Module 2 คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุอาหาร วัตถุประสงค์ 1. เข้าใจความสำคัญของคุณสมบัติทางกายภาพต่อการออกแบบเครื่องจักร 2. สามารถกำหนดขนาดและรูปร่างของวัสดุอาหารได้ 3. สามารถคำนวณหาค่า ความกลม ความเป็นทรงกลม ปริมาตร พื้นที่ผิว ความถ่วงจำเพาะ

รูปร่างและขนาด (Shape and Size) การระบุรูปร่างจำเป็นต้องวัดตัวแปรมิติบางตัว Mohsenin(1978) “การวัดตามแนวแกนตั้งฉากกันที่สัมพันธ์กันหลาย ๆ แกนเพียงพอ ”Griffith and Smith (1964) “สร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของก้อนกรวดกลุ่มหนึ่ง กับมิติตามแนวแกน พบว่าระยะตามแนวแกนที่ตั้งฉากกันสามระยะมีปริมาณ 93%ของ การเปลี่ยนแปลงของปริมาตร และ96% เป็นผลจากค่าที่วัดได้ในแกนใหญ่และแกนเล็ก”

เกณฑ์อธิบายขนาดและรูปร่าง (Criteria for Describing Shape and Size) มาตรฐานแผนภาพ (Charted Standards) ใช้ภาพตัดขวางตามยาวและตามขวางของวัสดุต่าง ๆเปรียบเทียบกับรูปร่างวัตถุที่ต้องการ รูปร่าง คำบรรยาย กลม (Round) เข้าใกล้วัตถุกลม (Spheriod) เรียวที่ขั้วหรือที่ปลาย แป้น (Oblate) เส้นผ่าศูนย์กลางในแนวดิ่งยาวกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางในแนวระดับ อ็อบลอง (Oblong) กรวย (Conic) เล็กเรียวลงไปหาปลาย (Tapered Toward Apex) รูปรังไข่ (Ovate) รูปร่างเหมือนไข่และขยายออกที่ปลายขั้ว (Stem End) เป้ หรือ เย้ หรือ เห (Oblique) แกนเชื่อมขั้วและปลายเอียงทำมุม (Slanted)

ความกลม (Roundness) การวัดความกลมของมุมต่างๆ ของวัสดุแข็ง Curray “ความมนเป็นอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ภาพฉายที่ใหญ่ที่สุดของวัสดุที่วางไว้ตามธรรมชาติกับ พื้นที่วงกลมที่เล็กที่สุดที่ล้อมรอบวัตถุนั้นได้” Ap = พื้นที่ภาพฉายที่ใหญ่ที่สุด (Projected Area) ของวัสดุที่วางไว้ตามธรรมชาติ Ac = พื้นที่วงกลมที่เล็กที่สุดที่ล้อมรอบวัตถุนั้นได้ r = รัศมีความโค้ง R = รัศมีของวงกลมที่ฝังอยู่ในวัตถุ N = จำนวนมุมทั้งหมด ความกลม = Ap/Ac หรือ ความกลม = Σr/(NR)

ความเป็นทรงกลม (Sphericity) Mohsenin “ความกลมเป็นอัตรส่วนระหว่างเส้นผ่าศูนย์กลางที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุกับเส้นผ่าศูนย์กลาง ของวงกลมที่เล็กที่สุด ที่ล้อมรอบวัตถุเอาไว้ได้” de = เส้นผ่าศูนย์กลางของทรงกลมที่มีปริมาตรเท่ากับวัตถุ dc = เส้นผ่าศูนย์กลางของวงกลมเล็กที่สุดที่ล้อมรอบวัตถุเอาไว้ได้ ปกติ คือ เส้นผ่าศูนย์กลางที่ ยาวที่สุดของวัตถุ ความเป็นทรงกลม= de/dc

พื้นที่ผิว (Surface Area) พื้นที่ผิวของผัก ผลไม้ หรือวัสดุอาหารต่างๆเป็นข้อมูลสำคัญของวิศวกรที่เกี่ยวข้องกับการขนถ่ายหรือ กระบวนการผลิตรวมทั้งพื้นที่ผิวของใบพืชบ่งบอกถึงความสามารถในการสังเคราะห์แสง และอัตรา การเจริญเติบโตของพืช และใช้ศึกษาถึงการถ่ายเทความร้อนในกระบวนการให้ความร้อน

พื้นที่ผิวผลไม้ วิธีการหาพื้นที่ผิวผลไม้มีหลายวิธี เช่น 1. การปอกผิวผลไม้เป็นชิ้นแคบๆ และวางลงบนแผ่นใส วาดรูปเปลือกโดยเขียนตามขอบ เปลือก และใช้เครื่องวัดพื้นที่วัดหาพื้นที่ผิว - การประมาณการพื้นที่ผิวจากน้ำหนักผลไม้ มีการค้นพบความสัมพันธ์เชิงเส้นตรง ระหว่างน้ำหนักกับพื้นที่ผิวที่วัดได้ 2. การปอกเปลือกผลไม้แล้ววางลงบนกระดาษกราฟ ทำการนำช่องของการวาดกราฟ

พื้นที่ผิวไข่ วางไข่บนเครื่องฉายแผ่นใส เพื่อให้ได้ภาพฉาย (Projected Picture) ของไข่ การวิเคราะห์ภาพฉายอาจใช้วิธี - วิธีการอินทีเกรดด้วยตัวเลข (Numerical Integration) วิธีการพิจารณาไข่คล้ายคลึงกับรูปทรงกลมแบบโพรเลท เมื่อกำหนดให้ a = 1/2 ของแกนยาวของวงรี b = 1/2 ของแกนสั้นของวงรี e = [1- ( b/a ) 2 ]1/2 r = 2¶b2 + ( 2¶b / e ) sin -1 e

พื้นที่ผิวไข่ ( ต่อ ) วิธีการวัดโดยตรง (ใช้ Masking tape ตัดเป็นชิ้นเล็กๆ ปิดรอบผิวไข่) วิธีการประมาณจากน้ำหนักไข่ด้วยความสัมพันธ์คณิตศาสตร์ เมื่อกำหนดให้ S = พื้นที่ผิวไข่ K = ค่าคงที่ตั้งแต่ 4.66 ถึง 5.07 W = น้ำหนักของไข่ S = KW0.66

ความคล้ายคลึงกับเทหวัตถุทรงเรขาคณิต - ทรงกลมโพรเลท (Prolate Spheroid) เช่น ผลชมพู่ม่าเหมี่ยว มะนาวฝรั่ง - ทรงกลมแป้น (Oblate Spheroid) เช่น ลูกจันทร์ ลูกพลับ - กรวยกลมตรง หรือ ทรงกระบอก เช่น แครอท แตงกว่า

ปริมาตรและความถ่วงจำเพาะ ปริมาตร เป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญ ในการออกแบบไซโล และถังเก็บรักษาสามารถ หาได้จากการแทนที่น้ำในความถ่วงจำเพาะ กรณีที่วัตถุอาหารมีรูปร่างไม่เป็นทรงเรขาคณิต ปริมาตร £in3 = น้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่ c/b ความหนาแน่นของน้ำ c/b/in3 ความถ่วงจำเพาะ = น้ำหนักวัตถุในอากาศ * ความถ่วงจำเพาะของน้ำ น้ำหนักน้ำที่ดูดแทนที่