[논문]벼의 원적외선 건조특성 (I) -박층건조방정식-

금동혁; 김훈; 홍상진

doi:10.5307/jbe.2002.27.1.045

[국내논문] 벼의 원적외선 건조특성 (I) -박층건조방정식-
Far-Infrared Ray Drying Characteristics of Rough Rice (I) -Thin layer drying equation- 원문보기

금동혁 (Dept. of Bio-Mechatronic Engineering, SungKyunKwan University) , 김훈 (Dept. of Bio-Mechatronic Engineering, SungKyunKwan University) , 홍상진 (Food Management Team, Lotte)

This study was performed to develop thin layer drying equations fur short grain rough rice using far-infrared ray. Thin layer drying tests was conducted at four far-infrared ray temperature levels of 30, 40, 50, 60$^{\circ}C$ and two initial moisture content levels of 20.7, 26.2%(w.b.). The measured moisture ratios were fitted to Lewis and Page drying models by stepwise multiple regression analysis. Half response time of drying was affected by both drying temperature and initial moisture content at drying temperature of below 40$^{\circ}C$, but at above 40$^{\circ}C$ was mainly affected by drying temperature. Experimental constant(k) in Lewis model was a function of drying temperature, but K and N in Page model were function of drying temperature and initial moisture content. Moisture ratios predicted by two drying models agreed well with experimental values. But in the actual range of drying temperature above 30$^{\circ}C$ Page model was more suitable for predicting of drying rates.

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문제 정의

따라서, 본 연구의 목적은 원적외선을 이용한 벼의 박층건조실험을 수행하여 건조특성을 구명하고 박층건조방정식을 개발하는데 있다.
본 연구는 벼의 원적외선 박층 건조방정식을 개발하기 위하여 수행되었으며, 원적외선 건조 실험 장치를 제작하여 벼의 초기 함수율 20.7, 26.2% (w.b.)의 2수준, 원적외선 건조온도 30, 40, 50 및 60°C 4수준에서 박층 건조실험을 수행하였다. 실험치를 박층 건조모델로 가장 널리 이용되고 있는 Lewis 및 Page 모델에 적합시켜 실험상수를 결정하고 모델의 적합성을 검정하였다.

가설 설정

위의 건조모델을 선형화하고 SAS 의 회귀분석 프로그램을 이용하여 실험상수를 결정하였다. 건조 모델의 실험상수 h, K 및 N은 건조온도와 초기함수율의 함수로 가정하고 다음식(2-3)으로 설정하였다.

제안 방법

계측부로 구성하였다. 건조부는 원적외선방사처), 조사거리 조정봉, 시료대 및 송풍기로 구성하였으며, 계측부는 전자저울, 열전대 및 PC 로 구성하였다. 원적외선 방사체는 400X400mm 크기로 방사율은 5〜20“m의 파장영역에서 0.
조사거리 조정봉은 최대 400mm까지 조사 거리를 조절할 수 있도록 하였으며, 시료대는 250 X250X60mm 크기의 정사각형 형태로 제작하였다. 대류에 의한 건조효과를 최소화하는 동시에 시료로부터 증발된 수분을 배출하기 위해 실험 장치 하부 2지점의 작은 구멍으로 소량의 외기가 유입되어 상부에 설치된 소형의 송풍기에 의해 외부로 배출되도록 하였다.
시료대 하부에 설치된 전자저울(LC₄₂00, SAR TORIUS, Ger)을 이용하여 시료의 무게 변화를 측정하여 PC 에 기록하였다. 열전대 (T type Ther mocouple, OMEGA, USA)는 방사체 표면과 시료 대 중앙에 설치하였다.
초기 시료의 중량은 200g으로 하였으며, 실험 시작 후 1분 간격으로 무게를 계측하였다. 시료의 무게 변화가 없을 때까지 건조를 수행하였다.
시료의 함수율은 20.7 및 26.2%(w.b.)의 2수준, 건조온도는 30, 40, 50 및 60℃의 4수준으로 하였으며, 조사거리는 200mm로 하였다. 건조온도는 시료 표면 20mm 상부에 설치된 열전대에 의해 제어하였다.
)의 2수준, 원적외선 건조온도 30, 40, 50 및 60°C 4수준에서 박층 건조실험을 수행하였다. 실험치를 박층 건조모델로 가장 널리 이용되고 있는 Lewis 및 Page 모델에 적합시켜 실험상수를 결정하고 모델의 적합성을 검정하였다.
함수율비의 실험치를 모델에 적합시켜 실험 상수를 결정하였다. 위의 건조모델을 선형화하고 SAS 의 회귀분석 프로그램을 이용하여 실험상수를 결정하였다.

대상 데이터

공시 재료는 1999년 10월에 전남 영광지역에서 수확한 동안벼이며 초기 함수율은 27.1%(w.b.)이였다. 벼는 음건에서 2수준의 함수율로 조절하였으며 정선 후 밀폐하여 2℃의 저온저장고에 보관하였다.
95의 값을 나타내었으며, 최대 300'C까지 조절이 가능하였다. 조사거리 조정봉은 최대 400mm까지 조사 거리를 조절할 수 있도록 하였으며, 시료대는 250 X250X60mm 크기의 정사각형 형태로 제작하였다. 대류에 의한 건조효과를 최소화하는 동시에 시료로부터 증발된 수분을 배출하기 위해 실험 장치 하부 2지점의 작은 구멍으로 소량의 외기가 유입되어 상부에 설치된 소형의 송풍기에 의해 외부로 배출되도록 하였다.

데이터처리

2) 함수율비의 실험치를 Lewis 모델과 Page 모델에 적합시켜 실험상수를 결정하고, 결정계수와 RMSE로 모델의 적합성을 검정하여 제시하였다. Lewis 모델의 실험상수는 건조온도 만의 함수로 나타났으며, Page 모델의 경우는 건조온도와 초기함수율의 함수로 나타났다.
결정하였다. 위의 건조모델을 선형화하고 SAS 의 회귀분석 프로그램을 이용하여 실험상수를 결정하였다. 건조 모델의 실험상수 h, K 및 N은 건조온도와 초기함수율의 함수로 가정하고 다음식(2-3)으로 설정하였다.
이용하여 선정하였다. 함수율비의 실험치와 건조모델에 의한 예측치 사이의 결정계수와 RMSE(Root mean square error)를 모델의 비교 검정에 이용하였다.

이론/모형

벼의 원적외선 박층 건조방정식을 결정하기 위하여 기존의 곡물 건조방정식 중에서 정확도와 이용 편의성이 우수한 다음의 Lewis 및 Page 식을 모델로 선정하였다.

성능/효과

1) 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 건조온도와 초기함수율에 따라 영향을 받는 것으로 나타났으며, 건조온도가 40°C이하의 낮은 범위에서는 초기함수율의 영향이 크게 나타났으나 온도가 높을수록 그 영향이 미비하였다. 또한 반건조 시간즉, 건조속도는 초기함수율의 영향보다는 건조온도의 영향이 더 크게 나타났다.
3) 벼의 원적외선 박층 건조모델로 Lewis 모델과 Page 모델 모두 적합성이 높은 것으로 나타났으나, 실용적인 건조온도 범위에서는 Page 모델이 함수율 비의 보다 정확한 예측이 가능한 것으로 나타났다.
5에 이르는 시간)은 각각 276, 138, 75, 51분으로 나타났다. 건조온도가 30P에서 4(rc로 lot 증가할 때 반건조시간은 1/2로 감소되었으나 그 이상의 온도에서는 온도의 증가에 따른 건조시간의 단축 정도는 현저히 줄어들었다.
5에 이르는 시간)은 각각 317, 125, 82, 55분으로 나타났다. 건조온도가 30©에서 401로 10t 증가할 때 반건조시간은 40%로 감소되어 초기 함수율 20.7%(w.b.)에서 보다도 건조 시간 단축효과가 보다 크게 나타났으며, 그 이상의 온도에서는 초기 함수율 간에 건조온도에 따른 반건조시간의 차이는 거의 나타나지 않았다.
않았다. 또한 반건조시간 즉, 건조속도는 초기함수율의 영향보다는 건조온도의 영향이 더 크게 나타났다.
않았다. 또한 반건조시간 즉, 건조속도는 초기함수율의 영향보다는 건조온도의 영향이 더 크게 나타났다.
이와 같이 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 건조온도와 초기함수율에 따라 영향을 받는 것으로 나타났으며, 초기함수율에 따른 반건조시간은 건조온도가 401 이하로 낮은 범위에서는 크게 차이가 나타났으나 온도가 높을수록 차이가 거의 나타나지 않았다. 또한 반건조시간 즉, 건조속도는 초기함수율의 영향보다는 건조온도의 영향이 더 크게 나타났다.

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