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문제 정의
- 따라서, 본 연구의 목적은 건조온도 3수준, 상대습도 2수준에 대하여 청립 벼의 건조속도를 측정하고, 곡물의 건조방정식으로 많이 이용되고 있는 4개의 건조방정식에 대하여 적합성을 검정하여 박층건조모델을 개발하는데 목적이 있다.
제안 방법
- 퇴적하였다. 시료대의 중량은 전자저울(LC4200, SARTORIUS, Germany) 을 이용하여 10분 간격으로 중량을 측정하여 PC에 기록하였으며, 평형함수율에 도달할 때까지 건조를 수행하였다. 건조온도는 30, 40 및 50℃ 의 3수준 상대습도 30 및 50% 2수준에 대하여 3회 반복 실험 하였다.
- 시료대의 중량은 전자저울(LC4200, SARTORIUS, Germany) 을 이용하여 10분 간격으로 중량을 측정하여 PC에 기록하였으며, 평형함수율에 도달할 때까지 건조를 수행하였다. 건조온도는 30, 40 및 50℃ 의 3수준 상대습도 30 및 50% 2수준에 대하여 3회 반복 실험 하였다.
- 본 연구는 청립 벼를 이용하여 건조온도 30, 40 및 50℃ 3 수준, 상대습도 30 및 50% 2수준에 대하여 건조속도를 측정하였으며, Page, Thompson, 죽소수분확산 및 Lewis모델 등 4개의 모델을 선정하여 실험상수를 결정하고 적합성을 비교하였다.
대상 데이터
- 공시재료는 2004년 경기도 화성지역에서 재배하는 추청벼로서 출수 후 27일이 되는 시기에 수작업으로 수확하였다 수확한 청립 벼를 밀봉하여 -10℃를 유지하는 냉동고에 보관하였으며, 실험시작 24시간 전에 상온에 방치하여 주위 공기 온도와 평형을 이루도록 하였고, 수작업으로 녹색계열의 정립만을 선별하여 실험에 사용하였다. 청립 벼의 초기함수율은 31.
- 박층건조실험은 Keum 등(2002)이 이용한 공기조화장치 (MTH4100, SANYO, UK)를 사용하였다. 공기조화장치는 온도 20〜70℃(±0.
- 5%)범위의 건조 공기를 발생할 수 있으며, 조성된 공기는 송풍기에 의해 공기 충만 실과 건조실로 이송되며, 건조실을 통과한 공기는 다시 공기조화장치로 되돌아가도록 구성하였다. 건조실은 직경 280mm, 높이 400mm의 원통형으로 하부에 정류격자를 설치하여 공기분포가 일정하도록 하였다. 건조실 내의 풍속은 5개 지점에 대하여 풍속계(VELOCICALC-PLUS, TSI, USA)로 측정하였으며, 0.
데이터처리
- 함수율비의 실험값을 모델에 적합시켜 SAS의 비선형 회귀분석 프로그램을 이용하여 매개변수를 결정하였다. 건조모델의 매개변수 A, B k2, , 및 Q는 건조온도와 상대습도의 함수로 가정하고 식 (5)로 설정하였다.
- 실험상수들의 조합은 SAS의 PROC STEPWISE를 이용하여 선정하였다. 함수율비 실험값과 모델에 의한 예측값 사이의 결정 계수와 RMSE(Root Mean Square Error)를 모델의 검정에 이용하였다.
- 선정하였다. 함수율비 실험값과 모델에 의한 예측값 사이의 결정 계수와 RMSE(Root Mean Square Error)를 모델의 검정에 이용하였다.
- 건조실험 3회 중에서 2회의 결과값을 평균값으로 구하여 모델의 실험상수를 결정하는데 이용하였으며, 1회의 건조실험 결과값을 모델의 검증에 이용하였다. 4개의 건조방정식 즉 Page, Thompson, 죽소수분확산 및 Lewis모델의 실험 상수와 결정계수는 다음의 표 1과 같다.
이론/모형
- 박층건조모델을 결정하기 위하여 기존의 곡물건조방정식 중에서 널리 사용되고 있는 Page(1949)의 옥수수 박층 건조실험에 적용한 모델, Thompson(1967)의 건조모델 Henderson(1952) 의 수분확산법칙 해에 기초한 건조 모델 및 Lewis(1921)의 Newton 냉각법칙을 이용한 건조모델 등 4개의 건조모델을 선정하였다(식 (1)〜(4)). 평형함수율은 실험 중 측정한 최종함수율을 이용하였다.
성능/효과
- 크게 영향을 미치지 않았다. 건조온도 50℃ 에서 상대습도의 조건은 반건조시간에 도달할 때까지는 크게 영향을 미치지는 않았지만 반건조시간 이후로는 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이와 같이 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 온도와 상대습도의 영향을 받는 것으로 나타났으며 특히, 온도의 영향이 지배적인 것으로 나타났다.
- 건조온도 50℃ 에서 상대습도의 조건은 반건조시간에 도달할 때까지는 크게 영향을 미치지는 않았지만 반건조시간 이후로는 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이와 같이 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 온도와 상대습도의 영향을 받는 것으로 나타났으며 특히, 온도의 영향이 지배적인 것으로 나타났다.
- 4개의 건조방정식 즉 Page, Thompson, 죽소수분확산 및 Lewis모델의 실험 상수와 결정계수는 다음의 표 1과 같다. 실험상수는 건조온도와 상대습도의 함수로 표현되었으며, 결정계수는 Thompson모델 및 수분 확산모델의 상수 A는 각각 0.96 및 0.95이었으며, 다른 모델의 실험상수는 0.98이상으로 나타났다.
- 07이하로 나타났으며, 50℃를 제외한 온도에서 결정계수와 RMSE 값이 Page 및 Thompson 모델과 다소 차이가 나타났다. 따라서, 결정 계수와 RMSE 값을 비교할 경우 Page모델이 적합성이 우수한 것으로 판단되었다.
- 8까지는 비슷한 경향이었지만, 이후로는 많은 차이가 나타났다. 또한, 청립 벼의 건조모델이 일반 벼의 건조모델에 비해 건조가 느리게 진행되어 건조특성이 다소 다른 것으로 나타났다.
- 건조속도의 지표가 되는 반건조시간(MR=0.5)은 건조온도와 상대습도의 영향을 받았으며, 온도의 영향이 지배적이었다. '상대습도에 따른 반건조시간은 건조온도가 높을수록 차이가 크게 나타났으며 특히 건조온도가 50℃ 에서 상대 습도가 건조속도에 미치는 영향이 크게 나타났다.
- 5)은 건조온도와 상대습도의 영향을 받았으며, 온도의 영향이 지배적이었다. '상대습도에 따른 반건조시간은 건조온도가 높을수록 차이가 크게 나타났으며 특히 건조온도가 50℃ 에서 상대 습도가 건조속도에 미치는 영향이 크게 나타났다.
- Page모델의 결정계수는 0.97이상, RMSE는 0.04이하로 다른 모델에 비해 높은 수준이었으며, 반건조시간에 도달할 때까지 함수율비의 실험값과 각 모델에 의한 예측값이 잘 일치하여 청립 벼의 박층건조모델로 적절한 것으로 판단되었다.
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