Ali se pri uporabi grelnih cevi iz ogljikovih vlaken za sušenje mokrih materialov v industrijski proizvodnji upošteva infrardeče sipanje?

V industrijski proizvodnji se za segrevanje in sušenje mokrih materialov pogosto uporablja električno ogrevanje. Glavna načela sušenja so naslednja: prvo vključuje segrevanje materialov pri visoki temperaturi okolja, da se doseže sušenje; drugo uporablja mikrovalove za segrevanje in sušenje materialov; tretje uporablja segrevanje z infrardečim sevanjem; četrto pa vključuje sušenje z dehidracijo pri nizki temperaturi. Ti postopki se razlikujejo po tehniki, vendar imajo isti cilj: iz mokrih materialov izločiti vlago, s čimer nastane suh izdelek, ki zmanjša stroške skladiščenja in prevoza ter trajanje skladiščenja.

Danes bomo na kratko razpravljali o tem, ali moramo pri uporabi grelnih cevi iz ogljikovih vlaken za sušenje upoštevati mikroskopsko strukturo materialov ter njihov vpliv na odboj in sipanje infrardečega sevanja.

Intenzivnost sipanja sevanja v tekočinah in trdnih snoveh je neposredno sorazmerna z njihovo termodinamično temperaturo in je odvisna od gostote materiala, pri čemer se običajno povečuje z večjo gostoto. Poleg tega je povezana s površinsko napetostjo tekočine, saj se z zmanjševanjem površinske napetosti povečuje. Voda ima najvišji koeficient površinske napetosti, zato sevanje v primerjavi z drugimi tekočinami manj sipa.

Infrardeče sevanje srednjih in dolgih valov v interakciji s škrobnimi zrnci ali rastlinskimi celicami vzbudi kompleksne vibracije. Zato vibracije delca niso konstantne in razprševanje sevanja delca vključuje kombinirane učinke odboja, loma in sekundarnega sevanja.

Pojavi sipanja na molekularni ravni se običajno pojavljajo tam, kjer je material heterogen, na primer na območjih z gradienti gostote, vlage, temperature, anizotropije in strukturnih nehomogenosti. Nepravilne pore in kapilare v materialu ter robovi kapilarnih površin tekočine lahko povzročijo razprševanje sevanja in spremembe smeri sevanja. Zato je treba pri preučevanju učinkov segrevanja infrardečega sevanja grelnih cevi iz ogljikovih vlaken upoštevati, ali lahko ti učinki razprševanja vplivajo na sevanje.

Stene por in celične membrane rastlinskih materialov so sestavljene iz koloidnih delcev, ki služijo kot središča razprševanja v materialu, kar povzroča večkratno razprševanje. Tudi v materialih, debelih manj kot 1 μm, se lahko pojavita več kot dva primera večkratnega razprševanja, ki absorbira energijo sevanja. Zato so značilnosti materiala in sevalni prenos toplote tesno povezane.

Snovi, kot so les, čaj in sadje, imajo porozne koloidne strukture, ki imajo visoke absorpcijske pasove za infrardeče sevanje okoli valovne dolžine 20 μm. Ta visoka absorpcija je posledica tega, da vse sestavine porozne koloidne strukture absorbirajo infrardeče sevanje. Zato je pri uporabi grelnih cevi iz ogljikovih vlaken za segrevanje ali sušenje teh materialov bistveno, da se ujemajo največje absorpcijske valovne dolžine materialov.

Materiali, ki vsebujejo vlago, zlasti v določenih spektralnih pasovih, imajo nizko odbojnost za infrardeče sevanje. To je še posebej opazno v površinskih plasteh lesa, ki vsebuje vlago, zaradi česar je odbojnost manjša. S povečevanjem vsebnosti vlage v teh spektralnih pasovih se povečuje tudi stopnja absorpcije energije infrardečega sevanja.