Czy rozpraszanie podczerwieni jest brane pod uwagę przy stosowaniu rur grzewczych z włókna węglowego do suszenia mokrych materiałów w produkcji przemysłowej?

W produkcji przemysłowej ogrzewanie elektryczne jest powszechnie stosowane do ogrzewania i suszenia mokrych materiałów. Główne zasady suszenia obejmują: pierwsza obejmuje ogrzewanie materiałów w wysokiej temperaturze otoczenia w celu osiągnięcia suszenia; druga wykorzystuje mikrofale do ogrzewania i suszenia materiałów; trzecia wykorzystuje ogrzewanie promieniowaniem podczerwonym; a czwarta obejmuje suszenie odwadniające w niskiej temperaturze. Procesy te różnią się techniką, ale mają ten sam cel: usunięcie wilgoci z mokrych materiałów, co skutkuje suchym produktem w celu zmniejszenia kosztów przechowywania i transportu oraz czasu przechowywania.

Dzisiaj pokrótce omówimy, czy musimy brać pod uwagę mikroskopijną strukturę materiałów i ich wpływ na odbijanie i rozpraszanie promieniowania podczerwonego podczas korzystania z rur grzewczych z włókna węglowego do suszenia.

Intensywność rozpraszania promieniowania przez ciecze i ciała stałe jest wprost proporcjonalna do ich temperatury termodynamicznej i zależy od gęstości materiału, zwykle wzrastając wraz ze wzrostem gęstości. Dodatkowo, jest ono związane z napięciem powierzchniowym cieczy, wzrastając wraz ze spadkiem napięcia powierzchniowego. Woda ma najwyższy współczynnik napięcia powierzchniowego, a zatem wykazuje niższe rozpraszanie promieniowania w porównaniu z innymi cieczami.

Kiedy promieniowanie podczerwone o średniej i długiej fali oddziałuje z granulkami skrobi lub komórkami roślinnymi, wzbudza złożone wibracje. Dlatego wibracje cząsteczki nie są stałe, a rozpraszanie promieniowania przez cząsteczkę obejmuje połączone efekty odbicia, załamania i promieniowania wtórnego.

Zjawiska rozpraszania na poziomie molekularnym występują zazwyczaj tam, gdzie materiał jest niejednorodny, np. w obszarach z gradientami gęstości, gradientami wilgotności, gradientami temperatury, anizotropią i niejednorodnościami strukturalnymi. Nieregularne pory i kapilary w materiale, wraz z krawędziami kapilarnych powierzchni cieczy, mogą powodować rozpraszanie promieniowania i zmiany kierunku promieniowania. Dlatego też, badając efekty ogrzewania promieniowaniem podczerwonym rur grzewczych z włókna węglowego, należy rozważyć, czy te efekty rozpraszania mogą mieć wpływ na promieniowanie.

Ściany porów i błony komórkowe materiałów roślinnych składają się z cząstek koloidalnych, które służą jako centra rozpraszania w materiale, prowadząc do wielokrotnego rozpraszania. Nawet w materiałach o grubości mniejszej niż 1 μm mogą wystąpić więcej niż dwa przypadki wielokrotnego rozpraszania, pochłaniając energię promieniowania. W związku z tym charakterystyka materiału i radiacyjne przenoszenie ciepła są ze sobą ściśle powiązane.

Substancje takie jak drewno, herbata i owoce mają porowate struktury koloidalne, które wykazują wysokie pasma absorpcji promieniowania podczerwonego o długości fali około 20 μm. Ta wysoka absorpcja jest spowodowana tym, że wszystkie składniki porowatej struktury koloidalnej pochłaniają promieniowanie podczerwone. Dlatego też, przy stosowaniu rur grzewczych z włókna węglowego do ogrzewania lub suszenia tych materiałów, istotne jest dopasowanie szczytowych długości fal absorpcji materiałów.

Materiały zawierające wilgoć, zwłaszcza w określonych pasmach spektralnych, wykazują niski współczynnik odbicia promieniowania podczerwonego. Jest to szczególnie widoczne w warstwach powierzchniowych drewna zawierającego wilgoć, co prowadzi do zmniejszonego współczynnika odbicia. Wraz ze wzrostem zawartości wilgoci w tych pasmach spektralnych wzrasta również współczynnik absorpcji energii promieniowania podczerwonego.