Ruoanvalmistus- ja tulen käyttötapojen keksimisellä oli ollut suuri merkitys ihmisten evoluutiossa. Olemme oppineet käyttämään tulta ruoanlaittoon, sulattamiseen metallit , teollisuuden tuotantoprosesseihin jne. Mutta suurin läpimurto tapahtui, kun keksimme tapoja tehdä samat asiat käyttämättä tulta. Ajan myötä ja kehittää teknologiaa , olemme kehittäneet monia vaihtoehtoja tulipalon sijasta lämmitysprosesseihin. Yksi tällaisista merkittävistä keksinnöistä on 'dielektrisen lämmityksen' periaate. Katsotaanpa, miten tämä periaate toimii ja miten sitä sovelletaan.
Mikä on dielektrinen lämmitys?
Dielektrisen lämmityksen määritelmä voidaan sanoa - ”materiaalin kuumenemisprosessi aiheuttamalla dielektristä liikettä molekyyleissään vaihtelevat sähkökentät ”. Kaikki materiaalit koostuvat atomien muodostamista molekyyleistä. Dielektrinen lämmityspiirikaavio näkyy alla.
Polaarimolekyylit sisältävät sähköisiä dipolimomentteja. Kun tällaiset molekyylit altistuvat sähkökentälle, he yrittävät kohdistaa itsensä kentän suuntaan. Kun käytetty kenttä värähtelee, nämä materiaalimolekyylit käyvät läpi rotaatioita pitääkseen itsensä linjassa kentän kanssa. Kun kenttä muuttaa suuntaa, myös nämä molekyylit muuttavat suuntaa. Tätä prosessia kutsutaan 'dielektriseksi pyörimiseksi'.
Molekyylien lämpötila liittyy molekyylien kineettiseen energiaan. Molekyylien dielektrisessä rotaatiossa molekyylien kineettisen energian kasvaessa molekyylien lämpötila nousee. Kun molekyylit törmäävät tai joutuvat kosketuksiin muiden molekyylien kanssa, tätä energiaa siirtyy materiaalin kaikkiin osiin, mikä lämmittää materiaalia.
Siten dielektrinen kierto sisään materiaali kutsutaan usein materiaalin dielektriseksi lämmitykseksi. Tämä lämmitys tapahtuu joko RF-taajuuksien sähkökentillä tai sähkömagneettisilla kentillä. Levitetyn kentän tulisi olla värähtelevä, jotta dielektrinen kierto tapahtuisi. Käytetyn kentän taajuus ja aallonpituus vaikuttavat myös järjestelmän toimintaan.
Dielektrinen lämmitys toimii
Kuten alla kuvataan, dielektrisen lämmitysjärjestelmän piirikaavio koostuu kahdesta metallilevystä, joihin sähkökenttä kohdistetaan. Lämmitettävä materiaali sijoitetaan näiden kahden metallin väliin. On olemassa kahdenlaisia tapoja, joilla materiaali kuumenee lämmitysprosessin avulla.
Lämmitys matalataajuisilla aalloilla lähikenttävaikutuksena ja lämmitys suurtaajuuksisilla sähkömagneettisilla aalloilla. Näiden erityyppisten aaltojen avulla lämmitettyjen materiaalien tyyppi on myös erilainen.
Matalataajuisilla aalloilla on korkeammat aallonpituudet. Siten ne voivat tunkeutua johtamattomien materiaalien läpi syvemmälle kuin sähkömagneettiset aallot. Matalataajuisia kenttiä käyttävien järjestelmien etäisyyden tulisi olla alle 1 / 2π aallonpituudesta. Joten lämmitysprosessi matalataajuisella sähkökentällä on lähellä kosketusta.
Suurempien taajuuksien järjestelmillä on pienemmät aallonpituudet. Sähkömagneettiset aallot ja mikroaallot käytetään näissä järjestelmissä. Näissä järjestelmissä metallilevyjen välinen etäisyys on suurempi kuin käytetyn kentän aallonpituus. Näissä järjestelmissä tavanomaiset kaukokentän sähkömagneettiset aallot muodostuvat metallilevyjen väliin.
Dielektrisen lämmityksen sovellukset
Dielektristä lämmitysperiaatetta suurtaajuisia sähkökenttiä käyttämällä ehdotettiin 1930-luvulla Bell Telephone Laboratoriesissa. Muuttamalla sähkökenttien taajuutta dielektriset järjestelmät on suunniteltu monen tyyppisiin sovelluksiin.
Kun mikroaaltoja käytetään
Tässä dielektrisessä lämmityksessä 2,45 GHz: n mikroaaltotaajuus käytetään. Kodissa käytettävät mikroaaltouunit ovat esimerkki tällaisista sovelluksista. Nämä järjestelmät tarjoavat vähemmän tunkeutuvan ja erittäin tehokkaan lämmitysjärjestelmän. Mikroaaltouunin tilalämmitys tarjoaa suuremman tunkeutumissyvyyden. Siten tätä lämmitystä käytetään nesteiden, suspensioiden ja kiinteiden aineiden lämmittämiseen teollisessa mittakaavassa.
Mikroaaltouuni
Mikroaaltouunin tilavuuslämmitystä käytetään pastörointiin, flash-pastörointiin, mikroaaltokemiaan, sterilointiin, elintarvikkeiden säilyttämiseen, biopolttoaineiden tuotantoon jne.
Kun radiotaajuuksia käytetään
- RF-dielektrisyys löytää usein sovelluksia kasvinviljelyalueella.
- Tämän tyyppistä lämmitystä käytetään tappamaan jotkut elintarvikkeissa olevat tuholaiset sadonkorjuun jälkeen.
- Tämän tyyppinen lämmitys voi lämmittää materiaaleja tasaisesti.
- Tämän tyyppinen lämmitys voi käsitellä ruokaa nopeasti.
- Diatermia, lihasten radiotaajuuden RF-lämmitysprosessi käyttää tällaista lämmitystä.
- Prosessia kutsutaan Hypertermia-terapiaksi, johon korkeammat lämpötilat ovat tottuneet
- tappaa syöpä ja kasvainkudokset, käytetään lämmitystä RF-taajuuksilla
Ruuan prosessointi
Keksejä jälkileivettäessä tuotantolinjalla RF-dielektrinen lämmitys vähentää paistoaikaa. Uunilla voidaan valmistaa oikean kokoisia, muotoisia ja värisiä keksejä, mutta RF-lämmitys voi poistaa jäljellä olevan kosteuden jo kuivatuista keksien osista.
- RF-lämmitys voi lisätä elintarviketehtaissa käytettävän uunin kapasiteettia jopa 50%.
- Viljapohjaisissa vauvantuotteissa ja aamiaismuroissa käytetään jälkileipomista RF-dielektrisellä lämmityksellä.
- Ruoan kuivauksessa käytetään dielektristä paistamista yhdessä perinteisen leivonnan kanssa.
- Kun sähkömagneettista dielektristä ainetta käytetään leivontaan, ruoan laatu paranee.
- Elintarvikkeiden ravinto- ja aistinvaraiset ominaisuudet voivat säilyä ruoan käsittelyn aikana, kun käytetään sähkömagneettista dielektristä lämmitystä, koska korkeammat käsittelylämpötilat voidaan saavuttaa lyhyemmässä ajassa.
Dielektristä lämmitystä käytetään sen keksimisestä lähtien eri muodoissa. Hämmästyttävästä ruoasta prosessori tarkkaan sähkökirurgiseen menetelmään dielektrinen oli löytänyt sovelluksensa lähes kaikilla tieteenaloilla.
Dielektrisen lämmitysmekanismin asennuksen voidaan katsoa olevan samanlainen kuin kondensaattori . Kondensaattorissa eriste sijoitetaan kahden johtavan levyn väliin ja sähköä syntyy dielektrisessä. Dielektrisessä lämmitysjärjestelmässä lämmitettävä materiaali sijoitetaan kahden johtavan levyn väliin, joihin kohdistetaan sähkökenttä ja materiaalin sisällä syntyy lämpöä.
Nykyään dielektrinen lämmitys on löytänyt monia sovelluksia maataloudessa useiden tuholaistorjuntamenetelmien toteuttamiseksi. Mikroaaltouunille syötettävä sähkökenttä on matalampi taajuus- tai korkeampi taajuuskenttä?
