ์ ทีอ่ ตั ราการไหลของแกสเทากัน เปนเพราะคาความเปน กรด-ดางของน้ำทีม่ เี ชือ้ จุลนิ ทรียต ่ำกวาน้ำบริสทุ ธิม์ าก หากเปรียบเทียบจำนวนวันของการเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย ในวันที่ 1, 7 และวันที่ 14 ของการเลีย้ งเชือ้ ซึง่ มีคา ความเปน กรด-ดาง แตกตางกัน พบวา ประสิทธิภาพการกำจัดแกส ไฮโดรเจนซัลไฟดจะขึน้ อยคู า ความเปนกรด-ดาง ของน้ำเสีย 42

1900 1900 2100 2100 2200

1600 1700 1800 1850 2000

1500 1700 1600 1700 1900

25.00 15.00 30.43 26.09 17.39

คือ ประสิทธิภาพการกำจัดจะลดลงตามคา ความเปนกรด-ดาง ที่ ลดลง นอกจากนี้ ยังพบวา ประสิทธิภาพการกำจัดจะเพิม่ ขึน้ ตาม ระยะความยาวของชุดทดลอง

สรุปผลการทดลอง ระบบต น แบบ ไบโอ-สครั บ เบอร ที่ พั ฒ นาขึ้ น มานี้ สามารถใชกำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดออกจากไบโอแกสได ถึงแมประสิทธิภาพการกำจัดยังไมสงู มากนัก แตเปนทางเลือก หนึ่งที่สามารถนำไปประยุกตใชไดโดยไมสงผลกระทบตอ สิ่ งแวดลอม เนือ่ งจากระบบไบโอ-สครับเบอร ใชน้ำเสียทีม่ เี ชือ้ จุลินทรียจากโรงงานอุตสาหกรรมแปงมันสำปะหลัง ในการ

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

กำจัดแกสไฮโดรเจนซัลไฟดออกจากไบโอแกส และชวยยืดอายุ การใชงานเครื่องกำเนิดไฟฟาใหยาวนานขึ้น

เอกสารอางอิง ประทิน กุลละวณิชย, นันทิยา เปปะตัง, อรอมล เหลาปตนิ นั ท, อรรณพ นพรัตน, วรินธร สงคศิริ และภาวิณี ชัยประเสริฐ (2550) ภาพรวมเชิ ง สถานภาพและศั ก ยภาพของ เทคโนโลยีกาซชีวภาพในประเทศไทย การประชุม วิชาการ ดานพลังงานสิง่ แวดลอมและวัสดุ ครัง้ ที่ 1 จัดโดย คณะพลังงานสิ่งแวดลอมและวัสดุ 31 สิงหาคม 2550 โรงแรมเดอะทวิน ทาวเวอร กรุงเทพฯ

Driessen, W.J.B.M., Wouters, J.W., Habets, L.H.A. and Buisman, C.J.N. (2001) Anaerobic effluent treatment as an integral part of industrial processes, presented at the ANAEROBIE 2001 Conference, Klatovy, Czech Republic, 2-3 October 2001. Soroushian, F., Shang, Y., Whitman , E.J., Garza, G. and Zhang, Z. (2006) Development and application of biological H2S scrubbers for treatment of digester gas, organized by WEFTEC, Oct. 22, 2006. Wouters, J.W. (2001) Partial effluent reuse in the food industry. Water 21, pp. 45-46.

” g in r e e gin

n E l ra

f o y

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

การจำลองน้ำทวมเนื่องจากเขื่อนปากมูล Flood Plain Modeling Due to Pakmun Dam เลอลักษณ แกวจอมแพง1) ศุภสิทธิ์ คนใหญ2) Lerlack Kawjompang1) Supasit Konyai2)

บทคัดยอ ในชวงฤดูฝนภาคตะวันออกเฉียงเหนือมักประสบปญหาอุทกภัยเนือ่ งจากน้ำทวมในหลายจังหวัด จากสถานการณอทุ กภัย จังหวัดอุบลราชธานี ทีเ่ กิดขึน้ อยางตอเนือ่ งในป พ.ศ. 2543 ถึงป พ.ศ. 2545 โดยในป พ.ศ. 2545 เกิดน้ำทวมสูงสุดในเดือนตุลาคม มีระดับน้ำสูงสุดทีร่ ะดับ 115.77 เมตร (ระดับน้ำทะเลปานกลาง)ไดสรางความความเสียหายทัง้ ชีวติ และทรัพยสนิ ตอประชาชนเปน อยางมาก โดยประชาชนมีความเชือ่ วา การทีส่ รางเขือ่ นปากมูลเพือ่ ผลิตกระแสไฟฟานัน้ เปนการปดกัน้ การไหลของแมน้ำมูลซึง่ สง ผลระทบตอการเกิดน้ำทวมทีจ่ งั หวัดอุบลราชธานี ในงานวิจยั นีจ้ งึ ไดศกึ ษาการจำลองสถานการณน้ำทวมอุบลราชธานีเนือ่ งจากเขือ่ น ปากมูล โดยใชโปรแกรมคอมพิวเตอร HEC-RAS 3.1.3 ในการจำลองสภาพการไหล การศึกษาประกอบดวยการจำลองสภาพการไหลของลำน้ำมูล (1) ในกรณีทไี่ มมเี ขือ่ นปากมูลปดกัน้ (2) กรณีทมี่ เี ขือ่ นปาก มูลแตเปดประตูระบายน้ำทัง้ หมด ผลการจำลองพบวา ทีค่ าบการกลับ 2 ป, 5 ป, 10 ป, 50 ป, และ 100 ป กรณีการจำลองน้ำทวมโดยที่ มีเขือ่ นปากมูลมีระดับน้ำเทากับระดับน้ำกรณีการจำลองน้ำทวมโดยทีไ่ มมเี ขือ่ นปากมูล ยกเวนทีบ่ ริเวณสถานีเหนือเขือ่ นปากมูลเพียง สถานีเดียวเทานั้นที่มีระดับน้ำที่แตกตางกัน ดังนั้นสามารถสรุปไดวาเขื่อนปากมูลไมมีผลตอการเกิดน้ำทวมอำเภอเมือง จังหวัด อุบลราชธานี แตมผี ลทำใหระดับน้ำทีส่ ถานีเหนือเขือ่ นปากมูลสูงขึน้ คำสำคัญ: เขือ่ นปากมูล น้ำทวมอุบลราชธานี แบบจำลอง HEC - RAS

” g in r e e gin

Abstract

n E l ra

u t l ir cu Ag

In rainy season, flood events always occur in many parts in northeast Thailand. From year 2000 to 2002, the city of Ubol Ratchathani has been flooded nearly every year, especially in 2002 the peak flood was at 115.77 m msl. People believe that Pak Mun dam exacerbates the flood damage in the flood plain area. This research was to create a model of the unsteady river flow causing by the level of gate openning. The simulation was performed by HEC - RAS 3.1.3 The studies involved river flow simulations (1) with the dam (2) without the dam. The boundary condition was at the dam site using the discharges and the flow depths at the return periods of 2, 5, 10, 50 and 100 years. The simulation results show that the dam does not increase the flooding, except the region just upstream of the dam. Keywords: Pak Mun dam Ubol Ratchathani Flood HEC - RAS

f o y

t e i c

o S i

a h T

คำนำ ระบบชี-มูล ประกอบดวย 2 แมน้ำหลักคือ แมน้ำชีและแม น้ำมูล มีพนื้ ทีล่ มุ น้ำรวมกัน 119,176 ตร.ก.ม. ซึง่ เปนพืน้ ทีใ่ หญ มาก ประมาณ 2/3 ของพืน้ ทีภ่ าคตะวันออกเฉียงเหนือ เนือ่ งจาก ปริมาณฝนเฉลีย่ ของลมุ น้ำคือ 1,220 ม.ม.ตอป ซึง่ ประมาณ 90% ของฝนทัง้ ปตกในฤดูฝนชวงพฤษภาคมถึงตุลาคม (วีระพลและ คณะ, 2550) ดังนั้น น้ำจำนวนมหาศาลในชวงปลายฤดูฝน

จะไหลผานสวนทายน้ำของระบบชี-มูล ลงสแู มน้ำโขงและทวม ทีร่ าบน้ำทวมถึงเปนชวง ๆ เขื่อนปากมูลเริ่มกอสรางในป 2532 และเสร็จสิ้นในป 2537 เปนเขือ่ นกักเก็บน้ำในลำน้ำ (run of the river dam) เพือ่ ผลิตกระแสไฟฟา โดยกอสรางทีบ่ า นหัวเหว อ.โขงเจียม จ.อุบล ราชธานี หางจากปากแมน้ำมูล 5.5 ก.ม. หางจากตัวจังหวัด อุบลราชธานีไปทางทายน้ำ 82.5 ก.ม. เปนเขือ่ นคอนกรีตบดอัด

1) นักศึกษาปริญญาโท 2) อาจารย, ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน 1) Graduate student 2) Lecturer, Department of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering, Khon Kaen University, Khon Kaen 40002, Thailand 44

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ภาพที่ 1 เขือ่ นปากมูล สูง 17 ม. ยาว 300 ม. ประกอบดวยประตูระบายน้ำ 8 ชอง แตละ ชองกวาง 22.5 ม. สูง 14.75 ม. สามารถระบายน้ำไดสงู สุด 18,500 ลบ.ม.ตอวินาที ดานขวาของตัวเขือ่ นเปนโรงไฟฟาพลังน้ำ ยาว 72 ม. ประกอบดวยกระสวยกังหันน้ำ 4 ตัว มีกำลังการผลิตรวม กัน 136 เมกกะวัตต (ภาพที่ 1) ตัง้ แตเริม่ สรางเขือ่ นนี้ เขือ่ นปากมูลมีปญ  หามาโดยตลอด และไดรบั การวิพากษวจิ ารณเปนอยางมาก เชน การผลิตกระแส ไฟฟาไดไมเต็มกำลังบาง ทำใหพนั ธปุ ลาและปริมาณปลาใน ลำน้ำมูลลดนอยลงมาก จนทำใหชาวบานที่ประกอบอาชีพ ประมงตองเปลีย่ นเปนอาชีพอืน่ รวมทัง้ เขือ่ นปากมูลคือสาเหตุ สำคัญที่ทำใหเกิดน้ำทวมบริเวณเหนือเขื่อนในชวงฤดูฝน ซึ่ง ปญหาน้ำทวมเมืองอุบลราชธานีนเี้ องจึงเปนทีม่ าของการศึกษา งานวิจัยครั้งนี้ ดังนัน้ การศึกษานีต้ อ งการพิสจู นวา เขือ่ นปากมูล มีผลตอ การเพิม่ ระดับความรุนแรงน้ำทวมจังหวัดอุบลราชธานีและพืน้ ที่ โดยรอบหรือไม เปนการจำลองการไหลของระดับน้ำสูงสุด โดย ใชแบบจำลอง HEC-RAS เพือ่ เปรียบเทียบกรณีทมี่ เี ขือ่ น และ กรณีทไี่ มมเี ขือ่ น โดยพิจารณาทีค่ าบการกลับ 2 ป, 5 ป, 10 ป, 50 ป, และ 100 ป

f o y

Army Corps of Engineers เพือ่ จำลองการไหลในลำน้ำธรรมชาติ ทัง้ กรณีการไหลแบบคงตัว และแบบไมคงตัว ความที่ HEC-RAS เปนซอฟทแวรสาธารณะ สามารถดาวนโหลดมาใชไดฟรี และ เนือ่ งจากใชงา ย มีคมู อื การใชครบถวน จึงทำใหเปนทีน่ ยิ มอยาง มาก HEC-RAS ใชวธิ ี standard step method เพือ่ คำนวณความ ลึกและอัตราการไหลในลำน้ำ เนือ่ งจากการไหลของน้ำทวมใน ลำน้ำขนาดใหญเชนนี้ เปนการไหลแบบ subcritical flow การ ควบคุมการไหลยอมอยทู สี่ ว นทายน้ำ ดังนัน้ การคำนวณเริม่ จาก ทายน้ำยอนขึ้นไปทางเหนือน้ำ โดยการแบงชวงลำน้ำทั้งหมด ออกเปนชวงยอยหลายๆ ชวง แตละชวงยอยไมควรยาวเกิน 2 ก.ม. จะตองสำรวจพืน้ ทีห่ นาตัดทุกๆ ชวงยอย ภาพที่ 2 แสดงชวง ยอยของลำน้ำ ประกอบดวย section 1 ดานทายน้ำเปนตัวทราบ คา เราตองการคำนวณความเร็วและความลึกของน้ำใน section 2 ดานเหนือน้ำ เขียนเปนสมการดังนี้ (Cruise et al, 2007)

” g in (1) r e e เมือ่ WS = ระดับผิiวn น้ำ, αV /2g = เฮดความเร็ว, α = gV = ความเร็วเฉลีย่ , g = ความโนมถวง, สัมประสิทธิพ์ ลังงาน, n E h = head a lossl ระหวางหนาตัดทายน้ำกับหนาตัดเหนือน้ำของ ชวงย อยrซึ่ง head loss รวม friction loss กับ minor loss ไวดว ย u t l กัน และสามารถคำนวณไดดงั นี้ (Cruise et al, 2007) u ric g V V A −α h = S L+C α

t e i c

o S i

a h T

อุปกรณและวิธีการ การศึกษานี้ตองการเปรียบเทียบวาเขื่อนปากมูล มีผลตอ การเพิม่ ระดับความรุนแรงน้ำทวมจังหวัดอุบลราชธานีและพืน้ ที่ โดยรอบหรือไม เนือ่ งจากพืน้ ทีร่ บั น้ำของระบบชี-มูล ของจุดที่ ตั้งเขื่อนปากมูลมีขนาด 119,000 ตร.กม. ซึ่งเปนพื้นที่ที่กวาง ใหญเกินกวาที่จะจำลองการไหลโดยวิธีความสัมพันธของ ฝนกับน้ำทา ใหถกู ตองในระดับทีย่ อมรับได ดังนัน้ การศึกษานี้ จึงใชวิธีการจำลองการไหลเชิงชลศาสตร โดยใชแบบจำลอง HEC-RAS 3.1.3 HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centre - River Analysis System) เปนแบบจำลองคอมพิวเตอร พัฒนาโดย U.S.

V2 V2 WS1 + α 1 + hL = WS2 + α 2 2g 2g 2

2 2

2 1

(2)

เมื่อ Sf = friction slope, L = ความยาวของชวงยอย, C = คาสัมประสิทธิข์ อง expansion และ contraction ถาทางน้ำคอยๆ เปลีย่ นแปลงคา C อยใู นชวง 0-0.2 แตถา เปลีย่ นแปลงอยางรวด เร็วคา C จะประมาณ 0.5 (Narasimhan, 2007) สำหรับ Sf ใช สมการ Manning ในการคำนวณ

ภาพที่ 2 แสดงชวงยอยของลำน้ำ

จากสภาวะขอบเขตเราทราบคา WS1, α1 และ V1 ดังนัน้ เมือ่ สมมุตคิ า WS2 จะไดคา head loss, hL1 จาก (1) และ hL2 จาก (2) ซึง่ ถา hL1 เทากับ hL2 แสดงวาคาสมมุติ WS2 ถูกตอง แตถา ไมเทากัน เราตองสมมุตคิ า WS2 ใหม โดยแทนคา hL1 ดวย hL2 ใน (1) และใชคา α2v22/2g จากขัน้ ตอนทีผ่ า นมา หาคา hL1 จาก (1) และ hL2 จาก (2) แลวเปรียบเทียบ hL1 กับ hL2 ใหม เรือ่ ย ไปจนกวา hL1= hL2การคำนวณจะทำจากทายน้ำไปยังตนน้ำทีละ ชวงยอยของลำน้ำ ในการศึกษาครัง้ นีไ้ ดใชแบบจำลองคอมพิวเตอร HEC RAS 3.1.3 ในการศึกษาไดจำลองสภาพการไหลแบบ steady flow ซึ่งขอมูลที่ใชในแบบจำลองคอมพิวเตอร HEC-RAS มี ดั งนี้ ขอมูลหนาตัดลำน้ำไดจากผลสำรวจรูปตัดของลำน้ำมูล-ชี โดยฝายสำรวจภูมปิ ระเทศ กรมชลประทานที่ 7 จังหวัดอุบล ราชธานี (2547) จากปากน้ำมูลขึน้ ไปถึง อำเภอเมืองศรีสะเกษ

และจากปากน้ำชีขึ้นไปถึง อำเภอเขื่องใน ขอมูลหนาตัดลำน้ำ นำเขาสูโปรแกรม HEC-RAS โดยเริ่มจากทายน้ำขึ้นไปเหนือ น้ำ โดยเรียกแตละหนาตัดวาสถานีแมน้ำ (river station) ตัวอยาง ของรูปตัดลำน้ำแสดงในภาพที่ 3 ขอมูลสัมประสิทธิค์ วามขรุขระ (n) ในแตละพืน้ ทีห่ นาตัด แบงพืน้ ทีห่ นาตัดออกเปน 3 สวน สวนทีร่ าบน้ำทวมถึงฝง ซาย (left bank floodplain) สวนลำน้ำ (channel) และสวนทีร่ าบน้ำ ทวมถึงฝง ขวา (right bank floodplain) คาสัมประสิทธิค์ วามขรุ ขระแมนนิง่ n จะตองถูกกำหนดบนทุกสวนของทุกพืน้ ทีห่ นา ตัด สำหรับการศึกษาครัง้ นี้ ใชผลการศึกษาของ Mekpruksawong et al. (2007) ซึง่ จากการจำลองการไหลในลำน้ำมูล พิจารณาที่ ตำแหนงสถานี M7 อำเภอเมืองอุบลฯ ใชขอมูลจำนวน 3 ป (1996, 2001, และ 2002) พบวาคา n ของลำน้ำมีคา 0.035 และ ของทีร่ าบน้ำทวมถึงทัง้ ฝง ซายและฝง ขวา มีคา เทากันคือ 0.04 ขอมูลอาคารควบคุมในลำน้ำ ในการศึกษาครัง้ นี้ ในพืน้ ทีล่ มุ น้ำ

” g in r e e gin

n E l ra

f o y

u t l ir cu Ag

t e i c(60) River "Chi" RS o iS a h

River "Mun" RS (61)

River "Mun" RS (29)

River "Mun" RS (1)

ภาพที่ 3 ตัวอยางหนาตัดลำน้ำ 46

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ทีศ่ กึ ษามีเขือ่ นปากมูลเปนสถานีแรก ซึง่ เขือ่ นปากมูลมีความสูง 17 เมตร ความยาว 300 เมตร ระดับสันเขือ่ น +111 ม.รทก สันเขือ่ นกวาง 6 เมตร อาคารระบายน้ำเปนคอนกรีตเสริมเหล็ก แบงเปนชองทางระบายน้ำ 8 ชอง ติดตัง้ ประตูควบคุมน้ำแบบ บานโคง ขนาดกวาง 22.5 เมตร สูง 14.75 เมตร อัตราการ ระบายน้ำสูงสุด 18,500 ลูกบาศกเมตรตอวินาที สภาวะขอบเขต (boundary conditions) ของการจำลอง คือ ระดับน้ำและอัตราการไหล ที่สถานีวัดน้ำทายน้ำสุด ซึ่งใน กรณีการศึกษานี้หมายถึงที่ตั้งเขื่อนปากมูล เนื่องจากเปนการ จำลองการไหลแบบคงตัว (steady flow) จึงคำนวณอัตราการไหล จากขอมูลของสถานี M7 โดยใชสถิตขิ อ มูล 57 ป (พ.ศ. 2493 2549) สำหรับระดับน้ำทีต่ ำแหนงเขือ่ นปากมูล ใชการวิเคราะห

จากสถิตขิ อ มูลสถานี M7 แลวโยงความสัมพันธไปยังตำแหนง เขือ่ นปากมูลโดยใชสถิตขิ อ มูล 11 ป (พ.ศ. 2541 - 2551) ในการ วิเคราะหขอมูลอัตราการไหลสูงสุด และระดับน้ำสูงสุด ได กำหนดให การแจกแจงของคาทัง้ สองเปนไปตามการแจกแจง แบบคาทีส่ ดุ ของกัมเบล (Gumbel extreme value type I) และใช คาทีค่ าบการกลับ (return period) 2 ป, 5 ป, 10 ป, 50 ป, และ 100 ป

ผลการทดลองและวิจารณ ผลการศึกษาประกอบดวย ระดับน้ำสูงสุดและอัตราการ ไหลสูงสุดที่คาบการกลับตาง ๆ แสดงในตารางที่ 1 ซึ่งโดย ปกติแลวจังหวัดอุบลราชธานีทสี่ ถานีวดั น้ำ M7 ความสูงของตลิง่

ตารางที่ 1 สภาวะขอบเขตทีค่ าบการกลับตาง ๆ

” g n 2 100 ri e e อัตราการไหล ( ) 2,860 3,332 4,064 4,980 in6,242 g 104.79 ระดับน้ำ (ม. รทก) 100.48 102.40 103.21 104.42 n lE a r u t l u ric g A f o y t ie c o S i haกรณีทไี่ มมเี ขือ่ น กรณีทมี่ เี ขือ่ น คาบการกลับ(ป) 5 10 50

ภาพที่ 4 ภาพตัดตามยาวของลำน้ำมูล-มูลทีร่ อบการเกิด 2 ป

กรณีทไี่ มมเี ขือ่ น

กรณีทมี่ เี ขือ่ น

ภาพที่ 5 ภาพตัดตามยาวของลำน้ำมูล-มูลทีร่ อบการเกิด 5 ป วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

คือ 112 ม. รทก และอัตราการไหลปริม่ ตลิง่ คือ 2,400 ซึง่ เมือ่ พิจารณาจากตารางที่ 1 จะพบวา แมคาบการกลับ 2 ป อัตราการ ไหล 2,860 ก็จะเกิดน้ำทวมจังหวัดอุบลราชธานีแลว ผลจากการจำลองระดับน้ำเทียบกับระดับตลิ่งทั้งกรณีมี เขือ่ นและกรณีไมมเี ขือ่ น แสดงในภาพที่ 4 สำหรับคาบการกลับ 2 ป และภาพที่ 5 สำหรับคาบการกลับ 5 ป จากภาพที่ 4 ทีค่ าบการ กลับ 2 ป เปรียบเทียบกรณีมีเขื่อนและกรณีไมมีเขื่อน จะได ระดับน้ำเทากัน ยกเวนทีส่ ถานีทหี่ นาเขือ่ นปากมูลเทานัน้ ทีก่ รณี มีเขือ่ นจะมีระดับน้ำสูงกวากรณีไมมเี ขือ่ น ประมาณ 2-3 เมตร ชวงเหนือน้ำจากตัวเขือ่ นขึน้ ไปจนถึงประมาณ 50 ก.ม. น้ำจะไม ลนตลิง่ แตจาก 50 ก.ม. ขึน้ ไปน้ำจะลนตลิง่ เปนชวง ๆ ทัง้ นีเ้ นือ่ ง จากความชันของทองน้ำในชวง 50 ก.ม. มีความชันสูงกวาชวง เหนือ 50 ก.ม. กลาวคือชวง 50 ก.ม. แรกมีความชันเฉลีย่ ประมาณ 0.002 สวนชวงเหนือน้ำ 50 ก.ม. ขึน้ ไป มีความชันเฉลีย่ ประมาณ 0.00007

สรุป จากการจำลองน้ำทวมเนือ่ งจากเขือ่ นปากมูลทัง้ สองกรณี คือ กรณีการจำลองน้ำทวมโดยทีไ่ มมเี ขือ่ นปากมูลและกรณีการ จำลองน้ำทวมโดยทีม่ เี ขือ่ นปากมูลโดยทีเ่ ปดประตูระบายน้ำทัง้ 8 บาน สามารถสรุปผลไดดงั นี้ กรณีมเี ขือ่ นปากมูลกับกรณีไม มีเขือ่ นปากมูล ทีค่ าบการกลับตาง ๆ พบวาไมมคี วามแตกตางกัน ยกเวนสถานีเดียวทีห่ นาเขือ่ น ซึง่ ระดับน้ำในกรณีมเี ขือ่ นจะสูง กวากรณีไมมีเขื่อนประมาณ 3-4 ม. เมื่อเปรียบเทียบระดับน้ำ

f o y

จากการจำลองกับระดับตลิ่ง พบวาน้ำจะไมลนตลิ่งในชวง 50 ก.ม. แรกจากเขือ่ น สวนตัง้ แต 50 ก.ม. ถัดขึน้ ไปน้ำทวมตลิง่ ตัง้ แต คาบการกลับ 2 ป เปนตนไป ทัง้ นีเ้ นือ่ งจากชวง 50 ก.ม. แรก ทองน้ำมีความชันสูงมาก ดังนัน้ สามารถสรุปไดวา เขือ่ นปากมูล ไมมผี ลตอการเกิดน้ำทวมอำเภอเมือง จังหวัดอุบลราชธานี แตมี ผลทำใหระดับน้ำทีส่ ถานีเหนือเขือ่ นปากมูลสูงขึน้

เอกสารอางอิง การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย (2537) แนวทางปฏิบตั กิ าร อางเก็บน้ำเขือ่ นปากมูล การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศ ไทย. การศึกษาสภาพและแนวทางไขปญหาการเกิดอุทกภัย จังหวัด อุบลราชธานี. (2547). กรมชลประทาน. วี ร ะพล แต ส มบั ติ และคณะ (2550) สภาพการใช น้ำ และ สถานการณลุมน้ำของประเทศ ใน วารสารชมรมนัก อุทกวิทยาไทย ปที่ 11 ฉบับที่ 10 Cruise, J.F., Sherif, M.M., and Singh, V.P. (2007) Elementary Hydraulics. Thomson - Nelson. Mekpruksawong, P., Suwattana, T., and Meepayoong, N. (2007) The alternatives of flood mitigation in the downstream area of Mun River basin. Proceedings of 2nd Thaicid Symposium. Narashimhan, S. (2007) A First Course in Fluid Mechanics. CRC Press.

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

การเปลี่ยนแปลงปริมาณไอน้ำฝนจากขอมูลจีพีเอส Precipitable Water Vapor Variation Based on GPS Observations วันเพ็ญ สูนประโคน1) สุนนั ทา กิง่ ไพบูลย2) Mikio Satomura3) สุรตั น ประมวลศักดิกลุ 4) Wanpen Soonprakhon1) Sununtha Kingpaiboon2) Mikio Satomura3) Surat Pramualsakdikul4)

Abstract

The precipitable water vapor (PWV) in the atmosphere for the tropical region were calculated using the GPS observations. A GPS site is located on the rooftop of a building inside Khon Kaen university, Thailand. The 5-year-long GPS data have been processed using the GAMIT software and analyzed. Seven nearby permanent GPS stations have been utilized as the reference sites. The objectives of this study are seasonal and diurnal variation of PWVs. The results show that the PWVs vary between 20 mm and 60 mm for the dry season. For the wet season, the PWVs vary between 50 mm and 65 mm. In addition, the PWVs increase before the start of the wet season. However, the PWVs rapidly decrease at the end of the wet season. For the diurnal variations, the dry season exhibits the trend of the variations similar to that of the wet season. The PWV estimates have the mimima at approximately 7 a.m. and then increase from the afternoon till midnight. Keyword: Precipitable Water Vapor, Diurnal Variation, Seasonal Variation, GPS Observations

” g in r บทคัดยอ e eระบบ ปริมาณไอน้ำฝนบริเวณเขตรอนสามารถคำนวณไดดว ยขอมูลทีบ่ นั ทึกดวยชุดเครือ่ งมือจีiพnเี อส จีพเี อสทีใ่ ชบนั ทึกขอมูล g ตัง้ อยบู นหลังคาของอาคารภายในมหาวิทยาลัยขอนแกน ประเทศไทย ปริมาณไอน้ำฝนได n จากการประมวลผลและวิเคราะหขอ มูล E จีพเี อสระยะเวลา 5 ป ดวยโปรแกรม GAMIT โดยอางอิงขอมูลจากสถานีจพี เี อสถาวรซึ l ง่ ตัง้ อยบู ริเวณใกลเคียงจำนวน 7 แหง วัต a r ถุประสงคของการศึกษาเพือ่ ศึกษาลักษณะการเปลีย่ นแปลงปริมาณไอน้ำฝนที ไ่ ดจากการคำนวณขอมูลการรังวัดดวยเครือ่ งมือจีพเี อส u t l ในรอบวันและรอบฤดูกาล จากผลการศึกษาพบวา ฤดูแลง ปริมาณไอน้ u ำฝนมีคา แปรเปลีย่ นอยรู ะหวาง 20 มิลลิเมตร ถึง 60 มิลลิเมตร c i สวนในฤดูฝน ปริมาณไอน้ำฝนแปรเปลีย่ นอยรู ะหวาง 50 มิลrลิเมตร ถึง 65 มิลลิเมตร ปริมาณไอน้ำฝนเพิม่ สูงขึน้ กอนเขาสฤู ดูฝน g งฤดูฝน สำหรับการแปรเปลีย่ นในรอบวัน ฤดูแลงมีแนวโนมการเปลีย่ นแปลง อยางไรก็ตาม ปริมาณไอน้ำฝนไดลดลงอยางรวดเร็วหลัA f คลายกับการเปลีย่ นแปลงในฤดูฝน ปริมาณไอน้o ำฝนมีคา ต่ำสุดเมือ่ เวลาประมาณ 7 นาฬิกา จากนัน้ ปริมาณไอน้ำฝนมีคา สูงขึน้ จาก y t บายจนถึงเที่ยงคืน e i c คำสำคัญ: ปริมาณไอน้ำฝน การเปลี ย ่ นแปลงในรอบวั น การเปลีย่ นแปลงในรอบฤดูกาล เครือ่ งมือจีพเี อส o iS a สภาพภูมอิ ากาศ ปจจุบนั มีการประยุกตใชขอ มูลการรังวัดจากจีพี Th บทนำ ปริมาณไอน้ำในชัน้ บรรยากาศเปนปจจัยหลักทีส่ ง ผลตอ กระบวนการตางๆ เชน การกอตัวของเมฆ การเกิดฝน การเปลีย่ น แปลงสภาพภูมอิ ากาศ เปนตน (เฉลิมชนมและนิธวิ ฒ ั น, 2549) ดังนัน้ การวัดปริมาณไอน้ำฝนจึงมีความสำคัญตองานดานอุตุ อุทกวิทยา โดยปกติแลว กรมอุตนุ ยิ มวิทยาทำการตรวจวัดปริมาณ ไอน้ำฝนวันละ 1 ครัง้ ดวยเครือ่ งวิทยุหยัง่ อากาศ (Radiosonde) ซึง่ ขอมูลไอน้ำทีไ่ ดไมเพียงพอกับการติดตามการเปลีย่ นแปลง

เอสเพือ่ คำนวณหาปริมาณไอน้ำฝน ซึง่ มีขอ ดีกวาหลายประการ เชน ราคาประหยัดกวาเครือ่ งวิทยุหยัง่ อากาศ อีกทัง้ ยังสามารถ ติดตามการเปลีย่ นแปลงปริมาณไอน้ำฝนไดอยางตอเนือ่ งตลอด เวลาและทุกสภาพอากาศ (Kingpaiboon and Satomura, 2005) ทั้งนี้เนื่องจากมีการเก็บขอมูลการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไอ น้ำฝนอยางตอเนื่องเปนเวลาหลายปสามารถนำมาพยากรณ ฝนได ซึ่ ง ฝนเป น พารามิ เ ตอร ที่ สำคั ญ ในการจั ด การด า น

1) นักวิจยั ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน 2) รองศาสตราจารย ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน 3) Professor, Institute of Geosciences, Faculty of Science, Shizuoka University, JAPAN 4 )อาจารย ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน *corresponding author, e-mail: kana_envi@hotmail.com

ทรัพยากรน้ำใหมปี ระสิทธิภาพตอไป ระบบจีพีเอสเปนเทคโนโลยีการรับรูระยะไกลที่ใชใน การรังวัด การบอกตำแหนงพิกดั ภูมศิ าสตร การทำแผนที่ รวมทัง้ การติดตามการเคลือ่ นทีข่ องแผนเปลือกโลก (Tsuda et al., 1998) ความลาชาการเดินทางของสัญญาณไมโครเวฟจากดาวเทียมจีพี เอสผานบรรยากาศทำใหการบอกตำแหนงพิกดั ภูมศิ าสตรมคี วาม คลาดเคลือ่ น แตกลับสงผลดีในการติดตามการเปลีย่ นแปลงของ บรรยากาศ (Jade et al., 2005) ซึง่ ความลาชาในบรรยากาศไอโอ โนสเฟยรขึ้นอยูกับความยาวชวงคลื่นของสัญญาณไมโครเวฟ เมือ่ มีขอ มูลสัญญานไมโครเวฟจากสองชวงคลืน่ ของดาวเทียม จีพเี อสทำใหสามารถทราบและคำนวณความลาชาในบรรยากาศ ไอโอโนสเฟ ย ร ไ ด ซึ่ ง ความยาวช ว งคลื่ น ของสั ญ ญาณ ไมโครเวฟดังกลาวคือ L1 (1575.42 MHz) และ L2 (1227.6 MHz) ความลาชาในบรรยากาศโทรโปสเฟยร (Zenith Tropospheric Delay : ZTD) เกิดจากความลาชาของสัญญาณ 2 สาเหตุ คือ สวนทีเ่ กิดจากกาซแหง (Zenith Hydrostatic Delay : ZHD (dry term)) และสวนทีเ่ กิดจากไอน้ำ (Zenith Wet Delay :ZWD (wet term)) (Emardson and Derks, 2000) ความลาชาทีเ่ กิดจาก กาซแหงคำนวณไดจากขอมูลความกดอากาศและอุณหภูมิ ณ จุด รับสัญญาณ ความลาชาของการเดินทางของสัญญาณไมโครเวฟ ทีเ่ กิดจากไอน้ำ คำนวณไดจากการหักคาความลาชาของสวนที่ เกิดจากกาซแหงออกจากความลาชาในบรรยากาศ ซึง่ ความลาชา ทีเ่ กิดจากสวนของไอน้ำสามารถนำมาคำนวณปริมาณไอน้ำฝน (Precipitable Water Vapor : PWV) ได (Valeo et al., 2005) การวิจัยนี้มีวัตถุประสงคเพื่อศึกษาลักษณะการเปลี่ยน แปลงปริมาณไอน้ำฝนในรอบวันและรอบฤดูกาล ทีไ่ ดจากการ คำนวณขอมูลการรังวัดดวยเครือ่ งมือจีพเี อส

f o y

ZHD = (2.2779 ± 0.0024)

PGPS

(1)

f (φ , H )

(2) เมือ่ ZHD (Zenith Hydrostatic Delay) คือ ความลาชาของการ เดินทางของสัญญาณไมโครเวฟทีเ่ กิดจาก บรรยากาศสวนแหง PGPS คือ ความกดอากาศ ณ จุดติดตัง้ จานรับสัญญาณ จีพเี อส (hPa) φ คือ ละติจดู ของจุดติดตัง้ จานรับสัญญาณจีพเี อส H คือ ความสูงทรงรี (Ellipsoid height) ของจุดติดตัง้ จานรับสัญญาณจีพเี อส (km) คา ZWD คำนวณไดจากการหักคา ZHD จากคา ZTD ดัง สมการคำนวณหา ZWD (Elgered et al., 1991) (3) ZWD = ZTD − ZHD เมื่อ ZWD (Zenith Wet Delay) คือ ความลาชาทีเ่ กิดจาก บรรยากาศสวนเปยกในแนวดิง่ ZTD (Zenith Tropospheric Delay) คือ ความลาชาทีเ่ กิด ขึน้ ในบรรยากาศโทรโปสเฟยรในแนวดิง่ การคำนวณปริมาณไอน้ำฝนจากขอมูลจีพีเอส สามารถ คำนวณไดดงั สมการ (Askne & Nordius, 1987) (4) PWV = II ΧZWD f (φ , H ) = (1 − 0.00266 cos φ − 0.00028H )

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c วิธีการศึกษา o จานรับสัญญาณดาวเทีiยมจีSพีเอสชวงคลื่น L1 และ L2 aงคาตึก ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร ถูกติดตั้งบนสามขาบนหลั h คณะวิศวกรรมศาสตรTมหาวิทยาลัยขอนแกน เพือ่ รับสัญญาณ

และบันทึกขอมูลจากดาวเทียมจีพเี อสทุก 30 วินาที โดยขอมูล จะถูกเก็บในฮารดดิสก (Hard Disk) ของคอมพิวเตอรแบบ อัตโนมัตใิ นแตละวัน ณ เวลาทีถ่ กู กำหนดไว (รูปที่ 1) ในการศึกษานี้ไดวิเคราะหขอมูลการรังวัดดวยจีพีเอส ตัง้ แตเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2544 ถึงกันยายน พ.ศ.2549 โดยแบง การศึกษาออกเปน 2 ฤดูกาล คือ ฤดูแลง ตัง้ แตเดือนพฤศจิกายน ถึงเมษายน และฤดูฝน ตัง้ แตเดือนพฤษภาคมถึงตุลาคม การคำนวณหาคา ZTD ของชวงเวลา 1 ชัว่ โมง โดยใช โปรแกรม GAMIT ตองอางอิงขอมูลจาก 7 สถานีหลัก ไดแก สถานี SHAO ที่เซี่ยงไฮ และสถานี LHAS ที่ลาหสา ของ สาธารณรัฐประชาชนจีน สถานี YARA ทีย่ ารากาดี และสถานี COCO ที่เกาะโคโคส ประเทศออสเตรเลีย สถานี TSUK ที่ 50

ซึ กุบะ ประเทศญีป่ นุ สถานี GUAM ทีเ่ กาะกวม ประเทศสหรัฐ อเมริกา และสถานี NTUS ที่ประเทศสิงคโปร คา ZHD ถูก ประมาณคาโดยใชขอ มูลความกดอากาศ และฟงกชนั ของละติจดู (φ) และความสูง (H) ณ จุดติดตัง้ จีพเี อส (สุนนั ทา และคณะ, 2549) การคำนวณค า ZHD ในการศึ ก ษานี้ ใ ช ข อ มู ล ความ กดอากาศราย 3 ชัว่ โมง ณ สถานีตรวจวัดอากาศจังหวัดขอนแกน กรมอุตุนิยมวิทยา ซึ่งอยูหางจากจุดติดตั้งจีพีเอสประมาณ 5 กิโลเมตร คา ZHD สามารถคำนวณได ดังสมการ (Elgered et al., 1991)

รูปที่ 1 จานรับสัญญาณจีพเี อสและอุปกรณบนั ทึกขอมูล

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

II =

10 ( Rv ( k 2 − k 1

Mv Md

(5) ))

(6) เมือ่ PWV (Precipitable Water Vapor) คือ ปริมาณไอน้ำฝน (มิลลิเมตร) II คือ พารามิเตอรคณ ู Rv คือ คาคงทีจ่ ำเพาะของกาซของไอน้ำ (461.518 J/kg.K) k1 = 77.60 ± 0.08 (K/hPa) k2 = 71.98 ± 10.82 (K/hPa) k3 = (3.754 ± 0.036)x105 (k2/hPa) M v คือ น้ำหนักโมเลกุลของไอน้ำ (18.0152 kg/kmol) M d คือ น้ำหนักโมเลกุลของกาซแหง (28.9644 kg/kmol) T m คืออุณหภูมเิ ฉลีย่ (Kelvin) TS คือ อุณหภูมพิ นื้ ผิว (Kelvin) Tm = 70.2 + 0.72Ts

จากพายุฤดูรอ นได นอกจากนี้ ปริมาณไอน้ำฝนลดลงหลังจาก เสร็จสิ้นฤดูฝน (เดือนพฤศจิกายน) ซึ่งเปนชวงที่เริ่มเขาสูฤดู หนาว ลมมรสุ ม ตะวั น ออกเฉี ย งเหนื อ จากประเทศจี น พั ด พาอากาศแหงเขาสูภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ทำใหปริมาณไอ น้ำฝนลดลงอยางรวดเร็ว และเมือ่ หมดอิทธิพลจากลมมรสุมดัง กลาวปริมาณไอน้ำฝนจะคอยๆ เพิม่ ขึน้ กอนเขาสฤู ดูฝน ปริมาณไอน้ำฝนในชวงฤดูฝนมีคา คอนขางสูงอยใู นชวง ระหวาง 50 - 65 มิลลิเมตร จากรูปที่ 3 พบวาปริมาณไอน้ำฝนเพิม่ สูงขึ้นกอนเขาสูฤดูฝน (เดือนพฤษภาคม) โดยมีปริมาณไอน้ำ มากทีส่ ดุ ในเดือนสิงหาคม และลดลงกอนสิน้ ฤดูฝน (ปลายเดือน ตุลาคม) เปนทีน่ า สังเกตวาปริมาณไอน้ำฝนลดลงในชวงปลาย เดือนมิถุนายนถึงกลางกรกฎาคม ซึ่งเปนชวงที่ฝนทิ้งชวงพอดี ในชวงทีฝ่ นทิง้ ชวงนี้ เนือ่ งจากแนวบีบโซนรอน (Intertropical convergence zone, ITCZ) เคลือ่ นทีผ่ า นประเทศไทยขึน้ ไปมาก ทำใหลมทีพ่ ดั พาไอน้ำเขาสแู นวบีบโซนรอน พัดพาไอน้ำไปที่ อื่น

” g rin 3. การเปลี่ยนแปลงปริมาณไอน้ำe ในบรยากาศในรอบวั น ผลและอภิปรายผล e การเปลี่ ย นแปลงคin า เฉลี่ ย 5 ป ตั้ ง แต เ ดื อ นสิ ง หาคม 1. การเปลี่ยนแปลงปริมาณไอน้ำฝน g พ.ศ.2544 ถึงกันยายน nพ.ศ.2549 ของปริมาณไอน้ำฝนจากขอมูล การเปลีย่ นแปลงปริมาณไอน้ำฝนจากขอมูลรังวัดดวยจีพี จีพเี อสในรอบวัE al นราย 3 ชัว่ โมง ตามเวลาการเก็บขอมูลของกรม เอสตั้งแตเดือนสิงหาคม พ.ศ.2544 ถึงกันยายน พ.ศ.2549 ดัง r u t แสดงในรูปที่ 2 ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไอน้ำ l u ฝนจากขอมูลจีพเี อสราย 3 ชัว่ โมง จากกราฟพบวา การเปลีย่ rนic แปลงในรอบปมรี ปู แบบการเปลีย่ นแปลงทีค่ ลายคลึงกันเนือ่ g งมา A จากอิทธิพลของฤดูกาล ซึ่งในการศึกษานี้แบo งเปf นฤดูแลง y งเดือน (พฤศจิกายนถึงเมษายน) และฤดูกาลฝน (พฤษภาคมถึ t e ตุลาคม) ดังจะกลาวรายละเอียดในหั วiขอตอไป นอกจากนี้ยัง c พบวาปริมาณไอน้ำฝนมีแนวโน มo เพิม่ ขึน้ ในแตละป (รูปที่ 2) ทัง้ S i นี้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภู มิอากาศสงผลใหอุณหภูมิ a h เฉลีย่ พืน้ ผิวโลกเพิTม่ ขึน้ เมือ่ อุณหภูมเิ พิม่ ขึน้ ความดันไอของน้ำ รูปที่ 2 การเปลีย่ นแปลงปริมาณไอน้ำฝนราย 3 ชัว่ โมง ตัง้ แต ในบรรยากาศจะเพิม่ ขึน้ กลาวคือ ทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู อากาศสามารถ รั บ ไอน้ำ ได ม ากกว า ที่ อุ ณ หภู มิ ต่ำ ทำให ป ริ ม าณไอน้ำ ฝนมี ปริมาณเพิ่มมากขึ้น

2. การเปลี่ยนแปลงปริมาณไอน้ำฝนในรอบฤดูกาล การเปลีย่ นแปลงในรอบฤดูกาลของปริมาณไอน้ำฝน พบวา ฤดูแลง ปริมาณไอน้ำฝนมีการเปลีย่ นแปลงอยรู ะหวาง 20 - 60 มิลลิเมตร (รูปที่ 3) ฤดูแลงชวงของการเปลีย่ นแปลงปริมาณไอ น้ำฝนมีคา มากถึง 40 มิลลิเมตร เพราะในฤดูแลงจะมีพายุฤดูรอ น พัดพานำปริมาณไอน้ำจากมหาสมุทรเขามาในพื้นทวีป ทำให ปริมาณไอน้ำฝนเพิม่ สูงขึน้ ในบางชวงเวลา ซึง่ การเพิม่ ขึน้ ของ ไอน้ำในบรรยากาศของชวงฤดูแลงอาจมีผลดีในการเตือนภัย

เดือนสิงหาคม พ.ศ.2544 ถึงเดือนกันยายน พ.ศ.2549

รูปที่ 3 การเปลีย่ นแปลงปริมาณไอน้ำฝนตามฤดูกาล (ป 25452549)

นาฬิกา จากนัน้ คาคอนขางคงทีจ่ นถึงเทีย่ งคืน ความแตกตางของ คาเฉลีย่ ปริมาณไอน้ำฝนระหวางฤดูแลงและฤดูฝน 20 มิลลิเมตร

กิตติกรรมประกาศ

รูปที่ 4 การเปลีย่ นแปลงปริมาณไอน้ำฝนในรอบวัน อุตนุ ยิ มวิทยา ดังแสดงในรูปที่ 4 จากการศึกษาพบวา การเปลีย่ น แปลงปริมาณไอน้ำฝนในรอบวันไมแตกตางมากนัก โดยในฤดู ฝนมีความแตกตางระหวางคาคาเฉลีย่ สูงสุดและต่ำสุดของวัน 1.8 มิลลิเมตร และฤดูแลงแตกตาง 0.8 มิลลิเมตร และมีลกั ษณะการ เปลี่ยนแปลงที่คลายคลึงกันทั้งในฤดูแลงและฤดูฝน ไดแก ปริมาณไอน้ำฝนมีคา ต่ำสุดเวลา 7 นาฬิกา และมีปริมาณเพิม่ ขึน้ ในชวงบาย ณ เวลา13 นาฬิกาจากนัน้ คาคอนขางจะคงทีจ่ นถึง เทีย่ งคืน ทัง้ นีป้ ริมาณไอน้ำทีเ่ ริม่ เพิม่ ขึน้ ตัง้ แต 13 นาฬิกา เนือ่ ง จากชวงเวลาดังกลาวอุณหภูมิจะสูงสุดในรอบวันทำใหมวล อากาศเคลือ่ นทีข่ นึ้ สบู รรยากาศเบือ้ งบนโดยนำไอน้ำขึน้ ไปดวย และพบวาความตางของคาเฉลีย่ ปริมาณไอน้ำฝนระหวางฤดูแลง และฤดูฝนหางกันถึง 20 มิลลิเมตร ทัง้ นีจ้ ะพบวาโดยปกติแลว ปริมาณไอน้ำฝนจากขอมูลจีพเี อสในฤดูฝนสูงกวาฤดูแลง

f o y

สรุป

t e i c

a h T

เอกสารอางอิง เฉลิมชนม สถิระพจน และ นิธวิ ฒ ั น ชูสกุล, 2549. การประยุกตใช จีพเี อสในการประมาณคาปริมาณไอน้ำในชัน้ บรรยากาศรวม ในประเทศไทย. วารสารสมาคมสำรวจขอมูลระยะไกลและ สารสนเทศภูมศิ าสตร, ปที่ 7 ฉบับที่ 2, 30-35. สุนนั ทา กิง่ ไพบูลย, Satomura, M., และ วันเพ็ญ สูนประโคน, 2549. การประยุ ก ต ใ ช GPS เพื่ อ ประมาณค า ไอน้ำ ในอากาศ. TISD2006 Technology and Innovation for Sustainable Development Conference, ขอนแกน. Askene, J., and Nordius, H. (1987). Estimation of tropospheric delay for microwaves from surface weather data. Radio Science 22, 379-386. Elgered, G., Davis, J. L., Herring, T. A., and Shapiro, I. I. (1991). Geodesy by radio interferometry: water vapor radiometry for estimation of wet delay. Journal of Geophysical Research, 96, 6451-6555. Emardson, T.R. and Derks, H.J.P., 2000. On the relation between the wet delay and the integratedprecipitable water vapour in the European atmosphere. Journal of Meteorological Application 7, 61-68. Jade, S., Vijayan, M.S.M., Gaur, V.K., Prabhu, T.P., and Sabu, S.C., 2005. Estimates of precipitable water vapour from GPS data over the Indian subcontinent. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 67, 623-635. Kingpaiboon, S. and Satomura, M., 2005. Diurnal Variation of Precipitable Water Vapor Based on GPS Observations. ACRS2005 the 26th Asian Conference on Remote Sensing, Vietnam. Tsuda, T., Heki, K., Miyaaki, S., Aonahi, K., Hirahara, K., Nakamura, H., Tobita, M., Kimata, F., Tabei, T., Matsushima, T., Kimura, F., Kato, T., and Naito, I., 1998. GPS meteorological project of Japan-Exploring frontiers of geodesy. Earth Planets Space 50, i-iv. Valeo, C., Skone, S.H., Ho, C.L.I., Poon, S.K.M., and Shrestha, S.M., 2005. Estimating snow evaporation with GPS derived precipitable water vapour. Journal of Hydrology 307, 196203.

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

การศึกษานีเ้ ปนการประยุกตใชขอ มูลการรังวัดจากจีพเี อส เพือ่ ประมาณปริมาณไอน้ำฝน โดยทำการติดตัง้ ระบบจีพเี อสเพือ่ บันทึกขอมูล ณ ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน ตั้งแตเดือนสิงหาคม พ.ศ.2544 ถึง กันยายน พ.ศ.2549 จากการศึกษาพบวา การเปลีย่ นแปลงปริมาณ ไอน้ำฝนในรอบฤดูกาลมีความแตกตางกันอยางชัดเจน ชวงฤดู แลง (เดือนพฤศจิกายนถึงเมษายน) มีการเปลี่ยนแปลงอยู ระหวาง 20 - 60 มิลลิเมตร (แตกตางถึง 40 มิลลิเมตร) ปริมาณไอ น้ำฝนชวงฤดูฝน (พฤษภาคมถึงตุลาคม) มีปริมาณคอนขางสูง และมีการเปลีย่ นแปลงคอนขางคงที่ อยใู นชวงระหวาง 50 - 65 มิลลิเมตร และปริมาณไอน้ำฝนเพิ่มสูงขึ้นกอนเขาสูฤดูฝน (เดือนพฤษภาคม) และลดลงอยางรวดเร็วหลังเสร็จสิ้นฤดูฝน (ปลายเดือนตุลาคม) ชวงปลายเดือนมิถนุ ายนถึงกลางกรกฎาคม พบวาปริมาณไอน้ำฝนลดลงซึง่ ตรงกับชวงทีฝ่ นทิง้ ชวงพอดี การ เปลี่ ย นแปลงในรอบวั น มี ลั ก ษณะการเปลี่ ย นแปลงที่คลาย คลึงกันทั้งในฤดูแลงและฤดูฝน คือ มีคาต่ำสุดเวลาประมาณ 7 นาฬิกา และมีปริมาณเพิ่มขึ้นในชวงบาย เวลาประมาณ 13

o S i

คณะวิจัยขอขอบคุณกรมอุตุนิยมวิทยาที่ไดอนุเคราะห ขอมูลเพื่อใชในการคำนวณและประมาณคาปริมาณไอน้ำฝน ขอขอบคุณคณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน ทีไ่ ด อนุญาตใหตดิ ตัง้ ระบบจีพเี อสเพือ่ ทำการศึกษาทดลอง ขอขอบ คุณ Institute of Geosciences, Faculty of Science, University of Shizuoka ที่ไดอนุเคราะหชุดเครื่องมือจีพีเอสในการบันทึก ขอมูล และขอขอบคุณมหาวิทยาลัยขอนแกนทีไ่ ดสนับสนุนทุน วิจยั ทีใ่ ชในการศึกษาครัง้ นี้

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

การทำแหงผักผลไมดวยการใชอุณหภูมิแบบหลายขั้น Drying Vegetable and Fruit by Multi-stage Drying Temperature วิรยิ า พรมกอง1) Wiriya Phomkong1)

Abstract One-stage drying temperature is normally used for dehydration process. However, a low quality of food product is observed in terms of physical property and active compounds or phytochemical constituents in particular of using high drying temperature. Moreover, more energy consumption is required to maintain such high drying air temperature during drying period. Therefore, using multi-stage drying temperature is considered to be an alternative method for drying process in particular of applying high temperature at the first stage of drying period followed by a lower temperature at following stage. In addition, multistage drying temperature for fruit and vegetable product do not require a tempering period as grain drying due to fruit and vegetable contain a thinner skin or shell. Thus, drying rate of fruit and vegetable using multi-stage temperature was not difference compared to one-stage drying at high temperature as a result energy consumption can be decreased. Moreover, quality of fruit and vegetable was increased in terms of physical property comparing with one-stage drying temperature. Chilli, banana, longan and ginseng root were selected for case study. However, active compounds or phytochemical constituents of fruit and vegetable using multi-stage drying temperature could not be maintained as well as one-stage drying temperature. Keywords: fruit and vegetable, multi-stage drying temperature, drying rate, physical property, active compounds

” g in r e e gin

บทคัดยอ

n E l ra

u t l ir cu Ag

การทำแหงโดยทัว่ ไปนิยมใชลมรอนทีอ่ ณ ุ หภูมริ ะดับเดียว ซึง่ อาจสงผลตอลักษณะทางกายภาพของผลิตภัณฑผกั ผลไม และ สงผลตอปริมาณสารสำคัญทีม่ ผี กั ผลไมซงึ่ ถือวาเปนแหลงทีม่ สี ารสำคัญทีเ่ ปนประโยชนตอ รางกาย ถาใชทอี่ ณ ุ หภูมสิ งู เกินไป อีกทัง้ ยังเปนการสิน้ เปลืองพลังงาน ดังนัน้ การใชอณ ุ หภูมใิ นการทำแหงแบบหลายขัน้ ในการทำแหงผักผลไม โดยหลักการการทำแหงแบบ อุณหภูมหิ ลายขัน้ เนนการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู ในชวงแรกและลดอุณหภูมลิ งในขัน้ ทีส่ อง ซึง่ จะแตกตางจากการทำแหงผลิตภัณฑ ในกลมุ ธัญพืช นัน่ คือไมมกี ระบวนการ tempering เนือ่ งจากผักผลไมมเี ปลือกบางกวากลมุ เมล็ดธัญพืช โดยพบวาการทำแหงของ ผักไมทผี่ า นการทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ มีอตั ราการทำแหงไมแตกตางจากการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมขิ นั้ เดียวทีร่ ะดับอุณหภูมสิ งู ซึง่ สงผลดีคือสามารถประหยัดพลังงานในการทำแหงได อีกทั้งพบวาผลิตภัณฑผักผลไมที่ผานการทำแหงแบบอุณหภูมิหลายขั้นมี ลักษณะทางกายภาพทีด่ กี วาการทำแหงแบบอุณหภูมขิ นั้ เดียว ในกรณีศกึ ษาการทำแหงพริก กลวย ลำไย และโสม แตอยางไรก็ตาม การใชอณ ุ หภูมใิ นการทำแหงแบบหลายขัน้ ยังพบวาปริมาณสารสำคัญทีม่ ใี นผักผลไมมกี ารสูญเสียในปริมาณทีไ่ มแตกตางจากการ ทำแหงแบบอุณหภูมิขั้นเดียว คำสำคัญ: ผักผลไม, การทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ , อัตราการทำแหง, คุณภาพทางกายภาพ, สารสำคัญ

f o y

t e i c

o S i

a h T

คำนำ ปจจุบนั แนวโนมผบู ริโภคใหความสนใจในเรือ่ งสุขภาพ มากขึ้นจึงเนนการบริโภคอาหารที่มีประโยชนตอรางกาย ซึ่ง ผลิตภัณฑอาหารทีผ่ บู ริโภคใหความสนใจมากคือผักผลไม เนือ่ ง จากผักผลไมมอี งคประกอบและสารอาหารทีเ่ ปนประโยชนตอ รางกาย เชน วิตามินซี คลอโรฟลล แคโรทีนอยด ฟลาวานอยด

สารประกอบฟโนลิก เปนตน โดยมีงานวิจยั จำนวนมากทีพ่ บวา สารประกอบเหลานี้มีฤทธิ์เปนสารตานอนุมูลอิสระ (VegaGálvez et al., 2009, Kuljarachanan et al., 2009, Deepa et al., 2007, Zainol et al., 2003, Giovaneelli, et al., 2002) จึงทำใหผกั ผลไมไดรบั ความนิยมมากขึน้ ผักผลไมในรูปผลสดมีอายุการ เก็ บ รั ก ษาสั้ น และเน า เสี ย ได ง า ย เนื่ อ งจากมี น้ำ เป น ส ว น

1) สาขาวิชาอุตสาหกรรมเกษตร คณะเกษตรศาสตร มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

ประกอบในปริมาณทีส่ งู อีกทัง้ ผักผลไมสว นใหญเปนผลิตผล ทางการเกษตรตามฤดูกาล ทำใหผลิตผลไมเพียงพอตอความตอง การของผบู ริโภคตลอดทัง้ ป ดังนัน้ จึงมีการนำผลผลิตสดเหลา นี้มาแปรรูปเพื่อตอบสนองตามความตองการของผูบริโภคได ตลอดทัง้ ป หนึง่ ในวิธกี ารแปรรูปผักผลไม คือ การทำแหง ซึง่ มี วัตถุประสงคเพือ่ ยืดอายุการเก็บรักษาใหนานทีส่ ดุ หลักการทัว่ ไปในการทำแหง คือ การระเหยน้ำออกจากผลิตภัณฑอาหารเพือ่ ทำใหปริมาณความชื้นหรือน้ำในอาหารลดลงจนถึงระดับที่ เหมาะสมทีท่ ำใหจลุ นิ ทรียห รือเอนไซมไมสามารถเจริญเติบโต หรือมีกจิ กรรมตางๆได

วิธีการทำแหง วิธกี ารทำแหงผักผลไมมหี ลายวิธขี นึ้ อยกู บั ตนทุนการผลิต วิธที งี่ า ยและประหยัดทีส่ ดุ คือ การตากแดด อยางไรก็ตามวิธกี าร ทำแหงโดยการตากแดด พบวาผลิตภัณฑที่ไดมีคุณภาพไม สม่ำเสมอ มีการปนเปอ นของเชือ้ จุลนิ ทรีย แมลง ฝนุ และสิง่ แปลกปลอมตางๆ นอกจากนี้ การตากแดดใชเวลาในการทำแหง นาน ทำใหเกิดการสูญเสียสารสำคัญหรือสารประกอบที่เปน ประโยชนทมี่ ใี นผักผลไม (Onsunde and Musa Makama, 2007) ดังนัน้ จึงไดมนี กั วิจยั จำนวนมากเสนอวิธกี ารทำแหงเพือ่ ลดเวลาในการทำแหงโดยการใชตูอบแหงที่ใชแหลงใหความ รอนที่แตกตางกันไป ไดแก การใชขดลวดไฟฟา พลังงานแสง อาทิตย แกสธรรมชาติ หรือแกสชีวมวล การใชไอน้ำรอนยิง่ ยวด การใชรังสีอินฟาเรด การใชสภาวะสุญญากาศ การใชคลื่น ไมโครเวฟ เปนตน (มะลิและคณะ, 2551, Dev et al., 2008, Contreras et al., 2005) ซึ่งในวิธีการทำแหงเหลานี้พบวา ประสิทธิภาพการทำแหงดีขนึ้ โดยระยะเวลาในการทำแหงนอย กวาเมื่อเทียบกับวิธีการตากแดด แตวิธีการทำแหงบางวิธีใช อุณหภูมสิ งู ซึง่ สงผลตอคุณภาพของผลิตภัณฑผกั ผลไมหลังการ ทำแหง เชน การเกิดสีน้ำตาลคล้ำ การหดตัวหรือยุบตัวของผลิต ภัณฑ เนือ้ สัมผัสแข็ง การคืนตัวต่ำ การสูญเสียสารสำคัญและ กลิน่ เปนตน (Di Scala et al., 2008, Vega-Gálvez et al., 2008) ทางเลือกหนึง่ สำหรับการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ ผักผลไมทนี่ ยิ ม คือ การแชอมิ่ ในสารละลายทีม่ คี วามเขมขนสูง (Osmotic dehydration) หรือการแชในสารเคมีตา งๆเพือ่ ลดการ เกิดปฏิกริ ยิ าสีน้ำตาลชนิดไมใชเอนไซม (Nonenzymatic browning reaction) เชน สารละลายที่มีองคประกอบของซัลเฟอร (Doymaz, 2004) สาระลายกรดแอสคอรบกิ (Son et al., 2001) เปนตน แตการเตรียมตัวอยางกอนการทำแหง ไมวา จะเปนการ แชในสารละลายน้ำตาลหรือการแชในสารเคมีนั้น ทำใหเกิด ปญหากับผบู ริโภคทีไ่ มยอมรับผลิตภัณฑอาหารแหงทีม่ กี ารใช

f o y

t e i c

o S i

a h T

สารเคมีหรือน้ำตาลที่ใหพลังงานสูงได นอกจากนี้ในบาง ประเทศยังมีปญหาการกีดกันสินคาทำใหไมสามารถสงสินคา ไปขายยังประเทศนัน้ ๆได (Pott et al., 2005)

การทำแหงแบบอุณหภูมิหลายขั้น วิธีการทำแหงอีกวิธีหนึ่งที่นาสนใจ เปนวิธีการที่ไม จำเป น ต อ งใช เ ครื่ อ งมื อ หรื อ เครื่ อ งจั ก รที่ มี ร าคาแพงหรื อ เทคโนโลยีทนั สมัยมากนัก คือ การทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลาย ขั้น วิธีการนี้สามารถใชไดกับเครื่องอบแหงที่มีอยูแลวโดยไม จำเปนตองเพิ่มเงินลงทุนใดๆ การทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ เปนการใชอากาศรอนที่ อุณหภูมใิ นระดับแตกตางกัน ชวงแรกเปนการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ สูงตอดวยการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมติ ่ำในขัน้ ทีส่ อง (มะลิและคณะ 2551, Somjai et al., 2009, Phomkong et al., 2009, Namsanguan et al., 2004) หรือเปนการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมติ ่ำในขัน้ แรกกอน แลวคอยเพิ่มอุณหภูมิในการทำแหงขึ้นในขั้นที่สอง กลไกการทำแหงโดยทัว่ ไปเกิดจากการทีน่ ้ำถูกระเหยออก จากอาหารโดยน้ำในอาหารไดรบั ความรอน ทำใหน้ำและหรือ ไอน้ำในอาหารเคลื่อนที่มาที่ผิวหนาอาหารและระเหยไปกับ กระแสอากาศรอน อีกกลไกหนึง่ คือ เกิดความแตกตางของความ ดันไอของน้ำในอาหารกับบริเวณผิวหนาอาหารจึงทำใหไอน้ำที่ อยูในอาหารเคลื่อนที่มาสูผิวหนาได ซึ่งสภาวะนี้ถาอัตราการ เคลื่อนที่ของน้ำในอาหารมาที่ผิวหนาอาหารเทากับอัตราการ ระเหยของน้ำทีผ่ วิ หนาอาหาร เรียกสภาวะนีว้ า ชวงของอัตรา การทำแหงคงที่ (Constant drying rate period) โดยปจจัยทีค่ วบ คุมการดึงน้ำออกจากอาหาร คือ อุณหภูมิ ปริมาณความชืน้ และ ความเร็วของอากาศทีใ่ ชในการทำแหง เปนตน เมื่อทำแหงตอไปจนกระทั่งถึงความชื้นในระดับหนึ่ง อัตราการเคลือ่ นทีข่ องน้ำภายในอาหารทีแ่ พรมาทีผ่ วิ หนาชากวา อัตราการระเหยของน้ำทีผ่ วิ หนาอาหาร ทำใหอตั ราการทำแหง ลดลง ซึง่ เรียกชวงนีว้ า ชวงของอัตราการทำแหงลดลง (Falling drying rate period) ซึง่ ปจจัยทีค่ วบคุมอัตราการทำแหงในชวงนี้ คือ การแพรของน้ำภายในอาหาร ดังนัน้ จากหลักการของการทำแหงนีส้ ามารถนำมาอธิบาย การทำแหงแบบอุณหภูมิหลายขั้นไดโดยเฉพาะในกรณีที่ใช อุณหภูมิสูงในขั้นตอนแรกและตามดวยการใชอุณหภูมิต่ำใน ขัน้ สุดทาย กลาวคือ การอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู ในขัน้ แรกเปนการ เพิม่ อุณหภูมขิ องน้ำในอาหารใหสงู ขึน้ ทำใหน้ำเปลีย่ นสถานะ กลายเป น ไอ และระเหยออกจากอาหารได อ ย า งรวดเร็ ว จนกระทัง่ ถึงความชืน้ ของอาหารลดลงจนถึงจุดวิกฤต อัตราการ ระเหยน้ำออกจากอาหารจะถูกควบคุมโดยการแพรของน้ำภาย

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

รูปที่ 1 อัตราการทำแหงพริกพันธหุ วั เรือยนทีใ่ ชอณ ุ หภูมแิ บบ ขั้นเดียวและหลายขั้น

รูปที่ 2 อัตราการทำแหงกลวยทีใ่ ชอณ ุ หภูมใิ นการทำแหงแบบ ตางๆ (Chua et al., 2001)

ในอาหาร นอกจากนีก้ ารทีอ่ าหารไดสมั ผัสกับอุณหภูมสิ งู ในขัน้ แรกยังทำใหอาหารนัน้ มีการสะสมของความรอนภายในอาหาร ซึง่ เพียงพอทีจ่ ะทำใหน้ำภายในอาหารเกิดการแพรออกมาดาน นอกอาหารไดมากกวากรณีทใี่ ชอณ ุ หภูมติ ่ำเพียงขัน้ เดียว รูปที่ 1 แสดงอัตราการทำแหงพริกพันธเุ รือยนโดยการใช ุ หภูมิ อุณหภูมใิ นการทำแหงทีแ่ ตกตางกัน จะเห็นวากรณีทใี่ ชอณ o o หลายขั้น (70 C ตามดวย 50 C) พบวาในชวงแรกอัตราการ ทำแหงจะสูงมาก ซึง่ เหมือนกับการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู แบบขัน้ o เดียว (70 C) และเมือ่ เวลาผานไป อัตราการทำแหงจะเริม่ ลดลง เหมือนกับอัตราการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 50oC แบบขัน้ เดียว โดย ุ หภูมิ จะเห็นวาการใชอณ ุ หภูมสิ งู แบบขัน้ เดียว (70oC) การใชอณ o ต่ำแบบขัน้ เดียว (50 C) หรือการใชอณ ุ หภูมหิ ลายขัน้ นัน้ อัตรา การทำแหงแตกตางกันไมมากนัก ณ ระดับปริมาณความชืน้ ต่ำกวา 2.5 กิโลกรัมน้ำตอกิโลกรัมอาหารแหง นอกจากนี้ Chua et al. (2001) ศึกษาการทำแหงกลวยโดย เปรียบเทียบการทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ ทัง้ แบบอุณหภูมิ ลดลง (Step-down temperature) และแบบอุณหภูมเิ พิม่ ขึน้ (stepup temperature) พบวาการทำแหงแบบอุณหภูมลิ ดลงมีอตั ราการ ทำแหงที่สูงกวาการทำแหงแบบอุณหภูมิเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิ ขัน้ เดียวในชวงเวลาในชวงแรกจนถึง 60 นาที และเมือ่ เวลาใน การทำแหงผานไปอัตราการทำแหงไมแตกตางกัน (รูปที่ 2) นอก จากนี้ยังพบวาการใชอุณหภูมิในการทำแหงแบบลดลงใชเวลา ในการทำแหงนอยกวา เมือ่ เปรียบเทียบกับการทำแหงแบบอุณห ภูมขิ นั้ เดียว และการทดลองการทำแหงพริกและกลวยทีก่ ลาวมา ขางตนพบวาสอดคลองกับผลการทดลองของ Devahastin and Mujumdar (1999) โดยใชแบบจำลองทางคณิตศาสตรทำนาย อัตราการทำแหงผลิตภัณฑกลมุ เมล็ดพันธุ (grain drying) แบบ อุณหภูมิหลายขั้นพบวามีอัตราการทำแหงสูงกวาการทำแหง

แบบอุณหภูมิขั้นเดียว ซึ่งโดยทั่วไปในการทำแหงกลุมเมล็ด พันธนุ มี้ ขี นั้ ตอน tempering เปนผลใหน้ำทีอ่ ยภู ายในเมล็ดพันธุ เกิดการเคลื่อนที่มาที่ผิวหนาของเมล็ดพันธุมากขึ้น และเมื่อ นำเมล็ดพันธมุ าทำแหงอีกครัง้ จะทำใหน้ำทีบ่ ริเวณผิวหนาเมล็ด พันธเุ กิดการระเหยได ซึง่ สงผลทำใหมอี ตั ราการทำแหงทีส่ งู แต สำหรับในการทำแหงผลิตภัณฑผักผลไมที่กลาวมาขางตนนั้น ไมมีกระบวนการ tempering แตกย็ งั พบวาอัตราการทำแหงไม แตกตางจากการใชอุณหภูมิขั้นเดียวที่ระดับสูง อาจเปนเพราะ ผลิตภัณฑผกั ผลไมไมมเี ปลือกแข็งเหมือนกลมุ เมล็ดพันธุ จึงไม มี สิ่ ง กี ด ขวางการเคลื่ อ นที่ ข องน้ำ มาที่ ผิ ว หน า อาหารเพื่ อ ระเหยกลายไปไอสอู ากาศทำแหงภายนอก ดังนัน้ อัตราการการ ดึงน้ำออกจากผักผลไมทไี่ มมกี าร tempering จึงนาจะเกิดขึน้ ได ดีกวาผลิตภัณฑกลมุ เมล็ดพันธุ การทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ นัน้ นอกจากเปนวิธกี าร ทีป่ ระหยัดพลังงานแลว ยังพบวาอาหารทีผ่ า นการทำแหงนัน้ มี คุณภาพทีด่ กี วาการทำแหงแบบอืน่ ๆ โดยการทำแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ สูงตลอดทั้งชวงการทำแหง มักพบวาอาหารเกิดสีคล้ำขึ้นที่ผิว หนาอาหาร (Osunde and Musa, 2007, ErgÜ nes and Tarhan, 2006) และกรณีทอี่ าหารทีม่ อี งคประกอบหรือสารสำคัญทีไ่ วตอ อุณหภูมิสูงเกิดการสูญเสียไป (Vega-Gálvez et al., 2009, Di Scala and Crapste, 2008, Kaleeemullah and Kailappan, 2006) หรือในบางกรณีที่ใชอุณหภูมิสูงกวา 70oC จะพบวาอาหารมี ลักษณะเปนเปลือกแข็งเกิดขึ้นที่ผิวหนา (วิไล, 2546) ซึ่งสง ผลใหไปขัดขวางการเคลือ่ นทีข่ องน้ำออกจากอาหาร โดยทัว่ ไป การทำแหงผลิตภัณฑอาหารสวนมากจะเปนการทำแหงในชวง ของอัตราการทำแหงลดลง ดังนัน้ การใชอณ ุ หภูมสิ งู ในชวงแรก และลดอุณหภูมลิ งในชวงสุดทาย จึงถือวาเพียงพอตอการแพร ของน้ำในอาหารได ทำใหเปนผลดีตอ อาหารโดยยังคงคุณภาพ

f o y

t e i c

o S i

a h T

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

รูปที่ 3 คาสีของพริกพันธุหัวเรือยนที่ผานการทำแหงแบบ อุณหภูมติ า งๆ (Wiriya et al., 2009)

รูปที่ 4 คาการเปลีย่ นแปลงสี (∆E∗) ของกลวยทีผ่ า นการทำแหง ทีอ่ ณ ุ หภูมติ า งๆ (Chua et al., 2001)

ดี ทั้ ง ทางด า นเคมี แ ละกายภาพ เมื่ อ เปรี ย บเที ย บกั บ การใช อุณหภูมิสูงหรือการใชอุณหภูมิต่ำตลอดชวงการทำแหง ดัง ตัวอยางในการทำแหงพริกพันธหุ วั เรือยน (Wiriya et al., 2009) ที่พบวาพริกมีสีคล้ำนอยกวาการทำแหงแบบอุณหภูมิขั้นเดียว (รูปที่ 3) ซึง่ การทดลองนีส้ อดคลองกับการทดลองของ Chua et al. (2001) ที่พบวาอัตราการเปลี่ยนแปลงสีของกลวยหลังการ ทำแหงแบบอุณหภูมิหลายขั้นมีคานอยกวาการทำแหงแบบ อุณหภูมขิ นั้ เดียว (รูปที่ 4) นอกจากนี้ยังมีการนำวิธีการทำแหงอุณหภูมิหลายขั้น แบบอุณหภูมลิ ดลงไปใชในการทำแหงลำไย พบวา ลำไยทีผ่ า น การทำแหงดวยวิธีนี้มีสีเหลืองทองที่ดีกวาการทำแหงแบบ อุณหภูมขิ นั้ เดียว โดยดูจากคาความสวาง (L) และคา Hue angle (สุ นี รั ต น , 2544, รั ต นา, 2543 และ ชู ช าติ และพิ สิ ฐ , 2540) นั่นเปนเพราะวาการทำแหงที่อุณหภูมิต่ำจะสามารถลดการ เกิ ด ปฏิกิริยาสีน้ำตาลแบบไมใชเอนไซม (non-enzymatic browning) นอกจากนี้ Davison, Li and Brown (2004) ได นำเทคนิคการทำแหงแบบนีไ้ ปใชกบั การทำแหงโสม พบวา สี ของโสมทีผ่ า นการทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ มีคา ความสวาง ที่ไมแตกตางจากใชอุณหภูมิขั้นเดียว แตพบวาเวลาในการ ทำแหงลดลง 40% เมือ่ เทียบกับการทำแหงอุณหภูมติ ่ำแบบขัน้ เดียว ขอดีอกี อยางหนึง่ ของการทำแหงแบบอุณหภูมหิ ลายขัน้ คือ ยังคงปริมาณสารสำคัญหรือองคประกอบทางเคมีทสี่ ำคัญไม แตกตางจากการใชอณ ุ หภูมใิ นการทำแหงแบบขัน้ เดียวทีร่ ะดับ อุณหภูมติ ่ำได การศึกษาของ Wiriya et al. (2009) พบวาปริมาณ กรดแอสคอรบิก (ascorbic acid) และปริมาณฟโนลิกทั้งหมด (Total phenolic compound) ไมแตกตางกับการทำแหงแบบ อุณหภูมิขั้นเดียว เชนเดียวกับปริมาณจินซีโนไซดทั้งหมดใน

โสม (total ginsenoside) ที่มีปริมาณที่ไมแตกตางจากการใช อุณหภูมติ ่ำในการทำแหงโสม (Davison et al., 2004) ซึง่ อาจ เปนเพราะการใชอุณหภูมิในการทำแหงแบบหลายขั้นใชเวลา ในการทำแหงนานกวาการทำแหงแบบอุณหภูมิสูงขั้นเดียว ทำใหสารสำคัญโดยเฉพาะกรดแอสคอรบกิ ซึง่ ไวตอการเปลีย่ น แปลงเนือ่ งจากอุณหภูมแิ ละแสงกระตนุ ใหกรดแอสคอรบกิ เกิด ปฏิกริ ยิ าออกซิเดชัน่ (Gregory, 1996) และมีปริมาณลดลง ถึงแม วาจะมีการใชอณ ุ หภูมทิ ตี่ ่ำลงแลวก็ตาม แตผลการทดลองนีไ้ ม ตรงกับ Chua et al. (2000) ที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงปริมาณ วิตามินซีในฝรัง่ โดยใชเครือ่ งอบแหงแบบปม ความรอนอุณหภูมิ แบบหลายขัน้ พบวา สามารถลดการสูญเสียวิตามินซีไดมากกวา 20% เปนไปไดวา วิธกี ารทำแหงของ Chua et al. (2000) ซึง่ เปน การใชอณ ุ หภูมติ ่ำ (25-35oC) โดยใชปม ความรอน ซึง่ แตกตางจาก Wiriya et al. (2009) และ Chua et al. (2000) ทีใ่ ชเครือ่ งอบแหง แบบลมรอนและอุณหภูมใิ นการทำแหง 50-70oC และ 38-50oC ตามลำดับ อยางไรก็ตาม Pan et al. (1999) พบวาการใชอุ ณ หภู มิ ใ น การทำแห ง แบบหลายขั้ น ทำให ป ริ ม าณเบต า แคโรที น ใน แครอทมี ป ริ ม าณสู ง กว า การทำแห ง แบบอุ ณ หภู มิ ขั้ น เดี ย ว เนื่องจากเบตาแคโรทีนเปนสารใหสีในกลุมแคโรทีนอยดที่ คอนขางคงตัวที่อุณหภูมิสูงและสารกลุมนี้อยูในเซลลเนื้อเยื่อ ทำให เ ซลล เ นื้ อ เยื่ อ ห อ หุ ม และป อ งกั น สารเม็ ด สี เ หล า นี้ (compartmentalized) ไมใหสมั ผัสกับลมรอนไดโดยตรง (von Elbe and Schwartz, 1996) และอีกทัง้ สารกลมุ แคโรทีนอยดเปน สารทีไ่ มละลายในน้ำ ซึง่ การทำแหงเปนการระเหยน้ำออกจาก อาหาร ดั ง นั้ น สารกลุ ม นี้ จึ ง ไม สู ญ เสี ย ไปพร อ มกั บ น้ำ ที่ ระเหยออกไป แตอยางไรก็ตาม การทำแหงเปนเวลานานมาก เกินไปก็อาจทำใหสารกลมุ แครทีนอยดเกิดปฏิกริ ยิ าออกซิเดชัน่

f o y

t e i c

o S i

a h T

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ไดเนื่องจากออกซิเจน แสง เอนไซม และจากการฉีกขาดของ เซลล (von Elbe and Schwartz, 1996)

สรุป การทำแหงแบบอุณหภูมิหลายขั้นจึงนาจะเปนทางเลือก หนึง่ ในการทำแหงผลิตภัณฑผกั ผลไมได ซึง่ จะไดผลิตภัณฑที่ มีสีที่ดีกวาและประหยัดพลังงานไดมากกวา แตอยางไรก็ตาม การคงไวซึ่งสารสำคัญตางๆในผักผลไมยังจะตองมีการศึกษา เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมเฉพาะในแตละผลิตภัณฑและในแต ละเครือ่ งอบแหงทีเ่ ลือกใช และทัง้ นีก้ ต็ อ งยังขึน้ กับประเภทของ สารสำคัญทีต่ อ งการศึกษาอีกดวย

เอกสารอางอิง ชูชาติ สุวฒ ุ ิ และ พิสฐิ มงคลแสงสุรยี . 2540. การศึกษาคุณลักษณะ ของการอบแห ง ลำไย. ภาควิ ช าวิ ศ วกรรมเครื่ อ งกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเชียงใหม มะลิ นาชั ย สิ น ธุ , สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ และจิ น ดาพร จำรั ส เลิ ศ ลักษณ. 2551. อิทธิพลของตัวแปรตางๆทีม่ ตี อ จลนพลศาสตรการอบแหงและคุณสมบัตขิ องเผือกแผนที่ ผานการอบแหงแบบสองขั้นตอน. การประชุมวิชาการ ทางวิศวกรรมศาสตรมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร ครัง้ ที่ 6. 8-9 พฤษภาคม 2551, 425-431. รัตนา อัตตปญโญ. 2543. วิธีการยืดอายุการเก็บรักษาลำไยสด และการแปรรูปในเชิงพานิชย. ภาควิชาวิทยาศาสตร และเทคโนโลยีการอาหาร คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเชียงใหม วิไล รังสาดทอง. 2547. เทคโนโลยีการแปรรูปอาหาร. พิมพ ครั้งที่ 4. บริษทั เท็กซ แอนด เจอรนลั พับลิเคชัน จำกัด, กรุงเทพมหานคร สุ นี ย รั ต น ตุ ย ดา. 2544. การอบแห ง ลำไยแบบแกะเปลื อ ก ด ว ยเครื่องอบแหงแบบสลับทิศทางลม. วิทยานิพนธ วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาวิทยาการหลังการ เก็บเกี่ยว, มหาวิทยาลัยเชียงใหม. Chua, K.J., Chou, S.K. and Ho, J.C., Mujumdar, A.S. and Hawlader, M.N.A. 2000. Cyclic air temperature drying of guava pieces: Effects on moisture and ascorbic acid contents. Trans IChemE, 78 (C), 72-78. Chua, K.J., Mujumdar, A.S., Hawlader, M.N.A., Chou, S.K. and Ho, J.C. 2001. Convective drying of agricultural products. Effect of continuous and stepwise change in drying air temperature. Drying Technology, 19(8), 19491960.

f o y

t e i c

o S i

a h T

Contreras, C., Martín, M.E., Martínez-Navarrete, N. and Chiralt, A. 2005. Effect of vacuum impregnation and microwave application on structure changes which occurred during air-drying of apple. LWT- Food Science and Technology, 38, 471-477. Deepa, N., Kaur, C., George, B., Singh, B. and Kapoor, H.C. 2007. Antioxidant constituents in some sweet pepper , (Capsicum annuum L.) genotypes during maturity. LWT - Food Science and Technology, 4( 1), 121-129. Dev, S.R.S., Padmini, T., Adedeji, A., Garie´py, Y. and Raghavan, G.S.V. 2008. A comparative study on the effect of chemical, microwave, and pulse electric pretreatments on convective drying and quality of raisins. Drying Technology, 26, 1238-1243. Devahastin, S. and Mujumdar, A.S. 1999. Batch drying of grains in a well-mixed dryer-effect of continuous and stepwise change in drying air temperature. Transactions of the ASAE, 42, 421-425. Davidson, V.J., Li, X. and Brown, R.B. 2004. Forced-air drying of ginseng roots: 2. Control strategy for three-stage drying process. Journal of Food Engineering, 63, 369-373. Di Scala, K. and Crapiste, G. 2008. Drying kinetics and quality changes during drying of red pepper. LWT-Food Science and Technology, 41(5), 789-795. Doymaz, Í. 2004. Effect of Pre-treatments using Potassium Metabisulphide and Alkaline Ethyl Oleate on the Drying Kinetics of Apricots. Biosystems Engineering, 89(3), 281-287. ErgÜ nes, G. & Tarhan, S. 2006. Color Retention of red peppers by chemical pretreatments during greenhouse and open sun drying. Journal of Food Engineering. 76: 446-452. Giovanelli, G., Zanoni, B., Lavelli, V. and Nani, R. 2002. Water sorption, drying, and antioxidant properties of dried tomato products. Journal of Food Engineering. 52, 135141. Gregory III, J.R. 1996.Vitamins. In Fennema, O.R (Ed.), Food Chemistry. 3rd ed., pp.531. New York: Marcel Dekker, Inc. Kaleemullah, S. and Kailappan, R. 2006. Modelling of thinlayer drying kinetics of red chillies. Journal of Food Engineering, 76: 531-537.

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

Kuljarachanan, T., Devahastin, S. and Chiewchan, N. Evolution of antioxidant compounds in lime residues during drying. Food Chemistry 2009, 113(4), 944-949. Osunde, Z.D. and Musa Makama, A.L. 2007. Assessment of changes in nutritional values of locally sun-dried vegetables. AU.J.T. 10(4): 248-253. Namsaguan, Y., Tia, W., Devahastin, S. and Soponronnarit, S. 2004. Drying kinetics and quality of shrimp undergoing different two-stage drying processes. Drying Technology. 22(4), 759-778. Pan, Y.K., Zhao, L.J. and Hu, W.B. 1999. The effect of tempering-intermittent drying on quality and energy of plant material. Drying Technology-An International Journal, 17(9), 1795-1812. Pott, I., Neidhart, S., M?hlbauer, W. and Carle. R. 2005. Quality improvement of non-sulphited mango slices by drying at high temperatures. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 6 (4), 412-419. Somjai, T., Achariyaviriya, S., Achariyaviriya, A. and Namsanguan, K. 2009. Strategy for longan drying in two-stage superheated steam and hot air. Journal of Food Engineering, 95 (2), 313-321. Son, S.M., Moon, K.D. and Lee, C.Y. 2001. Inhibitory effects of various antibrowning agents on apple slices. Food Chemistry, 73, 23-30.

f o y

Vega-Gálvez, A., Di Scala, K., Rodr íguez, K., LemusMondaca, R., Miranda, M., López, J. And Perez-Won, M. 2009. Effect of air-drying temperature on physicochemical properties, amtioxidany capacity, colour and total phenolic content of red pepper (Capsicum annuum, L. var. Hungarian). Food Chemistry. 117(4), 647-653. Vega-Gálvez, A., Lemus-Mondaca, R., Bilbao-Sáinz, C., Fito, P. and Andr?s, A. 2008. Effect of air drying temperature on the quality of rehydrated dried red bell pepper (var. Lamuyo). Journal of Food Engineering, 85, 42-50. von Elbe, J.H. and Schwartz, S.J. 1996. Colorants. In Fennema, O.R (Ed.), Food Chemistry. 3rd ed., pp.680-681. New York: Marcel Dekker, Inc. Wiriya, P., Somchart, S., Paiboon, T. 2009. Effect of drying air temperature and chemical pretreatments on quality of dried chilli. International Food Research Journal. 16, 441-454. Zainol, M.K., Abd-Hamid, A., Yusof, S., Muse, R. 2003. Antioxidative activity and total phenolic compounds of leaf, root and petiole of four accessions of Centella asiatica (L.) Food Chemistry, 81(4), 575-581.

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

การผลิตไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเทอรดวยกระบวนการทรานสเอสเทอริฟเคชัน โดยใชตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุ Production of Methyl Ester by Transesterification Process Using Heterogeneous Catalysts จินดาพร จำรัสเลิศลักษณ1) Jindaporn Jamradloedluk1)

Abstract Most commonly used method for biodiesel (methyl ester) production is transesterification of triglyceride and methanol using homogeneous basic catalysts i.e., NaOH and KOH. Due to its sophisticated product separation and purification process and environmental impact, a homogeneous catalyzed process is increasingly replaced by a heterogeneous catalyzed process. However, heterogeneous catalyzed system provides limited mass transfer resulting in the lower reaction rate, compared to homogenous catalyzed system. Several techniques viz. microwave, ultrasonic, and co-solvent have been recently proven to enhance mass transfer rate between immiscible phases within the heterogeneous catalyzed system. Reaction parameters affecting %methyl ester yield are discussed in this work. Latest aspects of utilization of CaO as a heterogeneous catalyst for biodiesel production are also reviewed

บทคัดยอ

” g in r e e gin

n E l ra

โดยทั่วไปไบโอดีเซลผลิตไดจากกระบวนการทรานสเอสเทอริฟเคชันของไตรกลีเซอไรดและเมทานอลโดยใชตัวเรง ปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธชุ นิดดาง เชน โซเดียมไฮดร็อกไซด และโพแทสเซียมไฮดร็อกไซด ในระยะหลังระบบการเรงปฏิกริ ยิ าแบบ วิวธิ พันธเุ ริม่ เขามาแทนทีร่ ะบบการเรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธเุ นือ่ งจากระบบการเรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธมุ คี วามยงุ ยากของกระบวน การแยกและการทำใหผลิตภัณฑบริสทุ ธิแ์ ละยังสงผลกระทบตอสิง่ แวดลอมอีกดวย อยางไรก็ตามการใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธุ มีขอ จำกัดในแงของการถายโอนมวลซึง่ เปนผลใหอตั ราการเกิดปฏิกริ ยิ าต่ำกวากรณีทใ่ี ชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธุ เมือ่ เร็วๆนีไ้ ด มีการนำเทคนิคตางๆ เชน ไมโครเวฟ อัลตราโซนิก และตัวทำละลายรวม มาประยุกตใชในกระบวนการทรานสเอสเทอริฟเ คชันเพือ่ เพิม่ อัตราการถายโอนมวลระหวางเฟสทีไ่ มละลายกันภายในระบบตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธุ บทความวิชาการนีไ้ ดนำเสนอปจจัย ตางๆทีส่ ง ผลกระทบตอเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอรรวมถึงไดรวบรวมขอมูลเกีย่ วกับการนำแคลเซียมออกไซดซงึ่ เปนตัวเรง ปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธมุ า ใชในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลดวย

f o y

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T บทนำ

ไบโอดีเซล คือ น้ำมันเชื้อเพลิงที่ไดจากแหลงพลังงาน หมุนเวียนที่สามารถใชทดแทนน้ำมันดีเซลซึ่งเปนเชื้อเพลิง ฟอสซิลได ในระยะเริ่มแรกไดมีการนำน้ำมันพืชมาใชแทน น้ำมันดีเซลโดยการนำไปใชกับเครื่องยนตดีเซลโดยตรง แต เนือ่ งจากน้ำมันพืชมีความหนืดสูงประกอบกับมีความสามารถ ในการระเหยได น อ ย ทำให ไ ม เ หมาะกั บ การนำมาใช กั บ เครื่องยนตโดยตรง ดังนัน้ จึงเริม่ มีการนำกระบวนการตางๆ เขา มาปรับปรุงคุณสมบัติของน้ำมันพืช ซึ่งกระบวนการเหลานั้น

ไดแก กระบวนการไพโรไลซีส (Pyrolysis) กระบวนการไมโคร อิมลั ซิฟเ คชัน (Micro-emulsification) และกระบวนการทรานส เอสเทอริฟเคชัน (Transesterification) สำหรับกระบวนการ ไพโรไลซีสนัน้ แมจะใหผลิตภัณฑทมี่ คี วามหนืดต่ำ มีคา ซีเทน สูง และมีปริมาณกำมะถัน น้ำ และตะกอนทีย่ อมรับได แตจะมี ปญหาในเรื่องปริมาณเถา ปริมาณคารบอนหลงเหลือ และจุด ไหลเท ที่ไมอยูในเกณฑมาตรฐาน เชนเดียวกับกระบวนการ ไมโครอิมลั ซิฟเ คชันซึง่ จะใหผลิตภัณฑทมี่ คี า ความหนืดลดลง แตมกั จะเกิดปญหาการติดขัด การทับถมกัของคารบอนมวลหนัก

1) คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยมหาสารคาม ต.ขามเรียง อ.กันทรวิชยั จ.มAหาสารคาม 44150 Faculty of Engineering, Mahasarakham University, Khamriang, Kantarawichai, Maha Sarakham 44150 วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 16 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2553

(Heavy carbon deposit) รวมถึงการปนเปอ นของน้ำมันหลอลืน่ (Fukuda et al., 2001) ในขณะทีไ่ บโอดีเซลซึง่ ไดจากกระบวน การทรานสเอสเทอริฟเ คชันมีลกั ษณะทีใ่ กลเคียงกับน้ำมันดีเซล มากที่สุด ดังนั้นกระบวนการทรานสเอสเทอริฟเคชันจึงเปน กระบวนการผลิตไบโอดีเซลทีไ่ ดรบั การยอมรับอยางแพรหลาย เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันดีเซลพบวา ไบโอดีเซลเปนพลังงาน หมุนเวียนทีม่ คี วามสามารถในการยอยสลายทางชีวภาพ (Biodegradability) มีความเปนพิษนอยกวา เมือ่ เผาไหมจะปลดปลอย กาซคารบอนมอนอกไซด คารบอนไดออกไซด และออกไซด ของซัลเฟอร นอยกวา และแทบจะไมปลดปลอยฝนุ ละอองเลย (Ma and Hanna, 1999) ในขณะที่มีคาซีเทน และจุดวาบไฟที่ สูง มีคา Cold filter plugging point (CFPP) ทีย่ อมรับได มีคา ความ รอนทีไ่ มแตกตางจากน้ำมันดีเซลมากนัก อีกทัง้ ยังมีคณ ุ สมบัตใิ น การหลอลืน่ ทีด่ ี จึงสามารถชวยยืดอายุการใชงานของเครือ่ งยนต ได (Kouzu et al., 2008b) ปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชัน คือ ปฏิกริ ยิ าเคมีระหวาง ไตรกลีเซอไรดในน้ำมันพืชหรือไขสัตวกบั แอลกอฮอล ไดแอล คิลเอสเทอร (ไบโอดีเซล) เปนผลิตภัณฑ และกลีเซอรอลเปน ผลพลอยได น้ำ มั น ที่ นิ ย มนำมาใช เ ป น สารตั้ ง ต น สำหรั บ ปฏิกริ ยิ าดังกลาวจะแตกตางกันไปในแตละพืน้ ที่ เชน สำหรับ ประเทศในแถบยุโรปสวนใหญจะใชน้ำมันดอกทานตะวันและ น้ำมันเรพซีดซึ่งมีปริมาณผลผลิตที่สูง สวนประเทศสหรัฐ อเมริกานิยมใชน้ำมันถัว่ เหลือง ในขณะทีป่ ระเทศในแถบเอเชีย มักจะใชน้ำมันปาลม น้ำมันมะพราว (Jothiramalingam and Wang, 2009) และน้ำมันจากพืชทองถิ่นที่ไมสามารถนำมา บริ โ ภคได เช น น้ำ มั น สบู ดำ รวมถึ ง น้ำ มั น ใช แ ล ว ด ว ย แอลกอฮอลทสี่ ามารถนำมาใชเปนสารตัง้ ตนในการทำปฏิกริ ยิ า ไดแก เมทานอล เอทานอล โพรพานอล และบิวทานอล แมวา จะมีความเปนพิษแตเนื่องจากราคาที่ไมแพงประกอบกับมีคา การเลือกทำปฏิกริ ยิ า (Selectivity) ทีด่ ที ำใหเมทานอลไดรบั ความ นิยมมากกวาแอลกอฮอลชนิดอืน่ โดยไบโอดีเซลทีไ่ ดจากการ ทำปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชันของน้ำมันหรือไขสัตวกับ เมทานอลมีชื่อเรียกวา "เมทิลเอสเทอร" เนื่องจากไบโอดีเซล ประเภทเมทิลเอสเทอรไดรับความสนใจมากที่สุด ดังนั้นใน บทความวิชาการนี้จะเนนกลาวเฉพาะไบโอดีเซลประเภท ดังกลาวเทานั้น ปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชันของไตรกลี เซอไรดและเมทานอลแสดงในภาพที่ 1 สำหรับปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันนัน้ อาจไมจำเปน ตองใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าถาทำใหแอลกอฮอลมสี ภาพเปนของเหลว เหนือวิกฤติ (Supercritical fluid) ภายใตอณ ุ หภูมแิ ละความดันที่ o สูงมาก (อุณหภูมิ 350-400 C และความดัน 100-250 bar) อยาง

f o y

t e i c

o S i

a h T

ภาพที่ 1 ปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชัน(Atadashi et al., 2011) ไรก็ตามกรรมวิธีดังกลาวมีขอจำกัดในเรื่องของคาใชจายที่สูง โดยทัว่ ไปการผลิตไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเทอรในระดับ อุตสาหกรรมมักใชตัวเรงปฏิกิริยาแบบเอกพันธุ ซึ่งตัวเรง ปฏิกิริยาแบบเอกพันธุสามารถจำแนกไดเปนตัวเรงปฏิกิริยา ชนิดกรดและชนิดดาง โดยตัวเรงปฏิกริ ยิ าชนิดกรด ไดแก กรด ไฮโดรคลอริก และกรดซัลฟูรกิ เปนตน สวนตัวเรงปฏิกริ ยิ าชนิด ดาง ไดแก โซเดียมไฮดร็อกไซด และโพแทสเซียมไฮดร็อกไซด เปนตน สำหรับตัวเรงปฏิกิริยาชนิดกรดนั้นแมจะมีขอดี คือ สามารถใชไดกบั น้ำมันทีม่ ปี ริมาณกรดไขมันอิสระและความชืน้ สูง แตมขี อ จำกัดทีส่ ำคัญ คือ มีความวองไวในการเรงปฏิกริ ยิ า (Catalytic activity) ทีต่ ่ำ จึงตองการอุณหภูมทิ สี่ งู และระยะเวลา ในการทำปฏิกริ ยิ าทีน่ าน ในขณะทีต่ วั เรงปฏิกริ ยิ าชนิดดางนัน้ มี ขอดีในแงของความวองไวในการเรงปฏิกริ ยิ าทีส่ งู จึงไมจำเปน ตองใชอุณหภูมิที่สูงหรือระยะเวลาในการทำปฏิกิริยาที่นาน (Sakai et al., 2009) อยางไรก็ตามตัวเรงปฏิกิริยาชนิดดางไม เหมาะที่จะนำมาใชกับน้ำมันที่มีปริมาณกรดไขมันอิสระและ ความชืน้ เกิน 0.5% และ 0.06% ตามลำดับ ทัง้ นีเ้ นือ่ งจากจะเกิด ปฏิกริ ยิ าขางเคียงซึง่ ใหผลิตภัณฑเปนสบู โดยสบทู เี่ กิดขึน้ จะไป ขัดขวางการแยกผลิตภัณฑหลัก (เมทิลเอสเทอร) ออกจากสาร ทำปฏิกริ ยิ าและกลีเซอรอล สงผลใหเปอรเซ็นตผลไดของเมทิล เอสเทอร (% Methyl ester yield) ลดลง (Ma et al., 1998) ปจจุบนั อุตสาหกรรมสวนใหญนนั้ มักใชโซเดียมไฮดร็อก ไซดและโพแทสเซียมไฮดร็อกไซดเปนตัวเรงปฏิกิริยาทราน สเอสเทอริฟเ คชัน เนือ่ งจากมีราคาไมแพงมากนักและสามารถ ทำปฏิกิริยาไดรวดเร็วภายใตสภาวะที่ไมรุนแรง (อุณหภูมิ ประมาณ 65oC ที่ความดันบรรยากาศ) อยางไรก็ตามเนื่องจาก ตั วเรงปฏิกิริยาทั้งสองชนิดมีสถานะเปนของเหลวเหมือนกับ สารตัง้ ตน (เมทานอลและน้ำมันพืช) และผลิตภัณฑ (เมทิลเอส เทอร) ดังนั้นจึงทำใหขั้นตอนการแยกตัวเรงปฏิกิริยาออกจาก ผลิตภัณฑ รวมถึงขั้นตอนการทำใหผลิตภัณฑบริสุทธิ์มีความ ยุงยากมากขึน้ โดยในกระบวนการแยกตัวเรงปฏิกริ ยิ าออกจาก ผลิตภัณฑสว นใหญจะใชกรรมวิธกี ารลางดวยน้ำ ซึง่ ทำใหเกิดน้ำ

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

เสียทีม่ สี ภาพความเปนดางเปนจำนวนมาก กรรมวิธกี ารลางดวย น้ำดังกลาวนอกจากจะสงผลกระทบตอสิง่ แวดลอมแลวยังทำให คาใชจา ยสำหรับกระบวนการผลิตสูงขึน้ อีกดวย (Kouzu et al., 2008b) จากขอจำกัดของการใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธชุ นิด ด า งดั ง กล า วมาข า งต น ทำให ป จ จุ บั น เริ่ ม มี ผู ส นใจในการ นำตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธมุ าใชแทนทีต่ วั เรงปฏิกริ ยิ าแบบ เอกพันธุ เนือ่ งจากตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธเุ ปนของแข็งจึง อยตู า งสถานะกับสารตัง้ ตนและผลิตภัณฑ ดังนัน้ กระบวนการ แยกและการทำใหผลิตภัณฑบริสทุ ธิจ์ งึ ไมยงุ ยาก โดยอาจใชวธิ ี การกรองซึง่ ไมสง ผลกระทบตอสิง่ แวดลอมและสามารถลดคาใช จายสำหรับกระบวนการทำใหบริสุทธิ์ลงได นอกจากนี้ยัง สามารถนำตัวเรงปฏิกริ ยิ ากลับมาใชซ้ำไดอกี ดวย บทความวิชาการนีม้ จี ดุ มงุ หมายเพือ่ นำเสนอกระบวนการ ผลิตไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอสเทอรดว ยปฏิกริ ยิ าทรานสเอส เทอริฟเคชันโดยใชตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุ ซึ่งมีราย ละเอียดเกีย่ วกับชนิดของตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธุ ตัวแปร ตางๆที่มีผลตอเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอร เทคนิคที่ นำมาประยุกตใชเพื่อเพิ่มเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอร รวมถึงการนำแคลเซียมออกไซด (CaO) มาใชเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า

1. ตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธสุ ำหรับกระบวนการทราน สเอสเทอริฟเคชัน

ปริมาณหรือความเขมขนของตัวเรงปฏิกิริยา อัตราสวนโดย โมลระหวางเมทานอลตอน้ำมัน อุณหภูมทิ ใี่ ชในการทำปฏิกริ ยิ า ระยะเวลาทีใ่ ชในการทำปฏิกริ ยิ า และอัตราการกวนผสม โดยมี รายละเอียดดังนี้ 2.1 อิทธิพลของปริมาณตัวเรงปฏิกิริยา โดยทั่ ว ไปการเพิ่ ม ปริ ม าณตั ว เร ง ปฏิ กิ ริ ย าย อ มทำให ตำแหนงวองไว (Active site) เพิม่ ขึน้ เปนการเพิม่ บริเวณสำหรับ การเรงปฏิกริ ยิ า ดังนัน้ จึงทำใหอตั ราการเกิดปฏิกริ ยิ าสูงขึน้ และ ทายทีส่ ดุ มักจะใหเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอรทมี่ ากขึน้ ดวย อยางไรก็ตามตัวเรงปฏิกริ ยิ าทีม่ ากเกินไปจะทำใหสารผสม มีความหนืดมากขึ้น สงผลใหความตานทานการถายเทมวล ระหวางน้ำมัน เมทานอล และตัวเรงปฏิกริ ยิ าเพิม่ ขึน้ (Yan et., In press) หรือในบางกรณีตวั เรงปฏิกริ ยิ าในปริมาณทีม่ ากเกินไป อาจจะไปดูดซับผลิตภัณฑสงผลใหเปอรเซ็นตผลไดของเมทิล เอสเทอรลดลง (Huaping et al., 2006) และสำหรับตัวเรงปฏิกริ ยิ า ทีป่ ระกอบดวยองคประกอบวองไว (Active component) บนตัว รองรับ (Supporter) นัน้ ปริมาณของตัวรองรับก็สง ผลกระทบตอ เปอรเซ็นตผลไดของผลิตภัณฑเชนเดียวกัน เชน จากการศึกษา การนำเถาลอยซึง่ มีซลิ กิ อนไดออกไซด (SiO2) และอะลูมเิ นียม ออกไซด (Al 2O 3) เป น องค ป ระกอบมาอยู บ นตั ว รองรั บ โพแทสเซียมไนเตรต (KNO3) เพือ่ ใชเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ าทราน สเอสเทอริฟเคชันของน้ำมันดอกทานตะวัน พบวา ปริมาณ โพแทสเซียมไนเตรตทีเ่ หมาะสมทีส่ ดุ คือ 5% โดยถาใชปริมาณ โพแทสเซี ย มไนเตรตน อ ยกว า 5% จะให จำนวนตำแหน ง เบสวองไว (Active basic site) นอย ซึง่ สงผลใหความวองไวใน การเรงปฏิกริ ยิ าต่ำไปดวย ในทางตรงกันขามถาใชโพแทสเซียม ไนเตรตมากกวา 5% โพแทสเซียมไนเตรตที่มากเกินไปอาจ จะไปปกคลุมตำแหนงเบส (Basic site) ทำใหอัตราการเกิด ปฏิกิริยาต่ำและสงผลกระทบตอเปอรเซ็นตผลไดของเมทิล เอสเทอรในทีส่ ดุ (Kotwal et al., 2009)

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธุ คือ ตัวเรงปฏิกริ ยิ าทีอ่ ยใู นicu r เฟสทีแ่ ตกตางกับสารตัง้ ตนและผลิตภัณฑ สวนใหญมสี ถานะ g A ง้ เปนของแข็ง ทำใหสามารถแยกออกมาจากผลิตภัณฑfและสารตั o ตนทีเ่ หลือจากการทำปฏิกริ ยิ าไดงา ยกวาตัวtเรy งปฏิกริ ยิ าแบบเอก พันธุ (จตุพร และ นุรกั ษ, 2547) ตัวcเรiงe ปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธุ o ฟเคชันอาจแบงออกได สำหรับกระบวนการทรานสเอสเทอริ S เปน 3 ประเภท คือ ตัวa เรงiปฏิกริ ยิ าชนิดกรด ดาง และเอนไซม h โดยตัวเรงปฏิกริ ยิ T าแบบวิวธิ พันธชุ นิดกรด ไดแก ซัลเฟตเมทัลออ กไซด เฮโทโรโพลีแอซิด ซัลโฟเนตอะมอฟสคารบอน ซีโอไลต ชนิดดาง และเรซินแลกเปลี่ยนไอออนชนิดกรด สวนตัวเรง ปฏิกริ ยิ าชนิดดาง ไดแก ออกไซดของโลหะอัลคาไลและอัลคา ไลเอิรท คารบอเนตของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลเอิรท ไฮโดร ทัลไซตชนิดดาง สารประกอบโลหะอัลคาไลบนตัวรองรับ ซีโอ ไลตชนิดดาง และเรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวก เปนตน สวน เอนไซมทนี่ ยิ มใช คือ ไลเปส (Sakai et al., 2009; Kotwal et al., 2009)

2. ตัวแปรที่มีผลตอเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอร ปจจัยทีม่ ผี ลกระทบตออัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าทรานสเอส เทอริฟเคชันหรือเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอร ไดแก

2.2 อิทธิพลของอัตราสวนโดยโมลระหวางเมทานอล ตอน้ำมัน กรณีทใี่ ชเมทานอลเปนสารตัง้ ตนในการทำปฏิกริ ยิ าทราน สเอสเทอริฟเ คชันนัน้ อัตราสวนโดยโมลระหวางเมทานอลตอ น้ำมันในทางทฤษฎี คือ 3:1 ในขณะทีอ่ ตุ สาหกรรมซึง่ ใชตวั เรง ปฏิกิริยาแบบเอกพันธุจะใชอัตราสวน 6:1 แตสำหรับตัวเรง ปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธแุ ลวจำเปนตองใชอตั ราสวนทีม่ ากกวานัน้ (Yan et al., 2008) โดยทัว่ ไปพบวา ปริมาณเมทานอลทีม่ ากเกิน นอกจากจะทำใหปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันเกิดไดดแี ลว ยังชวยกำจัดผลิตภัณฑหรือสารตางๆทีถ่ กู ดูดซับบนผิวของตัวเรง ปฏิกิริยาออกไปไดดวย (Yan et al., In press) อยางไรก็ตาม

ปริ ม าณเมทานอลที่ ม ากเกิ น ไปจะทำให ก ระบวนการแยก กลี เ ซอรอลและการทำใหเมทิลเอสเทอรบริสทุ ธิม์ คี วามยงุ ยาก มากขึ้น และตองใชพลังงานมากขึ้นในการแยกเมทานอลที่ไม ไดทำปฏิกิริยาออกมา หรืออาจทำใหเกิดปฏิกิริยายอนกลับได นอกจากนี้เมทานอลยังอาจไปเพิ่มความสามารถในการละลาย ของน้ำมัน สารมัธยันตร (Intermediate) และเมทิลเอสเทอร ทำใหเกิดการสูญเสียวัตถุดบิ ได (Huaping et al., 2006) 2.3 อิทธิพลของอุณหภูมิที่ใชในการทำปฏิกิริยาทราน สเอสเทอริฟเคชัน เนือ่ งจากปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันเปนปฏิกริ ยิ าดูด ความรอน ดังนัน้ การเพิม่ อุณหภูมใิ นการทำปฏิกริ ยิ าจึงมีแนว โนมทีจ่ ะทำใหเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอรสงู ขึน้ อยาง ไรก็ตามไมนยิ มทีจ่ ะใหอณ ุ หภูมสิ งู เกินจุดเดือดของแอลกอฮอล ที่ใชในการทำปฏิกิริยา เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงเกินไปจะทำให เกิดการเดือดเปนฟองขนาดใหญ ซึง่ ฟองเหลานีจ้ ะไปเพิม่ ความ ตานทานการถายโอนมวลของสารตางๆ ระหวางการทำปฏิกริ ยิ า (Liu et al., 2008) นอกจากนีย้ งั อาจทำใหแอลกอฮอลระเหย เกิด การสูญเสียสารทำปฏิกริ ยิ าได (Yan et al., 2008) ดังนัน้ สำหรับ เมทานอลซึง่ เปนแอลกอฮอลทนี่ ยิ มใชมากทีส่ ดุ นัน้ อุณหภูมทิ ี่ เหมาะสมในการทำปฏิกริ ยิ ามักอยใู นชวง 60-65oC

t e i c

o S i

a h T

2.5 อิทธิพลของอัตราการกวน เมื่ อ ใช ตั ว เร ง ปฏิ กิ ริ ย าแบบวิ วิ ธ พั น ธุ ซึ่ ง มี ส ถานะเป น ของแข็ง ระบบจะแยกเปน 3 เฟส คือ ของเหลว/ของเหลว/ของ แข็ง (น้ำมัน/เมทานอล/ตัวเรงปฏิกิริยา) ทำใหอัตราการเกิด ปฏิกริ ยิ าชาเนือ่ งจากความตานทานการแพรของเฟสทีแ่ ตกตาง กัน ดังนัน้ การกวนเพือ่ ใหเฟสตางๆ มีโอกาสทีจ่ ะสัมผัสกันมาก ขึน้ จึงเปนสิง่ ทีส่ ำคัญอยางยิง่ โดยจากการศึกษาทีผ่ า นมา พบวา ถาไมมกี ารกวนผสมทีด่ ี แมจะใชอณ ุ หภูมทิ สี่ งู และปริมาณตัวเรง

3. การเพิ่มเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอร การใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธสุ ำหรับกระบวนการ ทรานสเอสเทอริฟเ คชันมักจะใหอตั ราการเกิดปฏิกริ ยิ าทีต่ ่ำกวา กรณีการใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธุ ทัง้ นีก้ เ็ นือ่ งจากวาระบบ การเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธมุ จี ำนวนเฟสทีแ่ ตกตางกันมากกวา ระบบการเรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธุ ทำใหกระบวนการแพรเกิด ขึ้นยาก ปฏิกิริยาจึงเกิดชากวา ดังนั้นจึงไดมีการศึกษาเทคนิค ตางๆ ทีน่ ำมาประยุกตใชเพือ่ ลดความตานทานการแพรทเี่ กิดขึน้ ซึ่งเทคนิคเหลานั้น ไดแก ไมโครเวฟ อัลตราโซนิก และตัว ทำละลายรวม 3.1 ไมโครเวฟ โดยทั่วไปการแผรังสีไมโครเวฟจะไปกระตุนโมเลกุล และไอออนมีขวั้ เชน แอลกอฮอล โดยการเปลีย่ นแปลงสนาม แมเหล็กอยางตอเนือ่ ง สงผลใหโมเลกุลหรือไอออนมีขวั้ เกิดการ หมุนอยางรวดเร็ว และเกิดความรอนเนื่องจากแรงเสียดทาน (Nezihe and Aysegul, 2007) สำหรับกระบวนการผลิตเมทิลเอส เทอรโดยใชปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชันนั้น พบวา การ นำคลืน่ ไมโครเวฟความถี่ 2.45 GHz ขนาด 1.6 kW เขามารวม ในกระบวนการดั ง กล า วสามารถช ว ยลดระยะเวลาในการ ทำปฏิกริ ยิ า ปริมาณตัวเรงปฏิกริ ยิ า และปริมาณแอลกอฮอลทใี่ ช รวมทั้งยังชวยใหประหยัดพลังงานไฟฟาอีกดวย เชน เมื่อ นำไมโครเวฟมาชวยเรงปฏิกิริยาเอสเทอริฟเคชันของกรด ไขมันอิสระกับเมทานอลโดยใชซลั เฟตเซอโคเนีย 5% เปนตัว เรงปฏิกิริยา ที่อัตราสวนโดยโมลระหวางเมทานอลตอน้ำมัน 1:20 อุ ณ หภู มิ ใ นการทำปฏิ กิ ริ ย า 60oC พบว า เพื่ อ ให ไ ด เปอรเซ็นตการเปลีย่ นน้ำมันเปนเมทิลเอสเทอร (% Conversion of oil to methyl ester) 90% สำหรับระบบทีไ่ มใชไมโครเวฟตอง ใชระยะเวลาในการทำปฏิกริ ยิ านานถึง 130 นาที ในขณะทีเ่ มือ่ นำไมโครเวฟเขามารวมดวยจะใชเวลาเพียง 20 นาทีเทานั้น (Kim et al., In press) สำหรับการนำ KSF montmorillonite 10% มาใชเรงปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันของน้ำมันเรพซีดและ เมทานอลที่อุณหภูมิ 170oC และอัตราสวนโดยโมลระหวาง เมทานอลตอน้ำมัน 9:1 พบวา ทีร่ ะยะเวลาในการทำปฏิกริ ยิ า 60 นาที ในกรณีไมใชคลืน่ ไมโครเวฟจะไดเปอรเซ็นตการเปลีย่ น น้ำมันไปเปนเมทิลเอสเทอรเทากับ 32% ในขณะทีเ่ มือ่ นำคลืน่ ไมโครเวฟความถี่ 2.45 GHz ขนาด 1 kW มาใชรว มดวยจะให เปอรเซ็นตการเปลีย่ นน้ำมันไปเปนเมทิลเอสเทอรเทากับ 51% โดยอัตราการทำปฏิกริ ยิ าทีเ่ พิม่ ขึน้ นีเ้ ปนผลเนือ่ งจากไมโครเวฟ

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

2.4 อิทธิพลของระยะเวลาที่ใชในการทำปฏิกิริยาทราน สเอสเทอริฟเคชัน ระยะเวลาในการทำปฏิกริ ยิ าขึน้ อยกู บั ความวองไวในการ เรงปฏิกิริยาของตัวเรงปฏิกิริยาซึ่งจะแตกตางกันไป อยางไร ก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกับตัวเรงปฏิกิริยาแบบเอกพันธุ ตัวเรง ปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธมุ กี ารถายโอนมวลทีช่ า กวา ดังนัน้ ในชวง ตน (30 นาทีแรก) จะเกิดปฏิกริ ยิ าคอนขางชา และเมือ่ ปฏิกริ ยิ า เขาสูสมดุลพบวา เปอรเซ็นตผลไดของผลิตภัณฑอาจจะคงที่ (Gryglewicz, 1999) หรือในบางครัง้ อาจจะลดลง เนือ่ งจากระยะ เวลาในการทำปฏิกิริยาที่นานเกินไปอาจทำใหเกิดเจลสีขาวซึ่ง จะไปเพิม่ ความหนืดของผลิตภัณฑแลวจะสงผลกระทบตอขัน้ ตอนการทำใหผลิตภัณฑบริสทุ ธิใ์ นทีส่ ดุ (Huaping et al., 2006)

f o y

ปฏิกริ ยิ าทีม่ ากก็ไมสามารถทำใหไบโอดีเซลมีความบริสทุ ธิไ์ ด (Boey et al., 2009)

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

เขาไปชวยเพิ่มอัตราการถายโอนมวลของตัวเรงปฏิกิริยาแบบ วิวธิ พันธุ และชวยใหเกิดการละลายเขากันของสารทำปฏิกริ ยิ า ทีด่ ยี งิ่ ขึน้ (Mazzocchia et al., 2004) 3.2 อัลตราโซนิก การใชอลั ตราโซนิกถือเปนอีกวิธหี นึง่ ทีน่ า สนใจสำหรับ การเพิ่มการถายโอนมวลของสารตางๆระหวางกระบวนการท รานสเอสเทอริฟเคชันของตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุ โดย อัลตราโซนิกความถีต่ ่ำ (24 kHz) ไดถกู นำมาใชในการเพิม่ ประ สิทธิภาพปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันของน้ำมันถัว่ เหลือง ซึ่งใชตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุ (Mg MCM-41, Mg-Al hydrotalcite และ K+ impregnated zirconia) ซึง่ จากผลการศึกษา พบวา ทีป่ ริมาณตัวเรงปฏิกริ ยิ า 10% อัตราสวนระหวางเมทานอล ตอน้ำมัน 65 mL:5 g และอุณหภูมิ 60oC การใชอลั ตรkโซนิก สามารถชวยลดระยะเวลาในการทำปฏิกริ ยิ าจาก 24 ชัว่ โมงเหลือ เพียง 5 ชัว่ โมง (Geogogianni et al., 2009)ในขณะทีป่ ฏิกริ ยิ า ทรานสเอสเทอริฟเคชันของน้ำมันสบูดำซึ่งใชโซเดียมบนตัว รองรับซิลกิ อนไดออกไซด (Na/SiO2) 3% เปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า และใชอตั ราสวนโดยโมลระหวางเมทานอลตอน้ำมัน 9:1 นัน้ อัลตราโซนิกความถี่ 24 kHz ขนาด 200 W สามารถชวยลดระยะ เวลาในการทำปฏิกิริยาดังกลาวจาก 3-6 ชั่วโมงเหลือเพียง 15 นาที นอกจากนีย้ งั พบวา การเลือกใชขนาดแอมพลิจดู ของอัลตรา โซนิกทีเ่ หมาะสมเปนสิง่ ทีส่ ำคัญอยางยิง่ เนือ่ งจากถาขนาดแอ มพลิจดู มากเกินไปจะทำใหเกิดโพรงอากาศ (Cavitation bubble) ในสารทำปฏิกริ ยิ า และโพรงอากาศเหลานัน้ จะไปกีดขวางการ ถายเทพลังงานไปยังสารทำปฏิกิริยา ทำใหไมเปนผลดีตอการ เกิดปฏิกริ ยิ า (Kumar et al., 2010) อยางไรก็ตามสำหรับตัวเรง ปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธบุ างชนิดกลับพบวา อัลตราโซนิกไปกีด ขวางกระบวนการดูดซับสารทำปฏิกริ ยิ าทีผ่ วิ ของตัวเรงปฏิกริ ยิ า ทำใหอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ำและเปอรเซ็นตผลไดของเมทิล เอสเทอรลดลง (Gryglewicz, 1999) นอกจากนีส้ ำหรับกรณีทใี่ ช ตัวเรงปฏิกิริยาในปริมาณที่มาก อัลตราโซนิกอาจทำใหเกิด การชะลาง (Leaching) ของตัวเรงปฏิกริ ยิ าไดดว ย (Verziu et al., 2009)

f o y

ทำปฏิ กิ ริ ย ากั บ ตั ว เร ง ปฏิ กิ ริ ย าด ว ย เช น ในกรณี ก ารใช เ ต ตะไฮโดรฟ ว แรน (Tetrahydrofuran, THF) 10% เป น ตั ว ทำละลายรวมของปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชันของน้ำมัน เรพซีดและเมทานอลซึง่ มีแคลเซียมออกไซดเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า พบวา ทีอ่ ตั ราสวนโดยโมลระหวางเมทานอลตอน้ำมัน 4.5:1 และ อุ ณ หภู มิ ใ นการทำปฏิ กิ ริ ย า 50-70oC เตตระไฮโดรฟ ว แร นสามารถชวยเพิม่ อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าไดดี โดยปฏิกริ ยิ าเขาสู สภาวะสมดุลทีเ่ วลา 2 ชัว่ โมง ซึง่ อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าดังกลาว ใกลเคียงกับกรณีการใชโซเดียมไฮดร็อกไซดเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า (Gryglewicz, 1999) เมือ่ เร็วๆนีไ้ ดมแี นวคิดในการนำเมทิลเอส เทอรมาใชเปนตัวทำละลายรวมในการทำปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเท อริฟเคชันของน้ำมันใชแลวและเมทานอลโดยมี SO42-/SnO2SiO2 เปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า ซึง่ จากผลการศึกษาดังกลาวพบวา ที่ อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 150oC อัตราสวนโดยโมลระหวาง เมทานอลตอน้ำมัน 15:1 ปริมาณตัวเรงปฏิกริ ยิ า 6% และระยะ เวลาในการทำปฏิกริ ยิ า 1.5 ชัว่ โมง สำหรับกรณีทใี่ ชตวั ทำละลาย รวมจะใหเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอรถงึ 88.2% ซึง่ มาก กวากรณีทไี่ มใชตวั ทำละลายรวมเกือบ 30% (Lam et al., 2010) อยางไรก็ตามสำหรับการทำปฏิกริ ยิ าทรานเอสเทอริฟเ คชันของ น้ำมันใชแลวและน้ำมันดอกทานตะวันโดยมีไตรโพแทสเซียม ฟอสเฟส (K3PO4) เปนตัวเรงปฏิกริ ยิ านัน้ การนำเตตระไฮโดร ฟวแรน (Tetrahydrofuran, THF) และ ไดเมทิลอีเทอร (Dimethyl ether, DME) มาเปนตัวทำละลายรวม ไมใหผลลัพธทนี่ า พอใจ มากนัก ทัง้ นีเ้ นือ่ งจากเกิดการเกาะติดกันระหวางกลีเซอรอลกับ อนุภาคตัวเรงปฏิกริ ยิ าทีบ่ ริเวณผนังของเตาปฏิกรณ ทำใหความ วองไวในการเรงปฏิกิริยาของโพแทสเซียมฟอสเฟตลดลง สง ผลใหเปอรเซ็นตผลไดของเมทิลเอสเทอรต่ำกวากรณีทไี่ มใชตวั ทำละลายรวม (Guan et al., 2009)

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

t e i c

o S i

a h T

3.3 ตัวทำละลายรวม (Cosolvent) การใชตวั ทำละลายรวมถือเปนอีกหนึง่ วิธที มี่ ปี ระสิทธิภาพ ในการชวยลดขอจำกัดของการถายโอนมวลของสารระหวางการ ทำปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันซึง่ ใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธุ โดยตัวทำละลายรวมจะชวยใหจำนวนเฟสของระบบลด ลงจาก 3 เฟส (น้ำมัน/แอลกอฮอล/ตัวเรงปฏิกริ ยิ า) เหลือเพียง 2 เฟส คือ (สารละลายของแอลกอฮอล-น้ำมัน-ตัวทำละลายรวม/ตัว เรงปฏิกิริยา) รวมทั้งยังชวยเพิ่มการสัมผัสกันระหวางสาร

4. การใชแคลเซียมออกไซดเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า สำหรับตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธชุ นิดดางทีใ่ ชกนั ทัว่ ไป นั้น แคลเซียมออกไซดถือเปนตัวเรงปฏิกิริยาที่นาสนใจเนื่อง จากมีความวองไวและความเปนดาง (Basicity) ทีค่ อ นขางสูง จึง สามารถเรงปฏิกริ ยิ าไดดใี นสภาวะทีไ่ มรนุ แรง มีความสามารถ ในการละลายต่ำ ราคาไมแพงมากนัก และมีอายุการใชงานทีน่ าน อีกดวย (Liu et al., 2008) ดังนั้นจึงมีงานวิจัยเกี่ยวกับการ นำแคลเซียมออกไซดมาใชเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริ ฟชนั ของน้ำมันชนิดตางๆ พอสมควร ซึง่ สภาวะทีเ่ หมาะสมใน การทำปฏิกริ ยิ าไดสรุปไวในตารางที่ 1 โดยจากตารางดังกลาว จะเห็ น ว า แคลเซี ย มออกไซด ที่ ใ ช มี ทั้ ง แคลเซี ย มออกไซด บริ สุ ท ธิ์ แคลเซี ย มออกไซด บ นตั ว รองรั บ และแคลเซี ย ม ออกไซด ที่ เ ตรี ย มจากวั ส ดุ เ หลื อ ทิ้ ง โดยก อ นนำแคลเซี ย ม

เถาลอยบนตัวรองรับ เปลือกไข น้ำมันถัว่ เหลือง

เปลือกไข น้ำมัน Pongamia pinnata

เปลือกไขและเปลือกหอย ปาลมโอเลอิน เปลือกไข น้ำมันถัว่ เหลือง

CaO/MgO น้ำมันเรพซีด CaO/Al2O3 สาหรายสีเขียวแกมเหลือง CaO น้ำมันถัว่ เหลือง CaO น้ำมันถัว่ เหลือง CaO น้ำมันถัว่ เหลือง เปลือกปูโคลน ปาลมโอเลอิน เปลือกหอยนางรม น้ำมันถัว่ เหลือง

ตัวเรงปฏิกริ ยิ าและน้ำมัน

ลาง อบแหงที่ 100oC 24 h บด แลว Calcination ที่ 1000oC 2 h ลาง อบแหงที่ 105oC 24 h บด แลว Calcination ที่ 900oC 2 h เปลือกไข (ลาง อบที่ 105oC 24 h บด แลว Calcination ที่ 1000oC 2 h)

ลาง อบแหงที่ 105oC บด แลว Calcinationที่ 900oC 2 h ลาง ตากแดด บด อบแหงที่ 110oC 2 h แลว Calcination ที่ 1000oC 3 h Calcinationที่ 800oC 4 h

Calcination ที่ 900oC ใน He 1.5 h N/A

Calcination ที่ 700oC ใน N2 2 h Calcination ที่ 700oC ใน N2 2 h N/A

การเตรียมและการบำบัด ตัวเรงปฏิกริ ยิ า 64.5

อุณหภูมิ (oC)

0.25 g

2% w/w

1% w/w

2.5% w/w

3% w/w

10% w/w

25% w/w

65 60

5% w/w

8% w/w

0.78 g

23-25

2% w/w

ปริมาณตัวเรง ปฏิกิริยา 18:1 (Molar ratio) 30:1 (Molar ratio) 27:1 (Molar ratio) 12:1 (Molar ratio) 12:1 (Molar ratio) 0.5:1 (Mass ratio) 6:1 (Molar ratio)

อัตราสวน เมทานอล ตอน้ำมัน

2.5

1.5

3.5

เวลาในการ ทำปฏิกิริยา (ชัว่ โมง)

ตารางที่ 1 การผลิตเมทิลเอสเทอรโดยใชตวั เรงปฏิกริ ยิ าแคลเซียมออกไซดทสี่ ภาวะการทำปฏิกริ ยิ าตางๆ

a h T o S i t e i c f o y u t l ir cu Ag 2

2.5

6.9:1 (Molar ratio)

18:1 (Molar ratio)

12:1 (Molar ratio) 9:1 (Molar ratio)

n E l ra

>90 (% ME yield) >95 (% ME yield)

92 (% Oil conversion) 97.5 (% ME yield) >99 (% Oil conversion) >93 (% ME yield) >95 (% ME yield) >96.5 (% ME yield) 73.8 (% ME yield)

เปอรเซ็นต (%)

96.97 (% ME yield)

95 (% ME yield)

” g in r e e gin

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

ไมผา นการคืนสภาพ

N/A

Calcinationที่ 1000oC 2 h

N/A

ลางดวยเมทานอลแลว Calcination ที่ 900oC 2 h

N/A

ไมผา นการคืนสภาพ

ลางดวยเมทานอลแลวอบแหง แบบสุญญากาศที80่ oC N/A

Chakraborty et al. (2010)

Sharma et al. (2010)

Viriya-empikul et al. (2010) Wei et al. (2009)

Yan et al. (2008) Umdu et al. (2009) Reddy et al. (2006) Kouzu et al. (2008b) Liu et al. (2008) Boey et al. (2009) Nakatani et al. (2009)

ความสามารถใน การนำกลับมาใช เอกสารอางอิง ซ้ำ (ครัง้ )

ลางและแชในไลมอะซิโตนอบแหง แลวCalcinationที่700oC 2 h

การคืนสภาพ ตัวเรงปฏิกริ ยิ า

ภาพที่ 2 กลไกการเกิดปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟเคชันของน้ำมันและเมทานอลโดยใช แคลเซียมออกไซดเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ า (Boey et al., 2009) ออกไซดมาใชจำเปนตองกระตนุ ดวยกระบวนการแคลซิเนชัน โดยการเผาทีอ่ ณ ุ หภูมิ 700-1000oC เปนระยะเวลา 1.5-5 ชัว่ โมง เพื่อเปลี่ยนรูปสารประกอบแคลเซียมอื่นๆ เชน แคลเซียม คารบอเนต ใหกลายเปนแคลเซียมออกไซด และพรอมสำหรับ การใชงาน เมื่อพิจารณาความสามารถในการนำกลับมาใชซ้ำ ของแคลเซียมออกไซดพบวา จำนวนครัง้ ในการนำกลับมาใชซ้ำ โดยทีต่ วั เรงปฏิกริ ยิ ายังคงไมสญ ู เสียความวองไวจะแตกตางกัน ไป ทั้งนี้ขึ้นอยูกับกรรมวิธีคืนสภาพรวมถึงสภาวะที่ใชในการ ทำปฏิกริ ยิ าดวย

แมวา กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันจะตัง้ สมมติฐานวามีเพียงเมทานอลเทานั้นที่ถูกดูดซับบนผิวของตัว เรงปฏิกริ ยิ าและทำปฏิกริ ยิ ากับไตรกลีเซอรไรดในสถานะของ เหลว อยางไรก็ตามจากงานวิจยั ลาสุดของ Kim et al., (In press) พบวา ไตรกลีเซอรไรดสามารถถูกดูดซับบนผิวของตัวเรง ปฏิกิริยาไดเชนเดียวกัน โดยกลไกการเกิดปฏิกิริยาจะเริ่มจาก เมทานอลและไตรกลีเซอรไรดถกู ดูดซับบนตำแหนงวองไวใน บริเวณใกลๆกัน 2 แหง บนผิวของตัวเรงปฏิกิริยา จากนั้น เมทานอลจะถูกดูดซับทั้งบนตำแหนงเบสลิวอีส (Lewis base site) และเบสบรอนสเตด (Bronsted base site) และ Nucleophillic จะไปเกาะกับเอสเทอรทำใหเกิดเปนสารมัธยันตรทมี่ โี ครงสราง เปนเตตระฮีดรอล (Tetrahedral intermediate) ดังนั้นพันธะ -C-O จะแตกออกไดเปนเมทิลเอสเทอรและไดกลีเซอไรด

” g in r e e gin

n E l ra

u t l u c i 4.1 กลไกปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชันของน้g ำมัrน และเมทานอลโดยใชแคลเซียมออกไซดเปนตัวเรงfปฏิA กิ ริ ย า กลไกการเกิดปฏิกิริยาเริ่มจากการแตกตัวo ของแคลเซียม y t ออกไซดออกเปน O และ Ca จากนัน้ ieO จะเขาจับเมทานอล cgroup, OH ) และเมท็อก เกิดเปนกลมุ ไฮดร็อกซิล (Hydroxyl o 4.2 การเสื่ อ มสภาพของตั ว เร ง ปฏิ กิ ริ ย าแคลเซี ย ม S ไซดแอนไออน (Methoxide anion, CH O ) แล ว กล ม ุ ไฮดร็ อ ก ai เปนน้ำ (H O) และเมท็อก อออกไซด ซิลจะทำปฏิกิริยากับhเมทานอลได แมตวั เรงปฏิกริ ยิ าแคลเซียมออกไซดจะสามารถนำกลับมา T ไซดแอนไออน จากนั้นเมท็อกไซดแอนไอออนจะเกาะกับ 2-

คารบอนิลคารบอน (Carbonyl carbon) ของไตรกลีเซอไรดเกิด เปนสารมัธยันตรทมี่ โี ครงสรางเปนเตตระฮีดรอล (Tetrahedral intermediate) ตอมาจะเกิดการจัดรูปใหมของโมเลกุลสารมัธ ยันตร เกิดเปนเมทิลเอสเทอร 1 โมล และไดกลีเซอไรด หลัง จากนั้นเมท็อกไซดแอนไออนจะทำปฏิกิริยากับคารบอนิล คารบอนในไดกลีเซอไรดไดเปนเมทิลเอสเทอรจำนวน 1 โมล และโมโนกลีเซอไรด สุดทายเมท็อกไซดจะทำปฏิกริ ยิ ากับคาร บอนิลคารบอนในโมโนกลีเซอไรด รวมแลวไดเปนเมทิลเอส เทอรทงั้ หมด 3 โมล และกลีเซอรอลอีก 1 โมล โดยกลไกการ เกิดปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชันโดยใชตัวเรงปฏิกิริยา แคลเซียมออกไซดแสดงในภาพที่ 2 (Boey et al., 2009)

ใชซ้ำได แตเนือ่ งจากมีความเสถียรคอนขางต่ำ (Low stability) จึงสูญเสียความวองไวในการเรงปฏิกิริยาไดงาย ซึ่งการเสื่อม สภาพของตัวเรงปฏิกริ ยิ าดังกลาวอาจเปนผลเนือ่ งมาจากหลาย ปจจัย เชน การชะละลาย (Leaching) ของสารประกอบทีม่ คี วาม วองไว (Active compound) ในตัวเรงปฏิกิริยา การทับถมกัน (Deposit) ของสารอินทรียบ นผิวของตัวเรงปฏิกริ ยิ า การทำให เปนกลาง (Neutralization) ของตัวเรงปฏิกริ ยิ าโดยสารอินทรีย ซึง่ อยใู นสารทำปฏิกริ ยิ า รวมถึงการทำใหเปนพิษ (Poisoning) เนื่องจากการสัมผัสกับความชื้นและคารบอนไดออกไซดใน อากาศ การชะละลายอาจถือเปนสาเหตุหลักของการเสือ่ มสภาพ ของแคลเซียมออกไซด ซึง่ โดยทัว่ ไปนัน้ สำหรับตัวเรงปฏิกริ ยิ า

ประเภทออกไซดของโลหะมักพบปญหาการชะละลายในสารมี ขัว้ เชน แอลกอฮอล น้ำ และกรดไขมันอิสระ เปนตน โดยจาก งานวิจัยที่ผานมาพบวา ไดเกิดการชะละลายของแคลเซียม ระหวางกระบวนการทรานสเอสเทอริฟเคชันของน้ำมันถั่ว เหลื อ งและน้ำ มั น ดอกทานตะวั น โดยแคลเซี ย มออกไซด สามารถทำปฏิกริ ยิ ากับกลีเซอรอลเกิดเปนแคลเซียมไดกลีเซอร ออกไซด และสารที่ละลายไดจะถูกชะละลายออกมาจากทั้ง แคลเซียมออกไซดและแคลเซียมไดกลีเซอรออกไซด (Kouzu et al. 2009; Granados et al., 2009b) นอกจากการชะละลายแลว การทับถมของสารอินทรียบ นผิวของตัวเรงปฏิกริ ยิ าก็เปนปญหา ทีส่ ำคัญเชนเดียวกัน ซึง่ จากการศึกษาการเตรียมเมทิลเอสเทอร จากน้ำมันเมล็ดปาลมโดยใช CaO-ZnO เปนตัวเรงปฏิกิริยา พบวา เกิดการทับถมของเมทิลเอสเทอร กลีเซอรอล รวมถึง โมโนกลีเซอไรดและไดกลีเซอไรดบนตำแหนงวองไวของตัว เรงปฏิกริ ยิ าเปนปริมาณมากกวา 12% ทำใหความวองไวในการ เรงปฏิกริ ยิ าลดลง (Ngamcharussrivichai et al., 2008) สำหรับน้ำมันที่มีปริมาณกรดไขมันอิสระสูง ถานำมา ทำปฏิกริ ยิ าทรานสเอสเทอริฟเ คชันโดยใชแคลเซียมออกไซดซงึ่ มีสภาพเปนดางเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ าอาจจะเกิดปญหาการดูดซับ กรดไขมันอิสระที่ผิวของตัวเรงปฏิกิริยาทำใหเกิดสภาพเปน กลางได โดยเมื่อแคลเซียมออกไซดทำปฏิกิริยากับกรดไขมัน อิสระจะเกิดเปนสบแู คลเซียม (Ca soap) จากนัน้ สบแู คลเซียม จะหลุดออกจากตัวเรงปฏิกิริยา เปนผลทำใหตัวเรงปฏิกิริยามี ปริมาณลดลง (Kouzu et al., 2008a; Kawashima et al., 2008) คารบอนไดออกไซดและความชื้นที่มีอยูในอากาศถือเปนสาร พิษสำหรับตัวเรงปฏิกิริยาแคลเซียมออกไซด โดยแคลเซียม ออกไซดจะเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชันและคารบอเนชันเมื่อสัมผัส กับกับความชืน้ และคารบอนไดออกไซด ตามลำดับ ไดผลิตภัณฑ เปนแคลเซียมไฮดร็อกไซดและแคลเซียมคารบอเนตซึง่ มีความ ว อ งไวในการทำปฏิ กิ ริ ย าที่ ต่ำ กว า แคลเซี ย มออกไซด โดย ปฏิกิริยาไฮเดรชันจะเกิดไดเร็วกวาปฏิกิริยาคารบอไนเซชัน (Granados et al., 2007) ดังนัน้ เพือ่ ปองกันการเสือ่ มสภาพของ ตัวเรงปฏิกริ ยิ าแคลเซียมออกไซดเนือ่ งจากการสัมผัสกับอากาศ โดยตรงระหวางการขนถายตัวเรงปฏิกิริยาจากขั้นตอนการ กระตุน (Activation) ไปยังขั้นตอนการทำปฏิกิริยาทรานสเอส เทอริฟเ คชัน Granados et al. (2009a) จึงแนะนำใหผสมตัวเรง ปฏิกริ ยิ าทีผ่ า นการกระตนุ แลวเขากับไบโอดีเซลในปริมาณเล็ก นอย แลวจึงนำไปใชงานตามปรกติ

f o y

” g in r e e gin

n E l ra

สรุป u นอกเหนื lt อจากตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบเอกพันธุ เชน โซเดียม u c อกไซดและโพแทสเซียมไฮดร็อกไซดที่นิยมใชใน riไฮดร็ g A ปจจุบันแลว ตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุถือเปนอีกหนึ่งทาง

t e i c

o S i

a h T

4.3 การทำใหตัวเรงปฏิกิริยาคืนสภาพ (Regeneration) ความสามารถในการนำกลับมาใชซ้ำ (Reusability) ถือเปน คุณสมบัติที่สำคัญของตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุ อยางไร 66

ก็ตามเปนทีท่ ราบกันดีวา หลังผานกระบวนการทรานสเอสเทอริ ฟเคชันอาจเกิดการเสือ่ มสภาพของตัวเรงปฏิกริ ยิ าได สำหรับตัว เรงปฏิกริ ยิ าแคลเซียมออกไซดนนั้ กรรมวิธกี ารคืนสภาพหลัก คือ การนำไปผานกระบวนการแคลซิเนชัน ซึง่ สวนใหญจะเปน การเผาที่อุณหภูมิตั้งแต 800oC เปนเวลาประมาณ 2-4 ชั่วโมง อยางไรก็ตามกรรมวิธดี งั กลาวไมสามารถแกไขปญหาการเสือ่ ม สภาพเนื่องจากการทับถมของสารทำปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ บนผิวของตัวเรงปฏิกริ ยิ าได ดังนัน้ กอนนำไปผานกระบวนการ แคลซิเนชันจึงควรนำแคลเซียมออกไซดไปลางดวยตัวทำละลาย เมทานอล หรือ อะซิโตน เพือ่ กำจัดสารอินทรียต า งๆ ทีถ่ กู ดูดซับ บนตำแหนงวองไวของตัวเรงปฏิกิริยาออกใหมากที่สุดกอน (Kouzu et al., 2008b; Yan et al., 2008) นอกจากการใชตัว ทำละลายเมทานอลและอะซิโตนบริสทุ ธิแ์ ลว พบวา การนำสาร ละลายแอมโมเนียมไฮดร็อกไซดมาผสมกับเมทานอลสามารถ ชวยเพิม่ ประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรียท เี่ กาะบนผิวของ ตัวเรงปฏิกริ ยิ า CaO.ZnO ไดดกี วาการใชเมทานอลบริสทุ ธิเ์ พียง อยางเดียว ซึง่ สาเหตุทเี่ ปนเชนนีก้ เ็ นือ่ งจากวา โมเลกุลมีขวั้ เชน กลีเซอรอล และโมโนหรือไดกลีเซอไรดสามารถละลายในน้ำ ไดดกี วาในเมทานอล (Ngamcharussrivichai et al., 2008)

เลือกสำหรับกระบวนการผลิตไบโอดีเซลประเภทเมทิลเอส เทอรดว ยกระบวนการทรานสเอสเทอริฟเ คชัน โดยระบบตัวเรง ปฏิกริ ยิ าดังกลาวมีขอ ดีในแงของกระบวนการแยกและการทำให ผลิตภัณฑบริสทุ ธิท์ ไี่ มยงุ ยาก ความเปนมิตรตอสิง่ แวดลอม รวม ถึงความสามารถในการนำกลับมาใชซ้ำได ทำใหปจ จุบนั เริม่ มี การนำตัวเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธุมาใชสำหรับกระบวนการ ผลิตไบโอดีเซลในระดับอุตสาหกรรมแตยังคงไมเปนที่แพร หลายมากนัก เนื่องจากมีขอจำกัดในเรื่องของอัตราการเกิด ปฏิกิริยาที่คอนขางต่ำ รวมถึงราคาของตัวเรงปฏิกิริยาบาง ประเภททีค่ อ นขางสูง ดังนัน้ จึงไดมงี านวิจยั ทีศ่ กึ ษาเกีย่ วกับการ เพิม่ อัตราการเรงปฏิกริ ยิ าโดยมีทงั้ การนำคลืน่ ไมโครเวฟ อัลตรา โซนิก รวมถึงตัวทำละลายรวมมาประยุกตใชเพื่อลดความ ตานทานการถายเทมวลของสารทำปฏิกริ ยิ าและตัวเรงปฏิกริ ยิ า แคลเซียมออกไซดเปนตัวเรงปฏิกริ ยิ าแบบวิวธิ พันธชุ นิดหนึง่ ที่ นาสนใจเนือ่ งจากมีความวองไวในการทำปฏิกริ ยิ าทีค่ อ นขางสูง จึ ง สามารถเร ง ปฏิ กิ ริ ย าได ดี ใ นสภาวะที่ ไ ม รุ น แรง และยั ง สามารถเตรียมไดจากวัสดุเหลือทิง้ เชน เปลือกไข เปลือกหอย

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

และเปลือกปู ไดอกี ดวย อยางไรก็ตามตัวเรงปฏิกริ ยิ าแคลเซียม ออกไซดมคี วามเสถียรคอนขางต่ำจึงสูญเสียความวองไวในการ เรงปฏิกริ ยิ าไดงา ย ดังนัน้ ในการนำมาใชงานจำเปนตองระวังไม ใหสมั ผัสกับคารบอนไดออกไซดและความชืน้ ในอากาศ และไม ควรนำมาใชกบั น้ำมันทีม่ ปี ริมาณกรดไขมันอิสระทีส่ งู โดยกอน นำกลับมาใชซ้ำควรนำไปผานกระบวนการคืนสภาพโดยการลาง ดวยตัวทำละลาย เชน เมทานอล และอะซิโตน แลวตามดวย กระบวนการแคลซิเนชันที่อุณหภูมิตั้งแต 800oC เปนเวลา ประมาณ 2-4 ชั่วโมง

เอกสารอางอิง จตุพร วิทยาคุณ และ นุรกั ษ กฤษดานุรกั ษ. 2547. การเรงปฏิกริ ยิ า : พื้ น ฐานและการประยุ ก ต . พิ ม พ ค รั้ ง ที่ 1 โรงพิ ม พ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร 251 หนา Atadashi, I.M., Aroua, M.K., Aziz, A.A. 2011. Biodiesel separation and purification: A review. Renewable Energy, Vol. 36, pp. 437-443. Boey, P.L., Maniam, G.P., and Hamid, S.A. 2009. Biodiesel production via transesterification of palm olein using waste mud carb (Scylla serrata) shell as a heterogeneous catalyst, Vol. 100, pp. 6362-6368. Fukuda, H., Kondo, A., and Noda, H., 2001. Biodiesel fuel production by transesterification of oils. Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 92, pp. 405-416. Geogogianni, K.G., Katsoulidis, A.P., Pomonis, P.J., Kontominas, M.G. 2009. Transesterification of soybean frying oil to biodiesel using heterogeneous catalysts. Fuel Processing Technology, Vol. 90, pp. 671-676. Granados, M.L., Alonso, D.M., Alba-Rubio, A.C., Mariscal, R., Ojeda, M., and Brettes, P. 2009a. Transesterification of triglycerides by CaO: Increase of the reaction rate by biodiesel addition. Energy and Fuels, Vol. 23, pp. 22592263. Granados, M.L., Alonso, D.M., Sadaba, I., Mariscal, R., and Ocon, P. 2009b. Leaching and homogeneous contribution in liquid phase reaction catalysed by solids: The case of triglycerides methanolysis using CaO. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 89, pp. 265-272. Granados, M.L., Poves, M.D.Z., Alonso, D.M., Mariscal, R., Galisteo, F.C., Moreo-Tost, R., Santamaria, J., and Fierro, J.L.G. 2007. Biodiesel from sunflower oil by using activated

f o y

t e i c

o S i

a h T

calcium oxide. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 73, pp. 317-326. Gryglewicz, S. 1999. Rapeseed oil methyl esters preparation using heterogeneous catalysts. Bioresources Technology, Vol. 70, pp. 249-253. Guan, G., Kusakabe, K., Yamasaki, S. 2009. Tri-potassium phosphate as a solid catalyst for biodiesel production from waste cooking oil. Fuel Processing Technology, Vol. 90, pp. 520-524. Huaping, Z., Zongbin, W., Yuanxiong, C, Ping, Z., Shijie, D., Xiaohua, L., and Zongqiang, M. 2006. Preparation of biodiesel catalyzed by solid super base of calcium oxide and its refining process. Chinese Journal of Catalysis. Vol. 27, pp. 391-396. Jothiramalingam, R. and Wang, M.K. 2009. Review of recent developments in solid acid, base, and enzyme catalysts (heterogeneous) for biodiesel production via transesterification. Industrial and Engineering Chemistry Research. Vol. 48, no. 6162-6172. Kawashima, A., Matsubara, K., Honda, K. 2008. Development of heterogeneous base catalysts for biodiesel production. Bioresource Technology, Vol. 99, pp. 3439-3443. Kim, D., Choi, J., Kim, G.J., Seol, S.K., Ha, Y.C., Vijayan, M., Jung, S., Kim, B.H., Lee, G.D., and Park, S.S. Microwaveaccelerated energy-efficient esterification of free fatty acid with a heterogeneous catalyst. Bioresource. In press Kouzu, M., Kassuno, T., Tajika, M., Sugimoto, Y., Yamanaka, S., and Hidaka, J. 2008a. Calcium oxide as a solid base catalyst for transesterification of soybean oil and its application to biodiesel production, Fuel, Vol. 87, pp. 27982806. Kouzu, M, Kasuno, T., Tajika, M., Yamanaka, S., and Hidaka, J. 2008b. Active phase of calcium oxide used as solid base catalyst for transesterification of soybean oil with refluxing methanol. Applied Catalysis A: General, Vol. 334, pp. 357-365. Kouzu, M., Yamanaka, S.Y., Hidaka, J.S., and Tsunomori, M. 2009. Heterogeneous catalysis of calcium oxide used for transesterification of soybean oil with refluxing methanol. Applied Catalysis A: General, Vol. 355, pp. 94-99. Kotwal, M.S., Niphadkar, P.S., Deshpande, S.S., Bokade, V.V.,

” g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

and Joshi, P.N. 2009. Transesterification of sunflower oil catalyzed by flyash-based solid catalysts. Fuel, Vol. 88, pp. 1773-1778. Kumar, D., Kumar, G. and Singh, P.C.P. 2010. Ultrasonicassisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrasonic Sonochemistry, Vol. 17, pp. 839-844. Lam, M.K. and Tee, K.T. 2010. Accelerating transesterification reaction with biodiesel as co-solvent: A case study for solid acid sulfated tin oxide catalyst. Fuel, Vol. 89, pp. 3866-3870. Liu, X., He, H., Wang, Y., Zhu, S., and Piao, X. 2008. Transesterification of soybean oil to biodiesel using CaO as a solid base catalyst. Fuel, Vol. 87, pp. 216-221. Ma, F., Clements, L.D., and Hanna, M.A., 1998. The effects of catalysts, free fatty acid and water on transesterification of beef tallow. Transactions of the ASAE, Vol. 41, pp. 1261-1264. Ma, F., and Hanna, M.A., 1999. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology, Vol. 70, pp. 1-15. Mazzocchia, C., Modica, G., Kaddouri, A., and Nannicini, R. 2004. Fatty acid methyl esters synthesis from triglycerides over heterogeneous catalysts in the presence of

f o y

t e i c

microwaves. C.R. Chimie, Vol. 7, pp. 601-605. Nezihe, A. and Aysegul, D. 2007. Alkaline catalyzed transesterification of cottonseed oil by microwave irradiation. Fuel, Vol. 86, pp. 2639-2644. Ngamcharussrivichai, C., Totarat, P., and Bunyakiat, K. 2008. Ca and Zn mixed oxides as a heterogeneous base catalyst for transesterification of palm kernel oil, Applied Catalysis A: General, Vol. 341, pp. 77-85. Sakai, T., Kawashima, A., and Koshikawa, T., 2009. Economic assessment of batch biodiesel production processes using homogeneous and heterogeneous alkaline catalysts. Bioresource Technology, Vol. 100, pp. 3268-3276. Verziu, M., Florea, M., Simon, S., Simon, V., Fillip, P., Parvulescu, V., and Hardacre, C. 2009. Transesterification of vegetable oils on basic large mesoporous alumina supported alkaline fluoridesevidences of the nature of the active site and catalytic performances. Journal of Catalysis, Vol. 263, pp. 56-66. Yan, S., Kim, M., Salley, S.O., and Simon Ng, K.Y. Oil transesterification over calcium oxides modified with Lanthanum. Applied Catalysis A: General, In press Yan, S. Lu, H., and Liang, B. 2008. Supported CaO catalysts used in the transesterification of rapeseed oil for the purpose of biodiesel production. Energy and Fuels, Vol. 22, pp. 646-651.

â&#x20AC;? g in r e e gin

n E l ra

u t l ir cu Ag

o S i

a h T

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 16 No. 1, January - December 2010

â&#x20AC;? g n ri e e n i g

n E l ra

ty e i c

a h T

o S i

A f o

ltu u ic r g

â&#x20AC;? g n ri e e n i g

n E l ra

ty e i c

a h T

o S i

A f o

ltu u ic r g