Toidu valmistamise ja tule kasutamise viiside väljamõtlemine oli mänginud suurt rolli inimeste arengus. Oleme õppinud tuld kasutama toiduvalmistamiseks, sulatamiseks metallid , tööstuse tootmisprotsesside jaoks jne. Kuid suurim läbimurre saabus siis, kui leiutasime viisid, kuidas teha samu asju tulekahju kasutamata. Aja jooksul ja tehnoloogiate arendamine , oleme välja töötanud palju alternatiive, mida kütteprotsessides tule asemel kasutada. Üks sellistest tähelepanuväärsetest leiutistest on 'dielektrilise kuumutamise' põhimõte. Vaatame, kuidas see põhimõte töötab ja kuidas seda rakendatakse.
Mis on dielektriline küte?
Dielektrilise kuumutamise definitsiooni võib öelda järgmiselt: „materjali kuumutamise protsess, põhjustades selle molekulides dielektrilist liikumist, kasutades vahelduvad elektriväljad “. Kõik materjalid koosnevad molekulidest, mis koosnevad aatomitest. The Dielektriline küttekontuuri skeem on näidatud allpool.
Polaarmolekulid sisaldavad elektrilisi dipoolmomente. Kui sellised molekulid puutuvad kokku elektriväljaga, proovivad nad joone järgi välja suunata. Rakendatava välja võnkumisel läbivad need materjali molekulid pöörlemist, et hoida end väljaga joondatuna. Kui väli muudab suunda, muudavad need molekulid ka oma suunda. Seda protsessi nimetatakse “dielektriliseks pöörlemiseks”.
Molekulide temperatuur on seotud molekulide kineetilise energiaga. Molekulide dielektrilises pöörlemises molekulide kineetilise energia suurenemisel molekulide temperatuur tõuseb. Kui molekulid põrkuvad või puutuvad kokku teiste molekulidega, seda energiat kandub materjali kõikidesse osadesse, soojendades seega materjali.
Seega dielektriline pöörlemine sisse materjal nimetatakse sageli materjali dielektriliseks kuumutamiseks. Seda kuumutamist kasutatakse kas raadiosageduste või elektromagnetväljade abil. Rakendatud väli peaks dielektrilise pöörlemise toimumiseks olema võnkuv. Rakendatud välja sagedus ja lainepikkus mõjutavad ka süsteemi toimimist.
Dielektriline küte töötab
Nagu allpool kirjeldatud, koosneb dielektrilise küttesüsteemi elektriskeem kahest metallplaadist, millele rakendatakse elektrivälja. Kuumutatav materjal asetatakse nende kahe metalli vahele. Materjali kuumutamiseks kütteprotsessi abil on kahte tüüpi viise.
Kütmine lähivälja efektina madalsageduslike lainete abil ja elektromagnetlainete abil kuumutamine kõrgsageduslike lainetega. Nende erinevat tüüpi lainete abil kuumutatud materjalide tüüp on samuti erinev.
Madalsageduslike lainete lainepikkused on suuremad. Seega saavad nad läbi juhtivate materjalide tungida sügavamalt kui elektromagnetlained. Madalsagedusvälju kasutavate süsteemide kaugus radiaatori ja neelduri vahel peaks olema väiksem kui 1/2 lainepikkusest. Niisiis on madalasagedusliku elektrivälja abil kuumutamise protsess kontaktilähedane.
Kõrgema sagedusega süsteemidel on madalamad lainepikkused. Elektromagnetlained ja mikrolaineahjud kasutatakse nende süsteemide jaoks. Nendes süsteemides on metallplaatide vaheline kaugus rakendatava välja lainepikkusest suurem. Nendes süsteemides tekivad metallplaatide vahele tavapärased kaugvälja elektromagnetlained.
Dielektrilise kuumutamise rakendused
Dielektrilise kuumutamise põhimõte, kasutades kõrgsageduslikke elektrivälju, pakuti välja 1930. aastatel Bell Telephone Laboratories. Muutes elektriväljade sagedust, on dielektrilised süsteemid mõeldud mitut tüüpi rakendusteks.
Kui kasutatakse mikrolaineahjusid
Selles dielektrilises soojenduses on 2,45 GHz mikrolaine sagedus kasutatakse. Kodudes kasutatavad mikrolaineahjud on seda tüüpi rakenduste näide. Need süsteemid pakuvad vähem läbitungivat ja ülitõhusat küttesüsteemi. Mikrolaineahju mahuline soojendus tagab suurema läbitungimissügavuse. Seega kasutatakse seda kuumutamist vedelike, suspensioonide ja tahkete ainete kuumutamiseks tööstuslikus ulatuses.
Mikrolaineahi
Mikrolaineahjus kasutatavat mahulist kuumutamist rakendatakse pastöriseerimiseks, kiirpastöriseerimiseks, mikrolainete keemiasse, steriliseerimiseks, toidu säilitamiseks, biokütuse tootmiseks jne.
Kui kasutatakse raadiosagedusi
- RF-dielektrik leiab sageli rakendusi taimekasvatuse piirkonnas.
- Seda tüüpi kuumutamist kasutatakse mõnede kahjurite hävitamiseks toidus pärast saagi koristamist.
- Seda tüüpi küte võib materjale ühtlaselt kuumutada.
- Seda tüüpi kuumutamine võib toitu kiiresti töödelda.
- Diatermia, lihaste RF-kuumutamise protsess lihasteraapias, kasutab seda tüüpi kuumutamist.
- Protsess, mida nimetatakse hüpertermiaraviks, milles kõrgemad temperatuurid on harjunud
- tappa vähk ja kasvajakoed, rakendatakse kuumutamist RF-sagedustega
Toiduainete töötlemine
Küpsiste tootmisjärgus küpsetamisel vähendab RF-dielektriline kuumutamine küpsetusaega. Õige suuruse, kuju ja värviga küpsiseid saab valmistada ahjuga, kuid raadiosagedusliku kuumutamisega saab järelejäänud niiskuse eemaldada juba kuivanud küpsiste osadest.
- Raadiosageduslik küte võib suurendada toiduainetööstuses kasutatava ahju võimsust kuni 50%.
- Teraviljapõhistes imikutoodetes ja hommikusöögihelvestes kasutatakse järelküpsetamist RF dielektrilise kuumutamise teel.
- Toidu kuivatamisel kasutatakse dielektrilist küpsetamist koos tavapärase küpsetamisega.
- Kui küpsetamiseks kasutatakse elektromagnetilist dielektrikut, saavutatakse toidu parem kvaliteet.
- Toidu toitumis- ja sensoorsed omadused võivad toidu töötlemisel säilida, kui kasutatakse elektromagnetilist dielektrilist kuumutamist, kuna kõrgema töötlemistemperatuuri saab saavutada lühema aja jooksul.
Juba leiutamise ajast alates kasutatakse dielektrilist kuumutamist erinevates vormides. Hämmastavast toidust protsessor täpse elektrokirurgia meetodi jaoks oli dielektrik leidnud rakenduse peaaegu igas teaduse valdkonnas.
Dielektrilise kuumutusmehhanismi seadistust võib vaadelda sarnasena kondensaator . Kondensaatoris asetatakse dielektrik kahe juhtiva plaadi vahele ja dielektrikus toodetakse elektrit. Dielektrilises küttesüsteemis pannakse kuumutatav materjal kahe juhtiva plaadi vahele, millele rakendatakse elektrivälja ja materjali sees tekib soojus.
Nüüd päev dielektriline küte on leidnud palju rakendusi põllumajandustööstuses paljude kahjuritõrjemeetodite rakendamiseks. Mikrolaineahjus kasutatav elektriväli on madalama sagedusega või kõrgema sagedusega väli?
