[논문]벼의 저온 박층건조방정식

김훈; 금동혁; 김의웅; 한재웅

문제 정의

벼의 저온건조과정을 해석하고 건조 조건을 구명하는데 있어서 가장 중요한 기초 요소가 박층건조방정식이다. 따라서, 본 연구에서는 저온 건조온도 3수준, 상대습도 2 수준에 대하여 건조속도를 측정하고, 곡물 건조방정식으로 많이 이용되고 있는 4개의 건조 방정식에 대하여 적합성을 검정하여 벼의 저온 박층건조방정식을 개발하는데 목적이 있다.
본 연구는 건조온도 15.0, 25.0 및 35.0°C 3수준, 상대습도 30% 및 50% 2수준에 대하여 벼의 건조속도를 측정하고, 곡물 건조모델로 많이 이용되고 있는 4개의 건조방정식에 대하여 적합성을 검정하여 건조방정식을 개발하기 위하여 수행되었다. 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 온도와 상대습도에 따라 영향을 받는 것으로 나타났으며, 상대습도의 영향보다는 건조온도의 영향이 더 크게 나타났다.

제안 방법

7m7min)i 의해 공기충만실로 조성된 공기가 이송되도록 하였다. 건조실은 직경 28cm, 길이 40cm의 원통형으로 구성하였으며, 건조실 중앙에 열전대(T type)와 습도계 (TR72, JAP)를 이용하여 건조온도 및 상대습도를 기록하였다. 건조실 내의 풍속은 시료대 하부에서 풍속계(ANO₆₁41, KANOMAX, JAP)를 이용하여 측정하였으며, 0.
건조실험 3회 중에서 2회의 반복치를 평균치로 구하여 모델의 실험상수를 결정하는데 이용하였으며, 1회의 건조실험 결과를 모델의 검증에 이용하였다. 4개의 건조방정식 즉, Lewis, Page, 축소수분확산모델 및 Thompson 모델의 실험상수와 결정계수는 다음의 표 1 과 같이 나타났다.
다공판으로 구성된 직경 28cm의 원통형 시료대에 벼를 박층으로 퇴적하고, 시료대 상부에 설치된 전자저울(LC₄₂00, SARTORIUS, GER)을 이용하여 시료의 무게 변화를 측정하여 PC에 기록하였다. 건조온도는 15.0, 25.0 및 35.0°C의 3수준, 상대습도는 30 및 50%의 2수준 에 대하여 3회 반복 실험을 하였다. 실험 시작 후 20분 간격으로 무게를 계측하였으며, 함수 율비가 0.
습도 측정장치, 시료대 및 중량측정장 치 등으로 구성하였다. 공기조화장치(MTH₄₁00, SANYO, UK)는 온도 -45 ~ 105°C(±0. 3°C), 상대습도 0 ~ 99%(土2.5%) 범위의 공기를 발생할 수 있으며, 상부에 설치된 송풍기 (최대풍량 3.7m7min)i 의해 공기충만실로 조성된 공기가 이송되도록 하였다. 건조실은 직경 28cm, 길이 40cm의 원통형으로 구성하였으며, 건조실 중앙에 열전대(T type)와 습도계 (TR72, JAP)를 이용하여 건조온도 및 상대습도를 기록하였다.
5m/s로 나타났다. 다공판으로 구성된 직경 28cm의 원통형 시료대에 벼를 박층으로 퇴적하고, 시료대 상부에 설치된 전자저울(LC₄₂00, SARTORIUS, GER)을 이용하여 시료의 무게 변화를 측정하여 PC에 기록하였다. 건조온도는 15.
실험장치는 공기조화장치, 공기충만실, 송풍기, 온 . 습도 측정장치, 시료대 및 중량측정장 치 등으로 구성하였다. 공기조화장치(MTH₄₁00, SANYO, UK)는 온도 -45 ~ 105°C(±0.
0°C의 3수준, 상대습도는 30 및 50%의 2수준 에 대하여 3회 반복 실험을 하였다. 실험 시작 후 20분 간격으로 무게를 계측하였으며, 함수 율비가 0.2에 도달할 때까지 건조를 수행하였다.

대상 데이터

벼의 저온 박층 건조방정식을 결정하기 위하여 기존의 곡물 건조방정식 중에서 정확도와 이용 편의성이 우수한 4개의 건조모델을 선정하였다(Keum 등, 2002). Lewis(1921)의 Newton냉각법칙을 이용한 건조모델, Page(1949)의 옥수수 박층건조실험에 적용한 모델, Henderson(1952)의 수분확산법칙 해에 기초한 건조 모델, Thompson(1968)의 건조모델을 선 정하였으며, 이들 모델들은 다음과 같다.
실험에 사용한 벼는 2002년 10월에 중북 음성지역에서 수확한 주청벼이며, 초기함수율은26.81%(d.b.)이였다. 벼는 이물질 등을 제거한 후 함수율 변화를 최소화하기 위하여 밀폐하여 2°C의 저온저장고에 보관하였다.

데이터처리

식 (5)의 실험상수는 SAS의 PROC S* TEPWISE 이용하여 선정하였다 함수율비 실험치와 모델에 의한 예측치 사이의 결정계수와 RMSE(Root Mean Square Error)를 모델의 검정에 이용하였다.
함수율비의 실험치를 모델에 적합시켜 SAS의 비선형 회귀분석 프로그램을 이용하여 실 험상수를 결정하였다. 건조모델의 실험상수 A, B, k1, k2, P 및 Q는 건조온도와 상대습 도의 함수로 가정하고 다음의 식으로 설정하였다.

이론/모형

벼의 저온 박층 건조방정식을 결정하기 위하여 기존의 곡물 건조방정식 중에서 정확도와 이용 편의성이 우수한 4개의 건조모델을 선정하였다(Keum 등, 2002). Lewis(1921)의 Newton냉각법칙을 이용한 건조모델, Page(1949)의 옥수수 박층건조실험에 적용한 모델, Henderson(1952)의 수분확산법칙 해에 기초한 건조 모델, Thompson(1968)의 건조모델을 선 정하였으며, 이들 모델들은 다음과 같다. 벼의 평형함수율은 Keum(2000) 등이 개발한 식을 이용하였다.
Lewis(1921)의 Newton냉각법칙을 이용한 건조모델, Page(1949)의 옥수수 박층건조실험에 적용한 모델, Henderson(1952)의 수분확산법칙 해에 기초한 건조 모델, Thompson(1968)의 건조모델을 선 정하였으며, 이들 모델들은 다음과 같다. 벼의 평형함수율은 Keum(2000) 등이 개발한 식을 이용하였다.

성능/효과

0°C 3수준, 상대습도 30% 및 50% 2수준에 대하여 벼의 건조속도를 측정하고, 곡물 건조모델로 많이 이용되고 있는 4개의 건조방정식에 대하여 적합성을 검정하여 건조방정식을 개발하기 위하여 수행되었다. 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 온도와 상대습도에 따라 영향을 받는 것으로 나타났으며, 상대습도의 영향보다는 건조온도의 영향이 더 크게 나타났다. 저온영역 15.
건조온도의 증가에 따른 건조시간 의 단축 정도는 상대습도 30%에서와 비슷한 경향으로 나타났다. 건조온도 15.0°C에서 상대 습도 30 및 50%에서 반건조시간은 13.3 및 20.3시간으로 상대습도가 증가할수록 반건조시간 은 다소 크게 증가하였으나 건조온도가 25.0 및 35.0E로 증가할수록 상대습도에 따른 반건 조시간은 크게 영향을 미치지 않았다. 이와 같이 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 온 도와 상대습도에 따라 영향을 받는 것으로 나타났으며, 상대습도에 따른 반건조시간은 건조 온도가 증가할수록 크게 차이가 나타나지 않았지만 15.
7시간으로 나타났다. 건조온도가 15.0°C 에서 25.0°C로 10°C 증가할 때 반건조시간은 급격히 감소되었으며, 35.0°C에서도 온도의 증가에 따른 건조시간의 단축 정도는 현저히 줄어들었다. 상대습도 50%의 경우, 건조온도 15.
0°C에서는 다소 크게 나타났다. 또한, 건조속도는 건조온도에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.
0E로 증가할수록 상대습도에 따른 반건 조시간은 크게 영향을 미치지 않았다. 이와 같이 건조속도의 지표가 되는 반건조시간은 온 도와 상대습도에 따라 영향을 받는 것으로 나타났으며, 상대습도에 따른 반건조시간은 건조 온도가 증가할수록 크게 차이가 나타나지 않았지만 15.0°C에서는 다소 크게 나타났다. 또한, 건조속도는 건조온도에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.

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