Λαμβάνεται υπόψη η υπέρυθρη σκέδαση κατά τη χρήση σωλήνων θέρμανσης ινών άνθρακα για την ξήρανση υγρών υλικών στη βιομηχανική παραγωγή;

Στη βιομηχανική παραγωγή, η ηλεκτρική θέρμανση χρησιμοποιείται συνήθως για τη θέρμανση και την ξήρανση υγρών υλικών. Οι κύριες αρχές ξήρανσης περιλαμβάνουν τα εξής: η πρώτη περιλαμβάνει τη θέρμανση υλικών μέσω υψηλής θερμοκρασίας περιβάλλοντος για την επίτευξη ξήρανσης- η δεύτερη χρησιμοποιεί μικροκύματα για τη θέρμανση και την ξήρανση υλικών- η τρίτη χρησιμοποιεί θέρμανση με υπέρυθρη ακτινοβολία- και η τέταρτη περιλαμβάνει ξήρανση με αφυδάτωση σε χαμηλή θερμοκρασία. Οι διαδικασίες αυτές διαφέρουν ως προς την τεχνική, αλλά έχουν τον ίδιο στόχο: την αποβολή της υγρασίας από τα υγρά υλικά, με αποτέλεσμα ένα ξηρό προϊόν για τη μείωση του κόστους αποθήκευσης και μεταφοράς και της διάρκειας αποθήκευσης.

Σήμερα, ας συζητήσουμε εν συντομία αν πρέπει να λάβουμε υπόψη τη μικροσκοπική δομή των υλικών και την επίδρασή τους στην ανάκλαση και τη σκέδαση της υπέρυθρης ακτινοβολίας όταν χρησιμοποιούμε σωλήνες θέρμανσης ινών άνθρακα για ξήρανση.

Η ένταση σκέδασης της ακτινοβολίας από υγρά και στερεά είναι ευθέως ανάλογη της θερμοδυναμικής τους θερμοκρασίας και επηρεάζεται από την πυκνότητα του υλικού, συνήθως αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας. Επιπλέον, σχετίζεται με την επιφανειακή τάση του υγρού, αυξάνοντας όσο μειώνεται η επιφανειακή τάση. Το νερό έχει τον υψηλότερο συντελεστή επιφανειακής τάσης, παρουσιάζοντας έτσι μικρότερη σκέδαση ακτινοβολίας σε σύγκριση με άλλα υγρά.

Όταν η υπέρυθρη ακτινοβολία μεσαίου ή μεγάλου μήκους κύματος αλληλεπιδρά με τους κόκκους αμύλου ή τα φυτικά κύτταρα, διεγείρει πολύπλοκες δονήσεις. Ως εκ τούτου, οι δονήσεις ενός σωματιδίου δεν είναι σταθερές και η σκέδαση της ακτινοβολίας από το σωματίδιο περιλαμβάνει τα συνδυασμένα αποτελέσματα της ανάκλασης, της διάθλασης και της δευτερογενούς ακτινοβολίας.

Τα φαινόμενα σκέδασης σε μοριακό επίπεδο εμφανίζονται γενικά εκεί όπου το υλικό είναι ετερογενές, όπως περιοχές με κλίσεις πυκνότητας, υγρασίας, θερμοκρασίας, ανισοτροπίας και δομικών ανομοιογενειών. Οι ακανόνιστοι πόροι και τα τριχοειδή αγγεία εντός του υλικού, μαζί με τα άκρα των τριχοειδών υγρών επιφανειών, μπορούν να προκαλέσουν σκέδαση ακτινοβολίας και αλλαγές στην κατεύθυνση της ακτινοβολίας. Έτσι, κατά τη μελέτη των αποτελεσμάτων θέρμανσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας των σωλήνων θέρμανσης από ανθρακονήματα, είναι απαραίτητο να εξεταστεί κατά πόσον αυτά τα φαινόμενα σκέδασης θα μπορούσαν να επηρεάσουν την ακτινοβολία.

Τα τοιχώματα των πόρων και οι κυτταρικές μεμβράνες των φυτικών υλικών αποτελούνται από κολλοειδή σωματίδια, τα οποία χρησιμεύουν ως κέντρα σκέδασης στο υλικό, οδηγώντας σε πολλαπλές σκεδάσεις. Ακόμη και σε υλικά πάχους μικρότερου από 1μm, μπορούν να εμφανιστούν περισσότερες από δύο περιπτώσεις πολλαπλών σκεδάσεων, απορροφώντας την ενέργεια της ακτινοβολίας. Κατά συνέπεια, τα χαρακτηριστικά του υλικού και η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία συνδέονται στενά.

Ουσίες όπως το ξύλο, το τσάι και τα φρούτα έχουν πορώδεις κολλοειδείς δομές που παρουσιάζουν υψηλές ζώνες απορρόφησης υπέρυθρης ακτινοβολίας γύρω από ένα μήκος κύματος 20μm. Αυτή η υψηλή απορρόφηση οφείλεται στο ότι όλα τα συστατικά της πορώδους κολλοειδούς δομής απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία. Επομένως, όταν χρησιμοποιούνται σωλήνες θέρμανσης ινών άνθρακα για τη θέρμανση ή την ξήρανση αυτών των υλικών, είναι σημαντικό να ταιριάζουν τα μέγιστα μήκη κύματος απορρόφησης των υλικών.

Τα υλικά που περιέχουν υγρασία, ιδίως σε συγκεκριμένες φασματικές ζώνες, παρουσιάζουν χαμηλή ανακλαστικότητα στην υπέρυθρη ακτινοβολία. Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό στα επιφανειακά στρώματα του ξύλου που περιέχουν υγρασία, οδηγώντας σε μειωμένη ανακλαστικότητα. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε υγρασία εντός αυτών των φασματικών ζωνών, αυξάνεται επίσης ο ρυθμός απορρόφησης της ενέργειας της υπέρυθρης ακτινοβολίας.