__MAIN_TEXT__

Page 1


р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference       

                                              

                                                                                     ┬Б      ┬Н  ┬П┬Р┬Э┬а     ┬н                    ┬н    ┬Б             ┬П┬Р  ┬Б    ┬Н    ┬Э┬П     ┬Б    ┬Н    ┬А   ┬Б         ┬Б    ┬Н  ┬П┬Р┬Э┬а┬В┬Б┬П┬Р┬Э┬а┬Г  ┬Д    ┬н            ┬Б         ┬Е ┬Ж ┬З    ┬И ┬В ┬Е┬Ж ┬И    ┬Б┬П┬Р┬Э┬а ┬Б 

┬Й┬Е  ┬А   ┬Б    










р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference '33#)'(20.4*''#/0(#%5-490(/)+/''2+/) +/)0/),54:3/34+454'0('%*/0-0)9#&,2#$#/) 

                    ┬Б┬Н  ┬П┬Р    ┬Н┬Э ┬а ┬н   ┬Б┬А┬В┬Б┬Г   ┬Н┬Э┬Б┬Д  ┬Е  ┬н   ┬Ж  ┬З     ┬З   ┬Ж      ┬И                   ┬Ж┬Р  ┬И    ┬Ж   ┬И   ┬Й┬В   ┬З  ┬Ж                         ┬Ж        ┬К      ┬П┬Р ┬н  ┬Н┬Э┬Б┬Д  ┬З   ┬Е ┬Ж     ┬Р┬Ж┬Е ┬Ж┬Л ┬Ж   ┬Л        








р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference                    ┬Б 

 

                     

                                             

 ┬Б┬Н┬П       ┬Р┬Б┬Э┬а┬н┬А┬В      ┬Р    ┬Б ┬Г┬Р┬Б┬Д ┬Е        ┬Ж    ┬Н  

 ┬Н┬Н     ┬Н 

  ┬Н ┬З  ┬Н ┬Ж ┬Н    ┬Р

 ┬И┬Й ┬Н ┬Р┬Б┬Э┬а┬н┬А┬К┬В  ┬Б┬Л ┬М┬О 




р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference       

                   ┬Б  ┬Н     ┬Н  ┬Н ┬П┬Р┬Э┬а┬Э

  ┬н┬Н┬Б                       ┬Б   ┬Н┬П   ┬Р ┬П ┬Э ┬а  ┬н   ┬А   ┬В┬Н┬Г                ┬Д┬Б     ┬Д  ┬Е ┬Д       ┬Н┬Г            ┬Б                 ┬Ж            ┬Н ┬Г                    ┬Д ┬Д  ┬Д ┬З           ┬Н┬Г   ┬П ┬Э ┬Б┬Р┬Г ┬И┬Й┬К┬Л  ┬Ж  ┬Ж   ┬Н 

  ┬А ┬В ┬Г  ┬Д┬А┬Г┬Е       ┬Н┬Э      ┬Е       

   ┬Ж      ┬Н┬Р  ┬М┬П┬Р┬М┬П┬В   

 ┬Н ┬О┬В┬Н ┬н    ┬Н┬М                  ┬З 

  ┬Е┬С┬Т┬У┬Н  ┬В 

  ┬Н┬О┬В  ┬Р┬М┬П     ┬Г┬Ф             ┬Н┬Х  ┬Е        

┬Р┬М┬П┬Н 

┬В 

 ┬Н┬Ц┬Т┬В        ┬Р┬М┬П               ┬Н┬Х  



 ┬Н┬Х                                ┬Н   ┬Х  ┬Ч           ┬Б ┬Р┬М┬П      ┬Н┬Х       ┬Ч     ┬Д             ┬Е     ┬А┬В    ┬В      ┬В   ┬н  ┬н┬Ш ┬П ┬Щ┬В┬а┬Д┬Д┬Н ┬Н ┬Т ┬Ъ┬Д  ┬Ц ┬Ъ┬Д ┬Н ┬Ц┬Т    ┬Н ┬Ц┬В┬Н┬Х   ┬Д           ┬Н┬М    ┬Д     ┬Р┬М┬П     ┬Н  ┬Х         ┬В               ┬В  

           ┬Н┬Х      ┬Р  ┬Н┬Р         ┬Н┬Р   ┬Р┬М┬П      ┬Ы┬Ц┬Н┬н 

   ┬Ж┬З   ┬н                 ┬Э  ┬н   ┬П  ┬Ь┬а ┬Ь┬Э┬н┬Б┬П┬н┬Ь┬О┬С┬В ┬н ┬а   ┬Ш ┬П ┬Щ  ┬Н






р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference                 ┬Б┬Н   ┬П  ┬Р ┬Э┬а      ┬П┬н ┬Б      ┬Б       ┬А ┬В      ┬П  ┬Р  ┬Б┬Н┬П  ┬П┬Г┬П ┬Д┬Е   ┬н ┬Б ┬Г ┬Б   ┬П┬Ж┬З┬П┬Д┬Е  ┬И┬Э┬а ┬Й┬Б  ┬П┬Б┬Г   ┬А         ┬К┬Н┬Б ┬Э┬а ┬Л  ┬Е

┬М   ┬Й┬а┬З┬П  ┬Д┬Е   ┬Б    ┬Ж┬З┬Б

    ┬а┬Й┬Й┬О┬а ┬А┬С   ┬а┬Л┬Т┬О┬а┬а┬Й┬а┬А┬С┬Р ┬П┬П┬Б┬П┬П

 ┬а┬О┬а ┬Э┬А┬С┬Э ┬Э┬Т┬Т┬О┬а ┬Э┬А┬С┬Э┬Б ┬П┬П┬П ┬Н┬К┬П┬К ┬П┬П┬П ┬У┬а┬Ж┬О┬а┬а┬Ж┬а┬А┬С┬Э┬Б┬У┬а ┬О┬а┬а┬Ж ┬А┬С┬Э┬Ф ┬Б ┬П ┬М   ┬П ┬Б┬А   ┬Б┬А┬Е ┬Н   ┬Н  ┬П       ┬М ┬М ┬П  ┬Х┬П┬Ц  ┬Ч┬Н┬Н┬Б┬Ш┬Щ┬Б┬К┬Б┬Ъ┬Б┬Ы┬Х┬В┬Б┬Д┬К┬Н┬Б┬Ш┬К ┬Ф┬Э┬а ┬Л┬Ь┬П┬Г ┬П  ┬Э┬а┬Ц ┬Э ┬Р┬Б┬Х┬Б┬Ю┬Ъ┬А ┬Б┬Ы┬Х┬В┬Б┬Я┬Х┬Б┬К┬Ъ┬Б┬Р ┬Б┬Ч┬Щ┬К┬А ┬Э┬а ┬б┬Р┬П ┬П  ┬Б ┬Б ┬Е┬Ч┬Д┬Ж┬Й ┬Ц┬Э┬Т┬Й ┬а┬б ┬Р┬Б┬Х┬Э┬а ┬б┬Р   ┬П  ┬П┬П ┬П  ┬Ъ ┬Р ┬Ь┬П┬П┬П┬в  ┬Б┬Ъ ┬П┬Ш┬П ┬Р ┬б┬Й┬Э ┬Р┬Б ┬Х┬Б ┬К ┬Ъ┬Б ┬Ы ┬Х┬В┬Б ┬Я ┬Х┬Б ┬Х  ┬Ш┬Б  ┬Ф ┬Я ┬Р ┬Э┬а ┬Й ┬Р  ┬П    ┬П ┬Е┬Ч┬Д┬а┬Ж┬Ц  ┬Р┬Б┬Х┬Б┬Ы┬Х┬В┬Б┬К┬Ъ┬Б┬Я┬Х┬Б┬Х┬Ш┬Б┬Ф┬Р┬Э┬а ┬Л┬П      ┬П┬Э┬а┬Ц ┬Э ┬К┬Н┬Б┬Д┬Б┬Ъ┬Б┬К┬Р┬Б┬Ш┬К ┬Ф┬Б┬Я┬Ф┬Э┬а ┬Й┬И┬г ┬Е┬Е┬д┬е ┬И ┬П     ┬Х  ┬Я ┬С       ┬П ┬Ч     ┬Д┬Б┬Я┬Б┬Ф┬И┬б┬Т┬а┬Л┬Ж┬Ц ┬Й ┬К┬Н┬Б┬Д┬Б┬ж┬К┬ж┬Ъ┬Б┬Ш┬К ┬Ф┬Б┬Ы┬Х┬В┬Б┬К┬Р┬Б┬Я┬Ф┬Э┬а ┬Л┬в┬е ┬в ┬П ┬Ш┬Ш ┬С┬Я ┬Э┬а┬Б┬Э┬Э┬Б┬Э┬б ┬Э ┬К┬Н┬Б ┬Д ┬Э┬а ┬Л            ┬П    ┬Ъ ┬Ф ┬Ь┬П┬П┬П┬в  ┬Б┬Ъ ┬П┬Ш┬П┬Р  ┬Э┬б ┬Ъ┬А ┬Б ┬Ю ┬Э┬а ┬Э ┬Р  ┬П     ┬П      ┬П       ┬Ъ  ┬Р      ┬Ь┬П┬П ┬П ┬в   ┬Б ┬Ъ ┬П┬Ш┬П┬Р  ┬Й┬Й ┬Ъ┬Б┬К┬Б┬Д┬К┬Н┬Б┬Ш┬К ┬Ф┬Б┬Ы┬Х┬В┬Б┬К┬Р┬Б┬Я┬Ф┬Э┬а ┬Й   ┬Ф┬С┬Я ┬Э┬а ┬Й ┬Ш┬Ш ┬Э┬б ┬Э┬Т  






р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference  



              ┬Б  ┬Н ┬П┬Р   ┬Э ┬Б  ┬а┬а ┬П┬Р  ┬Н┬П┬П┬Р┬Э

┬а   ┬н

┬Н┬П┬А┬В┬Э┬Н┬П┬П┬Р

┬а   ┬н

┬Н┬П┬А┬Г┬Э┬Н┬П┬А┬В

┬а   ┬н

┬Н┬П┬А┬Н┬Э┬Н┬П┬А┬Г

┬а ┬Б┬н┬Д ┬Д┬Е┬н┬Д

┬Н┬П┬В┬П┬Э┬Н┬П┬А┬Н

┬Ж  

┬н┬Р┬Р ┬А ┬Р  ┬а  ┬З ┬И  ┬Й ┬К   ┬Ж  ┬Л┬И┬Б  ┬а┬а┬н┬В ┬Р┬Г ┬А

 ┬М┬Б┬О┬И  ┬И ┬И┬Й    ┬И┬Ж ┬К┬И┬И┬н┬И ┬Ж ┬н ┬Э ┬Ж ┬Й ┬Ж┬н┬И ┬н┬Б┬Б┬И ┬С┬Б┬н  ┬К┬Т┬У┬Ф  ┬Х ┬Ц ┬Х  ┬н ┬Ч  ┬н┬И ┬Х ┬н┬Х ┬Ч┬Б  ┬Д┬Р ┬Н┬Б ┬Р┬Ш┬Н┬А┬Щ┬К  ┬Д┬Б ┬К  ┬н┬Б ┬Р┬Б ┬Р┬Ш┬Н┬М┬К   ┬К┬Щ┬а ┬Д ┬Э┬Ж┬Э ┬И┬Е┬И┬Э┬Ф┬а ┬И┬Ц┬Ж┬Э┬Ф┬а ┬Ч┬И ┬И ┬Д┬Б ┬Й┬И┬К┬Н┬Н┬Н┬Ц┬Н┬Ч┬З┬Ъ┬М┬Э┬В┬Н┬Б ┬Г┬Б ┬Р┬Ш┬Н┬Г┬Б┬У┬н┬Ф   ┬н┬И ┬И   ┬К┬Б ┬М┬Б ┬Р┬Ш┬Н┬Н┬Б┬К┬Х┬Д  ┬И   ┬Й┬К┬Б ┬О┬Б ┬Д┬Р┬Ш┬Ш┬П┬У    ┬Д┬Р┬В┬Р┬Ш┬Ш┬П┬Б ┬Ъ┬Б ┬Р┬Ш┬Ш┬П┬Б┬а┬Д ┬н┬И   ┬Э┬И   ┬Э┬И┬Б ┬К ┬Б┬Р┬М┬Ц┬Ъ┬Ч┬З┬В┬М┬Г┬Э┬В┬О┬Ш┬Б ┬В┬Б ┬Р┬Ш┬Ш┬О┬Ы┬И┬Д ┬Ь┬К┬Ю┬И  ┬Я ┬И  ┬б ┬И   ┬К ┬Б┬У┬М┬П┬Ш┬А┬О┬Б ┬А┬Б ┬Н┬П┬П┬В┬Б┬Ы┬Г  ┬н┬И┬Н┬Ш┬У┬И┬Х ┬И    ┬н┬И┬Б ┬П┬Б ┬Н┬П┬П┬О┬а┬Д ┬И   ┬К ┬в┬К   ┬Ф┬И┬в┬Б ┬Н┬Ш┬Б ┬Н┬П┬П┬Г┬Б┬Ж ┬У ┬а ┬Ц┬У  ┬а┬И  ┬Ч┬Д┬Е   ┬Б ┬Н┬Н┬Б ┬Н┬П┬П┬Ш ┬Ы ┬И    ┬в┬Ы┬Э┬а┬И    ┬Ф┬Э┬К ┬а┬в┬Б  ┬И   ┬К ┬Б┬У┬М┬П┬Ш┬А┬О┬Б






р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference                 

        ┬Б  ┬Н ┬Н ┬П ┬Р   0/023#/&'%0)/+4+0/3   ┬Э┬а┬Р ┬н       ┬А  ┬В    ┬Г┬Р┬Д   ┬Д   ┬Е┬Ж┬З┬Р┬Р┬И┬Й   ┬В    



┬К┬В┬Л┬М┬И┬Э┬а┬О┬Б┬Й┬С┬И┬Й   ┬Э┬Э┬Р ┬н     ┬А    ┬Е

┬Р    ┬В   ┬Б 

     ┬н    

  ┬Р┬Р┬Н┬Т┬С┬Р    ┬Э┬Э ┬а ┬Э┬Э┬У┬Р ┬н  ┬П     ┬А    ┬Е 





   ┬П

┬Ф

 ┬В ┬У┬С┬Э┬Э┬У ┬Х ┬Э┬Э┬Х ┬Р ┬н   ┬П  ┬П                  ┬Б  ┬Р     ┬В      

┬Н   

  ┬Б 



  ┬а┬Ц┬У┬С┬Э┬Э┬Х┬С┬Р   ┬Р  ┬Н  ┬С ┬Т┬С┬Р   ┬Ч ┬У┬Т ┬П  ┬А             ┬Е┬а┬Р         ┬В  

┬Р┬С┬У ┬Ш ┬Ш┬Р ┬н  ┬П      ┬А    ┬Е ┬А  



   

 ┬Щ

 ┬Е┬Щ┬М ┬С ┬И┬С ┬З┬Р┬Ж┬Ж┬Ъ┬В ┬И       ┬Р┬Р┬В  ┬З

   ┬Р 

  ┬И┬С┬И┬Й ┬Ы┬Ь┬Ш┬С┬Ш ┬У ┬а ┬Р ┬н   ┬П                  ┬Н┬П ┬Щ

┬н       ┬Н  ┬С┬Ы ┬Ы┬а   

   ┬С┬Ю┬С┬Ъ┬Щ  ┬П┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Ы┬Ю ┬С ┬Щ┬С ┬С┬И┬З 

 ┬С ┬Т  ┬П┬Э┬Х     

         

  ┬С ┬С   ┬Н  ┬И┬Ч┬У┬К┬О┬Г┬У┬Ц┬а┬Э┬Х   ┬С┬Ю┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Ы┬Ю ┬С ┬Щ ┬Д  ┬Э┬Х  

 



     

       

  ┬Ы┬Д 

 ┬Э┬К┬Х┬О┬Г┬Ш┬У┬Ц┬У  ┬С┬И┬Ы┬С ┬Т┬Щ┬С┬Ы┬Ю ┬С ┬Т 

┬н┬С ┬б  ┬Э┬Х┬Ф┬н          

   ┬В 

 ┬Ш┬К┬а┬О┬Г┬Ц  ┬С┬И┬Ы┬С ┬Т┬Щ┬С┬Ф┬Ф┬Ф ┬С ┬Д┬в  ┬Э┬Х  ┬Ц   ┬П┬Ц

  ┬Ы┬Р 

  ┬Ю┬Я┬С┬Б┬С┬Ы┬г ┬С ┬Щ ┬д┬г ┬Э┬У┬З 

       

        ┬В┬Х    

┬Н┬Б    ┬Г

    ┬д┬г ┬Х┬а┬Ц┬У┬Х   ┬С┬Ю┬С ┬Щ┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Ы┬Ю ┬С┬Ю┬В┬С ┬Д ┬Э┬У┬н    

 



    ┬Н     ┬И┬Г┬Ч┬У┬К┬О┬Г┬У┬Ц┬а┬Э┬Х ┬Щ┬С ┬Т┬С┬Т ┬Й┬С┬В┬Т┬Ц┬Д ┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Т ┬С ┬Ы┬Д┬Э┬У       

     ┬Д┬е┬Ы ┬Э┬У ┬н┬В┬В  ┬Х┬Ц ┬Т ┬Й┬С┬С ┬Щ┬С┬Т ┬С┬В┬Т┬Ц┬Д ┬С ┬Ы┬Д┬Э┬У┬Р┬ж┬Н┬Н ┬з┬Ь   ┬Р   ┬Ф ┬н

┬Ю ┬Ы┬е      ┬И     

┬С ┬Ы┬С┬Д┬Р ┬Х┬Э┬Ч┬Г┬Ш┬Ц┬У ┬Т ┬Й┬С┬С ┬Т┬Щ┬С┬В┬Т┬Ц┬Д ┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Т ┬С ┬Ы┬Д┬Э┬в┬Ц┬в

          ┬н┬В┬В  ┬Д┬е┬Ы ┬Г┬Э┬С┬С┬Х┬Ц┬Ш  ┬Ц  ┬Й┬С  ┬Т┬Щ┬Э      ┬Р      

  ┬Ы   ┬К┬О┬В┬И    

┬В  ┬С┬Щ┬Т ┬И┬Й┬Й ┬С┬В┬З┬С┬Т  ┬С ┬Щ┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Т ┬Й┬С┬В┬Т┬Ц┬Д ┬Э┬Л    ┬и          

     ┬Э┬Г┬Ц   ┬С┬Ю┬С┬Б┬Ю┬Я┬С ┬Т┬Щ┬С┬Ы┬Ю ┬С┬Ю┬В┬С ┬Д ┬Э    

     

  

 



    ┬Э┬Г┬Ц┬а ┬Т ┬Й┬С┬С ┬й┬Т┬й┬Щ┬С┬В┬Т┬Ц┬Д ┬С┬Б┬Ю┬Я┬С┬Т ┬С ┬Ы┬Д┬Э┬в┬Ь┬в

         ┬н┬В┬В  ┬а┬К ┬е┬Ы ┬О┬Э┬С┬С┬Х┬Ц┬Ш ┬Д┬С┬Ы┬М┬С┬Р┬Т ┬П┬П┬С ┬Т┬Щ ┬в┬Д  ┬н       ┬П   

 

  ┬Н  ┬И┬Ш┬К┬О┬Г┬Ц┬а  ┬С┬Т┬С┬Р┬Т ┬П┬П┬С  ┬Т┬Щ┬Э┬В   ┬н

┬и┬н

 

    ┬Ф┬Р ┬О  3 ┬б┬Ц    

   ┬Щ  ┬Х┬У┬Э






р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference 

          ┬Б┬Н┬Б┬П



┬Р┬Э┬Э┬а ┬н┬а┬А ┬а┬В┬Г┬Г┬Р  ┬Д       



┬Е┬Э┬Э┬а ┬н ┬Ж┬Г┬Г┬Е┬З      ┬а┬И┬Р┬Е┬а┬Г



┬П┬Й┬а ┬а┬Ж┬К┬а ┬Э┬Э┬Г┬Г┬Н    ┬Э  ┬Л  ┬Н┬а┬Б┬Б┬а┬Н┬Е┬П┬Б



┬П┬М┬а┬Э┬Э┬а ┬н┬а┬З┬О ┬Г┬Г┬Н┬З        ┬Д┬С┬К┬Э┬О┬О┬Г┬Г┬Д┬Е┬Д┬Б



┬Н┬Э┬Э┬а ┬н┬а┬К┬З ┬а┬М┬К┬а┬Т┬К┬У┬Г┬Б ┬Э     ┬Й  ┬Ф┬а┬Р┬Н┬Е┬а┬Ф┬Г┬П










р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference /420&5%4+0/0(" /.#//'&'%*/0-0)9#/&#%4+6+4+'3120)2'33+/*#+-#/& $342#%4    

      ┬Б ┬Н┬П┬Б┬Б┬Б   ┬Р        ┬Э       ┬Н ┬а       ┬н┬А┬В┬Г  ┬Д┬Б┬Б  ┬Е ┬Ж ┬Н┬а  ┬н┬А┬В┬Г   ┬Р┬З      ┬Н┬а      ┬Н┬И  ┬Р┬Й┬П┬Ж┬Б┬Б    ┬а    ┬н┬А┬В┬Г┬Н┬а   ┬Н        ┬Й┬Р┬З┬Р            ┬Е┬Н   ┬Г ┬К┬Л┬М  ┬а          ┬О  ┬П ┬П   ┬Р ┬Н ┬С     ┬Й  ┬П┬Р┬Т ┬Й ┬Р ┬Н             ┬н┬А┬В┬Г   ┬а ┬Н ┬Р  ┬н┬А┬В┬Г         ┬Н┬н      ┬Р    ┬П   ┬П -┬П     ┬Е    ┬Р┬Й   . ┬н  ┬П┬н┬А┬В┬Г ┬У.┬Ж┬Ф ┬Ж.┬Х┬Ц - ┬У      ┬Д┬Б ┬Ц┬Б-┬У ┬Р . ┬а        ┬н┬А┬В┬Г           .     ┬Р    . ┬Ч ┬П ┬н┬А┬В┬Г    - ┬Е   ┬Р   .        ┬н┬А┬В┬Г┬Р  ┬У┬З┬Ж  ┬Р . ┬а-  ┬П ┬Е ┬Р                 ┬Р    +  ┬Ж┬Д% + ┬Ж┬Д% ┬И/ ┬Ш┬Щ  ┬У┬Ж- ┬У . ┬Ш ┬П             ┬Р   ┬Р ┬Ъ + ┬Е ┬Х┬Б% + ┬Ж┬Х% ┬И┬О┬Р    ┬Д┬Х -┬У       ┬П  . ┬а    ┬Р   ┬н┬А┬В┬Г                                ┬Э . ┬а ┬Р┬Й  ┬Й     ┬П ┬П   ┬а ┬Н  






р╕Бр╕▓р╕гр╕Ыр╕гр╕░р╕Кр╕╕р╕бр╕зр╕┤р╕Кр╕▓р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕бр╕▓р╕Др╕бр╕зр╕┤р╕ир╕зр╕Бр╕гр╕гр╕бр╣Ар╕Бр╕йр╕Хр╕гр╣Бр╕лр╣Ир╕Зр╕Ыр╕гр╕░р╣Ар╕Чр╕ир╣Др╕Чр╕в р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Кр╕▓р╕Хр╕┤ р╕Др╕гр╕▒р╣Йр╕Зр╕Чр╕╡р╣И 20 The 12th TSAE International Conference             ┬Б┬Н  ┬Б ┬П ┬Р┬Э┬а ┬н    ┬А  ┬Б┬Н  ┬Б ┬В ┬Р┬Э┬а ┬н  ┬Г┬Д┬А  ┬Б┬Н

 ┬Б ┬Е┬Ж┬З┬а ┬н ┬Э  ┬Г┬Д┬А┬З┬а ┬н ┬И ┬Б┬Н  ┬Б┬Й┬Д┬К ┬И┬Д ┬а   ┬Д┬а┬Э┬н        ┬А ┬Г┬Д  ┬Л┬Й┬Г┬Л┬К ┬Э ┬а┬а ┬а┬Н┬Д┬М  ┬Э  ┬О┬а  ┬н┬Д┬Э  ┬н ┬а ┬М┬Г┬Л┬Д ┬А┬Б




The 12th TSAE International Conference 14-15 March 2019 at Hard Rock Hotel, Pattaya, Thailand

Where does Electric Vehicle drive renewable energy ?

1Mechanical

Nobutaka Ito1,*

Engineering Department, Faculty of Engineering, Chiang Mai University, Thailand

Abstract. We humans are now facing two issues globally such as Energy and Environment. It is said in general in most of the cases those two issues mentioned above are related to the relationship between the former as the cause and the latter as the result. It took almost two centuries before the fossil energy based cars are becoming the shape of the present equipped with basic standard and essential functions. Due to the global warming issue caused by CO2 emission from car, an emergency response was however indicated by EU that no more cars will be imported except electric vehicle only beyond 2040. This will be getting the common target goal in the world. In this paper the discussion is made on

what should be done for renewable energy in response to EU's decision to think about the future direction which way to go Keywords: Electric Vehicle motorization, Energy & Environment issue, Renewable energy,

Lithium ion battery.

1 Introduction

ENERGY CONVERSION / PRODUCTION

It is amazing and interesting to see how many cars are now in the world. There can be seen in Fig. 1 the total number of cars in the world are almost 1.32 billion and almost 100 million cars are manufactured every year. These numbers should be importantly kept in mind to simply estimate how much energy is needed or consumed for operating these cars and how much emission gas is produced and discharged to jeopardize environment. They can be easily estimated by knowing the engine specification especially the engine capacity, car mileage, amount of carbon dioxide gas obtained from combustion of unit fuel etc. Through the energy crises encountered twice in the early 1970s, It was learnt that the majority of energy is coming from petroleum and it was judged that the combustion use of fossil fuel destroys the natural environment and causes global warming. Renewable energy has been closed up as ecofriendly energy resources since those days. Bio-energy was specifically focused on the highly applicable utilization as bio-fuel or bio-blended fuel due to carbon neutral and direct use. WORLD TOTAL CAR No. 2016

Car Carproduction productionin in2017 2017 Russia

India Brazil

England

3 Mexico Canada France

2 USA 1 China Japan

CURRENT STATUS 132.4 million In the world

96.8 million In 2017In 2016

Fossil

Wind Solar Geothermal

Hydro

Proc 1

Proc 2

Proc N

Proc Proc. 11

Proc 2

Proc N

OUT

EB

Ultimate type Energy

Electricity

Proc 1

Proc 2

Proc N

Storage

(Battery)

Fig. 2 Energy conversion / production process from various resources Fig. 2 shows the schematic view of energy conversion / production process from various energy resources. In energy production from those resources, the production system should be composed less, simple and optimal to maximize the value of EB (Energy Balance) or EPR(Energy Profit Ratio) as much as possible, where EPR can be expressed by the ratio of final output energy to total input energy. The author had predicted and delivered the lecture in the class that the ultimate energy will be electric for several years due to the reason of ease in handling, clean without hazardous waste, eco-friendly etc. The more the production process become complicated, the less the value of EPR becomes, therefore the production process should be less and simple.

132.421 million 96.800million million 96.800

1.602 million 4.018 million 2.239 million 2.955 million 15.71 million 2.08 million 2.60 million 17.58 million 29.12 million 5.23 million

Corresponding author: author@e-mail.org

IN

Indirect use Conversion process

EPR

2. Fuel based car technology development Fig. 3 shows the fuel-based historical development of car technology, starting from steam (obtained by coal burning), vegetable oil, crude oil (gasoline & diesel), bio-fuel again (sugarcane & corn). then due to two issues

Fig. 1 Total car number in the world *

Other Types of Energy

Direct use

Biomass

L


The 12th TSAE International Conference

FUEL BASED CAR DEVELOPMENT Steam (Coal)

Vegetable oil (Bio)

No more CO2

Crude oil

(Gasoline, Diesel)

Hybrid

Fuel Cell

EV

Bio fuel again

2E

質 Economy mileage of car 質 Environment

We are here now

Fig. 3 Fuel based car development

ELECTRICITY NEEDED FOR “EV” WORLD ELETTRIC POWER DEMAND (TWh)

of energy and environment, .hybrid car consisting of two prime movers (gasoline or diesel & electric motor), electric vehicle powered by electricity completely and fuel cell. No more fossil fuel based car will be allowed to import to EU beyond 2040, just only EV (Electric Vehicle). Some of the car industries started already to sell the commercial product model of fuel cell car and opened the big number of patents for promoting fuel cell car diffusion. There can be seen some time difference among the car industries in so doing, however the direction to go looks almost the same. Sooner or later most of the car industries may follow this way. As the author predicted and mentioned above already the ultimate type of energy may be focused and concentrated in electric energy even though fuel cell or hydrogen car will come later after that. The problem is however what we should do for the renewable energy and its production, because the effort has been made a lot for reducing CO2 production and improving and protecting environment from jeopardizing by energy shift from fossil based to renewable ones. Does Electric Vehicle motorization make renewable energy useless ? The answer is completely "No" for this question. The answer to this question is not only "No", but rather the production of more renewable energy is necessary. Why and for what purpose? It can be explained so easily that we need more electricity to power the vehicle and more renewable energy is required for generating electricity. This is the main point of discussion in this paper why we need more renewable energy production for this issue.

30,000

ELECTRICITY DEMAND AMOUNT FOR EV

25,000 20,000

Renewable Energy is more needed for electric Generation

15,000 10,000 5,000

Scale up of

Renewable Energy Farm should be 1 planned actively

2015

2030 IEA 2DS Scenario

2

Fig. 4 How much electricity is demanded and needed for EV diffusion & disseminatio n Some of the people may misunderstand shortcircuitingly that no more renewable energy production is needed, because EV needs electric energy only, however it should be considered and noted where the electricity comes from. Furthermore it should be noted that hydrogen, electricity and water can be produced from the renewable energy directly or indirectly. Considering these higher merits of renewable energy, it should be actively used more. Fig. 4 shows almost 7,000 TWh electric power will be needed for EV in 2030 based on IEA (International Energy Agency), 2DS Scenario. TOYOTA Motors, Japan proposed one project named TRI-GEN project in which three substances can be produced from renewable energy resources such as hydrogen, electricity through hydrogen combustion and water as the final result of hydrogen combustion. It may be summarized from the above discussion that the renewable energy production will be needed and required for more electric generation available for EV. Needless to say the development of higher performance and high capacity lithium ion battery is really required

3. Renewable Energy There are many types of energy classified in the category such as bio-mass, solar and wind, however here shows mainly the situation of bio-ethanol and bio-diesel production in Fig. 4 to Fig. 7 respectively. The followings can be found from those figures that 1) Bio-ethanol production was started just after the energy (oil) crisis occurred in 1972 to 1973 2) Bio-ethanol production was mainly divided into two countries, USA and Brazil. They have almost 90% share of world production. 3) The total production of bio-ethanol is 21, 926 million gallon in 2010.

LL


The 12th TSAE International Conference 4) Bio-diesel production was started 20 years later after the energy (oil) crisis occurred in 1972 to 1973

BIO-ETHANOL PRODUCTION IN 2010

5) Bio-diesel production is shared mainly by five countries such as USA, Argentine, Germany, France, Brazil, Each country shares the production almost 10 % to 14 %

1.3% 2.5%

6) The total production of bio-diesel is 52,523 million gallon in 2010

by

United Sttes Brazil

1

China 54.7%

33.2%

Total 21,926 Million Gallons

10,000

Germany

WORLD BIO-DIESEL PRODUCTION IN 2010

Unit : Million Gallon

Bio-diesel

6,000

production was started 20 years

5,000 4,000

later after Energy

3,000

Crisis occurred in 1972 to 1973

2,000 1,000 1992

2000

2006

2010

Fig. 6 World bio-diesel production in 2010

BIO-DIESEL PRODUCTION IN 2010

Bio-diesel is produced

Unit : Million Gallon

15,000

France

Fig. 5 Bio-ethanol production for main countries

PRODUCTION

20,000

Canada

Rest of world

WORLD BIO-ETHANOL 25,000 25,000

USA & Brazil

5.9%

2

7) Both of bio-ethanol and bio-diesel production was drastically increasing from the beginning of the year of 2,000. The reason why the author picked up biomass energy is due to the merits of carbon neutral, useful use of farmland compared to solar and wind. No more farmland can be used for any other purposes once if solar panel is installed it can't be removed for at least 10 to 20 years, otherwise the amount of capital invested can't be regained additionally. In addition no more job opportunity can be provided for the people who wanted to be a farmer under that condition due to no space of farmland occupied as the solar farm only. Here shows the electric generation cost expressed by JPY (Japanese Yen) per kWh for solar, biomass and nuclear energy (Source: Energy White Book FY 2010). It is shown that they are \ 49 for solar, \ 30 ~ \ 50 for biomass and \ 5 ~ \6 for nuclear respectively, where $US one dollar is equal to \ 110 JPN. As far as we concerned these data, it looks almost the same cost for solar and biomass, however as already mentioned above, biomass has more flexible merit in use of farmland.

1.4%

Big production is shared

1.1 %

10 % to 14 % for main 5 countries

Bio-ethanol

14.3%

production was started just after

Energy Crisis occurred in

38.3%

13.1%

Total 52523 Mil. Gal.

1972 to 1973

12.6%

5,000

United States Argentine

Germany France Brazil

Rest of world

9.7% 12.0%

1975

1990

2000

2010

Fig. 7 Bio-diesel production by main countries

Fig. 4 World bio-ethanol production

4. Agricultural Electric Vehicle Even in agricultural sector the electric vehicle motorization may be promoted sooner or later. Fig. 7 and Fig. 8 show some of the projects aiming at the future possibility and commercialization respectively. Fig. 8 shows a unique four wheel-in motor powered prototype tractor conducted by Dr. Kunio Sato, Professor, Faculty

LLL


The 12th TSAE International Conference of Bio-resources, Mie University, Japan almost 20 years ago. In this EV system, four wheels are powered and steered under various synchronous motion to make different type of turning flexibly depending on case by case. No transmission is needed, therefore the space used for installing transmission can be used for putting lithium ion battery instead. The possibility for future use should be more studied and found, however it is true that more powerful battery should be developed and installed for long time operation uder heavy duty load. .

the CO2 emission gas production. Taxation support is done the government to promote the low carbon society building. Hybrid car Prius brand manufactured by TOYOTA became No.1 in 2009. However EV (Electric Vehicle) was also coming up dramatically. Here shows the aspect and the related issues toward the future

FARM TRACTOR

1) New type of battery development is extremely needed in addition to Lithium ion battery & Others. 2) Battery should satisfy the conditions: it should be compact, light, big power and capacity, Long life, Long cruising distance by one time charge in case of car, Rechargeable, Quick charging time, Safe. Applications not only to car, but also to submarine is reported. Solid medium that allows rapid and smooth movement of ions is desirably needed

• ISEKI

Ehime EV Promotion Association

The following shows the requirements to promote actively upcoming EV (Electric Vehicle) era.

6. Lithium Ion Battery [1] Fig. 8 Ehime EV promotion project [2]

ELECTRIC POWERED TRACTOR 4 Wheel-in motors

independently powered and steered, but synchronously control for various operation modes: Quick, Soft, Spin, Skid turn & Crab steering

Battery & Controller

Fig. 9 Electric Vehicle for farm use 5. Immerging key issue Bio-fuel such as Sugarcane, Corn, Soybean, Palm oil, Jatrofa, Palm oil, Wheat, Rice, Vegetable oil, Rapeseed oil, Sugar beets are used as raw material. Bio-gas is normally produced from Animal waste, Agricultural waste, Saw dust, Rice husk, Rice straw, Corn cob, Wood chip. Fish oil such as Whale oil and Saury oil were used for diesel engine fuel. In early days when the Diesel engine was developed, vegetable oil was commonly used for fuel.

Commercial hybrid car was developed to negotiate energy saving and environmental issue caused by

Lithium ion battery was originally invented by Dr. Akira Yoshino, Asahi Kasei (Chemistry) Co. Ltd., Japan in which it is said that the world market share of this battery is more than 70 %. He established the basic concept of lithium ion secondary battery (LIB) in 1985. (Wikipedia) A battery in which charging and discharging are carried out by lithium ions coming back and forth between a positive electrode and a negative electrode. Ions go through the lithium ion battery through the electrolytic solution, and the all solid state battery goes through the solid electrolyte. All solid state batteries have been used for limited applications requiring safety for a long time. Due to the discovery of Professor Ryoji Kanno, Tokyo Institute of Technology, the possibility of high capacity high speed charge and discharge was found. At that time, is a solid electrolyte higher in ionic conductivity than the electrolyte used? "I do not know what material will be used for the in-vehicle batteries that will be mass-produced first, but materials that are more than electrolyte are found to be shallow, which may be difficult within 5 years, but the ease of movement of the ions One tenth or one hundredth of the material of the electrolyte is also available. If there are manufacturers that can already supply large quantities of materials of 1/100, once the production process is completed and the batteries are mass-produced, It is possible to evolve while replacing it with a solid electrolyte with higher performance at the stage of the

LY


The 12th TSAE International Conference stage. In addition, the initial solid electrolyte also has the possibility of improving the battery performance From 2011 onwards, Professor Ryoji Kanno announces promising solid electrolyte one after another, and in 16 years it also created an all solid state battery with output characteristics three times higher than before. Which material will be used as a vehicle battery material? "Looking back to the past, we found a material that ions move well even among solids in materials composed of germanium, sulfur, lithium, etc. (LGPS material system material) in 2011. In 16 years he added chlorine to this In addition, I found a material that ions move better than in the electrolyte. In 17 years, he found a material that has high ionic conductivity and does not use expensive germanium or difficult chlorine to handle. Each feature is different. At the present stage, it is not about which is put to practical use, but by widening variations, it is meaningful to expand the possibility of batteries."

10) No worries about Renewable Energy, because we

have more social needs to increase the production of them for generating electricity. 11) Energy Logistic Supply Chain System will be changed as shown below 12) No renewable energy can be exported and imported, however they should be used for more production of Electricity domestically 13) In future Superconductivity can make possible to transmit electricity quickly without any loss around the world, therefore electricity can be traded directly between nations for the replacement of trading biofuel and bio-gas 14) Tri-Gen project is going on proposed by TOYOTA Motors, Japan in USA. Any kinds of renewable energy resources should be needed more for electric generation domestically. Toward the future, not only the EV and battery, but also the Electricity may be possibly exported directly to any places in the world after the successful achievement of superconductivity technology development.

7. Conclusion The followings could be derived and listed as the conclusion 1) Ultimate type of energy should be Electricity 2) It will be difficult to export Fossil fuel based and Biobased energy vehicle beyond 2040 declared by EU (European Union) 3) Electric powered vehicle can be mainly allowed to import and export, but no more Fossil / Bio-fuel based ones 4) However renewable energy is more required to generate Electricity directly or indirectly 5) Various kinds of energy resources should be used for producing various renewable energy 6) Then these renewable energy can be used more needed for Electricity generation 7) Renewable energy is more required and important as the energy resources that generate electricity even when electric vehicles become mainstream 8) Car engine power source ratio in 2035 will be guessed as follows (Source: MAZDA)

Acknowledgment The author would like to express his sincere thanks to Faculty of Engineering, Chiang Mai University for providing an invaluable opportunity to present this paper.

References 1. ITmedia, Inc. Smart Japan: Successful improvement of metal silicon negative electrode, tripled performance of lithium ion battery 2. ISEKI & Co. Ltd.: Publication of electric tractor Ehime EV promotion project

Table 1 Future penetration rate of cars in 2035 Kinds of car Crude oil car: Electric car: Fuel cell car

Future car penetration rate 84.4 % 11.2 % 4.4 %

9) It may be guessed from this prediction that crude oil based car be still majority. In addition both importing and exporting countries needs to generate electricity for EV

Y


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 The 12th TSAE International Conference

สารบัญ Content Message from the President of Thai Society of Agricultural Engineering Message from the Dean of Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang Message from the Head of Agricultural Engineering Department, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang Keynote & Invited Speaker 1 A Key Aspect of Smart Farm Concept in Almond Production: Precision Irrigation (Shrini K. Upadhyaya) 2 Introduction of YAMAHA Unmanned Technology and activities progress in Thailand 3 Where does Electric Vehicle drive renewable energy ? (Nobutaka Ito) บทความระดับชาติ ID 2 ผลของความเข้มสนามไฟฟ้ าและเวลาต่อการทาลายจุลนิ ทรีย์ในน้ ามะพร้าวด้วยเทคโนโลยีพลั ส์ สนามไฟฟ้ า 5 การวิเคราะห์เศรษฐศาสตร์วศิ วกรรมของเครือ่ งฟั กไข่ระบบควบคุมอัตโนมัตสิ าหรับวิสาหกิจชุมชน 6 สภาวะทีเ่ หมาะสมในการแปรรูปมะม่วงแผ่นกรอบโดยใช้การวิเคราะห์แบบบ็อกซ์ -เบ็ห์นเกน 12 การพัฒนาเครือ่ งวัดสัมประสิทธิแรงเสี ์ ยดทานสถิตของผลิตผลเกษตรกึง่ อัตโนมัตเิ พือ่ การสอนและ การวิจยั 13 ทดสอบและพัฒนาจัดการน้ าในสวนลาไย 16 การเปรียบเทียบลูกกะเทาะทีม่ ผี ลต่อสมรรถนะการกะเทาะข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ 18 เครือ่ งปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะแบบกึง่ อัตโนมัติ 19 จลนพลศาสตร์การอบแห้งและพลังงานของการอบแห้งข้าวเปลือกด้วยเครือ่ งอบแห้งแบบโรตารี 20 สมบัตทิ างกายภาพของผลลาไยพันธุอ์ ดี อทีม่ ผี ลต่อการออกแบบเครือ่ งจักรหลังการเก็บเกีย่ ว 21 ผลกระทบของการแผ่รงั สีอนิ ฟราเรดไกลที่มตี ่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งและพลังงานของการ อบแห้งข้าวเปลือกด้วยเครือ่ งอบแห้งแบบโรตารี 22 การวิเคราะห์ต้นทุนการกลันน ่ ้ ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอมเพือ่ การจาหน่ายเชิงพาณิชย์ 25 การจัดการน้ าอย่างประหยัดทีม่ ผี ลต่อการพัฒนาการของทุเรียนในจังหวัดนนทบุร ี 34 การปรับปรุงเครือ่ งให้อาหารอัตโนมัตสิ าหรับตู้ปลา 35 ความเป นไปได ในการตรวดวัดโปรตีนรวมในถัวเหลื ่ องโดยใช เทคนิคการเรืองแสง 36 การใช้ตะกอนจากบ่อปลาทีเ่ ลี้ยงในระบบน้ าหมุนเวียนเพือ่ เป็ นปุ๋ ยในการปลูกพืชแบบไร้ดนิ 38 วิจยั รถยกสูงขับเคลื่อนด้วยตัวเอง สาหรับกาจัดวัชพืช และใส่ปยมั ุ๋ นสาปะหลัง 39 เครือ่ งจักรกึง่ อัตโนมัตสิ าหรับผลิตวัสดุมุงหลังคาจากหญ้าแฝก 44 สัมประสิทธิความขรุ ์ ขระของคูสง่ น้ าผ้าใบคอนกรีต 45 ความสามารถในการรับแรงดึงของผ้าใบคอนกรีต 46 การนาผ้าใบคอนกรีตไปใช้ปสู ระเก็บน้ า

i ii iii vi ix xi

1 7 12 18 23 28 32 39 44 51 56 62 67 74 80 87 93 100 104 111


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครัง� ที� 20

The 12th TSAE International Conference 50 53

การประเมินสมรรถนะของเครือ่ งหันกล้ ่ วย เครื่อ งใส่ปุ๋ยเคมีกึ่ง อัต โนมัติแ บบโรยตามแนวปลายทรงพุ่ม ของทุ เ รีย น (ส่วนของการพัฒ นา ต้นแบบ) 57 การลดปริมาณการรัวซึ ่ มของดินทรายโดยใช้ปนู ขาวและปูนซีเมนต์ 58 คุณลักษณะและคุณสมบัตบิ างประการของไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลจากไพโรไลซิสเรซิน แข็ง ของยางนา 67 การศึกษาเปรียบเทียบการทาแผนที่จากภาพถ่ายทางอากาศโดยอากาศยานไร้คนขับบนระดับ ความสูงการบินทีแ่ ตกต่างกัน 68 สภาวะการเลี้ยงปลาดุกอุยเทศทีเ่ หมาะสม กรณีศกึ ษา จังหวัด นครศรีธรรมราช 75 จลนพลศาสตร์การสลายตัวของแอนโทไซยานินในน้ าเม่าในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน 79 การศึกษาการผลิตเชื้อเพลิงอัดเม็ดกากตะกอนจากระบบบาบัดน้ าเสียอุตสาหกรรมผลิตแป้ งมัน สาปะหลัง 81 การพัฒนาและทดสอบระบบควบคุมสาหรับเครือ่ งหยอดปุ๋ ยอ้อยแบบแม่นยา 88 การประเมินผลกระทบทางสิง่ แวดล้อมของการเพาะเลี้ยงปลานิลระยะวัยอ่อนในระบบน้ าหมุนเวียน 91 การอบแห้งข้าวเปลือกโดยใช้เทคนิคพาหะลม 92 การคัดเลือกตัวแปรภูมอิ ากาศโลกทีม่ คี วามสัมพันธ์กบั ข้อมูลสภาพภูมอิ ากาศท้องถิน่ ทีม่ อี ทิ ธิพลต่อ ความต้องการน้ าของพืชในพืน้ ทีโ่ ครงการส่งน้ าและบารุงรักษาสองพีน่ ้อง 93 วิจยั และพัฒนาเครือ่ งปลูกต้นกล้าพริกต่อพ่วงรถแทรกเตอร์ 4 ล้อ 102 การศึกษาคุณภาพเนื้อยางแห้งจังหวัดอุดรธานีและหนองคาย 107 ทดสอบประสิทธิภาพเครือ่ งตรวจ SO2 แบบเร็วทดแทนการไทเทรตในลาไยสด 110 การออกแบบเครือ่ งย่างปลาขนาดเล็กแบบกึง่ อัตโนมัติ 111 การพัฒนากลไกปลูกอ้อยแบบใช้ขอ้ ตา 116 การพัฒนาและการประเมินประสิทธิภาพอุปกรณ์คราดสปริงสาหรับการพลิกกลับมันเส้น 117 การศึกษาความสัมพันธ์ของเปอร์เซ็นต์เนื้อแห้งของทุเรียนด้วยวิธมี าตรฐานและเครือ่ งวัดความสุก แก่ทุเรียน1 เปรียบเทียบข้อมูลปี 2552 และ 2562 124 การพัฒนาชุดทดลองเพือ่ ศึกษาหลักการพืน้ ฐานของ VIS-NIR Spectroscopy 125 การพัฒนาเครือ่ งวัดค่าความชืน้ และวอเตอร์แอคตีวติ ้สี าหรับกล้วยอบแห้ง 134 การเปรียบเทียบวิธกี ารแช่ข้าวของการผลิตข้าวกล้องงอกที่มตี ่อปริมาณ GABA และคุณภาพข้าว กล้อง Scientific Committee รายนามผูท้ รงคุณวุฒิ (Reviewer)

116 120 126 132 139 145 150 155 162 168 174 179 186 191 198 203 207 213 220 224 230 236 242 243


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี

Available online at www.tsae.asia ผลของความเข้มสนามไฟฟ้าและเวลาต่อการท้าลายจุลินทรีย์ในน้้ามะพร้าวด้วยเทคโนโลยีพัลส์สนามไฟฟ้า Effect of Electrical Field and Time on Inactivating the Microorganisms of Coconut Water by Pulsed Electric Field Technology จันทร์จิรา วันชนะ1, ฤทธิชัย อัศวราชันย์ 1, 2* Janjira Wanchana1, Rittichai Assawarachan1,2* 1คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร

มหาวิทยาลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 50290 of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand 2หน่วยวิจัยเทคโนโลยีลดความชื้น และการอบแห้ง คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 2Drying and Dehydration Technology Research Unit. Faculty of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-8-1792-0946, Fax: +66-53-878-123, E-mail: rittichai.assawarachan@gmail.com 1Faculty

บทคัดย่อ โครงการวิ จั ย นี้ ศึ ก ษาปั จ จั ย ที่ ผ ลกระทบของการพาสเจอร์ ไรซ์ น้ ามะพร้า วด้ ว ยเทคนิ ค พั ล ส์สนามไฟฟ้ า ความเข้ ม ของ สนามไฟฟ้าที่ 5, 10 และ 15 kV cm-1 และเวลาที่ 2, 4 และ 6 min ถูกเปรียบเทียบกับการพาสเจอร์ไรซ์ ด้วยการใช้ความร้อนที่ อุณหภูมิที่ 95 oC เป็นเวลา 60 sec น้้ามะพร้าวที่ใช้ในการศึกษาถูกเติมเชื้อ aerobic plate count และมีปริมาณเชื้อเริ่มต้นเท่ากับ 41.2x104 CFU mL-1 ผลการศึกษาพบว่า การพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า สามารถลดปริมาณจุลินทรีย์กลุ่ม aerobic plate count เมื่อเพิ่มปริมาณความเข้ มของสนามไฟฟ้า และเวลาในการพาสเจอร์ไรซ์มากขึ้น การพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิค พัลส์ สนามไฟฟ้าที่ 15 kV cm-1 และเวลา 6 min สามารถลดปริมาณจุลนิ ทรีย์กลุม่ aerobic plate count เท่ากับ 2.65 log10 CFU mL-1 ซึ่งเปรียบเทียบกับ การใช้ความร้อนสามารถลดปริมาณจุลินทรีย์กลุ่ม aerobic plate count เท่ากับ 2.81 log10 CFU mL-1 น้้า มะพร้าวสดถูกน้ามาใช้ในการศึกษาอายุการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 oC อายุการเก็บรักษาของน้้ามะพร้าวพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์ สนามไฟฟ้า และการใช้ความร้อนมีอายุการเก็บรักษาระหว่าง 21 ถึง 25 days และ 24 days ตามล้าดับ การพาสเจอร์ไรซ์น้ามะพร้าว ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีแปรรูปสมัยใหม่ที่เข้ามาแทนทีการพาสเจอร์ไรซ์ด้วยความร้อน ค้าส้าคัญ: น้้ามะพร้าว การพาสเจอร์ไรซ์ เทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า

Abstract This research investigated the effect of pulsed electric field (PEF) pasteurization of coconut water. The 5 , 10, 15 kV cm-1 and 2, 4 and 6 min of PEF were compared with the 95 ºC for 60 sec of conventional thermal pasteurization. The bacteria added and fresh coconut water were studied. The initial aerobic plate count of bacteria added coconut water was 4 1 . 2 x104 CFU mL-1. The results demonstrated that the PEF decreased aerobic plate count when electric field and time increased. The 15 kV cm-1 and 6 min of PEF was able to inactivate microorganisms to 2 . 81 log10 CFU mL-1 which comparable to 2.96 log10 CFU mL-1 of conventional thermal pasteurization. The fresh coconut water was used for shelf life study. The shelf life at 4 oC of processed coconut

1


water using PEF and thermal pasteurization were 2 1 to 25 days and 24 days respectively. Pulsed Electric Field technology is one of the emerging technologies for the replacement of traditional thermal pasteurization Keywords: Coconut water, pasteurization, Pulsed Electric Field ขนาดใหญ่ น้าไปสู่การตายของเซลล์ จุลินทรีย์ (cell lysis) อย่าง 1 บทน้า ถาวร (Figure 1) ในขณะที่เซลล์อาหารที่มีขนาดใหญ่กว่าเซลล์ น้้ามะพร้าวแปรรูปพร้อมดื่มเป็นสินค้าเกษตรที่ประเทศไทยมี จุลินทรีย์นั้นจะไม่เกิดผลกระทบดังกล่าวเนื่องจากเยื่อหุ้มเซลล์ ศั ก ยภาพในการผลิต และเป็น สิน ค้า ที่ มีแ นวโน้ มในการส่งออก ของเซลล์อาหารมีผนังหนาจึงเกิดการฉีดขาดเพียงเล็กน้อย และ สู งขึ้ น ปั จ จุ บั น การแปรรูป ในอุ ตสาหกรรมแปรรู ป น้้ ามะพร้าว เซลล์อาหารสามารถซ่อมแซมตัวเองกับสู่สภาพเดิม (Yashwan พร้อมดื่มของประเทศไทยแปรรูปด้วยการใช้ความร้อนแบบดั้งเดิม et al., 2015) เพื่อท้าลายสารพิษ, จุลินทรีย์, เอนไซม์ และพยาธิในการแปรรูป น้้ามะพร้าว การแปรรูปด้วยความร้อนยังมีข้อจ้ากัดทั้งด้านการ สูญเสียคุณภาพ และข้อเสียเปรียบด้านวิศวกรรมเนื่องจากการ แปรรู ป ด้ ว ยความร้ อ นใช้ ก ารถ่ า ยเทความร้ อ นผ่ า นอุ ป กรณ์ แลกเปลี่ ย นความร้ อ น เกิ ด ข้ อ เสี ย ต้ น ทุ น ด้ า นการผลิ ต ด้ า น Figure 1 Destruction of microgranisms cell by PEF วิศวกรรมในการสร้างไอน้้าเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน (Source: Yashwan, et al., 2015) และมีต้นทุนด้านการบ้ารุงรักษาใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เป็นเวลานานจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อน ดังนั้นโครงการวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของความ ลดลงเนื่องจากการเกิดตะกรันเกาะที่ผิวเครื่องแลกเปลี่ยนความ เข้มสนามไฟฟ้า (5, 10 และ 15 kV cm-1) และเวลาในการพาส ร้อน ท้าให้ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนลดลงส่งผลให้มี เจอร์ ไ รซ์ (2, 4 และ 6 min) ต่ อ การท้ า ลายจุ ลิ น ทรี ย์ ข องน้้ า ต้ น ทุ น ในการบ้า รุงรัก ษาสูง ข้ อ จ้ า กั ด ด้ า นการสูญเสียคุณภาพ มะพร้ า ว (น้้ า มะพร้ า วเติ ม เชื้ อ จุ ลิ น ทรี ย์ ก ลุ่ ม aerobic plate เนื่ อ งจากการได้ รั บ ความร้ อ นเป็ น เวลานาน (Assawarachan, count การบ่มที่อุณหภูมิที่ 37.7 oC เป็นเวลา 24 hr ก่อนน้าไป 2017) ดังนั้นจึงได้มีความพยายามพัฒนาการแปรรูปโดยไม่ใช้ ศึกษา) ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าเปรียบเทียบกับการให้ความ ความร้อน (non-thermal process) ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า ร้อนแบบดั้งเดิม (อุณหภูมิ 95oC เป็นเวลา 60 sec) การศึกษา เพื่อรักษาคุณภาพการของน้้ามะพร้าว อายุการเก็บรักษาของน้้ามะพร้าวสดทั้ง 2 วิธี ด้วยการพาสเจอร์ เทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า (Pulsed Electric Field, PEF) เป็น ไรซ์ บรรจุขวดและเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 5 oC และตรวจวัดอายุ เทคนิ ค การก้ า จั ด เชื้ อ จุ ลิ น ทรี ย์ ที่ มี อ ยู่ ใ นอาหารเหลวด้ ว ย การเก็บรักษาโดยใช้เกณฑ์มาตรฐานผลิตภัณฑ์ชุมชนน้้ามะพร้าว กระบวนการอิเล็กโทรโพเรชั่น (electroporation) เมื่ออาหาร (มผช 340/2547) เหลวถูกกระตุ้นด้วยความเข้มสนามไฟฟ้าสูงให้เกิดการเคลื่อนที่ ของอิออนภายใต้สภาวะสนามไฟฟ้าแบบพัลส์ในอัตราการให้ซ้าที่ 2 อุปกรณ์และวิธีการ ค่ า ความถี่ ห นึ่ ง ค่ า หนึ่ ง (ทวิ ว รรณ, 2554, วิ ก านดา และคณะ 2.1 การเตรียมน้ามะพร้าว 2555 และ Assawarachan, 2016) ในระยะเวลาที่สั้นมากปกติ น้าน้้ามะพร้าวจากผลมะพร้าวแก่ เจาะเอาน้้ามะพร้าวออก นั บ เวลาเป็ น 10-3 ถึ ง 10 -6 sec ในลั ก ษณะที่ อ าหารเหลวถู ก กรองด้วยเครื่องกรอง น้าน้้ามะพร้าวเข้า เครื่องหมุนเหวี่ย งเพื่ อ กระตุ้นด้วยสนามไฟฟ้าส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานที่ผนังเซลล์ของ แยกไขมัน และสิ่งสกปรก แบ่งกลุ่มน้้ามะพร้าวออกออกเป็น 2 เชื้อจุลิทรีย์ จะเกิดการฉีกขาดและทะลุจะเกิดรูพรุ่นรอบเซลล์ กลุ่มตัวอย่าง ได้แก่ กลุ่มน้้ามะพร้าวที่เติมเชื้อ และบ่มเพื่อเพิ่ม ของจุลินทรีย์ (pore formation) ของเหลวจากภายนอกเซลล์จะ ประชากรของจุลินทรีย์ (อุณหภูมิที่ 37.7 oC เป็นเวลา 24 hr) แพร่เข้าสู่เซลล์จุลินทรีย์ตามรูพรุนรอบ ๆ ผนังเซลล์ส่งผลให้ความ ส้าหรับการศึกษาปัจจัยที่มีผลการการพาสเจอร์ไรซ์ ด้วยเทคนิค ดันออสโมติกภายในของเซลล์จุลินทรีย์เกิดเพิ่มขึ้นอย่างทันทีท้า พัลส์สนามไฟฟ้า และกลุ่มตัวอย่างน้้ามะพร้าวสดส้าหรับศึกษา ให้เกิดปรากฎการณ์การขยายตัวของเซลล์จุลินทรีย์จากความดัน อายุการเก็บรักษา ภายในเซลล์ (swelling) จนเยื่ อ หุ้ ม เซลล์ ก ารเกิ ด ฉี ด ขาดเป็นรู

2


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 2.2 การพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า เครื่องพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า ขนาดห้อง ปฏิบัติถูกพัฒนาขึ้นโดยหน่วยวิจัยเทคโนโลยีการลดความชื้นและ การอบแห้ ง (Assawarachan, 2018) คณะวิ ศ วกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ มีส่วนประกอบที่ส้าคัญ 3 ส่ ว น ได้ แ ก่ ชุ ด ก้ า เนิ ด เครื่ อ งก้ า เนิ ด ไฟฟ้ า แรงดั น สู งแบบพั ล ล์ (High voltage pulse generator) วงจรสร้างสัญญาพัลส์ความถี่ สู ง และระบบควบคุ ม (High frequency pulses circuit and control system) และห้ อ งท้ า ลายเชื้ อ จุ ลิ น ทรี ย์ (treatment Chamber) โดยค่ า พารามิ เ ตอร์ ทั้ ง หมดวั ด ด้ ว ยเครื่ อ ง Digital storage oscilloscope (Figure 2) ผลการวิเคราะห์น้ามะพร้าวสดพบว่ามีปริมาณเชื้อจุลินทรีย์ ทั้ ง หมด (Total plate count) เท่ า กั บ 27.7 CFU mL-1 ซึ่ ง มี

ปริมาณที่น้อยกว่าที่สามารถใช้ในการศึกษาปัจจัยของความเข้ม สนามไฟฟ้ า และเวลาในการพาสเจอร์ ไ รซ์ ด้ ว ยเทคนิ ค พั ล ส์ สนามไฟฟ้า การศึกษาของโครงการวิจัยนี้แบ่งกลุ่มตัวอย่างน้้า มะพร้าวออกเป็น 2 กลุ่มตัวอย่าง ได้แก่ กลุ่มน้้ามะพร้าวที่เติมเชือ้ และบ่มเพื่อเพิ่มประชากรของจุลินทรีย์ (อุณหภูมิที่ 37.7 oC เป็น เวลา 24 hr) เพื่อใช้ในการศึกษาปัจจัยของความเข้มสนามไฟฟ้า และเวลาในการพาสเจอร์ไรซ์ โดยเติมน้้ามะพร้าวครั้งละ 150 mL ในห้ อ งฆ่ า เชื้ อ จุ ลิ น ทรี ย์ และหลั งการพาสเจอร์ ไ รซ์ น้ า น้้ า มะพร้าวบรรจุในขวดขวด polyethylene terephthalate (PET) ขนาด 150 mL ปริมาณ 100 mL จากนั้นปิดฝาสนิท และน้าไป ตรวจวิเคระห์ปริมาณจุลินทรีย์ต่อไป

(a) (b) Figure 2 Photography of laboratory pasteurizater using pulsed electric field technology (a) Pulsed electric field pasteurizater (b) Pasteurization chamber 2.3 การวิเคราะห์ปริมาณจุลินทรีย์ การวิเคราะห์ปริมาณเชื้อจุลินทรีย์ทั้งหมด (Total plate count) ของน้้ามะพร้าวสด น้้ามะพร้าวหลังผ่านการให้ความร้อนแบบ ดั้งเดิม และเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าที่ความเข้มสนามไฟฟ้า และ เวลาในการพัลส์สนามไฟฟ้า ด้วยการใช้แผ่นเพาะเชื้อ Petrifilm Staph Express Count plate เป็นระบบอาหารเลี้ยงเชื้อพร้อม ใช้ซึ่งประกอบด้วยสารก่อเจลที่ละลายได้ในน้้าเย็น 3. ผลและวิจารณ์ การวิเคราะห์ปริมาณจุลินทรีย์ เริ่มต้นในน้้ามะพร้าวเติมเชื้อ และบ่มเพื่อเพิ่มประชากรของจุลินทรีย์ (อุณหภูมิที่ 37.7 oC เป็น

3

เวลา 24 hr) พบว่าตรวจพบปริมาณจุลินทรีย์ ที่ก่อให้เกิดโรค ทั้ งหมด (Total plate count, TPC) เริ่ ม ต้ น เท่ า กั บ 41.2x104 CFU mL-1 การพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า ที่ความ เข้มสนามไฟฟ้า (5, 10 และ 15 kV cm-1) และเวลาในการพาส เจอร์ ไ รซ์ (2, 4 และ 6 min) ต่ อ การท้ า ลายจุ ลิ น ทรี ย์ เปรียบเทียบกับการการพาสเจอร์ไรซ์ด้วยความร้อน (อุณหภูมิ 95 o C เป็นเวลา 60 sec) ผลการศึกษาพบว่า น้้ามะพร้าวพาสเจอร์ไรซ์ด้วยความร้อน แบบดั้งเดิมน้าไปตรวจพบจ้านวน aerobic count plate เท่ากับ


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 640 CFU mL-1 สามารถลดปริ ม าณ TPC เท่ า กั บ 99.81% เท่ากับ 2.81 logCFU reduction ในขณะที่ ผลการวิเคราะห์ จ้านวน TPC ของน้้ามะพร้าวพาสเจอร์ไรซ์ ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าที่ความเข้ม สนามไฟฟ้าที่ 5 kV cm-1 เป็ น เวลา 2 และ 4 min มี ค่ า เท่ า กั บ 8.2 x104 และ 1.73 x104 CFU mL-1 สามารถลดจ้านวนจ้านวน TPC เท่ากับ 82.51 และ 96.41% เท่ากับ 0.75 และ 1.44 log CFU reduction ตามล้าดับ การพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าที่ความ เข้ ม สนามไฟฟ้ า ที่ 5 kV cm-1 เป็ น เวลา 2 และ 4 min ไม่ เหมาะสมกับการพาสเจอร์ไรซ์น้ามะพร้าว ไม่สามารถท้าลายของ เซลล์จุลินทรีย์ ได้อย่างถาวร (cell lysis) อาจส่งผลเพียงให้เกิด การบาดเจ็บของจุลิทรีย์ และเมื่อเวลาผ่านไปจุลินทรีย์สามารถ ซ่ อ มแซ่ ม ตั ว เองได้ ดั ง นั้ น ผลการลดจ้ า นวนจุ ลิ น ทรี ย์ ใ นกลุ่ ม aerobic plate count จึ่งมีอัตราการการลดลงที่น้อย (Yashwan et al., 2015) ในขณะที่การพาสเจอร์ไรซ์ น้ามะพร้าว ดังนั้นการ แปรรู ป น้้ า มะพร้ า วด้ ว ยเทคนิ ค พั ล ส์ ส นามไฟฟ้ า ที่ ร ะดั บ 5 kV cm-1 เป็ น เวลา 6 min ตรวจพบปริ ม าณจุ ลิ น ทรี ย์ ใ นกลุ่ ม aerobic plate count เท่ากับ 7.1 x103 CFU mL-1 สามารถลด จ้านวนจุลินทรีย์ในกลุ่ม aerobic plate count เท่ากับ 1.76 log

CFU reduction

ดังนั้นเมื่อเวลาในการพาสเจอร์ไรซ์มากขึ้นส่งผล ต่อการท้าลายจุลินรีย์ในน้้ามะพร้าวมากขึ้น ผลการศึ กษาผลของความเข้ มสนามไฟฟ้ าที่ ค วามเข้ มของ สนามไฟฟ้ า ที่ 10 และ 15 kV cm-1 ที่ ช่ ว งเวลา 2-6 mins สามารถลดจ้านวน TPC ได้ต่้ากว่า 10 4 CFU mL-1 แต่มีเพียง สภาวะการพาสเจอร์ไรซ์ทคี่ วามเข้มของสนามไฟฟ้าที่ 15 kV cm1 เป็นเวลา 6 mins สามารถลด TPC ได้ใกล้เคียงกับพาสเจอร์ ไรซ์ ด้ ว ยความร้ อ น ปริ ม าณ TPC เท่ า กั บ 910 CFU mL-1 สามารถลดจ้านวนจุลินทรีย์เท่ากับ 99.77% หรือ 2.65 log CFU reduction และมีอุณหภูมิเฉลี่ยในระหว่างการพาสเจอร์ไรซ์ด้วย เทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้า มีค่ าเท่า กับ 46.73.1 oC ในขณะที่การพาสเจอร์ไรซ์ น้ามะพร้าวแปรรูปด้วยเทคนิคพัลส์ สนามไฟฟ้าที่ที่ความเข้มของสนามไฟฟ้าที่ 10 kV cm-1 เป็นเวลา 6 mins สามารถลดจ้ า นวนจุ ลิ น ทรี ย์ ใ นกลุ่ ม aerobic plate count เท่ากับ 99.41% หรือ 2.23 log CFU reduction ดังนั้น การการพาสเจอร์ไรซ์ น้ามะพร้าวจะมีประสิทธิภาพเพิ่ม ขึ้นเมื่อ ความเข้ ม ของสนามไฟฟ้ า มากขึ้ น และเวลาในการได้ รั บ กระแสไฟฟ้าที่มากเพียงพอส่งผลให้อัตราการท้าลายจุลินทรีย์มี แนวโน้ ม ที่ ม ากขึ้ น (Yashwan et al.,2015 and Barba et al., 2015)

Table 1 Comparision of pasteurization methods on inactivating the spoilage microorganisms Electric field intensity Pasteurization time of Pulsed electric field (kV cm-1) 2 min 4 min 6 min -1 Coconut water using 640 CFU mL thermal pasteurization 5 kV cm-1 8.2 x104 CFU mL-1 1.73 x104 CFU mL-1 7.1x103 CFU mL-1 10 kV cm-1 5.22 x103 CFU mL-1 3.74 x103 CFU mL-1 2.42x103 CFU mL-1 15 kV cm-1 2.73 x103 CFU mL-1 1.62 x103 CFU mL-1 910 CFU mL-1 ผลการศึ ก ษาอายุ ก ารเก็ บ รั ก ษาน้้ า มะพร้ า วสดด้ ว ย วิ ธี ก ารให้ ค วามร้ อ น (อุ ณ หภู มิ 95 oC เป็ น เวลา 60 sec) เปรียบเทียบน้้ามะพร้าวด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า ที่ความเข้ม ของสนามไฟฟ้าที่ 10 และ 15 kV cm-1 ที่เวลา 6 min จากนั้น น้าน้้ามะพร้าวที่ผ่านพาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า บรรจุ ข วด polyethylene terephthalate (PET) ขนาด 150 mL ปริมาณ 100 mL จากนั้นปิดฝาสนิท (จ้านวน 3 ตัวอย่างต่อ การทดสอบ 1 สภาวะ) เก็บในตู้เย็นที่ควบคุมอุณหภูมิได้โดยตั้ง อุ ณ หภู มิ ไ ว้ ที่ 5 1 oC น้ า ตั ว อย่ า งมาตรวจวิ เ คราะห์ ป ริ ม าณ จุลินทรีย์ทุก ทุกๆ 3 days โดยเกณฑ์ในการวิเคราะห์การเก็ บ

รักษา ก้าหนดปริมาณจุลินทรีย์ทั้งหมด (aerobic plate count) ต้องไม่เกิน 1x 104 CFU/mL และปริมาณ yeast & mold ต้อง ไม่เกิน 100 CFU/mL เพื่อใช้เป็นเกณฑ์ส้าหรับการวิเคราะห์อายุ การเก็บรักษาโดยอ้างอิง มาตรฐานผลิตภัณฑ์ชุมชนน้้ามะพร้าว (มผช 340/2547) ผลการศึกษาอายุการเก็บรักษาน้้ามะพร้าวแปรรูปด้วยความ ร้อน และน้้ามะพร้าวแปรรูปด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า (5, 10 และ 15 kV cm-1 ) เป็นเวลา 6 min ด้วยการวิเคราะห์ จ้านวน จุ ลิ น ทรี ย์ ทั้ งหมดในกลุ่ ม aerobic plate count และปริ ม าณ yeast & mold ของน้้ า มะพร้ า วทุ ก 3 days โดยใช้ ม าตรฐาน

4


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ผลิตภัณฑ์ชุมชน น้้ามะพร้าว (มผช 340/2547) เป็นเกณฑ์ใน วิเคราะห์อายุการเก็บรักษา จากผลการศึกษาพบว่าความเข้มสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น สามารถ เพิ่มอายุการเก็บรักษาของน้้ามะพร้าวได้ การวิเคราะห์อายุการ เก็บรักษาของน้้ามะพร้าวแปรรูปด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าเป็น เวลา 6 min มีอายุการเก็บรักษาเท่ากับ 21 และ 25 days ที่

ความเข้มสนามไฟฟ้าที่ 10 และ 15 kV cm-1 ในขณะทีก่ ารการ พาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าที่ความเข้มสนามไฟฟ้า ที่ 5 kV/cm นั้ น ไม่ ส ามารถลดปริ ม าณจุ ลิ น ทรี ย์ ไ ด้ ต่้ า กว่ า ที่ มาตรฐานก้าหนด พาสเจอร์ไรซ์ด้วยด้วยความร้อนมี อายุการเก็บรักษาเท่ากับ 24 days

Table 2 Inactivating the spoilage microorganisms and shelf life of coconut water by PEF Inactivating the Thai Industrial Thermal Electric field intensity (V/cm) spoilage microorganisms standards Pasteurization 5 10 15 o and shelf life institute (95 C, 60 sec) 340/2004 Shelf life (days) 24 days 21 days 25 days (Aerobic count plate 1x104 (CFU mL-1 ) yeast and mold count 100 ND ND ND ND plates (CFU mL-1) ยับยั้งการเกิดสปอร์ที่เป็นอิสระในน้้ามะพร้าวได้มากขึ้น ส่งผลต่อ อายุการเก็บรักษาที่เพิ่มมากขึ้น

3 สรุป ผลการศึกษาการการพาสเจอร์ไรซ์น้ามะพร้าวด้วยเทคโนโลยี ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า พบว่าเมื่อความเข้มสนามไฟฟ้า และ เวลาในการพาสเจอร์ไรซ์เพิ่มขึ้นสามารถในการท้าลายจุลินทรีย์ ในกลุ่ม aerobic plate count ของน้้ามะพร้าวได้มากขึ้น สภาวะ ที่ เ หมาะสมในการพาสเจอร์ ไ รซ์ น้ า มะพร้ า วเทคนิ ค พั ล ส์ สนามไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงการพาสเจอร์ไรซ์ด้วยความ ร้ อ น ที่ อุ ณ หภู มิ 95 oC เป็ น เวลา 60 sec ที่ ส ภาวะความเข้ม สนามไฟฟ้ า ที่ 15 V cm-1 เป็ น เวลา 6 mins มี อุ ณ หภู มิ เ ฉลี่ย เท่ากับ 46.73.1 oC สามารถลดจุลินทรีย์เท่ากับ 2.65 log CFU reduction ในขณะการพาสเจอร์ไรซ์ ด้วยความร้อนสามารถลด จุลินทรีย์เท่ากับ 2.81 log CFU reduction น้้ามะพร้าวพาสเจอร์ ไรน์ทั้ง 2 วิธี ตรวจไม่พบปริมาณ yeast & mold การวิเคราะห์อายุการเก็บรักษาของน้้ามะพร้าวสดที่ผ่านการ พาสเจอร์ไรซ์ด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้า และการใช้ความร้อนมี อายุ ก ารเก็ บ รั ก ษาระหว่ า ง 16 ถึ ง 25 days และ 24 days ตามล้าดับ เนื่องจากเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าส่งผลต่อสภาวะพัก ตัวเพื่อสร้างสปอร์ (spore forming bacteria) เกิดการบาดเจ็บ ช่วยท้าลายเซลล์แม่ส่วนที่ เป็น forspore และสามารถเป็นการ

5

ดังนั้นจึงสามารถรักษาคุณภาพของน้้ามะพร้าวได้ดี และลด การสูญเสียสารส้าคัญในน้้ามะพร้าวที่ไวต่อความร้อน (เนื่องจาก ใช้ อุ ณ หภู มิ ต่้ า ) สามารถรั ก ษาคุ ณ ค่ า ทางโภชนาการ รวมถึ ง คุณภาพด้านเคมี กายภาพ และเปรียบเทียบค่าพลังงานซึ่งเป็น แนวทางการศึ ก ษาขั้ น ต่ อ ไปในอนาคต ข้ อ มู ล ดั ง กล่ า วจะถู ก น้าเสนอในโครงการวิจัยเรื่องต่อไป 4 กิตติกรรมประกาศ รายงานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุน ทุนวิจัยคณะวิศวกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ประจ้าปีการศึกษา พ.ศ. 2560 และได้รับความอนุเคราะห์ เครื่อง Pulsed electric field pasteurizater ในโครงการวิจัยเทคโนโลยีการแปรรูปโดยไม่ ใช้ ความร้อนแบบผสมผสานด้วยเทคนิคพัลส์สนามไฟฟ้าร่วมกับการ ใช้ความดันสูงส้าหรับการแปรรูปน้้ามะพร้าว (CRP5905020420) 5 เอกสารอ้างอิง Assawarachan, R. 2016. Review ariticles: Non-thermal processing for liquid food using electrical pulsed field technique. Kasem Bundit Engineering Journal 6(2), 87-99. (in Thai)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 Assawarachan, R. 2017. Emerging technologies for food process. Rajabhat Journal of Sciences, Humanities & Social Sciences 22 (2), 41-48. (in Thai) Assawarachan, R. 2018. Emerging technologies of thermal and non thermal for food processing. Chiangmai: Offece of academic administration and development maejo university press. (in Thai) Barba, F.J. Parniakov, O. Pereira, S.A. Wiktor S.A, Grimi, N. Boussetta, N. Saraiva, J.A. Raso, J. Martin-Belloso, O. DorotaWitrowa-Rajchert, Lebovka, N and Vorobiev, Eugène. 2015. Current applications and new opportunities for the use of pulsed electric fields in food science and industry. Food Research International 77, 773–798. Intra, P. Manopian, P. and Pengmanee, C. and Somsri, N. 2015. Inactivation of E. coli in Milk Tea Undergoing Pulsed Electric Field Pasteurization. The Journal of KMUTNB 25(3), 1–13. (in Thai) Panyamuangjai, V. Janthara, S. Kusuya, R. Yawootti, A. and Intra, P. 2012. Application of Pulsed Electric Field for Milk Pasteurization. KMUTT Research and Development Journal 35(4), 469–483. (in Thai) Yashwan, K, Krishna, K.P. and Vivek, K. 2015. Pulsed Electric Field Processing in Food Technology. International Journal of Engineering Studies and Technical Approach 1(2), 6-17.

6


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของเครื่องฟักไข่ระบบควบคุมอัตโนมัติสาหรับวิสาหกิจชุมชน Economy Analysis of the Automatic Egg Incubator for Community Enterprise ประพันธ์ จิโน1, ฤทธิชัย อัศวราชันย์ 1, 2* Praphun Jino1, Rittichai Assawarachan1,2* 1คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร

มหาวิทยาลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 50290 of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand 2หน่วยวิจัยเทคโนโลยีลดความชื้น และการอบแห้ง คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 2Drying and Dehydration Technology Research Unit. Faculty of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-8-1792-0946, Fax: +66-53-878-123, E-mail: rittichai.assawarachan@gmail.com 1Faculty

บทคัดย่อ การดาเนินโครงการวิจัย การพัฒนาเครื่องฟักไข่ ระบบควบคุมอัตโนมัติสาหรับวิสาหกิจชุมชนเพื่อการพาณิชย์ โดยการพัฒนา เครื่องฟักไข่ขนาด 1.2 x 1.2 x 0.7 m3 จานวน 4 เครื่อง ติดตั้ง ณ สถานประกอบการเพื่อเก็บข้อมูล (เดือนสิงหาคม พ.ศ. 2560 ถึง ตุลาคม พ.ศ. 2560) โดยประยุกต์หลักการของการจัดการธุรกิจการเกษตรในการดาเนินงาน ผลการดาเนินการ พบว่าเครื่องฟักไข่ที่ถูก พัฒนาในการศึกษานี้สามารถฟักลูกไก่ได้เฉลี่ยเท่ากับ 848.548.3 ตัว โดยประสิทธิภาพในการฟักลูกไก่ได้เท่ากับ 86.21% ภายหลัง การดาเนินโครงการ ผู้ประกอบการมีรายได้จากการจาหน่ายลูกไก่ เท่ากับ 475,160 บาทต่อปี โดยคิดเป็นกาไรที่ได้จากจาหน่ายลูกไก่ เท่ากับ 106,338 บาทต่อปี การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์เบื้องต้นเพื่อหาอัตราผลตอบแทน และวิเคราะห์จุดคุ้มทุน (ระยะเวลา) มีค่า เท่ากับ 70.89 % และ 1 ปี 5 เดือน ตามลาดับ คาสาคัญ: เครื่องฟักไข่ ตู้เกิด จุดคุ้มทุน อัตราการตอบแทนเงินลงทุน Abstract The research project for the improvement of the automatic egg incubator for commerce business community enterprise was conducted using engineering technology and eco-agricultural development. The aim was to increase the value of agricultural processing. The process of the research included a conceptual engineering design and the development of four machines of 1.2 x 1.2 x 0.7 m3 egg incubator. The egg incubators and hatcheries were installed at an enterprise since August to October 2017, and agri-business and management were performed during the process. The result of the project demonstrated that 848.548.3 chicks could be successfully hatched using our machines, accounting for 86.21% of hatch rate. The enterprise has gained 4 7 5 ,160 baht per year more income, calculating as 106,338 baht per year more profit. The engineering economy analysis for break even and rate of return of the egg incubator development was 70.89 % and 1 years 5 months respectively. Keywords: Egg incubator, Hatchery, Break even analysis, Rate of return

7


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทนา ไก่เป็นสัตว์เศรษฐกิจที่สาคัญของประเทศไทยเนื่องจากเป็น แหล่งอาหารโปรตีนของคนไทยและมีมูลค่าการส่งออกในแต่ละปี เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการผลิต ผู้ผลิตจึงต้องพิถีพิถันตั้งแต่ การฟักให้มีคุณภาพเพื่อให้ได้ลูกไก่ที่แข็งแรง เนื่องจากการฟัก ตามธรรมชาติ จะได้ลูกไก่ที่มีอัตราการเกิด น้อย และลูกไก่ไม่ได้ คุณภาพ (Ekwongmunkong and Manewattana, 2004) การ เลี้ยงไก่เป็นอาชีพที่คนไทยนิยมมากในการลงทุนเลี้ยงไก่ต้อ งใช้ งบประมาณสูงสาหรับค่าอุปกรณ์ต่างๆ รวมทั้งค่าใช้จ่ายในการ ดูแลรักษา การเลี้ยงไก่แบบปล่อยให้มีการฟักไข่ตามธรรมชาตินั้น มีผลกระทบต่อผลผลิตเนื่องจากสภาพแวดล้อม ปัจจุบันมีการ คิดค้นการฟักไข่แบบไม่ต้องอาศัยแม่ไก่ โดยการใช้ความร้อนใน การฟักสามารถฟักไข่ได้ผลมากขึ้น การเจริญเติบโตของตัวอ่อนใน ฟองไข่จนกระทั้งลูกไก่ฟักออกเป็นตัวเต็มวัยนั้น จาเป็นต้องอาศัย ปัจจัยต่างๆ ที่เหมาะสมและเพียงพอที่จะทาให้การฟักไข่ได้ผลดี การฟักไข่ด้วยเครื่องฟักไข่ได้มีการศึกษาและเรียนรู้วิธีการฟักไข่ ตามธรรมชาติของแม่ไก่ จนสามารถฟักไข่ได้ผลสาเร็จเป็นอย่างดี ซึ่งปัจจัยที่มีความสาคัญประกอบไปด้วย อุณหภูมิ ความชื้น การ กลับไข่ และการระบายอากาศ ที่เหมาะสม หากควบคุมปัจจัย ดังกล่าวได้แล้วการฟัก ไข่นั้นมีผลผลิตสูง ปัจจุบันมีอุปกรณ์และ เทคโนโลยีที่ทันสมัยสามารถช่วยควบคุมตัวแปรต่างๆในการฟักไข่ ให้มีความแม่นยา อย่างไรก็ตามการใช้เครื่องฟักไข่มาช่วยในการ เพิ่ ม ปริ ม าณลู กไก่นั้ น มี ก ารลงทุน ด้า นการพั ฒ นาเครื่อ งฟักไข่ ค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน ดังนั้นจาเป็นต้องมีการศึกษาการวิเคราะห์ ทางเศรษฐศาสตร์ เพื่อใช้เป็นแนวทางในการตัดสินใจของกลุ่ม เกษตรกรในระดับวิสาหกิจระดับเล็ก แต่บทความวิจัยที่เกี่ยวข้อง กับการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของการใช้เครื่องฟักไข่นั้นมีอยู่ น้อย ดั ง นั้ น วั ต ถุ ป ระสงค์ ข องโครงงานวิ จั ย นี้ ป ระกอบด้ ว ยการ ด าเนิ น การสร้ า งต้ น แบบและทดสอบ (construct prototype and prototype testing) เครื่องฟักไข่โดยใช้ระบบควบคุมแบบ อัตโนมัติขนาด 1,088 ฟอง จานวน 4 เครื่อง เพื่อใช้ติดตั้ง และ ทดสอบการทางานจริง เพื่อหาปริมาณลูกไก่ที่ฟักจากเครื่องฟักไข่ และค านวณข้ อ มู ล ที่ เ กี่ ย วข้ อ งกั บ ต้ น ทุ น ค่ า ใช้ จ่ า ย และการ วิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ต่อไป

2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 การพัฒนาเครื่องฟักไข่ การพัฒนาเครื่องฟักไข่ ระบบควบคุมอัตโนมัติ ดาเนินการ พัฒนาโครงสร้างเครื่องฟักไข่โดยใช้ผนังแผ่น metal sheet หนา 1 mm และฉนวนความร้ อ น ขนาด และมิ ติ ข องเครื่ อ งฟั ก ไข่ เท่ากับ 1.2 x 1.2 x 0.7 m3 รายละเอียดที่แสดงใน Figure 1 การ พัฒนาระบบคุมควบการทางานของเครื่องฟักไข่ ประกอบด้วย ระบบควบคุมการทางานของอุปกรณ์ 3 ส่วน ได้แก่การควบคุม อุณหภูมิ ความชื้น และเวลาการทางานของมอเตอร์โครงพลิกไข่ โดยการควบคุมการทางานของขดลวดความร้อนขนาด 500 W และฮีทเตอร์ในหม้อต้มน้าขนาด 200 W เนื่องจากเครื่องฟักไข่ที่ พัฒนาและใช้ในการศึกษานี้ มีระบบให้ความร้อนจากแหล่งกาเนิด 2 ชุ ด เพื่ อ เหนี่ ย วน าความร้อ นชื้ น ด้ ว ยการควบคุ ม อุ ณหภู มิใช้ อุปกรณ์ควบคุมแบบ PID คุมควบผ่าน magnetic relay จานวน 2 ชุ ด (ขนาด 15 A) การควบคุ ม ส่ ว นที่ 2 เป็ น ระบบควบคุ ม ความชื้นในเครื่องฟักไข่ โดยแบ่งการควบคุมอุปกรณ์ออกเป็น 2 ส่ ว น ได้ แ ก่ ก ารควบคุ ม อุ ป กรณ์ ก าเนิ ด หมอก เมื่ อ ความชื้ น ใน เครื่องฟักไข่น้อยกว่าที่กาหนดไว้ และพัดลมดูดอากาศในกรณีที่ ความชื้นในเครื่องฟักไข่มีค่าสูง โดยติดตั้งเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ ด้วยเทอร์โมคัปเปิ้ลชนิด K และสายเซนเซอร์วัดความชื้นติดตั้งที่ ตาแหน่งตรงกลางของเครื่องฟักไข่ และส่วนสุดท้ายได้แก่การ ควบคุมการทางานของมอเตอร์ที่ใช้ในการพลิกโครงกลับไข่ โดย ตั้งอุปกรณ์ควบคุมเวลาให้มอเตอร์ที่ติดตั้งกับโครงพลิกไข่ทางาน ทุ ก 60 min สร้ า งเครื่องฟั กไข่ จานวน 4 เครื่ อ ง จากนั้ น นาไป ติดตั้ง ทดสอบการฟักไข่ โดยกาหนดสภาวะของอากาศทีอ่ ุณหภูมิ เท่ากับ 37.5oC และความชื้นสัมพันธ์ของอากาศเท่ากับ 60-65% R.H. โดยสภาวะดังกล่าวสอดคล้องกับสภาวะอากาศที่เหมาะสมที่ ใช้ ใ นเครื่ อ งฟั ก ไข่ ข อง Freeman and Vince (1974) โดย การศึกษาการฟักไข่ของไก่ปะดู่หางดา ซึ่งใช้เวลาในฟักเป็นเวลา 21 วันต่อการฟักไก่ 1 รอบโดยติดตั้งและทดสอบ ณ กลุ่มวิสา ชุมชนกลุ่มเกษตรผู้ผลิตสินค้าเกษตรไร้สารเคมี อาเภอจอมทอง จังหวัดเชียงใหม่ 2.2 การวิเคราะห์ต้นทุนการผลิต ค่ า ใช้ จ่ า ย (Cost) มี รู ป แบบต้ น ทุ น อยู่ 2 รู ป แบบได้ แ ก่ ค่าใช้จ่ายคงที่ (Fixed Cost : F) และค่าใช้จ่ายแปรผัน (Variable Cost : V) โดยค่าใช้จ่ายคงที่ สามารถคานวณได้จากสมการค่า เสื่อมราคาเครื่องแบบเส้นตรง (F1) และค่าดอกเบี้ยในการลงทุน (F2) ซึ่ ง เป็ น มู ล ค่ า ต่ อ ปี ต ามค่ า เงิ น ในเวลานั้ น ตามที่ แ สดง รายละเอียดในสมการที่ (1) และ (2) ดังนี้

8


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ค่าเสื่อมราคาเครื่องแบบเส้นตรง (F1) F1 = P-L N ค่าดอกเบี้ยในการลงทุน (F2) F2 = P+L N เมื่อ P = ราคาเครื่องฟักไข่ (บาท) L = ราคาซากของเครื่องฟักไข่ (บาท) N = อายุการใช้งาน (ปี)

เที ย บเท่ า ในโครงการวิ จั ย นี้ ไ ด้ ศึก ษา อั ต ราผลตอบแทน การ วิเคราะห์จุดคุ้มทุน และการประเมินโครงการ ในการวิเคราะห์ (1)

(2)

ดังนั้นต้นทุนคงที่รวม มีค่าเท่ากับผลรวมของค่าเสื่อมราคา เครื่อง และค่าดอกเบี้ยในการลงทุน 2.3 การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ หลักการของการหาอัตราผลตอบแทนโดยใช้มูลค่าปัจจุบัน คือหาค่าของอัตราดอกเบี้ย และคานวณเป็นมูลค่าในปัจจุบันรวม (present sum) และมู ลค่ าในอนาคตรวม (Future sum) มี ค่ า

2.3.1 อัตราผลตอบแทน (Rate of Return) อัตราผลตอบแทน (Rate of Return : ROR) คืออัตรา ดอกเบี้ยที่จะได้รับเนื่องจากการลงทุนที่ยังไม่ได้รับเงินคืน หรือ ดอกเบี้ยที่จะต้องจ่ายเนื่องจากยังไม่ได้จ่ายเงินคืน ดังนั้นเงินที่จะ ได้ รั บ ในปี สุ ด ท้ า ยหรื อ ที่ จ ะต้ อ งจ่ า ยคื น ในปี สุ ด ท้ า ยจะเท่ า กั บ จานวนเงินที่ทาให้ มูลค่าสมดุลกั นและเท่ากั บศู นย์พ อดีภ ายใต้ ดอกเบี้ยที่พิจารณา 2.3.2 การวิเคราะห์จุดคุ้มทุน (Break even analysis) การวิเคราะห์จุดคุ้มทุนเป็นการศึกษาความสัมพันธ์ของมูลค่า การลงทุนหรือค่าใช้จ่ายทั้งหมด และรายได้ของโครงการที่แปรผัน ตามปริมาณการผลิต ค่าใช้จ่ายและรายได้นี้ที่ทาให้กาไรของการ ลงทุนมีค่าเท่ากับศูนย์ จุดคุ้มทุนจะทาให้ทราบว่าปริมาณต่าสุดที่ จะต้องทาการผลิตคือเท่าใดจึงจะทาให้เกิดกาไรซึ่งเป็นประโยชน์ ในการกาหนดแผนการดาเนินงานการผลิตในอนาคต

Figure 1 Schematic of egg incubator machines 3. ผลและวิจารณ์ หลั ง จากติ ด ตั้ ง เครื่ อ งฟั ก ไข่ ณ กลุ่ ม วิ ส าชุ ม ชนกลุ่ ม เกษตรผู้ ผลิต สิน ค้า เกษตรไร้สารเคมี อ าเภอจอมทอง จั งหวั ด เชียงใหม่ ได้ดาเนินออกแบบตารางการผลิต และระยะเวลาใน การดาเนินโครงการวิจัย โดยสัปดาห์แรกนาไข่ที่ได้รบั การผสมเชือ้ เข้าฟักด้วย จานวน 1,014 ฟอง เข้าเครื่องฟักไข่หมายเลขที่ 1 สัปดาห์ที่ 2 นาไข่ที่ได้รับการผสมเชื้อฟัก จานวน 980 ฟอง เข้า

9

เครื่องฟักไข่หมายเลขที่ 2 สัปดาห์ที่ 3 นาไข่ที่ได้รับการผสมเชื้อ จานวน 1,014 ฟอง เข้าเครื่องฟักไข่หมายเลขที่ 3 โดยสัปดาห์ที่ 4 ลูกไก่จากเครื่องฟักไข่หมายที่ 1 จะเกิดการขยายเซลล์และฟัก ออกเป็ น ลู ก ไก่ อ ย่ า งสมบู ร ณ์ ตรวจวั ด จ านวนลู ก ไก่ ที่ แ ข็ ง แรง พบว่าลูกไก่ที่เกิ ดจากการฟักด้วยเครื่องฟักหมายเลขที่ 1 มีค่า เท่ากับ 863 ตัว โดยสัปดาห์ที่ 5 พบว่ามีจานวนลูกไก่ที่แข็งแรงได้ จากการฟักด้วยเครื่องฟัก หมายเลขที่ 2 เท่ากับ 850 ตัว สัปดาห์


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ที่ 6 พบว่ามีจานวนลูกไก่ที่สมบูรณ์ได้จากการฟักด้วยเครื่องฟัก หมายเลขที่ 3 เท่ากับ 862 ตัว สัปดาห์ที่ 7 พบว่ามีจานวนลูกไก่ที่ สมบูรณ์ได้จากการฟักด้วยเครื่องฟัก หมายเลขที่ 4 เท่ากับ 732 ตัว และสัปดาห์ที่ 8-11 เป็นจานวนลูกไก่ที่ได้จากการฟักไข่ของ เครื่ อ งหมายเลขที่ 1-4 รอบที่ 2 โดยมี ร ายละเอี ย ดแสดงใน Table 1 โดยเครื่ อ งฟั ก ไข่ ทุ ก ตู้ ค วบคุ ม สภาวะจากนั้ น ควบคุ ม อุณหภูมิ และความชื้นที่อุณหภูมิเท่ากับ 37.5 oC และความชื้น

สัมพันธ์ของอากาศเท่ากับ 60-65% R.H. ตลอดการทดสอบการ ท างาน ปี ผลการศึ ก ษา พบว่ า การฟั ก ลู ก ไก่ ด้ ว ยเครื่ อ งฟั ก ไข่ สามารถผลิตลูกไก่เท่ากับ 848.548.3 ตัวต่อรอบการฟักไก่ หรือ เท่ า กั บ 23,758 ตั ว ตลอดการด าเนิ น การวิ จั ย เป็ น เวลา 11 สัปดาห์

Table 1 Production plan and schedule of automatic egg incubator for community enterprise August September 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 1

October 9 10

11

2 3 Egg incubator number Number of eggs (ฟอง) Hatching rates (ตัว) Efficiency Incubation (%)

1

2

3

4

1

2

3

4 4

1,014

980

1,014

856

1,006

970

1,020

1,013

863

850

862

732

884

853

870

874

86.7%

85.0%

85.4%

87.9%

87.9%

85.3%

86.3%

85.1%

การด าเนิ น โครงการวิ จั ย นี้ ไ ด้ ก ารวิ เ คราะห์ ก ารต้ น ทุ น ดาเนินงาน แบ่งเป็นค่าใช้จ่ายคงที่ โดยค่าวัสดุในการพัฒนาเครื่อง ฟั ก ไข่ จ านวน 4 เครื่ อ งมี ค่ า เท่ า กั บ 150,000 บาทและ ค่าใช้จ่ายแปรผัน ตามสมการที่ (1) และ (2) ค่าเสื่อมราคาเครื่องแบบเส้นตรง (F1) F1 = 150,000 – 1,500 5 = 29,700 บาทต่อปี ค่าดอกเบี้ยในการลงทุน (F2) F2 = 150,000 + 1,500 5 = 6,060 บาทต่อปี ดังนั้นต้นทุนคงที่รวม (F1 + F2) มีค่าเท่ากับ 35,760 บาทต่อปี

รายการต้ น ทุ น ผั น แปรในการศึ ก ษานี้ แบ่ ง ออกเป็ น ต้ น ทุ น ค่ า ไข่ ที่ ผ สมเชื้ อ (7 บาทต่ อ ฟอง) ต้ น ทุ น พลั งงานไฟฟ้ า (หน่ ว ยละ 5.50 บาทต่ อ หน่ ว ย (kW hr)) จากผลการวั ด ด้ ว ย ระหว่างเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2560 ถึงตุลาคม พ.ศ. 2560 เป็น เวลา 11 สัปดาห์ มีปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในการศึกษาการฟักไข่รวม เท่ากับ 2,364 หน่วย และใช้ไข่จานวน 7,873 ฟอง เนื่องจาก ก าหนดให้ มี ก ารฟั ก ไข่ เ ท่ า กั บ 38.5 สั ป ดาห์ ต่ อ ปี ดั ง นั้ น การ ค านวณปริ ม าณพลั ง งานไฟฟ้ า ที่ ใ ช้ ใ นการฟั ก ไข่ ต่ อ ปี เท่ า กั บ 8,274 หน่วยต่อปี (ข้อมูล จากกลุ่มวิสาชุมชนกลุ่มเกษตรผู้ผลิต สินค้าเกษตรไร้สารเคมี ) และคานวณจานวนไข่ที่ใช้ในการฟักมี ค่ารวมเท่ากับ 27,555 ฟองต่อปี แต่ระยะเวลาในการจ้างงานมีคา่ เท่ากับ 300 วันต่อปี เนื่องจากจาเป็นต้องใช้แรงงานในการล้าง และรมสารฆ่าเชื้อภายในตู้ฟักไข่ โดยกาหนดค่าจ้างแรงงานวันละ 300 บาทต่อวัน มีรายละเอียดดังต่อไปนี้

10


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ต้นทุนไข่ผสมเชื้อ

= 27,555 ฟอง x 7 บาทต่อฟอง = 192,885 บาท ค่าแรงงานในการดาเนิน = 300 x 300 = 90,000 บาท ต้นทุนค่าไฟฟ้า = 5.50 x 8,274 หน่วยต่อปี = 45,177 บาทต่อปี ค่าใช้จ่ายอื่นๆ = 5,000 บาทต่อปี ต้นทุนผันแปร = 192,885 + 90,000 + 45,177 + 5,000 = 333,062 บาทต่อปี ดังนั้นต้นทุนคงที่ และต้นทุนผันแปรทั้งหมดของการฟักไข่ด้วย เครื่องฟักไข่ระบบควบคุมอัตโนมัติ จานวน 4 เครื่อง มีค่าเท่ากับ ผลรวมของต้ น ทุ น คงที่ แ ละต้ น ทุ น ผั น แปรมี ค่ า เท่ า กั บ 35,760 บาท และ 333,062 บาทเท่ากับ 368,822 บาทต่อ และจาหน่าย ลูกไก่ตัวละ 20 บาท มีรายได้จากการเพาะลูกไก่เท่ากับ 475,160 บาทต่ อ ปี ส่ ง ผลให้ มี ผ ลก าไรในการจ าหน่ า ยลู ก ไก่ ไ ด้ เ ท่ า กั บ 106,338 บาทต่อปี การดาเนินโครงการนี้ ใช้ต้นทุนวัสดุในการประกอบเครื่อง ฟั ก ไข่ เท่ า กั บ 150,000 บาท ดั ง นั้ น การวิ เ คราะห์ อั ต รา ผลตอบแทน ( Rate of Return: ROR) และการวิ เ คราะห์ ระยะเวลาในการคืนทุน (BP) มีรายละเอียด ดังนี้ = (Profit value/Investment cost) x 100 ROR = (106,338 /150,000) x 100 = 70.89 % ผลกาไรในการดาเนินการผลิต ได้มากขึ้นหลังจากการ จ าหน่ า ยลู กไก่ที่ เ พาะด้ ว ยเครื่อ งฟั ก ไข่ ใ นโครงการมี ค่าเท่ากับ 106,338 บาทต่อปี ดังนั้นการวิเคราะห์จุดคุ้มทุนของโครงการมี ค่า เท่ากับรายรับเท่ากับต้นทุนค่าใช้จ่าย โดยคิดเป็นสัดส่วนของ ผลผลิต เทียบกับรายได้ในการจาหน่าย = (Investment cost / Profit value) BP = (150,000/106,338) = 1.4106 ปี = 1 ปี 5 เดือน

11

3. สรุป เครื่องฟักไข่ระบบควบคุมอัตโนมัติ จานวน 4 เครื่องที่ ใช้ ใ นการศึ ก ษาครั้ ง นี้ ส ามารถฟั ก ลู ก ไก่ ป ระมาณ 2,648 ตั ว ส าหรั บ การทดลองจ านวน 11 สั ป ดาห์ โดยรายได้ จ ากการ จ าหน่ า ยลู ก ไก่ เ ป็ นมู ลค่ า รวมเท่ ากั บ 475,160 บาทต่ อ ปี และ เกิ ด ผลก าไรเท่ า กั บ 106,338 บาทต่ อ ปี น าไปวิ เ คราะห์ ท าง เศรษฐศาสตร์เพื่อหาอัตราผลตอบแทน และวิเคราะห์จุดคุ้มทุน (ระยะเวลา) มีค่าเท่ากับ 70.89 % และ 1 ปี 5 เดือน ตามลาดับ 4 กิตติกรรมประกาศ รายงานวิ จั ย นี้ ไ ด้ รับ ทุ น สนั บ สนุ น ทุ น วิ จั ย ภายใต้ โ ครงการ Innovation Hub-Agriculture & Food เพื่อสร้างเศรษฐกิจฐาน นวัตกรรมของประเทศตามนโยบายประเทศไทย 4.0 ระหว่าง มหาวิทยาลัยแม๋โจ้ และมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ปีงบประมาณ พ.ศ. 2560 และโครงการภายใต้ กิ จ กรรมการพั ฒ นา Techbased Startup ด้วยอุทยานวิทยาศาสตร์ภูมิภาคและเครือข่าย (TESNet) ปีงบประมาณ พ.ศ. 2562 5 เอกสารอ้างอิง Ekwongmunkong, W. and Manewattana, T. 2004. Optimum design of an air conditioning system for industrial incubators. Thesis for the degree of master of engineering prorame in mechanical engineering. Chulalongkorn University. 94 page (in Thai) Freeman, B. M. and Vince, M. A. 1974. Development of the Avian Embryo. New York: Wiley. French, N. A. 1997. Modeling incubation temperature: the effects of incubator design, embryonic development, and egg size. International journal of poultry science: 124-133. Newman D.G. 2004. Engineering econonomic analysis: 9th edition. Oxford University Press, Inc.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia สภาวะที่เหมาะสมของการแปรรูปมะม่วงแผ่นกรอบโดยใช้การวิเคราะห์แบบบ็อกซ์-เบ็ห์นเกน Optimum Conditions for Vacuum Frying of Crispy Mango Chip using Box-Behnken Experimental Design นันท์ณภัส ระหงษ์1, ฤทธิชัย อัศวราชันย์ 1, 2* Nunnapat Rahong1, Rittichai Assawarachan1,2* 1คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร

มหาวิทยาลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 50290 of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand 2หน่วยวิจัยเทคโนโลยีลดความชื้น และการอบแห้ง คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ สันทราย เชียงใหม่ 2Drying and Dehydration Technology Research Unit. Faculty of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai 50290, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-8-1792-0946, Fax: +66-53-878-123, E-mail: rittichai.assawarachan@gmail.com 1Faculty

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมของการแปรรูปมะม่วงแผ่นกรอบด้วยเทคนิคการทอดสุญญากาศโดย ใช้วิธีการทางสถิติ ผลการศึกษาพบว่าสามารถหาสภาวะที่เหมาะสมของการแปรรูปมะม่วงแผ่นกรอบโดยใช้ เทคนิคพื้นที่ผิวตอบสนอง ด้วยวิธแี บบบ็อกซ์-เบ็ห์นเกน โดยปัจจัยที่ศึกษาประกอบด้วยอุณหภูมิในการทอดที่ 75, 85 และ 95 oC (X1) เวลาในการทอดที่ 25, 30 และ 35 min (X2) และเวลาที่ใช้เหวี่ยงลดปริมาณน้้ามันในสภาวะสุญญากาศที่ 20, 30 และ 40 min (X3) ตามล้าดับ พบว่ามีรูปแบบ สมการโพลิโนเมียมก้าลังสองที่ ใช้ในการท้านายปริมาณน้้ามันที่ เหลือในมะม่วงแผ่นกรอบ โดยมีสมการเท่ากับ Y1 = 11.33 -0.79X1 +0.21X2 +0.011X3 - 0.24X1X2 -0.38X1X3 – 0.37 X2X3 + 5.15X12 + 0.82X22 + 1.42X32 (R2= 0.9827) สภาวะที่เหมาะสมในการ แปรรูปมะม่วงแผ่นกรอบ ที่อุณหภูมิเท่ากับ 86.4 oC เวลาในการทอดเท่ากับ 31.5 min และเวลาที่ใช้เหวี่ยงลดปริมาณน้้ามันเท่ากับ 30 min เป็นสภาวะที่มีปริมาณน้้ามันเหลือในผลิตภัณฑ์น้อยที่สุด เท่ากับ 11.33±0.39 mg/100 g ผลการวิเคราะห์ค่าความชื้ น สุดท้าย (Mf) และปริมาณน้้าอิสระ (aw) มีค่าเท่ากับ 5.14±0.92% (w.b.) และ 3.15±0.73 ผลิตภัณฑ์มีค่าสี L*, a*, b* ซึ่งมีค่าเท่ากับ 42.82.07, 6.5 2.07, 16.5 1.82 ตามล้ า ดั บ ค่ า แรงกดแตก ค่ า ความเปราะ และผลิ ต ภั ณ ฑ์ แ ตกเท่ า กั บ 94.93±34.21 N , 70.6132.46 N/s และ 304.477.52 times ตามล้าดับ คาสาคัญ: มะม่วงแผ่นกรอบ ทอดสุญญากาศ สภาวะที่เหมาะสม การทดลองแบบบ็อกซ์-เบ็ห์นเกน Abstract The objective of this study was to investigate the optimum conditions for vacuum frying of crispy mango chip using statistical experimental design. The result was successfully determined by response surface methodology of Box-Behnken and it was used to design the vacuum frying conditions of crispy mango chip. Experimental factors effecting the optimum conditions were carried out at different frying temperature levels (75, 85 and 95 oC), frying time ( 2 5 , 30 and 35 min) and centrifugal time ( 20, 30 and 40 min). The second degree polynomial equation for prediction of fat value of crispy mango chip during vacuum frying was Y1 = 11.33 -0.79X1 +0.21X2 +0.011X3 - 0.24X1X2 -0.38X1X3 – 0.37 X2X3 + 5.15X12 + 0.82X22 + 1.42X32 ( R2= 0.9827) . The optimum conditions for frying temperature was 86.4 oC with 31.5 min of frying times and 30 min of centrifugal time, giving

12


the lowest oil uptake of 11.33±0.39 mg/100 g and maximum of L*-value and b*-value was 42.82.07 and 16.51.82, respectively. The texture analysis namely hardness, linear distance and count peak were 94.933 4 . 2 1 N, 70.6132.46 N/s and 304.477.52 times, respectively. Keywords: Crispy mango chip, Vacuum frying, Optimum condition, Box-behnken experiment design กระบวนการผลิ ต และเงื่ อ นไขในการผลิ ต ที่ เ หมา ะ ส ม 1. บทนา (Chailungka and Asssawarachan, 2015) น อ ก จ า ก นี้ ก า ร มะม่วง (Mangifera indica L. Anacardiacea) เป็นไม้ วิ เ คราะห์ด้ วยวิ ธีก ารพื้ นผิว ตอบสนองสามารถท้ าให้ ได้สมการ ผลที่ส้าคัญทางเศรษฐกิจชนิดหนึ่งของประเทศไทยซึ่งมีการปลูก ท้านายกระบวนการแปรรูปมะม่วงกรอบด้วยการทอดสุญญากาศ มะม่วงอย่างกว้างขวางในเกือบทุกพื้นที่ของประเทศ มีพื้นที่รวม ดังนั้นงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสม ทั้งหมดประมาณ 614,178 ไร่ ให้ผลผลิตประมาณ 530,370 ตัน โดยใช้วิธีการออกแบบการทดลองทางสถิติเพื่อเป็นข้อมูลพื้นฐาน (ระบบสารสนเทศการผลิตทางการเกษตร online, กรมส่งเสริม อั น ได้ แ ก่ ระดั บ อุ ณ หภู มิ ใ นการทอด (X ) เวลาในการทอด 1 การเกษตร,2560) พันธุ์มะม่วงที่นิยมปลูกมาก ได้แก่ น้้าดอกไม้ สุญญากาศ (X ) และเวลาในการเหวี่ยงลดปริมาณน้้ามัน (X ) ต่อ 2 3 เขี ย วเสวย แก้ ว โชคอนั น ต์ ฟ้ า ลั่ น และเขี ย วมรกต เป็ น ต้ น การมีปริมาณน้้ามันเหลือในผลิตภัณฑ์ และวิเคราะห์ค่าความชื้น เนื่องจากปริมาณผลผลิตต่อปีที่สูงจึงมีการน้าผลมะม่วงมาแปรรูป สุดท้าย (M ) ปริมาณน้้าอิสระ (a ) ค่าสีของผลิตภัณฑ์ (L*, a*, f w เป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่นมะม่วงแช่อิ่ม มะม่วงอบแห้ง มะม่วงกวน b*) การวิเคราะห์เนื้อสัมผัส อาทิ ค่าแรงกดแตก ค่าความเปราะ และเนื้อมะม่วงแช่เยือกแข็งโดยเฉพาะเนื้อมะม่วงน้้าดอกไม้แ ช่ และผลิตภัณฑ์แตกของผลิตภัณฑ์มะม่วงแผ่นกรอบด้วยเทคนิค เยื อ กแข็ ง เป็ น ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ที่ ส ามารถส่ ง ออกและท้ า รายได้ ใ ห้ การทอดสุญญากาศ ประเทศ อย่างไรก็ตามมะม่วงยังเป็ นไม้ผลที่ประสบปัญหาล้ น ตลาดทุกปี เนื่องจากปริมาณการผลิตในการแปรรูปมะม่วงนั้น 1 อุปกรณ์และวิธีการ สามารถแปรรู ป ได้ เ พี ย ง 15-20 % ของผลผลิ ต ในแต่ ล ะปี 1.1 การเตรียมเนื้อมะม่วงแผ่น เทคโนโลยีการทอดในระบบสภาวะสุญญากาศน้ามาใช้ใ นการ น้าเนื้อมะม่วงสุก ในการศึกษาครั้งนี้ใช้มะม่วงน้้าดอกไม้สุกที่ ทอดผลไม้นั้น มีข้อดีคือจากการที่มีออกซิเจนน้อยมากในระบบท้า ตกเกรดมาใช้ในการศึกษา ขั้นตอนแรกน้ามะม่วงปลอกเปลื อก ให้เกิดการออกซิเดชันต่้าในน้้ามัน เนื่องจากในการสร้างระบบ มะม่วง และน้าไปแช่ในน้้าเกลือ (NaCl) ที่อัตราส่วน 1% w/w สุญญากาศจะใช้ปั๊มดูดอากาศออกจากระบบตลอดเวลาส่งผลต่อ เป็นเวลา 1 min ขั้นตอนที่น้าเนื้อมะม่วงหั่นเป็นแผ่นที่ความหนา คุ ณ สมบั ติ ท างความร้ อ นของน้้ า มั น เช่ น จุ ด เดื อ ดมี ค่ า ลดลง 2 mm และน้าแช่ในสารละลาย CaCl ที่อัตราส่วน 1% w/w 2 สามารถใช้ความร้อนอุณหภูมิต่้ากว่า 100 oC ส่งผลผลิตภัณฑ์ เป็นเวลา 5 min ล้างด้วยน้้าสะอาด สะเด็ดน้้าให้แห้งก่อนน้าไป แปรรูปจึงมีคุณภาพด้านกลิ่น สี และรสชาติใกล้เคียงกับธรรมชาติ ทดลองในขั้นตอนต่อไป เดิม เทคโนโลยีการทอดในระบบสภาวะสุญญากาศสามารถใช้ใน การทอดผลไม้ที่มีปริมาณน้้าตาลสูงและผักสดที่มีปริมาณน้้ามาก 2.2 การทอดสุญญากาศ เครื่ อ งทอดสุ ญ ญากาศขนาดห้ อ งปฏิ บั ติ ก ารพั ฒ นาโดย ให้มีความกรอบเพื่อใช้บริโภคเป็นอาหารขบเคี้ยว ช่วยลดการไหม้ ของน้้ า ตาล และเปลี่ ย นสภาพเป็ น Caramel Formation ใน หน่ ว ยวิ จั ย เทคโนโลยี ก ารลดความชื้ น และการอบแห้ ง คณะ สถานะของแข็ ง ซึ่ ง จะเป็ น ผลึ ก ที่ กั น การระเหยน้้ า ออกจาก วิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ โดยแบ่ง โครงสร้างเซลล์ การทอดภายใต้สภาวะบรรยากาศจึงไม่เหมาะสม การศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณน้้ามันที่เหลือ ได้แก่ อุณหภูมิใน o กับทอดผลไม้และผักที่มีน้าตาลสูงและมีความชื้นต่้าได้ (Inprasit, การทอด (X1) ที่ 75, 85 และ 95 C เวลาในการทอด (X2) ที่ 25, 30 และ 35 min และเวลาที่ใช้เหวี่ยงลดปริมาณน้้ามันใน 2012 and Assawarachan, 2018) การหาสภาวะที่เหมาะสมด้วยวิธีการพื้นผิวตอบสนอง สภาวะสุ ญ ญากาศ (X3) ที่ 20, 30 และ 40 min ตามล้ า ดั บ (response surface methodology, RSM) และการออกแบบ ทุ ก สภาวะของการทดลองใช้ ค วามดัน สุญ ญากาศที่ -650 ถึ ง การทดลองแบบบ็อกซ์-เบ็ห์นเกน (Box-Behnken design, BBD) -700 mmHg และใช้ระบบ PID-controller ส้าหรับการควบคุม เป็ น วิ ธี ห นึ่ ง ที่ นิ ย มใช้ เ พื่ อ ศึ ก ษาความสั ม พั น ธ์ ข องเงื่ อ นไข อุณหภูมิของหัวเผาที่ใช้หลักการให้ความร้อนด้วย LPG

13


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

Figure 1 Schematic of laboratory of vacuum frying (1) Vacuum Frying chamber 1 (2) Pasteurization (3) Solisnoid valve (4) Burner (5) Filter (6) Pipe (7) Vacuum Frying chamber (8) Liquid ring vacuum pump 3 HP (9) Water tank (10) Cooling tower 2.3 การวิเคราะห์ปริมาณน้้ามันทีเ่ หลือ การวิ เ คราะห์ ป ริ ม าณไขมั น ด้ ว ยวิ ธี โ ดยตรง ( Direct extraction methods) เป็นวิธีการสกัดโดยตรงด้วยตัวท้าละลาย อินทรีย์ต่างๆ โดยทั่วไปส่วนประกอบที่เป็นไขมันในอาหารเป็น สารประกอบสกัดออกได้ด้วยตัวท้าละลายปิโตรเลียมอีเทอร์ และ ไดเอทธิลอีเทอร์ วัดปริมาณไขมันที่หลงเหลือด้วยเครื่องวิเคราะห์ ไ ข มั น Tecator soxtec system, HT model 1043

extraction unit, Netherland 2.4 การวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพ การวัดความชื้นสุดท้าย ปริมาณน้้าอิสระ และค่าสีของ ผลิตภัณฑ์ด้วยเครื่องวัดความชื้นอัตโนมัติ (Moisture Analyzer, Ohaus Model: MB 45, United States of America), เครื่ อ ง Water activity meter, AquaLab รุ่น 3TE, United States of America) และค่ า สี ใ นระบบ CIE-L*a*b* ด้ ว ยเครื่ อ ง CR-400 chroma meter (Model: Konica Minolta; Japan) แ ล ะ วั ด สมบั ติ ท างเนื้ อ สั ม ผั ส ด้ ว ยเครื่ อ ง Texture analyzer (Stable Micro System model: TA.xt. Plus) ชนิดของหัววัด P/50 ด้วย

14

เทคนิ ค การกดแบบครั้ ง เดี ย ว (Return to start) test speed เท่ากับ 10 mm sec-1 และ Distance เท่ากับ 2.0 mm. 2.5 การวิเคราะห์ทางสถิติ การวิ เ คราะห์ สถิ ติเพื่ อ หาสภาวะที่ เ หมาะสมด้ว ยวิ ธี การพื้นผิว ตอบสนอง และการออกแบบการทดลองแบบบ็อกซ์ -เบ็ห์นเกน โดยใช้โปรแกรม Design-Expert 7.0 version 3. ผลและวิจารณ์ การหาสภาวะที่เหมาะสมของมะม่วงแผ่น กรอบด้ ว ย เทคนิคการทอดสุญญากาศต่อปริมาณน้้ามันที่เหลือในมะม่วงแผ่น กรอบด้ ว ยการวิเ คราะห์ด้ วยวิ ธีก ารพื้ นผิ วตอบสนอง ด้ ว ยการ ออกแบบการทดลองแบบบ็อกซ์-เบ็ห์นเกน เป็นวิธีหนึ่งที่นิยมใช้ เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ของเงื่อนไขกระบวนการผลิตและเงื่อนไข ในการผลิ ต เพื่ อ หาสภาวะการแปรรู ป ด้ ว ยการออกแบบการ ทดลองทางสถิติเพื่อเป็นข้อมูลพื้นฐานอันได้แก่ อุณหภูมิในการ ทอด (X1) เวลาในการทอดสุญญากาศ (X2) และเวลาในการเหวี่ยง ลดปริ ม าณน้้ า มั น ในระบบสุ ญ ญากาศ (X3) ผลการวิ เ คราะห์ ปริมาณน้้ามันที่เหลือในมะม่วงแผ่นกรอบพบว่า มีปริมาณน้้ามัน


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 11.08-19.23 g/100 g ผลของอุ ณ หภู มิ ใ นการทอดต่ อ ปริ ม าณ น้้ามันที่เหลือในมะม่วงแผ่นกรอบ พบว่าการทอดที่อุณหภูมิ ที่ 75 o C มีปริมาณน้้ามันที่เหลือในผลิตภัณฑ์มะม่วงแผ่นกรอบ เท่ากับ 17.46 - 19.23 g/100 g เนื่องจากการทอดที่อุณหภูต่้านั้นส่งผล ต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเซลล์ของเนื้อมะม่วง และการแพร่ ของน้้าในเซลล์ชั้นในของเนื้อมะม่วงแผ่นด้วยอัตราการไหล และ เกิดลักษณะโพรงขนาดใหญ่เมื่อเนื้อมะม่วงเกิดการเปลี่ยนแปลง จนแห้งในขณะที่เวลาในการทอดสุญญากาศ (X2) และเวลาในการ เหวี่ยงลดปริมาณน้้ามัน (X3) ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยส้าคัญที่ การทอดที่ อุ ณ หภู มิ ที่ 75 oC ผลการศึ ก ษาปริ ม าณน้้ า มั น ที่ หลงเหลื อ ในมะม่ ว งแผ่ น กรอบที่ อุ ณ หภู มิ ที่ 95 oC พบว่ า มี ปริ ม าณไขมัน หลงเหลื อในผลิต ภัณฑ์ม ะม่ว งแผ่น กรอบเท่ากับ

15.45- 17.64 g/100 g ซึ่งมีปริมาณไขมันหลงเหลือน้อยกว่าการ ทอดที่อุณหภูมิที่ 75 oC และไม่มีผลกระทบของเวลาในการทอด สุญญากาศ (X2) และเวลาในการเหวี่ยงลดปริมาณน้้ามัน (X3) เช่ น เดี ย วกั น ทั้ ง นี้ ก ารทอดเนื้ อ มะม่ ว งกรอบด้ ว ยการทอด สุญญากาศที่อุณหภูมิสูงนั้นส่งผลให้อัตราการถ่ายเทมวลความชื้น ในเนื้อมะม่วงแผ่นมากขึ้ น และส่งผลให้โพรงภายในเนื้อมะม่วง แผ่นลดลง แต่ผลการที่เนื้อมะม่วงได้รับอุณหภูมิมากเกินไปส่งผล ให้เนื้อเยื่อภายในเกิดการแข็งและยุบตัวเป็นลักษณะหลุมจ้านวน มากส่งผลให้เกิด สอดคล้องรายงานวิจัยของ Yamsaengsung et al., (2011) ดังนั้นอุณหภูมิที่เหมาะสมในการทอดมะม่วงแผ่น กรอบด้วยการทอดสุญญากาศนั้นที่อุณหภูมิ เท่ากับ 85 oC ซึ่งมี ปริมาณไขมันเหลือเท่ากับ 11.08 - 15.33 g/100 g

Table 1 Optimisation method parameters for box–behnken experimental design and results for oil content of crispy mango chip Frying temperature Frying time centrifugal time oil uptake (g/100 g) No. (X1) (X2) (X3) (Y) 1 75 (-1) 25 (-1) 30 ( 0) 18.69 2 95 ( 1) 25 (-1) 30 ( 0) 17.64 3 75 (-1) 35 ( 1) 30 ( 0) 17.46 4 95 ( 1) 35 ( 1) 30 ( 0) 15.45 5 75 (-1) 30 ( 0) 20 (-1) 18.21 6 95 ( 1) 30 ( 0) 20 (-1) 17.34 7 75 (-1) 30 ( 0) 40 ( 1) 19.23 8 95 ( 1) 30 ( 0) 40 ( 1) 16.86 9 85 ( 0) 25 (-1) 20 (-1) 12.06 10 85 ( 0) 35 ( 1) 20 (-1) 15.33 11 85 ( 0) 25 (-1) 40 ( 1) 12.57 12 85 ( 0) 35 ( 1) 40 ( 1) 14.37 a 13 85 ( 0) 30 ( 0) 30 ( 0) 11.28 14a 85 ( 0) 30 ( 0) 30 ( 0) 11.98 a 15 85 ( 0) 30 ( 0) 30 ( 0) 11.08 Note: a central point Figure 2 แสดงพื้นผิวตอบสนองในรูปแบบของกราฟ 3 ร่างของพื้นผิวตอบสนอง ผลการทดลองพบว่าการเพิ่มอุณหภูมิ มิ ติ (3D plot) และกราฟเส้ น โครงร่ า งของพื้ น ผิ ว ตอบสนอง ของการทอดเป็นปัจจัยที่มีผลต่อมะม่วงแผ่นกรอบด้วยเทคนิค (Contour plot) ซึ่ ง แสดงถึ ง ความสั ม พั น ธ์ ข องปั จ จั ย ระหว่ า ง ทอดสุญญากาศที่แตกต่างกันอย่างมีนัยส้าคัญ สามารถวิเคราะห์ อุณหภูมิ (X1) เวลาในการทอด (X2) และเวลาในการเหวี่ยงลด สมการแสดงความสั ม พั น ธ์ ร ะหว่ า งปั จ จั ย X1 , X2 และ X3 มี ปริมาณน้้ามัน (X3) ต่อปริมาณน้้ามันที่เหลือในมะม่วงแผ่นกรอบ สมการความสัมพันธ์ Y1 = 11.33 -0.79X1 +0.21X2 +0.011X3 ด้วยเทคนิคการทอดสุญญากาศโดยเป็นการแสดงความสัมพันธ์ 0.24X1X2 -0.38X1X3 – 0.37 X2X3 + 5.15X12 + 0.82X22 + ของพื้นผิวตอบสนองในรูปแบบของกราฟ 3D และกราฟเส้นโครง

15


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1.42X32 โ ด ย แ บ บ จ้ า ล อ ง ที่ ส ร้ า ง ขึ้ น มี ร ะ ดั บ นั ย ส้ า คั ญ (p <0.05) และมีค่าสัมประสิทธิ์การถดถอย (R2) เท่ากับ 0.9827 ผลการวิเคราะห์แสดงการก้าหนดช่วงของแต่ละปัจจัยกับค่าการ ตอบสนองที่ น้ า มาใช้ เ พื่ อ หาสภาวะที่ เ หมาะสมในการแปรรู ป

มะม่วงแผ่นกรอบด้วยการทอดสุญญากาศ เมื่อน้าช่วงของค่าการ ตอบสนองทุกค่ามาท้าการหาสภาวะที่เหมาะสม เพื่อหาค่าปัจจัย ที่ให้ค่าการตอบสนองดีที่สุด

(a)

(b)

(c)

(d)

1

(e) (f) Figure 2 Response surface diagrams and contour plot for oil content of crispy mango chip: (a, b) Effect of frying temperature and frying time; (c, d) Effect of frying time and centrifuging time; (e, f) centrifuging time and frying temperature

16


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ผลการวิเคราะห์แสดงการก้าหนดช่วงของแต่ละปัจจัยกับค่าการ ตอบสนองที่ น้ า มาใช้ เ พื่ อ หาสภาวะที่ เ หมาะสมในการแปรรู ป มะม่วงแผ่นกรอบด้วยการทอดสุญญากาศ เมื่อน้าช่วงของค่าการ ตอบสนองทุกค่ามาท้าการหาสภาวะที่เหมาะสม เพื่อหาค่าปัจจัย ที่ให้ค่าการตอบสนองดีที่สุด การวิเคราะห์สามารถสรุปผลได้ จากผลการวิเคราะห์ สภาวะที่เหมาะสมของการแปรรูป มะม่วง แผ่นกรอบ ด้วยการออกแบบการทดลองแบบบ็อกซ์ -เบ็ห์ นเกน (Box-Behnken design, BBD) ด้าเนินการแปรรูปผลิตผลิตภัณฑ์ มะม่วงแผ่นทอดกรอบสุญญากาศที่อุณหภูมิเท่ากับ 86.4 oC เวลา ในการทอดเท่ากับ 31.5 min และเวลาที่ใ ช้เหวี่ยงลดปริ ม าณ น้้ามันเท่ากับ 30 min จากนั้นน้าไปบรรจุด้วยถุงอลูมิเนียมฟอยล์ ขนาด 14x22 cm2 และปิดผนึกด้วยระบบเติมก๊าซ N2 จากนั้น น้าไปตรวจวิเคราะห์หาคุณลักษณะและสมบัติทางกายภาพ ได้แก่ ค่าความชื้นสุดท้าย ปริมาณน้้าอิสระ ปริมาณไขมันหลงเหลือ ค่าสี ในระบบ CIE L*, a*, b* และการทดสอบทางกลของเนื้อสัมผัส มีรายละเอียดตาม Table 3

(X2) และเวลาที่ใช้เหวี่ยงลดปริมาณน้้ามัน (X3) มีรูปแบบสมการ โพลิโนเมียมก้าลังสองที่ใช้ในการท้านายปริมาณน้้ามันที่เหลือใน มะม่วงแผ่นกรอบ โดยสภาวะที่เหมาะสมของการแปรรูป มะม่วง แผ่นกรอบ คืออุณหภูมิเท่ากับ 86.4 oC เวลาในการทอดเท่ากับ 31.5 min และเวลาที่ใช้เหวี่ยงลดปริมาณน้้ามันเท่ากับ 30 min เป็นสภาวะที่มีปริมาณน้้ามันเหลือในผลิตภัณฑ์น้อยที่สุดเท่ากับ 11.33±0.39 mg/100 g

Table 3 Characteristic and quality of crispy mango chip Characteristic Value Final moisture content %(w.b.) 5.14±0.92 Water activity 3.15±0.73 Oil content (mg/100 g) 11.33±0.39 L*-value 40.86±1.67 b*-value 6.52.07 a*-value 15.56±0.86 Hardness (N) 94.93±34.21 Linear distance (N/s) 70.61±32.46 Count peak (time) 304.4±77.52 ( M±SD, n=3)

3 เอกสารอ้างอิง Assawarachan, R. 2018. Emerging technologies of thermal and non thermal for food processing. Chiangmai: Offece of academic administration and development maejo university press. (in Thai) Chailungka, N. and Asssawarachan, R. 2015. The Study of Optimum Conditions for Hot Air Drying of Spirogyra sp. Using Response Surface Methodology. Thai Society of Agricultural Engineering Journal (2): 16-24. (in Thai) Inprasit, C. 2012. Vacuum Frying for Food. Faculty of Engineering at Kamphaeng Saen Kasetsart University. 100 page. (in Thai) Yamsaengsung, R, Thaworn, A and Kulchanat, P. 2011. Effects of vacuum frying on structural changes of bananas. Journal of Food Engineering 106: 298–305.

2 สรุป สภาวะที่เหมาะสมการแปรรูปมะม่วงแผ่นกรอบด้วยเทคนิค พื้นที่ผิวตอบสนองด้วยวิธีแบบบ็อกซ์-เบ็ห์นเกนเพื่อศึกษาสภาวะ ที่เหมาะสมของปัจจัยคืออุณหภูมิการทอด (X1) เวลาในการทอด

กิตติกรรมประกาศ รายงานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุน ทุนวิจัย คณะวิศวกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ประจ้าปีการศึกษาพ.ศ. 2560 และได้ รั บ ความอนุ เ คราะห์ เ ครื่ อ งทอดสุ ญ ญากาศ ใน โครงการเรื่องการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการผลิต ล้าไยทอดกรอบอบแห้ งด้ว ยเทคนิค การทอดสุญญากาศ (รหัส โครงการ CRP5805020370) ซึ่ ง รั บ เงิ น ทุ น สนั บ สนุ น จาก ส้านักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน)

17


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia 0B

1B

2B

3B

การพัฒนาเครื่องวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของผลิตผลเกษตรกึ่งอัตโนมัติเพื่อการสอนและการวิจัย Development of Semiautomatic Static Friction Coefficient Tester of Agricultural Product for Teaching and Research ธนวันต์ ไม้ชุน1, เจษฎา อู่สุวรรณ1, วัชระ ทรัพย์เย็น1, สุรเชษฐปกรณ์ พรมภักดี3, รวิภัทร ลาภเจริญสุข1,2* Thanawan Maichun1, Jetsada Usuwan1, Wachara Sapyen1 and Surachetpakorn Prompakdee3 P

P

P

Ravipat Lapcharoensuk1,2* 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร P

P

คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, กรุงเทพมหานคร, 10520

1Department of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, Thailand, P

P

10520. 2ห้องปฏิบัติการวิจัยและพัฒนานวัตกรรมหลังการเก็บเกี่ยว ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหาร ลาดกระบัง, กรุงเทพมหานคร, 10520 2Post Harvest Innovation Research and Development Laboratory, Department of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, Thailand, 10520. 3คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, กรุงเทพมหานคร, 10520 3Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, Thailand, 10520. *Corresponding author: Tel: +66-8-4433-1156, Fax: +66-23-298-336, E-mail: ravipat.la@kmitl.ac.th P

P

P

P

บทคัดย่อ งานวิ จั ย นี้ มี วั ต ถุ ป ระสงค์ เ พื่ อ พั ฒ นาเครื่ อ งวั ด สั ม ประสิ ท ธิ์ แ รงเสี ย ดทานสถิ ต ของผลิ ต ผลเกษตรแบบกึ่ ง อั ต โนมั ติ โดย ไมโครคอนโทรลเลอร์ทาหน้าที่ควบคุมการทางานของอุปกรณ์ต่างๆ ของเครื่องมือวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต เซอร์โวมอเตอร์ถูก ใช้ในการหมุนแผ่นทดสอบเพื่อวัดมุมเสียดทานสถิต จอแสดงผล LCD ชนิด keypad shield ใช้แสดงมุมและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน สถิตที่ได้ ในงานวิจัยนี้ผลของชนิดวัสดุแผ่นทดสอบต่อสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของตัวอย่างธัญพืชแต่ละชนิด ได้ถูกศึกษา โดย ตัวอย่างเมล็ดธัญพืช ได้แก่ ถั่วเหลือง ถั่วเขียว ถั่วแดง ถั่วดา ถั่วลิสง ลูกเดือย พริกไทย ข้าว เมล็ดเจีย และควินัว ถูกรวบรวมมาจาก ท้องตลาด ตัวอย่างธัญพืชถูกนามาศึกษาความหนาแน่นรวม ความถ่วงจาเพาะ และปริมาณความชื้นเพื่อ เป็นข้อมูลอ้างอิง ทดสอบ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตกระทาบนแผ่นทดสอบวัสดุแตกต่างกัน 5 ชนิด ได้แก่ ไม้อัด ยาง เหล็ก สแตนเลส และอลูมิเนียม ผลการ ทดลองแสดงให้เห็นว่าชนิดวัสดุแผ่นทดสอบมีผลต่อสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของธัญพืชแต่ละชนิด อย่างมีนัยสาคัญทางสถิติ เครื่องวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของผลิตผลเกษตรแบบกึ่งอัตโนมัติถูกพัฒนาขึ้นนีม้ ีราคาถูก มีความถูกต้องและแม่นยา สามารถ นาไปใช้สาหรับการสอนและการวิจัยได้ต่อไป คาสาคัญ: สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน, ผลิตผลเกษตร, สมบัติเชิงกล, ไมโครคอนโทรลเลอร์ Abstract This research aims to develop the semiautomatic static friction coefficient tester of an agricultural product. A microcontroller was used to control devices of semiautomatic static friction coefficient tester. A servo motor was used to drive the tested plate for measuring an angle of static friction. A keypad shield LCD display was applied to show the value of angle of static friction and static friction coefficient. In this research, the effect of difference tested plate material on the static friction coefficient of cereal was studied. Cereal samples consisted of Soybean, Mung bean, Kidney bean, Vigna mungo, Peanut, Job's tears, Pepper, Rice, Chia seed and Quinoa which were collected form market. The cereal sample was studied the bulk- density, specific gravity and moisture content what is reference information of each sample. The coefficient of static friction testing was practiced on 5 different types of a tested plate which is plywood, rubber, steel, stainless steel, and aluminum. The results showed that

18


different types of tested plate affected significantly to the static friction coefficient of cereal. The semiautomatic static friction coefficient tester of agricultural product is inexpensive, accuracy and precision which can apply for teaching and research. Keywords: Coefficient of static friction, Agricultural product, Mechanical properties, Microcontroller 1 บทนา สั ม ประสิ ท ธิ์ ค วามเสี ย ดทานสถิ ต (Coefficient of static friction) เป็นสมบัติ เชิงกลของวัสดุทางการเกษตรในรูปแบบตัว แปรไร้ มิ ติ (Su and Ahmed, 2017) ที่ มี ค วามส าคั ญ ในการ ออกแบบเครื่องจักรกลทางด้านการเกษตรที่สาคัญอย่างหนึ่ง ทั้ง เครื่องจักรกลสาหรับแปรรูป อุปกรณ์ขนถ่ายวัสดุ อุปกรณ์คัดแยก และไซโลเก็บรักษาเมล็ดธัญพืช เป็นต้น มีปัจจัยหลายประการที่ ส่งผลต่อสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตของผลิตผลเกษตร ได้แก่ ชนิ ด ของผลิ ต ผลเกษตร หน้ า สั ม ผั ส ที่ ผ ลิ ต ผลเคลื่ อ นที่ (Blau, 2001) ความชื้นของผลิตผลเกษตร จากงานวิจัยของ Kaliniewicz (2013) ได้ทดลองหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเมล็ดข้าวสาลี เมล็ดข้าวบาร์เลย์ เมล็ดข้าวโอ๊ต และข้าวทริทิเคลี โดยทดสอบที่ละ เมล็ด ผลการทดลองรายงานว่าลักษณะพื้นผิวของหน้าสัมผัสมีผล ต่อสมบัติทางแรงเสียดทาน ดังนั้นก่อนการออกแบบเครื่องจักรกล เกษตรจึงต้องศึกษาสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตเพื่อเป็นข้อมูล อ้า งอิ งก่อ นในอัน ดั บ แรก นอกจากนั้ น การทดสอบสั มประสิ ท ธิ์ ความเสียดทานสถิต เป็นหัวข้อหนึ่งที่ถูกบรรจุไว้ในการเรียนการ สอนหลั ก สู ต รที่ เ กี่ ย วข้ อ งกั บ วิ ศ วกรรมเกษตร จึ ง เห็ น ได้ ว่ า สัม ประสิ ทธิ์ ค วามเสีย ดทานสถิต ถือ เป็น หนึ่ ง สมบั ติ ของผลิต ผล เกษตรทีส่ าคัญเป็นอย่างมาก ปัจจุบันการวัดสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตอย่างง่ายและ นิยมใช้ในการสอนคือการทดลองด้วยเครื่องวัดทีม่ ีแผ่นทดสอบจาก วัสดุต่างๆ กัน เช่น แผ่นไม้ ยาง แผ่นอะคริลิก และอลูมิเนียม เป็น ต้น การทดสอบทาโดยวางวัสดุ วางบนแผ่นทดสอบโดยผู้ทดสอบ ยกแผ่นทดสอบให้เอียงจนวัสดุเกษตรไถลลงอย่างอิสระ แล้วอ่าน ค่ า มุ ม ที่ วั ส ดุ เ กษตรเริ่ ม ไหลด้ ว ยไม้ ค รึ่ ง วงกลม (protractor) รูปแบบการทางานของเครื่องวัดชนิดนี้ต้องใช้สายตาของผู้วัดใน การอ่ า นค่ า มุ ม ที่ วั ส ดุ เ ริ่ ม เคลื่ อ นที่ ซึ่ งเรี ย กว่ า มุ ม เสี ย ดทานสถิ ต (Angle of static friction) ( Grochowicz, 1 9 9 4 ; Jouki and Khazaei, 2 0 1 2 ; Kabas et al., 2 0 0 7 ; Riyahi et al., 2 0 1 1 ; Kaliniewicz, 2013). ปัญหาที่เกิดขึ้นสาหรับวิธีการทดสอบข้างต้น คือความคาดเคลื่อนจากผู้ทดสอบที่จะส่งผลให้ค่ามุมที่อ่านได้อาจ ไม่ถูกต้องและแม่นยา สาหรับเครื่องวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน สถิตที่มีจาหน่ายในท้องตลาดในปัจจุบันเป็นเครื่องมือที่นาเข้าจาก ต่างประเทศและมีราคาสูง การทางานของเครื่องวัดนั้นจะใช้ระบบ ควบคุม ประมวลผล และการแสดงผลในรูปแบบดิจิตอลซึ่งจะให้ ความแม่นยาและถูกต้องสูงกว่าเครื่องวัดในแบบแรก ดังนั้นหากมี การพัฒนาเครื่องวัดที่สามารถทางานได้เช่นเดียวกับเครื่องวัดที่ขาย ตามท้องตลาด ให้ผลการวัดที่ถูกต้องและแม่นยา อีกทั้งมีราคาที่

ถูกกว่าท้องตลาดจะสามารถส่งเสริมการเรียนการสอนและการวิจยั ที่จาเป็นต้องทดสอบสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิตเป็นอย่างมาก ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอุปกรณ์ที่เข้ามามีบทบาทสาคัญใน งานด้านเครื่องมือวัดทางการเกษตรอย่างมาก ไมโครคอนโทรเลอร์ เป็นอุปกรณ์ควบคุมขนาดเล็กซึ่งบรรจุความสามารถที่คล้ายคลึงกับ ระบบคอมพิวเตอร์ ผู้ใช้งานสามารถเขียนคาสั่งเพื่อใช้ควบคุมการ ทางานของภาครับสัญญาณและภาคแสดงผลให้ทางานตามความ ต้องได้ ดังนั้นหากนาไมโครคอนโทรลเลอร์ พัฒนาเครื่องวัดโดยใช้ ควบคุมการทางานของเซอร์โวมอเตอร์ซึ่งเป็นมอเตอร์ ที่สามารถ ควบคุมมุมในการหมุนพร้อมทั้งส่งสัญญาณตาแหน่งมุมที่เคลื่อนที่ ไปมาประมวลผลเป็นค่ามุม และแสดงผลผ่านจอ liquid crystal display (LCD) ดังนั้นงานวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาอุปกรณ์ทดสอบ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต และศึกษาผลของพื้นผิวทดสอบต่อ มุมและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของเมล็ดธัญพืชชนิดต่างๆ 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 เครื่องวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต อุปกรณ์วัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดั ง นี้ 1) ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Uno r3, Arduino, Italy) ท า หน้าที่ควบคุมการทางานของเครื่องมือวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียด ทานสถิต 2) เซอร์โวมอเตอร์ (MG995, Tower pro, Taiwan) ใช้ เป็นต้นกาลังในการหมุนแผ่นทดสอบเพื่อหามุมเสียดทานสถิต 3) จอแส ด งผ ล LCD ชนิ ด keypad shield ใช้ แ ส ดงมุ มแ ล ะ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตที่ได้ 4) แผ่นทดสอบที่ใช้ในการ ทดสอบแสดงมุม และสัม ประสิท ธิ์แรงเสียดทานสถิต Figure 1 แสดงเครื่องวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

Figure 1 Semiautomatic Static Friction Coefficient Tester. จาก Figure 2 อธิ บ ายการควบคุ ม การท างานของเซอร์ โ ว มอเตอร์ ส าหรั บ เครื่ อ งวั ด สั ม ประสิ ท ธิ์ แ รงเสี ย ดทานสถิ ต ที่ พัฒนาขึ้น โดยจอแสดงผล LCD keypad shield มีฟังก์ชันสวิตซ์

19


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ติดตั้งมาเพือ่ ใช้งานในการควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ ด้วย ดังนั้นในการ พัฒนาชุดคาสั่งในการควบคุมการทางานของเซอร์โวมอเตอร์ มี ลาดับการทางานคือเมื่อกดสวิตซ์ RIGHT ระดับมุมของมอเตอร์ เซอร์โวจะเพิ่มขึ้นครั้งละ 1  ในทางตรงกันข้ามเมื่อกดสวิตซ์ LEFT ระดับมุมของมอเตอร์เซอร์โวลดลงครั้งละ 1 นามุมที่อ่าน ได้ไปคานวณหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตจาก P

P

(1)

μs = tan 𝜃

โดยที่ μs คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต และ θ คือมุม เสียดทานสถิต หากกดสวิตซ์ Reset เป็นการเริ่มทางานใหม่ของ เครื่องมือวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต สาหรับต้น ทุนในการพัฒนาเครื่องวัดสั มประสิทธิ์ แรงเสีย ด ทานสถิ ต ของผลิ ต ผลเกษตรกึ่ งอั ต โนมั ติ แสดงใน Table 1 ซึ่ ง ราคาต้นทุนของเครื่องมีราคาเพียง 1965 บาท ถือว่ามีราคาที่ถูก มากหากเทียบกับราคาเครื่องมือวัดที่มีขายตามท้องตลาดซึ่งมี ราคาประมาณ 50,000-70,000 บาท (Alibaba, 2018) 2.2 การปรับเทียบมุมที่อ่านได้จากเซอร์โวมอเตอร์ เนื่องจากค่ามุมที่ได้ออกมาจากเซอร์โวมอเตอร์มีค่าไม่ตรงกับ มุม ของแผ่น ทดสอบที่ท ากับ แนวระนาบของพื้ น ดั งนั้ น จึงต้ อ ง ปรับเทียบค่ามุมที่ได้ออกมาจากเซอร์โวมอเตอร์ กับฉากวัดองศา ครึ่งวงกลม (Protractor) ความละเอียดในการทดสอบที่ 2 ช่วง ในการทดสอบมุมของเซอร์โวมอเตอร์ตั้งแต่ 0 จนถึง 45 P

P

P

P

P

P

2.3 การทดสอบสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของธัญพืช ตัวอย่างธัญพืชที่ใช้ในการวิจัยนี้มีทั้งสิ้น 10 ชนิด ได้แก่ ถั่วเหลือง (Soybean) ถั่วเขียว (Mung bean) ถั่วแดง (Kidney bean) ถั่วดา (Vigna mungo) ถั่วลิสง (Peanut) ลูกเดือย (Job's tears) พริกไทย (Pepper) ข้าว (Rice) เมล็ดเจีย (Chia seed) และควินัว (Quinoa) ถูกรวบรวมมา จากท้องตลาดและห้างสรรพสินค้าและส่งเข้าสู่ห้องปฏิบัติการวิจัยและ พั ฒ นานวั ต กรรมหลั ง การเก็ บ เกี่ ย ว (Post Harvest Innovation Research and Development Laboratory, PHINNOVA) โดยตัวอย่าง ทั้งหมดถู กน ามาวิเคราะห์ ความหนาแน่ นรวม (Bulk- density) ความ ถ่วงจาเพาะ (Specific gravity) ความชื้น (Moisture content) เพื่อ เป็นข้อมูลอ้างอิงก่อนการนาไปศึกษาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตบน พื้นผิวต่างๆ การหาความหนาแน่นรวมทดสอบโดยนาตัวอย่างธัญพืชบรรจุลงใน กระบอกตวง (Cylinder) ที่ปริมาตร 50 ml จนปริมาณของเมล็ดธัญพืชมี ปริมาตรเท่ากับ 50 ml และนาตัวอย่างธัญพืชไปชั่ งเพื่อหามวลด้วย เครื่องชั่งอิเล็กโทรนิกส์ (Mettler-Toledo, ML204, Thailand) ตัวอย่าง ธัญพืชแต่ละชนิดถูกทาการทดลองทั้งหมด 3 ซ้า และนามาหาค่าเฉลี่ย โดยความหนาแน่นรวมสามารถหาได้จากสูตรคานวณ ρ=

m

(2)

v

โดยที่ ρ คื อ ความหนาแน่ น รวม (g cm-3) m คื อ มวลของ ตัวอย่างธัญพืช (g) และ v คือ ปริมาตรกระบอกตวง (Cylinder) ขนาด 50 ml เมื่อทราบค่าความหนาแน่นรวมจะสามารถหาค่า ความถ่วงจาเพาะได้จากสูตรคานวณดังนี้ P

SG=

P

ρsubstance

(3)

ρH O 2

โดยที่ SG คื อ ความถ่ ว งจ าเพาะ ρsubstance คื อ ความ หนาแน่นของสสาร (g cm-3) ρH2O คือความหนาแน่นของน้ามีค่า เท่ากับ 1000 g cm-3 ตัวอย่างธัญพืชถูกนามาหาค่าความชื้นตามวิธี วิธีวัดทางตรง (Direct Methods) ตามมาตรฐาน AOAC (2000) ตัวอย่างธัญพืช แต่ ล ะชนิ ด ถู ก น าไปอบที่ อุ ณ หภู มิ 105°C โดยทุ ก ๆ 3 ชั่ ว โมง ตัวอย่างจะนามาชั่งน้าหนักและอบจนกว่าน้าหนักของตัวอย่างจะ คงที่ น้าหนักของตัวอย่างเริ่มต้นที่ใช้เท่ากับ 3 g โดยแต่ละชนิด ทาการทดลอง 3 ซ้ าและหาค่ า เฉลี่ ย โดยปริ มาณความชื้ น ถู ก รายงานเป็นปริมาณความชื้นฐานเปียก (Wet basis) โดยสูตรการ คานวณดังนี้ P

P

P

Figure 2 Algorithm flow chart of controlled servo motor of semiautomatic static friction coefficient tester. Table 1 Cost of semiautomatic static friction coefficient tester. Materials and equipment Price (Baht) Microcontroller 870 Servo motor MG995 tower pro 230 LCD keypad shield 130 Tested plate of 5 plates 235 Other 500 Total 1965

20

MC =

(Ww -Wd ) Ww

×100

(4)

โดยที่ MC ปริมาณความชื้นของตัวอย่างธัญพืช (%wb) W w น้ าหนั ก ของตั ว อย่ า งธั ญ พื ช ก่ อ นการอบ (g) W d น้ าหนั ก ของ ตัวอย่างธัญพืชหลังการอบจนน้าหนักคงที่ (g) R

R

R

R


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 การทดลองหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตในงานวิจัยนี้ใช้ แผ่ น ทดสอบจากวั ส ดุ 5 ชนิ ด ได้ แ ก่ ไม้ อั ด (Plywood) ยาง (Rubber) เหล็ ก (Steel) สแตนเลส (Stainless steel) และ อลูมิเนียม (Aluminum) โดยนาตัวอย่างธัญพืชทั้ง 10 ชนิดมา ทดลองกับเครื่องที่ถูกพัฒนาขึ้น ในแต่ละครั้งเมล็ดธัญพืชละถูก บรรจุลงในท่อทรงกระบองผนังบาง (เส้นผ่านศูนย์กลาง 70 mm สู ง 39 mm หนา 1.7 mm) กดสวิ ต ซ์ ใ ห้ เ ครื่ อ งวั ด ท างาน เมื่ อ ตั ว อย่ า งเริ่ ม เคลื่ อ นที่ ค่ า มุ ม เสี ย ดทานสถิ ต ถู ก แสดงบนหน้ า จอแสดงผล ตัวอย่างธัญพืชแต่ละชนิดถูกทดสอบทั้งหมด 10 ซ้า และหาค่ า เฉลี่ ย น าค่ า เฉลี่ ย ของมุ ม เสี ย ดทานสถิ ต ไปหาค่ า สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่อไป 2.4 การวิเคราะห์ผลของชนิดแผ่นทดสอบต่อสัมประสิทธิ์แรง เสียดทานสถิตของตัวอย่างธัญพืชแต่ละชนิด การทดลองถู ก วางแผนแบบสุ่ ม ตลอด (Completely Randomize Design, CRD) โดยกาหนดให้ชนิดแผ่นทดสอบทั้ง 5 ชนิด เป็นปัจจัยหลักในการทดลอง โดยตัวอย่างธัญพืชแต่ละ ชนิดถูกทดสอบหาสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต ทั้งหมด 10 ซ้า ค่าเฉลี่ยถูกเปรียบเทียบความแปรปรวนแบบ 1 ทาง (One-way ANOVA) ด้ ว ย วิ ธี Duncan’s new multiple range test (DMRT) ที่ระดับความเชื่อมั่น 95% 3 ผลและวิจารณ์ ผลการปรับเทียบมุม ที่อ่านได้ จากเซอร์ โวมอเตอร์ แ สดงใน Figure 3 สมการการสอบเทียบที่ได้แสดงในสมการ (3) ซึ่งให้ผล ค่า R2 = 0.995 สมการนี้จะถูกนาไปใช้ในการแปลงค่ามุมที่ รับ สัญญาณจากเซอร์โวมอเตอร์มาคานวณเป็นมุมที่แผ่นทดสอบยก ตัวทามุมกับพื้นระนาบ P

P

Y = 1.3709X + 2.2643

(5)

โดยที่ X คือค่ามุมที่เซอร์โวส่งออก Y คือมุมที่แผ่นทดสอบยก ตัวทามุมกับพื้นระนาบ

Figure 3 Result of calibration of servo motor angle. Table 2 Results of the mean and standard deviation of bulk-density, specific gravity and moisture content and of sample. Sample Soybean Mung bean Kidney bean Vigna mungo Peanut Job's tears Pepper Rice Chia seed Quinoa

Moisture content (%wb) 10.49±0.12 9.63±0.22 10.14±0.09 13.96±0.08 5.18±0.01 10.74±0.18 9.19±0.20 11.50±0.06 2.97±0.01 9.44±0.06

Bulk-density (g cm-3) 639.8±3.9 826.8±6.0 739.8±3.8 793.3±2.2 560.1±3.3 708.6±4.7 801.6±1.3 646.3±4.0 824.5±3.7 716.7±6.3 P

Specific gravity

P

0.640±0.004 0.827±0.006 0.740±0.004 0.793±0.002 0.560±0.004 0.709±0.005 0.802±0.001 0.646±0.004 0.825±0.004 0.717±0.006

Table 3 Result of angle of static friction and static friction coefficient of cereal sample on difference material plate tester. Angle of static friction () Stainless Plywood Steel 16.9±1.2 20.7±1.2 20.4±1.0 17.3±1.2 20.3±1.0 22.5±1.3 16.6±0.8 15.4±0.5 17.5±1.6 21.8±1.3 19.9±0.8 22.7±1.0 20.5±0.7 19.1±1.9 20.7±1.0 19.2±1.2 24.1±1.9 21.8±1.2 18.7±1.4 22.9±1.3 19.3±0.9 18.3±1.8 22.7±1.7 22.7±1.3 16.1±0.7 18.0±0.9 16.9±0.8 20.4±1.4 22.7±0.9 20.9±1.1 P

Sample Soybean Mung bean Kidney bean Vigna mungo Peanut Job's tears Pepper Rice Chia seed Quinoa

Aluminum 15.8±0.9 16.9±0.5 16.7±0.6 18.4±1.0 18.5±0.8 17.8±1.2 18.9±1.7 19.3±1.2 15.6±0.5 20.5±1.3

P

Rubber 24.3±1.4 23.5±1.4 21.6±1.4 25.7±1.2 22.5±1.4 25.8±1.5 24.5±1.0 25.6±1.2 24.7±1.1 29.0±1.0

Aluminum 0.283±0.016a 0.304±0.010a 0.300±0.012b 0.333±0.020a 0.335±0.016a 0.321±0.024a 0.342±0.033a 0.350±0.023a 0.279±0.009a 0.374±0.026a P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

Static friction coefficient Stainless Plywood Steel 0.304±0.023a 0.378±0.024b 0.372±0.020b 0.311±0.023a 0.370±0.020b 0.414±0.026c 0.298±0.015b 0.275±0.009a 0.315±0.030b c 0.400±0.027 0.362±0.017b 0.418±0.021c 0.374±0.013b 0.346±0.037a 0.378±0.020b a 0.348±0.023 0.447±0.039c 0.400±0.024b 0.338±0.028a 0.422±0.027b 0.350±0.018a a 0.331±0.035 0.418±0.035b 0.418±0.026b 0.289±0.013ab 0.325±0.017c 0.304±0.016b 0.372±0.027a 0.418±0.018b 0.382±0.023a P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

Rubber 0.452±0.030c 0.435±0.029c 0.396±0.027c 0.481±0.025d 0.477±0.029c 0.483±0.033d 0.456±0.022c 0.479±0.026c 0.460±0.023d 0.554±0.023c P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

The means that share the same latter in a column are not significantly different (p > 0.05) from each other. Table 2 แสดงเฉลี่ ยและค่ าเบี่ย งเบนมาตรฐานของความ หนาแน่นรวม ความถ่วงจาเพาะและปริมาณความชื้นในตัวอย่าง ธัญพืชทั้ง 10 ชนิด ความหนาแน่นรวมและความถ่วงจาเพาะของ ธั ญ พื ช ที่ มี ข นาดเมล็ ด ที่ เ ล็ ก จะมี ค วามหนาแน่ น รวมมากกว่ า

ธัญพืชที่มีขนาดเมล็ดที่ใหญ่กว่า จะเห็นได้ว่าเมล็ดเจียที่มีขนาด เล็กสุดมีความหนาแน่นรวม (824.5±3.7 g cm-3) ซึ่งมากกว่าถั่ว ชนิ ด ต่ า งๆ ยกเว้ น ถั่ ว เขี ย วที่ มี ค วามหนาแน่ น รวมมากที่ สุ ด (826.8±6.0 g cm-3) ปริมาณความชื้นของตัวอย่างธัญพืชมีค่า P

P

21

P

P


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ระหว่าง 2.97±0.01%wb ถึง 13.96±0.08%wb โดยเมล็ดเจียมี ปริมาณความชื้นน้อยที่สุดและปริมาณความชื้นในถั่วดามีค่ามาก ที่สุด Table 3 แสดงมุมเสียดทานสถิตและสัมประสิทธิ์แรงเสียด ทานสถิตของตัวอย่างธัญพืชที่ทดสอบบนแผ่นทดสอบต่างชนิด กัน จากตารางเห็นได้ว่ามุมเสียดทานสถิตของตัวอย่างธัญพืชทุก ชนิ ด บนแผ่ น ทดสอบวั ส ดุ ย างมี ค่ า สู ง ที่ สุ ด (21.6±1.4 29.0±1.0) และมุมเสียดทานสถิตของตัวอย่างธัญพืชทุกชนิดมี ค่ า ต่ าที่ สุ ด บนแผ่ น ทดสอบวั ส ดุ อ ลู มิ เ นี ย ม (15.6±0.5 20.5±1.3) ยกเว้นถั่วแดงซึ่งมุมเสียดทานสถิตต่าสุดเกิดขึ้นบน แผ่ น ทดสอบวั ส ดุ ไ ม้ อั ด ข้ อ มู ล นี้ ส อดคล้ อ งกั บ งานวิ จั ย ของ Kaliniewicz (2013) ที่ ร ายงานไว้ ว่ า ชนิ ด ของผิ ว สั ม ผั ส ที่ เ ป็ น โลหะจะมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตต่ากว่าวัสดุชนิดอื่น สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของถั่วเหลือง ถั่วเขียว และ ข้าวมีความแตกต่างอย่างมีนัยสาคัญทางสถิติ ตามชนิดของแผ่น ทดสอบตามลาดับจากน้อยไปมากดังนี้ อลูมิเนียม สแตนเลส ไม้ อัด เหล็ก และยาง สาหรับลูกเดือย พริกไทย เมล็ดเจียและควินัว แสดงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสาคัญ ทางสถิติ ตามลาดับจากน้อยไปมากดังนี้ อลูมิเนียม สแตนเลส เหล็ก ไม้อัด และยาง สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของตัวอย่าง ธัญพืชชนิดถั่วแดงมีค่าไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสาคัญทางสถติ บนแผ่นทดสอบวัสดุอลูมิเนียม เหล็ก และสแตนเลสซึ่งเป็นโลหะ ทั้งสิ้น ในกรณีของถั่วดาและถั่วลิสงแสดงผลค่าสัมประสิทธิ์แรง เสียดทานสถิตที่แตกต่างกันบนแผ่นทดสอบวัสดุอย่างมีนัยสาคัญ ทางสถิติตามลาดับดังนี้ อลูมิเนียม ไม้อัด สแตนเลส เหล็ก และ ยาง จากผลการทดลองข้างต้นจึงเป็นข้อมูลที่บ่งบอกว่าชนิดของ แผ่นทดสอบมีผลต่อค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของเมล็ด ธัญพืช 4 สรุป เครื่องวัดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตของผลิตผลเกษตร กึ่งอั ตโนมั ติ ที่ ถู ก พัฒ นาขึ้ น นี้ มีต้ น ทุ นไม่ เ กิน 2,000 บาทถื อ ว่ า ต้ น ทุ น ต่ ากว่ า เครื่ อ งที่ ข ายตามท้ อ งตลาด อี ก ทั้ งเมื่ อ เที ย บกั บ เครื่องวัดสาหรับการเรียนการสอนในปัจจุบันที่ใช้ไม้ครึ่งงวงกลม ในการวัดมุมถือว่าเครื่องวัดที่ถูกพัฒนาขึ้นนี้ให้ค่าที่ถูกต้องแม่นยา กว่ า และสะดวกสบายส าหรั บ ผู้ เ รี ย นและผู้ ส อนได้ ม ากกว่ า นอกจากนั้นในอนาคตยังสามารถต่อยอดสู่การพัฒนาแอพพิเคชั่น สาหรับการเรียนรู้ผ่านสมาร์ทโฟนได้อีกด้วย 5 เอกสารอ้างอิง Alibaba. 2 0 1 8 . friction coefficient tester. Available at: https://www.alibaba.com/trade/search?fsb=y&Index Area=product_en&CatId=&SearchText=friction+coef ficient+tester. Accessed on 05 December 2018. A.O.A.C. 2000. Official methods of analysis. Association of Official Analytical Chemists International. Maryland, USA. P

P

P

P

P

P

P

P

22

Blau, P. J. 2001. The significance and use of the friction coefficient. Tribology International 34(9), 585-591. Grochowicz, J. 1994. Maszyny do czyszczenia i sortowania nasion [Seed cleaning and sorting machines]. Ed. AR, Lublin (in Polish). Jouki, M., Khazaei, N. 2012. Some Physical Properties of Rice Seed (Oriza sativa). Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 4(13),18461849. Kabas, O., Yilmaz, E., Ozmerzi, A., Akinci, İ. 2007. Some physical and nutritional properties of cowpea seed (Vigna simensis L.). Journal of Food Engineering 79, 1405-1409. Kaliniewicz, Z. 2013. Analysis of frictional properties of cereal seeds. African Journal of Agricultural Research 8(45), 5611-5621. Riyahi, R., Rafiee, S., Dalvand, M.J., Keyhani, A. 2011. Some physical characteristics of pomegranate seeds and arios. Journal of Agricultural Science and Technology 7(6), 1523-1537. Su, A.S.M., Ahmed, D., 2 0 1 7 . Friction Coefficients of Selected Agricultural Soil and Agro-Products – A Review. Proceeding of the 2nd Mytribos Symposium, 19-21: Faculty of Mechanical Engineering, University of Technology Malaysia. 8 October 2017. Johor, Malaysia. P

P


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การทดสอบและพัฒนาระบบการใหน้ําในสวนลําไย Testing and Development of Irrigation System in Longan Farm เกรียงศักดิ์ นักผูก1* สถิตยพงศ รัตนคํา1 พิจิตร ศรีปนตา2และ ฉัตรสุดา เชิงอักษร3 Kiangsak Nukpook1 Satitpong Rattanakam1 Phichit Sripinta2 and Chatsuda Choengaksorn3 1 ศูนยวิจัยเกษตรวิศวกรรมเชียงใหม

กรมวิชาการเกษตร 235 หมู 3 ต.แมเหียะ อ.เมือง จ.เชียงใหม Agricultural Engineer Research Center Chiang Mai: Agricultural Engineer Research Institute: Department of Agriculture. 2 ศูนยวิจย ั เกษตรหลวงเชียงใหม สถาบันวิจัยพืชสวน กรมวิชาการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ 2 Chiangmai Royol Agricultural Research Center: Horticulture Research Institute: Department of Agriculture. 3 สํานักวิจัยและพัฒนาการเกษตร เขตที่ 1 กรมวิชาการเกษตร 225 หมู 3 ต.แมเหียะ อ.เมือง จ.เชียงใหม 3 Office of Agricultural Research and Development Region 1: Department of Agriculture. *Corresponding author: Tel: 089-2633640, Fax: 053-114119, E-mail: n_kiangsak@hotmail.com 1

บทคัดยอ การทดสอบและพัฒนาระบบการใหน้ํา ในสวนลําไย ไดดําเนินการสํารวจและรวบรวมขอมูลการใหน้ําในแปลงลําไยของ เกษตรกรในพื้นที่จังหวัดเชียงใหมและจังหวัดลําพูน จังหวัดเชียงรายไดทําการสํารวจเทานั้น สําหรับการทดสอบการใหน้ําในแปลง จํานวน 2 แปลง โดยแปลงที่ 1 ทดสอบการใหน้ําในแปลงลําไยในพื้นที่จังหวัดเชียงใหม ตนลําไยมีอายุ 3 ป เสนผานศูนยกลางทรงพุม เฉลี่ย 1.6 m ใหน้ําโดยหัวมินิสปริงเกอร แบงรอบเวรวิธีการใหน้ํา 4 วิธี ไดแก 1) ใหน้ําสัปดาหละ 1 ครั้ง เวลาใหน้ําครั้งละ 2 hr 2) ให น้ําสัปดาหละ 2 ครั้ง เวลาใหน้ําครั้งละ 1 hr 3) ใหน้ําสัปดาห 3 ครั้ง เวลาใหน้ําครั้งละ 40 min และ 4) การใหน้ําปกติที่เกษตรกร ปฏิบัติ คือ ใหน้ําสัปดาหละ 1 ครั้ง เวลาใหน้ําครั้งละ 1 hr สําหรับแปลงที่ 2 ทดสอบในจังหวัดลําพูน โดยตนลําไยมีอายุ 15 ป เสนผาน ศูนยกลางทรงพุมเฉลี่ย 3.45 m ใหน้ําสัปดาหละ 1 ครั้ง กรรมวิธีใหน้ํา 3 วิธี ไดแก 1) ใหน้ําโดยหัวมินิสปริงเกอร 3 หัวตอตน เวลาให น้ําครั้งละ 4 hr 25 min 2) ใหน้ําโดยหัวสปริงเกอร 1 หัว/ตน เวลาใหน้ําครั้งละ 2 hr 30 min และ 3) วิธีเกษตรกรใหน้ําสัปดาห 1 ครั้ง ผลการสํารวจ พบวา เกษตรกรใหน้ําตนลําไยในชวง มีนาคมถึงเมษายน โดยใหน้ําแบบทวมผิวดินรอบตนลําไยจนน้ําเต็มคันดิน โดยรอบ ทุก 7-10 วัน และผลการทดลอง พบวา วิธีการใหน้ําที่เหมาะสมที่สุด ในแปลงแรก คือ วิธีที่ 1กับวิธีที่ 2 ลําไยมีอัตราการ เจริญเติบโต ของเสนรอบโคนตน 45.9% และ 48.5% ตามลําดับ อัตราการเติบโตของทรงพุม 45.2% และ 47.8 % และในแปลงที่สอง วิธีที่ 1กับวิธีที่ 2 มีอัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบโคนตน 22.1% และ 21.9 % อัตราการเติบโตของทรงพุม 10.9% และ 10.4 % ซึ่งไมแตกตางกันในทางสถิติ คําสําคัญ: ลําไย , ระบบใหน้ํา , ทดสอบการใหน้ําลําไย Abstract A verification and developing of an irrigation system in longan farms started from conducting a survey and irrigation data collection from longan farmers followed by verification of irrigation system in the longan farms located in 3 provinces: Chiang Mai, Lamphun and Chiang Rai. Verification of an irrigation process were carried out in 2 demonstrated farms in Chiang Mai and Lamphun. In Chiang Mai, the longan trees were 3 years old with1.6 metres average diameter of canopy. There were four experimental patterns for irrigation using mini sprinkler; 1) irrigated one-time week-1 for 2 hr 2) irrigated two-times week-1 for 1 hr 3) irrigated three-times week-1 for 40 min and 4) A farmer practice, by flooding in ridge around longan base one-time week-1 for 1 hr. In Lamphun, the longan trees were 15 years old with 3.45 m of the average diameter of canopy. There were three experimental patterns for irrigation in the Lamphum longan farm; 1) irrigated by 3 mini sprinklers per tree for 4! hr and 25 min 2) irrigated by 1 sprinkler per tree for 2 hr and 30 min and 3) A farmer practice, by flooding in ridge around longan base every 7-10 days. The results revealed that the optimal irrigation methods for the longan farm in Chiang Mai were pattern 1 and 2 with the diameter growth rate, measured from the base of trees, were 45.9% and 48.5% respectively. The average diameter growth rate, measured from the canopies, of pattern one and two irrigation methods were 45.2% and 47.8%, respectively. In Lamphun, the optimal irrigation methods were patterns one and two with the diameter growth rate, measured from the base of trees, were 22.1% and 21.9% respectively. The average diameter growth

23


rate, measured from the canopies, of pattern one and two irrigation methods were 10.4% and 10.9%, respectively. The results found in the Lamphum longan farm were not statistically different. Keywords: Longan, irrigation system, longan irrigation test 1 บทนํา ลําไยเปนผลไมที่มีความสําคัญทางเศรษฐกิจชนิดหนึ่งในเขต ภาคเหนือของไทย พื้นที่ปลูกที่สําคัญ 8 จังหวัดภาคเหนือ ไดแก เชียงราย พะเยา ลําปาง ลําพูน เชียงใหม ตาก แพร และนาน มี ผลผลิตประมาณ 619,323 ตัน/ป รวมทั้งประเทศมีผลผลิตลําไย 1,027,298 ตัน/ป บริโภคภายในประเทศเพียงรอยละ 8 – 10 ของผลผลิ ต ในแต ล ะป นอกนั้ น จะส ง ออกไปต า งประเทศ คื อ อินโดนีเซีย เวียดนาม และจีนซึ่งเปนผูนําเขาลําไยรายใหญของ ไ ท ย ทั้ ง ลํ า ไ ย ส ด แ ล ะ อ บ แ ห ง ( Office of Agricultural Economics.2560) เมื่ อ พิ จ ารณาสภาพกาลในป จ จุ บั น พบว า เกิดปญหาน้ําทวมแทบทุกปในฤดูฝน แตในฤดูแลงเกษตรกรผู ปลูกลําไยในเขตภาคเหนือ ตองประสพกับภัยแลงแทบทุกๆป ทํา ใหขาดแคลนน้ําที่จะให กับ พื ชผลในช วงหนา แลง สงผลใหเกิ ด ความเสียหายกับผลผลิตทางการเกษตรรวมทั้งลําไยดวย เพราะ ยังขาดการจัดการน้ําที่เหมาะสมในสวนลําไย ตนลําไยหากไมได รับน้ําอยางสม่ําเสมอ ในสภาพแหงแลง อุณหภูมิสูง ตนลําไยขาด น้ําและไดรับน้ําในปริมาณมากทันที่ มักทําใหเกิดอาการผลลําไย แตกไดงาย รวมทั้งสงผลใหลูกลําไยมีขนาดเล็ก การใหน้ําพืชลงไป ในดิ น ที่ อ ยู ร อบโคนต น พื ช ทํ า ให มี ค วามชื้ น ในดิ น คื อ ในดิ น ปริมาตรหนึ่งหนวย ประกอบดวย 3 สวน คือ สวนที่เปนของแข็ง หรือเนื้อดิน (แรและสารอินทรียวัตถุ) สวนที่เปนอากาศ และสวน ที่เปนน้ํา น้ําแทรกอยูในชองวางของเม็ดดินในสภาวะของเหลว คือ สวนที่เปนความชื้นของดิน หากชองวางในเนื้อดินมีน้ําแทรก อยูเต็ม ไมมีอากาศ เรียกวา ดินที่อิ่มตัวดวยน้ํา มักเกิดขึ้นไดหลัง ฝนตกหนัก ความชื้นที่ระดับนี้ งายที่จะสูญเสียไปกับการระเหย ออกจากหนาดิน และซึมลึกลงไปในชั้นลางของดินโดยแรงโนม ถ ว งของโลก สํ า หรั บ น้ํ า ที่ เป น ประโยชนต อพื ช คื อ น้ํ า ที่ ร ะดับ ความชื้นคอนขางคงที่ เรียกวา ความจุภาคสนาม พืชสามารถนํา ความชื้นไปใชไดงาย โดยน้ําจะไหลไปชาๆ ในดิน เปรียบกับน้ําที่ อยูนิ่ง รากพืชดูดไปใชและคายออกทางใบ ทําใหความชื้นลดลง เรื่อยๆ จนถึงจุดเหี่ยวถาวร ซึ่งรากพืชไมสามารถดูดความชื้นจาก ดินไดอีก พืชจะแสดงอาการเหี่ยวถาวรโดยไมฟนหากไมเติมน้ําลง ไปในดินอีก ดั้งนั้น ความชื้นที่สูงกวาจุดเหี่ยวถาวรและต่ํากวาจุด อิ่มตัวดวยน้ําของดิน คือ ความชื้นในระดับความจุภาคสนามเปน ความชื้ น ที่ ใ ห ป ระโยชน ต อ พื ช (Srungkarnphasit,A.2556 ) ดังนั้น การแกปญหาการขาดแคลนน้าํ ในภาคการเกษตร คือ ตอง มีแหลงเก็บกักน้ําในชวงฤดูฝนและเมื่อถึงฤดูแลงตองมีการใชน้ํา อยางประหยัดและคุมคาเกิดประโยชนสูงสุดในชวงที่มีการขาด แคลนน้ํา งานวิจัยนี้จึงไดทําการทดสอบและพัฒนาระบบการให น้ําในสวนลําไยของเกษตรกร ใหมีประสิทธิภาพและเหมาะสม คือ การใชน้ํานอย แตพอเพียงกับความตองการของพืชในชวงฤดูกาล

และอายุ ข องลํ า ไย ส ง ผลให ผ ลผลิ ต ลํ า ไย มี คุ ณ ภาพที่ ดี เ ป น ที่ ตองการของตลาดทั้งในและตางประเทศ ทําใหเกษตรกรสามารถ ขายลําไยคุณภาพดีไดในราคาที่สูงตามไปดวย 2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 อุปกรณ สายวัดระยะ 60 เมตร กลองถายภาพ นาฬิกา จับเวลา หัวสปริงเกอร หัวมินิสปริงเกอร ทอพีวีซี ทอพีอี ปมน้ํา เครื่องยนตเบนซิน 5 HP 2.2 วิธีการ 2.2.1 ทําการสํารวจและเก็บขอมูลโดยสอบถามกับเกษตรกร ชาวสวนลําไยในเขตภาคเหนือตอนบนไดแก จังหวัดเชียงใหม ลํ า พู น และเชี ย งราย จํ า นวน 30 แปลง คื อ ข อ มู ล วิ ธี ก าร เครื่องมือหรืออุปกรณ และแหลงน้ําที่ใชในการใหน้ํา 2.2.2 ทดสอบการใหน้ําแปลงที่ 1 ใหน้ําโดยใชหัวจายน้ําแบบ มินิสปริงเกอรในแปลงของศูนยวิจัยเกษตรหลวงเชียงใหม ลําไยมี ขนาดเสนผานศูนยกลางทรงพุมเฉลี่ย 1.6 เมตร อายุ 3 ป การ ทดลองใหน้ําเปนรอบเวร มี 4 วิธีๆ ละ 30 ตน 1) ใหน้ําสัปดาหละ 1 ครั้งๆละ 2 ชั่วโมง 2) ใหน้ําสัปดาหละ 2 ครั้งๆละ 1 ชั่วโมง 3) ใหน้ําสัปดาหละ 3 ครั้งๆละ 40 นาที 4) การใหน้ําปกติที่ในแปลงที่เคยใหอยู คือ ใหน้ําสัปดาหละ 1 ครั้ง ในชวง ม.ค.-ก.พ.และจะให น้ําสัปดาหละ 2 ครั้ง เมื่อพื ช แสดงอาการขาดน้ําใหเห็นในชวง มี.ค.-เม.ย. ใชเวลาในการใหน้ํา ครั้งละ 1 ชั่วโมง การทดลองควบคุมปริมาณน้ําที่ใหเทากันคือสัปดาหละ 170 ลิ ต ร/ตน เที ย บจากปริมาณความตอ งการน้ํา ของตน ลําไยเปน รายวันตามขนาดทรงพุมลําไย (Angprasoet,.2548) อัตราการ ไหลของน้ําที่หัวมินิสปริงเกอรโดยเฉลี่ย 72 ลิตร/ชั่วโมง เนื่องจาก เปนแปลงที่ยังไมมีผลผลิต ตัวชี้วัดที่จะเก็บขอมูลในแปลงนี้คือ อัตราการเจริญเติบโตของลําตน ขนาดทรงพุม ที่เพิ่มขึ้นในเวลา 7 เดือน และความชื้นของดิน 2.2.3 การทดสอบการให น้ําแปรงที่ 2 เปนแปลงลํา ไยของ เกษตรกรจังหวัดลําพูน ตนลําไยมีขนาดเสนผานศูนยกลางทรงพุม เฉลี่ย 3.45 เมตร อายุ 15 ป การทดลองการใหน้ํามี 3 วิธีๆละ 14 ตน 1) การใหน้ําโดยหัวมินิสปริงเกอรตนละ 3 หัว ใชเวลาในการ ใหน้ําครั้งละ 4 ชั่วโมง 25 นาที 2) การใหน้ําโดยหัวสปริงเกอร 1 หัว/ตน ใชเวลาในการใหน้ํา ครั้งละ 2 ชั่วโมง 30 นาที 3) การใหน้ําปกติของเจาของสวนสัปดาหละ 1 ครั้ง คือใหน้ํา โดยสายยาง

24


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 สองวิธีแรกควบคุมปริมาณน้ําเฉลี่ยสัปดาหละ 473 ลิตร/ตน กรรมวิธีที่สามควบคุมปริมาณน้ําไดไมแนนอนใชประมาณสัปดาห ละ 4,400-6,600 ลิตร/ตน อัตราการเจริญเติบโต 2.2.4 ดําเนินการเก็บขอมูล วัดขนาดของเสนรอบวงโคนตน และวัดขนาดเสนผานศูนยกลางทรงพุม กอนทดสอบการใหน้ํา จากนั้นวัดขนาดที่เพิ่มขึ้นในเวลา 7 เดือน เพื่อหาอัตราการเติบโต ของโคนตน (Gr) และสําหรับตนที่มีผลผลิตในฤดู ไดดูคุณภาพ ผลผลิตของลําไย คือ เสนผานศูนยกลางเฉลี่ย เทากับเสนผาน ศูนยกลางแนวขั้วผลกันทายผล บวกกับอีก 2 แนวที่ตั้งฉากกัน วัด ตรงระนาบกึ่งกลางตั้งฉากกั บแนวขั้ วกับ ทายผล หารดวยสาม และหาคาจํานวนผลตอกิโลกรัม 𝑟𝑟 −𝑟𝑟 𝐺𝐺𝐺𝐺 = 2 1 × 100 (1) 𝑟𝑟1 r1 ขนาดรอบโคนตนที่วัดครั้งแรก, r2 ขนาดรอบโคนตนวัดใน เดือนที่ 7 อัตราการเติบโตทรงพุมก็หาไดแบบเดียวกัน 4 สุ ม เก็ บ ตั ว อย างดิ นที่ ระดับ ความลึก 250-300 มิ ล ลิ เมตร เพื่อตรวจดูความชื้นของดิน ในแปลงทดลองของศูนยวิจัยเกษตร หลวงเชียงใหม และในแปลงทดลองของเกษตรกร กอนใหน้ํากับ หลังใหน้ํา 48 ชั่วโมง โดยการอบดินตัวอยางที่อุณหภูมิ 100 ºC เปนเวลา 72 ชั่วโมง 3 ผลและวิจารณ 3.1 การเก็บขอมูลโดยสอบถามเกษตรกรชาวสวนลําไยในเขต ภาคเหนือตอนบนไดแก จังหวัดเชียงใหม ลําพูน และเชียงราย พบวา การใหน้ําลําไยจะใหน้ําในชวงฤดูแลง ชวงเดือน มีนาคมเมษายน เทานั้น หลังจากนั้นในชวงเดือน พฤษภาคม จะไมใหน้ํา กับตนลําไยแลวเพราะเริ่มมีฝนตามฤดูกาลมากขึ้น แหลงน้ํา ที่ ใหกับตนลําไย ไดจากการขุดบอน้ําไวภายในสวน ลําหวยที่อยูใกล สวน บอบาดาลที่เจาะไวภายในสวน ระบบชลประทานที่สง น้ํา ตามร อ งน้ํ า การให น้ํ า ในสวนนั้ นทํ า โดยการว างท อ หรือตอทอ พีวีซี หรือสายยาง ขนาด 50 มิลลิเมตร ใหนที ่ละตนจนครบทั้ง สวน การใหน้ําโดยทอและสายยาง ในสวนลําไยมักทําคันดินรอบ ทรงพุมแลวเอาน้ําขังในคันดินสูง 100 – 150 มิลลิเมตร ใหน้ํา แบบสายยางลงในคันดิน จนน้ําทวมสูงจนเต็มคันดิน (รูปที่1ก) ใน การทดสอบจับเวลาการใหน้ําดวยสายยางหรือทอแตละต น ใช เวลา 8-15 นาที เกษตรกรสวนมากใชเครื่องเบนซิน 5 HP ติดกับ ปมขนาด 550 ลิตร/นาที (รูปที่1ข) คิดคํานวณปริมาณน้ําที่ใหใน แต ล ะครั้ ง ต อ ต น ประมาณ 4,400-6,600 ลิ ต ร เพื่ อ ให น้ํ า ที่ ใ ห กระจายซึมลงในดินรอบทรงพุมอยางสม่ําเสมอ เกษตรกรควร ปรับดินรอบทรงพุมใหราบเรียบ รอบเวรการใหน้ําในแตละครั้ง 710 วัน 3.2 การทดสอบการให น้ํ า ในแปลงลํ า ไยแปลงที่ 1 ของ ศูนยวิจัยเกษตรหลวงเชียงใหม (ตารางที่ 1) วิธีที่หนึ่ง พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 45.9%อัตราการเจริญเติบโตของทรงพุม 45.2% และอัตราการ เจริญเติบโตของความสูง 25.6% การสุมเก็บความชื้นในดินกอน ให น้ํ า ในเดื อ น มี น าคม และหลั ง ให น้ํ า ในเดื อ น มี น าคม และ

25

เมษายน กอนใหน้ํามีคาความชื้นเฉลี่ย 6±0.8% หลังการใหน้ํามี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 14.9±3.5% และมี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 17.6±1.1%

ข  าไย ข เครื่องยนต รูปที่1 ก การใหนในแปลงของเกษตรสวนลํ เบนซินตนกําลังและปมที น ่เกษตรกรนิยมใชในการใหต น นลําไย วิธีที่สอง พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 48.5%อัตราการเจริญเติบโตของทรงพุม 47.8%และ อัตราการ เจริญเติบโตของความสูง 30.2%ผลการสุมเก็บความชื้นในดิน กอนใหน้ําในเดือน มีนาคม และหลังใหน้ําในเดือน มีนาคม และ เมษายน กอนใหน้ํามีคาความชื้นเฉลี่ย 7.0±1.5% หลังการใหน้ํา มี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 15.9±2.2% และมี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 18.3±0.9% วิธีที่สาม พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 39.7% อัตราการเจริญเติบโตของทรงพุม 36.2%และ อัตราการ เจริญเติบโตของความสูง 23.8%และผลการสุมเก็บความชื้นในดิน กอนใหน้ําในเดือน มีนาคม และหลังใหน้ําในเดือน มีนาคม และ เมษายน กอนใหน้ํามีคาความชื้นเฉลี่ย 7.4±1.3% หลังการใหน้ํา มี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 15.7±3.9% และมี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 20.3±4.4% วิธีที่สี่ พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 22.2%อัตราการเจริญเติบโตของทรงพุม 33.6%และ อัตราการ เจริญเติบโตของความสูง 20.1% การสุมเก็บความชื้นในดินกอน ให น้ํ า ในเดื อ น มี น าคม และหลั ง ให น้ํ า ในเดื อ น มี น าคม และ เมษายน กอนใหน้ํามีคาความชื้นเฉลี่ย 6±1.8% หลังการใหน้ํามี คาความชื้นเฉลี่ย 15±3.5% และมีคาความชื้นเฉลี่ย 18.6±1.1%


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 ตารางที่ 1 แสดงอัตราการเติบโตของโคนตนและทรงพุมของตน ลําไย อัตราการเติบโตของตนลําไย (%) วิธีการใหน้ํา โคนตน ทรงพุม 1 45.9a 45.2a 2 48.5a 47.8a 3 37.7b 36.2b 4 22.2c 33.6b 3.3 การทดสอบการให น้ํ า ในแปลงลํ า ไยแปลงที่ 2 ของ เกษตรกรจังหวัดลําพูน (ตารางที่ 2) วิธีที่หนึ่ง พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 22.1% อัตราการเจริญเติบโตของทรงพุม 10.9%สําหรับตนที่มี ผลผลิตในฤดู พบวา ขนาดเสนผานศูนยกลางของผลโดยเฉลี่ย 26.5 มิลลิเมตร มีจํานวนเฉลี่ย 93 ผล/กิโลกรัม มีคาความหวาน เฉลี่ย 19 บริกซ ผลการสุมเก็บความชื้นในดินกอนใหน้ําในเดือน มีนาคม และหลังใหน้ําในเดือน เมษายน และพฤษภาคม 2556 ก อ นให น้ํ า มี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 5.3±1.9%หลั ง การให น้ํ า มี ค า ความชื้นเฉลี่ย 8.4±1.2% และมีคาความชื้นเฉลี่ย 11.2±0.9% วิธีที่สอง พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 21.9%อัตราการเจริญเติบโตของทรงพุม 10.9%และ อัตราการ เจริ ญ เติ บ โตของความสู ง 14.3%สํ า หรั บ ต น ที่ มี ผ ลผลิ ต ในฤดู พบวา ขนาดเสนผานศูนยกลางของผลโดยเฉลี่ย 26.6 มิลลิเมตร มีจํานวนเฉลี่ย 95 ผล/กิโลกรัม มีคาความหวานเฉลี่ย 17.5 บริกซ ผลการสุมเก็บความชื้นในดินกอนใหน้ําในเดือน มีนาคม และหลัง ใหน้ําในเดือน เมษายน และพฤษภาคม 2556 กอนใหน้ํา มี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 7.4±1.1%หลั ง การให น้ํ า มี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 9.7±1.2%และมีคาความชื้นเฉลี่ย 12.6±1.0% วิธีที่สาม พบวา อัตราการเจริญเติบโตของเสนรอบวงโคนตน 17.4%อั ต ราการเจริ ญ เติ บ โตของทรงพุ ม 7.5%สํ า หรั บ ต น ที่ มี ผลผลิตในฤดู พบวา ขนาดเสนผานศูนยกลางของผลโดยเฉลี่ย 24.2 มิลลิเมตร มีจํานวนเฉลี่ย 105 ผล/กิโลกรัม มีคาความหวาน เฉลี่ย 16.7 บริกซ ผลการสุมเก็บความชื้นในดินกอนใหน้ําในเดือน มีนาคม และหลังใหน้ําในเดือน เมษายน และพฤษภาคม 2556 ก อ นให น้ํ า มี ค า ความชื้ น เฉลี่ ย 5.7±2.9% หลั ง การให น้ํ า มี ค า ความชื้นเฉลี่ย 9.5±1.5%และมีคาความชื้นเฉลี่ย 10.1±1.8% 1

วิ จ ารณ ผ ล การให น้ํ า ควรให ใ นปริ ม าณที่ เ พี ย งพอกั บ ความ ตองการของลําไยและความสามารถของดินที่สามารถอุมน้ําไวได ตามสภาพของดิน ในแตละแปลงลําไย การใหน้ําที่มากโดยวิธีของ เกษตรกรไมไดประโยชนที่ดีกวา กลับเปนผลเสียทั้งในดานตนทุน ของการให น้ํ า และอั ต ราการเจริ ญ เติ บ โต และขนาดผล หาก พิจารณาตามความตองการน้ําของตนลําไยสูงสุดในเดือนเมษายน ประมาณ 3,450 ลิตร ภายใน 10 วัน การใหน้ําแบบเกษตรกรเกิน ความตองการของตนลําไย 1 เทา สูญเสียไปกับการระเหยออก จากหนาดินและซึมลึกลงไปในชั้นลางของดินโดยแรงโนมถวงของ โลก ไมเปนประโยชนตอตนลําไย เพราะในเดือนเมษายนเปนชวง ที่แหงแลงและขาดแคลนน้ํา Jiracheevee, 2547 ไดศึกษา รอบ เวรการใหน้ําวันละ 2 ครั้ง ในแปลงลําไยอายุ 1 ป พบวา การใหน ครั้ ง ละน อยๆและใหบ อยๆทํ าใหดิ นรัก ษาความชื้ นไวไดดีที่สุด โดยเฉพาะชวงฤดูแลง แตไมไดทําใหมีการเจริญเติบโตของตน ลํ า ไยเด น ชั ด หรื อ ดี ก ว า การให น้ํ า ในรอบเวรที่ ห า งกว า ซึ่ ง ก็ สอดคลองกับผลการทดลองการใหน้ําในแปลงแรก ที่มีการใหน้ํา สั ป ดาหละ 3 ครั้ ง ก็ ไ ม ไ ดทํ าใหผลการเจริญ เติบโตไดดีเทากับ วิธีการที่1และ 2 เมื่อพิจารณาจากผลการศึกษานี้ พบวา การให น้ําสําหรับแปลงลําไยที่มีอายุมากกวา 3 ป ควรมีรอบเวณการให น้ํา 7 วัน/ครั้ง ในปริมาณความตองการน้ําของตนลําไยเปนรายวัน ตามขนาดทรงพุมลําไย ดั้งนั้นการตัดสินใจเลือกใชวิธีการใหน้ําใน สวนลําไยนั้น เกษตรกรตองคํานึงถึงปจจัยที่มีความพรอม ในเรื่อง เงินลงทุน แหลงน้ํา เวลาที่ใชในการบริหารจัดการกับการใหนา้ํ ที่ เหมาะสมกับสภาพแปลงลําไยของเกษตรกรเอง เพราะแมวาการ ใหน้ําโดยใชสายยางมีตนทุนที่ถูกกวา แตก็ตองลากสายยางใหน้ํา ที่ละตนจนเสร็จ อาจตองใชเวลาทั้งวันยุงอยูการลากสายยางและ เก็บสายยาง ทําใหเมื่อยลามาก การจัดการที่ยุงยากและใชเวลาใน การใหน้ํามาก หากเทียบกับการใหน้ําโดยใชสปริงเกอรหรือมินิ สปริ ง เกอร ที่ ว างระบบไว เ ป น อย า งดี แ ล ว การให น้ํ า ก็ มี ค วาม สะดวกสะบายกวาเปนอยางมาก สามารถประหยัดน้ําที่ตองใหกับ ตนลําไยไดมากกวาการใหน้ําโดยสายยางประมาณ 2-3 เทา ขณะ ใหน้ําก็ใชเวลาไปทํางานอื่นๆ ภายในสวนได ทําใหการจัดการงาน ในสวนไดงายและไมเหนื่อยลามากเหมือนกับการใหน้ําโดยสาย ยาง

ตารางที่ 2 แสดงขนาดเสนผานศูนยกลางผลเฉลี่ย จํานวนผลตอกิโลกรัม อัตราการเติบโตของโคนตนและทรงพุมของตนลําไย อัตราการเติบโตของตนลําไย (%) วิธีการใหน้ํา เสนผาศูนยกลางผลเฉลี่ย (มม.) จํานวนผล (ผล/กก) โคนตน ทรงพุม 1 26.5a 93a 22.1a 10.9a 2 26.6a 95a 21.9a 10.4a 3 24.8b 105b 17.4b 7.5b

2

26


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 4 สรุป เกษตรกรมีการใหน้ําลําไยในชวงฤดูแลง ชวงเดือน มีนาคมเมษายน มีรอบเวณการใหน้ํา 7-10 วัน และทดสอบการใหน้ําใน แปลงลําไยทั้ง 2 แปลง พบวา แปลงที่1 วิธีที่ 1 ใหนสั ปดาหละ 1 ครั้งๆละ 2 ชั่วโมง กับ วิธีที่ 2 ใหสั น ปดาหละ 2 ครั้งๆละ 1 ชั่วโมง และแปลงที่ 2 วิธีที่ 1 การใหโดยหั น วมินิสปริงเกอรตนละ 3 หัว ใชเวลาในการใหครั น งละ 4 ชั่วโมง 25 นาที กับวิธีที่ 2 การใหน โดยหัวสปริงเกอร 1 หัว/ตน ใชเวลาในการใหครั น ้งละ 2 ชั่วโมง 30 นาที เป น วิ ธี ก ารและรอบเวรการให น้ํา ที่ เหมาะสม เพราะ ใหผลการเจริญเติบโตดีทีสุด ดั้งนั้น การใหน้ําสําหรับแปลงลําไยที่ มี อ ายุ ม ากกว า 3 ป ควรมี ร อบเวณการให น้ํ า 7 วั น /ครั้ ง ใน ปริมาณความตองการน้ําของตนลําไยเปนรายวันตามขนาดทรง พุมลําไย 5 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณผูอํานวยการศูนยวิจัยเกษตรหลวงเชียงใหม และ นายดํารงณ ปาละ ที่อนุเคราะหแปลงลําไยสําหรับงานทดสอบ การใหน้ํา และขอขอบเจาหนาที่ของศูนยวิจัยเกษตรวิศวกรรม เชียงใหมทเ่ี ก็บขอมูลการทดสอบจนแลวเสร็จ 6 เอกสารอางอิง Jiracheevee, N., Horasat, V., Kupvanitpong, V. 2547. Study on appropriate irrigation scheduling for longan Agricultural Engineering Research Institute Department of Agricultural Office of Agricultural Economics.2560 http: // www. oae.go.th Accessed on 31 November 2018. (in Thai) Angprasoet, S. 2 5 4 8 Irrigation scheduling for longan Available at: http://www.arda.or.th/kasetinfo/logan/ index. Accessed on 1 November 2018. (in Thai) Srungkarnphasit, A.2556 Soil Moisture of Tree, Available at: http://www.arcims.tmd.go.th/ Research_files Accessed on 26 jury 2014 (in Thai)

27


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การเปรียบเทียบลูกกะเทาะที่มีผลต่อสมรรถนะการกะเทาะข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ Comparisons of shelling rotors on maize shelling performances อนุวัฒน์ ภาชนะวรรณ์1,2, สมชาย ชวนอุดม1,2,*, คานึง วาทโยธา1 Anuwat Pachanawan1,2, Somchai Chuan-Udom1,2,*, Cumnueng Watyotha1 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร

คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น, จังหวัดขอนแก่น, 40002 มหาวิทยาลัยขอนแก่น, ขอนแก่น, 40002 *Corresponding author: Tel: +66-8-97121247, E-mail: somchai.chuan@gmail.com 2กลุ่มวิจัยวิศวกรรมประยุกต์เพื่อพืชเศรษฐกิจที่สาคัญของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

บทคัดย่อ ปัจจุบันเครื่องมือเก็บเกี่ยวข้าวโพดเลี้ยงสัตว์นิยมใช้ลูกกะเทาะอยู่ 2 ชนิด คือ ลูกกะเทาะแบบซี่ตี และลูกกะเทาะแบบ Rasp bar โดยลูกกะเทาะแบบซี่ตีใช้ในการกะเทาะข้าวโพดแบบไม่ปอกเปลือก และลูกกะเทาะแบบ rasp bar ใช้กะเทาะข้าวโพดแบบปอก เปลือ ก ซึ่งยั งไม่มี ข้อ มู ลด้ านการเปรีย บเที ยบสมรรถนะการท างานของลูก กะเทาะ ดั งนั้ นการศึ กษานี้ จึงมี วัต ถุป ระสงค์ เพื่ อการ เปรียบเทียบลูกกะเทาะที่มีผลต่อสมรรถนะการกะเทาะข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ แบบไม่ปอกเปลือก โดยดาเนินการทดสอบหาประสิทธิภาพ การกะเทาะ ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะ และปริมาณเมล็ดแตกหัก ที่เกิดขึ้นจากการกะเทาะของลูกกะเทาะชนิด ซี่ตี (A), ซี่ตีกับ Rasp bar (B), ซี่ตีกับ rectangular pegs (C) และ Disc pegs (D) ทาการทดสอบกับระยะห่างระหว่างปลายซี่กะเทาะและตะแกรง กะเทาะ 4 ระดับ คือ 15, 20, 25 และ 30 mm ซึ่งผลการศึกษาพบว่า ลูกกะเทาะที่มีสมรรถนะที่ดีที่สุดคือลูกกะเทาะชนิด D รองลงมา คือลูกกะเทาะชนิด A, B และลูกกะเทาะชนิด C ตามลาดับ ซึ่งลูกกะเทาะชนิด D มีประสิทธิภาพในการกะเทาะเฉลี่ยสูงถึง 95.91% ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะเฉลี่ย 8.82% และปริมาณเมล็ดแตกหักเฉลี่ย 0.94% คาสาคัญ: การกะเทาะข้าวโพดเลี้ยงสัตว์, การออกแบบลูกกะเทาะ, สมรรถนะ Abstract Presently, most of maize harvest machines are equipped with two shelling types which are Peg Tooth shelling and Rasp Bar shelling. Even though, peg tooth shelling type is used to shell maize with husks and raps bar shelling is used to shell maize without husks, there is no any specific reports about the performances of these two shelling types with maize with husks and maize without husks. Thus, this experiment aimed to study the performances of both shelling types and other two shelling types, which were called Peg Tooth (A), Peg tooth with Rasp Bar (B), peg tooth and rectangular pegs (C), and Disc pegs (D) with maize with husks. This study assessed the shelling performance of these 4 shelling types by Threshing Efficiency (TE), Total Losses (TL), Grain Breakage (GB) from four levels of concave clearance including 15, 20, 25, and 30 mm. The results showed that shelling type D provided the best performance and followed by shelling type A, B, and C respectively. Shelling type D gave average performance 95.91%, TL 8.82%, and GB 0.94%. Keywords: Maize threshing, Shelling design, Performances 1 บทนา ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์เป็นพืชเศรษฐกิจที่สาคัญต่ออุตสาหกรรม การผลิตอาหารสัตว์ของประเทศไทย โดยปี 2559/60 มีความ ต้องการข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ประมาณ 7.41 ล้านต้น ในขณะที่มีการ ผลิตได้เพียง 4.62 ล้านต้น (Office of Agricultural Economics, 2017)

28

ในปัจจุบันการเก็บเกี่ยวข้าวโพดแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ การ ใช้ แ รงงานคน และการใช้ เ ครื่ อ งมื อ เก็ บ เกี่ ย ว เพื่ อ ด าเนิ น การ กะเทาะข้าวโพดก่อนส่งจาหน่ายให้โรงงานแปรรูปอาหารสัตว์ ซึ่ง การกะเทาะข้าวโพดออกจากฝักเป็นอีกวิธีหนึ่งที่มีความสาคัญต่อ การขนย้าย การเก็บรักษา แปรสภาพ และจาหน่าย โดยที่ผ่าน มามีการพัฒนาเครื่องกะเทาะข้าวโพดกันอย่างแพรหลาย ซึ่งใน ปัจจุบันลูกกะเทาะที่ใช้ในการกะเทาะข้าวโพดทีเ่ กษตรกรนิยมใช้ จะเป็นแบบซี่ตี และแบบ Rasp bar โดยดัดแปลงมาจากเครื่อง


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 นวดข้าวแบบไหลตามแกน (Chuan-Udom and Chinsuwan, 2009) ในการกะเทาะข้าวโพดแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ การกะเทาะ แบบปอกเปลือก และไม่ปอกเปลือก ซึ่งการกะเทาะแบบไม่ปอก เปลือกส่วนใหญ่ แล้วใช้ลูกกะเทาะเป็นแบบซี่ตี ทาให้เกิดความ สูญเสียค่อนข้างสูง จึงต้องมีการปรับแต่งเครื่องนวดในส่วนของ ลูกกะเทาะและปัจจัยอื่นๆ ที่มีผลต่อความสูญเสีย เพื่อใช้ในการ กะเทาะข้ า วโพดให้ มี ส มรรถนะที่ สู ง ขึ้ น (Chuan-Udom and Chinsuwan, 2009) จา กการศึ กษา ของ Saeng-ong et al. (2015) และ Chuan-Udom (2013) ซึ่ ง ใช้ ลู ก กะเทาะแบบซี่ ตี พบว่า มุมครีบวงเดือนและความชื้นมีผลต่อความสูญเสียมากที่สุด เพราะมุมครีบวงเดือนเป็นอุ ปกรณ์ที่ช่วยให้วัสดุเคลื่อนที่ในชุด นวดได้นานขึ้น Srison et al. (2016) ได้ศึกษาปัจจัยออกแบบที่มี ผลต่อความสูญเสียและการใช้พลังงานของเครื่องกะเทาะข้าวโพด แบบไหลตามแกน ซึ่งเป็นลูกกะเทาะแบบซี่ตีพ บว่า ระยะห่า ง ระหว่างซี่นวด ระยะห่างระหว่างซี่ตะแกรงกะเทาะ และระยะห่าง ระหว่างปลายซี่นวดและตะแกรงกะเทาะ มีผลต่อความสูญเสีย จากชุ ด นวดและพลั ง งานที่ ใ ช้ ใ นการกะเทาะ โดยระยะห่ า ง ระหว่างซี่นวด ระยะห่างระหว่างซี่ตะแกรงกะเทาะ และระยะห่าง ระหว่างปลายซี่ตีและตะแกรงกะเทาะที่เหมาะสมคือ 101.6, 25 และ 20 มิลลิเมตร ตามลาดับ Steponavicius et al. (2017) ได้ ศึกษาการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของข้าวโพดในห้องนวดด้วยวิธี ความเร็วสูง ซึ่งลูกกะเทาะที่ใช้เป็นแบบ Rasp bar พบว่า แผ่น ฟิลเตอร์ระหว่างลูกกะเทาะและระยะห่างระหว่างปลายซี่กะเทาะ กับตะแกรงกะเทาะมี ผลต่ อการเคลื่ อนที่ และการกะเทาะของ ข้าวโพดในห้องนวด จากข้อมูลดังที่กล่าวมาข้างต้น พบว่าการศึกษาลูกกะเทาะที่ ใช้ในการกะเทาะข้าวโพดทั้งเปลือกยังมีอยู่ค่อนข้างน้อย ถึงแม้ว่า เกษตรกรนิยมใช้ลูกกะเทาะแบบซี่ตีเพื่อใช้กะเทาะข้าวโพดแบบ ไม่ปอกเปลือก แต่ยังไม่มีข้อมูลด้านการเปรียบเทียบสมรรถนะ การทางานของลูกกะเทาะ ดังนั้นการศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์ เพื่อการเปรียบเทียบลูกกะเทาะที่มีผลต่อสมรรถนะการกะเทาะ ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ ซึ่งประกอบไปด้วย ลูกกะเทาะแบบซี่ตี (A) ลูก กะเทาะแบบผสมระหว่างซี่ตี กับ Rasp bar (B) ลูกกะเทาะแบบ ผสมระหว่างซี่ตีกับเหล็กเหลี่ยม (C) และลูกกะเทาะแบบ disc pegs (D) โดยใช้ข้าวโพดเลี้ย งสัตว์พันธุ์ แปซิฟิค 999 ซึ่งเป็นพันธุ์ที่ เกษตรกรนิยมปลูก

2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบ การทดสอบนี้ได้ ใช้ข้าวโพดพันธุ์ แปซิฟิค 999 โดยใช้เครื่อง กะเทาะข้าวโพดแบบไหลตามแกน ซึ่งเป็นลูกกะเทาะแบบซี่ตี มี ขนาดความกว้าง 1.83 m ความยาวลูกกะเทาะ 0.9 m และความ สูง 1.60 m ต้นกาลังที่ใช้เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าขนาด 5.59 kW ซึ่ง ดาเนินการทดสอบในห้องปฏิบัติการ

2.2 การศึกษาลักษณะของลูกกะเทาะ ลูกกะเทาะที่ใช้ในการทดสอบมี 4 ชนิด คือ ลูกกะเทาะแบบซี่ ตี ลูกกะเทาะแบบผสมระหว่างซี่ตีกับ Rasp bar ลูกกะเทาะแบบ ซี่ตีกับก้านตี และลูกกะเทาะแบบโค้ง ดังรูปที่ 1 และระยะห่าง ระหว่างปลายซี่กะเทาะกับตะแกรงกะเทาะที่ใช้ทดสอบคือ 15, 20, 25 และ 30 mm โดยใช้ความเร็วของลูกกะเทาะคงที่ 10 m s-1 อั ต ราการป้ อ นคงที่ 1750 kg h-1 มุ ม ครี บ วงเดื อ นคงที่ 87 องศา ที่ความชื้นของเปลือก ซัง และเมล็ดข้าวโพดเท่ากับ 19.82, 24.02 and 44.79 %(w.b.) ตามลาดับ โดยใช้แผนการทดสอบ แ บ บ สุ่ ม บ ล็ อ ก ส ม บู ร ณ์ ( Randomized Complete Block Design, RCBD) ทดสอบอย่างละ 3 ซ้า

Figure 1 Types of shelling, (A) peg tooth (Top left), (B) peg tooth with rasp bar (Top right), (C) peg tooth with rectangular pegs (Bottom left) and (D) disc pegs (Bottom right)

2.3 ค่าชี้ผล การเปรียบเทียบรูปแบบของลูกกะเทาะข้าวโพดแบบไม่ปอก เปลื อ กมี ค่ า ชี้ผ ลในการทดสอบครั้ งนี้คื อ ประสิ ทธิ ภ าพในการ กะเทาะ (Threshing Efficiency, TE) ความสู ญ เสี ย จากการ กะเทาะ (Total losses, TL) และปริมาณเมล็ดแตกหัก (Grain Breakage, GB) โดยค านวณตามมาตรฐานของ RNAM Test code (RNAM, 1995) 3 ผลและวิจารณ์ ผลของการเปรียบเทียบลูกกะเทาะที่มีผลต่อสมรรถนะในการ กะเทาะข้ า วโพดเลี้ ย งสั ต ว์ แ บบทั้ ง เปลื อ กประกอบไปด้ ว ย ประสิทธิภาพการกะเทาะ ความสูญเสียรวมจากชุ ดกะเทาะ และ ปริมาณเมล็ดแตกหั ก ซึ่งลูกกะเทาะชนิด A มีประสิทธิภาพการ กะเทาะ 91.02% ถึง 96.51% ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะ อยู่ ร ะหว่ า ง 7.51% ถึ ง 12.61% และปริ ม าณเมล็ ด แตกหั ก อยู่ ในช่วง 1.14% ถึง 1.51% ดัง Table 1

29


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 Table 1 Performance analysis data for types A Types concave of clearance shelling

A

TE

TL

Table 3 Performance analysis data for types C GB

(%)

SD

(%)

SD

(%)

SD

15

96.51

0.77

7.51

1.83

1.51

0.12

20

95.22

2.26

9.00

1.76

1.34

0.30

25

93.21

4.41

10.71

2.77

1.14

0.08

30

91.02

3.45

12.61

6.57

1.30

0.35

จาก Table 1 พบว่า เมื่อระยะห่างระหว่างปลายซี่กะเทาะ กับตะแกรงกะเทาะที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการกะเทาะ ลดลง แต่ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะเพิ่มขึ้น ซึ่งสอดคล้อง กั บ การศึ ก ษาของ Chuan-Udom and Chinsuwan (2011) เนื่องจากระยะห่างระหว่างปลายซี่กะเทาะและตะแกรงกะเทาะที่ เพิ่มขึ้นทาให้แรงฟาดตีในการกะเทาะลดลง ทาให้เมล็ดที่ติดซังถูก ขั บ ทิ้ งทางช่ อ งขั บ ฟางมี ผ ลต่ อ ความสู ญ เสี ย จากชุ ด กะเทาะที่ เพิ่ ม ขึ้ น อี ก ด้ ว ย ในส่ ว นของเมล็ ด แตกหั ก ที่ มี ค่ า มากที่ สุ ด คื อ 1.51% อาจเนื่องมาจากความเร็วที่ ใช้ในการกะเทาะมากเกินไป (Chuan-Udom and Chinsuwan, 2009) ลูกกะเทาะชนิด B และลูกกะเทาะชนิด C ที่มีความคล้ายคลึง กัน โดยลูกกะเทาะชนิด B มีประสิทธิภาพการกะเทาะ 84.90% ถึง 89.18% ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะอยู่ระหว่าง 15.53% ถึ ง 25.02% และปริ ม าณเมล็ ด แตกหั ก อยู่ ใ นช่ ว ง 1.00% ถึ ง 1.39% ส่ ว นลู ก กะเทาะชนิ ด C มี ป ระสิ ท ธิ ภ าพการกะเทาะ 79.38% ถึง 83.45% ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะอยู่ระหว่าง 22.19% ถึง 30.33% และปริมาณเมล็ดแตกหักอยู่ในช่วง 1.33% ถึง 1.87% ดังผลการทดลองใน Table 2 และ Table 3 เนื่องจาก ลูกกะเทาะทั้ง 2 แบบ เป็นลูกกะเทาะแบบผสมทั้งซี่นวดและแบบ Rasp bar หรือ ก้านตี จึงทาให้เกิดช่องว่างในส่วนของลูกกะเทาะ ที่ เ ป็ น Rasp bar หรื อ ก้ า นตี กั บ ตะแกรงกะเทาะมากเกิ น ไป ส่งผลทาให้ประสิทธิภาพในการกะเทาะลดลง และยังส่งผลให้ ความสู ญเสีย จากชุ ดกะเทาะเพิ่ม ขึ้น อี กด้ วย แต่ เ มื่อ ระยะห่ า ง ระหว่างปลายซี่กะเทาะและตะแกรงกะเทาะที่ 30 มิลลิเมตร มี ความสู ญ เสีย จากชุ ด กะเทาะน้ อ ย เนื่ องจากมี ข้ า วโพดที่ไ ม่ ถู ก กะเทาะติดค้างอยู่ในชุดนวด และในส่วนของเมล็ดแตกหักเกิด จากความเร็วที่ใช้ในการกะเทาะมากเกินไป Table 2 Performance analysis data for types B Types concave of clearance shelling

B

TE

TL

GB

(%)

SD

(%)

SD

(%)

SD

15

88.72

3.04

15.53

3.44

1.00

0.34

20

86.24

1.78

23.74

6.17

1.02

0.21

25

82.67

4.51

25.02

1.27

1.39

0.41

30

79.27

3.74

19.11

1.79

1.36

0.50

30

Types concave of clearance shelling

C

TE

TL

GB

(%)

SD

(%)

SD

(%)

SD

15

82.15

6.12

22.94

3.69

1.87

0.74

20

81.28

1.33

22.19

1.22

1.84

0.35

25

77.95

5.74

30.33

1.31

1.33

0.43

30

73.56

7.75

28.57

2.10

1.60

0.33

ลูกกะเทาะชนิด D มีประสิทธิภาพการกะเทาะ 93.89% ถึง 97.89% ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะอยู่ระหว่าง 6.90% ถึ ง 10.28% และปริ ม าณเมล็ ด แตกหั ก อยู่ ใ นช่ ว ง 0.86% ถึ ง 1.01% เนื่องจากระยะห่างระหว่างปลายซี่กะเทาะและตะแกรง กะเทาะที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการกะเทาะลดลง แต่ ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นเพราะว่าแรงฟาด ตีที่ใช้ในการกะเทาะลดลง ทาให้เมล็ดที่ติดซังถูกขับทิ้งทางช่อง ขับฟางมีผลต่อความสูญเสียจากชุดกะเทาะที่เพิ่มขึ้น ในส่วนของ เมล็ดแตกหักที่มีค่ามากที่สุดคือ 1.01% อาจเนื่องมาจากความเร็ว ที่ใช้ในการกะเทาะที่มากเกินไป ดังแสดงใน Table 4 Table 4 Performance analysis data for types D Types concave of clearance shelling

D

TE

TL

GB

(%)

SD

(%)

SD

(%)

SD

15

97.89

2.02

6.90

2.42

0.86

0.30

20

96.84

0.74

7.37

2.80

1.01

0.11

25

95.00

2.12

9.12

0.25

0.94

0.07

30

93.89

2.84

10.28

2.79

0.95

0.51

Table 5 Comparison performance of shelling type on corn shelling Types of shelling A B C D

TE

TL

GB

(%)

SD

(%)

SD

(%)

SD

93.99 84.22 78.73 95.91

2.40 4.13 3.90 1.80

9.96 20.85 26.01 8.42

2.20 4.36 4.05 1.57

1.32 1.19 1.66 0.94

0.15 0.21 0.25 0.06

จาก Table 5 พบว่าลูกกะเทาะชนิด D มีประสิทธิภาพ การกะเทาะข้ า วโพดแบบทั้ ง เปลื อ กเฉลี่ ย ดี ที่ สุ ด ถึ ง 95.91% รองลงมาคือลูกกะเทาะเฉลี่ยชนิด A B และลูกกะเทาะชนิด C เพียง 93.99%, 84.22% และ 78.73% ตามลาดับ ในส่วนของ ความสูญเสียรวมจากชุดกะเทาะเฉลี่ย ลูกกะเทาะชนิด C มีความ สูญเสียรวมจากการกะเทาะเฉลี่ยมากที่สุดถึง 26.01% รองลงมา คือ ลูกกะเทาะชนิด B, A และลูกกะเทาะชนิด D เพียง 20.85%,


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 9.96% และ 8.42%ตามล าดั บ และปริ ม าณเมล็ ด แตกหั ก ลู ก กะเทาะชนิด D มีปริมาณการแตกหักเฉลี่ยน้อยที่สุดเพียง 0.94% รองลงมาคื อ ลูกกะเทาะชนิด B, A และลูกกะเทาะชนิด C ถึ ง 1.19%, 1.32% และ 1.66% ตามลาดับ เนื่องจากแรงที่กระทบ ต่ อ ผิ ว โค้ งของซี่ ตี ชนิ ด D น้ อ ยกว่ า แรงที่ ก ระทบต่ อ ซี่ ตี ข องลู ก กะเทาะชนิด A ส่งผลทาให้ประสิทธิภาพในการกะเทาะดีที่สุด และยั งส่ งผลต่ อความสูญ เสี ยรวมจากชุ ด กะเทาะและปริม าณ เมล็ดแตกหักทีล่ ดลงตามไปด้วย 4 สรุป จากการศึกษาการเปรียบเทียบลูกกะเทาะที่มีผลต่อสมรรถนะ การกะเทาะข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ พบว่า ลูกกะเทาะที่มีสมรรถนะที่ดี คือลูกกะเทาะชนิด D รองลงมาคือลูกกะเทาะชนิด A, B และลูก กะเทาะชนิ ด C ตามล าดั บ เนื่ อ งจากมี ป ระสิ ท ธิ ภ าพในการ กะเทาะเฉลี่ยสู งถึง 95.91% ความสูญ เสีย รวมจากชุ ดกะเทาะ เฉลี่ ย และปริ ม าณเมล็ ด แตกหั ก เฉลี่ ย เพี ย ง 8.82 และ 0.94% ตามลาดับ 5 กิตติกรรมประกาศ ผู้เขียนขอขอบคุณ บัณ ฑิตวิทยาลัย มหาวิท ยาลัยขอนแก่ น และกลุ่มวิจัยวิศวกรรมประยุกต์เพื่อพืชเศรษฐกิจที่สาคัญของภาค ตะวันออกเฉียงเหนือ ที่สนับสนุนเงินทุนในการทาวิจัยตลอดจน ให้ ค าปรึ ก ษา และอ านวยความสะอาดในด้ า นต่ า งๆ จึ ง ใคร่ ขอขอบพระคุณมา ณ โอกาสนี้ 6 เอกสารอ้างอิง Office of Agricultural Economics. 2017. Maize. Available at: Chromeextension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadad m/http://www.aecth.org/upload/13823/Q8ru0PsGgR .pdf. Accessed on 15 December 2018. (in Thai) Chuan-Udom, S., Chinsuwan, W. 2009. Assessment of Performance of Axial Flow Rice Threshers for Corn Shelling. KKU Research Journal 14 (9), 893-902. (in Thai) Chun-Udom, S. 2013. Operating factors of Thai threshers affecting corn shelling losses. Songklanakarin Journal of Science and Technology 35(1), 63-67. Saeng-ong, P., Chun-Udom, S., Saengprachatanarug, K. 2015. Effects of Guide Vane Inclination in Axial Shelling Unit on Corn Shelling Performance. Kasetsart Journal (Natural Science) 49(5), 761-771. Srison, W., Chuan-Udom, S., Saengprachatanarug, K. 2016. Design factors affecting losses and power consumption of an axial flow corn shelling unit. Songklanakarin Journal of Science and Technology 38(5), 591-598.

Steponavicius, D., Kemzuraite, A., Kiniulis, V., Zokaitis, K. 2017. Analysis of corn ears movement within the threshing crescent using high-speed recording method. Journal of Measurements in Engineering 5(4), 240-248. RNAM. 1995. Test Codes & Procedures for Farm Machinery, Technical Series No.12. Second edition, Economic and Social Commission for Asia and the Pacific. Bangkok, Thailand. Chuan-Udom, S., Chinsuwan, W. 2011. Design Factors Affecting Harvesting Losses of Threshing Unit of Axial Flow Combine Harvesters when Harvest Thai Hom Mali Rice. KKU Research Journal 16(5), 622-633. (in Thai)

31


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia เครื่องปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะแบบกึ่งอัตโนมัติ Semi-Automatic Rambutan Peeling and Seed Removing Machine อนุสรา ติดตารัมย์1*, กระวี ตรีอานรรค1, เทวรัตน์ ตรีอานรรค2 Anusara Tidtaram1*, Krawee Treeamnuk1, Tawarat Treeamnuk2amnuk2 1สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล

สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, นครราชสีมา, 30000 of Mechanical Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakornratchasima 30000 2สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, นครราชสีมา, 30000 2School of Agricultural Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakornratchasima 30000 *Corresponding author: Tel: +66-9-86084682, E-mail: at.anusara@gmail.com 1School

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เ พื่ อพั ฒนา ทดสอบและประเมินสมรรถนะต้ นแบบเครื่ อ งปอกเปลือ กและคว้ านเมล็ด เงาะแบบ กึ่งอัตโนมัติ เครื่องต้นแบบมีอุปกรณ์ประกอบด้วย แท่นวางผลเงาะในแนวนอน หัวคว้านเมล็ดในแนวดิ่ง ชุดมีดกรีดเปลือกในแนวนอน และตัวดันผลเงาะออก ใช้ลมอัดเป็นต้นกาลัง ให้กับกระบอกสูบนิวแมติกส์ในการขับอุปกรณ์ต่าง ๆ และใช้ PLC เป็นอุปกรณ์ควบคุม ระบบการทางานของเครื่อง ผลการประเมินพบว่าความเร็วที่เหมาะสมของกระบอกสูบนิวแมติกส์ในกลไกป้อนผลเงาะ ปอกเปลือก คว้านเมล็ดและนาผลเงาะออกมีค่าเป็น 4 ms-1 1.67 ms-1 5 ms-1 และ 5 ms-1 ตามลาดับ ผลการทดสอบการปอกเปลือกและคว้าน เมล็ดเงาะแบบต่อเนื่องสาหรับเงาะขนาด 1 (49.89±9.02 กรัม/ผล) และ 2 (36.51±1.14 กรัม/ผล) น้าหนักขนาดละ 100 kg และแบบ คละขนาดเพื่อวิเคราะห์หาอัตราการทางาน ประสิทธิภาพ และการใช้พลังงาน พบว่าเนื้อเงาะที่ได้มีคุณภาพการปอกเปลื อกและคว้าน เมล็ดในระดับสมบูรณ์และและระดับดี เมื่อคานวณเป็นประสิทธิภาพการทางานได้เท่ากับ 65.39% และมีอัตราการทางานและการใช้ พลังงานจาเพาะสูงสุดคือ 17.51 kgh-1 และ 26.46 kgkWh-1 ตามลาดับ คาสาคัญ: เงาะ, เครื่องปอกเปลือก, เครื่องคว้านเมล็ด Abstract . This research objective was to fabricate, test and evaluate the performance of semi-automatic Rambutan peeling and seed removing prototype machine. The prototype consists of fruit feeder, seed puncher, set of peeling mechanisms and the furit removing machanism. The compressed air was used to power the pneumatic actuators in mechanism driving and PLC (Programmable Logic Control) used via the controller in machine system controlling. Evaluated result found the proper speed of feed mechanism, peeling mechanism, seed puncher and fruit removing mechanism are 4 ms-1, 1.67 ms-1, 5 ms-1 and 5 ms-1 respectively. Continuous test of Rambutan seed removing and peeling for the fruit grade size 1 and 2 by a 100 kg per size and the mixed grade of size 1 and 2 found the quality of seed removing and peeling in complete level and good level is 65.39% in machine performance percentage. The capacity and energy consumption are 17.51 kgh-1 and 26.46 kgkWh-1 respectively. Keywords: Rambutan, Fruit Peeling Machine, Fruit Seed Removing Machine

32


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทนา ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ที่ ไ ด้ จ ากการแปรรู ป ของเงาะนั้ น มี ห ลากหลาย ประเภท เช่น เงาะในน้าเชื่อมบรรจุกระป๋อง เงาะอบแห้ง เงาะ สอดไส้สับปะรด เป็นต้น ซึ่งนอกจากการแปรรูปเงาะจะเป็นการ ช่วยจัดการกับผลไม้ที่ล้นตลาด และยืดอายุของผลไม้แล้ว ยังช่วย เพิ่มมูลค่าให้กับผลผลิตด้วย ขั้นตอนในการเตรียมผลเงาะเป็น วัตถุดิบสาหรับการแปรรูปที่สาคัญอีกขั้น ตอนหนึ่งคือการปอก เปลือกและการคว้านเมล็ดเงาะเพื่อให้เหลือเฉพาะเนื้อเงาะ ซึ่งวิธี ในการปฏิบัติในปัจจุบันยังใช้แรงงานคนที่มีความชานาญใช้มีดใน การปอกเปลือกและคว้านเมล็ดอยู่ ทาให้ใช้เวลาในการปฏิบัติมาก เกิดความสูญเสียสูง และเสี่ยงต่อการเกิดบาดแผลจากอุปกรณ์ที่ ใช้ ที่ อ าจท าให้ เ กิ ด การปนเปื้ อ นในอาหารได้ จะเห็ น ได้ ว่ า เครื่องจักรที่สามารถปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะจึงเป็น อีก หนึ่งทางเลือกเพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว การพัฒนาเครื่องจักรกล เพื่อช่วยในการแปรรูปวัตถุดิบทางการเกษตรขั้นต้น ได้มีนักวิจัย หลายคนรายงานผลไว้ดังนี้ Ali et al. (2017) ได้นาเอาระบบนิวแมติกส์ไปใช้ในเครื่องคว้านแบบอเนกประสงค์สาหรับผลพลัม โดยทาการออกแบบใบมีดแบบ 0, 2 และ 4 ใบ ทดสอบกับลูก พลั ม ทั้ ง แบบสดและแช่ แ ข็ ง Siwalak, Chatchai and Chaiya (2013) ได้นาเสนอวิธีการปอกเปลือกมะพร้าวอ่อนเป็นรูปทรง 5 เหลี่ยม ใช้กลไกใบมีดชักไป – กลับ เพื่อให้เกิดแรงเฉือนในการตัด เส้นใยที่เปลือกผลมะพร้าวอ่อน โดยทาการปอกเปลือกด้านข้าง ก่อนและปอกเปลือกส่วนหัวเป็นขั้นตอนสุดท้าย พบว่าเวลาที่ใช้ ในการปอกเปลือกเฉลี่ ย 20.45 ผลต่อชั่วโมง Songtham and Kittirat (2011) ได้ศึกษารูปแบบของใบมีดที่เหมาะสมสาหรับใช้ คว้ า นเมล็ ด เงาะ พบว่ า ใบมี ด ทรงกระบอกปากเฉี ย งสองด้ า น (ปากฉลาม) ใช้แรงในการคว้านเมล็ดเงาะน้อยที่สุดและเนื้อเงาะ หลังการคว้านมีความสมบูรณ์มากกว่าใบมีดทรงกระบอกปากตรง และปากเฉียงหนึ่งด้าน นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยที่ได้ ทาการศึกษา สมบัติทางกายภาพบางประการของผลเงาะที่ประกอบไปด้วย ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดเงาะ ผลเงาะก่อนและหลังปอก เปลือก น้าหนัก ความชื้น และแรงเสียดทานระหว่างผลเงาะกับ วั ส ดุ 3 ประเภทคื อ แผ่ น อะคริ ลิค สแตนเลส และซุ ป เปอร์ลีน ( Supasit et al., 2015) ต่ อ ม า Anusara et al. ( 2 5 6 1 ) ไ ด้ ทาการศึกษาสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางกลบางประการ ของผลเงาะ พบว่าแรงสูงสุดที่ใช้ในการแยกเนื้อเงาะออกจาก เมล็ ด เงาะคื อ 244.20N นอกจากนี้ ยั ง มี ง านวิ จั ย ที่ ไ ด้ ท าการ ออกแบบและสร้ า งเครื่ อ งปอกเปลื อ กและคว้ า นเมล็ ด แบบ กึ่งอัตโนมัติ โดยใช้ลมอัดเป็นต้นกาลังและใช้กระบอกสูบนิวแม-

ติกส์เป็นอุปกรณ์ทางาน พบว่าต้นแบบสามารถปอกเปลือกและ คว้านเมล็ดเงาะได้ดี สร้างความเสียหายต่อผลเงาะสูงสุด 7.43% มีอัตราการทางานสูงถึง 1,764 ผลต่อชั่วโมง (Teerawat et al, 2559) เนื่ อ งจากต้ น แบบดั งกล่ า วใช้ ส วิ ต ซ์ จ ากั ด ระยะ (Limit Switch) ในการตรวจสอบตาแหน่งของกระบอกสูบซึ่งมีการสัมผัส กันโดยตรงระหว่างสวิตซ์จากัดระยะและกระบอกสูบนิวแมติกส์ อาจเกิดความเสียหายได้ง่าย อีกทั้งในขณะที่ทาการป้อนผลเงาะ นั้น มือของผู้ปฏิบัติได้เคลื่อนที่ผ่านเส้นทางการเคลือ่ นที่ของใบมีด ส าหรั บ ปอกเปลื อ กและคว้ า น อาจเกิ ด บาดแผลในระหว่ า ง ปฏิบัติงานได้ เพราะฉะนั้น งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเครื่อง ปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะแบบกึ่งอัตโนมัติ และทดสอบเพื่อ ประเมินสมรรถนะการทางานของเครื่องต้นแบบที่พัฒนาขึ้น 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 การพัฒนาเครื่องต้นแบบ จากการศึ ก ษาสมบั ติ ท างกายภาพและสมบั ติ ท างกลบาง ประการ (อนุสรา และคณะ, 2561) สามารถนาข้อมูลไปใช้ในการ ออกแบบเครื่องต้นแบบได้ดัง Fig. 1

(a) Isometric view

(b) Front view

33


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

(e)

(c) The prototype of machine Figure 1. The components of machine prototype (1). Seed puncher (2). Knife (3). Fruit holder and (4). Fruit remover. ส่ ว นประกอบของเครื่อ งประกอบด้ว ยชุ ด ป้ อนผลเงาะ (1) ใบมีดกรีดเปลือก (2) หัวคว้านเมล็ดเงาะ (3) และชุดนาผลเงาะ ออก (4) ดัง Fig. 2 และเครื่องต้นแบบที่พัฒนาขึ้นมีลักษณะดัง Fig. 3cกลไกต่าง ๆ ขับเคลื่อนโดยกระบอกสูบนิวแมติกส์และใช้ ลมอัดเป็นระบบต้นกาลัง โดยมีลาดับการทางานเริ่มจากป้อนผล เงาะในแนวดิ่งให้กับ แท่นวาง (Fig. 2a) เมื่อสวิตซ์ตรวจจับการ ป้อนผลเงาะได้รับสัญญาณจะทาการหน่วงเวลา 3 วินาที จากนั้น แท่นวางผลเงาะจะเคลื่อนที่ไปที่ตาแหน่งปอกเปลือกและคว้าน เมล็ด (Fig. 2b) เพื่อทาการกรีดเปลือกในลาดับแรก (Fig. 2c) ถัด มาคือคว้านเมล็ดเงาะ (Fig. 2d) และหัวคว้านจะเคลื่อนที่กลับ ทันที (Fig. 2e) ต่อมาคือมีดกรีดเปลือกเคลื่อนที่กลับตาแหน่งเดิม และกลไกการนาเงาะออกจะทาการดันเงาะออกจากแท่นวางแล้ว เคลื่อนที่กลับทันที (Fig. 2f) จากนั้นแท่นวางผลเงาะจะเคลื่อน กลับตาแหน่งเดิม (Fig. 2g) เพื่อรอรับผลเงาะผลต่อไป

(f)

(g) Figure 2. The operation of prototype 2.2 การทดสอบเครื่องต้นแบบ 2.2.1 การทดสอบเบื้องต้น 1. ทดสอบเพื่อหาความเร็วการเคลื่ อนที่ที่เหมาะสมของ กระบอกสูบนิวแมติกส์สาหรับป้อนผลเงาะโดยแปรค่าความเร็ว การเคลื่อนที่จานวน 4 ค่าคือ 4.00 2.00 1.33 และ 1.00 ms-1 2. ทดสอบเพื่ อ หาความเร็ว การเคลื่อ นที่ ที่ เหมาะสมของ กระบอกสูบนิวแมติกส์สาหรับชุดมีดกรีดเปลือกเงาะโดยแปรค่า ความเร็ ว การเคลื่ อ นที่ จ านวน 4 ค่ า คื อ 5.00 2.50 1.67 และ 1.25 ms-1 3. ทดสอบเพื่อหาความเร็วการเคลื่ อนที่ที่ เหมาะสมของ กระบอกสู บ นิ ว แมติ ก ส์ ส าหรั บ มี ด คว้ า นเมล็ด เงาะโดยแปรค่า ความเร็วการเคลื่อนที่จานวน 4 ค่าคือ 5.00 2.50 1.67 และ 1.25 ms-1 4. ทดสอบเพื่อหาความเร็วการเคลื่ อนที่ที่ เหมาะสมของ กระบอกสูบนิวแมติกส์สาหรับนาผลเงาะออกโดยแปรค่าความเร็ว การเคลื่อนที่จานวน 4 ค่าคือ 5.00 2.50 1.67 และ 1.25 ms-1 การทดสอบหาความเร็วที่เหมาะสมนี้ ทดสอบกับเงาะพันธุ์ โรงเรียน ขนาด 1 และ 2 ขนาดละ 30 ผลและทดสอบแบบ 3 ซ้า จากนั้นประเมินผลหลังการทดสอบตามเกณฑ์ดัง Table 1 ด้วย การเปรียบเทียบเปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพดังสมการ 1 ∑(Score x Number of fruits)

(a)

(b)

(c)

(d)

%Efficiency = x100 (1) (4) x (30 fruits) 2.2.2 การทดสอบต่อเนื่อง ทาการทดสอบกับเงาะพันธุ์โรงเรียนขนาด 1 และ 2 ขนาดละ 100 kg และทดสอบแบบคละขนาด 200 kg โดยใช้ ความเร็วของกลไกที่เหมาะสมจากผลของการทดสอบเบื้องต้นใน การทดสอบ (หัวข้อ 2.2.1) โดยจับเวลาการทางาน และวัดการใช้ พลังงานไฟฟ้าด้วยกิโลวัตต์มิเตอร์ และประเมินสมรรถนะของการ

34


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะด้วยการพิจารณาเนื้อเงาะที่ได้ จาก (Table 1) ด้วยการวิเคราะห์เปอร์เซ็นต์เนื้อเงาะที่ได้เทียบ กับน้าหนักผลเงาะทั้งหมด, เปอร์เซ็นต์เนื้อเงาะตามคุณภาพ i เทียบกับเนื้อเงาะที่ได้ทั้งหมดและประสิทธิภาพการทางานของ เครื่องดังสมการ (2) (3) (4) (5) และ (6) %Efficiency of whole fruit =

Total weight of whole fruit

(2)

∑(Weight of Rambutan pulp grade i) x 100 Total weight of Rambutan pulp

Efficiency (%)

%Efficiency of pulp =

∑(Weight of Rambutan pulp) x 100

มากกว่า 1.67 ms-1 พบว่าคมมีดกรีดเปลือกมีแนวโน้มที่จะสร้าง รอยกรีดเป็นแผลบนเนื้อเงาะที่ลึกและสังเกตเห็นได้ชัดกว่าไปด้วย และที่ความเร็วที่น้อยกว่า 1.67 ms-1 ยังพบอีกว่าเปอร์เซ็นต์ของ ประสิทธิภาพที่ปอกเปลือกได้ลดลง เนื่องจากที่ความเร็วต่าจะใช้ เวลาในการเคลื่อนที่ของมีดกรีดเปลือกที่นานกว่า ทาให้ผลเงาะ ขยับในระหว่างการปอกเปลือก ส่งผลให้เกิดแผลบนเนื้อเงาะได้

(3)

โดยที่ i แทน ระดับคุณภาพปอกเปลือกและการคว้าน และ i = 1 2 3 และ 4 (Score ดัง Table 1) %Efficiency of prototype = Capacity =

∑(Weight of pulp grade 3&4) x 100 Total weight of pulp

Weight of fruit (kg) Time (h) Weight of fruit (kg)

Energy consumption =

Electric energy (kWh)

(4) (5) (6)

3 ผลและวิจารณ์ 1. ความเร็วของกลไกป้อนผลเงาะ ได้ความเร็วที่เหมาะสม ของกลไกที่ใช้ป้อนผลเงาะขนาด 1 และ 2 คือ 1 ms-1 ดัง (Fig.3) โดยประเมินจากสมการที่ 1 และพบว่าเงาะขนาด 1 และ 2 มี แนวโน้ ม ไปในทางเดี ย วกั น คื อ เมื่ อ ความเร็ ว เพิ่ ม สู ง ขึ้ น ความสามารถในการทรงตัวของผลเงาะลดลง ซึ่งความเร็วของผล เงาะทั้ง 4 ระดับสามารถป้อนผลเงาะได้ทั้งหมด และยังพบอีกว่า ความเร็วทั้ง 4 ระดับนี้ไม่ทาให้ผลเงาะหลุดออกจากถ้วยจับยึด 120 100 80 60 40 20 0

120 100 80 60 40 20 0

Size1 Size2 Speed (ms-1) 1.25

1.67

2.50

5.00

Figure 4 : Efficiency percentage of peeling mechanisms 3. ความเร็ ว ของกลไกคว้ า นเมล็ ด เงาะ ได้ ค วามเร็ ว ที่ เหมาะสมของกลไกที่ใช้คว้านเมล็ดเงาะ โดยประเมินจากสมการที่ 1 สาหรับเงาะขนาด 1 และ 2 คือ 5 ms-1 จาก Fig. 5 พบว่าเงาะ ขนาด 1 และ 2 มีแนวโน้มไปในทางเดียวกันคือ เมื่อความเร็ว เพิ่มขึ้น ความสามารถในการคว้านเมล็ดก็จะสูง ขึ้นด้วย เนื่องจาก ที่ ค วามเร็ ว ต่าหั ว คว้ า นจะใช้ เวลามากกว่ าในการกดเพื่ อ คว้าน เมล็ด อาจทาให้ตาแหน่งของเมล็ดเงาะขยับ ออกจากแนวการ คว้ า นของมี ด คว้ า นได้เ พราะทั้ งเนื้ อ และเมล็ ดเงาะเกาะยึดกับ เปลือกแค่เพียงตาแหน่งขั้วผลตาแหน่งเดียว เมื่อมีดคว้านตัดที่ เนื้อตาแหน่งขั้วผลออกแล้ว เมล็ดและเนื้อจึงมีโอกาสขยับตัวออก จากแนวการคว้านดังกล่าวได้ ซึ่งตรงข้ามกับการใช้ความเร็วสูงที่ ช่วยลดเวลาดังกล่าวให้น้อยลงได้

Size1 Size2 Speed (ms-1) 1.00

1.33

2.00

Efficiency (%)

Efficiency (%)

100

4.00

60

Size1

40

Size2

20 Speed (ms-1)

0

Figure 3 : Efficiency percentage of feeding mechanisms 2. ความเร็วของกลไกปอกเปลือกเงาะ ได้ความเร็วที่เหมาะสม ของกลไกปอกเปลือกเงาะทั้ง 2 ขนาดคือ 1.67 ms-1 โดยประเมิน จากสมการที่ 1 ดั ง Fig. 4 จะเห็ น ได้ ว่ า ความเร็ ว ทั้ ง 4 ระดั บ สามารถปอกเปลือกได้ เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพที่ปอกเปลือก ได้ ก็ มี ค่ า ใกล้ เ คี ย งกั น ด้ ว ย และเมื่ อ ความเร็ ว ที่ สู ง ขึ้ น และมี ค่ า

80

1.25

1.67

2.50

5.00

Figure 5 : Efficiency percentage of seed removing Mechanism 4. ความเร็ ว ของกลไกน าผลเงาะออก ได้ ค วามเร็ ว ที่ เหมาะสมของกลไกนาผลเงาะออก โดยประเมินจากสมการที่ 1 สาหรับเงาะขนาด 1 และ 2 คือ 5 ms-1 ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดที่ใช้

35


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

1

100 80 Efficiency (%)

ในการทดสอบ (Fig. 6) แต่จากผลการทดสอบพบว่า โดยส่วน ใหญ่แล้วยังไม่สามารถนาผลเงาะที่ปอกเปลือกและคว้านเมล็ด เงาะเรียบร้อยแล้วออกจากเครื่องจักรไปยังตาแหน่งที่ต้องการได้ จาเป็นต้องมีการปรับปรุงกลไกนี้ในโอกาสต่อไป ซึ่งจะเห็นว่าเมื่อ ใช้ ค วามเร็ ว ต่ าจะไม่ ส ามารถน าผลเงาะออกจากแท่ น วางได้ เนื่องจากกลไกนาเงาะออกเคลื่ อนที่ช้า ผลเงาะที่อยู่บนแท่นจะมี การขยับแต่จะเคลื่อนที่กลับมาตาแหน่งเดิม และเมื่อใช้ความเร็ว ที่สูงจะทาให้ผลเงาะหลุดออกจากแท่ นวาง แต่จะไปติดกับหั ว คว้านแทน ส่งผลให้เกิดความเสียหายกับผลเงาะเพิ่มเติมอีก Table 1 Quality and Characteristic of Rambutan fruit process Score = 1 Score = 2

60

Size1 Size2

40 20

Speed (ms-1)

0 1.25

1.67

2.50

5.00

Figure 6 : Efficiency percentage of fruit removing mechanism

Score = 3

Score = 4

Feed mechanism Fruit dropped out from holder

Lifting from holder

Slightly oblique

Good orientation

Cannot peel

Slightly peel

peeled

Completed peel

Cannot remove

Incomplete remove

Peeling mechanism

Seed punching mechanism

Fruit removing mechanism

Cannot remove from machine

Removed but stuck in

2

36

Removed

Completed remove

Removed but incomplete

Complete removing from machine


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 นาไปตัดแต่งสาหรับเงาะขนาด 1 สูงกว่าเงาะขนาด 2 ซึ่งเกิดจาก ขนาดของเมล็ด เงาะของเงาะขนาด 1 ที่มีขนาดใหญ่กว่าเมล็ด เงาะขนาด 2 เป็นไปได้ว่าเนื้อเงาะที่ถูกคว้านมีโอกาสมากกว่าที่ บางส่วนของเมล็ดหรือเยื่อหุ้มเมล็ดติดอยู่ และเมื่อพิจารณาผล การทดสอบแบบคละขนาดจะได้เปอร์เซ็นต์ดังกล่าวสูงกว่าเงาะที่ คัดเฉพาะขนาด 1 และ 2 เนื่องจากอาจเป็นไปได้ว่าเงาะที่คละ ขนาดมีเงาะขนาด 1 มากกว่าเงาะขนาด 2 จึงทาให้เปอร์เซ็นต์ ดังกล่าวสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเงาะที่ถูกแยกขนาดมาทดสอบ Efficiency of prototype (%)

Weight of pulp / fruit (%)

3.2.2 ผลการทดสอบต่อเนื่อง เนื้อเงาะของผลเงาะขนาด 1 และ 2 ที่ได้จากการปอกเปลือก และคว้านเมล็ดเงาะด้วยเครื่องต้นแบบ เมื่อพิจารณาจากน้าหนัก ของเนื้อเงาะที่ถูกแบ่ งคุณภาพเป็น 4 ระดับ (Score) ต่อน้าหนัก ของผลเงาะที่ทดสอบทั้งหมดดังสมการที่ 2 (Fig. 7) พบว่าได้เนื้อ เงาะที่ ส มบู ร ณ์ (Score = 4) ส าหรั บ เงาะขนาด 1 และ 2 คื อ 1.93% และ 1.48% ตามลาดับ และยังพบอีกว่าเนื้อเงาะ (Score = 3) สามารถตั ดแต่ง เพี ยงเล็ก น้อ ยเพื่ อ ให้เ นื้ อเงาะสมบูรณ์ได้ เนื่ อ งจากไม่ มี ค วามเสี ย หายเกิ ด ขึ้ น กั บ เนื้ อ เงาะ โดยคิ ด เป็ น เปอร์เซ็นต์ได้ 14.28% และ 9.88% สาหรับเงาะขนาด 1 และ 2 ตามลาดับ จะเห็นได้ว่าน้าหนักของเนื้อเงาะสูญเสียในขณะทาการ ทดสอบ เป็นผลให้เปอร์เซ็นต์ที่ได้มีค่าน้อยลงด้วย 20 Size1

15

Size2

0 4

3 2 1 Score of Rambutan fruit

Figure 7 : Efficeincy of whole fruit เมื่อพิจารณาน้าหนักเนื้อเงาะแต่ละระดับคุณภาพที่ได้เปรียบ เที ย บกั บ น้ าหนั ก เนื้ อ เงาะทั้ ง 4 ระดั บ ดั ง สมการที่ 3 จะได้ เปอร์เซ็นต์เนื้อเงาะตามคุณภาพ i เทียบกับเนื้อเงาะที่ได้ทั้งหมด ดัง Fig. 8 พบว่าเปอร์เซ็นต์ที่ได้สูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเฉพาะ น้าหนักเนื้อเงาะ โดยเงาะขนาด 1 2 และคละขนาดจะได้เนื้อเงาะ ที่ ส มบู ร ณ์ (Score = 4) คิ ด เป็ น 6.26% 4.74% และ 11.45% ตามลาดับ จะเห็นว่าเมื่อพิจารณาเปอร์เซ็นต์เนื้อเงาะที่ได้แบบ สมบูรณ์ เทียบกับเนื้อเงาะที่ได้ทั้งหมด พบว่า เงาะขนาด 1 ได้ เปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าเงาะขนาด 2 เนื่องจากน้าหนักผลเงาะขนาด 1 ที่มีน้าหนักมากกว่าเงาะขนาด 2 จึงส่งผลให้น้าหนักของเนื้อเงาะ ทีถ่ ูกปอกเปลือกและคว้านเมล็ดด้วยเครื่องต้นแบบของเงาะขนาด 1 ได้น้าหนักที่มากกว่าเงาะขนาด 2 อีกทั้งขนาดของเมล็ดของ เงาะขนาด 2 ที่มีขนาดเล็กกว่าเมล็ดเงาะขนาด 1 จึงอาจเป็นไป ได้ว่าหัวคว้านเมล็ดได้คว้ านส่วนที่เป็นเนื้อของเงาะขนาด 2 ไป มากกว่าเงาะขนาด 1 จึงทาให้น้าหนักของเนื้อเงาะขนาด 2 ลด น้อยลงไปด้วย ส่วนเนื้อเงาะที่สามารถนาไปตัดแต่งได้ (Score = 3) คิดเป็น 46.18% 31.62% และ 48.49% ตามลาดับ จะเห็นได้ ว่ามีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกันคือ เปอร์เซ็นต์เนื้อเงาะที่ต้อง

Size1 Size2 Size1&2

4

10 5

60 50 40 30 20 10 0 3 2 1 Score of Rambutan fruit

Figure 8 : Efficiency of prototype เมื่อพิจารณาอัตราการทางานของเครื่องต้นแบบดังสมการที่ 5 พบว่าอัตราการทางานเมื่อทดสอบกับ เงาะขนาด 1 คือ 17.51 kgh-1 ซึ่งสูงกว่าอัตราการทางานกับเงาะขนาด 2 และคละขนาด เนื่องจากผลเงาะขนาด 2 มีน้าหนักน้อยกว่าเงาะขนาด 1 ทาให้ จานวนผลเงาะมากกว่า จึงส่งผลให้ความสิ้นเปลืองพลังงานของ เงาะขนาด 1 มากกว่าเงาะขนาด 2 เนื่องจากมีอัตราการทางานที่ สูงกว่า จึงทาให้ปั๊มลมทางานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานกว่าไป ด้วย ดังนั้นเมื่อคานวณเป็นประสิทธิภาพการทางานของเครื่ อดัง สมการที่ 4 พบว่าได้ประสิทธิภาพสูงสุดอยู่ที่ 65.39% (Table 2) จากการวิเคราะห์เศรษฐศาสตร์วิศวกรรม การสร้างเครื่อง ปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะราคา 86,200 บาท และรับจ้าง ปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะที่ราคา 17.72 baht.kg-1 พบว่า จุดคุ้มทุนอยู่ที่ 3,474.19 kg.year-1 ระยะเวลาการคืนทุน อยู่ ที่ 6.25 ปี Table 2 Efficiency of prototype Power Capacity Size %Efficiency consumption (kgh-1) (kgkWh-1) 1 52.44 17.51 26.46 2 36.36 15.17 24.04 1,2 65.39 15.29 22.68 2

37


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 4 สรุป เครื่องต้นแบบสาหรับปอกเปลือกและคว้านเมล็ดเงาะแบบ กึ่ ง อั ต โนมั ติ ที่ ส ร้ า งขึ้ น ใช้ ก ระบอกสู บ นิ ว แมติ ก ส์ เ ป็ น อุ ป กรณ์ ทางานและใช้ลมอัดเป็นแหล่งให้กาลัง ควบคุมการทางานด้วย PLC โดยใช้ ค วามดั น ลมที่ 0.6 MPa ในการทดสอบ จากการ ทดสอบเพื่ อ หาความเร็ ว ที่ เ หมาะสมพบว่ า กลไกป้ อ นผลเงาะ, กลไกปอกเปลือก, กลไกคว้านเมล็ดเงาะและกลไกนาผลเงาะออก คือ 4mms-1, 1.67ms-1, 5ms-1 และ 5ms-1 ตามลาดับ ส่วนการ ทดสอบแบบต่อเนื่องโดยใช้ความเร็วของกลไกต่าง ๆ ที่เหมาะสม พบว่ า เนื้ อ เงาะที่ ส มบู รณ์ แ ละเนื้ อ เงาะที่ สามารถน าไปตัดแต่ง เพื่อให้เนื้อเงาะสมบูรณ์คือเนื้อเงาะระดับคุณภาพ 4 และ 3 เมื่อ พิ จ ารณาน้ าหนั ก ของเนื้ อ เงาะเที ย บกั บ น้ าหนั ก ของผลเงาะ เปอร์เซ็นต์สูงสุดที่ได้คือ 14.28% ส่วนเมื่อพิจารณาน้าหนักเนื้อ เงาะแต่ละระดับคุณภาพเทียบกับน้าหนักเนื้อเงาะที่ได้ทั้งหมด พบว่าเปอร์เซ็นต์ที่ได้สูงสุดของเนื้อเงาะระดับคุณภาพ 4 และ 3 คือ 11.45% และ 48.49% ตามลาดับ อัตราการทางานและการ ใช้พลังงานสูงสุดคิดเป็น 17.51 kgh-1 และ 26.46 kg kWh-1 5 กิตติกรรมประกาศ ผู้วิจัยขอขอบคุณ สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและสาขาวิชา วิศวกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ที่สนับสนุนทุน วิจัยและสถานที่ในการทาวิจัยครั้งนี้ 6 เอกสารอ้างอิง Anusara T., Krawee T., Tawarat T., &Kittirat R. (2018). Study of Physical and Mechanical Properties of Rambutan Fruit. Agricultural Sci. J. 48 : 3 (Suppl.) : 97-100 Mohummod Ali, Seong-Jin Park, Tangina Akhter, GwangShim Kim, KyuWon Yang, Hoon Seowoo, &HyuckJoo Kim. (2017). Development of a Plum (Japanese Apricot) Seed Remover for Multipurpose Plum Flesg Processing. Journal of Biosystems Engineering. 42(4) : 283-292 Siwalak P., Chatchai T., &Chaiya J. (2013). Design and Development of a Young Coconut Trimming Machine Using Reciprocating Knife. Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol.19 No. 1, 38-42 Songtham Ch., &Kittirat R. (2011). Suitable Knife Shape for Design of Rambutan Pitting Machine. (Research

38

report page 56) Faculty of Industrials Technology and Gemological Science and Faculty of Science and Technology. Supasit S., Sudsaisin K., &Supakit S. 2015. Some Physical Properties of Rambutan for Designing Rambutan Seed Remover. Agricultural Sci. J. 46 : 3/1 (Suppl.) : 501-504 Teerawat Ch., Paitoon S., Thanwa S., Chantapat B., Krawee T., &Tawarat T. (2016). Semi-automatic Rambutan Peeling and Seed Removing Machine. Kasetsart J. (Nat Sci. Suppl.) 47 : 405-408.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia จลนพลศาสตร์การอบแห้งและพลังงานของการอบแห้งข้าวเปลือกด้วยเครื่องอบแห้งแบบโรตารี Drying Kinetics and Energy Consumption of Paddy Drying Using a Rotary Dryer ปฏิวัติ คมวชิรกุล1*, ฉัตรชัย นิมมล2, อัศวิน ยอดรักษ์2, อนุชา หิรัญวัฒน์2 Patiwat Khomwachirakul1*, Chatchai Nimmol2, Aswin Yodrux2, Anucha Hirunwat2 1

สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลพระนคร ถนนประชาราษฎร์ 1 แขวงวงศ์สว่าง เขตบางซื่อ กรุงเทพฯ 10800 1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Phra Nakhon, 1381 Pracharat 1 Road, Wongsawang, Bangsue, Bangkok 10800 2 ภาควิชาวิศวกรรมขนถ่ายวัสดุและโลจิสติกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ 1518 ถนนประชาราษฎร์ 1 แขวงวงศ์สวาง เขตบางซื่อ กรุงเทพฯ 10800 2 Department of Materials Handling and Logistics Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s University of Technology North Bangkok, 1518 Pracharat 1 Road, Wongsawang, Bangsue, Bangkok 10800 *Corresponding author: E-mail: patiwat.k@rmutp.ac.th

บทคัดย่อ เครื่องอบแห้งแบบโรตารี เป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงที่สามารถนามาใช้ในการลดความชื้นวัสดุอนุภาคที่มี ความชื้นสูงได้ งานวิจัยนีจ้ ึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิอบแห้งและความเร็วรอบของถังหมุนที่มีต่อจลนพลศาสตร์ การอบแห้งข้าวเปลือกและความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะของกระบวนการอบแห้ง การทดลองกระทาที่อุณหภูมิอบแห้ง 80 100 และ 120๐C และความเร็วรอบของถังหมุน 3 และ 6 rpm จากการศึกษาพบว่า การลดลงของความชื้นของข้าวเปลือกขึ้นอยู่กับทั้งอุณหภูมิ อบแห้งและความเร็วรอบของถังหมุน สาหรับความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะในกระบวนการอบแห้งมีค่าต่าสุดที่ 54.5 MJ kgwater-1 เมื่ออบแห้งทีอ่ ุณหภูมิ 80๐C และความเร็วรอบของโรตารี 6 rpm คาสาคัญ: ข้าวเปลือก, ความชื้น, ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ, เครื่องอบแห้งแบบโรตารี, อัตราการอบแห้ง Abstract Rotary dryer is an effective means that can be used to reduce the moisture of high-moisture particulate material. The aim of this research was to investigate the effects of the drying temperature and rotary revolution on the drying kinetics of paddy and specific energy consumption of the drying process. The drying experiments were carried out at the drying temperatures of 80, 100 and 120๐C and the drum revolution of 3 and 6 rpm. The results showed that the moisture reduction of paddy strongly depended on both the drying air temperature and drum revolution. The lowest total specific energy consumption during drying process of 54.5 MJ kgwater-1 was found at the drying temperature of 80๐C and rotary revolution of 6 rpm. Keywords: Drying rate, Moisture, Paddy, Specific energy consumption, Rotary dryer หรือการลดความชื้นของข้าวเปลือกก่อนนาไปเก็บรักษานับว่ามี 1 บทนา ความสาคัญในการยืดอายุการเก็บรักษาของข้าวเปลือก สาหรับ ข้าวเป็นผลผลิตทางการเกษตรที่มีความสาคัญต่อเศรษฐกิจ การอบแห้งข้าวเปลือกสามารถทาได้ด้วยเครื่องอบแห้งหลายชนิด ของประเทศไทย เพราะนอกจากจะเป็นอาหารหลักของคนไทย เช่น เครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ตเบด (Hung-Nguyen et al., แล้ ว ข้ า วยั ง เป็ น ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ส่ ง ออกที่ ท ารายได้ ใ ห้ กั บ ประเทศ 2001; Madhiyanon and Soponronnarit, 2005) เครื่อง ค่อนข้างมาก แต่ปัญหาที่พบคือหลังการเก็บเกี่ยวข้าวเปลือกจะมี อบแห้งแบบฟลูอิดไดซ์เบด (Soponronnarit et al., 1995; ความชื้นที่สูงทาให้เกิดปัญหาในการเก็บรักษา ถ้าไม่สามารถลด Tirawanichakul et al., 2004; Poomsa-ad et al., 2005) ความชื้นให้ลดลงในระดับที่เหมาะสมแล้ว ก็อาจจะก่อให้เกิดความ หรือแม้กระทั่งเครื่องอบแห้งแบบกระแสชน (Nimmol and เสียหายทั้งทางด้านคุณภาพและปริมาณได้ การอบแห้ง (Drying) Devahastin, 2010; Swasdisevi et al., 2013) แต่อย่างไรก็

39


ตาม ทั้งเครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบดและเครื่องอบแห้งแบบ ฟลูอิดไดซ์เบดต้องใช้พลังงานสาหรับการทาให้เกิดการคลุกเคล้า ของข้าวที่นามาอบแห้ง (Mihindukulasuriya and Jayasuriya, 2013) รวมทั้งข้าวอาจแตกหัก ซึ่งเป็นผลจากลักษณะการลอยตั ว และคลุ ก เคล้ า ของข้ า ว ส่ ว นเครื่ อ งอบแห้ ง แบบกระแสชนให้ คุณภาพของข้าวที่ได้หลังการอบแห้ง ไม่ดี กล่าวคือข้าวเกิดการ แตกหักค่อนข้างมาก (Swasdisevi et al., 2013) เพื่อลด ข้อบกพร่องของเครื่องอบแห้งที่กล่าวข้างต้น กระบวนการอบแห้ง ที่ใช้ควรมีการเคลื่อนตัวของเมล็ดข้าวอย่างนิ่มนวล (ไม่เกิดการชน หรือกระแทกกั นอย่า งรุนแรง) และมีการกระจายอุณหภูมิของ อากาศในการอบแห้ ง อย่ า งสม่ าเสมอ โดยเครื่ อ งอบแห้ ง ที่ มี คุ ณ ลั ก ษณะดั งกล่ า วได้ แ ก่ เครื่ อ งอบแห้ ง แบบโรตารี (Rotary Dryer) โดยเครื่ อ งอบแห้ ง ชนิ ด นี้ ถู ก น ามาใช้ อ บแห้ ง วั ส ดุ ใ น อุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรม เหมืองแร่ อุตสาหกรรมยาสูบ หรือแม้กระทั่งอุตสาหกรรมอาหาร เครื่ อ งอบแห้ ง แบบโรตารี มี ส่ ว นประกอบส าคั ญ คื อ ถั ง หมุ น ทรงกระบอก (Drum) ภายในถังทรงกระบอกมีใบกวาด (Flights) ไว้ที่ผิวด้านในเพื่อช่วยให้วัสดุที่ต้องการอบแห้งเกิดการกระจาย ตัวอย่างสม่าเสมอ และสัมผัสกับอากาศร้อนได้อย่างทั่วถึง ส่งผล ให้อัตราการถ่ายเทความร้อน และการถ่ายเทมวลระหว่างอากาศ ร้อนกับวัสดุที่ต้องการอบแห้งมีค่าเพิ่มขึ้น (Revol et al., 2001) งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่ออบแห้งข้าวเปลือกด้วยเครื่อง อบแห้งแบบโรตารีที่ใช้อากาศร้อนเป็นตัวกลางในการอบแห้ง โดย จะศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิอบแห้งและความเร็วรอบของถัง หมุ น ที่ มี ต่ อ จลนพลศาสตร์ ก ารอบแห้ ง ข้ า วเปลื อ กและความ สิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะของกระบวนการอบแห้ง 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 เครื่องอบแห้ง รูปที่ 1 แสดงแผนผังของเครื่องอบแห้ง แบบโรตารี ที่ใช้ อากาศร้อนเป็นตัวกลางการอบแห้ง (Hot-air rotary dryer: HRD) ซึ่งประกอบไปด้วย ถังหมุน ที่ทาจากสเตนเลสซึ่งใช้สาหรับ บรรจุข้าวเปลือก ถังหมุนดังกล่าวมี ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 300 mm และยาว 703 mm ภายในติดตั้งใบกวาดตามแนวยาวของ ถังหมุนจานวน 12 ใบ ขนาด 30 x 700 mm ระบบขับเคลื่อนถัง หมุนทางานด้วยมอเตอร์ ขนาด 0.75 kW โดยมีอินเวอร์เตอร์ (Inverter) ควบคุมความเร็ว รอบของการหมุนให้เป็นไปตามที่ กาหนด นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ให้ความร้อน (Heater) ขนาด 15 kW ซึ่งควบคุมอุณหภูมิโดย PID controller ซึ่งมีความแม่นยา ±1 oC พัดลมซึ่งทางานด้วยมอเตอร์ขนาด 2.2 kW ทาหน้าที่สร้าง อัตราการไหลของอากาศเข้าสู่ถังหมุน ปริมาณอากาศที่ป้อนเข้าสู่ ถังหมุนถูกควบคุมด้วยโกลบวาล์ว

ถังหมุนสเตนเลส

โกลบวาล์ว

พัดลม

ระบบขับเคลื่อนถังหมุน ชุดทาความร้อนด้วยไฟฟ้า

รูปที่ 1 แผนผังของเครื่องอบแห้งแบบโรตารี 2.2 การเตรียมตัวอย่างข้าวเปลือก ในงานวิจัยนี้ได้ใช้ข้าวเปลือกพันธุ์สุพรรณบุรี 1 เป็นวัสดุ ตั ว อย่ า งในการทดลอง โดยข้ า วเปลื อ กตั ว อย่ า งถู ก น ามาเพิ่ ม ความชื้ น ด้ ว ยการเติ ม น้ าให้ มี ค วามชื้ น เริ่ ม ต้ น ประมาณ 31±1%(d.b.) โดยการหาค่ า ความชื้ น จะกระท าโดยการน า ข้าวเปลือกไปอบด้วยตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ 103oC เป็นเวลา 72 h (AACC, 1995) หลังการเตรีย มข้ าวเปลื อกแล้ วเสร็ จจะน า ข้าวเปลือกไปเก็บในกล่องโฟมที่อุณหภูมิ 4oC เป็นระยะเวลา 1 วัน และก่ อ นทดลองจะน าข้ า วเปลื อ กมาผึ่ งที่อุ ณ หภู มิห้ อ ง 30 นาที 2.3 วิธีการทดลอง นาข้าวเปลือกที่เตรียมไว้มาอบแห้ง โดยใช้อุณหภูมิอบแห้ง 80 100 และ 120◦C ความเร็วของอากาศร้อน 11 ms-1 และ ความเร็วรอบของถังหมุน 3 และ 6 rpm ในระหว่างการอบแห้ง ข้าวเปลือกจะถูกนาออกจากถังเพื่อนาไปชั่งหามวลที่เปลี่ยนแปลง 2.4 ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ ความสิ้ น เปลื อ งพลั ง งานจ าเพาะ (Specific energy consumption, SEC) ของกระบวนการอบแห้งเป็นพลังงานที่ใช้ ในการระเหยน้ าออกจากข้ า วเปลื อ กระหว่ า งการอบแห้ ง ซึ่ ง คานวณได้จากสมการที่ 1 SEC = E/mwater (1) เมื่อ SEC คือ ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ (MJ kgwater-1) E คือ ผลรวมของพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนให้แก่พัดลมและชุดทาความ ร้อน (MJ) และ mwater คือ มวลน้าที่ระเหยออกจากข้าวเปลือก (kgwater)

40


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 กรณีของการเปลี่ยนแปลงความชื้นเช่นกัน นั่นคือ การอบแห้งด้วย รอบการหมุ น ของถั ง หมุ น ที่ ม ากส่ ง ผลให้ อั ต ราการอบแห้ ง รู ป ที่ 2 แสดงอิ ท ธิ พ ลของอุ ณ หภู มิ อ บแห้ ง ที่ มี ต่ อ การ ข้าวเปลือกเพิ่มขึ้น 35 เปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือก จะเห็นว่า เมื่ออุณหภูมิ HRD (80 C) 30 33RPM rpm อบแห้งสูงขึ้นความชื้นของข้าวเปลือกลดลงได้เร็วมากขึ้น ที่เป็น 25 66RPM rpm 20 เช่ น นี้ เ นื่ อ งจากอุ ณ หภู มิ อ บแห้ ง ที่ สู ง ขึ้ น ท าให้ ค วามแตกต่ า ง 15 ระหว่ า งอุ ณ หภู มิ ข องอากาศ (ตั ว กลางในการอบแห้ ง ) และ 10 อุณหภูมิผิ วของข้ าวเปลื อกเพิ่ม มากขึ้น ส่งผลให้แรงขั บเคลื่อ น 5 0 สาหรับการถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวลสารมีค่าเพิ่มขึ้น 0 50 100 150 200 ตามไปด้ วย ความชื้ นที่ ผิว ของข้ าวเปลือ กจึ งระเหยได้ มากกว่ า Drying time (min) อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือกที่อบแห้ง 35 ด้วยอุณหภูมิอบแห้ง 100 และ 120oC มีลักษณะใกล้เคียงกันทั้ง HRD (100 C) 30 rpm 33RPM 25 กรณีความเร็วรอบของถังหมุน 3 และ 6 rpm ทั้งนีอ้ าจเป็นเพราะ rpm 66RPM 20 ในกรณีนี้ แรงขับเคลื่อนสาหรับการถ่ายเทความร้อนเมื่ออบแห้ง 15 ด้วยอุณหภูมิ 100 และ 120oC มีค่าใกล้เคียงกัน ส่วนรูปที่ 3 10 5 แสดงอิทธิพลของรอบการหมุนของถังหมุนที่มีต่อการเปลี่ยนแปลง 0 ความชื้นของข้าวเปลือก จะเห็นว่า การใช้ความเร็วรอบของถัง 0 50 100 150 200 หมุนที่มากกว่าส่งผลให้ความชื้นของข้าวเปลือกลดลงเร็ว กว่า ที่ Drying time (min) 35 เป็ น เช่ น นี้ เ นื่ อ งจาก เมื่ อ ความเร็ ว รอบของถั ง หมุ น มากกว่ า HRD (120 ˚C) 30 ข้าวเปลือกในถั งหมุนจะสัมผัสกับอากาศร้อนได้อย่างสม่าเสมอ 25 rpm 33 RPM rpm 66 RPM และทั่วถึงกว่า การถ่ายเทความร้อนและมวรสารจึงมีประสิทธิภาพ 20 15 มากกว่า HRD (3 rpm) 80 CC 100 CC 120 CC

50

35 30 25 20 15 10 5 0

100 150 Drying time (min)

10 5 0

0

50

100 150 Drying time (min)

200

รู ป ที่ 3 อิ ท ธิ พ ลของรอบการหมุ น ของถั ง หมุ น ที่ มี ต่ อ การ เปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือก 200

Drying rate (% (d.b.) min-1)

0

Moisture content (% d.b.)

Moisture content (% d.b.)

35 30 25 20 15 10 5 0

HRD (6 rpm) 80 CC 100 CC 120 CC

1.0

HRD (3 rpm) 8080 C ˚C 3 RPM

0.8

100 3 RPM 100C˚C

120 C 3˚CRPM 120

0.6

0.4 0.2 0.0 0

0

50

100 150 Drying time (min)

200

รูปที่ 2 อิท ธิพลของอุ ณหภู มิอบแห้งที่มีต่ อการเปลี่ยนแปลง ความชื้นของข้าวเปลือก

Drying rate (% (d.b.) min-1)

Moisture content (% d.b.)

Moisture content (% d.b.)

Moisture content (% d.b.)

3 ผลและวิจารณ์ 3.1 จลนพลศาสตร์การอบแห้งและอัตราการอบแห้ง

1.0 0.8

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

HRD (6 rpm) 80 ˚C

100 ˚C

30

35

120 ˚C

0.6 0.4

รูปที่ 4 แสดงอิทธิพลของอุณหภูมิอบแห้งที่มีต่ออัตราการ 0.2 อบแห้งข้าวเปลือก จะเห็นว่า แนวโน้มของผลที่ได้คล้ายกับกรณี 0.0 ของการเปลี่ยนแปลงความชื้น กล่าวคือ การอบแห้งด้วยอุณหภูมิ 0 5 10 15 20 25 30 35 Moisture content (% d.b.) สูงส่งผลให้อัตราการอบแห้งข้าวเปลือกเพิ่มขึ้น ในขณะที่ รูปที่ 5 แสดงอิ ท ธิ พ ลของรอบการหมุ น ของถั ง หมุ น ที่ มี ต่ อ อั ต ราการ รูปที่ 4 อิท ธิพลของอุณ หภูมิอ บแห้งที่มีต่อ อัตราการอบแห้ ง อบแห้งข้าวเปลือก โดยแนวโน้มของผลที่ได้มีลักษณะคล้ายกับ ข้าวเปลือก

41


Drying rate (% (d.b.) min-1)

1.0

HRD (80 C) rpm 803 C 3 RPM

0.8

806Crpm 6 RPM

0.6 0.4 0.2

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

Drying rate (% (d.b.) min-1)

Moisture content (% d.b.) 1.0

HRD (100 C) 3 rpm 100 C 3 RPM

0.8 0.6 0.4

0.2 0.0 0

Drying rate (% (d.b.) min-1)

6 rpm 100 C 6 RPM

1.0

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

HRD (120 C) 3 rpm

0.8

30

35

30

35

6 rpm

0.6

0.4 0.2 0.0 0

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

เมื่ออุณหภูมิอบแห้งเพิ่มขึ้น ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะมี ค่ า เพิ่ ม ขึ้ น ถึ ง แม้ ว่ า การเพิ่ ม อุ ณ หภู มิ อ บแห้ ง มี แ นวโน้ ม ท าให้ ปริมาณน้าที่ระเหยเพิ่มมากขึ้น แต่กลับทาให้ชุดทาความร้อนด้วย ไฟฟ้ า ต้ อ งท างานมากขึ้ น ซึ่ ง ส่ ง ผลโดยตรงต่ อ พลั ง งานที่ ใ ช้ ใ น กระบวนการอบแห้ง ในกรณีนี้การเพิ่มของพลังงานมีค่ามากกว่า การเพิ่มของปริมาณน้าที่ระเหย ดังนั้นค่าความสิ้นเปลืองพลังงาน จาเพาะจึงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่า ความสิ้นเปลืองพลังงาน จาเพาะมีแนวโน้มลดลงเมื่อเพิ่มรอบการหมุนของถังหมุน โดยการ เพิ่มความเร็วรอบของถังหมุนทาให้ปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ขับถังหมุน เพิ่มขึ้นไม่มากนักเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้าที่ระเหย ในงานวิจัยนี้ พบว่า ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะต่าสุดที่ได้มี ค่าเท่ากับ 54.5 MJ kgwater-1 ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อทาการอบแห้งที่ อุณหภูมิ 80๐C และความเร็วรอบของถังหมุน 6 rpm 4 สรุป งานวิจัยนี้ได้ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิอบแห้งและรอบ การหมุนของถังหมุนที่มีต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งข้าวเปลือก และความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะของกระบวนการอบแห้งเมื่อ ใช้เครื่องอบแห้งแบบโรตารีที่ใช้ อากาศร้อนเป็นตัวกลางในการ อบแห้ ง จากการศึ ก ษา พบว่ า การเปลี่ ย นแปลงความชื้ น ของ ข้าวเปลือกระหว่างการอบแห้งขึ้ นอยู่กับทั้งอุณหภูมิอบแห้งและ ความเร็ ว รอบของถั ง หมุ น ส่ ว นในกรณี ข องความสิ้ น เปลื อ ง พลั ง งานจ าเพาะ พบว่ า เมื่ อ อุ ณ หภู มิ อ บแห้ ง สู ง ขึ้ น ความ สิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะมีค่าเพิ่มขึ้น แต่ความสิ้นเปลืองพลังงาน จาเพาะมีแนวโน้มลดลงเมื่อรอบการหมุนของถังหมุนเพิ่มขึ้น

SEC (MJ kgwater-1)

รูปที่ 5 อิทธิพลของรอบการหมุนของถังหมุนที่มีต่ออัตราการ อบแห้งข้าวเปลือก 5 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราช 3.2 ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ มงคลพระนคร และคณะวิ ศ วกรรมศาสตร์ มหาวิ ท ยาลั ย รูปที่ 6 แสดงความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ หรือ SEC ของ เทคโนโลยี พ ระจอมเกล้ า พระนครเหนื อ ที่ ไ ด้ ส นั บ สนุ น เงิ น ทุ น กระบวนการอบแห้งที่เงื่อนไขการอบแห้งต่างๆ จะเห็นว่าความ สาหรับการวิจัย สิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะที่ได้จากงานวิจัยนี้มีค่าอยู่ในช่วง 73.8 ถึง 95.4 MJ kgwater-1 และ 54.5 ถึง 72.0 MJ kgwater-1 สาหรับ 6 เอกสารอ้างอิง การอบแห้งที่รอบการหมุนของถังหมุน 3 และ 6 rpm ตามลาดับ AACC. 1995. Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists (9th ed.). St. Paul: American Association of Cereal Chemists, Inc 150 Hung-Nguyen, L., Driscoll, R.H., Srzednicki, G. 2001. 3 rpm Drying of high moisture content paddy in a pilot 6 rpm 100 scale triangular spouted bed dryer. Drying 50 Technology, 19, 375–387. Madhiyanon, T., Soponronnarit, S. 2005. High 0 temperature spouted bed paddy drying with varied 80 100 120 Drying temperature ( C) downcomer air flows and moisture contents: Effects on drying kinetics, critical moisture content, and รูปที่ 6 ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะของกระบวนการอบแห้งที่ milling quality. Drying Technology, 23, 473–495. เงื่อนไขการอบแห้งต่างๆ

42


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 Mihindukulasuriya, S.D.F., Jayasuriya, H.P.W. 2013. Mathematical modeling of drying characteristics of chilli in hot air oven and fluidizedbed dryers. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 15, 154–166. Nimmol, C., Devahastin, S. 2010. Evaluation of performance and energy consumption of an impinging stream dryer for paddy, Applied Thermal Engineering, 30, 2204–2212. Poomsa-ad, N., Terdyothin, A., Prachayawarakorn, S., Soponronnarit, S. 2005. Investigations on head rice yield and operating time in the fluidized-bed drying process: Experiment and simulation. Journal of Stored Products Research, 41, 387–400. Soponronnarit, S., Yapha, M., Prachayawarakorn, S. 1995. Cross-flow fluidized bed paddy dryer: Prototype and commercialization. Drying Technology, 13, 2207–2216. Swasdisevi, T., Devahastin, S., Thanasookprasert, S., Soponronnarit, S. 2013. Comparative evaluation of hot-air and superheated-steam impinging stream drying as novel alternatives for paddy drying. Drying Technology, 31, 717–725. Tirawanichakul, S., Prachayawarakorn, S., Waranyanond, W., Tungtrakul, P., Soponronnarit, S. 2004. Effect of fluidized bed drying temperature on various quality attributes of paddy. Drying Technology, 22, 1731– 1754.

43


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia สมบัติทางกายภาพของผลลาไยพันธุอีดอที่มีผลตอการออกแบบเครื่องจักรหลังการเก็บเกี่ยว Physical properties of Edor longan fruit on affect to postharvest machinery design สินีนาฏ ตุลยธารงกิจ1*, เทวรัตน์ ตรีอานรรค1, กระวี ตรีอานรรค2 Sineenat Tulyathamrongkit1*, Tawarat Treeamnuk 1, Krawee Treeamnuk 2 1สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร

สานักวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, นครราชสีมา, 30000 1 School of Agricultural Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima, 30000 2สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, นครราชสีมา, 30000 2 School of Mechanical Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima, 30000 *Corresponding author: Tel: +66-6-1941-9164, E-mail: yui_lol@hotmail.com

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึ กษาสมบัติ ทางกายภาพของผลลาไยพั นธุ์ อีด อซึ่ งมีผลต่อการออกแบบและประเมิ นสมรรถนะ เครื่องจักรหลังการเก็บเกี่ยว ได้แก่ ค่าความสูง (H) เส้นผ่านศูนย์กลางค่ามาก (Dmax) และเส้นผ่านศูนย์กลางค่าน้อย(Dmin) ของผลก่อน ปอกเปลือกและเมล็ด ค่าน้าหนักผลก่อนปอกเปลือก เนื้อ เปลือกและเมล็ด ค่าความหนาของเนื้อและเปลือก ค่าความถ่วงจาเพาะ มุม กลิ้งของผลลาไยบนพื้นผิวเรียบประเภท แผ่นไม้ เหล็กกล้าไร้สนิม กัลวาไนซ์และเหล็ก ค่าความชื้น ของเนื้อ เปลือก และเมล็ด โดยทา การแบ่งผลลาไยออกเป็น 6 ขนาด คือ 1 2 3 4 5 และ 6 โดยเรียงจากขนาดใหญ่ไปเล็ก ตามมาตรฐานสินค้าเกษตรและอาหารแห่งชาติ ทาการทดลองที่ขนาดละ 50 ผล ผลจากการศึกษาพบว่าค่า H, Dmax, Dmin และน้าหนักของผลลาไยก่อนปอกเปลือก เนื้อและเมล็ด มี ค่าลดลงตามตัวเลขขนาดของลาไยที่เพิ่มขึ้น ส่วนค่าความหนาเนื้อและเปลือก ค่าความถ่วงจาเพาะ ค่ามุมกลิ้ง มีค่าที่ใกล้เคียงกัน โดย ไม่ขึ้นกับขนาดของผลลาไย สาหรับค่าความชื้นพบว่าความชื้นของเนื้อมีค่าสูงสุด รองมาคือ เปลือก และเมล็ด ตามลาดับ ข้อมูล เหล่านี้สามารถนาไปใช้ในการออกแบบและประเมินสมรรถนะเครื่องจักรหลังการเก็บเกี่ยวลาไยพันธ์อีดอต่อไป คาสาคัญ: ลาไย, สมบัติทางกายภาพ, เครื่องจักรหลังการเก็บเกี่ยว Abstract This research aims to study the physical properties of Edor longan fruit that affect to design and performance evaluation of postharvest machinery. The 50 fruits of each longan grade (1, 2 ,3 ,4 ,5, and 6 according to TAFS 12003 longans) were used to study physical properties such as the dimension of longan fruit i.e. height (H), the large diameter (Dmax) and the minimum diameter (Dmin) of fruit and seed, the weight of whole fruit, flesh, shell and seed, the thickness of the flesh and shell, specific gravity, the rolling angle of fruit on a flat surface i.e. wood, stainlesssteel, galvanized steel, steel and the moisture of the flesh, shell and seed. The results shown that H, Dmax,Dmin of fruit and seed, weight of the fruit, flesh, shell, and seed are decrease when grade number increase. The thickness of flesh and shell, specific gravity, rolling angle do not have relations with grade. The moisture content of flesh is the highest and seed is the lowest, these data can be used to design and performance evaluation of postharvest machinery. Keywords: Edor longan, Physical properties, Postharvest machinery.

44


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 1 บทนา ลาไยเป็นผลไม้ทางเศรษฐกิจที่มีความสาคัญของประเทศ ที่มี การส่งออกทั้งในรูปผลสดและแปรรูป โดยมีปริมาณการส่งออก โดยเฉลี่ย ในปี 2559 อยู่ที่ 458 ล้านกิโลกรัม รวมมูลค่าทั้งสิ้น 10,353 ล้านบาท ซึ่งจัดว่ามีปริมาณการส่งออกมากเป็นอันดับ 1 ของประเทศในกลุ่ ม ของผลไม้ (Service group exporting agricultural products, 2016) ลาไยที่ปลูกในประเทศไทยมีอยู่ หลายพันธุ์โดยสายพันธุ์ที่นิยมปลูกกันมากคือสายพันธุ์ดอหรือ อีดอ เนื่องจากเจริญเติบโตได้ดี และทนทานต่อสภาพแวดล้อม ( Office of Agricultural Extension and Development, 2010) ลาไยในไทย มีผลผลิตในปี 2559 เท่ากับ 0.76 ล้านตัน ในปี 2560 เท่ากับ 1.02 ล้านตันและในปี 2561 เท่ากับ 1.06 ล้านตัน ผลผลิ ต มี แ นวโน้ ม เพิ่ ม ขึ้ น ในทุ ก ๆ ปี เนื่ อ งจากเกษตรกร ปรั บ เปลี่ ย นมาผลิ ต ล าไยนอกฤดู เ พิ่ ม ขึ้ น ประกอบกั บ สภาพ ภู มิ อ ากาศที่ เ อื้ อ อำนวย (Office of Agricultural Economics, 2018) ตามหลักการทางเศรษฐศาสตร์หากผลผลิตสูงขึ้น ราคาก็ จะยิ่งตกต่า ส่งผลให้เกษตรกรและผู้ผลิตลาไยประสบกับภาวะ ขาดทุน เนื่องจากลาไยล้นตลาด เมื่ อ ผลผลิ ต ล ำไยสดมี ม ำกจึ ง จ ำเป็ น ต้ อ งท ำกำรแปรรู ป เพื่อเพิ่มมูลค่ำ และยังเป็นกำรถนอมรักษำก่อนที่ลาไยจะเกิดการ เสียหายหรือเน่าเสียขึ้น ซึ่งจากรายงานของ Jiang et al.( 2002) ได้รายงานว่าผลลาไยสดหากเก็บไว้ที่สถาพบรรยากาศปกติจะมี อายุหลังการเก็บเกี่ยว 3-4 วัน จึงจาเป็นต้องแปรรูปก่อนเน่าเสีย โดยผลิตภัณฑ์แปรรูปลำไยที่พบเห็นโดยทั่วไป ได้แก่ ลาไยอบแห้ง ทั้งผล ลาไยกระป๋ อง ผงน้าลาไย และเนื้อลาไยอบแห้ง เป็นต้น การแปรรูปลาไยจึงมีความสาคัญมากขึ้นในภาวะที่ลาไยล้นตลาด ในการทาลาไยแปรรูปดังกล่าวมีขั้นตอนอยู่หลายขั้นตั้งแต่ทาการ เก็ บ เกี่ ย ว การคั ด ขนาด ไปจนถึ ง ขั้ น ตอนการคว้ า นเมล็ ด จึงจำเป็นต้องมีเครื่องมือเครื่องจักรเข้ำมำช่วย โดยเครื่องจักรที่ นามาใช้กับลาไยได้แก่ เครื่องเก็บเกี่ยวผลลาไย เครื่องคัดขนาด ลาไย เครื่องคว้านเมล็ดลาไย (Treeamnuk et al., 2014) เป็น ต้น ซึ่งในการออกแบบเครื่องจักรกลหรืออุปกรณ์การเกษตรมา ทางานแทนคน จาเป็นที่จะต้ องรู้จักสมบัติทางกายภาพผลิตผล ก่ อ นการออกแบบสร้ า งเครื่ อ งจั ก รกลที่ จ ะท างานกั บ ผลิ ต ผล เกษตรนั้ น (Jarimopas, 2002) ดั ง นั้ น เพื่ อ เป็ น ข้ อ มู ล ในการ พั ฒ นาเครื่ อ งจั ก รหลั ง การเก็ บ เกี่ ย วล าไย งานวิ จั ย นี้ จึ ง มี วัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสมบัติทางกายภาพของผลลาไย โดยศึกษา กับผลลาไยพันธุ์อีดอ ซึ่งเป็นพันธุ์ที่นิยมปลูกมากในประเทศไทย

45

2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 ลำไย ศึ ก ษาสมบั ติ ท างกายภาพของผลล าไยพั น ธุ์ อี ด อ จาก ตลาดสุรนคร อ.เมืองนครราชสีมา จ.นครราชสีมา อยู่ใน สภาพเดียวกัน เก็บเกี่ยวช่วงเดือน สิงหาคม-กันยายน ซื้อใน ลักษณะเป็นช่อแล้วนามาคัดขนาดโดยใช้เวอร์เนียร์คาลิป เปอร์ ซึ่ งคั ด ขนาดล าไยได้ 6 ขนาด ตามมาตรฐานสินค้า เกษตรและอาหารแห่งชาติ มกอช 1 -2546 (The National Bureau of Agricultural Commodity and Food Standards, 2003) และทาการทดลองขนาดละ 50 ผล 2.2 กำรวัดขนำด

Figure 1. Dimensions of longan. ในการศึกษาสมบัติทางกายภาพของผลลาไยมีมิติของผล ลาไย และเมล็ดลาไยที่ต้องวัดดังนี้ 2.2.1 ขนำดเส้นผ่ำนศูนย์กลำงของลำไยทั้ง 3 แกน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางทั้ง 3 แกน ที่ตั้งฉากกัน ได้แก่ ผลก่ อ นปอกเปลื อ ก ผลหลั ง ปอกเปลื อ ก และเมล็ ด ประกอบด้วย ความสูง (Height) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางค่า มาก (Dmax) และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางค่าน้อย(Dmin) (ดัง แสดงใน Figure 1) ทาการวัดโดยใช้อุปกรณ์เวอร์เนียร์คาลิป เปอร์แบบดิจิตอล ความแม่นยา ±0.01mm (Figure 2)

Figure 2. Measurement of the dimension of longan by using a digital caliper.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 ค่ามิตสิ ามารถนาไปหาค่าความกลม( Sphericity) ได้โดยใช้ สมการที่ 1 (Mohsenin,1986)

Sphericity =

( Dmax xDmin xH ) Dmax

1 3

SG คือ ค่าความถ่วงจาเพาะ Wd Wf

(1)

2.2.2 ควำมหนำ วั ด ความหนาของเนื้ อ ที่ ท าการคว้ า นเมล็ ด ออกแล้ ว และ เปลือกของผลลาไย โดยใช้อุปกรณ์เวอร์เนียร์คาลิปเปอร์แบบ ดิจิตอล

คือ น้าหนักของผลลาไยที่ชั่งในอากาศ คือ น้าหนักของผลลาไยที่ชั่งในน้า

2.5 มุมกลิ้ง หามุมกลิ้งของผลลาไยพันธุ์อีดอ โดยทดสอบกับวัสดุ ผิวราบทั้ง 4 ชนิด ได้แก่ แผ่นไม้ เหล็กกล้าไร้สนิม กัลวาไนซ์ และ เหล็ก ทาการจัดเตรียมอุปกรณ์ดังแสดงใน Figure 4 โดยใช้ลาไยขนาดละ 50 ผล ทดสอบ 3 ซ้า

2.3 น้ำหนักของผลลำไย ท าการศึ ก ษาน้ าหนั ก ของล าไยพั น ธุ์ อี ด อที่ มี ผ ลต่ อ การ ออกแบบและประเมินสมรรถนะการทางานของเครื่องจักร ได้แก่ น้ าหนั ก ผลก่ อ นปอกเปลื อ ก ผลหลั งปอกเปลื อ ก เนื้ อ ผลลาไย เมล็ด และเปลือก โดยใช้เ ครื่องชั่งน้าหนักดิจิตอล 2 ตาแหน่ง ยี่ ห้ อ Sartorius, BSA3202S-CW ผลิ ต จากประเทศ Germany ความละเอียด 0.01

2.6 กำรหำปริมำณควำมชื้นของผลลำไยพันธุ์อีดอ

2.4 ควำมถ่วงจำเพำะ (SG)

สุ่มเลือกผลลาไยพันธุอ์ ีดอ ที่ใช้ในการทดสอบขนาดละ 5 ผล โดยแยกเปลือก เนื้อ และเมล็ด โดยใช้มีดคว้าน ทาการ ชั่ งน้ าหนั ก เปลื อ กเนื้ อ และเมล็ ด ด้ ว ยเครื่ อ งชั่ งน้ าหนั ก 4 ตาแหน่ง ยี่ห้อ Sartorius, รุ่น BSA224S -CW ความแม่นยา ±0.0001g ประเทศ Germany แล้ว นาไปอบในตู้อบลมร้อน ยี่ ห้ อ FRANCE ETUVES รุ่ น XU058 ประเทศฝรั่ ง เศส ที่ อุณหภูมิ 105°C เป็นเวลา 72 h (AOAC,1995) อ้างถึงโดย Kansaard et al. (2018) จากนั้ น น าไปพั ก ไว้ ใ น โถ่ ดู ด ความชื้น แล้วชั่งน้าหนัก ทาการคานวณค่าความชื้น ด้วย สมการ (3)

Figure 3. Weighing in water for specific gravity Measurement. หาค่าความถ่วงจาเพาะโดยวิธีการแทนที่น้าโดยการชั่ง น้ าหนั ก ผลล าไยในอากาศแล้ว บั น ทึ ก ค่ า จากนั้ น ท าการจุ่ มลง ในบิ๊กเกอร์ที่บรรจุน้าดังแสดงใน Figure 3 อ่านค่ามวลของน้าที่ ถูกแทนที่ด้วยผลลาไยแล้วนามาคานวณหาค่าความถ่วงจาเพาะ โดยใช้สมการที่ 2 (Jarimopas, 2002) ดังนี้ SG =

Wd Wf

Figure 4. Rolling test.

(2)

46

%M d =

W −d 100 d

%Md คือเปอร์เซ็นต์ความชื้นฐานแห้ง W คือ มวลก่อนนาเข้าตู้อบลมร้อน (g) d คือ มวลหลังออกจากตู้อบลมร้อน (g)

(3)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลกำรหำขนำดต่ำง ๆ ของผลลำไยพันธุ์อีดอ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางทั้ง 3 แกนที่ตั้งฉากของผลลาไยพันธุ์ อีดอทั้ง 6 ขนาด ได้แก่ ผลก่อนปอกเปลือก ผลหลังปอกเปลือก และเมล็ ด ซึ่ ง ขนาดของผลก่ อ นปอกเปลื อ กมี ค วามสู ง เฉลี่ ย (Height) เ ท่ า กั บ 25.85, 24.49, 24.03, 23.54, 22.69 แ ล ะ 21.32 mm. ค่ า เฉลี่ ย ของเส้ น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางค่ า มาก (Dmax) เท่ากับ 28.91, 27.48, 26.50, 25.49, 24.53 และ 23.11 mm. ค่ า เฉลี่ ย ของเส้ น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางค่ า น้ อ ย (Dmin) เท่ า กั บ 25.80, 24.71, 24.30, 23.60, 22.73 และ 21.31 mm. ซึ่งพบว่าขนาด มิติของผลลาไยทั้งเปลือกมีแนวโน้มลดลงเมื่อตัวเลขขนาดมากขึ้น ดังแสดงใน Figure 5 นั่นคือเมื่อตัวเลขขนาดมากขึ้นผลลาไยจะมี ขนาดเล็ ก ลง ส าหรั บ ขนาดของผลหลังปอกเปลื อ กพบว่ ามีค่า ความสู ง เฉลี่ ย (Height) เท่ า กั บ 20.32, 18.98, 18.13, 17.20, 16.08 และ 15.03 mm. ค่าเฉลี่ยของเส้นผ่านศูนย์กลางค่ามาก (Dmax) เท่ากับ 25.09, 23.18, 22.00, 20.14, 18.52 และ 17.09 mm. ค่ า เฉลี่ ย ของเส้ น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางค่ า น้ อ ย (Dmin) เท่ า กั บ 20.97, 19.81, 19.00, 17.27, 15.94 แ ล ะ 14.54 mm. ดั ง Figure 6 ขนาดของเมล็ ด มี ค วามสู ง เฉลี่ ย (Height) เท่ า กั บ 13.46, 13.11, 12.52, 11.94, 11.69 และ 10.98 mm. ค่าเฉลี่ย ของเส้ น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางค่ า มาก (Dmax) เท่ า กั บ 14.29, 13.95, 13.55, 12.85, 12.55 และ 11.76 mm. ค่ า เฉลี่ ย ของเส้ น ผ่ า น ศูนย์กลางค่าน้อย (Dmin) เท่ากับ 11.52, 11.26, 11.11, 10.39, 10.17 และ 9.53 mm. ดัง Figure7 Table 1. Dimensions and Sphericity index of longan. Grade Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Grade 5 Grade 6

Diameter (mm.) Dmax Dmin 28.91 25.80 27.48 24.71 26.50 24.30 25.49 23.60 24.53 22.73 23.11 21.31

H 25.85 24.49 24.03 23.54 22.69 21.32

Sphericity 0.93 0.93 0.94 0.95 0.95 0.95

ลั ก ษณะผลก่ อ นปอกเปลือ กและหลังจากปอกเปลื อกมีค่า ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของความสูง (Height) ใกล้เคียงกับขนาด ของเส้ น ผ่ า นศู น ย์ก ลางค่ า น้อ ย (Dmin) และมี ค่ าขนาดเส้นผ่าน ศูนย์กลางค่ามาก (Dmax) ที่มากที่สุด ลาไยจึงมีลักษณะทรงแป้น ซึ่ ง มี ค่ า ความกลม(sphericity) ดั ง แสดงในTable 1 เท่ า กั บ

47

0.93,0.93,0.94,0.95,0.95 และ0.95 ตามล าดั บ รู ป ร่ า ง ลาไยยิ่งเล็กลง ส่งผลให้ค่าความกลมมีค่ามากขึ้น ในทางกลับกันลักษณะของเมล็ดลาไย มีค่าขนาดเส้น ผ่านศูนย์กลางค่ามาก (Dmax) ใกล้เคียงกับ ค่าขนาดเส้นผ่าน ศูนย์กลางของความสูง (Height) แต่ ค่าขนาดของเส้นผ่าน ศู น ย์ ก ลางค่ า น้ อ ย (Dmin)เป็ น ค่ า ที่ น้ อ ยที่ สุ ด เมล็ ด จึ ง มี ลักษณะค่อนข้างกลม (Wilhelm et al., 2005)

Figure 5. Dimensions of whole longan fruit.

Figure 6. Dimensions of longan without shell. ผลการศึกษาหาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ด ลาไย พั น ธุ์ อี ด อขนาดต่ า ง ๆ พบว่ า มิ ติ ข องเมล็ ด ล าไยมี ก าร เปลี่ ย นแปลงตามขนาดผลที่ แ บ่ ง เป็ น เกรดต่ า ง ๆ ตาม มาตรฐานสิ น ค้ า เกษตรและอาหารแห่ ง ชาติ ดั ง แสดงใน Figure 7

Figure 7. Dimensions of longan seed. ส าหรั บ ขนาดมิ ติ ข องเมล็ ด ล าไยนั้ น สามารถ นาไปใช้เพื่อการพัฒนาออกแบบหัวคว้านเมล็ดลาไยสาหรับ เครื่องจักรหรือเครื่องมือช่วยในการคว้านเมล็ด ซึ่งเนื้อลาไย


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 ที่ ผ่ า นการน าเมล็ ด ออกแล้ ว สามารถน ามาใช้ ต่ อ ยอดใน อุตสาหกรรมลาไยกระป๋อง หรือเนื้อลาไยอบแห้งต่อไปได้ เมื่อ พิจารณาเฉพาะขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเมล็ดแล้ ว พบว่า ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางค่ามาก (Dmax )และค่าน้อย (Dmin) ของ เมล็ดลาไย ซึ่งในการออกแบบหัวคว้านเมล็ด จะใช้ ค่าขนาดเส้น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางค่ ามาก(Dmax ) เป็ น หลั ก ซึ่ งได้ ค่ า เท่ า กั บ 14.29 mm. (Table 2) ซึ่งจะสามารถนาไปออกแบบหัวคว้านเมล็ดลาไย ต่อไป Table 2. Dimensions and Sphericity index of longan seed. Grade Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Grade 5 Grade 6

Diameter (mm.) Dmax Dmin 14.29 11.52 13.95 11.26 13.55 11.11 12.85 10.39 12.55 10.17 11.76 9.54

H 13.46 13.11 12.51 11.94 11.69 10.98

Sphericity 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91

สาหรับค่าความหนาของเนื้อลาไยทั้ง 6 ขนาด มีค่าเฉลี่ยความ หนาของเนื้ อ ของล าไย เท่ า กั บ 3.07 ±0.74, 2.89±0.58, 3.03±0.53, 3.38±0.70, 2.63±0.74 และ 2.01±0.75mm. ส่วน ค่ า เฉลี่ ย ความหนาของเปลื อ กลาไย มี ค่ า เท่ า กั บ 0.75 ±0.20, 0.80±0 . 17, 0.96±0 . 18, 0.90±0 . 15, 0.81±0 . 12 แ ล ะ 0.84±0.14mm. ซึ่งค่าความหนาของเนื้อและเปลือกมีผลต่อแรง ที่ ใ ช้ ใ นการคว้ า นท าให้ ข าด ซึ่ ง ถ้ า หนามากจะต้ อ งใช้ แ รงมาก นอกจากนี้ความหนาของเปลือกและเนื้อยังมีผ ลต่อระยะการกรีด และความลึกของใบมีด ที่ใช้ในการกรีดเปลือกและคว้านเนื้อเพื่อ แยกเมล็ดออก ผลจากการศึกษาพบว่าความหนาเปลือกไม่ขึ้นอยู่ กับขนาดตามเกรดนั่นคือความหนาไม่มีความแตกต่างกันต่างสถิติ ที่ระดับความเชื่อมั่นร้อยละ 95 แต่ความหนาของเนื้อขนาดที่ 1, 2, 3 และ 4 มีขนาดที่หนากว่าเนื้อลาไย ขนาดที่ 5และ 6 อย่างมี นั ย ส าคั ญ (P<0.05) แสดงว่ า แรงที่ ใ ช้ ใ นการคว้ า นที่ เ ปลื อ กไม่ แตกต่างกัน แต่เมื่อถึงเนื้อ แรงที่ใช้ในการคว้านของขนาดที่ 1-4 มีมากกว่า แรงที่ใช้คว้านในขนาดที่ 5-6

Table 3. The thickness of flesh and shell of longan. Grade Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Grade 5 Grade 6

Thickness (mm.) flesh shell a 3.07 ±0.74 0.75 ±0.20c a 2.89±0.58 0.80±0.17c 3.03±0.53a 0.96±0.18c 3.38±0.70a 0.90±0.15c 2.63±0.74b 0.81±0.12c 2.01±0.75b 0.84±0.14c

Note: - Each value shown in the table was an average of triplicates ± standard deviation - a-c in the same column with different superscripts mean that the data are significantly different (P < 0.05)

3.2 น้ำหนักของผลลำไย น้าหนักของลาไยพันธุ์อีดอ ทั้ง 6 ขนาด ได้แก่ น้าหนัก ผลก่ อ นปอกเปลื อ กมี ค่ า เฉลี่ ย เท่ า กั บ 11.52, 9.87, 9.21, 8.36, 7.38และ 6.21 g น้ าหนั ก ผลหลั ง ปอกเปลื อ ก มี ค่าเฉลี่ยเท่ากับ 9.19, 7.95, 7.25, 6.58, 5.75 และ 4.66 g น้ าหนั ก เนื้ อ ผลล าไยมี ค่ า เฉลี่ ย เท่ า กั บ 6.38, 5.23, 4.45, 4.22, 3.48 และ 2.60 g น้ าหนั ก เมล็ ด มี ค่ า เฉลี่ ย เท่ า กั บ 1.49, 1.40, 1.32, 1.23, 1.16 และ 1.00 g น้าหนักเปลือกมี ค่าเฉลี่ยเท่ากับ 2.12, 1.65, 1.69, 1.60, 1.46 และ 1.25 g ซึ่งการใช้มีดในการคว้านหาน้าหนักส่วนประกอบต่าง ๆ ของ ลาไยเป็นวิธีมาตรฐานที่มีประสิทธิ ภาพและมีความประณีต ค่าน้าหนักของเนื้อ เปลือก และเมล็ดของลาไยสามารถใช้ เพื่อที่เป็นเกณฑ์ในการประเมินประสิทธิภาพและสมรรถนะ ของเครื่องจักรหรือเครื่องมือสาหรับการคว้านเมล็ดลาไยได้ เมื่อพิจารณาน้าหนักของผลลาไยเทียบกับขนาดมิติของ ผลลาไยพบว่าน้าหนักมีความสัมพันธ์กับขนาดของลาไย โดย แนวโน้มไปทางเดียวกันคือลาไยที่ผลโตกว่า (ขนาด 1) จะมี น้ าหนั ก มากผลที่ มี ข นาดเล็ ก กว่ า (ขนาด 6) ดั ง แสดงใน Figure 8

Figure 8. The relationship between the weight and size of longan fruit.

48


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 3.3 ค่ำควำมถ่วงจำเพำะ ค่าเฉลี่ยของความถ่วงจาเพาะของผลลาไย(Specific Gravity ,SG) ทั้ ง 6 ขนาด มี ค่ า เท่ า กั บ 0.97±0.15 ข้ อ มู ล ใน Table 4 แสดงว่าลาไยมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับน้าส่งผลให้ ลาไยอยู่ในระดับลอยปริ่ม น้า และค่าความถ่วงจาเพาะบ่ง บอกถึงความแก่ของผลลาไย ที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับขนาด ของผลลาไย Table 4. Specific gravity of longan and ratio of flesh per hole fruit and flesh per seed longan. Specific flesh per flesh per seed Grade Gravity, SG hole fruit longan Grade 1 1.02±0.23 0.55 4.29 Grade 2 0.95±0.05 0.53 3.72 Grade 3 0.97±0.05 0.48 3.37 Grade 4 0.96±0.08 0.50 3.43 Grade 5 0.90±0.15 0.47 3.01 Grade 6 1.03±0.32 0.42 2.60 Note: - Each value shown in the table was an average of triplicates ± standard deviation

3.4 มุมกลิ้ง ผลการศึกษามุมกลิ้งของผลลาไยเฉลีย่ ทั้ง 6 ขนาดที่ได้จากการ นาไปทดสอบกับวัสดุผิวเรียบประเภท แผ่นไม้ เหล็กกล้าไร้สนิม กั ล วาไนซ์ และเหล็ ก คื อ 6.72°, 7.29°, 7.58° และ 6.87° ตามล าดั บ (Table 5) ซึ่ ง ไม่ ขึ้ น กั บ ขนาดของผล วั ส ดุ ผิ ว เรี ย บ ประเภทแผ่นไม้และเหล็ก มีมุมกลิ้งใกล้เคียงกัน วัสดุประเภทกัล วาไนซ์มีมุมกลิ้งที่มากที่สุด และค่ามุมกลิ้งของเหล็กกล้าไร้สนิมอยู่ ระหว่าง กัลวาไนซ์และแผ่นไม้กับเหล็ก มุมกลิ้งที่มีค่าสูงหมายถึง มีแรงเสียดทานมาก ซึ่งลาไยทั้ง 6 ขนาดสามารถกลิ้งได้ดีในทุก สภาพพื้ น ผิ ว แต่ ใ นสายการผลิ ต อาหารนิ ย มใช้ วั ส ดุ ป ระเภท เหล็ ก กล้ า ไร้ ส นิ ม หรื อ สแตนเลส (Stainless) เนื่ อ งจากมี คุณสมบัติเด่นคือ ความแข็งแรง ความทนทาน และต้านทานต่อ การกัดกร่อนสูง จึงไม่เป็นสนิม ไม่ทาปฏิกิริยากับกรดและเกลือที่ มีอยู่ในอาหาร รวมทั้งเหล็กกล้าไร้สนิม ยังทนความร้อน ความ เย็น และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยฉับพลันได้ดี ง่ายต่อการ ดูแลรักษาและทาความสะอาด

49

Table 5. Angle of rolling affect on different kinds of materials. Grade Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Grade 5 Grade 6

Wood (°) 5.85±2.36 6.09±1.99 5.90±1.77 7.72±1.55 7.89±1.41 6.88±1.48

Friction Stainless Galvanize (°) steel (°) 7.28±2.81 8.57±2.09 6.45±1.82 6.01±1.40 6.26±1.80 5.90±1.45 8.79±1.44 9.58±1.53 7.37±1.59 8.13±1.54 7.57±1.54 7.32±1.34

Steel (°) 8.57±1.98 6.31±1.85 5.77±1.55 5.83±1.40 7.27±1.39 7.43±1.46

Note: - Each value shown in the table was an average of triplicates ± standard deviation

3.5 ผลกำรศึกษำปริมำณควำมชื้น ผลการศึกษาเพื่อหาปริมาณความชื้น พบว่า ค่าเฉลี่ย ปริ ม าณความชื้ น ของล าไยทั้ ง 6 ขนาด ของเนื้ อ มี ค่ า 469.80± 22.07%db. ค ว า ม ชื้ น เ ป ลื อ ก มี ค่ า 138.80± 11.71%db. แ ล ะ ค ว า ม ชื้ น เ ม ล็ ด ล า ไ ย มี ค่ า 75.69±16.05%db. ซึ่งจากการศึกษาเห็นได้ชัดว่าปริมาณ ความชื้นของเนื้อลาไย มีมากกว่า ปริมาณความชื้นที่เปลือก และ ปริ ม าณความชื้ น ที่ เ มล็ ด ตามล าดั บ (Figure 9) ความชื้นของเปลือก มีผลต่อการปอกเปลือก หรือการกด ผ่านเปลือกในกรณีที่ของหัวคว้าน ซึ่งเปลือกที่มีความชื้นสูง สามารถปอกเปลื อ กได้ ดี ก ว่ า (Rakthawangworg and Pichaithong, 2015)

Figure 9. Moisture content of flesh, shell and seed of longan. 4 สรุป จากการศึ ก ษาสมบั ติท างกายภาพของลาไยพั น ธุ์อีดอ โดยการแบ่งขนาดเป็น 6 ขนาด ตามมาตรฐานสินค้าเกษตร และอาหารแห่งชาติ มกอช 1 -2546 (ลาไย) สมบัติทาง กายภาพของประกอบด้วยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของผล และเมล็ ด ล าไยทั้ ง 3 แกน ทั้ ง ก่ อ นและหลั ง ปอกเปลื อ ก


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 13-15 มีนาคม 2562 น้ าหนั ก ของล าไยก่ อ นปอกเปลื อ กและหลั ง ปอกเปลื อ กมี ความสัมพันธ์กับขนาด ส่วนความหนาของเนื้อและเปลือก ความ ถ่วงจาเพาะ และมุมกลงิ้ ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของลาไย โดยมุมกลิ้ง จะขึ้นอยู่กับพื้นผิววัสดุแผ่นราบ ค่าความชื้นของเนื้อลาไยสดโดย เฉลี่ย 469.8022.07%db. เปลือกลาไย 138.80±11.71%db. และเมล็ ด 75.69± 16.05%db. ซึ่ ง ข้ อ มู ล ดั ง กล่ า วเหล่ า นี้ สามารถนาไปใช้ในการออกแบบและพัฒนาเครื่องจักรหลังการ เก็บเกี่ยวต่อไป 5 กิตติกรรมประกาศ งานวิจัยนี้ขอขอบคุณสาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร มหาวิทยาลัย เทคโนโลยี สุ ร นารี ที่ ส นั บ สนุ น เครื่ อ งมื อ และสถานที่ ใ นการ ดาเนินการวิจัย 6 เอกสารอ้างอิง Jarimopas B. 2002. Physical properties of agricultural products 1: theory. Department of agricultural engineering. Kasetsart University, Kamphaeng Saen Campus, 150p. (In Thai) Jiang, Y., Zhang Z., Joyce, D. C., Ketsa, S. 2002. Postharvest biology and handling of longan fruit (Dimocarpus longan Lour.). Postharvest Biology and Technology 26: 241–252. Kansaard N., Khruakaew A., Seasong P., Sa-adchom P. 2018.Effect of hot air velocity on preserved tomatoes drying using combined conveyor system and hot air.RMUTP Research Jounal.,Vol 12,No.1, January-June. Mohsenin, N. N., 1986. Physical properties of plant and animal materials.2ndGorgen and Breach,Science Publishers: reviced 891pp Treeamnuk, K., Tangli, S., Neatsawang, W., Treeamnuk, T. 2014. Testing and Evaluation of Semi-automatic Longan Seed Removing Machine. Agricultural Sci. J. 45: 3/1 (Suppl.): 317-320. (In thai) Office of Agricultural Extension and Development. 2010. Varieties of longan. Available at: http://www.ndoae.doae.go.th/article2010/longan/lo ngan_intro.html. Accessed on 6 December 2018.

50

Office of Agricultural Economics. 2018. The production schedule of longan in Thailand from 2015 to 2017. Available at: http://aginfo.oae.go.th. Accessed on 6 December 2018. Rakthawangworg J. and Pichaithong N. 2015. Development of mechanical mechanism for rambutan peeled by 5 - link mechanism. The Agricultural Engineering Project, Department of Agricultural Engineering. Kasetsart University, Kamphaeng Saen Campus. 73p. (In Thai) Service group exporting agricultural products. 2016. Data export fresh fruit (list type) to go abroad. In 2016. ( only the phytosanitary certificate). Available at: http://www.doa.go.th. Accessed on 20 September 2018. Soonthornkijpanich S., Kaewrueng S., Sayasoonthorn S. 2015. Some Physical Properties of Rambutan for Designing Rambutan Seed Remover. Agricultural Sci. J. 46: 3/1 (Suppl.): 501504. (In Thai) The National Bureau of Agricultural Commodity and Food Standards. 2 0 0 3 . : Longans. Thai Agricultural Commodity and Food Standard TACFS 1-2003, 6p. (In Thai) Wilhelm, L. R., Suter, D. A., Brusewitz, G. H. 2005. Physical Properties of Food Materials. Chapter 2 in Food & Process Engineering Technology, 2352. St. Joseph, Michigan: ASAE. © American Society of Agricultural Engineers.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia ผลกระทบของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลที่มีต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งและพลังงานของการอบแห้งข้าวเปลือก ด้วยเครื่องอบแห้งแบบโรตารี Effects of Far-Infrared Radiation on Drying Kinetics and Energy Consumption of Paddy Drying Using a Rotary Dryer ปฏิวัติ คมวชิรกุล1*, ฉัตรชัย นิมมล2, อัศวิน ยอดรักษ์2 Patiwat Khomwachirakul1*, Chatchai Nimmol2, Aswin Yodrux2 1

สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลพระนคร ถนนประชาราษฎร์ 1 แขวงวงศ์สว่าง เขตบางซื่อ กรุงเทพฯ 10800 1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Phra Nakhon, 1381 Pracharat 1 Road, Wongsawang, Bangsue, Bangkok 10800 2 ภาควิชาวิศวกรรมขนถ่ายวัสดุและโลจิสติกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ 1518 ถนนประชาราษฎร์ 1 แขวงวงศ์สวาง เขตบางซื่อ กรุงเทพฯ 10800 2 Department of Materials Handling and Logistics Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s University of Technology North Bangkok, 1518 Pracharat 1 Road, Wongsawang, Bangsue, Bangkok 10800 *Corresponding author: E-mail: patiwat.k@rmutp.ac.th: patiwat.k@rmutp.ac.th

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลที่มีต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งข้าวเปลือกและความ สิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะของเครื่องอบแห้งแบบโรตารี การอบแห้งกระทาที่ความชื้นเริ่มต้นของข้าวเปลือก 30 ถึง 32% (d.b) โดยใช้ ความเข้มของการแผ่รังสีรังสีอินฟราเรดไกล 2 3 และ 4 kW m-2 และความเร็วรอบของถังหมุน 3 และ 6 rpm จากการศึกษาพบว่า การลดลงของความชื้นของข้าวเปลือกขึ้นอยู่กับความเข้มของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกล ขณะที่ความเร็วรอบของถังหมุนไม่มีผลกระทบ ต่อการลดลงของความชื้นมากนัก นอกจากนี้ยังพบว่า ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะในกระบวนการอบแห้งมีค่าต่าสุดเท่ากับ 46.2 MJ kgwater-1 ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออบแห้งที่ความเข้มของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกล 4 kW m-2 และความเร็วรอบของถังหมุน 3 rpm คาสาคัญ: การแผ่รังสีอินฟราเรดไกล, ข้าวเปลือก, ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ, เครื่องอบแห้งแบบโรตารี Abstract The objective of this research was to investigate the effect of far-infrared radiation on the drying kinetics of paddy and specific energy consumption of the rotary dryer. The paddy was dried from the initial moisture content of around 30 to 32% (d.b) with the far-infrared radiation intensity of 2, 3 and 4 kW m-2 and the drum revolution of 3 and 6 rpm. The results showed that the moisture reduction of paddy was strongly depended on the far-infrared radiation intensity, while the drum revolution had a little effect on the moisture reduction of paddy. In addition, the lowest specific energy consumption of the drying process of 46.2 MJ kgwater-1 was found when drying was performed at the far-infrared radiation intensity of 4 kW m-2 and rotary revolution of 3 rpm. Keywords: Far-infared radiation, Paddy, Specific energy consumption, Rotary dryer แตกหักซึ่งเป็นผลจากลักษณะการเคลื่อนที่ของข้าวเปลือกภายใน 1 บทนา เครื่องอบแห้ง (Goksu et al., 2005) เพื่อลดข้อบกพร่องดังกล่าว การอบแห้งข้าวเปลือกสามารถทาได้ด้วยเครื่องอบแห้งหลาย กระบวนการอบแห้งที่ใช้ควรมีการเคลื่อนตัวของเมล็ดข้าวอย่าง ชนิด เช่น เครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ตเบด หรือเครื่องอบแห้ง นิ่มนวล (ไม่เกิดการชน หรือกระแทกกันอย่างรุนแรง) และมีการ แบบฟลูอิดไดซ์เบด อย่างไรก็ต ามเครื่องอบแห้งเหล่านี้ ยังคงมี กระจายอุณหภูมิของอากาศระหว่างการอบแห้งอย่างสม่าเสมอ ข้ อ ด้ อ ย ก ล่ า ว คื อ ร ะ บ บ ต้ อ ง ใ ช้ พ ลั ง ง า น ม า ก โดยเครื่องอบแห้งที่มีคุณลักษณะดังกล่าวได้แก่ เครื่อ งอบแห้ง (Mihindukulasuriya and Jayasuriya, 2013) หรือข้าวอาจ แบบโรตารี (Rotary dryer)

51


เครื่องอบแห้งแบบโรตารีเป็นเครื่องอบแห้งที่มีประสิทธิภาพ การใช้พลังงานในเกณฑ์สูง สามารถอบแห้งอย่างต่อเนื่องได้ใน ปริมาณที่มาก มีส่วนประกอบสาคัญ คือ ถังหมุนทรงกระบอก (Drum) ภายในถังทรงกระบอกมีใบกวาด (Flights) ติดตั้งไว้เพื่อ ช่วยให้วัสดุที่ต้องการอบแห้งเกิดการกระจายตัวอย่างสม่าเสมอ และสัมผัสกับอากาศร้อนได้อย่างทั่วถึง ส่งผลให้อัตราการถ่ายเท ความร้ อ นและการถ่ า ยเทมวลระหว่ า งอากาศร้ อ นกั บ วั ส ดุ ที่ ต้องการอบแห้งมีค่าเพิ่มขึ้น (Revol et al., 2001) จากงานวิจัยที่ ผ่านมา การอบแห้งข้าวเปลือกด้วยเครื่องอบแห้งแบบโรตารีมักใช้ อากาศร้อนเป็นตัวกลางในการอบแห้ง (Firouzi et al., 2017) ซึ่ง การถ่ า ยเทความร้ อ นอาศั ย กลไกของการพา (Convection) ลักษณะเช่นนี้ส่งผลให้มีโอกาสการสูญเสียพลังงานได้มากและใช้ เวลาในการอบแห้งนาน เพื่อลดการสูญเสียพลังงานความร้อน การหาแหล่งพลังงานความร้อนอื่นที่มีการสูญเสียพลังงานน้อยมา ใช้กับเครื่องอบแห้งแบบโรตารีจึงเป็นสิ่งจาเป็น การแผ่รังสีอินฟราเรดไกล (Far-infrared radiation) หรือ FIR ถือเป็นหนึ่งในรูปแบบของแหล่งพลังงานความร้อนที่น่าสนใจ และสามารถน ามาประยุ ก ต์ ใ ช้ คุ ณ สมบั ติ ที่ ส าคั ญ ของรั ง สี อินฟราเรดไกล คือสามารถทะลุทะลวงผ่านเข้าไปยังผิวของวัสดุ และทาให้โมเลกุลของน้าในวัสดุเกิดการสั่นสะเทือนส่งผลให้เกิด ความร้ อ น ด้ ว ยเหตุ นี้ น้ า (หรื อ ความชื้ น ) ที่ อ ยู่ ภ ายในวั ส ดุ จึ ง เคลื่ อ นที่ ม ายั ง ผิ ว ของวั ส ดุ แ ละระเหยออกไป ด้ ว ยเหตุ ที่ รั ง สี อิ น ฟราเรดไกลสามารถทะลุ ท ะลวงเข้ า สู่ ภ ายในเนื้ อ วั ส ดุ ไ ด้ โดยตรง พลั งงานที่ วั สดุ ไ ด้ รับ จากรั งสี อิน ฟราเรดไกลจึ งมี ก าร สูญเสียให้กับสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าการถ่ายเทความร้อนด้วยการพา ดังนั้นการอบแห้งด้วยการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลจึงใช้ระยะเวลา สั้นกว่าการอบแห้งวิธีอื่นค่อนข้างมาก รวมถึงใช้พลังงานน้อยกว่า ด้วย (Ginzburg, 1969; Sandu, 1986; Ratti and Mujumdar, 1995) นอกจากนี้ ความร้อนจากการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลยั ง ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงภาระการอบแห้งได้อย่างรวดเร็ว และใช้พื้นที่ติดตั้งน้อย มีผลการศึกษายืนยันอย่างชั ดเจนว่าเมื่อ นาการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลมาใช้ร่วมกับวิธีการอบแห้งรูปแบบ ต่ า งๆ ระยะเวลาการอบแห้ ง สามารถลดลงได้ ม าก รวมถึ ง ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของกระบวนการอบแห้งยังเพิ่มสูงขึ้น ด้วย นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการอบแห้งด้วยการแผ่รังสี อินฟราเรดไกลยังมีคุณภาพสูง (Meeso et al., 2004; Lin et al., 2007; Nimmol et al., 2007; Aktas et al., 2017) งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่ออบแห้งข้าวเปลือกด้วยเครื่อง อบแห้งแบบโรตารีโดยใช้ความร้อนจากการแผ่รังสีอินฟาเรดไกล (Infrared Rotary Dryer: IRD) ซึ่งจะศึกษาผลกระทบของความ เข้ มของการแผ่รั งสีอิ น ฟราเรดไกล(Far-infrared radiation intensity) และความเร็วรอบของถังหมุน ที่มีต่อจลนพลศาสตร์ การอบแห้งข้าวเปลือกและการใช้พลังงานของเครื่องอบแห้ง

2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 เครื่องอบแห้ง รูปที่ 1 แสดงแผนผังของเครื่องอบแห้งแบบโรตารีที่ใช้ความ ร้อนจากการแผ่รังสีอินฟาเรดไกลซึ่งประกอบไปด้วยถังหมุนที่ทา จากสเตนเลสซึ่งใช้สาหรับ บรรจุข้า วเปลือก ถังหมุน ดังกล่าวมี ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 300 mm และยาว 703 mm มีใบกวาด ตามแนวยาวของถังหมุนจานวน 12 ใบ ขนาด 30 x 700 mm ภายในติดตั้งหลอดกาเนิดรังสีอินฟราเรดไกล (Heat Plus, A-2T) กาลังไฟฟ้าสูงสุด 500 W ขนาด 122 x 60 mm ทาหน้าที่ ป้อนพลังงานความร้อนให้แก่ข้าวเปลือกที่นามาอบแห้ง ความเข้ม ของการแผ่ รั งสีอิ น ฟราเรดไกลสามารถปรั บ ได้ โ ดยใช้ อุ ป กรณ์ ควบคุมแรงดันไฟฟ้า ระบบขับเคลื่อนถังหมุนทางานด้วยมอเตอร์ ขนาด 0.75 kW โดยมีอินเวอร์เตอร์ (Inverter) เป็นตัวควบคุม ความเร็วรอบของการหมุน ถังหมุนสเตนเลส

ระบบขับเคลื่อนถังหมุน

FIR 1

FIR 2

FIR 3

หลอดกาเนิดรังสีอินฟราเรดไกล (a) หลอดกาเนิดรังสีอินฟราเรดไกล

(b)

ข้าวเปลือก

รูปที่ 1 (a) แผนผังของเครื่องอบแห้งแบบโรตารีที่ใช้ความร้อน จากการแผ่รังสีอินฟาเรดไกล (b) ภาพตัดของเครื่องอบแห้งและ การแผ่รังสีอินฟราเรดไกล 2.2 การเตรียมตัวอย่างข้าวเปลือก ในงานวิจัยนี้ได้ใช้ข้าวเปลือกพันธุ์สุพรรณบุรี 1 เป็นวัสดุ ตั ว อย่ า งในการทดลอง โดยข้ า วเปลื อ กตั ว อย่ า งถู ก น ามาเพิ่ ม ความชื้นด้วยการเติมน้าให้มีความชื้นเริ่มต้นประมาณ 30 ถึง 32% (d.b) โดยการหาค่ า ความชื้น จะกระท าโดยการน า ข้าวเปลือกไปอบด้วยตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิ 103oC เป็นเวลา 72 h (AACC, 1995) หลังการเตรี ยมข้า วเปลื อกแล้ วเสร็ จจะน า ข้าวเปลือกไปเก็บในกล่องโฟมที่อุณหภูมิ 4oC เป็นระยะเวลา 1 วัน และก่อ นทดลองจะนาข้า วเปลื อกมาผึ่งที่อุ ณหภูมิ ห้อ ง 30 min

52


3 ผลและวิจารณ์ 3.1 จลนพลศาสตร์การอบแห้งและอัตราการอบแห้ง รู ป ที่ 2 แสดงผลกระทบของความเข้ ม ของการแผ่ รั ง สี อินฟราเรดไกลที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือก จะเห็นว่า เมื่อความเข้มของรังสีอินฟราเรดไกลมีค่ามาก ความชื้น สามารถระเหยออกจากข้าวเปลือกได้มากกว่าอย่างชัดเจนเมื่อ เทียบกับการใช้ความเข้มของรังสีอินฟราเรดไกลน้อย ที่เป็นเช่นนี้ เนื่องจากรั งสีอินฟราเรดถูกดูด กลื นโดยข้ าวเปลือกได้มากกว่ า ปรากฎการณ์ที่สังเกตได้ข้างต้นจะมีลักษณะคล้ายกันทั้งกรณีถัง หมุนหมุนด้วยความเร็วรอบ 3 และ 6 rpm รูปที่ 3 แสดงผลกระทบของรอบการหมุนของถังหมุนที่มีต่อ การเปลี่ ย นแปลงความชื้ น ของข้ า วเปลื อ ก จะเห็ น ว่ า การใช้ ความเร็วรอบของถังหมุนที่แตกต่างกันไม่ทาให้การเปลี่ยนแปลง ความชื้นของข้าวเปลือกแตกต่างกันมากนัก ทั้งนี้อาจเป็นเพราะ ในระหว่างการอบแห้ง ข้าวเปลือกเกิดการเคลื่อนที่ตลอดเวลา จึง ส่งผลให้ความสามารถในการดูดกลืนรังสี อินฟราเรดทั้งกรณีใช้ ความเร็วรอบของถังหมุน 3 และ 6 rpm ไม่แตกต่างกัน อิทธิพลของความเข้มของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลและรอบ การหมุ นของถั งหมุน ที่มี ต่ออั ตราการอบแห้ง (Drying rate) ข้าวเปลือกแสดงให้เห็นในรูปที่ 4 และ 5 ตามลาดับ จะเห็นว่า แนวโน้มของผลที่ได้คล้ายกับกรณีของการเปลี่ยนแปลงความชื้น กล่าวคือ การอบแห้งด้วยความเข้มของการแผ่รังสีอินฟาเรดไกลที่ มากกว่า ช่ วยให้ อั ตราการอบแห้ งข้ าวเปลื อกมี ค่า เพิ่ ม ขึ้น อย่ า ง ชัดเจนซึ่งสอดคล้องกับปริมาณความชื้นที่ระเหยได้มากและเร็ว กว่า ในขณะที่การอบแห้งด้วยรอบการหมุนของถังหมุนที่ต่างกัน ไม่ส่งผลต่ออัตราการอบแห้งข้าวเปลือกมากนัก

53

Moisturecontent (% d.b.)

เมื่อ SEC คือ ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ (MJ E คือ พลังงานไฟฟ้าที่ ป้อนให้แก่ หลอดกาเนิดรังสีอิน ฟาเรดไกล (MJ) และ mwater คื อ มวลน้ าที่ ร ะเหยออกจากข้ า วเปลื อ ก (kgwater)

IRD (3 rpm) 2 kW∙m-2 -2 270 W/m^2 3 kW∙m -2 370 W/m^2 4 kW∙m

50

35

100 150 Drying time (min)

200

IRD (6 rpm) -2 170 W/m^2 2 kW∙m -2 270 W/m^2 3 kW∙m -2 4 kW∙m 370 W/m^2

30 25 20 15 10

5 0

0

50

100 150 Drying time (min

200

รูปที่ 2 อิทธิพลของความเข้มของการแผ่รังสีอินฟาเรดไกลที่มีต่อ การเปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือก Moisture content (% d.b.)

kgwater-1)

35 30 25 20 15 10 5 0 0

35 30 25 20 15 10 5 0

IRD (2 kW∙m-2 ) rpm 33RPM rpm 66RPM

0

Moisture content (% d.b.)

2.4 ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ ความสิ้ น เปลื อ งพลั ง งานจ าเพาะ (Specific energy consumption, SEC) ถูกใช้เป็นดัชนีบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพการใช้ พลังงานของกระบวนการอบแห้ง โดย SEC หมายถึงพลังงานที่ใช้ ในการระเหยน้า (ความชื้น) 1 kg ออกจากข้าวเปลือกซึ่งคานวณ ได้จาก SEC = E/mwater (1)

50

35 30 25 20 15 10 5 0

100 150 Drying time (min)

200

IRD (3 kW∙m-2 ) 3 rpm 3 RPM 6 rpm 6 RPM

0

Moisture content (% d.b.)

2.3 วิธีการทดลอง นาข้าวเปลือกที่เตรียมไว้มาอบแห้ง โดยใช้ความเข้มของการ แผ่รังสีอินฟาเรดไกล 2 3 และ 4 kW m-2 และความเร็วรอบของ ถังหมุน 3 และ 6 rpm ในระหว่างการอบแห้ง จะมีการนา ข้ า วเปลื อ กออกจากถั ง หมุ น เป็ น ระยะเพื่ อ น าไปชั่ ง หามวลที่ เปลี่ยนแปลง

Moisture content (% d.b.)

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

50

35 30 25 20 15 10 5 0

100 150 Drying time (min)

200

IRD (4 kW·m-2 ) 3 3RPM rpm 6 6RPM rpm

0

50

100 150 Drying time (min)

200

รู ป ที่ 3 อิ ท ธิ พ ลของรอบการหมุ น ของถั ง หมุ น ที่ มี ต่ อ การ เปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือก


Drying rate (% (d.b.) min-1)

1.0

IRD (3 rpm)

0.8

-2 2 kW∙m 170 W/m^2

-2 3 kW∙m 270 W/m^2

-2 4 kW∙m 370 W/m^2

0.6 0.4 0.2 0.0

Drying rate (% (d.b.) min-1)

0 1.0

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

IRD (6 rpm) 170 W/m^2-2 2 kW∙m

0.8

-2 270 W/m^2 3 kW∙m

30

35

-2 370 W/m^2 4 kW∙m

0.6 0.4

0.2 0.0 0

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

30

35

1.0

IRD (2 kW∙m-2) 3 rpm 200 W 3 RPM 6 rpm 200 W 6 RPM

0.8 0.6

0.4 0.2 0.0

Drying rate (% (d.b.) min-1)

0 1.0

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

30

35

150

IRD (3 kW∙m-2) 3 rpm 300 W 3 RPM 6 rpm 300 W 6 RPM

0.8 0.6 0.4

100

3 rpm 6 rpm

50 0

0.2

2

3

4

Far-Infrared Radation Intensity (kW∙m-2)

0.0 0

Drying rate (% (d.b.) min-1)

5

SEC (MJ kgwater-1)

Drying rate (% (d.b.) min-1)

รูปที่ 4 อิทธิพลของความเข้มของการแผ่รังสีอินฟาเรดไกลที่มีต่อ อัตราการอบแห้งข้าวเปลือก

3.2 ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ รูปที่ 6 แสดงความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะ หรือ SEC ของ กระบวนการอบแห้งที่เงื่อนไขการอบแห้งต่างๆ จะเห็นว่า ความ สิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะที่ได้จากงานวิจัยนี้มีค่าอยู่ในช่วง 46.2 ถึง 52.1 MJ kgwater-1 และ 48.8 ถึง 56.4 MJ kgwater-1 สาหรับ การอบแห้งที่รอบการหมุนของถังหมุน 3 และ 6 rpm ตามลาดับ ในกรณีของความเข้มของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกล พบว่า การใช้ ความเข้ ม ของการแผ่ รั ง สี อิ น ฟราเรดไกลมาก ส่ งผลให้ ค วาม สิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะมีแนวโน้มลดลง ถึงแม้ว่าการใช้ความ เข้มของการแผ่รังสีอินฟราเรดไกลมากจะทาให้หลอดกาเนิดรังสี อิ น ฟราเรดต้ อ งท างานมากกว่ า ซึ่ ง เป็ น ผลให้ ต้ อ งใช้ พ ลั ง งาน มากกว่า แต่ปริมาณความชื้น (น้า) ที่ระเหยออกจากข้าวเปลือก ในกรณีนี้กลับมีค่ามากกว่าด้วยเช่นกันดังที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ และด้วยเหตุที่พลังงานที่เพิ่มขึ้นมีค่าน้อยกว่าปริมาณน้าที่ระเหย ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะซึ่งคานวณจากทั้งปริ มาณน้าที่ ระเหยและพลังงานทั้งหมดที่ใช้ในการอบแห้งจึงมีแนวโน้มลดลง สาหรับกรณีของรอบการหมุนของถังหมุน พบว่ า รอบการหมุน ของถังหมุน ไม่ส่งผลต่อความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะมากนัก ทั้งนี้เนื่องจากปริมาณน้าที่ระเหยออกจากข้าวเปลือกในแต่ล ะ ความเร็วรอบของถังหมุนมีค่าใกล้เคียงกัน ประกอบกับพลังงานที่ ใช้ ใ นกระบวนการอบแห้ ง มี ค่ า ใกล้ เ คี ย งกั น ความสิ้ น เปลื อ ง พลังงานจาเพาะจึงมีค่าไม่ต่างกันมากนัก โดยในงานวิจัยนี้ พบว่า ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะต่าสุดที่ได้มีค่าเท่ากับ 46.2 MJ kgwater-1 ซึ่ ง เกิ ด ขึ้ น เมื่ อ อบแห้ ง ที่ ค วามเข้ ม ของการแผ่ รั ง สี อินฟราเรดไกล 4 kW m-2 และความเร็วรอบของถังหมุน 3 rpm

1.0

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

30

35

IRD (4 kW∙m-2) 400 W 3 RPM 3 rpm 6 rpm 400 W 6 RPM

0.8 0.6 0.4 0.2

0.0 0

5

10 15 20 25 Moisture content (% d.b.)

30

35

รูปที่ 5 อิทธิพลของรอบการหมุนของถังหมุนที่มีต่ออัตราการ อบแห้งข้าวเปลือก

รูปที่ 6 ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะของกระบวนการอบแห้ง ที่เงื่อนไขการอบแห้งต่างๆ 4 สรุป งานวิจัยนี้ได้ศึกษาผลกระทบของความเข้มของการแผ่ รังสี อิ น ฟ ร า เ ร ด ไ ก ล แ ล ะ ร อ บ ก า ร ห มุ น ข อ ง ถั งห มุ น ที่ มี ต่ อ จลนพลศาสตร์ การอบแห้งข้ าวเปลื อกและการใช้พลังงานของ กระบวนการอบแห้ง ข้า วเปลื อกด้ วยเครื่อ งอบแห้ งแบบโรตารี จากการศึกษา พบว่า การเปลี่ยนแปลงความชื้นของข้าวเปลือก ระหว่างการอบแห้งขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีอินฟราเรดไกล ในขณะที่ความเร็วรอบของถังหมุนไม่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลง ความชื้ น ของข้ า วมากนั ก การใช้ ค วามเข้ ม ของการแผ่ รั ง สี

54


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 อินฟราเรดไกลที่มากขึ้นยังทาให้ความสิ้นเลืองพลังงานจาเพาะมี ค่าลดลงเล็กน้อย ในขณะที่ความเร็วรอบของถังหมุนไม่ส่งผลให้ ความสิ้นเปลืองพลังงานจาเพาะมีค่าแตกต่างกันมากนัก 5 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี ราชมงคลพระนคร และคณะวิ ศ วกรรมศาสตร์ มหาวิ ท ยาลั ย เทคโนโลยี พ ระจอมเกล้ า พระนครเหนื อ ที่ ไ ด้ ส นั บ สนุ น เงิ น ทุ น สาหรับการวิจัย 6 เอกสารอ้างอิง AACC. 1995. Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists (9th ed.). St. Paul: American Association of Cereal Chemists, Inc. Ginzburg, A.S. 1969. Application of infrared radiation in food processing. Chemical and Process Engineering Series, Leonard Hill, London. Goksu, E.I., Sumnu, G., Esin, A. 2005. Effect of microwave on fluidized bed drying of macaroni beads. Journal of Food Engineering, 66, pp. 463– 468. Firouzi, S., Alizadeh M.R., Haghtalab, D. 2017. Energy consumption and rice milling quality upon drying paddy with a newly-designed horizontal rotary dryer. Energy, 119, pp. 629–636. Lin, Y.P., Lee, T.Y., Tsen, J.H., King, V.A.E. 2007. Dehydration of yam slices using FIR-assisted freeze drying. Journal of Food Engineering, 79, pp. 1295– 1301. Meeso, N., Nathakaranakule, A., Madhiyanon, T., Soponronnarit, S. 2004. Influence of FIR irradiation on paddy moisture reduction and milling quality after fluidized bed drying. Journal of Food Engineering, 65, pp. 293–301. Mihindukulasuriya, S.D.F., Jayasuriya, H.P.W. 2013. Mathematical modeling of drying characteristics of chilli in hot air oven and fluidizedbed dryers. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 15, pp. 154–166. Nimmol, C., Devahastin, S., Swasdisevi, T., Soponronnarit, S. 2007. Drying and heat transfer behavior of banana undergoing combined lowpressure superheated steam and far-infrared radiation drying. Applied Thermal Engineering, 27, pp. 2483–2494.

55

Ratti, C., Mujumdar, A.S. 1995. Infrared drying. Handbook of Industrial Drying: Volume 1, 2nd ed., Mujumdar, A.S. (Ed.), Marcel Dekker, New York, pp. 567–588. Revol, D., Briens, C.L., Chabagno, J.M. 2001. The design of flights in rotary dryers. Powder Technology, 121, pp. 230–238. Sandu, C. 1986. Infrared radiative drying in food engineering: A process analysis. Biotechnology Progress, 2, pp. 109–119.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การวิเคราะห์ต้นทุนการกลั่นน้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอมเพื่อการจ้าหน่ายเชิงพาณิชย์ Analysis of Citronella grass essential oil distillation costs for commercial

น้าพน พิพัฒน์ไพบูลย์1*, นิรุต อ่อนสลุง1, สัณหวัจน์ ทองแดง1, มงคล มีแสง1, ศรายุทธ พลสีลา1 Namphon Phiphatphaiboon1*, Nirut Onsalung1, Sanhawat Thongdaeng1, Mongkol Meesang1, Sarayuth Polseela 1 1คณะอุตสาหกรรมและเทคโนโลยี

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตสกลนคร 199 ม.3 ต.พังโคน อ.พังโคน จ.สกลนคร 47160 of Industrail and Thecnology. Rajamangala University of Technology Isan Sakon Nakhon Campus. 199 Moo 3. Phangkhon Subdistric, Phangkhon, Skon Nakhon, 47160. Thailand. *Corresponding author: Tel: +66-8-0896-8822, Fax: +66-42-772-158, E-mail: pipatpaiboon@hotmail.com 1Faculty

บทคัดย่อ บทความนี้น้าเสนอผลการทดลองด้าเนินการกลั่นน้้ามันหอมระเหยเชิงพาณิชย์ โดยการทดลองการกลั่นน้้ามันหอมระเหยจาก ตะไคร้หอม พื้นที่การปลูกจังหวัดสกลนคร ท้าการกลั่นน้้ามันหอมระเหยด้วยเครื่องกลั่นขนาด 500 liter แบบการกลั่นด้วยน้้าและไอน้า้ ในทดลองโดยก้าหนดให้ปริมาณวัตถุดิบต่อรอบการกลั่น 64-74 kg ระยะเวลาในการกลั่น 8 hour. อุณหภูมิไอ 100 °C อุณหภูมิน้า ควบแน่น 25 °C ควบคุมไว้ตลอดระยะเวลาในการกลั่นน้้ามันหอมระเหย โดยท้าการทดลองเพื่อท้าการเก็บข้อมูล 6 รอบการกลั่น เพื่อ ท้าการเก็บข้อมูลต้นทุนวัตถุดิบ ค่าเชื้อเพลิง ค่าไฟฟ้า ค่าแรง ปริมาณน้้ามันหอมระเหยที่ได้ (% v/w, %w/w) เพื่อวิเคราะห์หาต้นทุน น้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอม จากการทดลองพบว่า ตะไคร้หอมที่น้ามาท้าการทดลองมีเปอร์เซนต์น้ามันหอมระเหย เฉลี่ย 0.39 %v/w และ 0.31 %w/w ดังนั้นหากต้องการน้้ามันหอมระเหยจ้านวน 1,000 ml จะต้องใช้ตะไคร้สด 578.61 kg. และมีต้นทุนรวม ทั้งหมด 8,837.41 บาท และต้นทุนสูงที่สุดคือต้นทุนวัตถุดิบ จ้านวน 5,786.10 บาท คิดเป็นต้นทุนส่วนใหญ่ของน้้า มันหอมระเหย ตะไคร้หอมสูงถึง 65% จากต้นทุนทั้งหมด ค้าส้าคัญ: การกลั่น, น้้ามันหอมระเหย, เชิงพาณิชย์ Abstract This article presents the experimental results of commercial essential oil distillation. The experimental distillation of essential oils from citronella grass in the planting area of Sakon Nakhon Province. Essential oil distillation with contains 500 liter distillation machines, with Water and Steam distillation type. Were seting the amount of raw materials per cycle of 64- 74 kg per time, distillation time of 8 hours, steam temperature 100 °C and condenser temperature controlled 25 °C the condition was controlled in the period of distillation. Each experiment is performed by 6 replicates to analysis data on material cost, fuel cost, electricity cost, labor cost and amount of essential oil received ( % v/ w, % w/ w) for cost analysis of citronella grass essential oil. From the experimental found that citronella grass has percentage of essential oil was 0.39 %v/w and 0.31 %w/w, There for the essential oil 1,000 ml. using citronella grass of 578. 61 kg. And total cost of citronella grass essential oil 1,000 ml. was 8,837.41 bath, the highest cost is raw material of 5,786.10 bath or 65% of the total cost. Keywords: Distillation, Essential oil, Commercial 1 บทน้า 2 น้้ามันหอมระเหย (essential oil) คือ น้้ามันที่สกัดแยกด้วย 3 กรรมวิธีต่างจากส่วนต่างๆของพืชที่มีกลิ่นหอม เช่น ส่วนดอก ใบ 4 ผล ล้าต้น หัว เปลือก เป็นต้น เพื่อน้าน้้ามันหอมระเหยที่ได้ มาใช้ 5 ในการบ้าบัดรักษาในรูปแบบต่างๆ และน้้ามัน หอมระเหยที่ได้มา 6 ยังสามารถน้าไปเป็นส่วนผสม ของยารักษาโรค และ 1

56

เครื่องส้าอางค์ได้อีกด้วย โดยในประเทศไทยพืชที่นิยมน้ามาท้า 8 การกลั่ น แยกและใช้ ง านกั น อย่ า งกว้ า งขวางคื อ ตะไคร้ ห อม 9 มะกรูด กฤษณา ตะไคร้บ้าน ไพล และยูคาลิปตัส ที่นิยมน้ามาท้า 10 การทดลองการกลั่นในเครื่องกลั่นเชิงพาณิชย์เนื่องจากหาวัต ถุดิบ 11 ได้ง่ายและมีราคาถูก (Pipatpaiboon 2015) 7


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 การสกัดน้้ามันหอมระเหย หมายถึง กระบวนการการแยก 2 หรื อสกัด น้้ามั นหอมระเหยที่พืชผลิต และกักเก็บไว้ ยังส่ วนต่ า งๆ 3 ของพื ช ออกมาใช้ ป ระโยชน์ ซึ่ ง การแยกน้้ า มั น หอมระเหยนั้นมี 4 หลายวิธีแ ละมี ความเหมาะสมกับพืชแต่ ล ะชนิด ดั งนั้นการแยก 5 น้้ า มั น หอมระเหยจากพื ช นั้ น จึ ง มี ก ารคิ ด ค้ น กระบวนการแยก 6 น้้ามันหอมระเหยออกจากพืชหลากหลายวิธีเช่น การบีบสกัด การ 7 ส กั ด ด้ ว ย ส า ร เ ค มี ก า ร ส กั ด ด้ ว ย ไ ข มั น ก า ร ส กั ด ด้ ว ย 8 คาร์บอนไดออกไซด์ และการใช้ความร้อนหรือการกลั่น โดยการ 9 กลั่นน้้ามั น หอมระเหยนั้นต้ องมี การควบคุม ที่เ หมาะสมจึ ง จะได้ 10 น้้ามันหอมระเหยในปริมาณมาก คุ้มค่า และประหยัดพลังงานใน 11 การกลั่น(Valderrama 2018) โดยในการผลิต น้้ามันหอมระเหย 12 เชิงพาณิชย์นั้น การกลั่นเป็นวิธีที่ได้รั บความนิยมอย่างแพร่ หลาย 13 ในปัจจุบัน และการกลั่นน้้ามันหอมระเหยสามารถแยกออกเป็น 3 14 รุ ป แบบหลั ก ๆได้ แ ก่ กลั่ น น้้ า มั น หอมระเหยแบบกลั่ น ด้ ว ยน้้ า 15 ( Water distillation & Hydro- distillation) คื อกา ร กลั่ น ใ น 16 ลักษณะที่วัต ถุดิ บต้ นและแช่ในน้้าร้ อนแล้วน้าไอน้้าที่ได้ จากการ 17 ต้ ม ไปควบแน่ น และแยกเอาน้้ า มั น ในขั้ นตอนสุด ท้ า ย, การกลั่ น 18 น้้ า มั น หอมระเหยแบบการกลั่ น ด้ ว ยน้้ า และไอน้้ า (Water and 19 Steam distillation) คื อ การกลั่ น โดยที่ วั ต ถุ ดิ บ อยู่ ใ นตะแกรง 20 เหนือน้้าในหม้อต้น การกลั่นในลักษณะนี้มีลักษณะเหมือนกับการ 21 นึ่ ง ในการท้ า อาหารทั่ วไปและน้ า ไอน้้า ที่ ไ ด้ ไ ปควบแน่ น แยกเอา 22 น้้ามั นหอมระเหยในขั้นตอนสุดท้าย และ เครื่ องกลั่นน้้ามันหอม 23 ระเหยแบบการกลั่นด้วยไอน้้า (Direct Steam distillation) การ 24 กลั่ น ในรู ป แบบนี้จ ะเป็น รู ปแบบที่ มี ต้ น ทุ นสู ง เนื่ อ งจากส่ว นของ 25 หม้อไอน้้าที่ก้าเนิดไอน้้ากับถังบรรจุวัตถุดิบแยกส่วนกัน เมื่อได้ไอ 26 น้้าจากการต้ม จะส่งไอน้้าเข้าไปยังส่วนของถังบรรจุวัตถุดิบอีกที 27 หนึ่งวิธีนี้จะได้ น้ามั นหอมระเหยที่มี คุณภาพดี แต่ต้ นทุนการกลั่น 28 จะมีต้ นทุนสูงกว่าวิธีอื่นๆ นอกจากนี้ ปัจจุบัน ยังมีการกลั่นน้้ามัน 29 หอมระเหยที่พัฒนารู ปแบบโดยน้า พลังงานอื่นมาใช้ในการกลั่ น 30 น้้ า มั น หอมระเหยในเช่ น การใช้ พ ลัง งานแสงอาทิต ย์ใ นการกลั่น 31 น้้ามั นหอมระเหย (Arslan 2017) หรื อการใช้คลื่นไมโครเวฟใน 32 การกลั่นน้้ามันหอมระเหย (Zaizhi 2018) และ (Kusuma 2018) 33 เพื่ อ ให้ ก ารทดลองเป็ น ไปตามความต้ อ งการในการศึ ก ษา 34 ต้ น ทุ น การกลั่ น น้้ า มั น หอมระเหยจากตะไคร้ ห อมได้ เ ลื อ กใช้ 35 เครื่องกลั่นแบบกลั่นด้วยน้้าและไอน้้าในการทดลอง และวัตถุดิบ 36 ในการทดลองคื อ ตะไคร้ ห อมที่ มี พื้ น ที่ ก ารปลู ก ในพื้ น ที่ จั ง หวั ด 37 สกลนคร เป็ น วั ต ถุ ดิ บ ในการทดลอง ระยะเวลาในการกลั่ น 8 38 hour ซึ่งปกติ แล้วระยะเวลาในการกลั่นจะมีความส้าคัญในเรื่อง 39 ของต้นทุนเช่นกัน เนื่องจากการกลั่นน้้ามันหอมระเหยช่วงแรกใน 40 การกลั่นจะได้ปริมาณน้้ามันหอมระเหยในปริมาณมากและค่อยๆ 41 ลดลงเมื่ อปริ ม าณน้้ามั นหอมระเหยในพื ชที่ น้ามากลั่นเริ่ ม ลดลง 42 หรือหมด ดังนั้นการก้าหนดระยะเวลาในการกลั่นจึงมีความส้าคัญ 43 เช่ น กั น ในส่ ว นของต้ น ทุ น การกลั่ น น้้ า มั น หอมระเหย (Mohsen 44 2018) 1

2 อุปกรณ์และวิธีการ 46 การทดลองส้าหรับเก็บข้อมูลในครั้งนี้อาศัยเครื่องกลั่นน้้ามัน 47 หอมระเหยแบบกลั่นด้วยน้้าและไอน้้าขนาด 500 liter จ้านวน 2 48 เครื่อง ระบายความร้อนชุดควบแน่นด้วยชุดคูลลิ่งทาวเวอร์ขนาด 49 1 ton ใช้วัตถุดิบคือตะไคร้หอมสับหยาบ ยาวประมาณ 15 cm. 50 ส้ า หรั บ การทดลอง การทดลองต่ อ รอบใช้ ต ะไคร้ ห อม 64-74 51 กิโลกรัม/รอบ ในการทดลองเก็บข้อมูล ในการทดลองแต่ล ะครั้ ง 52 เติ ม น้้าในถังกลั่น 100 liter ท้าการกลั่นแยก 8 hour. ให้ความ 53 ร้ อนด้ วยหัวแก๊สแอลพีจี kb10 อัต ราการควบแน่นของไอน้้า 65 54 ml./min โดยอุปกรณ์และวิธีการทดลองเป็นไปตามรายละเอียด 55 หัวข้อ 2.1 และ 2.2 45

2.1 อุปกรณ์การทดลอง การทดลองเก็บข้อมูลของงานวิจัยนี้ อาศัยเครื่องกลั่นน้้ามัน 58 หอมระเหยขนาด 500 liter จ้านวน 2 เครื่องกลั่น โดยเครื่องกลัน ่ 59 น้้ามันหอมระเหยทั้งสองเครื่องสามารถท้าการกลั่นและเก็บข้อมูล 60 ได้ พ ร้ อ มกั น เครื่ อ งกลั่ น ทั้ ง สองเครื่ อ งนี้ อ อกแบบและติ ด ตั้ ง ที่ 61 โรงงานต้นแบบเพื่อการกลั่นน้้ามันหอมระเหยเชิงพาณิชย์ สถาน 62 ที่ ตั้ ง มหาวิ ท ยาลั ย เทคโนราชมงคลอี ส าน วิ ท ยาเขตสกลนคร 63 เครื่ องกลั่นน้้ามั นหอมระเหยทั้งสองเครื่ อ งมี ร ะบบระบายความ 64 ร้อนของชุดควบแน่นและสามารถควบคุมอุณหภูมิของน้้าหล่อเย็น 65 ของเครื่ อ งกลั่ น ที่ อุ ณ หภู มิ 25 องศาเซลเซี ย ส ตลอดเวลาการ 66 ท้างาน ดังแสดงใน Figure 2 56

67

68

Figure 1 เครื่องกลั่นน้้ามันหอมระเหยแบบกลั่นด้วยน้้าและ 70 ไอน้้า ขนาด 500 liter 69

71

วัตถุดิบในการทดลองคือตะไคร้หอมซึง่ เป็นพืชตระกูลเดียวกัน 73 กับตะไคร้บ้าน แต่มีกลิ่นที่หอมฉุนแรงกว่าตะไคร้บ้าน โดยทั่วไป 74 นิยมปลูกและน้ามาสกัดท้าน้้ามันหอมระเหย หรือต้มน้้าดื่ม ท้าธูป 75 และใช้ ใ นการป้ อ งกั น และก้ า จั ด แมลงศัต รู พืช และมี ส รพพคุณ 76 ทางยาที่ รู้ จั ก กั น ทั่ ว ไป คื อ สามารถใช้ แ ก้ ริ ด สี ด วงในปาก ปาก 77 แตกระแหง แผลในปาก ขั บ ลมในกระเพราะ ล้ า ไส้ แก้ ท้ อ งอื ด 78 ท้องเฟ้อ เป็นต้น 72

79

57


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

20 1 2

Figure 2 ชุดควบแน่นและคูลลิ่งทาวเวอร์ระบายความร้อน

21

Figure 4 กรวยแยกและน้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอม

2.2 วิธีการทดลอง 23 วิธีการทดลองเริ่มจากการเตรียมวัตถุดิบได้แก่ ตะไคร้หอม 24 เก็บเวลา 6.00-7.00 น. น้ามาสับหยาบยาว 15 cm. ชั่งน้้าหนัก 25 แล้ ว บรรจุ ล งในตะแกรงถั ง กลั่ น ส้ า หรั บ การกลั่ น หนึ่ ง รอบใช้ 26 ตะไคร้ ส ดน้้ า หนั ก 64-74 kg. ต่ อ รอบ ท้ า การกลั่ น น้้ า มั น หอม 27 ระเหยด้วยเครื่องกลั่นขนาด 500 ลิตร ต่อเนื่อง 8 hour. ท้าการ 28 แยกน้้ามั นและน้้าที่ไ ด้ จากการกลั่นน้ามาท้า การแยกเอาเฉพาะ 29 น้้ามั นหอมระเหย จากนั้นท้าการเก็บข้อมู ล น้้าหนักน้้ามั นหอม 30 ระเหย ปริ ม าณน้้ามั นหอมระเหย น้้าหนักแก๊ส แอลพีจี ที่ใช้ในแต่ 31 ละรอบ และข้อมู ล ส้าคัญ อื่นๆเพื่อใช้ในการน้าเสนอผลการวิจั ย 32 ต่อไป โดยสมการที่ส้าคัญเป็นไปตามสการที่ (1) - (4) 22

3

โดยตะไคร้หอมที่น้ามาท้าการทดลองนั้นเป็นตะไคร้ที่ปลูกใน 5 พื้นที่จังหวัดสกลนคร อายุ 2 ปี โดยประมาณ ท้าการเก็บเฉพาะ 6 ส่วนล้าต้นและใบ ท้าการตัดรากและล้างท้าความสะอาดน้ามาสับ 7 แล้ว ชั่งน้้าหนัก บรรจุล งตะแกรงในถังกลั่นเพื่อ ท้าการกลั่ น แยก 8 น้้ามันหอมระเหย รายละเอียดแสดงใน Figure 3 4

9

33

%Dry =

W2 x 100 W1

(1)

โดยที่ก้าหนดให้ 35 %dry = เปอร์เซนต์น้าหนักแห้งของตะไคร้หอม (%) 36 W1 = น้้าหนักตะไคร้หอมก่อนอบแห้ง (g) 37 W2 = น้้าหนักตะไคร้หอมหลังอบแห้ง (g) 34

10 11

Figure 3 ตะไคร้หอมที่ใช้ในการทดลอง

12

เมื่อท้าการกลั่นน้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอมเป็นเวลา 8 14 hour. แล้วจะได้ของเหลวที่ควบแน่นออกมาจากชุด ควบแน่นซึ่ ง 15 จะถูกเก็บไว้หลอดแก้วเพื่อ ท้าการแยกน้้ามันหอมระเหยออกจาก 16 น้้าด้วยกรวยแยก โดยแยกเอาเฉพาะน้้ามันหอมระเหยเพื่อท้าการ 17 วั ด ปริ ม าณและน้้ า หนั ก ของน้้ า มั น หอมระเหยที่ ไ ด้ ใ นแต่ ล ะรอบ 18 การทดลองเพื่อใช้ในการวิเคราะห์และน้าเสนอผลการทดลอง ดัง 19 แสดงใน Figure 4 13

เพื่อให้การค้านวณปริมาณน้้ามันหอมระเหยเป็นอย่างแม่นย้า 39 จึงต้ องค้าณวณหาน้้าหนักแห้งของตะไคร้ หอมในแต่ ล ะรอบการ 40 ทดลองเพื่ อ ให้ เ ป็ น มาตรฐานในการค้ า นวณ และค้ า นวณ 41 เปรี ยบเทียบปริ ม าณน้้ามั นในการทดลองทั้ งหมด ตามสมการที่ 42 (2) หลั ง จากได้ เ ปอร์ เ ซนต์ น้ า หนั ก แห้ ง ของตะไคร้ ห อมแล้ ว 43 สามารถค้านวณหาน้้าหนักแห้งตะไคร้หอมได้จาก สมการที่ (2) 38

44

WDry =

%Dry x Wwet 100

โดยที่ก้าหนดให้ 46 WDry = น้้าหนักแห้งตะไคร้หอม (kg) 47 %Dry = เปอร์เซ็นต์น้าหนักแห้งของตะไคร้หอม (%) 48 Wwet = น้้าหนักตะไคร้หอมที่ใช้ในการกลั่น (สด) (kg) 45

58

(2)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ร้อยละของน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้สามารถได้วิเคราะห์ 2 และน้าเสนอได้ในสองรูปแบบ โดยแบบแรกคือ %(v/w) คือร้อย 3 ละของน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นเมื่อพิจารณาสัดส่วนของปริมาตร 4 น้้ามั นหอมระเหยต่ อน้้าหนักแห้งของตะไคร้ หอมทั้งหมดที่ใช้ ใ น 5 การกลั่ น แต่ ล ะครั้ ง และร้ อ ยละของน้้ า มั น หอมระเหยที่ ก ลั่นได้ 6 แบบที่สองคือ %(w/w) คือร้อยละน้้ามันหอมระเหยที่กลั่น ได้เมื่อ 7 พิจารณาสัดส่วนของน้้าหนักน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้ต่อน้้าหนัก 8 แห้งของตะไคร้ หอมทั้ง หมดที่ ใ ช้ ในการกลั่ นแต่ ล ะครั้ ง ดั งแสดง 9 วิธีการค้านวณตามสมากรที่ (3) และ (4) 1

44.21% ซึ่งจะได้ น้าค่านี้ไปค้านวณหา น้้าหนักแห้งของตะไคร้ 36 หอม และ % ของน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้ตามสมการที่ (2) (3) 37 และ 4 ดังแสดงผลการทดลองใน Table 2. 35

38

Table 1 น้้าหนักแห้งตะไคร้หอม (%Dry) น้้าหนักตะไคร้หอม (g.)

10 11

%(v/w) =

v oil ×100 Wdry

(3)

12

w oil ×100 13 (4) Wdry 14 โดยที่ก้าหนดให้ 15 %(v/w) = ร้อยละของน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้ 16 Voil = ปริมาตรน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้ (ml) 17 Wdry = น้้าหนักแห้งของตะไคร้หอม (g) 18 %(w/w) = ร้อยละของน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้ 19 Woil = น้้าหนักของน้้ามันหอมระเหยที่กลั่นได้ (g) %(w/w) =

20

3 ผลและวิจารณ์ 22 จากการทดลองรวม 6 การทดลอง เพื่อศึกษาต้นทุนการกลั่น 23 น้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอม นั้นพบว่าต้นทุนการกลั่นมาจาก 24 4 ส่ ว นหลั ก คื อ วั ต ถุ ดิ บ ค่ า แรงงาน เชื้ อ เพลิ ง แอลพี จี และค่ า 25 กระแสไฟฟ้า ซึ่งจากการทดลอง 8 hour. ได้ท้าการบันทึกผลการ 26 ทดลองข้อมูลที่จ้าเป็นทั้งหมดดังแสดงใน Table 1 และ 2 27 Table 1 แสดงการเก็บข้อมูลเพื่อใช้ประกอบการค้านวณหา 28 เปอร์ เ ซนต์ น้ า หนั ก แห้ ง ของตะไคร้ ห อม หรื อ %Dry การหา 29 เปอร์ เ ซนต์ น้าหนักแห้งของตะไคร้หอมหาได้จากการน้าตัวอย่าง 30 ตะไคร้หอม 3 ตัวอย่าง ท้าการอบแห้งด้ วยอุณหภูมิ 105 °C เป็น 31 เวลา 72 hr. จากนั้ น น้ าน้้ าหนัก ตะไคร้ หอมก่ อนท้ าการอบแห้ง 32 และน้้ า หนั ก หลั ง การอบแห้ ง น้ า มาค้ า นวณตามสมการที่ (1) 33 พบว่าตะไคร้ที่น้ามาใช้ในการกลั่นทดลองเก็บข้อมูลซึ่งเป็นตะไคร้ 34 หอมที่ มี อ ายุ ก ารปลู ก ประมาณ 2 ปี นั้ น มี %Dry โดยเฉลี่ ย ที่ 21

w2/w1

%Dry

w1

w2

30.89

13.69

0.443

44.32

27.33

12.19

0.446

44.60

33.13

14.48

0.437

43.71

0.442

44.21

เฉลี่ย

Table 2 แสดงให้ เ ห็ น ถึ ง ข้ อ มู ล ทั้ ง หมดที่ ไ ด้ ท้ า การ 40 ทดลองเก็บข้อมูลจ้านวน 6 การทดลอง พบว่าการกลั่นน้้ามันหอม 41 ระเหยจากตะไคร้ ห อมเพื่ อ การจั ด จ้ า หน่ า ยเชิ ง พาณิ ช ย์ ส้ า หรั บ 42 เครื่ อ งกลั่ น ขนาดความจุ ถั ง 500 liter นั้ น พบว่ า ตะไคร้ ห อมที่ 43 น้ามากลั่นนั้นมี เปอร์เซนต์ น้ามันหอมระเหยโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 0.39 44 % v/w และ 0.31 % w/w และแต่ละครั้งที่ท้าการทดลองจะใช้ 45 เชื้อเพลิงแก๊สแอลพีจีโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 7.43 kg. และพลังงานไฟฟ้า 46 ที่ ใ ช้ ไ ป 8.9 kWh. (มาจากมอเตอร์ พั ด ลมคู่ ลิ ง ทาวเวอร์ ขนาด 47 0.75 kWh และปั๊ ม น้้ า 0.25 kWh) หลั ง จากนั้ น น้ า ข้ อ มู ล จาก 48 Table 2 ค้านวณหาต้นทุนการกลั่นน้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้ 49 หอมเพื่อการจัดจ้าหน่ายเชิงพาณิชย์ เพื่อให้ได้ต้นทุนของการกลั่น 50 น้้ามันหอมระเหยต่อลิตรพบว่า คนงาน 1 คน ค่าแรงขั้นต่้าพื้ นที่ 51 จังหวัด สกลนคร 318 บาท/วัน สามารถคุม การกลั่นเครื่ องกลั่น 52 ขนาด 500 ลิ ต ร จ้ า นวน 2 เครื่ อ งพร้ อ มกั น ได้ โดยต้ น ทุ น การ 53 ทั้ ง หมดแสดงใน Figure 1 ซึ่ ง พบว่ า ต้ น ทุ น การกลั่ น น้้ า มั น หอม 54 ระเหยจากตะไคร้หอมปริม าตร 1 liter จะต้ องใช้ตะไคร้หอมสด 55 578.61 kg. ราคา 10 bath/kg, ค่าแรง 1,376.62 บาท ค่าแก๊ส 56 แอลพีจี 64.32 kg. ราคา 24.5 bath/kg และ ค่าไฟฟ้า 29 kWh 57 ราคา 3.423 bath/kWh รวมคิ ด เป็ น ต้ น ทุ น น้้ า มั น หอมระเหย 58 ตะไคร้หอมมีต้นทุนรวม 8,837.41 บาท เมื่อค้านวณเปรียบเทียบ 59 ในรู ปแบบร้ อยละของต้ นทุนการกลั่นน้้ามั นหอมระเหยสามารถ 60 แสดงได้ใน Figure 5 39

59


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1

Table 2 ตารางบันทึกผลการทดลอง การทดลอง 1 2 3 4 5 6 เฉลี่ย

นน.ตะไคร้หอม kg. Wwet 65 70 74 64 65 66 66.83

Wdry 28.74 30.95 31.39 28.30 28.74 29.18 29.55

น้้ามันหอม % น้้ามันหอมระเหย ระเหย Woil Voil % v/w % w/w (g.) (ml.) 80.50 95 0.33 0.28 105.45 130 0.42 0.34 99.60 125 0.40 0.31 78.36 90 0.32 0.28 110.50 135 0.47 0.39 90.50 118 0.40 0.31 94.15 115.5 0.39 0.31

การใช้พลังงาน แอลพีจี (kg) 7.2 7.7 6.9 7.6 7.4 7.8 7.43

ไฟฟ้า (kWh) 5 5 5 5 5 5 5

2 3 4

อีสาน วิทยาเขตสกลนคร ที่ให้การสนับสนุน สถานที่และอุปกรณ์ 28 การบันทึกจัดเก็บข้อมูลงานวิจัยจนแล้วเสร็จการทดลองทั้งหมด

5

27

29

6 เอกสารอ้างอิง 31 Arslan Afzal a., Anjum Munir a., Abdul Ghafoor a., Jorge 32 L. Alvarado. 2017. Development of hybrid solar 33 distillation system for essential oil extraction. 34 Renewable Energy 113, 22-29. 35 Kusuma H.S., Mahfud M. 2018. Kinetic studies on 36 extraction of essential oil from sandalwood 37 (Santalum album) by microwave air-hydrodistillation 38 method. Alexandria Engineering Journal 57, 1163– 39 1172 40 Mohsen G., Yan-Hwa C. 2018. Ohmic accelerated steam 41 distillation of essential oil from lavender in 42 comparison with conventional steam distillation. 43 Innovative Food Science and Emerging Technologies 44 50,34–41 45 Pipatpaiboon, N., Lumlerd, B., Thongdaeng, S., Polseela, 46 S. 2015. Essential oil distillation thermosyphon type 47 for Essential oil production industry scale. 48 Proceedings of the 4th Sustainable Industrial 49 Innovation and Management Conference, 43- 53; 50 Bangkok International Trade & Exhibition Centre. 1-2 51 October 2015. Bangkok. (in Thai) 52 Valderramaa F’., Ruiz F. 2018. An optimal control 53 approach to steam distillation of essential oils 54 from aromatic plants. Computers and Chemical 55 Engineering 117, 25–31. 56 Zaizhi L., Baoqin D., Shuailan Lia., Zhengrong Z. 2018. 57 Optimization of solvent-free microwave assisted 30

6

Figure 5 ต้นทุนการกลั่นน้้ามันหอมระเหย 8 4 สรุป 9 จากการทดลองเก็บข้อมูลทั้งหมดว่าต้นทุนการกลั่นน้้ามัน 10 หอมระเหยตะไคร้ ห อม จ้ า นวน 1 litr จะมี ต้ น ทุ น รวมทั้ ง หมด 11 8,837.41 บาท แบ่งเป็นค่าวัต ถุดิ บ 65% ค่าแก๊ส แอลพีจี 18% 12 ค่ า แรงงาน 16% และค่ า ไฟฟ้ า 1 % โดยต้ น ทุ น ส่ ว นใหญ่ ข อง 13 น้้ามันหอมระเหยจะอยู่ที่ตะไคร้หอมมากที่สุด เนื่องจากปริมาณ 14 น้้ า มั น หอมระเหยที่ ไ ด้ จ ากการกลั่ น น้้ า มั น หอมระเหยนั้ น ได้ ใ น 15 ปริมาณเพียง 0.39 %v/w และ 0.31 %w/w ซึ่งต้นทุนส่วนใหญ่ 16 เป็นค่าวัตถุดิบซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนของน้้ามันหอมระเหย 17 ที่จะท้าการจ้าหน่าย ดั งนั้นหากผู้ประกอบการหรื อผู้ ที่ส นใจท้ า 18 การกลั่นน้้ามันหอมระเหยจากตะไคร้หอมเพื่อการจัดจ้าหน่ายเชิง 19 พาณิ ช ย์ แ ล้ ว ต้ อ งค้ า นึ ง ถึ ง เป็ น อั น กั บ แรก คื อ ราคาค่ า วั ต ถุ ดิ บ 20 (ตะไคร้หอม) ซึ่งราคาซื้อขายในแต่ละพื้นที่และช่วงฤดูกาลมีราคา 21 แตกต่างกัน 22 5 กิตติกรรมประกาศ 23 ขอขอบคุณ ส้านักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การ 24 มหาชน) สนั บ สนุ น งบประมาณวิ จัย ปี ง บประมาณ พ.ศ. 2561 25 รหั ส โครงการ CRP6105020500 และขอขอบคุ ณ คณะ 26 อุต สาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีร าชมงคล 7

60


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 extraction of essential oil from Cinnamomum camphora leaves. Industrial Crops & Products 124, 353–362.

61


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia

การจัดการน้ําอยางประหยัดที่มีผลตอการพัฒนาการของทุเรียนในจังหวัดนนทบุรี Micro irrigation management for durian in Nonthaburi province พงษรวี นามวงศ1, วิโรจน โหราศาสตร1, วัชรพงษ ตามไธสง1, สราวุฒิ ปานทน1 , ธนพงค แสนจุม1, เอกภาพ ปานภูมิ1 Pongrawee Namwong1, Wirote Horasart1, Watcharapong Tamthaisong1, Sarawuth Parnthon1, Tanapong Sanchum1, Akkaphap Panpoom1 1สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม

กรมวิชาการเกษตร, กรุงเทพมหานคร, 10900 Engineering Research Institute Dapartment of Agriculture, Bangkok, 10900 *Corresponding author: Tel: +66-2-5290663, Fax: +66-5290664, E-mail: pongrawee.n@gmail.com 1Agricultural

บทคัดยอ สถาบันวิจัยพืชสวนรวมกับสถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม ดําเนินการวางระบบการใหน้ําอยางประหยัดในสวนทุเรียน อ. บาง กรวย จ. นนทบุรี ที่ประสบปญหาน้ําเค็มหนุนในชวงฤดูแลง จนทําใหน้ําชลประทานมีคุณภาพไมเหมาะสมในการเกษตร ตองเปลี่ยนมา ใชน้ําประปารดทุเรียนและพืชแซมชนิดอื่นๆ ดําเนินการระหวางปงบประมาณ 2558-2559 โดยในปแรก ทําการออกแบบและติดตั้ง ระบบการใหน้ําอยางประหยัด 4 แบบ เปรียบเทียบกับการใชแครงรดน้ํา พบวา เกษตรกรมีความพอใจกับกรรมวิธีที่มีการใหน้ําที่โคน ตนทุเรียน (ติดตั้งหางจากโคนตน 10 cm สูงจากพื้น 30 cm) โดยใชหัวพนฝอย (jet spray) อัตรา 90 lhr-1 รัศมีการใหน้ํา 0.75 m โดยการกระจายของน้ําเปนรูปหัวคว่ํา รวมกับการใหน้ําระหวางตนทุเรียนแบบ mini sprinkler อัตรา 120 lhr-1 รัศมีการใหน้ํา 3 – 4.5 m ติดตั้งสูงจากพื้น 70 cm เนื่องจากหลังการใหน้ําทั้งทุเรียนและพืชแซมไดรับน้ําเพียงพอมากกวากรรมวิธีอื่น ในปที่ 2 ไดปรับ ระบบการใหน้ําเปนวิธีที่เกษตรกรพอใจ ทําการเปรียบเทียบระยะเวลาในการใหน้ําแตละรอบเวร (ทุก 3 วัน) โดยคํานึงถึงการประหยัด น้ําและแรงงานเมื่อเทียบกับการใชแครงรด เก็บขอมูลการเปลี่ยนแปลงความชื้นในดิน ดวยการติดตั้งเครื่องมือบันทึกขอมูล WatchDog data logger Model 425 ร วมกับหั ววัดความชื้น ดิน (Watermark Soil Moisture Sensor) ที่ระดั บความลึก 30 cm พบวา ใน กรรมวิธีใหน้ําดวยแครงมีคาแรงดึงน้ําเกิน 20 KPa สวนกรรมวิธีที่มีการใหน้ํา 20 และ 30 นาที มีคาแรงดึงน้ําอยูในระดับต่ํากวา 20 KPa แสดงวาดินยังมีปริมาณน้ําที่เพียงพอสําหรับตนทุเรียนกอนการใหน้ํารอบตอไป ดังนั้นกรรมวิธีที่ใหน้ํา 20 นาทีจึงเหมาะสมที่สุด เนื่องจากน้ําประหยัดน้ําไดมากกวาและไมเกิดการสูญเสียน้ําบนผิวดินเทียบกับการใชแรงงานคน โดยที่ตนทุเรียนอายุ 3 ปมีพัฒนาการ ไมแตกตางกัน คําสําคัญ: ทุเรียน, การใหน้ํา, ความชื้นในดิน Abstract The Horticultural Research Institute in corporation with the Agricultural Engineering Research Institute conducted a research during 2015-2016 with the objective to find an efficient water management in durian plantation in Bang Kruai, Nonthaburi. The plantation faced the problem of water salinity during dry season. As saline water is not suitable for agriculture, tap water was stored for irrigation instead. In 2015, 4 patterns of irrigation were tested and compared with farmer practice (using watering can). The most preferable treatment was the combination of jet spray (90 Lhr- 1 ) installed near the durian trunk and mini sprinkler (120 Lhr- 1 ) installed between durian trees as all plants on the bed received enough water. In 2016, all tested beds were installed with the

62


selected treatment and durations of irrigation (20 and 30 minutes every 3 days) were compared with farmer practice. WatchDog data logger (Model 425) and soil moisture sensor (at 30 cm. below soil level) were installed. The result showed that with watering can, the water tension was higher than 20 KPa, while at 20 and 30 min. irrigation, water tensions were lower than 20 KPa which mean that there was enough water in the soil before next irrigation cycle. There were no growth differences among 3 year-old-durian trees in all treatments. In conclusion, 20 min. irrigation was the most suitable and most efficient in the experiment. Keywords: durian, irrigation, soil moisture 1 บทนํา นนทบุรีเปนแหลงปลูกทุเรียนที่สําคัญในอดีตของประเทศไทย เกษตรกรมีการปลูกทุเรียนรวมกับไมผลชนิดอื่น เชน มังคุด กลวย หอม สมโอ ในสภาพสวนยกรองในลักษณะสวนผสมผสาน มีการ ใชน้ําจากแมน้ําเจาพระยา ทดเขาไปตามรองสวนสําหรับรดตนไม แตในปจจุบันมีการขยายความเจริญของกรุงเทพมหานครไปยัง เขตชานเมือง ทําใหมีการเปลี่ยนพื้นที่สวนไปเปนที่พักอาศัยมาก ขึ้น เกษตรกรจํานวนมากโยกยายแหลงปลูกทุเรียนไปยังภูมิภาค อื่น เชน ระยอง จันทบุ รี แต มีเกษตรกรอีกจํานวนหนึ่ งที่ยังคง ปกหลักทําสวนทุเรียนอยูในจังหวัดนนทบุรี และประสบปญหา ตางๆ อยางตอเนื่อง เชน ปญหาน้ําทวมใหญเมื่อปลายป 2554 ที่ ทําใหทุเรียนลมตายไปเปนจํานวนมาก ตอมากรมวิชาการเกษตร ไดมีโครงการขยายพันธุทุเรียนพันธุตางๆ แจกจายใหกับชาวสวน ทุเรียนนนทบุรี เพื่อชาวสวนจะไดสามารถปลูกทุเรียนตอไปได ซึ่งโดยปกติ เกษตรกรจะใชน้ํ าจากแมน้ําเจาพระยาที่ ไหล ผาน จ. นนทบุรี เปนแหลงน้ําชลประทาน แตในชวง 2-3 ปที่ผาน มา ประเทศไทยประสบปญหาภัยแลง ทําใหมีการปลอยน้ําจาก เขื่อนตางๆ ลงมานอย ประกอบกับมีปญหาน้ําทะเลหนุนเขามาใน รองสวนในชวงฤดูแลง ทําใหน้ํามีความเค็ม ไมเหมาะกับการ เจริญเติบโตของทุเรียน ในระยะแรกเกษตรกรไมตระหนักถึง ปญ หาเรื่อ งน้ํ า เค็ ม และใช น้ํา ดัง กล า วรดต นทุเ รี ย น ทํา ให ต น ทุเรียนที่ยังเล็กมีอาการใบไหม และลมตายไปเปนจํานวนมาก จากปญหาดังกลาวที่นับวันจะเพิ่มความรุนแรงมากขึ้น ในป 2557 เกษตรกรสวนทุเรียนใน อ. บางกรวย จ. นนทบุรี จึงไดมี จดหมายถึงอธิบดีกรมวิชาการเกษตร เพื่อขอความชวยเหลือใน ดานวิชาการเกี่ยวกับระบบการใหน้ําที่เหมาะสมกับการทําสวน ทุเ รีย นใน จ. นนทบุ รี เพื่อ เพิ่ม ประสิ ทธิภาพการใชน้ําและลด ต น ทุนการผลิต สถาบัน วิจั ย พื ช สวนจึ งได รว มกั บ สถาบั น วิ จั ย เกษตรวิ ศ วกรรม วางแผนจั ด การให น้ํ า แบบประหยัด ในสวน ทุเรียน จังหวัดนนทบุรี โดยปรับเปลี่ยนระบบการใหน้ําh จากเดิม ที่มีการใชน้ําในรองสวนที่เปดเขาทางประตูน้ําของสวน และใช

แรงงานคนในการตักดวยแครงรดใตโคนตน หรือใชเรือที่มีการติด ปมน้ํารดตามรองสวน เปนการใหน้ําอยางประหยัดดวยระบบการ ใชน้ํานอย (mini sprinkler) จากน้ําประปาที่นํามาสํารองในรอง สวน เพื่อแกปญหาน้ําเค็มหนุนในชวงหนาแลง ทําใหตนทุเรียน และพืชแซมสามารถเจริญเติบโตและมีการพัฒนาการไดตามปกติ เปนการแกปญหาของเกษตรกรผูปลูกทุเรียนในจังหวัดนนทบุรี 2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 อุปกรณ เครื่ อ งมือ และอุ ป กรณ ที่จํ า เปน ในการติดตั้ ง ระบบน้ํ า แบบ ประหยัด เชน ปมน้ํา ทอ PVC ขนาดตางๆ หัวใหน้ําแบบ minisprinkler เปนตน อุปกรณเก็บขอมูลอุตุนิยมวิทยา ประกอบดวย เครื่องบันทึก ข อ มู ล (WatchDog data logger Model 425) พร อ มหั ว วั ด ค ว า ม ชื้ น ดิ น ( Watermark Soil Moisture Sensor) แ ล ะ เครื่องวัดแรงดึงความชื้นในดิน (Tensiometer) ขนาดตางๆ กัน ปุยและสารเคมีปองกันกําจัดศัตรูพืช ตามความจําเปน

63


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 2.2

แบบและวิธีการทดลอง การทดลองในป 2558 วางแผนการทดลองแบบ RCB จํานวน 5 กรรมวิธี 3 ซ้ํา ในแตละซ้ําประกอบดวยทุเรียน 8 ตน กรรมวิธีประกอบดวย 1.ใหน้ําชิดทรงพุม (ติดตั้งหางจากโคนตน 60 cm สู ง จากพื้ น 70 cm) โดยใช หั ว mini sprinkler อั ต รา 90 l hr-1 รัศมีการใหน้ํา 3 – 4.5 m 2.ใหน้ําชิดทรงพุม (ติดตั้งหางจากโคนตน 60 cm สู ง จากพื้ น 70 cm) โดยใช หัว mini sprinkler อั ตรา 120 l hr-1 รัศมีการใหน้ํา 3 – 4.5 m 3.ใหน้ําที่โคนตน (ติดตั้งหางจากโคนตน 10 cm สูงจาก พื้น 30 cm) โดยใชหัวพนฝอย อัตรา 90 l hr-1 รัศมีการใหน้ํา 0.75 m โดยการกระจายของน้ําเปนรูปหัวหงาย รวมกับการให น้ําระหวางตนทุเรียนแบบ mini sprinkler อัตรา 90 lhr-1 รัศมี การใหน้ํา 3 – 4.5 m ติดตั้งสูงจากพื้น 70 cm 4.ใหน้ําที่โคนตน (ติดตั้งหางจากโคนตน 10 cm สูงจาก พื้น 30 cm) โดยใชหัวพนฝอย อัตรา 90 l hr-1 รัศมีการใหน้ํา 0.75 m โดยการกระจายของน้ําเปนรูปหัวคว่ํา รวมกับการใหน้ํา ระหวางตนทุเรียนแบบ mini sprinkler อัตรา 120 l hr-1 รัศมี การใหน้ํา 3 – 4.5 m ติดตั้งสูงจากพื้น 70 cm 5.การใหน้ําตามวิธีดั้งเดิมของเกษตรกร (Control) โดย ใชแครงตักสาดบริเวณโดยรอบโคนตน

Figure 1 water the plants by man

64

การทดลองในปที่ 2 ปรับระบบน้ําเปนแบบที่เกษตรกร เลือกจากการทดลองในปแรก ทําการเปรียบเทียบระยะเวลาการ ใหน้ํา จํานวน 3 กรรมวิธี 2 ซ้ํา ในแตละซ้ําประกอบดวยทุเรียน 5 ตน กรรมวิธีประกอบดวย 1.เปดระบบใหน้ําเปนเวลา 20 นาที คิดเปนปริมาณน้ํา ประมาณ 40 ลิตร 2.เปดระบบใหน้ําเปนเวลา 30 นาที คิดเปนปริมาณน้ํา ประมาณ60 ลิตร 3.แรงงานคนรดน้ําดวยแครงจํานวน 15 แครง คิดเปน ปริมาณน้ําประมาณ 45 ลิตร โดยจะทําการใหน้ําทุก 3 วัน วิธีปฏิบัติการทดลอง . 1. เลื อ กแปลงทุ เ รี ย นที่ ป ลู ก แบบยกร อ งในจั ง หวั ด นนทบุรี จํานวน 1 แปลง 2. สํารวจพื้นที่ ออกแบบติดตั้งระบบน้ําอยางประหยัด ในสวนทุเรียน หลังการติดตั้ง ทําการทดสอบประสิทธิภาพของ ระบบน้ํา และเริ่มใหน้ําตามกรรมวิธีตั้งแตเดือนมกราคม 2558 3. ติ ด ตั้ ง เ ค รื่ อ ง วั ด แ ร ง ดึ ง ค ว า ม ชื้ น ใ น ดิ น (Tensiometer) แบบอานคาจากเกจวัดแรงดึง บริเวณเขตราก ทุเรียน กรรมวิธีละ 1 ชุด (ความลึก 15 30 และ 60 ซม.) เมื่อ เดือนกุมภาพันธ 2558 4. บันทึกขอมูลการเจริญเติบโตของตนทุเรียน โดยการ วัดเสนรอบวงลําตน 5. เนื่องจากการใช tensiometer วัดแรงดึ งความชื้น ดินในป 2558 มีปญหาไมสามารถอานคาไดเพราะระดับเข็มใน เกจวัดไมชี้ในตําแหนงระดับปกติเสมอและไดรับความเสียหาย จากการตัดหญา จึ งไดป รับเปลี่ยนเป นการติดตั้งเครื่องบันทึก ข อ มู ล WatchDog Data Logger Model 425 พร อ มหั ว วั ด ความชื้นดินที่ฝงลงในดินที่ระดับความลึก 30 cm กรรมวิธีละ 1 จุด เพื่อเก็บขอมูลในป 2559 3 ผลและวิจารณ ปที่1 1. หลั ง จากติ ด ตั้ ง ระบบน้ํ า เสร็ จ ในเดื อ นมกราคม ได ดําเนินการใหน้ําตามกรรมวิธีที่ 1 – 4 เปนเวลา 1 ชั่วโมงเทากัน ซึ่งวิธกี ารใหน้ําในแตละกรรมวิธใี หผลที่แตกตางกัน ดังนี้ 1.1 กรรมวิธีที่ 1 และ 2 ซึ่งเปนการใหน้ําชิดทรงพุม (ติดตั้งหางจากโคนตน 60 cm สูงจากพื้น 70 cm) น้ําที่ออกจาก หัว mini sprinkler สว นหนึ่ งจะโดนใบและต น ทุ เ รีย นที่ ร ะดั บ ความสูง 80 – 100 cm และหยดลงที่โคนตนทุเรียนอยางชา อีก


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ส ว นหนึ่ ง กระจายไปยั ง พื้ น ที่ ร ะหว า งต น ทุ เ รี ย น เมื่ อ ครบ กําหนดเวลาใหน้ํา วัดปริมาณน้ําที่โคนตนทุเรียนพบวา ทุเรียน และพืชแซมไดรับน้ําไมเพียงพอ 1.2 กรรมวิธีที่ 3 น้ําจากหัวพนฝอยแบบหงายที่ติดตั้ง บริเวณโคนตน มีรัศมี 0.75 m หัวพนฝอยแบบหงายนี้มีลักษณะ การเหวี่ ย งน้ํ า ขึ้น ประมาณ 30 องศา เมื่ อ มีล มพั ดจะทํา ให น้ํ า บางสวนถูกพัดไปตกนอกเขตทรงพุมของตนทุเรียน สวนน้ําจาก หัว mini sprinkler ที่ติ ดตั้ง บริ เ วณกึ่ งกลางระหว า งต นทุ เ รีย น สามารถกระจายน้ําไดทั่วถึงพืชแซมที่ปลูก เมื่อครบกําหนดเวลา การใหน้ํา พบวาทุเรียนและพืชแซมยังไดรับน้ําไมเพียงพอ 1.3 กรรมวิธีที่ 4 น้ําจากหัวพนฝอยแบบคว่ํา ที่ติดตั้ง บริเวณโคนตน มีรัศมี 0.75 m หัวพนฝอยแบบคว่ํามีลักษณะการ เหวี่ยงน้ําลงคลายรม เมื่อมีลดพัดมาน้ําจะไมถูกพัดพาออกไปจาก นอกทรงพุมทุเรียนเหมือนหัวพนฝอยแบบหงาย และน้ําจากหัว mini sprinkler ที่ ติ ด ตั้ ง บริ เ วณกึ่ ง กลางระหว า งต น ทุ เ รี ย น สามารถกระจายน้ําไดทั่วถึงพืชแซมที่ปลูก เมื่อครบกําหนดเวลา การให น้ํา พบวา ทุเ รียนและพืชแซมไดรับ น้ําเพี ย งพอมากกวา กรรมวิธีที่ 3 และเปนที่ยอมรับของเกษตรกร 1.4 กรรมวิธีที่ 5 ใหน้ําตามวิธีของเกษตรกร (Control) ใชแรงงานคนรดน้ํา โดยใชแครงตักน้ําสาดเขาใตตน ในแตละครั้ง จะใชน้ํา 15 แครง พบวาปริมาณน้ําที่รดมากเกินไปจนน้ําไหลบา ออกนอกทรงพุมและการกระจายน้ําไมสม่ําเสมอทั่วทั้งทรงพุม 2. หลังจากทําการใหน้ําแตละกรรมวิธีจนถึงเดือนกันยายน 2558 ไดสอบถามความพึงพอใจและการยอมรับระบบการใหน้ํา อยางประหยัดรูปแบบตางๆ โดยการหารือกับเกษตรกรเจาของ สวน พบว า ระบบน้ํ า ในกรรมวิ ธี ที่ 4 ได รั บ การยอมรั บ จาก เกษตรกร โดยเปนการใหน้ําที่โคนตน (ติดตั้งหางจากโคนตน 10 cm สูงจากพื้น 30 cm) ใชหัวพนฝอย อัตรา 90 l hr-1 รัศมีการ ใหน้ํา 0.75 m โดยการกระจายของน้ําเปนรูปหัวคว่ํา รวมกับการ ใหน้ําระหวางตนทุเรียนแบบ mini sprinkler อัตรา 120 l hr-1 รัศมีการใหน้ํา 3 – 4.5 m ติดตั้งสูงจากพื้น 70 cm เกษตรกรพอใจกับระบบน้ําในกรรมวิธีที่ 4 เนื่องจากสภาพ สวนทุเ รี ย นที่ ทํ า การทดลองเปนสวนผสมผสาน มี ก ารปลูก ทุเ รีย นรว มกั บ มั ง คุด กลว ย สม โอ และพริ ก ไทย โดยปลูก ต น ทองหลางเปนไมรมเงา ดังนั้นเกษตรกรจึงตองการใหน้ํา ทั้ งพืช หลักและพืชแซมในสวนไปในคราวเดีย วกัน สําหรับ การใหน้ํา บริเวณโคนตน เกษตรกรพอใจกับการใชหัวน้ําที่อัตราสูง เพื่อให ระยะเวลาการเปดน้ําแตละครั้งไมนานเกินไป มากกวาการใหน้ํา แบบเดิมโดยใช แครง เนื่ อ งจากประสิทธิภ าพสู งกวาการใหน้ํา

แบบเดิม ประหยัดน้ํา และคาแรงงานต่ําลง ทําใหตนทุนการผลิต โดยรวมต่ําลงดวย ปที่ 2 ปรั บ เปลี่ ย นระบบให น้ํ า ทั้ ง สวนเป น กรรมวิ ธี ที่ เ กษตรกร ยอมรับจากการทดลองในป 2558 คือ กรรมวิธีที่ 4 ซึ่งเปนการ ติดตั้งหัวน้ําหางจากโคนตน 10 cm สูงจากพื้น 30 cm โดยใช หัวพนฝอยที่มีการกระจายของน้ําเปนรูปหัวคว่ํา อัตรา 90 l hr-1 รัศมีการใหน้ํา 0.75 m รวมกับการใหน้ําระหวางตนทุเรียนแบบ mini sprinkler อั ต รา 120 lhr-1 รั ศ มี ก ารให น้ํ า 3 – 4.5 m ติดตั้งสูงจากพื้น 70 cm

Figure 2 installation soil moisture sensor and tensiometer เก็ บ ข อ มู ล ช ว งเวลาและปริ ม าณการให น้ํ า แก ทุ เ รี ย นของ เกษตรกรที่ใชแรงงานคนรดน้ําดวยแครง พบวา เกษตรกรจะรด น้ําตนทุเรียนในชวงเวลา 8.00 น. – 11.00 น. โดยรดน้ําจํานวน 15 แครง/ตน คิดเปนปริมาณน้ํา 37.5 l/ตน (1 แครงเทากับ 2.5 l) และเวนการใหน้ําจํานวน 2 วัน นําไปเปรียบเทียบกับการ เปดน้ําในระบบการใหน้ําที่ 20 และ 30 นาที Figure 3 เปนขอมูลแรงดึงของน้ําในดิน (แกน Y มีหนวยเปน กิโลปาสกาล, KPa) ที่บันทึกดวย WatchDog data logger ในแต ละรอบเวรการใหน้ํา ในช วงระหวา งวัน ที่ 1-9 เมษายน 2559 แสดงใหเห็นวา ในวันที่มีการใหน้ํา ทุกกรรมวิธีจะไดรับน้ําเพียง พอที่จะทําใหดินโดยรอบมีความชื้น วัดคาแรงดึงน้ําไดเทากับ 0 KPa หลังจากนั้นคาแรงดึงน้ําจะเริ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ สําหรับกรรมวิธี ที่มีการใหน้ําดวยแครง โดยมีคาสูงสุดถึงประมาณ 80 KPa ใน วันที่ 3 หลังการใหน้ํา ซึ่งแสดงวาดินอยูในสภาพแหงมาก และ รากพืชดูดน้ําไดปริมาณนอยไมเพียงพอกับการคายน้ํา และอาจ เกิดการขาดน้ํา (สุนทรี และคณะ, 2560) ในขณะที่กรรมวิธีที่มี การใหน้ํา 20 และ 30 นาที คาแรงดึงน้ําสูงขึ้น แตยังอยูในระดับ ที่ไมเกิน 20 KPa ทั้ง 2 กรรมวิธี ในวันที่ 3 หลังการใหน้ํา เปน

65


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 สภาพที่ดินยังเปยก ในดินมีน้ําเพียงพอใหพืชดูดไปใชได และยังมี -ขอบคุณบริษัท Eastern Agritech ที่ใหคําแนะนําเกี่ยวกับ ชองวางใหอากาศถายเทได การเลือกใชหัวจายน้ําแบบตางๆ -ขอบคุณศูนยวิจัยเกษตรหลวงเชียงใหมที่ใหความอนุเคราะห ยืมเครื่องบันทึกขอมูล WatchDog data logger 6 เอกสารอางอิง Thonh-aram D., Tungkorsakul W., Jirachivi N., 2000. Irriation system design and technology. Mitrkaset marketing and publishing. 428 page.(in Thai) Yingchatchaval S., Piboon P., Chuennakorn P..2017. Tensiometer. Bio-Tech Center. Kasetsart UniversityFigure 3 moisture tension (KPa) by soil moisture sensor Kampangsaen.10 page. and tensiometer (X-time (date); Y- moisture tension Anon. 2005. Water salinity tolerance of different crops (KPa)) and stock. Department of Sustainability and ขอมูลดังกลาวใชในการยืนยันใหเกษตรกรเจาของสวนทุเรียน Environment, Department of primary Industries. ในจังหวัดนนทบุรีวา การติดตั้งระบบน้ําที่เหมาะสม และใหน้ํา Victoria. www.dpi.vic.gov.au เปนระยะเวลา 20 -30 นาทีในแตละรอบเวรเพียงพอที่จะทําให Warrence, N. J., K.E. Pearson and J. W. Bauder. 2003. ตนทุเรียนมีการเจริญเติบโตได และเพื่อเปนการประหยัดน้ํา การ The Basics of Salinity and Sodicity Effects on Soil ให น้ํ า เพี ย ง 20 นาที จึ ง มี ค วามเหมาะสมในสภาวะที่ ต อ งใช Physical Properties. น้ํ า ประปารดตน ทุ เ รี ย นในช ว งที่ ไ ม สามารถใช น้ํา ชลประทาน http://waterquality.montana.edu/energy/cbm/back เนื่องจากมีน้ําเค็มหนุนเขามาในแหลงน้ําธรรมชาติ ground/soil-prop.html 4 สรุป 1. การปรับเปลี่ยนระบบการใหน้ําในสวนทุเรียนที่ประสบ ปญหาน้ําเค็มหนุนในจังหวัดนนทบุรีใหเปนระบบการใหน้ําอยาง ประหยัดที่เหมาะสม คือ ติดตั้งหัวน้ําหางจากโคนตน 10 cm สูง จากพื้น 30 cm โดยใชหัวพนฝอย (mist spray) ที่มีการกระจาย ของน้ําเปนรูป หัวคว่ํา อัตรา 90 lhr-1 รัศมีการใหน้ํา 0.75 m รวมกับการใหน้ําระหวางตนทุเรียนแบบ mini sprinkler อัตรา 120 lhr-1 รัศมีการใหน้ํา 3 – 4.5 m ติดตั้งสูงจากพื้น 70 cm เนื่ อ งจากทั้ ง พื ช หลั ก และพื ช แซมจะได รับ น้ํ า เพี ย งพอต อ การ เจริญเติบโต 2. ระยะเวลาการใหน้ํ าขึ้น กับ สภาพภูมิอากาศในแต ละ ช ว งเวลาของป การใช อุ ปกรณ ทางวิ ท ยาศาสตร เ ช น Tensiometer หรือ soil moisture sensor ฝงใตตนทุเรียน เพื่อ บัน ทึ ก ข อ มูล สภาพของน้ํ า ในดิน จะชว ยในการตั ด สิน ใจเลือก ระยะเวลาการใหน้ําที่เหมาะสม 5 กิตติกรรมประกาศ -ขอบคุณ จ.ส.อ. สมพงษ สกุลดิษฐ และ นายกิตติ มั่นกตัญู เกษตรกรเจาของสวนทุเรียน ที่ใหใชสถานที่ทําการทดลอง

66


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การปรับปรุงเครื่องให้อาหารอัตโนมัติสําหรับตู้ปลา Improvement of Automatic Fish Feeder for Aquariums แดนไพร นาวิศรี 1, ชีวิน อรรถสาสน์2, ปิยะบุตร วานิชพงษ์พันธุ3์ , วิมลศิริ ปรีดาสวัสดิ4์ Danprai Nawisri1, Shewin Attasat2, Piyabutr Wanichpongpan3, Wimolsiri Pridasawas4 1มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี, 1KMUTT,

กรุงเทพมหานคร, 10140

Bangkok Thailand

2มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี,

กรุงเทพมหานคร, 10140

2KMUTT,

Bangkok Thailand *Corresponding author: Tel: +66-8-555-44988, E-mail: juju_dannoi@hotmail.com

บทคัดย่อ สําหรับการเลี้ยงปลาสวยงามในปัจจุบัน มีการนําเครื่องให้อาหารอัตโนมัติมาใช้เพื่อความสะดวก เพราะนอกจากจะสามารถกําหนด ปริมาณอาหารและเวลาการให้อาหารที่แน่นอนแล้ว ยังประหยัดแรงงานด้วย อย่างไรก็ตามเครื่องให้อาหารแบบที่มีขายในท้องตลาดยัง มีความแม่นยําในการให้อาหารที่ ต่ําและมี ข้อจํา กัดในการใช้งาน เนื่องจากสามารถให้อาหารปลาได้เพียงหนึ่ง ตู้ต่ อเครื่องเท่า นั้ น หากเลี้ยงปลาหลายๆตู้ จะต้องใช้เครื่องให้อาหารจํานวนมาก ทําให้ยุ่งยากในการบํารุงรักษา และสิ้นเปลืองแรงงานในการเติมอาหาร งานวิจัยนี้จึงได้ออกแบบและสร้างเครื่องให้อาหารอัตโนมัติที่ใช้งานร่วมกับระบบรางเลื่อน ทําให้สามารถให้อาหารปลาได้คราวละ หลายตู้และปรับปรุงระบบหัวจ่ายอาหารที่มีความถูกต้องแม่นยํา ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพกับเครื่องให้อาหารแบบที่พบบ่อยใน ท้องตลาดแล้ว พบว่าปริมาณของอาหารที่จ่ายมีความสม่ําเสมอกว่า โดยมีสัมประสิทธิ์ของความผันแปร (Coefficient of variation, CV) เท่ากับ 8% ในขณะทีเ่ ครื่องให้อาหารแบบที่พบบ่อยในท้องตลาด จะมีค่าอยู่ในช่วง 11-37% คําสําคัญ: เครื่องให้อาหารอัตโนมัติ, ปลาสวยงาม, สัมประสิทธิ์ของความผันแปร Abstract In the present, automatic feeders were used for convenience in growing ornamental fishes. They were not only able to determine the exact amount of feed and time of feeding, but they also reduce the labor cost. However, available feeders in the market still had a restriction on use. One feeder can be used to feed only one fish tank. Hence, it required many feeders for a large number of fish tanks and made difficult to maintain. It also took a long time to refill the feeders. In this study, an automatic feeder was designed and constructed. By using a sliding rail, it was capable of feeding many fish tanks in the same time. The feeding channel of feeder hopper was also developed to improve accuracy of feeding. The experimental results showed that the amount of feed fed by the developed feeder was more consistent than the conventional feeders in the market, with the coefficient of variation (CV) of 8% and with in the range of 11 – 37% respectively Keywords: Automatic feeding machine, Ornamental fish, Coefficient of variation

67


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทนํา ปลาสวยงามเป็ น หนึ่ ง ในสิ น ค้ า เกษตรที่ ส ร้ า งรายได้ ใ ห้ กั บ เกษตรกรไทย เนื่ อ งจากความต้ อ งการในตลาดโลกยั ง คงมี แนวโน้มขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ทําให้ยังมีช่องทางธุรกิจในการ ขยายตลาดส่งออก และประเทศไทยยังมีปัจจัยพื้นฐานในเรื่อง ความพร้อมทางศักยภาพการเลี้ยง เนื่องจากมีสภาพภูมิอากาศที่ เหมาะสมต่อการพัฒนาสายพันธุ์ และมีสายพันธุ์ที่หลากหลาย ซึ่ง จะเป็นปัจจัยสําคัญผลักดันให้ไทยก้าวขึ้นไปอยู่ในระดับประเทศผู้ ส่งออกปลาสวยงามที่สําคัญของโลก (Bureau of Agricultural Economics Research, 2011) อาหารและการให้อาหารเป็น ปัจจัยสําคัญอย่างหนึ่ง ที่ช่วย สนับสนุนการเลี้ยงปลาให้ได้ผลดี การให้อาหารมากเกินไป จะ เป็นการสิ้นเปลืองและทําให้น้ําเสีย ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อ ปลา และหากให้ น้ อ ยเกิ น ไปปลาก็ จ ะเจริ ญ เติ บ โตช้ า กว่ า ปกติ หรื อ สุ ข ภาพไม่ ส มบู ร ณ์ (Chalorkpunrat, 2018) สํ า หรั บ การเลี้ ย ง ปลาสวยงามในปัจจุบัน มีการนําเครื่องให้อาหารอัตโนมัติมาใช้ เพื่ อ ความสะดวก เพราะนอกจากจะสามารถกํ า หนดปริ ม าณ อาหารและเวลาการให้อาหารที่แน่นอนแล้วยังใช้แรงงานน้อย ด้วย อย่างไรก็ตามเครื่องให้อาหารปลาแบบที่มีขายในท้องตลาด ก็ยังมีข้อจํากัดในการใช้งาน เนื่องจากมีความแม่นยําในการให้ อาหารต่ํ า และสามารถให้ อ าหารปลาได้ เ พี ย งเครื่ อ งละหนึ่ ง ตู้ เท่านั้น หากเลี้ยงปลาหลายๆตู้ดังแสดงไว้ใน Figure 1 จะต้องใช้ เครื่องให้อาหารจํานวนมาก ทําให้ยุ่งยากในการเติมอาหาร การ บํ า รุ ง รั ก ษาและสิ้ น เปลื อ งแรงงาน ด้ ว ยปั จ จั ย ต่ า งๆเหล่ า นี้ เกษตรกรกลุ่มที่เพาะเลี้ยงปลาสวยงามในตู้จึงไม่นิยมนําเครื่องให้ อาหารปลาอัตโนมัติมาใช้ในฟาร์มอย่างจริงจัง

Figure 1 Ornamental fish farm

เพื่อแก้ไขปัญหาข้างต้น งานวิจัยนี้จึงมีแนวคิดในออกแบบ และสร้างเครื่องให้อาหารอัตโนมัติที่สามารถจ่ายอาหารได้คราว ละหลายตู้ และมีความแม่นยําในการจ่ายอาหาร โดยเปรียบเทียบ ประสิทธิภาพของเครื่องต้นแบบกับเครื่องให้อาหารแบบที่มีขาย ในท้องตลาด 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 วิธีดําเนินงานวิจัย ในงานวิจัยนี้จึงได้ออกแบบและสร้างเครื่องให้อาหารอัตโนมัติ ที่ใช้งานร่วมกับระบบรางเลื่อน ทําให้สามารถให้อาหารปลาได้ คราวละหลายตู้ เ พื่ อ ตอบโจทย์ ค วามต้ อ งการของเกษตรกร และปรับปรุงระบบหัวจ่ายอาหารให้มีความแม่น ยํา ในการจ่า ย อาหาร มี ป ริ ม าณอาหารที่ จ่ า ยสม่ํ า เสมอ ทํ า การเปรี ย บเที ย บ ประสิ ท ธิ ภ าพการจ่ า ยอาหารของเครื่ อ งต้ น แบบกั บ เครื่ อ งให้ อาหารปลาอัตโนมัติแบบที่มีขายในท้องตลาด ซึ่งจากการสํารวจ สินค้าในท้องตลาดแบบที่นิยมใช้กันคือเครื่องให้อาหารปลาอัติโนมัติแบบแกนหมุน โดยมีอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง ดังนี้ 2.2 อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 1) เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติแบบแกนหมุน ในการทดลองนี้ไ ด้เลือกเครื่องให้ อาหารปลาอัตโนมัติแ บบ แกนหมุนรุ่นที่พบบ่อยในท้องตลาดจํานวน 2 รุ่น เพื่อใช้ในการ เปรี ย บเที ย บประสิ ท ธิ ภ าพของเครื่ อ งให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ ต้นแบบ ซึ่งแต่ละเครื่องมีลักษณะดังนี้ 1.1) เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติแกนหมุนแบบที่ 1 เครื่ อ งให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ แ กนหมุ น แบบที่ 1 มี ข นาด 6.8x7.4x15.6 เซนติเมตร ตัวเครื่องมีน้ําหนัก 285 กรัม สามารถ บรรจุ อาหารเม็ด ได้สู ง สุด 175 กรัม สามารถกําหนดเวลาและ ปริมาณในการให้อาหารได้ ส่วนของแกนมอเตอร์จะติดกับฮอปเปอร์เพื่อควบคุมการหมุน เมื่อฮอปเปอร์หมุนอาหารก็จะไหลออก จากเครื่อง โดยช่องให้อาหารมีลักษณะเป็นตะแกรงอยู่บริเวณมุม ด้านข้างของฮอปเปอร์และสามารถปรับขนาดของช่องให้อาหาร ได้ ดังแสดงใน Figure 2

Figure 2 automatic fish feeder rotated Type 1

68


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1.2) เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติแกนหมุนแบบที่ 2 เครื่ อ งให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ แ กนหมุ น แบบที่ 2 มี ข นาด 13x5.5x11.5 เซนติเมตร ตัวเครื่องมีน้ําหนัก 303 กรัม สามารถ บรรจุ อ าหารเม็ ด ได้ สู ง สุ ด 70 กรั ม สามารถกํ า หนดเวลาและ ปริมาณในการให้อาหารได้ ส่วนของแกนมอเตอร์จะติดกับฮอปเปอร์เพื่อควบคุมการหมุน เมื่อฮอปเปอร์หมุนอาหารก็จะไหลออก จากเครื่อง โดยช่องให้อาหารมีลักษณะเป็นช่องยาวตลอดความ กว้างของฮอปเปอร์และสามารถปรับขนาดของช่องให้อาหารได้ ดังแสดงใน Figure 3

โดยเครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติต้นแบบ เฉพาะในส่วนชุดหัว จ่ายอาหารมีขนาด 21x21x44.4 เซนติเมตร ตัวเครื่องมีน้ําหนัก 2,150 กรัม มีฮอปเปอร์ใส่เม็ดอาหาร 2 อัน ด้านซ้ายและขวา บรรจุอาหารได้ด้านล่ะ 250 กรัม สามารถจ่ายอาหารได้พร้อมกัน สองด้า นครั้ง ล่ ะ 0.25 กรั ม มากที่ สุ ด 1 กรัมต่อ ครั้ ง หลัก การ ทํางานของเครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติต้นแบบ ได้แนวทางการ พัฒนามาจากเครื่องตวงข้าวสารอัตโนมัติที่แก้ปัญหามุมกองและ การตัดขัดกันของเม็ดอาหารด้วยกันเองด้วยการเพิ่มการหมุนของ จานจ่ายและแรงสั่นจากการเคลื่อนที่ของชุดหัวจ่ายเอง มีการตวง ปริมาณอาหารก่อนจะมีการจ่ายอาหารออกจากเครื่อง ดังแสดง ใน Figure 5

Figure 3 automatic fish feeder rotated Type 2 2) เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติตน้ แบบ เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติต้นแบบ มีส่วนประกอบที่สําคัญ ดังแสดงไว้ใน Figure 4 ได้แก่ (1) ขาตั้งและขารองรางของเครื่องให้อาหารปลา (2) ระบบรางใช้ในการเคลื่อนที่ของเครื่องให้อาหารปลา (3) ชุดหัวจ่ายอาหารปลา (4) ตู้คอนโทรลพร้อมชุดควบคุม

Figure 4 picture of the developed automatic fish feeder and its components (1) Fish tank stand, (2) Belt conveyor, (3) Feed hopper, (4) Electrical Control Pane

69

Figure 5 Picture hopper feeding of the developed automatic fish feeder ทําการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเครื่องให้อาหารต้นแบบ กับ เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติแบบแกนหมุน โดยพิจารณาจาก ค่าเฉลี่ย และการกระจายตัวของน้ําหนักอาหารที่จ่าย โดยมีการ ติดตั้งอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบดังแสดงใน Figure 6

Figure 6 Testing of automatic fish feeders (Left: developed feeder, Right: available feeders in the market)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 การทดสอบการจ่ า ยให้ อ าหารของเครื่ อ งให้ อ าหารปลา อัตโนมัติต้นแบบ ใช้เครื่องต้นแบบจํานวน 1 เครื่อง ตั้งปริมาณ การจ่ายครั้งละประมาณ 0.25 กรัม โดยใส่อาหารเม็ดสําหรับปลา สวยงาม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตร ในฮอปเปอร์บรรจุ อาหารของเครื่อง ที่ปริมาณ 100%, 50% และ10% ของปริมาตร ความจุ ฮ อปเปอร์ ต ามลํา ดับ ดั ง แสดงใน Figure 7 เพื่ อ จํ า ลอง ลั ก ษณะการลดลงของอาหารในฮอปเปอร์ ทํ า การให้ อ าหาร จํานวน 3 ครั้ง โดยแต่ละครั้งจะสามารถให้อาหารได้ 12 ตู้ เก็บ อาหารเม็ดที่ได้ในแต่ละตู้ไปชั่งน้ําหนัก เพื่อคํานวนหาค่าเฉลี่ย และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (standard deviation)

ประสิทธิภาพของเครื่องให้อาหารแต่ละแบบทีมีขนาดและ ปริมาณการจ่ายอาหาที่แตกต่างกัน สามารถนํามาเปรียบเทียบ โดยแสดงในรูปของสัมประสิทธิ์ของความผันแปร Coefficient of variation, CV) ซึ่ ง สามารถคํ า นวณได้ จ ากสมการด้ า นล่ า ง (Coates, 1992) CV =

ค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของของน้ําหนักอาหารแทนด้วย S

Figure 7 Pellet feed in hoppers of developed feeder ในการทดสอบประสิ ท ธิ์ ภ าพของเครื่ อ งให้ อ าหารที่ พ บใน ท้องตลาด ใช้เครื่องให้อาหารแบบแกนหมุน จํานวน 3 เครื่อง ตั้ง ปริมาณการจ่ายครั้งละประมาณ 0.25 กรัม โดยใส่อาหารเม็ด สําหรับปลาสวยงาม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตร ใน ฮอปเปอร์ บ รรจุอ าหารของเครื่ อ งที่ป ริม าณ 100%, 50% และ 10% ของปริ ม าตรความจุ ฮ อปเปอร์ ต ามลํ า ดั บ ดั ง แสดงไว้ ใ น Figure 8 ทําการทดลองให้อาหาร จํานวน 12 ครั้ง แต่ละครั้งเก็บ อาหารเม็ ด ที่ ไ ด้ ไ ปชั่ ง น้ํ า หนั ก เพื่ อ คํ า นวนหาค่ า เฉลี่ ย และส่วน เบี่ยงเบนมาตรฐาน

Figure 8 Pellet feed in hoppers of available feeders in the market

ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน x 100 ค่าเฉลี่ย

̅

1

โดยเครื่องให้อาหารที่มีค วามสม่ํา เสมอในการจ่า ยอาหาร มากกว่าจะมีค่า CV ที่ต่ํากว่า สําหรับอุปกรณ์ทางการเกษตรเพื่อ การให้อาหารหรือหว่านเมล็ดโดยทั่วไปแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์ของ ความความแปรผันที่ต่ํากว่า 10% ถือว่ามีประสิทธิภาพดีเยี่ยม ในขณะที่ค่าต่ํากว่า 20% ถือว่ายอมรับได้ สําหรับการใช้งานใน ภาคสนาม (Coates, 1992) 3 ผลและวิจารณ์ จากการทดลองใช้งานเครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติแบบแกน หมุ น ทั้ ง 2 รุ่ น พบว่ า ปริ ม าณอาหารที่ อ อกมาจากเครื่ อ งจะ เปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณของอาหารที่มีอยู่ในฮอปเปอร์ ดัง แสดงใน Figure 9

Figure 9 The amount of pellet feed at different hopper capacities of each feeder type

70


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ซึ่งการปล่อยวัสดุเม็ดออกจากฮอปเปอร์ด้วยแรงโน้มถ่วงของ โลกนั้นวัดุเม็ดมีแนวโน้มที่จะติดขัดกัน โดยได้รับอิทธิพลมาจาก สาเหตุหลายประการเช่น การผลักกันเองของวัสดุเม็ด เป็นผลมา จากรูปทรงของวัสดุเม็ด แรงเสียดทานระหว่างวัสดุเม็ด และ สมบั ติ ผิ ว ของวั ส ดุ เ ม็ ด และธรรมชาติ ท างเคมี ข องวั ส ดุ เ ม็ ด (Tungkanakorn, 2560) การที่เม็ดอาหารอยู่เต็มฮอปเปอร์อาจ เกิดการกดทับทําให้เม็ดอาหารเกาะตัวแน่นมากขึ้น เกิดแรง เสียดทานระหว่างเม็ดอาหาร ทําให้เกิดการติดขัดของเม็ดอาหาร ขณะเคลื่อนที่ออกจากฮอปเปอร์ นอกจากการติดขัดของเม็ดอาหารซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ใน ฮอปเปอร์ของเม็ดอาหารแล้วรูปทรงของฮอปเปอร์และลักษณะ ของช่องจ่ายอาหารของฮอปเปอร์ก็มีผลต่อความแม่นยําในการให้ อาหาร ดังผลการทดลองที่แสดงใน Table 1 Table 1 Coefficient of variation at different hopper capacities of each feeder type CV at different hopper capacities Feeder type 100% 50% 10% Type 1

45 ± 4 a

25 ± 9 a

41 ± 16 a

Type 2

16 ± 6 a

10 ± 3 ab

7±1b

Figure 10 Hopper feeding channel of feeder Type 1 เครื่ อ งให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ แ กนหมุ น แบบที่ 2 มี ช่ อ งให้ อาหารลักษณะเป็นช่องยาวตลอดความกว้างของฮอปเปอร์ ดัง แสดงใน Figure 10 ทํ า ไห้ เ ม็ ด อาหารไหลออกจาก ฮอปเปอร์ สะดวกขึ้น มีความแม่นยําในการจ่ายอาหารมากขึ้น สังเกตได้จาก ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวที่ลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่อง ให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ แ กนหมุ น แบบที่ 1 อย่ า งไรก็ ต าม เมื่ อ ปริมาณอาหารในฮอปเปอร์ลดลง เม็ดอาหารไหลออกจากฮอปเปอร์ไ ด้ส ะดวกขึ้น ส่ง ผลให้ป ริม าณการให้อาหารมากขึ้ น ด้ ว ย อัตราการให้อาหารจึงไม่สม่ําเสมอ

Developed 8±1a 9±1a 9± 2 a Remark: Mean followed by same letter in the same row do not significantly differ (p<0.05) (n=10) เครื่ อ งให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ แ กนหมุ น แบบที่ 1 มี ช่ อ งให้ อาหารลักษณะเป็นตะแกรงอยู่บบริเวณมุมด้านข้างของฮอปเปอร์ ดัง แสดงใน Figure 9 ซึ่ง อาจเกิดการขั ด ขวางการไหลของเม็ ด อาหารขณะออกจากฮอปเปอร์ โดยเฉพาะเมื่อมีอาหารบรรจุอยู่ เต็ม เม็ดอาหารจะเกิดการกดทับกัน ทําให้กระจุกตัวบริเวณช่อง จ่ายอาหารจึงไหล ออกจากฮอปเปอร์ได้น้อย เมื่อปริมาณอาหาร ในฮอปเปอร์ลดลง เม็ดอาหารจึงไหลออกจากฮอปเปอร์ได้มากขึ้น และเมื่อมีปริมาณอาหารในฮอปเปอร์เหลือน้อยมาก เม็ดอาหาร ไหลลงสู่บริเวณช่องจ่ายอาหารได้ไม่สม่ําเสมอ ปริมาณการจ่าย อาหารจึงลดลง

71

Figure 11 Hopper feeding channel of feeder Type 2 เครื่ อ งให้ อ าหารปลาอั ต โนมั ติ ต้ น แบบได้ แ ก้ ไ ขปั ญ หาการ ติดขัดของเม็ดอาหารในฮอปเปอร์ ด้วยการให้แรงสั่นเพื่อช่วยให้ การไหลของเม็ดอาหารราบรื่น โดยเพิ่มการหมุน (Rotation) ของ จานจ่ า ยและตวงอาหารในส่ ว นที่ ต่ อ กั บ ฮอปเปอร์ ส่ ว นปลาย ด้านล่างของฮอปเปอร์มีการเพิ่มยางเพื่อลดการติดขัดและแตกหัก ของเม็ดอาหารระหว่างที่มีการหมุนจานจ่าย เม็ดอาหารจึงไหล


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 สะดวกและลงสู่ ห ลุ ม ตวงก่ อ นจะออกจากเครื่ อ ง ดั ง แสดงใน Figure 11 ทํ า ให้ ป ริ ม าณเม็ ด อาหารที่ อ อกมาสม่ํ า เสมอ ค่ า สัมประสิทธิ์ความแปรผันจึงค่อนข้างคงที่ และมีค่าน้อยกว่าของ เครื่องให้อาหารปลาอัตโนมัติแกนหมุนทั้งสองแบบ

ประสิทธิภาพของเครื่องให้อาหารอัตโนมัติและเครื่องมือทาง การเกษตรชนิดอื่นๆที่มีการใช้งานในลักษณะที่ใกล้เคียงกับเครื่อง ให้อาหารปลา มีผู้ศึกษาไว้ดังแสดงใน Table 2 Table 2 The comparison of aquacultural feeders efficiency

Equipment Fish feeder Fish feeder Fish/Shrimp feeder Figure 12 The measuring hole (Left) and other Shrimp feeder components in feeding system (Right) of the developed feeder 4 สรุป

CV (%) 8.0 – 9.0 12.9 – 39.3 32.6 19.8 – 28.2

Reference This study Hemeda et al. (2008) Manthamkan et al. (1993) Kaenchan (2014)

ในงานวิ จั ย นี้ ไ ด้ ทํ า การปรั บ ปรุ ง เครื่ อ งให้ อ าหารอั ต โนมั ติ สําหรับตู้ปลาให้มีความสะดวกในการใช้งาน และมีประสิทธิภาพ สูงขึ้น โดยการออกแบบเครื่องให้อาหารปลาหนึ่งเครื่องสามารถ ให้อาหารได้คราวล่ะหลายตู้ แตกต่างจากแบบทั่วไปซึ่งหนึ่งเครื่อง ให้อาหารได้เพียงหนึ่งตู้เท่านั้น อีกทั้งออกแบบให้มีประสิทธิภาพ การให้ อ าหารดี ก ว่ า เครื่ อ งให้ อ าหารแบบทั่ ว ไป โดยให้ ค่ า สัมประสิทธิ์ของความผันแปรต่ํากว่าเครื่องให้อาหารทั่วไป จาก การทดลองใช้งานเครื่องให้อาหารต้นแบบ พบว่ามีประสิทธิภาพ ดีกว่าเครื่องให้อาหารแบบทั่วไป โดยปริมาณของอาหารที่จ่ายมี ความสม่ําเสมอกว่า โดยมีสัมประสิทธิ์ของความผันแปรเท่ากับ 8% ในขณะที่เครื่องให้อาหารแบบที่พบบ่อยในท้องตลาด จะมีค่า อยู่ในช่วง 11-37% ตามลําดับ

72


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 5 เอกสารอ้างอิง Bureau of Agricultural Economics Research. 2011. Economic study of production, Oriental fish market Available http://oldweb.oae.go.th/ewtadmin/ewt/oae_baer/d ownload/article/article_20141009160751.pdf on 20 September 2018. (in Thai) Chalorkpunrat, P. 2018. Oriental fish feed Available at: https://home.kku.ac.th/pracha/Food.html Accessed on 24 September 2018. (in Thai) Coates, W. 1992. Performance evaluation of a pendulum spreader. Trans of the ASAE, 8 (3): 285288. Hemeda, B., Abdel-Rahman, M., Abdel-Mottaleb, A. 2007. Development and evaluation of a mounted type machine for fish feeds distribution by blowing air system. Misr J. Ag. Eng., Vol. 25(4), pp. 1207-1224. Kaenchan, A. 2014. Improvement of automatic feeding machine. Master of Engineering Thesis. Bangkok: Graduate School, King Mongkut's University of Technology Thonburi. (in Thai) Manthamkan, V., Panchamathum, K., Maitamklang, C., Panchamathum, C. 1 9 9 3 . Ready-made feeding machine used in fish-prawn farmpractices. Engineering Journal Kasetsart., Vol. 20, pp. 1-12 (in Thai) Tungkanakorn, T. 2014. Jamming of Granular Material underVertical Vibrationin 2-Dimensional Hopper. Master of Science Program in Science Teaching Thesis. Chiang Mai: Graduate School, Chiang Mai Rajabhat University. (in Thai)

73


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia ความเป็นไปได้ในการตรวดวัดโปรตีนรวมในถั่วเหลืองโดยใช้เทคนิคการเรืองแสง Possibility to detect crude protein in soybean using fluorescence technique.

ปกรณ์ สุวรรณโสภณ1, วิบูลย์ ช่างเรือ2*, เยาวลักษณ์ จันทร์บาง1, ธนะชัย พันธ์เกษมสุข1 Pakorn Suwannasopon1, Viboon Changrue2*, Yaowaluk Chanbang1, Tanachai Pankasemsuk1 1คณะเกษตรศาสตร์

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, เชียงใหม่, 50200 Faculty of Agriculture Chiang Mai University, Chiang Mai, 50200 2 คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, เชียงใหม่, 50200 2 Faculty of Engineering Chiang Mai University, Chiang Mai, 50200 *Corresponding author: Tel: +66-8-1594-1946, E-mail: viboon@eng.cmu.ac.th 1

บทคัดย่อ การตรวจวัดปริมาณโปรตีนรวมในถั่วเหลืองด้วยเทคนิคการเรืองแสงเป็นการตรวจที่ประยุกต์วิธีการแบรดฟอร์ดโดยการใช้สารละลาย แมสซี่บริลเลี่ยนบลูจี-250 ในการจับกับโมเลกุลของโปรตีนเปลี่ยนเป็นโครงสร้างสารประกอบเชิงซ้อนแบบวงแหวนเพื่อให้เหมาะสมต่ อ การเกิดการเรืองแสง ทั้งนี้การทดลองเริ่มจาก 2 ส่วนคือ การทดสอบการเรืองแสงของการนาสารละลายระหว่างโปรตีนที่ทาปฏิกิริยา กับสารละลายแบรดฟอร์ดและการหาความยาวคลื่นที่เกิดพีคของการเรืองแสงที่เกิดขึ้น จากนั้นเตรียมสารละลายโปรตีนในความเข้มข้น ต่างกัน (0.25:0.75, 0.125:0.875, 0.062:0.938 และ 0.0153:0.985 โดยปริมาตร) และตรวจดูค่าการเกิดการเรืองแสงในสารละลาย ระหว่างโปรตีนกับสารละลายแบรดฟอร์ด ผลการทดลองพบว่า โครงสร้างดังกล่าวเกิดพีคที่ความยาวคลืน่ 702.95 nm และค่าการเรือง แสงที่เกิดขึ้นมีค่าแตกต่างกันอย่างมีนัยสาคัญทางสถิติที่ระดับความเชื่อมั่น p<0.05 ตามปริมาณโปรตีนที่มีอยู่ในสารละลาย นั่นแสดง ว่ามีความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้เทคนิคการเรืองแสงที่ประยุกต์จากวิธีการแบรดฟอร์ดในการตรวจสอบปริมาณโปรตีนรวมได้ คาสาคัญ: ถั่วเหลือง, โปรตีน, ฟลูออเรสเซนต์ Abstract The measurement of total protein content in soybeans by fluorescence technique was applied to Bradford method. Massey Brilliant Blue-250 solution was used to bind protein molecules to be a ring complex structure. This structure is suitable for the fluorescence occurance. The experiment began with 2 parts; the fluorescence testing of a solution between proteins that reacted with the Bradford solution and finding the wavelength that caused the peak of the incident. Then protein solution was dissolved in different concentrations ( 0. 25: 0. 75, 0. 125: 0. 875, 0.062:0.938 and 0.015:0.985 by volume). Those protein solution ratios were examined the fluorescence value for test the difference of the fluorescence. The results showed that the structure produces peak at a wavelength of 702.95 nm. According to dissolving proteins in various proportions, it was found that the fluorescence values were statistically significant different at the confidence level p <0. 05 according to the amount of protein contained in the solution. So the application of fluorescence techniques modified from the Bradford method was possible to determine the total protein content. Keywords: soybean, protein, fluorescence 1 บทนา เมล็ดถั่วเหลืองเป็นพืชเศรษฐกิจที่สาคัญ ดังจะเห็นได้จากใน อุ ต สาหกรรมอาหาร ถั่ ว เหลื อ งถู ก น ามาเป็ น วั ต ถุ ดิ บ ใน อุ ต สาหกรรมภายอาหารในประเทศหลายชนิ ด เช่ น น้ ามั น ถั่วเหลือง ซีอิ้ว เต้าหู้ โปรตีนเกษตรและอื่นๆ ซึ่งในอดีตที่ผ่าน

74

มารัฐบาลมีนโยบายเร่งรัดการผลิตเมล็ดถั่วเหลืองให้เพียงพอใช้ ในประเทศ โดยดาเนินการเร่งรัดการผลิตควบคู่กับการกาหนด มาตรการควบคุ ม การน าเข้ า เมล็ ด ถั่ ว เหลื อ งและผลิ ต ภั ณ ฑ์ เพื่อให้ความคุ้มครองเกษตรกรผู้ผลิตเมล็ดถั่วเหลือง ส่งผลให้ ปริมาณ ผลผลิตเมล็ดถั่วเหลืองในประเทศเพิ่มขึ้นมาโดยตลอด แต่ ยั ง ไม่ เ พี ย งพอกั บ ความต้ อ งการใช้ ภายในประเทศ


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 (Phaouplack, 2015). ทั้งนี้จะเห็นได้ว่าตั้งแต่ปี ค.ศ. 2011 ถึง ปี ค.ศ. 2016 ประเทศไทยได้นาเข้า เมล็ดถั่วเหลือง เพิ่มขึ้น 48% (Office of Agricultural Economics, 2018) เมื่อพิจารณาองค์ประกอบทางด้านโภชนาการในเมล็ดถั่ว เหลืองพบว่า เมล็ดถัวเหลืองมีคุณค่าทางโภชนาการมากมายไม่ ว่าจะเป็น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน รวมถึงแร่ธาตุ โดยใน เมล็ดถั่วเหลืองพบโปรตีนสูงถึง 36-45 % (Liu, 1997) ดังนั้น การวิ เ คราะห์ เ พื่ อ ตรวจสอบปริ ม าณของโปรตี น จึ งเป็ น สิ่ ง ที่ จ าเป็ น ที่ จ ะบ่ ง ชี้ ถึ ง คุ ณ ภาพของเมล็ ด ถั่ ว เหลื อ งก่ อ นผ่ า น กระบวนการแปรรูป การวิ เ คราะห์ เ พื่ อ ตรวจสอบปริ ม าณโปรตี น ในเมล็ ด ถั่ ว เ ห ลื องโ ด ย ม า กนิ ย ม วิ เ ค ร า ะ ห์ โ ด ย ใช้ วิ ธี ค เ จ ล ด า ห์ ล (Kjeldahl method) โดยใช้ ห ลั ก ว่ า ไนโตรเจนที่ มี อ ยู่ ใ น สารอิ น ทรี ย์ ส่ ว นมากมาจากโปรตีน ดั งนั้ น การวิ เ คราะห์หา ปริมาณไนโตรเจนในตัวอย่างสามารถนามาคานวณเป็นปริมาณ โปรตีนได้ (Apenten, 2002) แต่ข้อเสียคือการใช้เวลานานใน การวิเคราะห์ในขั้นตอนย่อยตัวอย่าง (Nielseh, 2010) จาก ความสาคัญดังกล่าว การศึกษาการประยุกต์ใช้วิธีการใช้เทคนิค ฟลู อ อเรสเซนที่ ดั ด แปลงจากวิ ธี Bradford method ในการ วิ เ คราะห์ โ ปรตี น โดยรวมในถั่ ว เหลื อ งจะช่ ว ยให้ บ ริ ษั ท หรื อ หน่ ว ยงานตรวจสอบคุ ณ ภาพสามารถลดระยะเวลาในการ วิเคราะห์ ค่าใช้จ่ายในการซื้อสารเคมีลดลงอีกทางหนึ่ง 1.1 ถั่วเหลือง ถั่ ว เหลื อ ง มี ชื่ อ ทางวิ ท ยาศาสตร์ ว่ า Glycine max (L.) Merrill อยูใ่ น Kingdom planta, Divition Spermatophyta, Class Dicotyledoneae, Order Polypetalae, Family Leguminosae, Genus Glycine, Species max ( Apiprun, 2003) คุ ณ ประโยชน์ ใ นถั่ ว เหลื อ ง ถั่ ว เหลื อ งประกอบไปด้ ว ย โปรตีน ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีคุณภาพดี สามารถทดแทนเนื้อสัตว์ได้ เพราะมีกรดแอมิโนที่จาเป็น (essential amino acid) ทั้งชนิด และปริมาณที่สมดุลมากกว่าถั่วชนิดอื่น นอกจากนี้ยัง มีน้ามัน ร้อยละ 12-20 น้ามันจากถั่วเหลือง มีส่วนประกอบของกรด ไขมันชนิดไม่อิ่มตัวซึ่งเป็นกรดไขมันที่จาเป็น (essential fatty acid) ต่อร่างกาย ได้แก่ กรดลิโนเลอิก (linoleic acid) ซึ่งเป็น กรดไขมันโอเมกา-3 (omega-3 fatty acid) และกรดลิโนเลนิก (linolenic acid) ซึ่งเป็นกรดไขมันโอเมกา-6 (omega-6 fatty acid) ในปริมาณสูงอีกด้วย (Pukpatdee, 2003) 1.2 การวิเคราะห์โปรตีนด้วยวิธีแบรดฟอร์ด หลั ก การของวิ ธี ก ารแบรดฟอร์ ด เริ่ ม จาก โปรตี น ใน สารละลายจะจับกับ สาร Coomassie Brilliant blue G-250 ด้วยแรงยึดเหนี่ยวไฮโดรโฟบิกและแรงเหนี่ยวไอออนนิกร่วมกัน ประจุบวกที่แขนงข้างของกรดอะมิโนโดยเฉพาะส่วนที่เหลือของ อาร์จีนีนมีบทบาทสาคัญในการจับกับโมเลกุลของสีซึ่งมีประจุ ลบ โมเลกุลของสีในสภาพที่มีประจุลบให้สีน้าเงิน แต่เมื่อรับ โปรตอนแล้ว จะเปลี่ ยนเป็น สีแ ดงส้มอ่ อ นๆ การจั บ ของสีกับ

โปรตีนในสภาวะที่เป็นกรดจึงช่วยคงสภาพโครงสร้างประจุลบ ของสี ไ ว้ แ ละให้ สี น้ าเงิ น ที่ เข้ ม ขึ้ น ตามปริ ม าณโปรตี น ที่มีอยู่ นอกจากนี้ ยั ง เปลี่ ย นสมบั ติก ารดูดแสงของสีจ ากเดิมที่มี ค่า λmax เป็น 465 นาโนเมตร ไปเป็น 595 นาโนเมตร (Bradford, 1976) 1.3 ทฤษฏีการเรืองแสง ฟลู อ อเรสเซนต์ ส เปคโตรสโคมิ เ ตอร์ (fluorescence spectrophotometer) เป็นเทคนิคที่ใช้วิเคราะห์คุณสมบัติของ สารโดยการอาศั ย การดู ด กลื น รั ง สี ยู วี ที่ ส่ ง ผลให้ โ มเลกุ ล ถู ก กระตุ้ น และมี ก ารสั่ น ภายในโมเลกุ ล จากระดั บ ชั้ น พลั ง งาน สถานะพื้ น (ground state) ไปสู่ ร ะดั บ ชั้ น พลั ง งานที่ สู ง ขึ้ น (excited state) เรี ย กว่ า การดู ด พลั ง งาน (excite energy) โมเลกุลที่มีการเคลื่อนที่ไปอยู่ในระดับของชั้นพลังงานที่สูงจะไม่ มีความเสถียร จึงมีการปลดปล่อยพลังงานและตกลงมาในชั้น ระดั บ พลั ง งานที่ ต่ ากว่ า พลั ง งานที่ โ มเลกุ ล ปลดปล่ อ ยจาก ระดับชั้นพลังงานกระตุ้นชั้นที่หนึ่งสู่ระดับชั้นพลังงานสถานะ พื้นจะทาให้เกิดการคายโฟตอน (emission of photon) ทาให้ เกิดสเปกตรัมในช่วงฟลูออเรสเซนต์ ณ ค่าพลังงานที่กระตุ้นที่ จาเพาะของสารแต่ละชนิด (Lakowicz, 2006). ในงานวิจัยทางด้านการใช้ พลังงานความร้อนในการสกั ด โปรตี น ในขั้ น ตอนการเตรี ย มวั ต ถุ ดิ บ ก่ อ นกระบวนการสกั ด ขั้ น ตอนระหว่ า งกระบวนการสกั ด และขั้ น ตอนในการเร่ ง ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงสีของสารประกอบก่อนกระบวนการ วั ด โ ด ย ใ น ขั้ น ต อ น แ ร ก Badrawy. et. al ( 2016) ไ ด้ ทาการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโปรตีนโดยใช้เทคนิค การให้ ความร้ อ นในกระบวนการคั่ ว ในเมล็ ด ถั่ ว ลิ ส ง พบว่ า การใช้ เทคนิคการให้ความร้อนในการคั่วสามารถที่จะสกัดโปรตีนได้ มากกว่าการคั่วแบบทั่วไปและแบบที่ไม่ผ่านกระบวนการคั่ ว ทั้งนี้ยังพบว่าระยะเวลาในการคั่วเพิ่มขึ้นมีผลทาให้สามารถสกัด โปรตีนได้เพิ่มขึ้นอีกด้วย Rizki. et. al., 2015 การใช้พลังงาน ความร้อนในขั้นตอนระหว่างการสกัด โดยทั่วไปแล้วการสกัด โปรตีนที่นิยมกันมักใช้วิธีสกัดด้วย sodium hydroxide โดยมี การปรับความเป็นกรดด่างรวมถึง อุณหภูมิเพื่อให้เกิดสภาวะ เหมาะสมในการสกั ด (Boukroufa et. al., 2017) โดย Osman และ Sarkadi (1990) ได้ ศึ ก ษาการสกัด โปรตีนจาก เมล็ด lupine พบว่าการใช้ sodium hydroxide ความเข้มข้น 0.1 N ในสัดส่วนเมล็ดต่อสารละลายเท่ากับ 1:100 ระยะเวลา สกัด 30 นาที สามารถสกัดโปรตีนออกมาได้ 79% ซึ่งมากกว่า การใช้เกลือและน้าเปล่าในการสกัด ในขั้นตอนการวิเคราะห์ Previte et al., (2006) ได้เพิ่มประสิทธิภาพวิธีการวิเคราะห์ โปรตี น ด้ ว ยวิ ธี BSA โดยใช้ silver nanostructures ซึ่ งเป็ น สารเคมี เ พิ่ ม ประสิ ท ธิ ภ าพ (chemiluminescent species) โดยสารตัวนี้ทาให้เกิด photon flux มากกว่า 50 fold ร่วมกับ การใช้ ความร้อนในการเร่งปฏิกิริยาการจับตัวของสาร ซึ่งผล การทดลองเมื่อ เปรียบเที ยบกับ วิ ธี BSA แบบเดิ ม พบว่ า วิ ธี

75


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

76

fluorescent เพื่ อ พิ สู จ น์ ว่ า โครงสร้ า งการจั บ ตั ว ดั ง กล่ า ว สามารถเกิด fluorescent ได้หรือไม่ จากนั้นทาการละลายสัด ส่ ว ยระหว่ า งสาระลายและน้ ากลั่น pH 7.5 เป็ น 0.25:0.75, 0.125:0.875, 0.062:0.938 และ 0.015:0.985 (V/V) แล้ ว นาไปสแกนหาค่าความยาวคลื่นของ fluorescent จากนั้นทา การเปรียบเทียบค่าความเข้ม (intensity) ของ fluorescent เพื่อตรวจสอบว่าค่า fluorescent ที่เกิดขึ้นมีความแตกต่างกัน หรือไม่ 2.4 การวิเคราะห์ผล ค่าความเข้ม (intensity) ของการเรืองแสงในแต่ละปัจจัย จะถู ก เปรี ย บเที ย บความแตกต่ า งด้ ว ยวิ ธี ก ารทางสถิ ติ แ บบ Completely Randomized Design (CRD) ด้ ว ยโปรแกรม สาเร็จรูป SPSS version 23 ประเทศสหรัฐอเมริกา 3 ผลและวิจารณ์ ผลจากการใช้ เครื่ อง fluorescence Spectrophotometer ในการสแกนเพื่ อ นทดสอบว่ า โครงสร้ า งการจั บ ตั ว ของ สารละลายโปรตีนและสารละลายแบรดฟอร์ดมีความสามารถ ในการเกิ ด การเรื อ งแสงได้ ห รือ ไม่ ซึ่ งผลการทดสอบพบว่า โครงสร้างโมเลกุลดังกล่าวเกิดค่าการเรืองแสงที่ความยาวคลื่น 702.95 นาโนเมตร ดั งภาพที่ 3.1 ทั้ งนี้ เ นื่ อ งจากโครงสร้าง ดังกล่าวเป็นโครงสร้างที่จับตัวเป็ นแบบวงแหวน (benzene rings) (Lakowicz, 2006) ซึ่งคุณสมบัติของสารดังกล่าวอาศัย การดูดกลืนรังสียูวีที่ส่งผลให้โมเลกุลถูกกระตุ้นและมีการสั่น ภายในโมเลกุ ล จากระดั บ ชั้ น พลั ง งานสถานะพื้ น (ground state) ไปสู่ระดับชั้นพลังงานที่สูงขึ้น (excited state) เรียกว่า การดู ด พลั งงาน (energy absorption) ทั้ งนี้ โ มเลกุ ล ที่ มี ก าร เคลื่อนที่ไปอยู่ในระดับของชั้นพลังงานที่สูงจะไม่มีความเสถียร จึงมีการปลดปล่อยพลังงานและตกลงมาในชั้นระดับพลังงานที่ ต่ ากว่ า พลั งงานที่ โ มเลกุ ล ปลดปล่ อ ยจากระดั บ ชั้ น พลั งงาน กระตุ้นชั้นที่หนึ่งสู่ระดับชั้นพลังงานสถานะพื้นจะทาให้เกิดการ คายโฟตอน (emission of photon) ทาให้เกิดสเปกตรัมในช่วง ฟลูออเรสเซนต์ ณ ค่าพลังงานที่กระตุ้นที่จาเพาะของสารแต่ละ ชนิดทั้งนี้โครงสร้างการจับตัวดังกล่าวเป็นโครงสร้างที่เหมาะสม ต่อการเกิดการเรืองแสง (Jameson, 2014) 702.95 , 414.516

702.95, 414.516

1000 800

Intensity (a.u.)

Intensity (a.u.)

BSA ที่ใช้ silver nanostructures ร่วมกับการให้ความร้อนทา ให้ใช้ระยะเวลาในการวิเคราะห์ปริมาณโปรตีนเพียง 2 นาที ซึ่ง วิธี BSA เดิมใช้เวลาในการวิเคราะห์ ถึง 80 นาที ทั้งนี้ยังพบว่า ค่ า ปริ ม าณของโปรตี น ที่ วิ เ คราะห์ ไ ด้ มี ค วามแตกต่ า งอย่ า งมี นัยสาคัญทางสถิติที่ระดับความเชื่อมั่น (P≥0.05) อีกด้วย ในทางอุตสาหกรรมอาหารได้มีการประยุกต์ใช้เทคนิคนี้โดย Karoui et. al., (2006) ได้ ท าการตรวจสอบความสดของไข่ ด้ วย วิ ธี fluorescence โ ด ย วิ เ ค ร า ะ ห์ จ า กปริ มาณของ tryptophan ซึ่ ง กรดอะมิ โ นชนิ ด หนึ่ ง ในโปรตี น albumens พบว่ า เมื่ อ มี ร ะยะเวลาในการเก็ บ นานขึ้ น มี ผ ลท าให้ ค่ า fluorescence intensity ลดลง ทั้ งนี้ ก ารใช้ เ ทคนิ ค การเรื อ ง แสงมี ข้ อ ดี คื อ วิ ธี ก ารเรื อ งแสงมี ค วามไวและความจ าเพาะ มากกว่ า วิ ธี ความดู ด กลื น (absorbance) แต่ อ ย่ า งไรก็ ต าม วิธีการดังกล่าวมีกระบวนการทางเคมี ชนิดของสารที่ทาให้เกิด การ fluorescence จากัด 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 การเตรียมตัวอย่าง การเตรียมตัวอย่าง โดยขั้นตอนทั้งหมดเริ่มจากถั่วเหลืองที่ น ามาวิ เ คราะห์ เ ป็ น ถั่ ว เหลื อ งพั น ธุ์ เ ชี ย งใหม่ 60 น ามาจาก สหกรณ์อาเภอแม่แตง จานวน 90 กิโลกรัม แล้วนามาร่อนผ่าน ตะแกรงขนาด 27 mesh จากนั้นแบ่งใส่ถุง polyethylene ที่มี ความหนา 0.5 มิลลิเมตรแล้วจัดเก็บในที่ทึบแสง 2.2 การสกัดโปรตีน จากนั้นสกัดโปรตีนโดยชั่งตัวอย่างเมล็ดถั่วเหลืองที่บดแล้ว ปริ ม าณ 10 กรั ม แล้ ว เติ ม สารละลายโซเดี ย มไฮดรอกไซด์ (NaOH) ความเข้มข้น 0.4 N ปริมาตร 100 มิลลิลิตร (Osman and Sarkadi, 1990)แล้วปรับความเป็นกรดด่างด้วยกรดไฮโดร คลอริ ก (HCl) ความเข้ ม ข้ น 0.5 M ให้ ไ ด้ pH เท่ า กั บ 12.5 จากนั้นทาการสกัดเป็นระยะเวลา 1 ชั่วโมง โดยใช้เครื่องกวน ความเร็ ว ใบพั ด 80 รอบต่ อ นาที ที่ อุ ณ หภู มิ ห้ อ ง 25 องศา เซลเซียส จากนั้นทาการแยกสารละลายโดนการหมุนเหวี่ยงที่ 10,000 รอบต่อนาที เป็นระยะเวลา 15 นาที ปรับความเป็น กรดด่ า งให้ ไ ด้ pH 7.5 แล้ ว กรองด้ ว ยกระกาษกรองเบอร์ 1 (Valenzuela et. al., 2013) 2.3 การทดสอบการวัดด้วยวิธีการเรืองแสง ในการทดสอบสมบัติการเกิดการเรืองแสงของสารละลาย โปรตีนหลังทาปฎิกิริยากับสารละลายแบรดฟอร์ดด้วยวิธีการ สแกนพีคของ fluorescent ทาโดยละลายสารละลายโปรตีน pH 7.5 กั บ น้ ากลั่ น pH 7.5 ในสั ด ส่ ว น 0.062:0.938 (V/V) จากนั้นดูดสารละลายปริมาตร 0.1 ml แล้วเติมสารละลายแบ รดฟอร์ด ลงไปปริมาตร 5 ml ทิ้งไว้ 15 นาทีเพื่อรอปฎิกริยา สมมู ล ท าการดู ด สารละลายลงในควอร์ ต คิ ว เวท (Quartz Cuvette) ปริ ม าตร 3.5 ml ท าการควบคุ ม อุ ณ หภู มิ ข อง ส า ร ล ะ ล า ย ใ ห้ ไ ด้ 4 oC แ ล้ ว น า ไ ป ส แ ก น ด้ ว ย เ ค รื่ อ ง fluorescence spectrophotometer โดยใช้ โ หมดสแกนพี ค

600 400 200 0 400

500

600 700 Wavelength (nm)

800

ภ า พ ที่ 3 . 1 ก ร า ฟ ส แ ก น ด้ ว ย เ ค รื่ อ ง Fluorescence Spectrophotometer ของโมเลกุลกรดอะมิโน กับสารละลายแบรดฟอร์ด

900


702.95 , 414.516

Intensity (a.u.)

Intensity (a.u.)

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ปริมาณโปรตีนในสารละลายมีผลต่อค่าความเข้มของ การ 1000 เรืองแสงที่เกิด ขึ้นในลัก ษณะความสั มพั นธ์ ดัง ภาพที่ 3.4 800 และใน treatment ที่มีสารละลายโปรตีนมาก ค่าการเรือง 600 แสงมากและค่ า การเรือ งแสงจะลดลงเรื่อ ยๆ เมื่อ ระดั บ 559.0 414.516 400 โปรตีนในสารละลายต่้าลงดังตารางที่ 3.1 และภาพที่ 3.4 200 ตารางที่ 3.1 ความสัมพันธ์ระหว่างสัดส่วนความเข้มข้น 0 ของสารละลายโปรตีนกับค่าความเข้มของ fluorescence 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Ratio Fluorescence Intensity (a.u.) ภาพที่ 3.2 กราฟแสดงความแตกต่างของปริมาณโปรตีนกับค่า 0.25:0.75 0.0919f fluorescence ที่เกิดขึ้น 0.125:0.875 0.0761e การทดลองโดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารละลาย 0.062:0.938 0.0467c โ ป ร ตี น ผ ล ข อ ง ก า ร ส แ ก น ด้ ว ย เ ค รื่ อ ง fluorescence 0.015:0.985 0.0053b spectrophotometer พบว่าพีคของกราฟเกิดขึ้นที่ความยาว หมายเหตุ: อักษร a-f ระบุความแตกต่างอย่างมีนัยส้าคัญทางสถิติที่ คลื่น702.95 นาโนเมตร ดังภาพที่ 3.1 และเมื่อสารละลายมี ระดับความเชื่อมั่น p<0.05 ความเข้ ม ข้ น ของโปรตี น ต่ า งกั น พบว่ า ค่ า ความเข้ ม ของ fluorescence ที่ได้แตกต่างกัน ดังกราฟที่ 3.2 ทั้งนี้ผลดังกล่าวมาเกิดจากสัดส่วนปริมาณโปรตีนใน จากผลการเตรี ย มสารละลายโปรตี น หลั ง จากการเติ ม สารละลายเพิ่ ม ขึ้ น มี ผ ลท้ า ให้ อิ เ ล็ ก ตรอนในโมเลกุ ล สารละลายแบรดฟอร์ด ในสัดส่วนต่างๆ มี ผลทาให้แขนงของ สารประกอบเชิงซ้อ นของโปรตีน เกิดการดู ดซับพลังงาน กรดอะมิ โ นชนิ ด arginine tyrosine tryptophan histidine จากคลื่ น แม่ เ หล็ ก ไฟฟ้ า ที่ ผ ลิ ต จากเครื่ อ ง fluorescence และ phenylalanine จับกับสารละลายคูแมสซี่บริลเลี่ยนบลูจี250 ดวยแรงยึดเหนี่ยวไฮโดรโฟบิกและแรงยึด เหนี่ยวไอออน spectrophotometer ท้าให้อิเล็กตรอนอยู่ในสถานะกระตุ้น นิกรวมกันเกิดเป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่เรียกว่า blue complex (excitation state) ทั้งนีส้ ภาวะดังกล่าวมีผลท้าให้อิเล็กตรอน ทาให้สีของสารละลายเปลี่ยนเป็นสีน้าเงิน (Bradford, 1976) มีพลังงานสูงและพุ่งขึ้นไปใน state อื่นๆ จากนั้นอินเล็กต โดยภาพที่ 3.3 เป็นการแสดงระดับความเข้มสีตามสัดส่วนของ รอนจะกลับลงสู่สถานะพื้น (ground state) ซึ่งในระหว่างที่ ปริมาณโปรตีนที่เกิดขึ้น อิเล็กตรอนเคลื่อนที่กลับลงมานั้นจะเกิดการคายพลังงาน ต่างๆออกมาทั้งความร้อนและแสง โดยพลังแสงจะเกิดใน ช่วงเวลา 10-9-10-7 วินาที ทั้งนี้ถ้าปริมาณของอิเล็กตรอน ในสารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีน ถูกกระตุ้นในปริมาณ 0.25:0.75 0.125:0.875 0.062:0.938 0.015:0.985 (V/V) มากขึ้นเป็นผลท้าให้ปริมาณแสงที่เกิดขึ้นเพิ่มสูงขึ้นเช่นกัน ภาพที่ 3.3 ความเข้มข้นของสารละลายโปรตีน หลังจากจับ (Lakowicz, 2006) แต่ทั้งนี้ปัจจัยที่มีผลต่อการเรืองแสงยัง ตัวกับโมเลกุลของสารละลายแบรดฟอร์ด ประกอบไปด้วย 2 ปัจจัย คือสารเตรียมละลายโปรตีน ใน ทั้ ง นี้ พ บว่ า ปริ ม าณโปรตี น แปรผั น ตรงกั บ สี น้ า เงิ น ที่ ระดั บ ความข้ ม ข้ น สู ง มี ผ ลท้ า ให้ โ มเลกุ ล สารประกอบ เกิดขึ้นโดยใน treatment ที่มีส่วนของสารละลายโปรตีนต่อ เชิงซ้อนของโปรตีนเกิดการชนกันและสูญเสียพลังงาน มีผล น้้าสูง ค่าสีของสารละลายจะมีสีน้าเงินเข้มกว่า treatment ท้าให้คา่ การเรืองแสงน้อยลง อีกปัจจัยหนึ่งคือข้อจ้ากัดของ ในสัดส่วนของสารละลายโปรตีนต่อน้้าต่้า เ ค รื่ อ ง fluorescence spectrophotometer โ ด ย เ กิ ด จ า ก การทดลองโดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารละลาย โมเลกุลโปรตีนมีในปริมาณสูงเกินไปท้าใหแสงตกกระทบส โปรตีนและตรวจสอบผลของค่า การเรืองแสงด้วยเครื่อง องผานไมทั่วถึงท้าให้เกิดขึ้นน้อยกว่าความเปนจริง (inner fluorescence spectrophotometer พบว่ า สั ด ส่ ว นปริ ม าณ filter effect) ท้าให้ปริมาณแสง fluorescence ที่แปล่งออกมา โปรตีนในสารละลายมีผลต่อค่าความเข้มของการเรืองแสง น้ อ ยกว่ า ปกติ (Areechiranusorn, 2001) ดั ง นั้ น กราฟที่ อย่างมีนัยส้าคัญทางสถิติที่ระดับความเชื่อมั่น p<0.05 โดย

77


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 สามารถน้ามาวิเคราะห์ปริมาณโปรตีนได้ลักษณะมีลักษณะ Areechiranusorn, C. 2001. Scientific Instruments. Khon เป็นเส้นตรงดังภาพที่ 3.4 Kaen. Interdisciplinary Printing Co., Ltd. Boukroufa, M., Sicaire, A.G., Fine, F., Larre, C., Goff, A.L., Jamault, V.S., Rakotomanomana, N., and F. Chemat. 2017. Green sonoextraction of protein from oleaginous press rapeseed cake. Journal of molecules 22:80. Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Journal of Analytical Biochemistry. 72:248-254. Jameson, D. M. 2014. Introduction to Fluorescence. (1st ed). New York: CRC Press. ภาพที่ 3.4 ความแตกต่างของสัดส่วนของสารละลยโปรตีน ต่อค่า fluorescence intensity ของสารละลาย Liu K.S. 1997. Chemistry and nutritional value of soybean components: soybean chemistry, Technology and 4 สรุป Utilization. New York, Chapman & Hall. จากผลการวิ จั ย ข้ า งต้ น สามารถกล่ า วได้ ว่ า มีค วาม Office of Agricultural Economics. The soybean quantity is เป็ น ไปได้ ที่ จ ะวิ เ คราะห์ โ ปรตี น ในถั่ ว เหลื อ งด้ ว ยเทคนิ ค imports and exports of thailand Available at: Fluorescence โดยการประยุกต์เข้ากับการใช้วิธีการแบรด http://www.oae.go.th/oae_report_export/import_result. ฟอร์ ด ด้ ว ยการใช้ส ารละลายคู แมสซี่บริลเลี่ยนบลูจี -250 php. Accessed on 7 July 2018. (in thai) (Coomassie Brilliant Blue G-250) เพื่อให้เกิดการจับและสร้าง Nielseh, S. S. 2010. Food analysis. (4th ed.). New York. พันธะระหว่างโปรตีนกับสารละลายคูแมสซี่บริลเลี่ยนบลูจีSpringer Science and Business Media, LLC. 250 เป็นโครงสร้างแบบแบบวงแหวนเชิงซ้อน โดยวิธีการนี้ Phaouplack, S. 2015. Research and development on สามารถที่จะบอกระดับปริมาณโปรตีน รวมในถั่วเหลืองได้ soybean. Research project report. Department of ทั้งนี้ในอนาคตจะมีการพัฒนาเพื่อที่จะสามารถบอกได้ว่า agriculture. Ministry of agriculture and cooperatives โปรตีนในถั่วเหลืองดังกล่าวมีปริมาณร้อยละเท่าไรและยัง of thailand. (in thai) เป็นการลดระยะเวลาในการวิเคราะห์โปรตีนจากในปัจจุบัน Previte, M. J. R., K. Asian., S. N. Malyn. and C. D. Geddes. 5 กิตติกรรมประกาศ 2006. Microwave triggered metal enhanced ขอขอบคุณ ดร.ธนะชัย พันธ์เกษมสุข และห้องปฏิบัติการ chemiluminescence: quantitative protein determination. กลาง คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ที่อ้านวย Journal of Analytical Chemistry 78:8020-8027. ความสะดวกในการใช้เครื่องมือและอุปกรณ์และขอขอบคุณ Pukpatdee, A. 2003. Soybean commercial crop in ดร.วิ บู ลย์ ช่ างเรื อ จากศู นย์ วิ ศวกรรมกระบวนการทาง Thailand. 1st ed., Bangkok. Kasetsart University. (in การเกษตรและอาหารในการใช้ห้องปฏิบัติการเครื่องกล thai) คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ Karoui, R. B. Kemps., F. Bamelis., B. D. Ketelaere., K. 6 เอกสารอ้างอิง Merten., R. Schoonheydt., E. Decuypere. and J. D. Apenten, O. R. K. 2002. Food Protein Analysis., (1st ed). Baerdemaeker. 2006. Development of a rapid method New York. Marcel Dekker. based on front face fluorescence spectroscopy for the Apiprun, P. 2003. Soybean Commercial Crop in monitoring of egg freshness: 1-evolution of thick and Thailand., (1st ed). Bangkok. Kasetsart University.

78


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 thin egg albumens. Journal of European Food Research and Technology 223:303-312. Lakowicz, J. R. 2006. Principles of Fluorescence Spectroscopy. (3rded.). Maryland. Springer USA. Badrawy, E.E.Y., Zainy, A.R.M., Shalaby, A.O. and N. Y. Sayed., no drate. Effect of microwave roasting on chemical composition of peanut seeds and comparing it with the ordinary roasting process Available at: http://www1.mans.edu.eg/facse/arabic/moktamar/second /45.pdf Accessed on 28 April 2016. Rizki, H., Kzaibber, F., Nablousi, A., Elharfi, M., Ennahli, M. and H. Hanine. 2015. Effect of microwave roasting on the oxidative stability and physicochemical properties of sesame seeds (Sesamum indicum). International journal of advanced research in science, engineering and technology 2(2):392-396. Osman, M. K. and Sarkadi, L. S. 1990. Extraction and isolation of protein from lupine (Lupinus termis L.) seeds. Journal of Periodica Polytechnica Chemical Engineering 35:1-2. Valenzuela, C., L. E. Abugoch. and C. Tapia. 2013. Effect of alkaline extraction on the structure of the protein of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) and its influence on film formation. Journal of International Food Science and Technology 48:843–849.

79


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การใช้ตะกอนจากบ่อปลาที่เลี้ยงในระบบน้้าหมุนเวียนเพื่อเป็นปุ๋ยในการปลูกพืชแบบไร้ดิน Utilization of sediment from water recirculation fishpond as fertilizer in hydroponic system เนตรนภา พิทักษ์หมู1่ * , ชีวิน อรรถสาสน์1 , ปิยะบุตร วานิชพงษ์พันธุ์1 , วิมลศิริ ปรีดาสวัสดิ1์ Natnapa Pitakmoo1 , Shewin Attasat1 , Piyabutr Wanichpongpan1 , Wimolsiri Pridasawas1 1สาขาวิชาวาริชวิศวกรรม,

คณะวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี, กรุงเทพมหานคร 10140 of Aquaculture Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's University of Technology Thonburi, Bangkok 10140 *Corresponding author: Tel: +66-9-0451-4403, Email: natnapa.pitakmoo@gmail.com 1School

บทคัดย่อ ตะกอนจากบ่อเลี้ยงสัตว์น้าประกอบไปด้วยสารอินทรีย์ และธาตุอาหารต่าง ๆ ได้แก่ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นสารอาหาร ที่จ้าเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช งานวิจัยนี้จึงมีแนวคิดในการน้าตะกอนเหล่านี้มาใช้เป็นปุ๋ยในการปลูกพืชไร้ดิน โดยน้าตะกอนจากการ เลี้ยงปลานิลในระบบน้้าหมุนเวียนมาผสมกับน้้าที่สัดส่วนต่าง ๆ เพื่อปรับสภาพให้เหมาะสมส้าหรับการปลูกผักกาดหอมในระบบการปลูก พืชไร้ดินแบบน้้าลึก (Deep Flow Technique, DFT) ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า ตะกอนบ่อปลาสามารถน้ามาใช้เป็นปุ๋ยส้าหรับการปลูก พืชไร้ดินได้ และสัดส่วนของตะกอนต่อน้้าที่ใช้มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยสัดส่วนตะกอนต่อน้้าที่ 1:5 (โดยปริมาตร) จะให้ผลผลิต ผักกาดหอมสูงที่สุด เนื่องจากมีปริมาณธาตุอาหารมากที่สุด รองลงมาคือที่สัดส่วน 1:10 และ 1:20 ตามล้าดับ และจากผลการทดลอง ยังพบว่า การปลูกพืชไร้ดินระบบ DFT ที่ใช้ตะกอนบ่อปลาเป็นปุ๋ย โดยไม่มีการเติมอากาศ สามารถเพิ่มผลผลิต ของผักกาดหอมได้ ประมาณ 2.8 เท่าของการปลูกแบบเติมอากาศ เนื่องจากการฟุ้งกระจายของตะกอนท้าให้การดูดซึมธาตุอาหารของผักกาดหอมลดลง ท้าให้พืชได้รับสารอาหารไม่เต็มที่ และให้ผลผลิตต่้า ผลการประเมินทางเศรษฐศาสตร์ พบว่า การปลูกผักกาด หอมโดยใช้สัดส่วน ตะกอนบ่อปลาต่อน้้า 1:5 โดยไม่มีการเติมอากาศ สามารถสร้างรายได้สุทธิเป็นเงิน 109 บาทต่อตารางเมตรต่อการปลูก 1 ครั้ง จึงสามารถใช้เป็นทางเลือกในการสร้างมูลค่าให้กับของเสียที่เกิดจากการเลี้ยงปลาในระบบน้้าหมุนเวียน ซี่งนอกจากจะช่วยลดค่าใช้จ่าย ในการด้าเนินงานได้แล้ว ยังช่วยลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมจากตะกอนที่เกิดขึ้นจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้าอีกด้วย ค้าส้าคัญ: การปลูกพืชไร้ดิน, ตะกอนบ่อปลา, ปลานิล, ระบบการเลี้ยงสัตว์น้าแบบน้้าหมุนเวียน Abstract Sediment from aquaculture ponds composed of organic matter and inorganic nutrients such as nitrogen and phosphorus, which were the essential nutrients for plant growth. In this study, these sediments were used as hydroponic fertilizers. The sediments collected from tilapia ponds in water recirculation systems were mixed with water at various proportions in order to adjust their properties and used for growing lettuce in the deep flow technique (DFT) hydroponic system. The results showed that fishpond sediments were able to use as hydroponic fertilizers. The sediment to water ratio has an effect on the plant growth. The ratio of 1:5 (by volume) gave the highest plant yield, because of its highest nutrient contents, followed by the ratio of 1:10 and 1:20, respectively. The experimental results also indicated that omitting the aeration in DFT system enhanced the plant yield about 2.8 times of that with the aeration. Since aeration promoted bacteria growth which reduce plant nutrient uptaked. The feasibility study showed that using fishpond sediments at the ratio of 1:5 as hydroponic fertilizers without the aeration gave the most net income. It could be used as an option value added from aquaculture wastes. That was not only able to reduce the operating cost in recirculating aquaculture systems, but it also reduced the environmental impacts of aquaculture sediments. Keywords: Fishpond sediment, Hydroponic, Recirculating Aquaculture Systems, Tilapia

80


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทน้า ในปัจจุบันระบบการเลี้ยงสัตว์น้าได้พัฒนาจากแบบดั้งเดิมที่ เลี้ยงในบ่อดินหรือกระชัง ไปสู่ระบบปิดที่มีการหมุนเวียนน้้าทิ้ง จากบ่อเลี้ยงที่ผ่านการบ้าบัด แล้วกลับมาใช้ใหม่ หรือที่เรียกว่า การเลี้ยงในระบบน้้าหมุนเวียน (Recirculating Aquaculture System, RAS) โดยไม่มีการทิ้งของเสียออกจากระบบการเลี้ยง ซึ่งมีข้อดี คือ ประหยัดทรัพยากรน้้า ป้องกันการระบาดของโรค ลดมลพิษสู่สิ่งแวดล้อม และสามารถควบคุมคุณภาพน้้าระหว่าง การเลี้ยง ท้าให้สามารถท้าการเลี้ยงได้ที่ความหนาแน่นสูง อย่างไรก็ตาม การเลี้ยงในระบบน้้าหมุนเวียนก็มีค่าใช้จ่ายใน การด้าเนินงานสูงกว่าการเลี้ยงแบบดั้งเดิม ทั้งในด้านพลังงานที่ต้อง ใช้ในการหมุนเวียนน้้าและการเติมอากาศ ด้วยเหตุนี้การน้าของเสีย ที่ เ กิ ด จากการเลี้ ย งสั ต ว์ น้า ในระบบน้้า หมุ น เวี ย นมาใช้ ใ ห้ เ กิ ด ประโยชน์หรือสร้างมูลค่า จึงเป็นแนวทางหนึ่งที่จะช่วยลดค่าใช้จ่าย ของการเลี้ยงสัตว์น้าในระบบน้้าหมุนเวียนได้ เนื่องจากของเสียจากระบบการเลี้ยงสัตว์น้า ทั้งในรูปของน้้าเสีย และตะกอน จะประกอบไปด้วยสารอินทรีย์ และธาตุอาหารต่าง ๆ ได้แก่ ไนโตรเจน (N) และฟอสฟอรัส (P) ซึ่งเป็นธาตุอาหารที่จ้าเป็น ในการเจริญเติบโตของพืช จึงมีแนวคิดในการน้าของเสียเหล่านี้ มาใช้เป็นปุ๋ยในการปลูกพืชแบบไร้ดิน (Hydroponic) โดยงานวิจัย ส่วนใหญ่จะเน้นศึกษาการน้าน้้าเสียจากระบบการเลี้ยงสัตว์น้าไปใช้ ในการปลู ก พื ชแบบไร้ ดิ น หรื อ ที่ เ รี ย กว่ า ระบบอควาโปนิ ก ส์ (Aquaponic) ส่วนการน้าตะกอนจากระบบการเลี้ยงสัตว์น้ามาใช้ ในการปลู ก พื ช แบบไร้ ดิ น นั้ น ยั ง มี ผู้ ท้า การศึ ก ษาน้ อ ย ดั ง นั้ น งานวิจัยนี้จึงมีจุดมุ่งหมายในการศึกษาความสามารถในการใช้ ตะกอนจากบ่อปลาที่เลี้ยงในระบบน้้าหมุนเวียน เพื่อเป็นปุ๋ยในการ ปลูกพืชแบบไร้ดิน ซึ่งนอกจากจะสามารถบ้าบัดสารประกอบ ไนโตรเจนในตะกอนได้แล้ว ยังช่วยควบคุมคุณภาพน้้าระหว่าง การเลี้ยงปลาและเป็นการสร้างรายได้ให้เกษตรกรอีกทางหนึ่งด้วย 2 อุปกรณ์และวิธีการ

ของ APHA (1980) เพื่อค้านวณหาปริมาณไนโตรเจนรวม (TN) ในตะกอน ทั้งนี้ การเลี้ยงปลานิลในระบบน้้าหมุนเวียนจะด้าเนินการ เลี้ยงปลานิลทั้งสิ้นจ้านวน 3 ครั้ง 2.2 การปลูกพืชแบบไร้ดิน ในงานวิจัยนี้ได้เลือกใช้การปลูกพืชแบบไร้ดินในระบบ Deep Flow Technique (DFT) หมายถึง การปลูกโดยให้รากพืชแช่อยู่ใน ภาชนะบรรจุสารละลายธาตุอาหาร ความลึก 15 - 20 cm ซึ่งเป็น ระบบที่ ง่ า ย ไม่ ซั บ ซ้ อ น ในการปลู ก จะใช้ ก ระบะปลู ก ขนาด 54 x 34 x 28 cm เติมน้้าผสมปุ๋ยเคมีหรือตะกอนบ่อปลาที่สัดส่วน ต่าง ๆ ให้ได้ความลึก 15 cm คิดเป็นปริมาตรน้้าในกระบะปลูก 27.5 l ปิดด้านบนด้วยแผ่นโฟมที่เจาะช่องส้าหรับปลูกพืชเป็นวงกลม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 cm ระยะห่างระหว่างช่องปลูก 20 cm โดยน้าต้นกล้าผักกาดหอมพันธุ์กรีนคอสที่มีอายุ 14 วัน ลงปลูกใน ระบบจนถึงเก็บเกี่ยวเป็นระยะเวลา 35 วัน ในแต่ละกระบะปลูก จะมีผักกาดหอมจ้านวน 5 ต้น (Figure 2) มีการเติมอากาศแก่ รากพืชในกระบะปลูกผ่านหัวทราย วางกระบะปลูกในโรงเรือน คลุมด้วยแผ่นพลาสติกใสและติดตั้งหัวพ่นละอองน้้าในโรงเรือน เพื่อลดความร้อนและการคายน้้าของพืช (Figure 3)

Figure 1 Diagram of tilapia pond in water recirculation systems

2.1 การเลี้ยงปลานิลในระบบน้้าหมุนเวียน ท้าการเลี้ยงปลานิลขนาดน้้าหนักตัวเฉลี่ย 170 g ในถังพลาสติก ทรงกลมขนาด 500 l ปริมาตรน้้าส้าหรับการเลี้ยง 400 l ที่ความ หนาแน่นการเลี้ยง 2 kg m-3 ให้อาหารเม็ดชนิดโปรตีนร้อยละ 30 ในอัตราร้อยละ 2 ของน้้าหนักตัวต่อวัน ให้อากาศภายในบ่อเลี้ยง ผ่านหัวทราย ปริมาณออกซิเจนละลายในบ่อไม่ต่้ากว่า 4 mg l-1 ระยะเวลาการเลี้ยง 30 วัน โดยน้้าทิ้งจากบ่อปลาจะไหลผ่ า น ระบบดักตะกอน ลงสู่ระบบถังกรองชีวภาพ ก่อนถูกสูบกลับเข้าสู่ ถังเลี้ยงปลา (Figure 1) โดยท้าการตรวจวัดคุณภาพน้้าในระหว่าง การเลี้ยง ได้แก่ แอมโมเนียรวม (TAN), ไนไตรท์ (NO2-) และ ไนเตรท (NO3-) ตามวิธีมาตรฐานของ Parsons et al. (1984) และท้าการเก็บตะกอนที่ได้ในระบบดักตะกอนเมื่อครบระยะเวลา การเลี้ยง วัดปริมาตร และน้าไปวิเคราะห์หาปริมาณ NO2-, NO3- Figure 2 Lettuce in the DFT hydroponic system และปริมาณ Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) ตามวิ ธี มาตรฐาน

81


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ผลผลิตและลดค่าใช้จ่ายของการใช้ตะกอนบ่อปลาเพื่อเป็นปุ๋ยใน การปลูกพืชแบบไร้ดิน โดยมีแนวคิดในการเติมธาตุอาหารหลัก ได้แก่ ฟอสฟอรัส และ โพแทสเซียม ลงในตะกอนบ่อปลาเพื่อให้มี ธาตุอาหารพืชที่สมบูรณ์ขึ้น และการงดเติมอากาศในระบบการปลูก พืชไร้ดินแบบ DFT เพื่อเป็นการลดค่าใช้จ่ายในการปลูกพืชแบบไร้ดิน ในการศึกษาจะเลือกใช้ปริมาณสัดส่วนตะกอนบ่อปลาต่อน้า้ ที่ ให้ผลผลิตพืชสูงสุดจากการทดลองในขั้นที่ 1 มาด้าเนินการทดลอง ต่อ โดยมีทั้งสิ้น 4 ชุดการทดลอง ดังแสดงใน Table 1 Table 1 Testing conditions for using fishpond sediment as hydroponic fertilizer

Figure 3 Greenhouses for hydroponic system 2.3 สภาวะการทดลอง ในการศึกษานี้แบ่งการทดลองออกเป็น 2 ขั้น คือ 1) การหาสัดส่วนตะกอนที่เ หมาะสมเพื่ อ ใช้เป็น ปุ๋ย ในการ ปลูกพืชแบบไร้ดิน การน้าตะกอนจากการเลี้ยงปลานิลในระบบน้้าหมุนเวียนมาใช้ เป็นปุ๋ยนั้น จ้าเป็นต้องน้าตะกอน (เปียก) มาผสมกับน้้า เพื่อปรับ สภาพให้เหมาะสมส้าหรับการปลูกพืชแบบไร้ดินก่อน ซึ่งในการ ทดลองนี้ เลือกใช้สัดส่วนระหว่างตะกอนต่อน้้า (โดยปริมาตร) ที่ 1:5, 1:10 และ 1:20 น้าส่วนผสมของน้้าและตะกอนที่สัดส่วน ต่าง ๆ ใส่ลงในกระบะปลูกที่ปริมาตรกระบะละ 27.5 l เพื่อใช้ปลูก ผักกาดหอม เปรียบเทียบผลที่ได้กับการปลูกโดยใช้ ปุ๋ยเคมีสูตร Hoagland and Arnon (1938) วัดการเจริญเติบโตของผัก และ เก็บตัวอย่างน้้าจากกระบะปลูกพืชแต่ละชุดการทดลอง เพื่อน้าไป วิเคราะห์คุณภาพน้้าสัปดาห์ละครั้ง 2) การเพิ่มประสิทธิภาพของการใช้ตะกอน การทดลองในส่วนนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อหาแนวทางในการเพิ่ม 0.5

0.1 0.0

Crop 1 Crop 2 Crop 3

0.3 0.2 0.1 0.0

0

5

10 15 20 Time (Days)

25

30

0

100 NO3-N (mg/l)

5

10 15 20 Time (Days)

Crop 1 Crop 2 Crop 3

80 60 40 20 0 0

5

10 15 20 Time (Days)

Figure 4 Changes of water quality in fishponds

82

Aeration Yes Yes Yes No

3.1 การเลีย้ งปลานิลในระบบน้้าหมุนเวียน การเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้้าระหว่างการทดลองในถังเลี้ยงปลา พบว่า การเลี้ยงปลาทั้ง 3 ครั้ง ไม่มีการสะสมของแอมโมเนียรวม และไนไตรท์ โดยสารประกอบไนโตรเจนที่พบส่วนใหญ่อยู่ในรูปของ ไนเตรท และมี แ นวโน้ ม เพิ่ ม ขึ้ น ตลอดการทดลอง แสดงถึ ง กระบวนการไนตริฟิเคชัน (Nitrification) ที่สมบูรณ์ ท้าให้สามารถ ควบคุมความเข้ มข้ น ของแอมโมเนี ยรวมและไนไตรท์ ให้ อ ยู่ ใ น ปริมาณที่ต่้าได้ (Figure 4)

0.4

0.2

Addition of P and K No Yes No No

3 ผลและวิจารณ์

NO2-N (mg/l)

TAN (mg/l)

0.3

1 2 3 4

Source of nutrients Chemical Sediment Sediment Sediment

0.5

Crop 1 Crop 2 Crop 3

0.4

Experiment

25

30

25

30


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ประสิทธิภาพการเลี้ยงปลานิลในระบบน้้าหมุนเวียนจ้านวน 3 3.2 สัดส่วนตะกอนที่เหมาะสมเพื่อใช้เป็นปุ๋ย ครั้ง พบว่า มีค่าอัตราการแลกเนื้อ (FCR) อยู่ในช่วง 1.68 - 1.71 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า พืชที่ปลูกโดยใช้ปุ๋ยเคมีให้ผลผลิต และมีค่าอัตราเจริญเติบโตจ้าเพาะ (SGR) อยู่ในช่วง 0.99 - 1.08 สูงที่สุด รองลงมา คือ สัดส่วนตะกอนต่อน้้า 1:5, 1:10 และ 1:20 % ต่อวัน ดังแสดงใน Table 2 Table 2 The average of shoot length, leaves number and root length on green cos (collected data from 3 crops) Parameters

Chemical fertilizer

Sediment to water ratio 1:5 1:10 a b shoot length (cm) 18.8±3.9 12.9±6.4 13.3±4.8b leaves number 17±2.6a 11±3.7b 12±5.1b root length (cm) 9.5±2.6a 11.1±4.0b 12.2±4.8b Crop yield (g m-2) 755.2a 147.5b 113.6b Remark: Mean followed by same letter do not significantly differ (p<0.05) (n=3) เมื่อพิจารณาคุณภาพน้้าและธาตุอาหารจากการทดลอง พบว่า ค่าการน้าไฟฟ้า (Electrical Conductivity; EC) ของทั้ง 4 ชุดการ ทดลอง มีแนวโน้มลดลงอย่างต่อเนื่อง แสดงว่าพืชสามารถดูดธาตุ อาหารไปใช้ในการเจริญเติบโต โดยค่า EC และค่า pH ในกระบะปลูก ที่ใช้ปุ๋ยเคมี มีค่าอยู่ในช่วงที่เหมาะสมส้าหรับการปลูกผักกาดหอม คือ มีค่า EC อยู่ในช่วง 0.5 – 2.0 mS cm-1 (Tongaram, 2007) และค่า pH อยู่ในช่วง 6.00 - 6.50 (Jones, 2005) ขณะที่ชุดการ ทดลองที่ใช้ตะกอนบ่อปลาเป็นปุ๋ย มีค่า EC ต่้ากว่าช่วงที่เหมาะสม ส้าหรับการปลูกผักกาดหอม แสดงให้เห็นว่ามีความเข้มข้นของ สารอาหารต่้า ซึ่งอาจไม่เพียงพอต่อการเจริญเติบโตของพืช และ มีค่า pH ที่สูงกว่าช่ว งที่เหมาะสมส้าหรับการปลูกผักกาดหอม ซึ่งอาจเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ท้าให้พืชไม่สามารถ ดูดธาตุอาหารต่าง ๆ ไปใช้ประโยชน์ได้เต็มที่ ในส่วนของธาตุอาหาร ได้แก่ NO3-, TN, PO43- และ K+ ส้าหรับ กระบะปลูกที่ใช้ปุ๋ยเคมี มีค่าอยู่ในช่วงที่เหมาะสมส้าหรับการปลูก

1:20 9.8±5.7b 8±0.4b 11.4±1.8b 68.5b

ผักกาดหอม คือ 70 – 200 mg l-1, 150 - 200 mg l-1, 30 – 90 mg l-1 และ 200 – 400 mg l-1 ตามล้าดับ (Hanger, 1992; Jones, 2005) จึงท้าให้พืชมีการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ล้าต้น แข็งแรง อวบน้้า สมบูรณ์ ใบมีลักษณะยาวรี ซ้อนกันเป็นช่ อ มีสี เขียวสด รากมีลักษณะยาวและแตกแขนงเป็นพุ่ม มีสีขาว ในส่วน ของการปลูกผักกาดหอมโดยใช้ตะกอนเป็นปุ๋ยทั้ง 3 ชุดการทดลอง พบว่า ค่า NO3 - , TN, PO 43- และ K+ อยู่ใ นช่ว งที่ต่้ากว่าช่วงที่ เหมาะสมส้าหรับการปลูกผักกาดหอม พืชจึงเจริญเติบโตช้า ล้าต้น แคระแกร็น ใบมีลักษณะเรียวเล็ก สีเขียวอมเหลือง รากมีลักษณะ ยาว แต่ไม่แตกแขนงเป็นพุ่ม มีสีเหลือง ซึ่งเป็นอาการที่พืชได้รับ ธาตุอาหารไม่เพียงพอ ท้าให้การเจริญเติบโตจึงช้า ล้าต้นมีความ แคระแกร็น รากจะเปลี่ยนเป็นสีเหลือง หรือสีน้าตาล และส่งผลต่อ คุณภาพของพืชทั้งขนาดและน้้าหนัก (Riablershirun, 2007) ดังแสดงใน Table 3

Table 3 The average of water quality and nutrient concentrations in grow beds of each treatment Parameters

Chemical fertilizer 1:5

Min.-Max. EC (mS cm ) 0.8-2.0 pH 6.0-6.8 -1 NO3 (mg l ) 132.6-162.2 TN (mg l-1) 151.6-222.1 P (mg l-1) 35.1-53.9 -1 K (mg l ) 91.0-231.6 -1

Avg.±S.D. 1.3±0.4 6.4±0.4 147.4±10.8 196.2±30.6 43.0±6.3 -

Min.-Max. Avg.±S.D. 0.4-0.8 0.5±0.1 7.1-7.5 7.3±0.1 2.1-14.1 9.3±4.2 65.7-91.0 76.1±9.0 14.9-32.6 23.9±6.0 13.6-18.9 -

83

Sediment to water ratio 1:10 1:20 Min.-Max. Avg.±S.D. Min.-Max. Avg.±S.D. 0.3-0.5 0.4±0.1 0.3-0.4 0.3±0.0 7.1-7.7 7.4±0.2 7.3-7.7 7.5±0.2 1.4-11.0 7.3±3.5 1.0-4.2 2.3±1.1 38.5-56.1 48.6±6.5 8.1-25.0 14.2±6.0 7.0-21.2 13.1±5.1 3.0-9.1 5.7±2.2 12.2-16.6 9.0-14.9 -


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 3.3 การเพิ่มประสิทธิภาพของการใช้ตะกอน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า พืชที่ปลูกโดยใช้ปุ๋ยเคมีให้ผลผลิต สูงที่สุด รองลงมา คือ สัดส่วนตะกอนต่อน้้า 1:5 ไม่เติมอากาศ, เติมอากาศ และเติม PO43- และ K+ ดังแสดงใน Table 4 และเมื่อเปรียบเทียบการปลูกพืชโดยการใช้ตะกอนเป็นปุ๋ยนั้น พืชที่ป ลูก โดยสัด ส่ว นตะกอนต่อ น้้า 1:5 ไม่เ ติม อากาศ มีก าร เจริญเติบโตได้สูงที่สุด อาจเนื่องมาจากเมื่อไม่มีการเติมอากาศท้าให้ ไม่เกิดการฟุ้งกระจายของตะกอนในกระบะปลูกพืช ตะกอนจึงจมตัว อยู่ที่ก้นบ่อ ท้าให้ไม่ไปเกาะติดที่รากพืช ซึ่งในตะกอนเหล่านี้จะมี จุลินทรีย์เจริญเติบโตอยู่ ซึ่งจะไปแย่งธาตุอาหารและอากาศจาก

รากพืช รากพืชจึงไม่สามารถดูดซึมธาตุอาหารและอากาศไปใช้ได้ อย่างเต็มที่ ลักษณะดังกล่าวใกล้เคียงกับปัญหาการเกิดจุลสาหร่าย หรือตะไคร่น้าเกาะติดรากพืช ซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยในการปลูกพืช แบบไร้ดิน พืชจะถูกจุลินทรีย์เหล่านี้แย่งใช้สารอาหารและอากาศ ท้าให้เจริญเติบโตช้า อ่อนแอ และเป็นโรคง่าย (Morgan, 2014) ส้าหรับการเติมธาตุอาหารหลัก PO43- และ K+ ลงในตะกอน พบว่า ไม่สามารถเพิ่มผลผลิตได้ เนื่องมาจาก ค่า pH ที่สูง โดยมี ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 7.2 ซึ่งสูงกว่าช่วงที่เหมาะสมส้าหรับการปลูกพืช แบบไร้ดิน อาจท้าให้ธาตุอาหารที่เติมลงไปเกิดการตกตะกอน พืชจึงไม่สามารถน้าธาตุอาหารไปใช้ได้

Table 4 The average of shoot length, leaves number and root length on green cos (collected data from 3 crops) Parameters

Chemical fertilizer

Sediment to water ratio (1:5) Addition of P and K Aeration Non Aeration a b b shoot length (cm) 40.1±1.6 11.4±4.0 12.5±0.9 15.4±0.6c leaves number 25.7±0.5a 8.5±3.1b 11.6±1.6c 13.7±1.2c root length (cm) 16.8±1.1a 7.7±3.4b 7.0±1.2b 7.2±1.2b Crop yield (g m-2) 1,668.6a 10.7b 23.5b 65.1c Remark: Mean followed by same letter do not significantly differ (p<0.05) (n=3) เมื่อพิจารณาคุณภาพน้้าและธาตุอาหารจากการทดลอง พบว่า ค่า EC ของทั้ง 4 ชุดการทดลอง มีค่าอยู่ในช่วงที่เหมาะสมส้าหรับ การปลู ก ผั ก กาดหอม และค่ า pH ในกระบะปลู ก ที่ ใ ช้ ปุ๋ ย เคมี มีค่าอยู่ในช่วงที่เหมาะสม ขณะที่ในกระบะที่ใช้ตะกอนเป็นปุ๋ย มีค่า pH สูงกว่าช่วงที่เหมาะสมส้าหรับการปลูกผักกาดหอม ในส่วนของธาตุอาหาร ได้แก่ NO3-, TN และ PO43- ส้าหรับ กระบะปลูกที่ใช้ปุ๋ยเคมี มีค่าอยู่ในช่วงที่เหมาะสมส้าหรับการปลูก

ผักกาดหอม จึงท้าให้พืชมีการเจริญเติบโตดี ลักษณะของล้าต้น ใบ และรากมีความสมบูรณ์ ในส่วนของการปลูกผักกาดหอมโดยใช้ ตะกอนเป็นปุ๋ย พบว่า ค่า NO3-, TN และ PO43- อยู่ในช่วงที่ต่้ากว่า ช่ว งที่เหมาะสมส้าหรับการปลูกผักกาดหอม จึงท้า ให้พืชมีการ เจริญเติบโตช้า ลักษณะของล้าต้น ใบ และราก ไม่สมบูรณ์ สาเหตุ เกิดจากพืชได้รับธาตุอาหารไม่เพียงพอ ดังแสดงใน Table 5

Table 5 The average of water quality and nutrient concentrations in grow beds of each treatment Parameters

Chemical fertilizer

Min.-Max. EC (mS cm ) 0.6-1.9 pH 5.7-6.7 -1 NO3 (mg l ) 39.8-116.5 TN (mg l-1) 52.1-175.0 P (mg l-1) 23.5-55.1 -1

Avg.±S.D. 1.5±0.5 6.2±0.4 98.3±29.5 138.5±46.2 46.3±11.6

Sediment as fertilizer (1:5) Addition of P and K Aeration Min.-Max. Avg.±S.D. Min.-Max. Avg.±S.D. 0.5-0.8 0.6±0.1 0.6-1.0 0.8±0.1 7.0-7.6 7.2±0.2 6.6-7.1 6.8±0.2 3.1-17.5 12.2±5.2 2.5-4.4 3.7±0.7 36.0-83.9 59.2±16.0 42.7-90.8 67.3±16.1 1.2-33.0 19.9±14.7 18.6-35.7 26.8±7.0

84

Non Aeration Min.-Max. Avg.±S.D. 0.5-0.7 0.7±0.1 6.9-7.3 7.1±0.2 2.4-4.3 3.3±0.8 49.2-87.4 68.1±12.6 22.6-42.5 33.3±8.8


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 3.4 ประสิทธิภาพการบ้าบัดสารประกอบไนโตรเจน ผลการทดลอง พบว่ า การใช้ สั ด ส่ ว นตะกอนต่ อ น้้า ที่ 1:5 นอกจากจะให้ผลผลิตสูงที่สุดเมือ่ เปรียบเทียบกับที่สัดส่วนอื่นแล้ว ยังมีอัตราการบ้าบัดไนโตรเจนสูงที่สุดด้วย ดังแสดงใน Table 6 Table 6 Total nitrogen concentrations at the start and the end of each treatment from the experiment Part 1 Time Started conc. (mgN l-1) Ended (mgN l-1) Removal rate (mgN l-1 d-1)

Chemical Sediment to water ratio fertilizer 1:5 1:10 1:20 220.5

91.0

56.1

25.0

151.6

65.7

38.5

8.1

Table 7 Total nitrogen concentrations at the start and the end of each treatment from the experiment Part 2 Time C+A S+PK+A S+A S Started conc. 175.0 83.9 90.8 87.4 (mgN l-1) Ended 52.1 36.0 42.7 49.2 (mgN l-1) Removal rate 3.5 1.4 1.4 1.1 (mgN l-1 d-1) Remark: C=Using chemical fertilizer, S=Using sediment as fertilizer, PK=Added PO43- and K+, A=Aeration

3.5 บทวิเคราะห์ข้อมูลทางเศรษฐศาสตร์ การประเมินและการค้านวณในเบื้องต้นเป็นการวิเคราะห์ต้นทุน 2.0 0.7 0.5 0.5 ด้านการด้าเนินงาน (Operating Costs) เท่านั้น โดยราคาผลผลิต และถึงแม้ว่า การปลูกผักกาดหอมแบบไร้ดินที่ไม่มีการเติม เป็นราคาจ้าหน่ายเฉลี่ยของผักกาดหอมที่ปลูกด้วยระบบไฮโดร อากาศจะให้ผลผลิตที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการปลูกแบบที่มี โปนิกส์ในห้างสรรพสินค้า ราคากิโลกรัมละ 300 บาท ผลการประเมินทางเศรษฐศาสตร์ พบว่า การปลูกผักกาดหอม การเติมอากาศ แต่พบว่า มีอัตราการบ้าบัดไนโตรเจนที่ต่้า เนื่องจาก ออกซิเจนเป็นปัจจัยส้าคัญในการย่อยสลายสารอินทรีย์ การไม่เติม มีต้นทุนด้านพลังงานไฟฟ้าและค่าปุ๋ยเคมี การปลูกพืชโดยใช้ตะกอน อากาศจึงท้าให้อัตราการบ้าบัดไนโตรเจนต่้า ดังแสดงใน Table 7 จากบ่อปลาเป็นการช่วยลดต้นทุนด้านปุ๋ยเคมี และเพิ่มมูลค่าให้กับ นอกจากนั้น ความเข้มข้นของสารประกอบไนโตรเจนหลังการ ของเสีย ทั้งนี้ การปลูกพืชแบบไม่เติมอากาศช่วยลดต้นทุนด้าน ปลูกพืชยังคงมีค่าสูงกว่ามาตรฐานควบคุมการระบายน้้าทิ้งจาก พลังงานไฟฟ้า ดังแสดงใน Table 8 วิธกี ารดังกล่าวจึงเป็นทางเลือก บ่อเพาะเลี้ยงสัตว์น้าจืด (Pollution Control Department, 2011) ให้กับผู้ที่ต้องการเพิ่มมูลค่าให้กับของเสีย และลดค่าใช้จ่ายที่เกิด อย่างไรก็ตาม การน้าตะกอนของเสียจากการเลี้ยงปลามาใช้เพื่อ จากการเลี้ยงปลา เป็นปุ๋ย นับเป็นวิธีหนึ่งในการน้าของเสียมาใช้ประโยชน์ จึงเป็นการ ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมลงได้ Table 8 The comparsion of expenses, gross income and net income (Baht m-2 crop-1) of each experiment condition Chemical fertilizer 1) Operating costs (Baht m-2 crop-1) 1.1 Plant Seed 1.2 Electricity - Aeration - Sprayed water 1.3 Water in hydroponic system 1.4 Chemical fertilizer Total expense (Baht) 2) Gross income (Baht m-2 crop-1) 3) Net income (Baht m-2 crop-1)

Sediment to water ratio (1:5) Aeration Non Aeration

3

3

3

112 2 10 90 217 227 10

112 2 10 127 44 -83

2 10 15 124 109

85


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 4 สรุป จากผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า ตะกอนจากบ่อปลาที่เลี้ยงใน ระบบน้้าหมุนเวียนสามารถน้ามาใช้เป็นปุ๋ยส้าหรับการปลูกพืช แบบไร้ดินได้ พบว่า สัดส่วนตะกอนต่อน้้า 1:5 (โดยปริมาตร) จะให้ ผลผลิตพืชสูงที่สุด ซึ่งการงดเติมอากาศในการปลูกพืชแบบไร้ดิน สามารถเพิ่มผลผลิตได้ประมาณ 2.8 เท่าของการปลูกแบบเติม อากาศ ผลการประเมินทางเศรษฐศาสตร์ พบว่า การใช้สัดส่วน ตะกอนจากบ่อปลาต่อน้้า 1:5 โดยไม่เติมอากาศ ส้าหรับการปลูก ผักกาดหอม ก่อให้เกิดรายได้มากที่สุด จึงเป็นทางเลือกในการสร้าง มูลค่าให้กับของเสียที่เกิดจากการเลี้ยงปลาในระบบน้้าหมุนเวียน เพราะนอกจากจะช่ ว ยลดค่ า ใช้ จ่ า ยในการด้า เนิ น งานได้ แ ล้ ว ยังช่วยลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมจากตะกอนที่เกิดขึ้นหลังการ เพาะเลี้ยงสัตว์น้าอีกด้วย 5 กิตติกรรมประกาศ ผู้วิจัยขอขอบคุณส้านักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ที่ให้ การสนับสนุนทุนวิจัย ปีงบประมาณ 2560 ท้าให้งานวิจัยนี้ส้าเร็จ ลุล่วงไปด้วยดี 6 เอกสารอ้างอิง APHA. 1980. Standard Methods for the examination of water and wast water. American Pubic Health Association. 1015 fifteen street NW Washington. 15:1-1134. Hanger, B. 1992. The Nutrient Solution and Its Preparation. Hydroponic for School and the Home Grower. Victoria: Natural Resources Conservation Leauge. p 22. Hoagland, D.R. and Arnon, D.I. 1938. The Water Culture Method for Growing Plants without Soil. University of California. College of Agricultural Experiment Station. Circulation 347. Berkeley. Jones, J.B. 2005. Hydroponics: A Practical Guide for the Soilless Grower. 2nd ed. CRC Press. Florida. 423 pp. Morgan, L. 2014. Maintaining Healthy Hydroponic Root Systems. Available at: https://www.maximumyield.com/ maintaining-healthy-hydroponic-root-systems/2/1403. Accessed on 1 December 2018. Parsons, T.R., Maita, Y., Lalli, C.M. 1984. A Manual of Chemical and Biological Methods for Seawater Analysis. Pergamon. Oxford. UK. 187 p. Pollution Control Department. 2011. Guide to Assessment of Wast Water and Pollution from Aquaculture Activities. Ministry of Natural Resources and Environment. Bangkok. 66 p. (in Thai)

86

Riablershirun, N. 2007. Soilless Culture. Suveeriyasarn. Bangkok. 172 p. (in Thai) Tongaram, D. 2007. Soilless Culture. 3rd ed. Pimdeekarnpim. Bangkok. 816 p. (in Thai)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia 2

วิจัยรถยกสูงขับเคลื่อนดวยตัวเอง สําหรับกําจัดวัชพืช และใสปุยมันสําปะหลัง Research on a Self-Propelled High Clearance Vehicle for Cassava Weeding

วิชัย โอภานุกุล1*, ประสาท แสงพันธุต า1, อานนท สายคําฟู1, ธนพงค แสนจุม1, ดนัย ศารทูนพิทักษ1, บาลทิตย ทองแดง1 Wichai Opanukul1*,Prasat Sangpunta1, Arnon Saicomfu1, Tanapong SanJum1, Dani Salatonpitic1, Bantip Tongdang1 1

สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร แขวงลาดยาว เขตจตุจักร กรุงเทพฯ, 10900 Agricultureal Engineering Research Insttute, Department of Agriculture, Bangkok 10900, Thailand *Wichai Opanukul: Tel: +66-2-579-4497, Fax: +66-2-579-4497, E-mail: wichaio@hotmail.com 1

บทคัดยอ ในป พ.ศ. 2560 ประเทศไทยมีนโยบายยกเลิกใชสารเคมีกาํ จัดวัชพืช (ยาฆาหญา) พาราควอต และไกลโฟเสต ซึ่งจะสงผล กระทบตอชาวไรมันสําปะหลังเนื่องจากตองใชกําจัดวัชพืชที่เปนสาเหตุทําใหผลผลิตลดลง และถาใชแรงงานคนกําจัดจะทําใหมีตนทุนสูง เกินไป คณะผูวิจัยจึงพัฒนารถยกสูงขับเคลื่อนดวยตัวเองสําหรับกําจัดวัชพืชและใสปุยมันสําปะหลัง มีรูปแบบการทํางานเริ่มจากโรยปุย ตามสูตรที่เกษตรกรกําหนดลงพื้นดิน หลังจากนั้นผานจานทําหนาที่ไถกําจัดวัชพืชและเกลี่ยดินกลบปุย มีคุณลักษณะทางเทคนิค (1) เครื่องยนตดเี ซล 24 hp (2) ขับเคลื่อน 4 ลอ (3) ถังใสปุยความจุ 50 kg (4) ผาลกําจัดวัชพืช 4 ใบ (5) ลอปรับความกวางใหเขากับรอง มันได 80, 100, 110, 120 และ 150 cm (6) ความสูงทองรถ 120 cm (7) มิติ (กxยxส) 230x300x230 cm (8) น้ําหนัก 450 kg และ (9) ราคา 300,000 บาท ผลทดสอบที่จังหวัดราชบุรี และนครราชสีมา ชวยลดคาใชจายทํารุน มันราว 30 % คิดเปนเงิน อยางนอย 300 บาท rai-1 ทํางานได 3-4 rai h-1 หรือ 30 rai day-1 ประสิทธิภาพกําจัดวัชพืช 80-90% ใชน้ํามันดีเซล 1.3-1.5 l rai-1 ผูปฏิบัติงาน 1-2 คน จุดคุมทุนการใชงาน 1 ป อาจชาหรือเร็วขึ้นกับสภาพการใชงาน คําสําคัญ: วัชพืช, ยาฆาหญา, มันสําปะหลัง Abstract Thailand is getting closer to ban the herbicides usage (paraquat, glyphosate and chloropyrifos) in 2017. Agricultural engineering research institute invented a self-propelled high clearance vehicle to add fertilizer and eliminate weeds in cassava farming. The vehicle was operated as follow: 1) sowing fertilizer to add nutrient, 2) plowing soil to eliminated weeds and 3) scooping soil to bury fertilizer. The specifications of vehicle were 1) engine power 24 hp 2), 4 wheel drive 3), fertilizer hopper (capacity: 50 kg), 4) 4 disc harrow and 5) adjusted-wheel base (80, 100, 110, 120 and 150 cm). The dimension, ground clearance, weight and price of vehicle were 230x300x230 cm, 120 cm, 450 kg and 300,000 THB, respectively. The vehicle was tested in cassava farm in Ratchaburi and Nakhon Ratchasima provinces. The results showed that effective field capacity, fuel consumption, number of operators and efficiency of eliminating weeds were 3-4 rai h-1 (30 rai day-1), 1.3-1.5 l rai-1, 1-2 men and 80-90%, respectively. The cost to eliminate weeds using the invented vehicle was decreased around 30% comparing to the traditional method (300 THB rai-1). The break-even point was 1 year. Keywords: Weed, Herbicide, Cassava

87


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทนํา มันสําปะหลังเปนหนึ่งในพืชเศรษฐกิจของไทย สํานักงาน เศรษฐกิจการเกษตร รายงานวาป 2560 ผลิตมันสําปะหลังไดเปน อันดับ 2 ของโลก รองจากประเทศไนจีเรีย และเปนประเทศผู สงออก ผลิตภัณฑมันสําปะหลังอันดับ 1 ของโลก มีมูลคา มากกวา 100,000 ลานบาท ปเพาะปลูก 2560 มีพื้นที่ปลูกรวม 8.9 ลานไร ไดผลผลิตหัวมันสดทั้งประเทศ 30.4 ลานตัน พื้นที่ ปลูกสวนใหญอยูในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ 52.0% จังหวัด ที่ปลูกมากสุดคือนครราชสีมา 1.5 ลานไร ภาคเหนือ 21.8% ภาคตะวันออก 16.7% ภาคตะวันตก 6.0% ภาคกลาง 3.5% (Office of Agricultural Economics, 2016) การผลิ ต มั น สํ า ปะหลั ง มี ก ารพั ฒ นาเทคโนโลยี ตั้ ง แต ก าร ปรับปรุงพันธุ การแปรรูปเพื่อเพิ่มมูลคา แตในสวนของการเพิ่ม ประสิทธิภาพ และลดตนทุนการผลิต ดวยเครื่องจักรกลเกษตรยัง มีการศึกษาคอนขางนอย มันสําปะหลังนิยมปลูกดวยทอนพันธุ และเก็บเกี่ยวที่อายุ 8-12 เดือน การเจริญเติบโตในชวงแรกชา มาก ใบแรกเริ่มคลี่ใหเห็นหลังจากการปลูกประมาณ 3 สัปดาห และสรางพุมใบใหชนกันจนคลุมพื้นที่ ใชเวลา 3-4 เดือนหลังปลูก มันสําปะหลังเริ่มเอาอาหารไปเก็บที่ราก ที่เรียกวา “การลงหัว” ประมาณ 1.5-2 เดือน หลังปลูก และหลังจาก 4 เดือนไปแลวไมมี การลงหัวเพิ่ม แตจะขยายขนาดหัวใหใหญขึ้นจนเก็บเกี่ยว หากมี วัชพืชรบกวนระยะ 3-4 เดือนแรก จะทําใหผลิตนอย (Field and Remewable Energy Tesearch Institute, 2013) ขั้นตอนการกําจัดวัชพืชของเกษตรกรไทย (1) ใชมือถอน หรือ จอบถาก (Figure1) ซึ่งทั้งสองวิธีมีตนทุนและอัตราการ ทํางานต่ํา (2)การใชแรงงานคนฉีดพนดวยสารเคมี (ยาฆาหญา) เปนวิธีที่เกษตรกรนิยมมากทีส่ ุด (Figure2) เนื่องจากมีตนทุนต่ํา (Jeamjamnanja et al., 1994) แตสงผลทําใหวัชพืชดื้อยาตอง เพิ่มปริมาณตอพื้นที่ใหมากขึ้น (3) ใชรถกําจัดวัชพืชขนาดเล็ก หรือรถไถเดินตามดัดแปลงใหฐานลอแคบ (Figure3) แตมี ขอจํากัดใชงานไดเฉพาะระยะหางรองมันมากกวา 120 cm (4) จึงมีการดัดแปลงรถแทรกเตอร 24 hp ทําใหทองรถสูง 70 cm (Figure4) แตยังไมเพียงพอที่จะใชกับแปลงมันอายุ 3-4 เดือน ซึ่ง ตนมันจะมีความสูง 80-100 cm ถาทองรถแทรกเตอรชนยอดตน มันหักเสียหาย จะสงผลใหตนมันชะงักการเจริญเติบโต หากเพิ่ม ความสูงมากขึ้น จะสงผลใหมโี อกาสพลิกคว่ํางาย เนื่องจากระยะ ฐานลอที่แคบ และจุดศูนยถวงรถอยูสูงมาก ดวยขอจํากัดตางๆ ทําใหวิธีกําจัดวัชพืชทางกลถูกใชในวงแคบ ในป 2560 มีนโยบาย เลิกการใช พาราคอต และไกลโฟเสต จะสงผลกระทบชาวไร

Figure 1 Manula

Figure 2 Herbicide application

Figure 3 Walking tractor

Figure 4 Small hight clearance tractor

มันสําปะหลังโดยตรง เพราะตองใชกําจัดวัชพืช ที่เปนสาเหตุให ผลผลิตลดลงจนไมคุมคาตอการลงทุนหากใชแรงงานคนจะทําให มีตนทุนสูงเกินไป และวิธีการทีเ่ กษตรกรปฏิบัติในการทํารุนมัน หรือการกําจัดวัชพืชและใสปุยในปจจุบัน ใชวิธีฉีดยาฆาหญาและ หยอดปุยบนผิวดิน ทําใหปุยมีการสูญเสียระเหยไปในอากาศ

88


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 จากปญหาขางตน คณะผูวิจัยจึงพัฒนารถยกสูงแบบขับเคลื่อน ดวยตัวเอง ใหมีสมรรถนะโดยรวมสูงขึ้น โดยรวมกิจกรรมกําจัด วั ชพื ช และใส ปุ ย เ พื่ อ ลดการใช ส ารเคมี กํ า จั ด วั ช พื ช และลด ตนทุนการผลิตมันสําปะหลัง 2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 อุปกรณ คอมพิวเตอร และโปรแกรมทางวิศวกรรมสําหรับใชออกแบบ เครื่องจักรกลสําหรับสรางตนแบบ เชน เครื่องกลึง เครื่องเชื่อม เครื่องเจาะ เทปวัดระยะ นาฬิกาจับเวลา เปนตน 2.2 วิธีการ กําหนดประเด็นวิจัยรถยกสูงขับเคลื่อนดวยตัวเอง สําหรับ กําจัดวัชพืชและใสปุยมันสําปะหลังเพื่อทดแทนการกําจัดวัชพืช ดวยสารเคมี (ยาฆาหญา) เริ่มตน ตุลาคม 2559 สิ้นสุด กันยายน 2560 รวม 2 ป โดยตรวจเอกสาร และรวบรวมขอมูลที่เกี่ยวของ เชน พันธุ ความสูงของตนมันสําปะหลัง และเครื่องจักรกลที่ใช งานปจจุบัน เพื่อนํามากําหนดฟงกชนั่ ใหเหมาะกับการใชงาน โดย ดําเนินงานที่สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม และแปลงปลูกมัน สําปะหลังของเกษตรกร จังหวัดราชบุรี และนครราชสีมา 2.3 คาชี้ผลสมรรถนะ (1) ความสามารถการทํางาน (rai h-1) (2) ประสิทธิภาพ กําจัดวัชพืช (%) (3) อัตราสิ้นเปลืองน้ํามัน (l rai-1) อางอิงจาก RNAM (1995) 2.4 การวิเคราะหทางเศษฐศาสตร หลังจากทดสอบภาคสนามแลว นําขอมูลมาหาสมรรถนะและ ประสิทธิภาพ แลววิเคราะหความคุมคาทางเศรษฐศาสตร พรอม สรุปผลการวิจัย จัดทํารายงาน เผยแพรแกผูเกี่ยวของ พรอมกับ นําเครื่องตนแบบ สาธิตแกกลุ มเกษตรกรแปลงใหญในจังหวั ด นครราชสีมา 100 คน และผูประกอบเครื่องจักรกลเกษตรในภาค ตะวันออกเฉียงเหนือ 2 ราย 3 ผลและวิจารณ 3.1 การออกแบบ แนวทางการออกแบบทางวิศวกรรมจะยึดหลักใหสอดคลองกับ ขั้นตอน การปลูกมันสําปะหลังตามหลักวิชาการของ Field and Remewable Energy Tesearch Institute (2013) โดยรวม กิจกรรมกําจัดวัชพืชและใสปุยเขาดวยกัน โดยมีแนวคิดดังนี้ 1.ลักษณะรถยกสูงขับเคลื่อนสีล่ อ ใชผูควบคุม 1 คน ความสูง ทองรถเขาทํางานในแปลงมันอายุปลูก 1-4 เดือน และสามารถ

89

ปรับความกวางของลอ เขากับรองมันไดทุกระยะปลูก ตั้งแต 80, 100, 110, 120 และ 150 cm (Figure 5) 2. มีจุดศูนยถวงต่ําเพื่อใหรถมีความมั่นคงขณะปฏิบัติงาน 3.ระบบขับ เคลื่ อนแบบลอ ยาง ใชเ ครื่ อ งยนต ดีเ ซลเปน ต น กําลังรวมกับระบบไฮดรอลิก 4.อุปกรณกําจัดวัชพืชใชแรงฉุดลากต่ํา 5.ระบบใหปุยสามารถปรับอัตราการหยอด ใหสอดคลองกับ สภาพพื้นที่ และกลบเม็ดปุยได 6.กลไกการทํา งานไมซับซอ น สามารถสราง และซ อมแซม จากอู หรือผูผลิตเครื่องจักรกลเกษตรขนาดเล็กในทองถิ่น

1.2 m 1.5 -2.4 m

Figure 5 Conceptual design 3.2 สราง ที่โรงปฏิบัติการสถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม และ ทดสอบภาคสนาม ในแปลงของเกษตรกร 3.2.1 ขั้นตอนการสราง จัดหาวัสดุ และสวนประกอบตาง ๆ อาทิ เครื่องยนตตนกําลัง อุปกรณขับเคลื่อนไฮดรอลิค ถังเก็บน้ํามัน ปม และมอเตอร รวมทั้งระบบหยอดปุย และผานจานขนาด 18 in แลวเชื่อม ประกอบโครงสรางหลังทําจากวัสดุเหล็กกลองเหนียว (Figure 6) ติดตั้งเครื่องยนตตนกําลัง และหาตําแหนงที่นั่งผูควบคุมรถให เหมาะสม สามารถมองเห็นการเคลื่อนที่ของลอไดงาย เพื่อความ สะดวกขณะปฏิบัติงาน และติดตัง้ ถังบรรจุปุยที่ดานทายรถ และ ประกอบขาลอเขากับโครงสรางหลักทั้ง 4 ลอ โดยใชลอยาง แทรกเตอรขนาด 8-16 แบบมีครีบกางปลา

Figure 6 Installation of components on the main frame


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 3.2.3 การทดสอบในโรงปฏิบตั ิการ หลังจากประกอบชิ้นสวนตาง ๆ นํามาทดสอบการเคลื่อนที่ เดินหนา-ถอยหลัง ในโรงปฏิบัติ ใชความเร็วเครื่องยนต 1,200 rpm มีแสดงใน (Table 1) และทดสอบระบบสงกําลังของชุด หยอดปุย ซึ่งใชมอเตอรไฮดลอลิคควบคุมดวยวาลวหรี่ (Needle Valve) สงกําลังใหแกนหยอดปุยหมุน 40-50 rpm เพื่อจายปุย อัตรา 30-75 km rai-1 และหามุมเอียงทีป่ ลอดภัยของตัวรถขณะ ทํางาน โดยปรับฐานลอกวาง 150 cm และวิ่งใหลอดานขางปน ไปบนกระสอบทรายแลววัดมุมเอียง สรุปมุมเอียงที่ปลอดภัยของ Figure 8 The driving test on lawn ตัวรถเทากับ 30 o กับแนวราบ (เปนมุมที่ตัวรถจะไมพลิกคว่ํา) จึงเปลี่ยนเปนเครื่องยนตดีเซล 24 hp โดยทําการติดตั้งและ เชื่อมตอระบบไฮดรอลิค และนํากลับมาทดสอบที่ศูนยวิจัยและ Table 1 The driving test on concrete road at 10 m พัฒนาการเกษตรราชบุรี โดยปรับความกวางของลอใหเหมาะกับ No. Travelling speed (km h-1) Stop position Forward backword รองมัน ซึ่งปลูกพันธุระยอง 72 อายุปลูก 2 เดือน ความสูงเฉลีย่ 1 1 1 correct 38 cm ระยะรองปลูกเฉลี่ย 145 cm และเปรียบเทียบการ 2 1.5 1.5 correct ทํางานดวยระบบขับเคลื่อนแบบ 2 ลอ และ 4 ลอ หาสมรรถนะ 3 1.5 1.5 correct การเคลื่อนที่ดวยความเร็ว 2 km h-1 พบวาแบบ 4 ลอทํางานได ดีกวา ขณะวิ่งในแปลงมันลอลื่นไถลบางชวงและทํางานไดอยาง 4 2 2 correct ตอเนื่อง แตพบปญหาขาของผาลจานฉีกขาดจึงเชื่อมเสริมให 5 2 2 correct แข็งแรง และนําไปทดสอบ ในสภาพไรมันสําปะหลังของ 6 2 2 correct เกษตรกร ที่บานเขาแหลม ตําบลเขาชงุม อําเภอโพธาราม จังหวัดราชบุรี (Figure 9) ซึ่งปลูกพันธุระยอง 72 อายุ 2.5 3.2.4 การทดสอบเบื้องตนภาคสนาม กอนทดสอบไดสํารวจวิธีใสปุยของเกษตรกร จะหวานไวบน เดือน ระยะรองปลูก 120 cm ความสูงตนมันเฉลีย่ 33 cm ผิวดินโดยไมกลบซึ่งเปนสาเหตุสําคัญทําใหสูญเสียปุย (Figure 7) เกษตรกรปลูกมาแลวมากกวา 20 ป ปกติการทํารุนจะใชยาฆา หญาฉีด และพบปญหาวัชพืชดื้อยา ตองเพิ่มปริมาณและเปลี่ยน และดําเนินการทดสอบทีศ่ ูนยวิจัยและพัฒนาการเกษตรราชบุรี -1 ผลการทดสอบสมรรถนะ โดยวิ่งและหยุดที่ความเร็ว 2 km h สูตรยาทุกป เมื่อทางราชการมีเครือ่ งจักรกลแบบใหม ๆ จึงสนใจ ใชความเร็วเครื่องยนต 1,800 rpm บนพื้นผิวถนนคอนกรีต ใหทดลองใชงานในแปลงของตนเอง และใหขอแนะนําวาควร พื้นผิวสนามหญา (Figure 8) พื้นผิวถนนลูกรัง และพื้นผิวสภาพ ออกแบบใหซอมแซมงาย มีอะไหลในทองถิ่นใกลบาน ผลทดสอบ -1 ไรมันสําปะหลัง กําลังเครื่องยนตขนาด 15 hp ไมเพียงพอจึง ใชความเร็วเคลื่อนที่ 2 และ 3 km h ผูควบคุมรถยังทํางานได สะดวก เมื่อเพิ่มความเร็ว 4 km h-1 จะเริ่มควบคุมรถไดยาก นํากลับโรงปฏิบัติการ เพื่อวิเคราะหหาตนกําลังที่เหมาะสม

Figure 7 Farmer’s practice of fertilization Figure 9 Wheel base adjustment

90


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 วัชพืชกอนกําจัด

วัชพืชหลังกําจัด

Figure 10 The driving test in cassava field

Figure12 Weed removal by the invented machine

4 ปรับปรุงใหเหมาะกับการใชงาน ทดสอบเก็บขอมูลทางวิชาการ ที่ศูนยวิจัยและพัฒนาการ เกษตรนครราชสีมา แปลงที่ 1 พื้นที่ 11 rai-1 สภาพเปนดินทราย ปลูกพันธุระยอง 11 อายุ 1 เดือน 15 วัน ความสูงเฉลี่ย 28 cm ระยะหางรองเฉลี่ย 140 cm มีวัชพืชใบแคบกระจาย 60% ของ พื้นที่ (Figure 11)ใชความเร็วเครื่องยนต 2,200 rpm อัตรา หยอดปุย 50 kg rai-1 กําหนดความเร็วเคลื่อนที่ 2, 3, 4, และ 5 km h-1 ความสามารถในการทํางาน 1.61-4.28 rai h-1 มีอัตรา อัตราสิ้นเปลืองน้ํามัน 1.3-1.5 l rai-1 มีผลแสดงใน (Table 2) สวนการวัดประสิทธิภาพกําจัดวัชพืชรวมกับ นักวิชาการดาน วัชพืช ไดนับจํานวนตนวัชพืชกอนและหลังกําจัด โดยใชตาขาย เชือกขนาด 10x10 cm รวมพื้นที่ 1 m-1 วางสุมในพื้นที่ 1 ไร รวม 10 จุด แลวประเมินผลมีประสิทธิภาพกําจัดวัชพืช 80-90 % สอดคลองกับผลการวิจัย (Chansrakoo, W., Sangpunta, P., Chamsing, A., Chagongjug, S.,2015.) ใชผานจานติดรถไถเดิน ตามกําจัดวัชพืชมันสําปะหลัง ในจังหวัดกาฬสินธุ แปลงที่ 2 สภาพพื้นที่ดินรวนปนทราย ปลูกพันธุระยอง 11 ระยะหางรอง เฉลี่ย 122 cm อายุ 2 เดือน 20 วัน ความสูงเฉลี่ย 42 cm มี วัชพืชขึ้นหนาแนน 75% ใชความเร็ว 3 km h-1 (Figure 12) มี ประสิทธิภาพกําจัดวัชพืช 92%

Figure 11 The width adjusting of disc harrow on furrow

91

Table 2 The effective field capacity Velocity Capacity (rai h-1) (km h-1) 1 2 3 2 1.61 1.97 1.84 3 2.71 2.47 2.54 4 3.42 3.16 3.28 5 4.06 4.22 4.28

Average (rai h-1) 1.80 ± 0.18 2.67 ± 0.18 3.28 ± 0.13 4.18 ± 0.11

การวิเคราะหทางเศษฐศาสตร กรณีตัวของเกษตรกร เปรียบเทียบคาใชจายทํารุนมัน แบบของเกษตรกร และแบบใช รถยกสูง โดยอางอิงขอมูลจากการสอบถามเกษตรกร 12 ราย ใน เดือน มีนาคม พ.ศ. 2561 ณ อําเภอเมือง จังหวัดนครราชสีมา ดวยวิธีจางแรงงานคน กําจัดวัชพืชและหยอดปุย ไมกลบดิน มีคาใชจายทํารุนมันสําปะหลัง (การทํารุน หมายถึง การกําจัด วัชพืชและใสปุยมันสําปะหลัง เพื่อใหไดผลผลิตทีด่ )ี ดังนี้ คาใชจายทํารุน แบบเกษตรกร (ประมาณ 1,100 บาท rai-1) 1.คาแรงงานฉีดยา 120 บาท rai-1 2. คายาฆาหญา 80 บาท rai-1 3.คาหยอดปุย 2 บาท kg-1 ใชอัตรา 50 kg rai-1 เปนเงิน 100 บาท rai-1 4.รวมคาใชจายทั้งหมด 120+ 80+100+ 800 เทากับ 1,100 บาท rai-1 หมายเหตุ: การหยอดปุยบนผิวดินทําใหปุยระเหยไปในอากาศ สูญเสีย 50% (Wanapu, C. 2015.) ถาใชปุยอัตรา 50 kg rai-1 หรือ 1 กระสอบราคา 800-1,600 บาท หากคิด 800 จะสูญเสีย 800x0.5 เทากับ 400 บาท rai-1 คาใชจายทํารุน แบบรถยกสูง (800 บาท rai-1ประหยัด 30%)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 เมื่อคิดผลลัพธของการทํารุน คือกําจัดวัชพืช+ใสปุย+กลบดิน ซึ่งจะไมสูญเสียปุย มีคาใชจายดังนี้ 1.คาปุย คิด 400 บาท rai-1 2.คาจางรถยกสูง 400 บาท rai-1 3.รวมคาใชจาย 400+400 เทากับ 800 บาท rai-1 ประหยัด กวาวิธีเกษตรกรประมาณ 30% หรือคิดเปนเงิน 300 บาท rai-1 กรณีผูที่ซื้อรถยกสูงมารับจาง ราคารถยกสูง 300,000 บาท ประเมินอายุใชงาน 5-10 ป หากคิดจะลงทุนซื้อไปรับจาง โดยกูเงินธนาคารเพื่อการเกษตร (ธกส.) คิดดอกเบี้ยรอยละ 7 ตอป เปนเงิน 21,000 รวมเงินตน (300,000+21,000) เทากับ 321,000 บาท นําไปรับจาง 400 บาท rai-1 เครื่องทํางานได 30 rai day-1 และหักคาน้ํามัน 50 บาท rai-1 เหลือเปนรายได 350 บาท rai-1 -ทํางาน 10 rai day-1 จะมีรายได (10x350) เทากับ 3,500 บาท day-1 มีจุดคุมทุน (321,000/3,500) เทากับ 92 วัน หรือ 3 เดือน -ทํางาน 20 rai day-1 จะมีรายได (20x350) เทากับ 7,000 บาท day-1 มีจุดคุมทุน เทากับ 46 วัน -ทํางาน 30 rai day-1 จะมีรายได (30x350) เทากับ 10,500 บาท day-1 มีจุดคุมทุนเทากับ 31 วัน เมื่อประเมินวาขณะปฏิบตั ิงานจริงจะมีวันหยุดพัก หรือรอลง ทํางานในไรมันสําปะหลัง จุดคุม ทุนอาจนานถึง 1 ป อยางไรก็ ตามการประเมินนี้แสดงใหเห็นเปนแนวทางเทานั้น ในทางปฏิบัติ อาจชาหรือเร็ว ขึ้นอยูกับสภาพความเปนจริงในการใชงาน 5 สรุป รถยกสูงมีมิติ (กxยxส) 230x300x250 cm ใชเครื่องยนต ดีเซล 24 hp ขับเคลื่อน 4 ลอ ระบบใสปุยความจุถัง 50 kg ปรับ อัตราหยอดได 30-75 kg rai-1 และใชผานจานกําจัดวัชพืชและ เกลี่ยดิน กลบเม็ดปุย ความสามารถในการทํางาน 3-4 rai h-1 หรือ 30 rai day-1 ประสิทธิภาพกําจัดวัชพืช 80-90% ใชน้ํามัน ดีเซล 1.3-1.5 l rai-1 น้ําหนัก 450 kg ผูปฏิบัติงาน 1-2 คน จุดคุมทุนการใชงาน 1 ป

7 เอกสารอางอิง Chansrakoo, W., Sangpunta, P., Chamsing, A., Chagongjug, S., 2015. Research and Development of Weeder and Fertilization Cassava for a Power Tiller. Bangkok, Department of Agriculture . Available at: http://www.doa.go.th/research/attachment.php?aid=20 85. Accessed on 18 March 2016. (in Thai) Field and Remewable Energy Tesearch Institute. 2013 .Soil, water and cassava cultivation management. Department of Agriculture. Available at: http://www. doa.go.th. Accessed on 4 December 2017. (in Thai) Jeamjamnanja et al. 1994. The control period of weed in cassava. Journal of Weed 2(3), 144-147. (in Thai) Matichon Online. 2017. The 5 ministries offer banning herbicide ‘paraquat-chloropyrifos’ Apr. 17. Available at: https://www.matichon.co.th/local/news_ 520571. Accessed on 15 April 2017. (in Thai) Office of Agricultural Economics. 2017. Agricultural Statistics of Thailand 2016. Bangkok, Misistry of Agriculture and Cooperatives. Wanapu, C. 2015. Controlled-release urea fertilizer by biopolymeric encapsulstion, Suranaree University of Technology, Available at: http://www.sutir.sut.ac.th Accessed on 18 March 2016. (in Thai) RNAM. 1995. RNAM Test Codes and Procedures for Farm Machinery. RNAM, Philippines. pp.130-149.

6 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณ เพื่อนขาราชการ ชางฝมือโรงงาน และพนักงาน ราชการ สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม ผูบริหารกรมวิชาการ เกษตร ที่ใหความสนับสนุนในทุก ๆ ดาน จนทําใหงานวิจัยสําเร็จ ดวยดี

92


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia เครื่องจักรกึ่งอัตโนมัติสาหรับผลิตวัสดุมุงหลังคาจากหญ้าแฝก Semi automatic Vetiver Grass Roofing Material Making Machine กฤษดา สายแสง1*,กระวี ตรีอานรรค1, เทวรัตน์ ตรีอานรรค2 Kridsada Saisang1, Krawee Treeeamnuk1*, Tawarat Treeamnuk2 สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จังหวัดนครราชสีมา30000 Mechanical Engineering, Suranaree University of Technology, NakhonRatchasima, Thailand, 30000 2 สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร สานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จังหวัดนครราชสีมา30000 2 School of Agricultural Engineering, Suranaree University of Technology, NakhonRatchasima, Thailand, 30000 *Corresponding author: Kridsada Saisang Tel: 085-1042746, E-mail: narm.saisang@gmail.com 1

1Schoolof

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเครื่องผลิตวัสดุมุงหลังคาจากหญ้าแฝกและประเมินสมรรถนะการทางานของต้นแบบและ คุณภาพของตับหญ้าแฝกที่ได้ เครื่องต้นแบบทางานแบบกึ่งอัตโนมัติด้วยการวางรายหญ้าบนเครื่องจากนั้นกลไกของเครื่องซึ่งถูกขับด้วย ระบบนิวแมติกส์จะทาการพับและเลื่อนตับหญ้าเข้าสู่จักรเย็บไฟฟ้าเพื่อเย็บให้รายหญ้าพับยึดติดกับก้านไม้และได้เป็นตับหญ้าแฝก ต่อไป ทดสอบการทางานของเครื่องโดยแปรค่าน้าหนักของหญ้าต่อตับเป็น 0.6 0.8 และ 1.0 kg per panel ที่ระยะห่างของตีนผีจักร เย็บไฟฟ้า 2 ค่า (0 mm และ 6 mm ) พบว่าการผลิตตับหญ้าที่น้าหนัก 0.8 kg per panel ระยะตีนผีแบบห่าง จะได้ตับหญ้ามีคุณภาพ ดีที่สุด มีการใช้พลังงานอยู่ในช่วง 0.0060 – 0.0090 kWh per panel การทดสอบผลิตแบบต่อเนื่อง ที่น้าหนัก 1.0 kg per panel โดยใช้ตีนผีแบบห่าง มีอัตราการใช้พลังงานเฉลี่ยประมาณ 0.205 kWh hr-1 และอัตราการผลิตเท่ากับ 14.9 panel h-1 มีประสิทธิภาพ การผลิตเท่ากับ 85% และจากการวิเคราะห์เศรษฐศาสตรวิศวกรรมพบว่าจุดคุ้มทุนการผลิตอยู่ที่ 1,925 panel year-1 และมีระยะเวลา การคืนทุนอยู่ที่ 11 เดือน คาสาคัญ: หญ้าแฝก, วัสดุมุงหลังคา, เครื่องจักรกึ่งอัตโนมัติ Abstract The aim of this research was to develop the semi automatic vetiver grass roofing material making machine and evaluate its performance and quality of finished products.The prototype is a semi automatic operation started by feed the grass on tray of the machine. After that, mechanism powered by pneumatic actuators are folded the grass sheet and move them to sew by the electric sewing. Finally, the folded grass issewn with the wood stick. A grass weights ( 0. 6, 0. 8 and 1. 0 kg) per panel and gaps of electric sewing presser foot ( 0 mm and 6 mm) were varied to test the operation of prototype. The results show that the 0. 8 kg per panel of grass and gap 6 mm of sewing presser footis the apropriate condition of the prototype to produces the quality grass panel and the energy consumption is in range of 0. 0060 - 0. 0090 kWh per panel of grass. The continuos test show that the average energy consumption, capacity and efficiency are 0.205 kWh hr-1, 14.9 panel h-1 and 85% respectively. The break even point of this prototype are 1,925 panel year-1 when operate at 11 Months of working time. Keywords: Vetiver grass, Grass roofing material, Semi-automatic machine

93


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 1 บทนา

หญ้าแฝกเป็นพืชพื้นเมืองของไทยที่สามารถเติบโตได้ง่ายใน ทุกภูมิภาคของประเทศ คนไทยใช้ประโยชน์จากใบของหญ้าแฝก เป็นวัสดุมุงหลังคา เรียกการกรองแฝก และได้เป็นตับหญ้าแฝก เพื่อมุงเป็นหลังคาได้ดัง Figure 1 เนื่องจากเป็นวัสดุที่หาได้ง่ายใน ท้องถิ่น หากใช้ตับหญ้าแฝกที่กรองได้อย่างสม่าเสมอ มีความหนา เพียงพอ เมื่อนามามุ่งหลังคาด้วยวิธีการที่เหมาะสม พบว่าหลังคา ที่ได้มีความคงทน สามารถป้องกันการรั่วซึมของน้าฝนได้ดีและมี จุ ด เด่ น ที่ ส าคั ญ คื อ เป็ น ฉนวนป้ อ งกั น ความร้ อ นได้ อ ย่ า งดี ยิ่ ง (Saisang et al., 2018a)

(c) bunches tied on wood rod (d) vetiver grass panel Figure 2. The process of vetiver roofing material manufacturing

(a) Sewing machine (b) Seam stitched Figure 3. Sewing machine and its seam stitched.

Figure 1.Vetiver roofing. ปัจจุบันปริมาณความต้องวัสดุมุงหลังคาจากแฝกมีสูงมาก ทั้ง ใช้ มุ งหลั งคาที่ อ ยู่ อ าศั ย ใช้ ใ นการตกแต่ งภู มิ ทั ศ น์ ข องโรงแรม ร้านอาหารและสถานที่ท่องเที่ยวต่าง ๆ อย่างไรก็ตามการผลิตตับ แฝกทุ ก ขั้ น ตอนยั งใช้ มื อ ในการปฏิ บั ติ เพราะมี ข้ อ จ ากั ด คื อ มี ขั้นตอนที่ยุ่งยากและใช้เวลาในการผลิตนาน ขั้นตอนการผลิตวัสดุ หลังคาจากหญ้าแฝกด้วยมือได้แสดงใน Figure 2 เริ่มจาก (a) การตากหญ้าให้แห้งด้วยแสงแดด (b) จากนั้นมัดหญ้าทีละก้านไม้ (เรียกการกรองหรือไพหญ้า) (c) เมื่อมัดจนเต็มความยาวของก้าน ไ ม้ จ ะ ไ ด้ ( d) ตั บ ห ญ้ า ส า ห รั บ ใ ช้ ง า น ต่ อ ไ ป ( Bansuan suppayanaidin, 2013) จากงานวิ จั ย ของ Saisang et al. (2018b) ได้แสดงการออกแบบเครื่องจักรผลิตตับหญ้าแฝกที่มี การทางานด้วยจักรเย็บกระสอบไฟฟ้าและกลไกแทนการทาด้วย มื อ ตั ว อย่ า งการเย็ บ แสดงดั ง Figure 3 และมี ก ารใช้ ค าสั่ ง Motion Analysis ในโปรแกรม SolidWorks ในการออกแบบ การทางานและหาขนาดของต้นกาลังของแต่ละกลไกด้วย

(a) Grass drying

งานวิ จั ย นี้ มี วั ต ถุ ป ระสงค์ เ พื่ อ ท าการสร้ า งเครื่ อ งจั ก ร กึ่งอัตโนมัติสาหรับผลิตวัสดุมุงหลังคาจากหญ้าแฝกและทดสอบ การทางานของเครื่องและคุณภาพของตับหญ้าที่ผลิตได้ตามแนว ทางการออกแบบที่ Saisang et al. (2018b) ได้นาเสนอไว้ 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 กลไกของเครื่องจักร

2.1.1 เครื่องต้นแบบ และ หลักการทางาน เครื่องจักรต้นแบบได้ถูกออกแบบให้มีส่วนประกอบ (Figure 4) และได้นามาสร้างเครื่องต้นแบบ (Figure 5) ซึ่งมีการ ทางานดังนี้ 1. การทางาน (Figure 4) เริ่มต้นด้วยกลไกกดทับรายหญ้าให้ อยู่กับที่ (หมายเลข 2) และ กลไกตรึงไม้ (หมายเลข 3) จะเลื่อน ขึ้น เพื่อให้ทาการวางรายหญ้าแฝกไว้บนถาด (หมายเลข 6 ใน Figure 4 และ Figure 6a) และจัดเรียงให้ได้ความหนาและขนาด ตามต้ อ งการ หลั งจากนั้น ผู้ ปฏิบั ติ จะวางก้ านไม้บนรายหญ้าที่ ตาแหน่ง หมายเลข 7 (Figure 4 และ Figure 6b) 2. ดั น คั น โยกกลไกจั บยึ ด ไม้ (Figure 6b) จั บ ยึ ด ไม้ บนราย หญ้า (Figure 6c) จากนั้นกลไกการพับ (หมายเลข 1 Figure 4) จะหมุนพับรายหญ้าให้ทบกับก้านไม้ (Figure 6d) 3. กลไกกดทับรายหญ้าให้อยู่กับที่ (หมายเลข 2 Figure 4) จะเลื่อนลงเพื่อกดรายหญ้า ที่พับแล้วและทาการดันคันโยกกลไก จับยึดไม้กลับตาแหน่งเดิม (Figure 6e) หลังจากนั้นกลไกการพับ และกลไกตรึงไม้จะเคลื่อนที่กลับตาแหน่งเริ่มต้น(Figure 6f)

(b) Lace a grass bunch

94


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 4. ถาดจะเลื่อนและนารายหญ้าที่พับทบบนก้านไม้แล้ว เข้าสู่ จั ก รเย็ บ ไฟฟ้ า (หมายเลข 4 ใน Figure 4) โดยมอเตอร์ไฟฟ้า (หมายเลข 5 ใน Figure 4) จักรเย็บไฟฟ้าจะเย็บทบรายหญ้าให้ ติดกัน (Figure 6g) เมื่อเย็บเสร็จกลไกกดทับแผงหญ้าให้อยู่กับที่ จะเลื่ อ นขึ้ น เพื่ อ ให้ ห ยิ บ ตั บ หญ้ า ส าเร็ จ ออกมาได้ (Figure 6h) จากนั้นขั้นตอนการผลิตนีจ้ ะเสร็จสิ้น 5. หลังจากนั้นกลไกทั้งหมดจะย้ายกลับไปที่ตาแหน่งเริ่มต้น และรอการดาเนินการการผลิตถัดไป

Moving down Unlocked position

(e)

(f)

(g) (h) Figure 6. The operation of prototype machine.

Figure 4. Component of prototype machine.

Figure 5. Prototype machine. Grip lock Handle bar

(a)

Wood stick

(b) Locked position

Wood stick

(c)

(d)

95

2.1.2 กลไกของเครื่องจักร การเคลื่ อ นที่ แ ละต้น ก าลัง ขั บ เคลื่ อ นของกลไกต่า งๆมีการ ทางานดังนี:้ 1. กลไกการพั บ รายหญ้ า ทบบนแกนไม้ ใ ช้ ต้ น ก าลั ง จาก กระบอกสูบนิวแมติกส์ ขนาด 6.3 cm มีระยะชัก 15 cm กลไก ทางานจากการเคลื่อนที่เชิงเส้นเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่เชิงมุม โดยใช้กลไกเฟืองบรรทัดกับเฟืองฟันตรง (Figure 7a) 2. กลไกกดทั บ รายหญ้ า ให้ อ ยู่ กั บ ที่ จะถู ก ขั บ เคลื่ อ นด้ ว ย กระบอกสูบนิวแมติกส์ขนาด 4 cm มีระยะชัก 20 cm จานวน 2 กระบอกติดตั้งที่ขอบของถาดทั้งสองฝั่งกลไกทางานเปลี่ยนการ เลื่อนของกระบอกสูบในแนวนอนไปสู่การยกในแนวตั้งโดยกลไก x-lift (Figure 7b) 3. กลไกตรึงไม้ จะถูกขับเคลื่อนด้วยกระบอกสูบนิวแมติกส์ ขนาด 3 cm มีระยะชัก 10 cm เพื่อยกบาร์เหล็กขึ้นเพื่อขวางไม้ ไม่ให้เคลื่อนที่ (Figure 7c) 4. กลไกการเย็ บ กลไกนี้ ใ ช้ จั ก รเย็ บ กระสอบรุ่ น GK26-1A (Figure 7d) ในการทางาน 5. กลไกการเลื่อนถาดรายหญ้า ถูกขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ ไฟฟ้าขนาด 60 W 24 V ด้วยความเร็ว 21 rpm และการเคลื่อนที่ เชิงเส้นของถาดจะถูกส่งผ่านด้วยกลไกเฟืองตรงและเฟืองบรรทัด (Figure 7e) 6. กลไกจั บ ยึ ด ไม้ เป็ น กลไกที่ ถู ก เพิ่ ม เข้ า มาตอนสร้ า ง เครื่ อ งต้ น แบบเพื่ อ ช่ ว ยผ่ อ นแรงในการจั บ ยึ ด ไม้ ใ ห้ แ น่ น ยิ่ ง ขึ้ น (Figure 7f)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 ใช้ลมอัดความดัน 6 bar ในการขับเคลื่อนกระบอกสูบนิว แม ติกส์ ควบคุมการทางานทั้งหมดด้วย PLC และอัตราการไหลของ ลมอัด 58.08 L min-1 ซึ่งเป็นไปตามที่ Saisang et al., (2018c) ได้รายงานไว้แล้ว

6 mm 0 mm

(a) No gap (b) with gap Figure 8. Presser foot gap. (a)

(b)

Bar

(c)

ก่อนการผลิตตับหญ้าด้วยเครื่องต้นแบบต้องมีการเตรียมหญ้า ก่อน โดยการชั่งน้าหนักหญ้าแห้ง (Figure 9a) ตามต้องการแล้ว ทาการมัดด้วยเชือกไว้เพื่อความสะดวกในการเคลื่อนย้าย (Figure 9b) และก่ อ นน ามาทดสอบควรน ามัด หญ้า ไปพรมน้า ก่อนเพื่อให้วางรายหญ้าได้ง่าย ไม่บาดมือ และป้องกันการหักของ หญ้าในขั้นตอนการพับหญ้าของเครื่อง

(d) Pinion

Rack

(a) (b) Figure 9. Preparation of grass.

(e) (f) Figure 7. The operation of mechanism. 2.2 การทดสอบ

2.2.1 การทดสอบการผลิตตับหญ้า การทดสอบจะใช้ ห ญ้ า คาแทนเนื่ อ งจากมี ลั ก ษณะทาง กายภาพใกล้เคียงกัน มากและหาได้ ง่ายในท้องถิ่น ที่ดาเนินการ วิจัย โดยจะทดสอบการผลิตแบ่งตามน้าหนักแห้งของหญ้าต่อตับ เป็น 0.6 0.8 และ 1.0 kg และทดสอบตามลักษณะตีนผีของจักร เย็บกระสอบโดยจะแบ่งเป็นตีนผีแบบชิด (ระยะห่าง 0 mm) และ ตีนผีแบบห่าง (ระยะห่าง 6 mm) (ดังแสดงใน Figure 8 ) ทาการ ทดสอบน า (Pilot test) ที่ ก ารผลิต หญ้าน้ าหนั ก ต่อตั บ 0.6 kg และ 0.8 kg เพื่อตัดสินใจเลือกระยะห่างของตีนผีที่เหมาะสมโดย ทาซ้าจานวน 10 ซ้า ต่อ 1 การทดสอบ ระยะห่างตีนผีที่เหมาะสม จะถูกใช้ในการผลิตตับหญ้าที่น้าหนัก 1.0 kg ต่อไป

2.2.2 คุณภาพของตับหญ้าทีผ่ ลิตได้ ตับหญ้าที่ผลิตได้จะถูกนามาวิเคราะห์คุณภาพตามเงื่อนไขที่ กาหนดขึ้นดังนี้ 1) ช่วงต้นมีการเย็บผิดรูป 2) แนวพับของตับหญ้าเอียง 3) ปลายการเย็บไม่สมบูรณ์ 4) การกระจายตัวไม่สม่าเสมอ 5) เย็บ ไม่สาเร็จ 6) ด้ายขาด และ 7) ก้านไม้หลุดจากชุดจับ 2.2.3 การทดสอบผลิตแบบต่อเนื่อง ใช้ระยะห่างของตีนผีจักรไฟฟ้าและน้าหนักหญ้าที่ให้คุณภาพ การผลิตที่ดีที่สุดมาใช้ในการทดสอบผลิตตับหญ้าแบบต่อเนื่อง จานวน 40 kg วิเคราะห์คุณภาพของตับหญ้าตามข้อ 2.2.2 และ คานวณหา ประสิทธิภาพการผลิต (Efficiency) อัตราการทางาน (Capacity) และความสิ้ น เปลื อ งพลั ง งานจ าเพาะ (Specific Energy Consumption, SEC) ตามสมการ (1) (2) และ (3)

96


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 Number of Good product จะเกิดขึ้นในการทดลองผลิตหญ้าที่มีตีนผีแบบชิดและเกิดมากขึ้น Efficiency  x 100 (1) เมื่อทดสอบผลิตที่น้าหนักหญ้าแห้งเพิ่มขึ้น จากปัญหาและผลการ Number of total product ทดสอบที่ได้ทาให้ทราบว่า การทดลองที่น้าหนักหญ้าแห้ง 0.8 kg Number of product Capacity  (2) ตีนผีแบบห่าง จะผลิตตับหญ้าได้คุณภาพดีที่สุด จากนั้นได้ทาการ Time (hour) ทดสอบโดยเพิ่มโดยการเพิ่มน้าหนักหญ้าแห้งเป็น 1 kg และปรับ Total energy (kWh) SEC = (3) ตีนผีแบบห่างเพื่อให้ได้ตับหญ้า ใกล้เ คียงกับน้าหนักตับหญ้า ที่มี Number of total product จาหน่ายในท้องตลาด ได้ผลตาม Figure 14 และทาการวิเคราะห์ผลเชิงเศรษศาสตร์ เพื่อหาจุดคุ้มทุนของ การใช้งานเครื่องต้นแบบนี้ 3 ผลและวิจารณ์

การวิเคราะห์คุณภาพของตับหญ้า ตับหญ้าที่ผลิตได้ จากเครื่องจักรต้นแบบเมื่อนามาวิเคราะห์ คุณภาพตามเงื่อนไขในหั วข้ อ 2.2.2ได้ผลตาม figure 12 และ figure 13

Figure 14. Incomplete percentage of grass roofing material weight 1.0 kg พบว่าปัญหาที่สังเกตเห็นได้ชัดคือ 1) ปัญหาช่วงต้นมีการเย็บ ผิดรูปเพราะว่าเมื่อน้าหนักหญ้าแห้งเพิ่มขึ้นจะทาให้ตับหญ้า มี ความหนามากขึ้นจึงวิ่งผ่านช่องว่างของการเย็บได้ยากขึ้นลักษณะ ปัญหาและสาเหตุมีดังนี้ 1.ช่วงต้นมีการเย็บผิดรูป (Figure 15) รอยเย็บเอียงเกิดจาก ขณะที่ตับหญ้าวิ่งเข้าสู่จักรเย็บ ตีนผีจะพยายามยกตัวขึ้นเพื่อกด ตับหญ้าในจังหวะนี้จักรเย็บจะเย็บหญ้า ในส่วนด้านล่างของตับ หญ้าก่อนทาให้ช่วงต้นของตับหญ้า มีรอยเย็บที่ผิดรูป พบสูงสุดที่ ทดสอบแบบตีนผีแบบชิด เนื่องจากตีนผียกตัวขึ้นเพื่อกดทับตับ หญ้าได้ยากกว่าการทดลองโดยตีนผีแบบห่าง

Figure 12. Incomplete percentage of grass roofing material weight 0.6 kg

Figure 13. Incomplete percentage of grass roofing material weight 0.8 kg Figure 15. Wrong sewing at the first of operation. ปัญหา 3) ปลายการเย็บไม่สมบูรณ์ 5) เย็บไม่สาเร็จ 6) ด้าย ขาด 7) ก้านไม้หลุดจากชุดจับ สามารถเกิดขึ้นได้ทุกเงื่อนไขการ 2.แนวพับของตับหญ้าเอียง (Figure 16) เกิดจาก 2 กรณี ทดสอบ ปัญหา 4) การกระจายตัวไม่สม่าเสมอและ 2)แนวพับ คือ 1) ขณะพับรายหญ้ามีการเลื่อนของตับหญ้า 2) เกิดการติดขัด ของตับหญ้าเอียงส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในการทดลองผลิตหญ้า ที่ ขณะท าการเย็ บ ซึ่ งจะส่ งผลให้ แ นวพั บ ของหญ้ า เอี ย งตามการ น้าหนักหญ้าแห้ง 0.6 kg และ 1) ปัญหาช่วงต้นมีการเย็บผิดรู ป

97


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 เคลื่อนที่ของถาดเลื่อน ซึ่งปัญหานี้พบมากที่การทดสอบผลิตหญ้า น้าหนัก 0.6 kg เพราะว่ารายหญ้ามีความหนาน้อยเกินไปจึงไม่ สามารถกดหญ้าให้แน่นได้ในขั้นตอนการพับ

6.ด้ายขาด เกิดจากบางช่วงของการเย็บด้ายมีความตึงมาก เกินไปทาให้ด้ายขาดขณะเย็บ ซึ่งพบปัญหานี้น้อยมาก 7.ก้านไม้หลุดจากชุดจับ (Figure 19) เกิดจาก 1) การจับยึด ไม้ไม่แน่น 2) ไม้ไม่สามารถทนแรงที่ใช้ในการดัดรายหญ้าทั้งตับได้ ทาให้เกิดการบิดงอหรือหักได้ 3) ถ้าหญ้ามีความหนามากขึ้นจะ ทาให้จับยึดไม้ได้ยากขึ้นไปด้วย

Figure 16. Incline folded grass panel 3.ปลายการเย็บไม่สมบูรณ์ (Figure 17) คือ ช่วงสิ้นสุดการ เย็บเกิดรอยตะเข็บหลุด เกิดจากขั้นตอนการตัดด้าย หากปลาย ของตั บหญ้าอยู่ใกล้กับจักรเย็บ มากเกินไปทาให้ตัดด้ายได้ยาก เกิดด้ายหลุดออกส่งผลให้หญ้าตรงปลายตับหญ้าหลุดออกมาด้วย ซึ่งปัญหานี้พบได้ทุกเงื่อนไขการทดสอบ

Figure 17. Incomplete sewing at the end of operation

Figure 19. Wood stick fell from the mechanism จากการวิเคราะห์คุณภาพของตับหญ้า เราจะสามารถแบ่ง คุณภาพของตับหญ้าออกเป็น 3 ประเภท คือ 1) ตับหญ้าสมบูรณ์ (ไม่เกิดปัญหาในการผลิตเลย) 2) ตับหญ้าที่สามารถแก้ไขด้วยมือ แล้วนากลับมาใช้ได้ (เกิดปัญหาตามข้อ 1-4) และ 3) ตับหญ้าที่ ไม่สามารถแก้ไขด้วยมือได้ (เกิดปัญหา 5-7) การทดสอบแบบต่อเนื่อง ผลการวิเคราะห์คุณภาพตามเงื่อนไขข้อ 2.2.2 ดังแสดงใน Figure 20

4.การกระจายตัวไม่สม่ าเสมอ คือ หญ้า มีการกระจายตัว ตลอดทั้งตับไม่เท่ากัน เกิดจากขั้นตอนการเรียงหญ้าด้วยมือ โดย ปัญหานี้ส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในการทดสอบผลิตหญ้าที่น้าหนัก 0.6 kg เพราะว่าจานวนหญ้าน้อยเกินไป

Figure 20. Incomplete percentage of grass roofing Material in continuos test

Figure 18. Poor distribution of grass. 5.เย็บไม่สาเร็จ คือ มีบางส่วนของตับหญ้า เย็บไม่ได้เพราะ การเย็บมีการติดขัดซึ่งปัญหานี้พบได้น้อยมาก

โดยพบปัญหาคือ 1) ช่วงต้นมีการเย็บผิดรูปเกิดขึ้นมากที่สุดที่ 32.5% ซึ่งเกิดจากหญ้ามีความหนามากเกินไปและปัญหาที่เกิด น้อยที่สุดคือ 2) แนวพับของตับหญ้า เอียง 3) ปลายการเย็บไม่

98


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 สมบูรณ์ และ 7) ก้านไม้หลุดจากชุดจับ เกิดขึ้นน้อยที่สุดที่ 2.5% ในการผลิตตับหญ้า 40 อัน เมื่อคานวณประสิทธิภาพการผลิต ตามสมการที่ (1) จะได้ ตั บ หญ้ า สมบู ร ณ์ 37.5% ตั บ หญ้ า ที่ สามารถแก้ไขด้วยมือแล้วนากลับมาใช้ได้ 47.5% และ ตับหญ้าที่ ไม่สามารถแก้ไขด้วยมือได้ 15% ใช้พลังงานในการผลิตทั้งหมด 0.5513 kWh และใช้เวลาในการผลิตทั้งหมด 161 min 10 sec ได้อัตราการใช้พลังงานเฉลี่ยประมาณ 0.0137 kWh per panel หรือ 0.205 kWh hr-1 และมีอัตราการผลิตเท่ากับ 14.9 panel hr-1 จากการวิ เ คราะห์ เ ศรษฐศาสตรวิ ศ วกรรม อ้ า งอิ ง อั ต รา ดอกเบี้ยธนาคารแห่งประเทศไทย (Bank of Thailand, 2018) ที่ ราคาเครื่องต้นแบบเท่ากับ 93,320 Baht และกาไรในการผลิต ตั บ หญ้ า อยู่ ที่ 8 Baht per panel (Panomrung yaka, 2018) พบว่ า จุ ด คุ้ ม ทุ น การผลิ ต อยู่ ที่ 1,925 panel year-1 และมี ระยะเวลาการคืนทุนอยู่ที่ 11 month (Yamphean, 2003)

6 เอกสารอ้างอิง

Bank of Thailand. (2018). Deposite interest rate. Available at: https://www.bot.or.th/thai/statistics/ financialmarkets/interestrate/_layouts/application/i nterest_rate/in_rate.aspx. Accessed on 16 December 2018. Bansuan suppayanaidin. 2013. How to make grass roofting material by mae thawon. Available at: https://www.facebook.com/pg/suppayanaidin/phot os/?tab=album&album_id=595534600500143. Accessed on 16 December 2018. (In Thai). Panomrung yaka. 2018. Grass roof. Available at:http://www.tanachai12.com. Accessed on 16 Desember 2018. (In Thai) Saisang, Kridsada; Treeamnuk, Krawee; Treeamnuk, 4 สรุป Tawarat. 2018a. Conceptual design study of semiจากการทดสอบการผลิ ต ตั บ หญ้ า ด้ ว ยเครื่ อ งจั ก รในแต่ ล ะ automatic Machine for the production of vetiver น้าหนัก และลักษณะตีนผีของจักรเย็บกระสอบพบว่า การทดลอง grass roofing. Proceedings of 7th PHAYAO research ที่ น้ าหนั ก หญ้ า แห้ ง 0.8 kg ตี น ผี แ บบห่ า ง จะผลิ ต ตั บ หญ้ า ได้ conference 2018, 912-922: Phayao University. 25-26 คุณภาพดีที่สุด และเมื่อเพิ่มน้าหนักหญ้าในการทดสอบจะทาให้ January 2018. Phayao, Thailand. เกิดปัญหาช่วงต้นมีการเย็บผิดรูปเพิ่มขึ้น มีการใช้พลังงานเฉลี่ยใน Saisang, Kridsada; Treeamnuk, Krawee; Treeamnuk, การผลิตตับหญ้าในแต่ละตับอยู่ในช่วง 0.0060 – 0.0090 kWh Tawarat. 2018b. Desirable Specification of Vetiver และเมื่อเพิ่มน้าหนักหญ้า ในการผลิตมากขึ้นจะทาให้ใช้เวลาใน Grass Roofing Making Machine. Proceedings of the การผลิ ต มากขึ้ น ในการทดสอบผลิ ต แบบต่ อ เนื่ อ ง 40 ตั บ ที่ Asian Conference on Sustainability, Energy & the น้าหนัก 1.0 kg โดยใช้ตีนผีแบบห่าง ปัญหาที่พบมากที่สุดคือ ช่วง Environment 2018 Official Conference, 84. Art ต้นมีการเย็บผิดรูปเกิดขึ้นมากที่สุดที่ 32.5% และปัญหาที่เกิด Center Kobe, Japan: IAFOR.8-10 June 2018, Kobe, น้อยที่สุดคือ แนวพับของตับหญ้า เอียง ปลายการเย็บไม่สมบูรณ์ Japan. และ ไม้ ห ลุ ด จากชุ ด จั บ เกิ ด ขึ้ น น้ อ ยที่ สุ ด ที่ 2.5% ได้ ตั บ หญ้ า Saisang, Kridsada; Treeamnuk, Krawee; Treeamnuk, สมบูรณ์ 37.5% ตับหญ้าที่สามารถแก้ไขด้วยมือแล้วนากลับมา Tawarat. 2018c. Limitation of Mechanism and ใช้ได้ 47.5% และ ตับหญ้าที่ไม่สามารถแก้ไขด้วยมือได้ 15% มี powertrain in Vetiver Grass Roofing Making Machine. อัตราการใช้พลังงานเฉลี่ยประมาณ 0.205 kWh hr-1 และอัตรา Proceeding of “The 11th TSAE National conference, การผลิ ต เท่ า กั บ 14.9 panel per hr และจากการวิ เ คราะห์ 275-280: Chulabhorn International Convention เศรษฐศาสตรวิศวกรรม ราคาเครื่องเท่ากับ 93,320 Baht และ Center, Kasetsart University, Hua Hin, Prachuap Khiri ก าไรในการผลิต ตับ หญ้า อยู่ ที่ ราคา 8 Baht per panel พบว่ า Khan, 26-27 April 2018. Thailand. (In Thai). จุดคุ้มทุนอยู่ที่ 1,925panel year-1 และมีระยะเวลาการคืนทุน Yampean, Paiboon. 2003. Engineering economic. Seอยู่ที่ 11 month education Public Company, Bangkok, Thailand. ( In Thai). 5 กิตติกรรมประกาศ ผู้วิจัยขอขอบคุณมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารีที่สนับสนุน งานวิจัยนี้

99


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia

สัมประสิทธิ์ความขรุขระของคูสงนําผาใบคอนกรีต Roughness Coefficient of Concrete Fabric Ditch อรอุมา ปญจมาศ1, สุดทวี วานิชจรัสกิจ1, ศิริพรรณ จามรมาน1 และ สมชาย ดอนเจดีย1,*  Aornuma Panjamas1, Sudtawee Wanitjaratkit1, Siriphan Jamornman1 and Somchai Donjadee1,* 1ภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน,

คณะวิศวกรรมศาสตร กําแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน, จ.นครปฐม, 73140 of Irrigation Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsarn, Kasetsart University – Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 *Corresponding author: e-mail: fengscd@ku.ac.th 1Department

บทคัดยอ งานวิจัยนี้ไดทําการศึกษาเพื่อประมาณคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่งของคูผาใบคอนกรีต โดยการสรางคูสงน้ําหนาตัด รูปสี่เหลี่ยมคางหมู ที่มีความกวางกนคลอง 0.35 m ความลาดชันดานขาง 2:1 (ดิ่ง: ราบ) ยาว 38 m ความลาดชันทองคู 1:200 ผาใบ คอนกรีตถูกนํามาปูทับผิวหนาแบบซอนทับกัน 10 cm ทุกระยะ 1 m ในการทดลองนี้ไดใชอัตราการไหล 25 คา แปรผันตั้งแต 8.43 44.10 L s-1 จากการศึกษาพบวาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่งมีคาอยูระหวาง 0.017 - 0.025 โดยเมื่ออัตราการไหลเพิ่มขึ้น จะทําใหคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่งลดลง โดยคาสัมประสิทธิ์ดังกลาวนี้จะเปนประโยชนตอการออกแบบขนาดหนาตัดของ ทางน้ําที่ปูดวยผาใบคอนกรีตอื่นตอไป คําสําคัญ: ผาใบคอนกรีต, สัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่ง, คูสงน้ํา Abstract This research was conducted to estimate the roughness coefficient of Manning’s (n) of concrete fabric. The concrete fabric ditch was constructed in the irrigation laboratory with a trapezoidal section. The cross section is the bottom width 0.35 m, side slope 2:1 (vertical: horizontal), length 38 m, bottom slope 1: 200. Concrete fabric is paved over the surface by overlay every 1 m with the overlay width is 10 cm. The flow rate was 25 variable ranging from 8.43 - 44.10 L s-1. The results of the experimental study were presented and shown that the roughness coefficient decrease as the discharge increase. The value of the roughness coefficient ( n) was between 0. 017 0. 025. This coefficient is useful for the design of the cross- sectional size of the open channel flow that is paved with concrete fabric. Keywords: Concrete fabric, Manning’s roughness coefficient, Farm ditch ประสิท ธิภ าพยิ่ง ขึ้ น กล า วคือ หากไม มีคู สง น้ํ า การส งน้ํา ไปยัง 1 บทนํา แปลงนาที่ไกลออกไปตองสงผานแปลงนาลําดับที่ใกลกับคลองสง คูสงน้ํา (Farm ditch) เปนระบบสงน้ําลําดับสุดทายที่รับน้ํา น้ํากอนทําใหมีการสูญเสียน้ําอยางมาก คูสงน้ําที่กรมชลประทาน จากคลองซอย (Lateral) หรื อ คลองแยกซอย (Sub-lateral) สรางใหเกษตรกรนั้นมีสองแบบคือ คูคอนกรีตกับคูดิน คูสงน้ําจะ ผานทอสงน้ําเขานา (Farm turnout) ไปใหกับพื้นที่เพาะปลูกที่ มีประสิทธิภาพอยางสูงหากไมมีการสูญเสียเนื่องจากการรั่วซึม อยู ห า งจากคลองส ง น้ํ า ทํ า ให ส ามารถควบคุ ม น้ํ า ได อ ย า งมี เลย อยา งไรก็ตามหากคูสงน้ํา ที่สรางขึ้นเปนคูดินจะต องมีการ

100


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 รั่วซึมของน้ําผานชั้นดินอยางหลีกเลี่ยงไมได ปริมาณการรั่วซึมจะ ขึ้นอยูกับชนิดของดิน โดยหากเปนดินที่มีคาสัมประสิทธิ์การซึม น้ําสูงเชนดินทราย นอกจากนี้หากคูสงน้ํามีความยาวมากปริมาณ การสูญเสียน้ําก็จะมากดวย ทั้งนี้ปญหาที่มักพบของคูดินคือการ กั ด เซาะและวั ช พื ช ที่ ขึ้ น ในคู ส ง น้ํ า ดั ง กล า ว ซึ่ ง จะทํ า ให ประสิทธิภาพในการสงน้ําของคูสงน้ําลดลง การแกปญหาดังกลาว นั้นจําเปนตองดาดผิวคูสงน้ําดวยคอนกรีต เนื่องจากงบประมาณ ที่จํากัด หนวยงานของรัฐจึงไมสามารถสรางคูคอนกรีตไดทั้งหมด การแก ป ญ หาดัง กลาวจํ า เปน ตอ งหาวัสดุที่มีราคาถูก ลงและมี คาใชจายในการติดตั้งนอย เชน การใชพลาสติก PE ปูไปบนของคู สงน้ําซึ่งเปนวิธีที่ติดตั้งไดงายและรวดเร็ว อยางไรก็ตามพลาสติก PE ก็มีขอจํากัดเนื่องจากอายุการใชงานสั้นและไมสามารถทนตอ การฉีกขาดได ดังนั้ นถึงแมวาการใชพลาสติก PE จะเป นวิธีที่มี ตนทุนต่ําหากตองเปลี่ยนบอย ๆ ตนทุนก็จะสูงขึ้นเมื่อเทียบกับ อายุการใชงานของคูสงน้ํา ปจจุบันมีวัสดุชนิดใหมที่มีการใชงาน เหมือนพลาสติก PE แตมีความทนทานเหมือนคอนกรีต นั้นคือ ผ าใ บ คอ น ก รี ต ( Concrete fabric) แส ด งก า รใ ช ใ น ง า น ชลประทานดัง Figure 1 ซึ่งผาใบคอนกรีตเปนวัสดุกอสรางชนิด ใหมที่เรียกวา Geosynthetic Cementitious Composite Mats (GCCM) ประกอบไปดวยปูนซีเมนตที่อยูในชั้นกลางระหวางชั้น ของเส น ใยสั ง เคราะห แ ละวั ส ดุ กั น น้ํ า โดยที่ ผ า ใบคอนกรี ต มี คุ ณ สมบั ติ ยื ด หยุน สูง (Crawford, 2008 and Canvas, 2016) สามารถพับเปนมวนทําใหสะดวกตอการขนสงและเก็บรักษา เมื่อ ทําปฏิกิริยาไฮเดรชั่น (Hydration) ระหวางน้ํากับปูนซีเมนตที่อยู ในชั้นกลางของผาใบคอนกรีต จะทําใหผาใบคอนกรีตคงรูปและมี คุณสมบั ติ ที่กันน้ําและทนไฟได (Howard, 2013) บริษัทสยาม วิจัยและนวัตกรรม จํากัด ในเครือบริษัทปูนซิเมนตไทย จํ ากัด (มหาชน) ไดทําการวิจั ยและพัฒนาผาใบคอนกรีต ซึ่งเปนวัสดุ สํ า เร็จ รูป คล ายผา ที่สามารถดัดและตัดให มีลัก ษณะตามความ ต อ งการในการใช ง าน ทํ า ให แ ข็ ง ตั ว ได โ ดยการฉี ด พ น น้ํ า (Donjadee et al., 2016) ผาใบคอนกรีตจึงมีความเปนไปไดใน การนําไปใชงานไดหลากหลายรู ปแบบ ขอดีที่สําคัญของการใช ผ า ใบคอนกรี ต เป น วั ส ดุ ใ นก อ สร า งคื อ ช ว ยลดขั้ น ตอนและ ระยะเวลาในการกอสรางลงไดมาก ผาใบคอนกรีตจะเริ่มเซ็ตตัว เมื่อฉีดน้ําผานไป 2 ชั่วโมงและแข็งตัวเปนแผนคอนกรีตที่แข็งแรง ภายใน 24 ชั่วโมง (Donjadee et al., 2016) ดังนั้นการนําผาใบ คอนกรีตมาใชดาดผิวคูสงน้ําจึงเปนทางเลือกที่ดี เนื่องจากติดตั้ง ไดสะดวกและรวดเร็วคลายการติดตั้งพลาสติก PE แตมีอายุการ ใชงานที่ยาวนานกวาและมีราคาตอหนวยถูกกวาการใชคอนกรีต

อยางไรก็ตามการออกแบบขนาดคูสงน้ําตัวแปรที่สําคัญมาก สําหรับใชหาหนาตัดของคูสงน้ําเมื่อทราบปริมาณอัตราการไหล คื อ สั ม ประสิท ธิ์ ค วามขรุ ข ระของแมนนิ่ ง และเนื่ อ งจากผา ใบ คอนกรีตเปนวัสดุกอสรางชนิดใหม จึงยังไมมีผูวิจัยทานใดศึกษา หาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่ง ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงได ทําการศึกษาเพื่ อหาสัมประสิทธิ์ความขรุข ระของแมนนิ่ง เพื่อ นําไปใชในการคํานวณหาขนาดหนาตัดของคูสงน้ําตอไป

Figure 1 Farm ditch lining with concrete fabric 2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 การเตรียมแบบจําลองคูสงน้ํา รางทดลองในแปลงวิจัยของภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน คณะวิศวกรรมศาสตรกําแพงแสน เปนหนาตัดรูปสี่เหลี่ยมผืนผา ขนาดกวาง 1.2 m สูง 1.2 m ความยาวราง 38 m ดัง Figure 2a ถู ก นํ า มาดั ด แปลงให เ ป น คู ส ง น้ํ า ตามแบบมาตรฐานของกรม ชลประทาน ตามแบบหมายเลข 06-01-001 คูสงน้ํา ตามแบบ มาตรฐานของกรมชลประทานเปนคูหนาตัดสี่เหลี่ยมคางหมูที่มี ความกวางกนคลองตั้งแต 20 cm ถึง 60 cm โดยมีอัตราการไหล ออกแบบมากที่สุด ตั้งแต 0.03 - 0.18 m3 s-1 ขึ้นอยูกับชนิดของ คู ส ง น้ํ า ดั ง นั้ น ในการทดลองครั้ ง นี้ ไ ด จํ า ลองคู ดิ น ที่ มี ห น า ตั ด สี่เหลี่ยมคางหมูที่มีความกวาง 0.35 m มีความลาดชันดานขาง 2:1 (ดิ่ง:ราบ) สูง 70 cm ความลาดชันทองราง 1:200 ยาว 38 m จากนั้นผาใบคอนกรีตขนาดความกวาง 1 m ถูกนํามาปูทับบน ผิวดินตลอดความยาว 38 m (Figure 2b) และไดทําการกําหนด จุดตรวจวัดความลึกการไหลของน้ํา จํานวน 2 ตําแหนงตลอด ความยาวของคูผาใบ (Figure 2c) จากนั้นดําเนินการตรวจสอบ ความลาดชันทองคูดวยกลองวัดระดับและตรวจสอบขนาดหนา ตัดการไหลทั้ง 2 ตําแหนงที่ไดติดตั้งเครื่องมือวัดความลึกการไหล ไว

101


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 2.2 ขั้นตอนการทดลอง การทดลองไดดําเนินการเปดเครื่องสูบ น้ําเขาสูคู ผาใบตาม อั ต ราการไหลที่ กํ า หนด อั ต ราการไหลจะถู ก ตรวจวั ด ด ว ย เ ค รื่ อ ง มื อ วั ด อั ต ร า ก า ร ไ ห ล แ บ บ ส น า ม แ ม เ ห ล็ ก (Electromagnetic flow meter) ในการทดลองนี้ ไ ด ทํ า การ ทดลองด วยอั ตราการไหลทั้ ง หมด 25 คาซึ่งมีคาแปรผัน ตั้ งแต 8.43 - 44.10 L s-1 รอจนกระทั่ง การไหลของน้ํ า ในคู ผา ใบมี สภาวะการไหลเป น แบบคงที่ (Steady flow) จากนั้ น ทํ า การ ตรวจวัดระดับน้ําที่ติดตั้งจุดตรวจวัดความลึกการไหลของน้ําทั้ง 2 ตําแหนง

Figure 2a Experimental flume

Figure 2b Building up simulative ditch by clay and lining with concrete fabric

สมการที่ไดรับการยอมรับและเปนที่นิยมในการนํามาใชออกแบบ หนาตัดการไหล ดังสมการที่ 1 n

A5/3 S 1/ 2 QP 2/3

(1)

เมื่อ n คือ คาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่ง Q คือ อัตรา การไหลของน้ํา (m s-1) A คือ พื้ นที่ห นาตัดการไหลเฉลี่ย (m2) P คือเสนขอบเปยกเฉลีย่ (m) S คือ ความลาดชันของผิวน้ํา 3 ผลและวิจารณ การทดลองเพื่อหาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่งของ คูผา ใบคอนกรีต โดยทดลองกั บ คู ผา ใบรู ป สี่เ หลีย มคางหมูที่มี ความกวางกนคลอง 0.35 m และความลาดเทดานขาง 2:1 (ดิ่ง: ราบ) ที่อัตราการไหลทดสอบ 25 คาตั้งแตตั้งแต 8.43 - 44.10 L s-1 จากการทดลองพบวาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมน นิ่งมีคาตั้งแต 0.017 - 0.025 แสดงดัง Figure 3

Figure 3 Manning’ s roughness coefficient of concrete fabric and discharge

จาก Figure 3 แสดงใหเห็นวาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของ แมนนิ่ ง มีคา ลดลงเมื่อ อั ตราการไหลมีค า เพิ่มขึ้น โดยมีคา n = 0.025 ที่อัตราการไหล 8.43 L s-1 และลงลดคอนขางรวดเร็วมา อยูที่ 0.02 ที่อัตราการไหล 16 L s-1 หลังจากนั้นจะมีคาคอย ๆ ลดลงมาอยูที่ 0.018 ที่อัตราการไหล 30 L s-1 และลดลงนอยมาก จนเกือบเขาใกลคาคงที่ที่ n = 0.017 เมื่ออัตราการไหลมากกวา 40 L s-1 ซึ่ง มีค วามสอดคลอ งกั บนักวิจั ยหลายทา น (Lau and Afshar, 2005; Kopecki et al., 2017; Chang et al., 2010) ที่ กลาววา คา n จะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการไหลลดลงเนื่องจาก เมื่อ อัตราการไหลลดลงจะทําใหระดับน้ําลดลงดวยเพราะในขณะที่ Figure 2c Installation of water depth meter ระดับ น้ํ าในทางน้ําธรรมชาติลดลงมาก ๆ อิ ทธิพลของความไม 2.3 การวิเคราะหหาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระ สม่ําเสมอของทองน้ําจะเพิ่มขึ้ นจึงสงผลใหค า n เพิ่มขึ้น ดังนั้น การคํานวณการตรวจสอบคาสัม ประสิทธิ์ความขรุขระของ งานวิจัยนี้จึงไดทําการหาความสัมพันธระหวางความลึกของน้ํากับ แมนนิ่ง จะไดประยุกตใชสมการของ Robert Manning ซึ่งเปน คา n แสดงดัง Figure 4

102


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 การทดสอบหาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่งกรณีที่ไมมี อิทธิพลของการตอผาใบ

Figure 4 Manning’s roughness coefficient of concrete fabric and water depth

5 กิตติกรรมประกาศ คณะผูวิจัยขอขอบคุณบริษัท สยามวิจัยและนวัตกรรม จํากัด ในเครื อ บริ ษั ท ปู น ซี เ มนต ไ ทย จํ า กั ด (มหาชน) ที่ ส นั บ สนุ น ผลิตภัณฑสําหรับ การวิจั ย และภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน คณะวิ ศ วกรรมศาสตร กํ า แพงแสน ที่ อ นุ เ คราะห เ ครื่ อ งมื อ อุปกรณ งบประมาณ และสถานที่ในการศึกษาวิจัย

6 กิตติกรรมประกาศ W. Crawford, 2008. Concrete cloth- Flexible fibrous cement. Concrete (London), 42, pp. 15-16 Concrete Canvas, 2016. Concrete Impregnated Fabric, http: / / www. concretecanvas. com/ media- andliterature/. Accessed on 20th April 2016. B. C. Howard. ( 2013) . “ Behind the Viral Sensation: Concrete Canvas Goes Beyond Fast- Deploying Shelters. ” Available on: http://voices.nationalgeographic.com/2013/03/20/c oncrete- canvas- goes- beyond- fast- deployingshelters/, 2013. Somchai Donjadee, Nitirach Sanguanduan, Chirakarn Sirivitmaitrie. 2016. Study and research how to use concrete fabric for irrigation and flood protection. Department of irrigation engineering, Kasetsart University, Nakhon Pathom (in Thai) 4 สรุป T.W.Lau, and N.R. Afshar., 2005. Effect of roughness on ค า สั ม ประสิ ท ธิ์ ค วามขรุ ข ระของคู ผ า ใบคอนกรี ต หน า ตั ด discharge UNIMAS e-Journal of civil engineering 4(3) สี่เหลี่ยมคางหมูที่มีความกวางกนคู 0.35 m ความลาดชันดานขาง Ianina Kopecki, Matthias Schneider, Jeffrey A. Tuhtan, 2:1 มีคาอยู ระหวา ง 0.025 - 0.017 สํ าหรับ อั ตราการ 8.43 2017. Depth-dependent hydraulic roughness and its -1 44.10 L s โดยเมื่ออัตราการไหลหรือความลึกการไหลเพิ่มขึ้น impact on the assessment of hydropeaking, Science จะทําใหคา n มีคาลดลง โดยการตอทาบแบบซอนทับจะสงผลให of The Total Environment, 575, P 1597-1605. ผิวของคูผาใบไมมีความราบเรียบ มีอิทธิพลทําใหคา n สูงขึ้นเมื่อ Te- Hsing Chang, Shen- Ting Huang, Shinne Chen, Junความลึกการไหลมีคานอย เนื่องจากผาใบคอนกรีตเปนวัสดุที่ไม Cheng Lai. 2010. Estimation of Manning roughness แข็ง ตัว ถาวรกลา วคือ สามารถปรั บ สภาพให เ ป น ไปตามพื้ นผิว coefficients on precast ecological concrete blocks. ดังนั้นหนาตัดของคูผาใบจะไมสม่ําเสมอเทากันตลอดความยาว Journal of marine science and technology, 18( 2) , หากผ า ใบคอนกรี ต ถู ก นํ า ไปปู กั บ คู ส ง น้ํ า ที่ ขุ ด ขึ้ น มี ห น า ตั ด ไม pp.308-316. สม่ํา เสมอ ดัง นั้ นการศึก ษาตอ ไปควรจะพิ จารณาอิทธิ พ ลของ ความไมสม่ําเสมอของหนาตัดคูสงน้ําผาใบคอนกรีต และควรทํา จาก Figure 4 แสดงใหเห็นวาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของ แมนนิ่ ง มี ค า ลดลงเมื่ อ ความลึ ก การไหลมี ค า เพิ่ ม ขึ้ น ทั้ ง นี้ ค า สัมประสิทธิ์ความขรุขระของแมนนิ่งมีคาลดลงอยางรวดเร็วจาก คา n = 0.025 ที่ ความลึ กการไหล 5.4 cm จนเหลือ 0.019 ที่ ความลึกการไหล 7 cm และคอย ๆ ลดลงที่ละนอยเมื่อความลึก การไหลเพิ่มขึ้น จากการทดลองพบวาคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระ ของแมนนิ่งที่สูงมากในชวงที่มีความลึกการไหลนอย ๆ เปนผลที่ เกิดจากรอยเชื่อมตอแผนผาใบคอนกรี ต ซึ่งการเชื่อมตอผาใบ คอนกรีตจะตองทําการซอนทับทําให เกิดรอยนูนประมาณ 1.2 cm ทุกๆระยะ 1 m ซึ่งรอยนูนนี้จะทําใหทองน้ําและตลิ่งดานขาง ไมมีความราบเรียบสงผลใหคา n มีคาสูงขึ้นโดยเฉพาะการไหลทีม่ ี ความลึ ก น อ ย ๆ ดั ง นั้ น ค า สั ม ประสิ ท ธิ์ ค วามขรุ ข ระสํ า หรั บ งานวิจัยนี้จึงเปนคาสัมประสิทธิ์ความขรุขระของคูผาใบคอนกรีต ที่ทําการเชื่อตอ แบบซอนทับ จนทําใหเกิดรอยนูนประมาณ 1.2 cm ทุ ก ๆระยะ 1 m อย า งไรก็ ต ามหากทํ า การติ ด ตั้ ง ผ า ใบ คอนกรีตในรูปแบบอื่นจะตองคํานึงถึงลักษณะการตอผาใบดวย

103


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia ความสามารถในการรับแรงดึงของผาใบคอนกรีต Tensile Strength of Concrete Fabric กนกวรรณ สีสอาด1,จุฑามาส อารามรักษ1,สมชายดอนเจดีย1* Kanokwan Srisa-ad1, Juthamas Arramrak1, Somchai Donjadee1* 1ภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน,

คณะวิศวกรรมศาสตร กําแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 of Irrigation Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsaen, Kasetsart University – Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 *Corresponding author: E-mail: fengscd@ku.ac.th 1Department

บทคัดยอ งานวิจัยนี้ไดศึกษาความสามารถในการรับแรงดึงของผาใบคอนกรีตที่บมในอากาศดวยระยะเวลาที่แตกตางกันคือ 1 7 14 และ 28 วัน พบวาระยะเวลาการบมและการใชน้ําผสมตะกอนดินมาฉีดพนผาใบคอนกรึตจะไมมีผลกระทบตอความสามารถรับแรงดึงของ ผาใบคอนกรีต โดยคาความสามารถรับแรงดึงสูงสุดของผาใบคอนกรีตมีคาไมตางกันมากโดยมีคาความเคนจุดครากอยูระหวาง 2.922 13.427 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดอยูระหวาง 8.748 - 12.839 KSC คําสําคัญ: ผาใบคอนกรีต, แรงดึง, ระยะเวลาการบม, น้ําที่ปนเปอนตะกอนดิน Abstract This research studied the effect of curing duration and contaminated water sprayed on tensile strength of concrete fabric. Three types of contaminated water, sediment- water with concentration of 5, 10, 15 g L- 1 were evaluated and compared with clean water. The tensile strength were evaluated at the curing duration of 1, 7, 14 and 28 days. It was found that the curing time and the contaminated water sprayed does not affect the tensile strength of the concrete fabric. The yield strength of concrete fabric is between 2.922 - 13.427 KSC and the ultimate tensile strength rank from 8.748 - 12.839 KSC. Keywords: Concrete fabric, Tensile strength, Curing duration, Contaminated water sprayed โดยที่ผา ใบคอนกรี ต มี คุณ สมบั ติยื ดหยุน สู ง (Crawford, 2008) 1 บทนํา สามารถพับเปนมวนทําใหสะดวกตอการขนสงและเก็บรักษา เมื่อ ผาใบคอนกรีต (Concrete fabric) ซึ่งเปนวัสดุกอสรางชนิด ทําปฏิกิริยาไฮเดรชั่น (Hydration) ระหวางน้ํากับปูนซีเมนตที่อยู ใหมที่เรียกวา Geosynthetic Cementitious Composite Mats ในชั้นกลางของผาใบคอนกรีต จะทําใหผาใบคอนกรีตคงรูปและมี (GCCM) ประกอบดวยองคประกอบที่สําคัญ 3 สวน คือ ชั้นบน คุณสมบัติที่กันน้ําและทนไฟได (Howard, 2013) ผาใบคอนกรีต เ ป น เ ส น ใย สั ง เค ร า ะ ห ป ระ เภ ท ป ร ะ ส า น (Non- woven เปนวัสดุที่เปนมิตรตอสิ่งแวดลอมมากกวาคอนกรีตทั่วไป เนื่องจาก geotextiles) ชั้ น กลางเป น ปู น ซี เ มนต และชั้ น ล า งเป น เส น ใย ใชปริมาณผงปูนซีเมนตนอยกวามาก เชน การนําไปใชดาดคลอง สั งเคราะห ป ระเภทถั ก ทอ (Woven geotextiles) ดัง Figure 1 สามารถนํ า ผ า ใบคอนกรี ต ที่ มี ค วามหนา 10 mm แทนงาน

104


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 คอนกรีตที่มีความหนา 60-100 mm ได (Canvas, 2016) ลดการ ปลอยกาซคารบอนไดออกไซดจ ากงานกอสรา ง (Crawford W., 2008) และไมเปนอันตรายตอสิ่งมีชีวิตในน้ํา (Assanon et al., 2017) ในประเทศไทยบริษัทสยามวิจัยและนวัตกรรม จํากัด ใน เครือบริษัทปูนซิเมนตไ ทย จํ ากั ด (มหาชน) ไดทําการวิจัยและ พัฒนาผาใบคอนกรีตขึ้นมาใชงานเพื่อวัตถุประสงคข องการดาด คลอง และ ดาดสระเก็บน้ํา โดยจากการศึกษาคุณสมบัติเบื้องตน พบวา ผาใบคอนกรีตมีคุณสมบัติดังนี้ ผาใบคอนกรีตกอนการฉีด น้ํามีน้ําหนัก 11.2 kg m-2 โดยมีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.14 kg m-2 ปริมาณน้ําที่ใชฉีดพนผาใบคอนกรีตเฉลีย่ 4.65 L m-2 โดย มี ค า ส ว นเบี่ย งเบนมาตรฐาน 0.31 L m-2 นอกจากนี้ยั ง พบว า หลังจากผาใบคอนกรีตแข็งตัวแลวจะมีน้ําหนักโดยเฉลี่ย 14.20 kg m-2 และเริ่มเซ็ตตัวเมื่อฉีดน้ําผานไป 2 ชั่วโมงและแข็งตัวเปนแผน คอนกรีตที่แข็งแรงภายใน 24 ชั่วโมง (Donjadee et al., 2016) นอกจากนี้ Boonjit et. al., (2017) ไดศึกษาผลกระทบของน้ํา ปนเปอนตะกอนตอความสามารถในการตานทานแรงดัดของผาใบ คอนกรีตพบวา คาความสามารถใบการตานทานแรงดัดของผาใบ คอนกรีตมี ค า 3.2, 2.9, และ 2.79 MPa เมื่อใช น้ําสะอาด น้ํา ที่ ปนเปอนตะกอนในปริมาณความเขมขน 5 g L-1 and 15 5 g L-1 ตามลําดับ และ Sukhanta et. al., (2017) พบวาความสามารถ ในการต า นทานแรงดั ด ของผ า ใบคอนกรี ต ตามแนวยาวมี ค า มากกวา ตามแนวขวางโดยผาใบคอนกรีตมีค วามสามรถในการ ตานทานแรงดัดตามแนวยาว 3.2 MPa (Warp direction) และ 2.8 MPa ตามแนวขวาง อยางไรก็ตามงานวิจัยของ Donjadee, (2016) พบวาหากทําการดัดผาใบคอนกรีตจะเกิดการฉีกขาดได ยากมาก ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงไดศึกษาความสามารถในการตานทาน แรงดึงของผาใบคอนกรีต

เมื่อเมื่อปริมาณตะกอนปนเปอนในน้ําที่นํามาฉีดผาใบเพิ่มขึ้น และ ผาใบคอนกรีตมีกําลังรับแรงดัดเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มเวลาที่ใชบมผาใบ คอนกรีตมากขึ้น (Assanon et al., 2017) งานวิจัยนี้จึงไดทําการ ทดสอบหาค า ความสามารถในการต า นทานแรงดึ ง ของผ า ใบ คอนกรี ต เมื่อ ปริ ม าณการปนเป อ นที่ ใ ช ฉี ด พน น้ํ า เพื่ อ ให ผ า ใบ คอนกรีตแข็ งตัวและระยะเวลาในการบมผา ใบเปลี่ยนไป โดยมี อุปกรณและวิธีการดังนี้ 2.1 การเตรียมตัวอยาง ในการศึกษานี้ไดนําผาใบคอนกรีตที่มีความกวาง 1 m ยาว 5 m หนา 10 mm จากนั้นจะทํา การตัดตัวอยา งใหมีขนาดความ กวาง 5 cm และ ยาว 30 cm ดังรูปที่ 2 มาใชในการศึกษาครั้งนี้ โดยตัวอยางจะถูกเตรียมโดยการฉีดน้ําใน 4 กรณี คือ กรณีที่ 1 กรณีใชน้ําสะอาดฉีดลงบนผาใบคอนกรีต กรณีที่ 2 กรณีใชน้ําผสม ตะกอนดิ น 5 g ต อ น้ํ า 1 L ฉี ดลงบนผาใบคอนกรีต กรณีที่ 3 กรณี ใ ช น้ํ า ผสมตะกอนดิ น 10 g ต อ น้ํ า 1 L ฉี ด ลงบนผ า ใบ คอนกรีต และกรณีที่ 4 กรณีใชน้ําผสมตะกอนดิน 15 g ตอน้ํา 1 L ฉีดลงบนผาใบคอนกรีต หลังจากนั้นจะไดบมในอากาศที่อายุ การบม 1, 7, 14 และ 28 วัน และนําไปทําการทดสอบกําลังรับ แรงดึงของผาใบคอนกรีตเมื่อครบตามอายุการบม

Figure 2 Contaminated water

Woven geotextiles

Non-woven geotextiles

Figure 1 Concrete fabric 2 อุปกรณและวิธีการ การศึกษาวิจัยนี้ไดทําการศึกษาความสามารถในการตานทาน แรงดึ ง ของผ า ใบคอนกรี ต โดยจากการศึ ก ษาที่ ผ า นมาพบว า ความสามารถในการตานทานแรงดัดของผาใบคอนกรีตมีคาลดลง

105

Figure 3 Concrete fabric size measurement


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562

Figure 4 Cutting concrete fabric

Figure 5a Concrete fabric spraying by water

Figure 9 Example case 4 2.2 การทดสอบหาคากําลังรับแรงดึงสูงสุดของผา ใบ คอนกรีต นําตัวอยางในแตละกรณีที่บมจนครบอายุที่กําหนดมา เขาเครื่องทดสอบ Universal Testing Machine ใชเครื่องทดสอบ จับปลายทั้ง 2 ขางของตัวอยา งดั ง Figure 3 จากนั้นทําการดึง ตั ว อย า งโดยอั ต ราความเร็ ว ในการดึ ง ชิ้ น งาน 5 mm min-1 จนกระทั่งตัวอยางขาดออกจากกัน บันทึกน้ําหนักที่ผาใบคอนกรีต รับแรงดึงไดและระยะที่ตัวอยางยืดออก นํ าคาที่บันทึกมาหาคา ความเค น ความเครี ย ด ความเค น สู ง สุ ด (Ultimate tensile stress) หรือ เรียกวา คารับแรงดึงสูงสุด และคาความแข็งแรงของ วัสดุที่จุดแตกหัก (Fracture strength)

Figure 5b Concrete fabric spraying by water

Figure 10 Universal testing machine Figure 6 Example case 1

Figure 7 Example case 2

2.3 ประเมินคาของผลการทดสอบแรงดึง (Tension Test) วัสดุไดรับแรงดึง (Tensile loading ) จะมีการเปลี่ยนรูปทั้ง แ บ บ อิ ล า ส ติ ก แ ล ะ แ บ บ พ ล า ส ติ ก ( Elastic and plastic deformation) สามารถนํ า มาคํ า นวณหาค า ความเค น ทาง วิศวกรรม (Engineering stress) และความเครียดทางวิศวกรรม (Engineering strain)ที่จุดใด ๆ 

P A0

(1)

และ 

Figure 8 Example case 3

L f  L0 L0

L L0

(2)

โดยที่  คือ ความเคนวิศวกรรม (Engineering stress), kg cm-2  คือ ความเครียดทางวิศวกรรม (Engineering strain) P คือ

106


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 แรงดึงที่กระทําตั้งฉากกับพื้นที่หนาตัดของชิ้นงาน (External tensile load), kg A0 คือ พื้นที่หนาตัดเดิมของชิ้นงาน (Original cross-sectional area), cm2 L0 คือ ความยาวเดิมของชิ้นงาน (Original length), cm L f คือ ความยาวสุดทายของชิ้นงาน (Final length), cm 3 ผลและวิจารณ การศึกษาหาความสามารถในการรับแรงดึงของผาใบคอนกรีต จากการทดลงในหองปฏิบัติการไดผลการทดลองดังนี้

Figure 11 Relationship between stress and strain in various case studies of air curing for 1 day จาก Figure 11 เปนการทดสอบที่ระยะเวลาการบมใน อากาศ 1 วัน ทั้ง 4 กรณี โดยกรณีที่ 1 ใชน้ําสะอาดพบวาคาความ เคนจุดคราก (Yield strength) เทากับ 5.743 KSC และมีคาความ เคน แรงดึ งสูง สุ ด (Ultimate tensile strength) เทา กั บ 9.333 KSC กรณีที่ 2 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 5 g L-1 พบวาคาความเคนจุด ครากเทากับ 11.056 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 11.246 KSC กรณีที่ 3 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 10 g L-1 พบวาคา ความเคนจุดครากเทากับ 8.593 KSC และมีคาความเคนแรงดึง สูงสุดเทากับ 10.736 KSC และกรณีที่ 4 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 15 g L-1 พบวา คาความเคนจุดครากเทากับ 7.745 KSC และมีคา ความเคนแรงดึงสูงสุด 10.746 KSC หลังจากนั้นผาใบคอนกรีตจะ มีการเปลี่ยนรูปอยางถาวร (Plastic deformation) และเมื่อเลย จุดความเคนแรงดึงสูงสุดคาแรงดึงจะลดลงจนกระทั่งจุดสุดทาย ผาใบคอนกรีตขาดออกจากกัน

Figure 12 Relationship between stress and strain in various case studies of air curing for 7 days จาก Figure 12 เปนการทดสอบที่ระยะเวลาการบมใน อากาศ 7 วัน ทั้ง 4 กรณี โดยกรณีที่ 1 ใชน้ําสะอาดพบวาคาความ เคนจุดคราก เทากับ 7.989KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.719 KSC โดยกรณีที่ 2 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 5 g L-1 พบวาคา ความเคนจุดครากเทากับ 11.643KSC และมีคาความเคนแรงดึง สูงสุดเทากับ 13.625 KSC โดยกรณีที่ 3 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 10 g L-1 พบวา คาความเคนจุดครากเทากับ 7.982 KSC และมีคา ความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 8.748 KSC และกรณีที่ 4 ใชน้ําผสม ตะกอนดิน 15 g L-1 พบวาคา ความเคนจุดครากเทากั บ 8.628 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 11.959 KSC หลังจาก นั้ น ผ า ใบคอนกรี ต จะมี ก ารเปลี่ ย นรู ป อย า งถาวร (Plastic deformation) และเมื่อเลยจุดความเคนแรงดึงสูงสุดคาแรงดึงจะ ลดลงจนกระทั่งจุดสุดทายผาใบคอนกรีตขาดออกจากกัน

Figure 13 Relationship between stress and strain in various case studies of air curing for 14 days จาก Figure 13 เปนการทดสอบที่ระยะเวลาการบมใน อากาศ 14 วัน ทั้ง 4 กรณี โดยกรณีที่ 1 ใชน้ําสะอาดพบวาคา ความเคนจุดครากเทากับ 2.922 KSC และมีคาความเคนแรงดึง สูงสุดเทากับ 12.839 KSC โดยกรณีที่ 2 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 5 g L-1 พบวาคาความเคนจุดครากเทากับ 8.936 KSC และมีคาความ

107


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 เคนแรงดึงสูงสุดเทา กับ 10.976 KSC โดยกรณีที่ 3 ใชน้ําผสม ตะกอนดิน 10 g L-1 พบวาคา ความเคนจุดครากเทากั บ 9.515 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 9.845 KSC และกรณี ที่ 4 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 15 g L-1 พบวาคาความเคนจุดคราก เทากับ 9.562 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 12.322 KSC หลั งจากนั้ นผ า ใบคอนกรี ตจะมี ก ารเปลี่ย นรู ป อย า งถาวร (Plastic deformation) และเมื่ อ เลยจุ ด ความเค นแรงดึ ง สู งสุด คาแรงดึงจะลดลงจนกระทั่งจุดสุดทายผาใบคอนกรีตขาดออกจาก กัน

Figure 14 Relationship between stress and strain in various case studies of air curing for 28 days จาก Figure 14 เปนการทดสอบที่ระยะเวลาการบมในอากาศ 28 วัน ทั้ง 4 กรณี โดยกรณีที่ 1 ใชน้ําสะอาดพบวาคาความเคน จุดครากเทากับ 2.922 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 12.839 KSC โดยกรณีที่ 2 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 5 g L-1 พบวาคา ความเคนจุดครากเทากับ 8.936 KSC และมีคาความเคนแรงดึง สูงสุดเทากับ 10.976 KSC โดยกรณีที่ 3 ใชน้ําผสมตะกอนดิน 10 g L-1 พบวา คาความเคนจุดครากเทากับ 9.515 KSC และมีคา ความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 9.845 KSC และกรณีที่ 4 ใชน้ําผสม ตะกอนดิน 15 g L-1 พบวาคา ความเคนจุดครากเทากั บ 9.562 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 12.322 KSC หลังจาก นั้ น ผ า ใบคอนกรี ต จะมี ก ารเปลี่ ย นรู ป อย า งถาวร (Plastic deformation) และเมื่อเลยจุดความเคนแรงดึงสูงสุดคาแรงดึงจะ ลดลงจนกระทั่ ง จุ ด สุ ด ท า ยผ า ใบคอนกรี ต ขาดออกจากกั น

Figure 15 Comparison of ultimate tensile strength in case 1, in various case studies of air curing for 1 7 14 and 28 day จาก Figure 15 แสดงใหเห็นวาคาความเคนแรงดึงสูงสุด ของการบมในอากาศ 1 7 14 และ 28 วันมีคาไมแตกตางกันมาก ในการทดลองการบมในอากาศ 1 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 9.333 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.31 การบมในอากาศที่ 7 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.720 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบน มาตรฐาน 1.49 การบมในอากาศที่ 14 วัน มีคาความเคนแรงดึง สูงสุด 12.840 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.00 และการบม ในอากาศที่ 28 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.548 KSC มีคา สวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.00

Figure 16 Comparison of ultimate tensile strength in case 2, in various case studies of air curing for 1 7 14 and 28 day จาก Figure 16 แสดงใหเห็นวาคาความเคนแรงดึงสูงสุด ของการบมในอากาศ 1 7 14 และ 28 วันมีคาไมแตกตางกันมาก ในการทดลองการบมในอากาศ 1 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 11.246 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.52 การบมในอากาศ ที่ 7 วั น มี ค า ความเค น แรงดึ ง สู ง สุ ด 13.625 KSC มี ค า ส ว น เบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.89 การบมในอากาศที่ 14 วัน มีคาความ

108


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 เคนแรงดึงสูงสุด 10.977KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.30 และการบมในอากาศที่ 28 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.548 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.01

4 สรุป

Figure 17 Comparison of ultimate tensile strength in case 3, in various case studies of air curing for 1 7 14 and 28 day จาก Figure 17 แสดงใหเห็นวาคาความเคนแรงดึงสูงสุด ของการบมในอากาศ 1 7 14 และ 28 วันมีคาไมแตกตางกันมาก ในการทดลองการบมในอากาศ 1 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.736 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.11 การบมในอากาศ ที่ 7 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 8.748 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบน มาตรฐาน 2.38 การบมในอากาศที่ 14 วัน มีคาความเคนแรงดึง สูงสุด 9.845KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.63 และการบม ในอากาศที่ 28 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.257KSC มีคา สวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.29

Figure 18 Comparison of ultimate tensile strength in case 4, in various case studies of air curing for 1 7 14 and 28 day

จาก Figure 18 แสดงใหเห็นวาคาความเคนแรงดึงสูงสุด ของการบมในอากาศ 1 7 14 และ 28 วันมีคาไมแตกตางกันมาก ในการทดลองการบมในอากาศ 1 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.746 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.98 การบมในอากาศ ที่ 7 วั น มี ค า ความเค น แรงดึ ง สู ง สุ ด 11.959 KSC มี ค า ส ว น เบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.25 การบมในอากาศที่ 14 วัน มีคาความ เคนแรงดึงสูงสุด 9.788 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.30 และการบมในอากาศที่ 28 วัน มีคาความเคนแรงดึงสูงสุด 10.449 KSC มีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 1.23

การศึ ก ษาคุ ณ สมบั ติด า นวิ ศ วกรรมศาสตร ข องผา ใบ คอนกรีตที่บมในอากาศดวยระยะเวลาที่แตกตางกันคือ 1 7 14 และ 28 วัน แบงการทดสอบเปน 4 กรณี พบวา ความสามารถรับ แรงดึงสูงสุดของผาใบคอนกรีตมีคาไมตางกันมากโดยมีคา ความ เคนจุดครากเทากับ 6.697 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุด เทากับ 10.860 KSC สําหรับใชน้ําสะอาดฉีดพน และถาใชน้ําผสม ตะกอนดิ น 5 g L-1 ฉี ด พน พบว า คา ความเค นจุ ดครากเท า กั บ 10.763 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 11.815 KSC และเมื่อเพิ่มความเขมขนของตะกอนในน้ําที่ทําการฉีดพนโดยใช น้ําผสมตะกอนดิน 10 g L-1 พบวาคาความเคนจุดครากเทา กับ 8.821 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทา กั บ 9.897 KSC และ เมื่อใชน้ําผสมตะกอนดิน 15 g L-1 พบวาคาความเคนจุด คราก เทากับ 8.127 KSC และมีคาความเคนแรงดึงสูงสุดเทากับ 10.735 KSC หลังจากนั้นผาใบคอนกรีตจะมีการเปลี่ยนรูปอยาง ถาวร (Plastic deformation) และเมื่ อเลยจุดความเคน แรงดึ ง สูงสุดคา แรงดึงจะลดลงจนกระทั่งจุดสุดทายผาใบคอนกรีตขาด ออกจากกัน อยางไรก็ตามการศึกษาวิจัยนี้ชี้ใหเห็นวา การใชน้ํา ผสมตะกอนดิ น มาใช กั บ ผ า ใบคอนกรึ ต จะไม มี ผ ลกระทบต อ ความสามารถรับแรงดึงของผาใบคอนกรีต 5 กิตติกรรมประกาศ คณะผูวิจัยขอขอบคุณบริษัท สยามวิจัยและนวัตกรรม จํากัด ในเครื อ บริ ษั ท ปู น ซี เ มนต ไ ทย จํ า กั ด (มหาชน) ที่ ส นั บ สนุ น ผลิ ต ภั ณ ฑ แ ละงบประมาณสํ า หรั บ การวิ จั ย และขอขอบคุ ณ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล และภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน คณะวิศวกรรมศาสตร กําแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร ที่

109


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 ใหความอนุเคราะหสถานที่ปฏิบัติการ และเครื่องมือที่ใชในการ ทดสอบ 6 เอกสารอางอิง Assanon, K. , Phothong, S. , Kadwilad, A. , Sanguanduan, N., Sopaphan, P. 2017. Modulus of Rupture of Cocrete Fabric in various environments. Proceedings of The 2nd National RMUTR Conference (Building Innovation 2017) , 40- 46: Rajamangkal University Rattanakosin Nakhon Pathom. 20- 21 June 2017. Nakron Pathom. (in Thai) B. C. Howard. 2013. Behind the Viral Sensation: Concrete Canvas Goes Beyond Fast- Deploying Shelters. Available at: http://voices.nationalgeographic.com/2013/03/ 20/ concrete- canvas- goes- beyond- fastdeploying-shelters/. Accessed on 5th May 2016. Boonjit K., Donjadee S., and N.Atikakunakorn. 2017. The effect of contaminated water spray on flexural strength of concrete fabric. TaiwanJapan Joint Symposium on the Advancement of Urban Earthquake Hazard Mitigation Technology. 4 - 5 September 2017, National Central University, Taoyuan, Taiwan. Concrete Canvas, 2016. Concrete Impregnated Fabric, Available at: http: / / www. concretecanvas. com/ media- andliterature/. Accessed on 20th April 2016. Crawford, W., 2008. Concrete cloth-Flexible fibrous cement. Concrete (London), 42, pp. 15-16 Li, H., Chen, H., Liu, L., Zhang, F., Han, F., Tao Lv, T., Zhang, W., Yang, Y. (2016), Application design of concrete canvas ( CC) in soil reinforced structure, Geotextiles and Geomembranes, 44, 557-567.

110

Somchai Donjadee, Nitirach Sanguanduan, Chirakarn Sirivitmaitrie. 2016. Study and research how to use concrete fabric for irrigation and flood protection. Department of irrigation engineering, Kasetsart University, Nakhon Pathom. (in Thai) Sukhanta, S., Donjadee, S., Atikakunakorn, N. 2017. The effect of two plane concrete fabric directions on flexural strength. Taiwan- Japan Joint Symposium on the Advancement of Urban Earthquake Hazard Mitigation Technology. 4 -5 September 2017, National Central University, Taoyuan, Taiwan.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia

การนําผาใบคอนกรีตไปใชปสู ระเก็บน้ํา Application of Concrete Fabric for Lining of Farm Pond

ภีรวิช เซี่ยงฉิน1, ธนพนธ คําอินทร1 และ สมชาย ดอนเจดีย1” Peerawich Siangchin1, Thanapon Khamin1, Somchai Donjadee1” 1มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

วิทยาเขตกําแพงแสน, จังหวัดนครปฐม, 73140 University Kamphaengsaen Campus, Nakhonpathom, 73140 *Corresponding author: Tel: +66-8-2399-3850, +66-9-8964-9351, E-mail: fengscd@ku.ac.th 1Kasetsart

บทคัดยอ งานวิจัยนี้ไดทําการศึกษาเพื่อนําผาใบคอนกรีตไปใชปสู ระเก็บน้ํา โดยทดลองกับสระเก็บน้ําขนาดกวาง 4 m ยาว 7 m ลึก 2 m ผลการทดลองพบวามีอัตราการสูญเสียน้ําเนื่องจากการรั่วซึมผานบอผาใบคอนกรีต 1 mm day-1 อุณหภูมิน้ําในบอผาใบคอนกรีต สูงกวาอุณหภูมิน้ําในบอดินประมาณ 1 องศาเซียลเซียส ตะไครน้ําเกิดขึ้นเมื่อขังน้ําไดประมาณสองสัปดาหและมีแนวโนมเพิ่มขึ้น โดย สรุปผาใบคอนกรีตสามารถนํามาปูสระเก็บน้ําไดเปนอยางดี คําสําคัญ: บอน้ํา, ผาใบคอนกรีต, การรั่วซึม Abstract This research studied the use of concrete fabric to cover the pool floor by experimenting in the pool with a 4 m long, 7 m wide and 2 m depth. The results showed that there was a loss of water rate due to leakage through the concrete fabric 1 mm day-1. The temperature of the water in the concrete fabric pool is about 1 degree above the water temperature in the earth pond. Moss had occurred when water has been stored for 2 weeks and likely increase. In summary, the concrete fabric can also be used to cover the pool floor and more durable than plastic PE. Keywords: Farm pond, Concrete fabric, Seepage 1 บทนํา ประเทศไทยถือวาเปนหนึ่งในประเทศเกษตรกรรม พื้นที่ถือ ครองทางการเกษตรคิดเปนรอยละ 46.53 ของพื้นที่ทั้งหมดแต กลับมีพื้นที่การเกษตรที่อยูในเขตชลประทานเพียง 23.8 ลานไร [1] คิ ด เป น ร อ ยละ 21.7 ของพื้ น ที่ ก ารเกษตร ดั ง นั้ น การทํ า เกษตรกรรมในพื้นที่นอกเขตการชลประทานจึงตองอาศัยน้ําฝน เปนหลัก ทําใหหนวยงานของรัฐไดพยายามที่จะหาแหลงเก็บกัก น้ําเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะนอกเขตชลประทาน เชนกรมพัฒนาที่ดนิ ได มี โ ครงการแหล ง น้ํ า ในไร น านอกเขตชลประทาน (Land development department, 2018.) ประจํ า ป ง บประมาณ พ.ศ. 2561 โดยสงเสริมใหมีการขุดบอน้ําขนาด 1,260 m3จํานวน

111

47,500 บอเพื่อบรรเทาสภาพปญหาภัยแลง การขาดแคลนน้ํ า และเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บกักน้ําในพื้นที่ของการเกษตร ซึ่ง เกษตรกรเปนผูรับผิดชอบคาใชจายเพียง 2,500 บาท ดังนั้นทําให ไดรับความสนใจจากเกษตรกรเปนอยางมาก บอเก็บน้ําดังกลาว กระจายอยูทั่วประเทศ ซึ่งบางพื้นที่ไมเหมาะสมที่จะทําการขุดบอ เก็บน้ําเนื่องจากสภาพดินไมเหมาะสม จากรายงานของสํานัก เศรษฐกิจการเกษตร พบวามีบอเก็บน้ํานอกเขตชลประทานรอย ละ 18 ไมสามารถขังน้ําไวใชไดตามที่ออกแบบไวเนื่องจากมีการ รั่ ว ซึ ม สู ง มากสาเหตุ จ ากสภาพดิ น ที่ ไ ม เ หมาะสม (Office of Agricultural Economics, 2008) การลดอัตราการรั่วซึมของดิน สามารถทําไดหลายวิธี เชน การปูดวยแผนพลาสติก การดาดดวย คอนกรีต การดาดดวยดินซีเมนต (Jin et al., 2018) การดาดดวย


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 ดิ น โคลน (Bouwer et al., 2001) การใช น้ํ า ยางธรรมชาติ (Nakasan et al., 2007) เป น ต น แต ล ะวิ ธี ก็ จ ะมี ข อ ดี ข อ เสี ย แตกตางกันออกไป เชน การดาดดวยคอนกรีตมีประสิทธิภาพลด การรั่วซึม ได 100 เปอรเซ็นต แตก็ มีตนทุนการกอสรางสูงมาก การใชน้ํายางธรรมชาติมีประสิทธิภาพสูงแตยังไมเปนที่นิยมมาก นักเนื่องจากวิธีการกอสรางมีความยุงยากและตนทุนสูง การดาด ผิวบอดวยดินซีเมนตหรือ ดิน โคลนมีประสิทธิภาพปานกลางแต การกอสรางตองใชเครื่องจักรและแรงงานที่มีฝมือ ดังนั้นปจจุบัน เกษตรกรเลือกที่จะใชพลาสติก PE มาใชปูบนผิวดินของบอเก็บ น้ํา แทนซึ่งเปนวิธีที่ติดตั้งไดงายและรวดเร็วอยางไรก็ ตามราคา ของพลาสติ ก PE ขึ้นอยูกั บความหนา ถ ามีความหนามากจะมี ราคาสูงมากดังนั้นเกษตรกรจึงนิยมใชชนิดบางซึ่งมีราคาตนทุน คอนขางถูกแตอายุการใชงานก็จะนอยลงดวย เชนใชงานได 3 ปก็ จะมีการฉีกขาดหรือหากบอเก็บน้ํานั้นไม ไดขังน้ําไวตลอดเวลา พลาสติกจะโดนแดดเผาทําใหอายุการใชงานสั้นลงอีกบางครั้งใช งานไมถึง 3 ปก็จําเปนตองเปลี่ยน ดังนั้นถึงแมวาการใชพลาสติก PE จะเป น วิธีที่ มี ตน ทุ นต่ํ า หากตอ งเปลี่ ย นบ อ ย ๆ ต น ทุ นก็จ ะ สูงขึ้นเมื่อเทียบกับอายุการใช งานของบอเก็บน้ํา ปจจุบันมีวัสดุ ชนิดใหมที่มีการใชงานเหมือนพลาสติก PE แตมีความทนทาน เหมือนคอนกรีต คือ ผาใบคอนกรีต ผาใบคอนกรีต (Concrete Fabric) เปนวัสดุกอสรางชนิดใหม ที่ เ รี ย ก ว า Geosynthetic Cementitious Composite Mats (GCCM) ประกอบไปดวยปูนซีเมนตที่อยูในชั้นกลางระหวา งชั้น ของเส น ใยสั ง เคราะห แ ละวั ส ดุ กั น น้ํ า โดยที่ ผ า ใบคอนกรี ต มี คุ ณ ส ม บั ติ ยื ด ห ยุ น สู ง (Crawford, 2008; Canvas, 2016) สามารถพับเปนมวนทําใหสะดวกตอการขนสงและเก็บรักษา เมื่อ ทําปฏิกิริยาไฮเดรชั่น (Hydration) ระหวางน้ํากับปูนซีเมนตที่อยู ในชั้นกลางของผาใบคอนกรีต จะทําใหผาใบคอนกรีตคงรูปและมี คุณ สมบัติ ที่กั นน้ํา และทนไฟได (Howard. 2013) บริษั ทสยาม วิจัยและนวัตกรรม จํากัด ในเครือบริษัทปูนซิเมนตไทย จํากัด (มหาชน) ไดทําการวิจั ยและพัฒนาผาใบคอนกรีต ซึ่งเป นวัสดุ สํ า เร็จ รูป คล า ยผาที่สามารถดัดและตัด ให มีลัก ษณะตามความ ต อ งการในการใช ง าน ทํ า ให แ ข็ ง ตั ว ได โ ดยการฉี ด พ น น้ํ า (Donjadee et., al. 2016) ผาใบคอนกรีตจึงมีความเปนไปไดใน การนําไปใชงานไดหลากหลายรูปแบบ ขอดีที่สําคัญของการใช ผ า ใบคอนกรี ต เป น วั ส ดุ ใ นก อ สร า งคื อ ช ว ยลดขั้ น ตอนและ ระยะเวลาในการกอสรางลงไดมาก ผาใบคอนกรีตจะเริ่มเซ็ตตัว เมื่อฉีดน้ําผานไป 2 ชั่วโมงและแข็งตัวเปนแผนคอนกรีตที่แข็งแรง ภายใน 24 ชั่วโมง (Donjadee et., al. 2016) ดังนั้นการนําผาใบ

คอนกรีตมาใชปูบอเก็บน้ําจึงเปนทางเลือกที่ดีเนื่องจากติดตั้งได สะดวกและรวดเร็วคลายการติดตั้งพลาสติก PE แตมีอายุการใช งานที่ยาวนานกวา และมีราคาตอหนวยถูกกวาการใชคอนกรีต อยา งไรก็ ต ามการนํ า ผ า ใบคอนกรีต ไปใช งานยัง เป นเรื่ องใหม สําหรับประเทศไทย งานวิจัยนี้จึงไดทําการทดสอบการนําผาใบ คอนกรีตไปใชงานในการปูบอเก็บน้ํา โดยการเปรียบเทียบกับการ ใชพลาสติก PE และบอดิน โดยการทําการศึกษาอุณหภูมิของน้ํา อัตราการระเหย และอัตราการรั่วซึม และลักษณะทางกายภาพ ของบอน้ําเพื่อเปนขอมูลในการนําผาใบคอนกรีตไปใชปูสระเก็บ น้ําตอไป 2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 อุปกรณ ในการศึกษาครั้งนี้ไดใชผาใบคอนกรีตที่มีความกวาง 1 เมตร ยาว 5เมตร (ความยาวสามารถแปรผันตามความตองการใชงาน) และหนา 1 เซนติเมตรโดยมีน้ําหนักกอนการฉีดน้ําประมาณ 11.2 กิโ ลกรับ ตอ ตารางเมตร ประกอบดวยองคประกอบที่สําคัญ 3 สวน คือ ชั้นบนเปนเสนใยสังเคราะห ประเภทประสาน (Nonwoven geotextiles) ชั้นกลางเปน ปูนซีเ มนต และชั้ นลางเปน เส น ใยสั ง เคราะห ป ระเภทถั ก ทอ(Woven geotextiles) ตาม คุณสมบัติทั่วไปจากผูผลิต โดยมีลักษณะทั่วไปดังภาพที่ 1

Figure 1 สวนประกอบหลักของผาใบคอนกรีต Donjadee et., al. 2006 ได ทํ า การทดสอบผลกระทบของ วิธีการฉีดพนน้ําเพื่อใหผาใบคอนกรีตแข็งตัว พบวาวิธีการฉีดพน น้ํา ไมมีผลต อคุณสมบัติบัติตาง ๆและกํ าลังรับแรงอัดของผาใบ คอนกรีต โดยผาใบคอนกรีตมีคุณสมบัติดังนี้ผาใบคอนกรีตกอน การฉีดน้ํามีน้ําหนัก 11.2 kgm-2โดยมีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.14kgm-2ปริมาณน้ําที่ใชฉีดพนผาใบคอนกรีตเฉลี่ย 4.65 Lm-2 โดยมีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.31 Lm-2นอกจากนี้ยังพบวา หลังจากผาใบคอนกรีตแข็งตัวแลวจะมีน้ําหนักโดยเฉลี่ย 14.20 kgm-2โดยมีคาสวนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.70 kgm-2และ พลาสติก PE หรือ Polyethylene (โพลีเอทีลีน) ที่มีความหนา 0.2 mm

112


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 2.2 วิธีการ การศึกษาครั้งนี้ไดดําเนินการขุดบอน้ําขนาดเล็กจํานวน 4 บอ ที่มีขนาดเทากันคือ กวาง 4 m ยาว 7 m และลึก 2 m โดยบอที่ 1 เป นบอดิน บอที่ 2 ดําเนินการปูดวยผาใบคอนกรีตที่ทําการ เชื่อมรอยตอดวยซีเมนตมอตาร บ อที่ 3 ปูดวยพลาสติก PE ที่ เชื่อมรอยตอดวยกาวยาง และ บอที่ 4 ดําเนินการปู ดวยผาใบ คอนกรีตที่เชื่อมรอยตอดวยปูนกาวผสมซีเมนตมอตาร หลั ง จากดํ า เนิ น การเตรี ย มบ อ น้ํ า ทั้ ง 4 บ อ เสร็ จ แล ว ได ดําเนินการใสน้ําลงไปในบอน้ําที่ความลึก 1.8 m เทากันทั้ง 4 บอ โดยดําเนินการเก็บขอมูลอัตราการรั่วซึม (คํานวณไดจากสมการที่ 1) อุณหภูมิ ปริมาณตะไครน้ําที่เ กิดขึ้ น ในการทดลองครั้งนี้ได ดําเนินการรักษาระดับน้ําให คงที่เท า กั บ 1.8 m หากระดั บน้ํา เปลี่ยนแปลงไปจะไดดําเนินการเติมน้ําลงไป I = Y+E-R (1) เมื่อ I คือ อัตราการรั่วซึม(mm day-1) Y คือ ระดับน้ําที่ลดลง(mm day-1) E คือ อัตราการระเหยรายวัน(mm day-1)และ R คือ ปริมาณฝนรายวัน (mm day-1)

Figure 2 บอดิน

Figure 5 บอที่รองดวยผาใบคอนกรีต 3 ผลและวิจารณ 3.1 การรั่วซึม การศึ ก ษาเพื่ อ นํ า ผ า ใบคอนกรี ต ไปใช ใ นการปู ส ระเก็ บ น้ํ า ได ทํ า การศึ ก ษาเพื่ อ หาการรั่ ว ซึม อุ ณ หภู มิ ข องน้ํา และการเกิด ตะไครน้ํา โดยผลการทดลองพบวา การสูญเสียน้ําเนื่องจากการ รั่ วซึม มี คา 205, 1, 0.2 และ 0 mm day-1 สํา หรั บ บ อ ดิน บ อ ผาใบคอนกรีตที่เชื่อมรอยตอดวยปูนมอตาร บอผาใบคอนกรีตที่ เชื่อ มรอยตอ ด วยปูนมอตาร ผสมปูนกาว และบ อ พลาสติก PE ตามลําดับ จากนั้นไดทําการลางบอและตากแดดไว 2 อาทิตยและ ดํ า เนิ นการทดสอบหาอั ต ราการรั่ ว ซึม อี ก ครั้ ง พบว า อั ตราการ สูญ เสียน้ําเนื่ องจากการรั่วซึม มีคา 186, 3.4, 1.4 และ 0 mm day-1 สําหรับบอดิน บอผาใบคอนกรีตที่เชื่อมรอยตอดวยปูนมอ ตาร บอผาใบคอนกรีตที่เชื่อมรอยตอดวยปูนมอตารผสมปูนกาว และบอพลาสติก PE ตามลําดับ จะเห็นไดวาคาการรั่วซึมของบอ ผาใบคอนกรีตมีคาสูงขึ้นซึ่งการรั่วซึมที่สูงขึ้นนี้เกิดจากรอยแตก เล็ก ๆ ของรอยตอผาใบคอนกรีต 3.2 อุณหภูมิของน้ํา การทดสอบหาอุณหภูมิของน้ําภายในบอที่ปูดวยวัสดุที่ตา งกัน ไดดําเนินเก็บอุณหภูมิน้ําภายใตสภาวะที่อุณหภูมิอากาศแตกตาง กันผลการทดลองแสดงดังรูปที่ Figure 6

Figure 3 บอที่รองดวยผาใบคอนกรีต

Figure 6 คาอุณหภูมิของน้ํา

Figure 4 บอที่รองดวยผาใบพลาสติก PE

113


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 Figure 6 แสดงใหเห็นวาอุณหภูมิของน้ําทั้ง 4 บอมีคาต่ํากวา อุณหภูมิอากาศ เมื่อเปรียบเทียบอุณหภูมิของน้ําในบอผาใบ คอนกรีตกับบอดินพบวาอุณหภูมขิ องน้ําในบอผาใบคอนกรีตสูง กวาในบอดินประมาณ 0.5 องศาเซลเซียสถาอุณหภูมิอากาศต่ํา กวา 33 องศาเซลเซียส และสูงกวาประมาณ 1 องศาถาอุณภูมิ ของอากาศอยูระหวาง 33-36 องศาเซลเซียส นอกจากนีถ้ า อุณหภูมิอากาศมากกวา 36 องศาเซลเซียสอุณหภูมิของน้ําในบอ ผาใบคอนกรีตจะสูงกวาในบอดินมากกวา 2 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังพบวา อุณหภูมิของน้ําในบอผาใบคอนกรีตมีคาต่ํา กวาอุณหภูมิของน้ําในบอพลาสติก PE 3.3 การเกิดตะไครนา้ํ การทดลองนี้ไดทําการเก็บขอมูลการเกิดตะไครน้ําจากบอที่ปูดวย วัสดุที่ตางกัน โดยการสังเกตดวยตา และภาพถาย ผลการทดลอง แสดงดัง Figure 7

b) 2 months after storing water Figure 7 Moss in ponds จากรูป ที่ 7 พบวา ตะไครน้ํ าเกิดขึ้ นในบอ ที่ปูดวยผา ใบ คอนกรีตมากที่สุด รองลงมากบอพลาสติก PE และเกิดขึ้น นอยในบอดิน

a) At started storing water

4 สรุปผลการทดลอง การศึกษาเพื่อนําผาใบคอนกรีตไปใชปูบนบอน้ํานั้นพบวาบอ ผาใบคอนกรีต มีอัตราการรั่วซึมของน้ําที่ต่ํา โดยมีคานอยกวา 1 mm day-1 ทั้งนี้การรั่วซึมจะมีมากขึ้นหากรอยเชื่อมตอมีรอยแยก อุณภูมิของน้ําที่เกิดขึ้นในบอผาใบคอนกรีตมีคามากกวาในบอดิน 0.5 องศาเซลเซียสถาอุณหภูมิอากาศต่ํากวา 33 องศาเซลเซียส สูงกวา 1 องศาถาอุ ณภูมิของอากาศอยูระหวาง 33-36 องศา เซลเซียส และสูงกวา 2 องศาเซลเซียสถาอุณหภูมิอากาศมากกวา 36 องศาเซลเซียส การนําบอผาใบคอนกรีตไปใชงานควรคํานึงถึง การเกิดตะไครน้ําดวยเพราะบอผาใบคอนกรีตจะมีปริมาณตะไคร น้ําเกิดตั้งแตชวง 2 อาทิตยแรกของการเก็บน้ําและจะมีมากขึ้น หากไมทําการลา งบอ นอกจกานี้ห ากเปรียบเที ยบการใชผา ใบ คอนกรีตกับพลาสติก PE พบวาความสามารถในการเก็บน้ําไมมี

114


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 ความแตกตา ง กั นแต ก ารเกิ ด ตะใครน้ํา ในบอ ผา ใบคอนกรีตมี Donjadee et al., 2016. Study and research how to use concrete fabric for irrigation and flood protection. มากกว า บ อที่ ปู ดว ยพลาสติ ก PE อย า งก็ ต ามจากการทดลอง Department of irrigation engineering, Kasetsart เบื้องตนพบวาความทนทานตอการฉีกขาดและทนตอความรอน University, Nakhon Pathom (in Thai) ของบอผาใบคอนกรีตดีกวาบอพลาสติก PE สูงมาก 5 กิตติกรรมประกาศ คณะผูวิจัยขอขอบคุณบริษัทสยามวิจัยและนวัตกรรม จํากัด ในเครื อ บริ ษั ท ปู น ซิ เ มนต ไ ทย จํ า กั ด (มหาชน) ที่ ส นั บ สนุ น ผลิตภัณฑ ภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน คณะวิศวกรรมศาสตร กําแพงแสน ที่อนุเคราะหเครื่องมืออุปกรณ และสถานที่ในการ ศึกษาวิจัย 6 เอกสารอางอิง Land development department, 2018. Project for digging farmpond in rainfed area. Available at: http://www.ldd.go.th/WEB_water/index.html. Accessed on 9 July 2018. (in Thai) Office of Agricultural Economics, 2008. Annual report 2008. (in Thai) Jin L., Song W., Shu X., and Huang B. 2018. Use of water reducer to enhance the mechanical and durability properties of cement-treated soil. Construction and Building Materials. 159: 690-694. Bouwer, H., Ludke, J., Rice R.C. 2001. Sealing pond bottoms with muddy water. Ecological Engineering. 18: 233-238. Jaroen Nakasan, Arsasun Kaesaman, Adisai Rongvicahwut. 2007. A prototype of NR latex compounds for lining farm pond. Final report. Bangkok. The Thailand research fund. W. Crawford, 2008. Concrete cloth-Flexible fibrous cement. Concrete (London), 42, pp. 15-16 Concrete Canvas, 2016. Concrete Impregnated Fabric, http://www.concretecanvas.com/media-andliterature/. Accessed on 20th April 2016. B. C. Howard. (2013). “Behind the Viral Sensation: Concrete Canvas Goes Beyond Fast-Deploying Shelters.” Available on: http://voices.nationalgeographic.com/2013/03/20/c oncrete-canvas-goes-beyond-fast-deployingshelters/, 2013.

115


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การประเมินสมรรถนะของเครื่องหั่นกล้วย Performance Evaluation of Banana Shredder กฤษณ์ ผลโพธิ์1*, ธีรพงศ์ ผลโพธิ์1 Krid Pholpho1*, Teerapong Pholpho1 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร

คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, เขตลาดกระบัง, กรุงเทพฯ, 10520 Engineering Department, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-8-35800101, Fax: +66-23-298-006, E-mail: teerapong@kmitl.ac.th 1Agricultural

บทคัดย่อ เครื่องหั่นกล้วย ใช้ในการหั่นกล้วยก่อนนาไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆต่อไป เครื่องหั่นกล้วยมีส่วนประกอบสาคัญและมี หน้าที่ทางานดังนี้ 1) โครงสร้าง ทาหน้าที่รองรับน้าหนักและจับยึดของชิ้นส่วนต่างๆทั้งหมดของเครื่องหั่นกล้วย 2) ชุดใบมีด ทาหน้าที่ ตัดและกาหนดความหนาของชิ้นกล้วยที่ถูกป้อนเข้ามาโดยผ่านท่อของชุดป้อนกล้วย 3) ชุดรองรับกล้วย ทาหน้าที่รองรับชิ้นกล้วยที่ถูก หั่นโดยชุดใบมีด เพื่อให้ชิ้นกล้วยที่ถูกหั่นตกลงสู่ด้านล่างของเครื่องหั่นกล้วย 4) ชุดป้อนกล้วย ทาหน้าที่ลาเลียงและส่งกล้วยเข้าไปหั่นที่ ชุดใบมีด 5) ชุดถ่ายทอดกาลัง ทาหน้าที่ส่งกาลังจากมอเตอร์และลดความเร็วรอบของชุดใบมีด การประเมินสมรรถนะของเครื่องหั่น กล้วยโดยทดสอบการทางานของเครื่อง ผลการทดสอบพบว่าสภาวะที่เหมาะสมต่อการทางานของเครื่องที่ดีที่สุด เกิดขึ้นที่ความเร็วรอบ 450 รอบต่อนาทีของชุดมีด แบบ 2 ใบมีด ซึ่งมีความสามารถในการทางานของเครื่องหั่นกล้วย เท่ากับ 49.42 กิโลกรัม(กล้วย)ต่อชั่วโมง และความเสียหายของชิ้นกล้วยที่ถูกหั่นด้วยเครื่องหั่นกล้วยมี ค่าเท่ากับ 8.85 เปอร์เซ็นต์ คาสาคัญ: เครื่องหั่นกล้วย, กล้วย, ชุดใบมีด Abstract Banana shredder is the machine that was used for slicing bananas before processing into various products. The banana shredder that evaluating performance consists of parts; 1) The structure that support the weight and holding up all parts of the banana shredder. 2) The blade set that cut and define the thickness of banana pieces. 3) The banana tray that received the sliced bananas’ pieces from blade set. 4) The banana feeder that feeded the banana to cut by the blade set. 5) The power transmission that transmit the motor power and reduce the speed of the blade. From the performance evaluation of the banana shredder testing, the optimum conditions for the operation of the machine were 450 rpm of blade speed, 2 cutting blades with a banana slicing capacity of 49.42 kg per hour. The efficiency of banana pieces sliced with banana slicer was 8.85 percent. Keywords: Banana shredder, Banana, Blade set 1 บทนา ประเทศไทยมีการปลูกกล้วยกันมาช้ านานกล้วยที่ปลูก มีหลายชนิด พันธุ์ กล้ วยที่ใช้ ปลูก ในประเทศไทยมาตั้ง แต่ ส มั ย โบราณนั้น มีทั้งพันธุ์ พื้นเมืองดั้งเดิม และนาเข้ ามาจากประเทศ

116

ใกล้เคียง กล้วยเป็นพืชเศรษฐกิจที่มีการคัดเลื อกพันธุ์ ปรับปรุง พันธุ์ ดูแลรักษาให้ได้ผลผลิตที่สอดคล้องกับการใช้ประโยชน์ ทั้ง การรับประทาน ผลผลิตยังนามาแปรรูปเป็ นอาหารคาวหวาน และแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ ใบตองใช้ทากระทงใส่อาหาร ห่อ ผลไม้ทาให้ผิวสวยและป้องกันการทาลายของแมลง ก้ านใบและ


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 กาบกล้ ว ยแห้ ง ท าเป็ น เชื อ กหั ว ปลี ใ ช้ รั บ ประทานแทนผั ก สด สาหรับคุณค่าทางอาหารนั้น กล้วยเป็นพืชที่อุดมสมบูรณ์ไปด้วย แคลเซี ย ม ฟอสฟอรั ส วิ ต ามิ น เอ คาร์ โ บไฮเดรตและได้ มี ก าร พัฒนาการผลิตกล้วยเชิงอุตสาหกรรมมากขึ้น เช่น แป้งจากกล้วย ไวน์จากกล้วย เครื่องใช้ สอยต่างๆ อีกมากมาย (ประกิต ,2545) ประโยชน์ของกล้วยมีมากดังที่กล่าวมาสามารถปลูกได้ ง่ายเพิ่ม รายได้ให้แก่เกษตรกร ซึ่งเห็นสมควรมีการส่ งเสริมการผลิต การ แปรรูปผลิตภัณฑ์ จากกล้ วย พัฒนาคุณภาพชีวิตของเกษตรกร การทากล้วยฉาบเป็นการแปรรูปผลิตภัณฑ์จากกล้วยที่ได้รับการ ยอมรับมีการวางขายตามตลาดโดยทั่วไป แต่ การแปรรูปในการ ฝานทากล้ วยฉาบยังใช้ กาลังคน ซึ่งขนาดของแผ่ นกล้วยมีแผ่ น ขนาดที่ไม่เท่ากัน เป็นผลทาให้แผ่นกล้วยฉาบในการทอดเกิดการ ไหม้ก่อน (อดิศักดิ์และ มัต,ิ 2558) ดังนั้นผู้วิจัยจึงเล็งเห็นปั ญหาที่เกิดขึ้นในกระบวนการ ผลิตกล้วยฉาบ ที่มีการทากล้วยฉาบขายและสามารถสร้างรายได้ อย่างมั่นคง แต่ยังมีกรรมวิธีการฝานกล้วยทากล้วยฉาบแบบใช้มีด ฝานโดยใช้กาลังคน เป็นการทาให้เกิดการเสียเวลาในการทางาน วัตถุประสงค์ของงานวิจัย เพื่อประเมินสมรรถนะของเครื่องหั่ น กล้วยโดยทดสอบการทางานของเครื่องดังกล่าว

สามารถถอดล้างทาความสะอาดได้ แสดงดังหมายเลข 4 ของ Figure 1

2 อุปกรณ์และวิธีการ ในการทดสอบเครื่ อ งหั่ น กล้ ว ยใช้ วั ส ดุ อุ ป กรณ์ แ ละ เครื่องมือวัดดังนี้ 2.1 วัสดุที่นามาทดลองเป็นกล้วยน้าว้าที่ปลูกกันอย่างแพร่หลาย 2.2 อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองมีดังนี้ เครื่ อ งหั่ น กล้ ว ย, เวอร์ เ นี ย ร์ ค าลิ ป เปอร์ , เครื่ อ งชั่ ง น้าหนัก และนาฬิกาจับเวลา 2.3 เครื่องหั่นกล้วยต้นแบบประกอบด้วย ดังนี้ 2.3.1 ชุดโครงสร้างมีขนาด 40 x 40 x 75 cm เพื่อใช้ สาหรับติดตัง้ มอเตอร์ขับ ชุดใบมีด ชุดรองรับ ชุดป้อนกล้วย และ ชุดถ่ายทอดกาลัง แสดงดังหมายเลข 1 ของ Figure 1 2.3.2 ชุดใบมีด มีลักษณะเป็นแผ่นจานกลม ติดใบมีด ทาจากสแตนเลส และเจาะรูสาหรับยึดกับหน้าแปลน ที่เชื่อมต่อ กับเพลาขนาด 19 mm แสดงดังหมายเลข 2 ของ Figure 1 2.3.3 ชุดป้อนกล้วย มีลักษณะเป็นท่อสแตนเลส เส้น ผ่านศูนย์กลาง 1.5 นิ้วยึดติดกับหน้าแปลนสแตนเลส และเจาะรู ไว้สาหรับยึดกับชุดรองรับกล้วย แสดงดังหมายเลข 3 ของ Figure 1 2.3.4 ชุดรองรับกล้วย ทาจากแผ่นพลาสติก อะคลิลิค ใสดัด โค้ง และประกบด้วยแผ่นพลาสติกใส สีเหลี่ยมยึดกันไว้ด้วยน็อต

Figure 2 Blade set

1

4

2

3

Figure 1 Banana shredder

2.4 วิธีการทดสอบ 2.4.1 การทดลองเพื่อหาความหนาเฉลี่ยของกล้วยที่หั่น ได้ การสุ่มวัดชิ้นกล้วยที่ผ่านการหั่นด้วยเครื่องหั่นกล้วยทั้งแบบ 2 ใบมี ด และแบบ 3 ใบมี ด ที่ ค วามเร็ ว รอบ 150 200 250 300 350 400 450 500 และ 550 rpm จากตัวอย่างชิ้นกล้วยที่ถูกหั่น 30 ตัวอย่าง ตัวอย่างละ 200 g กาหนดระยะคมใบมีดถึงแผ่นจาน ยึดใบมีดไว้ที่ 2.0 mm แล้วหาค่าเฉลี่ยความหนาของชิ้นกล้วย 2.4.2 การทดลองเพื่อหาความเสียหายของเครื่องหั่น กล้วยคิดเป็นเปอร์เซนต์ ทาการทดลองโดยการ นากล้วยที่ปอก เปลือกแล้ว น้าหนักประมาณ 200 g มาหั่นด้วยเครื่องหั่นกล้วย จับเวลาในการหั่น 30 ตัวอย่าง แล้วนากล้วยที่หั่นได้ไปแยกชิ้น กล้วยที่สมบูรณ์ และ ชิ้นกล้วยที่เสียหาย นาไปชั่งน้าหนัก จากนั้น คานวณหาค่าต่างๆ ทั้งแบบ 2 ใบมีด และแบบ 3 ใบมีดที่ความเร็ว รอบ 150 200 250 300 350 400 450 500 และ 550 rpm 2.4.3 การคานวณอัตราการทางาน ความสามารถการทางานของเครื่องหั่นกล้วยสามารถ คานวณได้ดังนี้

117


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 Efficiency =

𝑊𝑃𝑒𝑒𝑙 𝑡

𝑊𝑑𝑎𝑚𝑎𝑔𝑒

Percentage of damage = × 100 𝑊 โดยที่ W คือ น้าหนักกล้วยรวม Wpeel คือ น้าหนักของกล้วยที่ปอกเปลือก Wdamage คือ น้าหนักของกล้วยที่เสียหาย t คือ เวลาที่ใช้ในการหั่น

(1) (2)

3 ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลการทดลองการหาความหนาเฉลี่ยของกล้วยที่หั่นได้ จากการทดลองหาความหนาเฉลี่ยของกล้วยที่หั่นได้ พบว่า ความหนาเฉลี่ยของกล้ว ยที่ หั่น ได้ที่ค วามเร็ว รอบต่ า งๆ แบบ 2 ใบมีด ชิ้ นกล้วยมีค วามหนาสูงสุดเท่า กับ 2.18 mm ที่ ความเร็วรอบ 200 rpm และชิ้นกล้วยมีความหนาต่าสุดเท่ากับ 2.00 mm ที่ความเร็วรอบ 550 rpm แสดงดัง Table 1 Table 1 The average thickness of the sliced bananas at various speeds of 2 blades Speed Average CV round thickness SD (%) (rpm) (mm) 150 2.17 0.134 6.18 200 2.18 0.137 6.28 250 2.15 0.136 6.32 300 2.18 0.141 6.61 350 2.14 0.147 6.86 400 2.12 0.158 7.47 450 2.09 0.171 8.16 500 2.01 0.215 10.70 550 2.00 0.228 11.12 จากการทดลองหาความหนาเฉลี่ยของกล้วยที่หั่นได้ พบว่า ความหนาเฉลี่ยของกล้วยที่หั่นได้ที่ความเร็วรอบต่างๆ แบบ 3 ใบมีด ชิ้นกล้วยมีความหนาสูงสุดเท่ากับ 2.16 mm ที่ความเร็ว รอบ 150 rpm และชิ้นกล้วยมีความหนาต่าสุดเท่ากับ 2.00 mm ที่ความเร็วรอบ 550 rpm แสดงดัง Table 2

Table 2 Showing the average thickness of the sliced bananas at various speeds of 3 blades Speed Average CV round thickness SD (%) (rpm) (mm) 150 2.16 0.141 6.52 200 2.11 0.154 7.31 250 2.12 0.154 7.27 300 2.11 0.171 8.08 350 2.06 0.176 8.57 400 2.02 0.187 9.28 450 2.03 0.248 12.25 500 2.06 0.247 12.10 550 2.00 0.249 12.45 3.2 ผลการทดลองการหาความสามารถการทางานของเครื่อง หั่นกล้วย และเปอร์เซ็นต์ความเสียหาย จากทดลองการหาความสามารถการทางานของเครื่อง หั่นกล้วย แสดงดัง Figure 3 พบว่า ที่ความเร็วรอบต่างๆ โดย เครื่องหั่นกล้วยแบบ 2 ใบมีด มีอัตราการทางานสูงสุด เท่ากับ 50.84 kg.hr-1 ที่ความเร็วรอบ 550 rpm และมีอัตราการทางาน ต่าสุด เท่ากับ 19.25 kg.hr-1 ที่ความเร็วรอบ 150 rpm โดยเครื่อง หั่นกล้วยแบบ 3 ใบมีด มีอัตราการทางานสูงสุดเท่ากับ 55.99 kg.hr-1 ที่ความเร็วรอบ 550 rpm และมีอัตราการทางานต่าสุด เท่ากับ 27.64 kg.hr-1 ที่ความเร็วรอบ 150 rpm

Figure 3 The relationship between the capacity of the banana shredder machine at various speeds จากทดลองการหาเปอร์เซ็นต์ ความเสียหาย แสดงดัง Figure 4 พบว่ า ที่ ค วามเร็ ว รอบต่ า งๆ เครื่ อ งหั่ น กล้ ว ยแบบ 2 ใบมีด มีเปอร์เซ็นต์ความเสียหายสูงสุดเท่ากับ 17.53 เปอร์เซ็ นต์

118


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ที่ความเร็วรอบ 550 rpm และมีเปอร์เซ็นต์ความเสียหายต่าสุด เท่ากับ 4.52 เปอร์เซ็นต์ที่ความเร็วรอบ 150 rpm พบว่าเครื่อง หั่นกล้วยแบบ 3 ใบมีด มี เปอร์เซ็นต์ความเสียหายสูงสุดเท่ากับ 24.54 เปอร์เซ็นต์ ที่ความเร็วรอบ 550 rpm และมีเปอร์เซ็นต์ ความเสียหายต่าสุดเท่ากับ 12.35 เปอร์เซ็นต์ที่ความเร็วรอบ 150 rpm

Figure 4 The relationship between the percent of damage at various speeds จากการทาการทดลองเพื่อหาความสามารถการทางาน ของเครื่องหั่นกล้วย และเปอร์เซ็นต์ความเสียหายสามารถนามา แสดงความสัมพันธ์ระหว่างน้าหนักกล้วยที่ใช้ได้ ที่ความเร็วรอบ ต่างๆ ดังแสดง Figure 5 พบว่าน้าหนักของชิ้นกล้วยที่ใช้ได้ หรือ ชิ้ น กล้ ว ยที่ ส มบู ร ณ์ จะมี ค่ า เพิ่ ม ขึ้ น เรื่ อ ยๆ และมี ค่ า สู ง ที่ สุ ด ที่ ความเร็วรอบ 450 rpm ทั้งเครื่องหั่นกล้วยแบบ 2 ใบมีด และ เครื่ อ งหั่ น กล้ ว ย แบบ 3 ใบมี ด ดั ง นั้ น สามารถเลื อ กสภาวะที่ เหมาะสมกับการทางานของเครื่องหั่นกล้วยได้โดยอยู่ที่ ความเร็ว รอบ 450 rpm และเป็ น เครื่ อ งหั่ น กล้ ว ยแบบ 2 ใบมี ด ซึ่ ง มี น้าหนักกล้วยที่ใช้ได้หรือสมบูรณ์เท่ากับ 45.05 kg.hr-1

4 สรุป จากการทดลองหาความหนาของชิ้นกล้วย พบว่า เมื่อ ความเร็วรอบของเครื่องหั่นกล้วยเพิ่มขึ้นจะมีผลทาให้ค่าความ หนาของชิ้นกล้วยที่ถูกหั่นมีการกระจาย หรือมีความไม่สม่าเสมอ เพิ่ ม มากขึ้ น ตามไปด้ ว ย และครื่ อ งหั่ น กล้ ว ยแบบ 3 ใบมี ด มี ค่าเฉลี่ย 2.07±0.192 mm หรือมีความไม่สม่าเสมอของชิ้นกล้วย มากกว่า เครื่องหั่นกล้วยแบบ 2 ใบมีดซึ่งมีค่าเฉลี่ย 2.12±0.163 mm และหาความสามารถการทางานของเครื่องหั่นกล้วย และ เปอร์เซ็นต์ความเสียหายของชิ้นกล้วย พบว่าเมื่อความเร็วรอบ ของเครื่องหั่นกล้วยเพิ่ มขึ้นจะมีผลทาให้ อัตราการทางานของ เครื่องหั่นกล้วยเพิ่มขึ้น และสัดส่วนความเสียหายก็มีค่าเพิ่มขึ้น เมื่ อ ความเร็ ว รอบของเครื่ อ งหั่ น กล้ ว ยมี ค่ า เพิ่ ม ขึ้ น เช่ น กั น มี ความเร็วรอบเท่ากับ 450 rpm จานวนใบมีดของเครื่องหั่นกล้วย ที่เหมาะสมกับการหั่นกล้วยเท่ากับ 2 ใบมีด ซึ่งจากการทดลองที่ ความเร็วรอบ 450 rpm และที่จานวนใบมีด 2 ใบ มีความสามารถ การทางานเท่ากับ 49.42 kg.hr-1 และเปอร์เซ็นต์ความเสียหาย เท่ากับ 8.85 เปอร์เซ็นต์ 5 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบังสาหรับ อุปกรณ์และเครื่องมือวัด 6 เอกสารอ้างอิง ป ร ะ กิ ต บั บ พ า น . 2 5 4 5 . เ ค รื่ อ ง ฝ า น ก ล้ ว ย ฉ า บ . วิทยาลัยเทคนิคสระแก้ว : สระแก้ว. อดิศั กดิ์ ฤาชา และมัติ ศรีหล้า .2558.เครื่องฝานกล้ว ยท า กล้ ว ยฉาบ.วารสารเกษตรพระวรุ ณ .ฉบั บ ที่ 12 ฉบั บ ที่ 2 กรกฎาคม-ธันวาคม 2558, 136-143. พงษ์ศักดิ์ นาใจคง และกัมปนาท ถ่ายสูงเนิน. 2540. การ ออกแบบและสร้างเครื่องฝานกล้วยน้าว้าสุกสาหรับทากล้วยเบรก แตก. คณะวิ ศ วกรรมศาสตร์ แ ละสถาปั ต ยกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน

Figure 5 The relationship of banana weight that can be used at various speeds

119


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia เครื่องใส่ปุ๋ยเคมีกึ่งอัตโนมัติแบบโรยตามแนวปลายทรงพุ่มของทุเรียน (ส่วนของการพัฒนาต้นแบบ) Semi-Automated-Fertilizer Applicator for Durian (part of prototype development) พักตร์วิภา สุทธิวารี 1*, กิตติศักดิ์ กิติรัตน์1, ทิวากร กาลจักร1, พีระพงษ์ ชมภู1, ยุทธนา เครือหาญชาญพงศ์2, อุทัย ธานี2,กมลภัทร ศิริพงษ์3 Phakwipha Sutthiwaree1*, Kittisak Kitirat1, Tiwakorn Kanlajak1, Peeraphong Chompu1 Yuttana Khaehanchanpong2, Uthai Thani2, Kamonpat Siripong3 1ศูนย์วิจัยเกษตรวิศวกรรมจันทบุรี

สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร จันทบุรี 22000 Engineering Research Center of Chantaburi Agricultural Engineering Research Institute Department of Agriculture Chantaburi 22000 2สถาบันวิจย ั เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร กรุงเทพฯ 10900 2Agricultural Engineering Research Institute Department of Agriculture Bangkok10900 3 ศูนย์วิจย ั และพัฒนาการเกษตรจังหวัดจันทบุรี กรมวิชาการเกษตร จันทบุรี 3 Chantaburi Agricultural Research and Development Center 22150 *Corresponding author: Tel: +66-9-882-60122, Fax: +66-39-609-652, E-mail:pakpooh18@gmail.com 1Agricultural

บทคัดย่อ ทุเรียนเป็นไม้ผลเมืองร้อนที่เป็นพืชยืนต้นมีอายุการเก็บเกี่ยวได้นาน ถ้าดูแลรักษาและบารุงต้นให้ถูกต้องเหมาะสม การใส่ปุ๋ย เป็นขั้นตอนหนึ่งที่มีความสาคัญต่อการบารุงต้นที่ส่งผลให้ต้นสามารถให้ผลผลิตได้ตามต้องการ การใส่ปุ๋ยควรปฏิบัติให้ถูกวิธีและใส่ใน ปริมาณที่เหมาะสม ปัจจุบันเกษตรกรใส่ปุ๋ยด้วยการหว่านด้วยมือ ยังไม่มีเครื่องมือสาหรับการใส่ปุ๋ย อย่างเหมาะสม เพื่อให้เกษตรกรใส่ ปุ๋ยได้ตามความต้องการของพืช จึงเห็นว่าควรใช้เทคโนโลยีความแม่นยามาพัฒนาเครื่องใส่ปุ๋ยเคมีกึ่งอัตโนมัติ ให้สามารถโรยตามแนว ปลายทรงพุ่ม ด้วยโปรแกรมควบคุมแบบฝังตัว (embedded control system) เพื่อกาหนดอัตราการใส่ปุ๋ยและตาแหน่งของการใส่ปุ๋ย ที่เหมาะสม งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาเครื่องต้นแบบสาหรับทดสอบในห้องปฏิบัติการขนาดบรรจุปุ๋ย 40 kg มีต้นกาลังจากระบบไฮดรอ ลิคของรถแทรกเตอร์ ขับไฮดรอลิคมอเตอร์ส่งผ่านกาลังไปยังเพลาลูกหยอดเครื่องใส่ปุ๋ย ลูกหยอดปุ๋ย 4 แบบ เครื่องต้นแบบถูกทดสอบ เพื่อวิเคราะห์ความเหมาะสมในการใช้งานที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่แตกต่างกัน การกระจายตัวของปุ๋ย ผลการทดสอบสามารถ นาไปใช้ในการพัฒนาต้นแบบต่อไป คาสาคัญ: เครื่องใส่ปุ๋ย, กึ่งอัตโนมัติ,ทุเรียน Abstract Durian is tropical horticulture and long term harvesting crop. The crop protection is an importance activity, the fertilizer application is one of the main factors that directly affect to production yield. The good practice and optimal application rate are required. Currently, the fertilizer was applied by manual, rare of suitable equipment for durian fertilizer application. The purpose of this study was to find the proper fertilizer application rate. Thus, the precision technology was adopted for developing the semi-auto fertilizer applicator. The applied position of fertilizer and fertilizer rate were controlled by the embedded control system. The prototype of lab test was 40 kg fertilizer container, the fertilizer shaft was driven by the hydraulic power of tractor. Four types of fertilizer drill were tested and analyzed the relationship of the optimal engine revolution and fertilizer distribution. The results reflected to the developed prototype. Keywords: Fertilizer applicator, Semi-automatic, Durian

120


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทนา ทุเรียนเป็นพืชเศรษฐกิจ ที่ทารายได้หลักให้กับประเทศ จาก ข้อมูลในปี 2560 มูลค่าทุเรียนและผลิตภัณฑ์ส่งออกของประเทศ รวม 15,563 ล้านบาท (สานักงานเศรษฐกิจการเกษตร,2561) คิด เป็น 11%เพิ่มขึ้นจากปี 2557 และมีแนวโน้มที่จะเพิ่มมากขึ้นใน อนาคต ปั จ จุ บั น พื้ น ที่ ป ลู ก ทุ เ รี ย นของประเทศครอบคลุ ม 804,856 ไร่ จั ง หวั ด จั น ทบุ รี มี พื้ น ที่ ป ลู ก ทุ เ รี ย นมากที่ สุ ด ของ ประเทศ โดยมีพื้นที่ปลูกรวม 207,483 ไร่ หรือ 27 % ของพื้นที่ ปลูกทั้งประเทศ สามารถให้ผลผลิต 234,514 ton รองลงมาคือ จังหวัดชุมพร พื้นที่ปลูก 139,663 ไร่ ผลผลิตจานวน 124,495 ton (สานักงานเศรษฐกิจการเกษตร, 2560) ทุเรียนที่เป็นไม้ยืน ต้ น ไม่ ผ ลั ด ใบมี ล าต้ น สู ง 25-50 m ตามแต่ ช นิ ด พั น ธุ์ และยั ง สามารถมีอายุยืนยาวได้ถึง 100 - 150 ปี ถ้าหากมีการดูแลรักษา บารุงต้นให้แข็งแรง ในการปลูกทุเรียนนั้นเป็นการลงทุน วางแผน การปลูกครั้งแรก หลังจากนั้นจะเป็นการดูแล บารุงรักษา ให้ต้น ทุเรียนสมบูรณ์พร้อมที่จะให้ผลผลิต ดังนั้นขั้นตอนที่สาคัญคือ การดูแลและบารุงรักษาต้นให้มีความสมบูรณ์ในระยะเตรียมต้น เพื่อสร้างความพร้อมของต้น ให้สามารถออกผลผลิตได้อย่ า งมี คุณภาพ ในขั้นตอนนี้การใส่ปุ๋ยบารุงต้น เป็นกิจกรรมหนึ่งที่ช่วย ให้ต้นมีความสมบูรณ์พร้อมสาหรับการออกดอกให้ผลผลิต วิธีการ ดั้งเดิมที่เกษตรกรปฏิบัติ จะเป็นการใส่ปุ๋ยเคมีเพียงอย่างเดียว และเป็นการหว่านกระจายไปรอบต้น ซึ่งทาให้ทุเรียนไม่สามารถ นาปุ๋ยไปใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ กรมวิชาการเกษตรได้มี คาแนะนาให้ใส่ปุ๋ยในตาแหน่งบริเวณปลายทรงพุ่มของต้นทุเรียน เนื่องจากรากฝอยที่ทาหน้าที่ดูดอาหารมีการกระจายตัวอยู่ใ น บริเวณรอบทรงพุ่มและอยู่ในระดับที่ไม่ลึกจากผิวดิน ซึ่งจะทาให้ ทุเรียนสามารถใช้ปุ๋ยได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังมี รายงานผลการวิจัยทดสอบเปรียบเทียบผลผลิตระหว่างวิธีแนะนา ของกรมวิชาการเกษตรและวิธีของเกษตร ที่แสดงให้เห็นว่าวิธีของ กรมวิ ชาการเกษตรที่ แ นะน าให้ ใ ส่ ปุ๋ ยแบบร่ ว ม โดยใส่ ปุ๋ ยเคมี อัตรา 1-3 kgต่อต้น และปุ๋ยคอกอัตรา 10-20 kg ต่อต้น โดยใส่ ห่างจากโคนต้น 50 cm (ศูนย์วิจัยพืชสวนจันทบุรี,2551) การใส่ ปุ๋ยแบบนี้ให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นจากวิธีปฏิบัติของเกษตรกรอย่างเห็น ได้ ชัด เจน นอกจากนี้ และมี เกษตรกรหลายรายที่ปฏิบัติตาม คาแนะนา แต่ในขั้นตอนการใส่ปุ๋ย ในปัจจุบันยังใช้แรงงานในการ หว่ า น แบบกระจายทั่ ว รอบต้ น ท าให้ สิ้ น เปลื อ งปุ๋ ย และ ประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยลดลง นอกจากนี้เกษตรกรส่วนใหญ่มีอายุ มากขึ้น งานใส่ปุ๋ยเป็นงานที่หนัก เกษตรกรจะต้องจ้างแรงงาน เพื่อช่วยแบกและหว่านปุ๋ย จานวน 1-2 คน เกษตรกรจึงพบปัญหาในการจัดหาแรงงานที่มีความเข้าใจ งา น ถึ ง แ ม้ ว่ า ในปั จ จุ บั นนี้ จ ะ มี เ ค รื่ องใส่ ปุ๋ ย ใช้ งา นอยู่ ภายในประเทศ แต่ส่วนใหญ่จะเป็นเครื่องแบบพ่นหว่านที่มีความ เหมาะกับการใช้งานในนาข้าว หรือ พืชไร่ และเป็น เครื่องหว่าน แบบเหวี่ ย งกระจายที่ พ่ ว งท้ ายรถแทรกเตอร์ข นาดใหญ่ ซึ่ ง ไม่ เหมาะสมใช้งานในสวนทุเรียน เพื่อเป็นการแก้ปัญหาการขาด

แคลนแรงงาน เพิ่มประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยของทุเรียน และเป็น การพัฒนาเครื่องจักรกลเกษตรให้สามารถใช้งานได้ในการปลูก ทุเรียนแบบใหม่ ที่มีระยะระหว่างต้นชิดกันมากขึ้น รวมทั้งเป็น ทางเลื อ กในการส่ ง เสริ ม ให้ เ กษตรกรใช้ เ ครื่ อ งจั ก รกลเกษตร สาหรับการผลิตไม้ผล นอกจากนี้ยังเป็นการเพิ่มศักยภาพในการ พั ฒ นาเทคโนโลยี เ ครื่ อ งจั ก รกลเกษตรพื้ น ฐานเป็ น เทคโนโลยี วิ ศ ว ก ร ร ม เ ก ษ ต ร ร ะ ดั บ สู ง ( Advanced Agricultural Engineering) ผู้ วิ จั ย เห็ น ว่ า ควรมี ก ารพั ฒ นาเครื่ อ งใส่ ปุ๋ ย ที่ มี ความเหมาะสมกั บ การใช้ ใ นงานดู แ ลและจั ด การทุ เ รี ย นแบบ กึ่งอัตโนมัติ โดยนาเทคโนโลยีระบบควบคุมแบบฝังตัวมาใช้ในการ ควบคุมอัตราการใส่ปุ๋ย และตาแหน่งการใส่ปุ๋ยให้ได้ตามที่ พื ช ต้องการ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อเกษตรกร ช่วยให้เกษตรกรสามารถ ลดต้นทุนการใช้ปุ๋ยและยังช่วยลดความลาบากในการใส่ปุ๋ยของ เกษตรกร 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 อุปกรณ์ 2.1.1 แบบสารวจ 2. 2 .2 โ ป ร แ ก ร ม the MATLAB (MathWorks version 2016b, Massachusetts, USA) 2.2.3 เครื่องวัดรอบ, นาฬิกาจับเวลา, ปุย๋ 2.2.4 ·ต้นแบบเครื่องใส่ปุ๋ย และลูกหยอด 4 แบบ 2.2 วิธีการ 2.2.1 ศึ ก ษาสถานการณ์ก ารใส่ปุ๋ย ในทุ เรียนของเกษตรกร รวมทั้งศึกษาปัจจัยของปุ๋ยเคมี และลักษณะทางกายภาพของต้น ทุเรียนที่มีผลต่อการออกแบบเครื่องใส่ปุ๋ย ดังนี้ ขนาดของเม็ดปุ๋ย มุมกองของปุ๋ย ขนาดทรงพุ่มของทุเรียนที่อายุ ต่างๆกัน ความเร็ว ในการหมุนของชุดปล่อยปุ๋ย ความเร็วในการเคลื่อนที่ที่เหมาะสม ศึ ก ษารู ป แบบของลู ก หยอดที่ เ หมาะสมส าหรั บ ใช้ กั บ ปุ๋ ย เคมี รวมทั้ งศึ ก ษาระบบการควบคุ ม แบบฝั งตั ว วงจรและอุ ป กรณ์ ประมวลผลแบบไมโครคอนโทลเลอร์ เพื่อเป็นข้อมูลสาหรับการ ออกแบบเครื่องใส่ปุ๋ยเคมี 2.2.2 ออกแบบ สร้างวงจรเพื่อการประมวลผลการทางาน ด้วยเซนเซอร์แสง และไมโครคอลโทรลเลอร์ ทดสอบการทางาน ของระบบให้สามารถควบคุมตาแหน่งการใส่ปุ๋ยตามที่ต้องการได้ อย่างแม่นยาโดยการใช้การตรวจสอบด้วยการสังเกตุ 2.2.3 ออกแบบและสร้างต้นแบบเครื่องใส่ปุ๋ยแบบโรย โดยให้ ใช้ งานต่ อ พ่ ว งกั บ รถแทรกเตอร์ ข นาดเล็ ก (24-36 hp) เครื่ อ ง ประกอบด้วย ถังบรรจุปุ๋ยขนาดประมาณ 40 kg โดยมีชุดควบคุม อัตราการใส่ปุ๋ยที่ควบคุมด้วยไมโครคอลโทลเลอร์ และระบบชุด ควบคุมตาแหน่งในการใส่ปุ๋ยที่ใช้การวิเคราะห์สีจากภาพ 2.2.4 ทดสอบในห้องปฏิบัติการ โดยทาการทดสอบอัตราปุ๋ย ให้สามารถโรยได้ในระยะ 2-5 m ทดสอบความต่อเนื่องและความ สม่าเสมอในการโรยปุ๋ยโดยใช้การสัง เกตของผู้เชี่ยวชาญในเรื่อง การใส่ ปุ๋ย ทุเรี ยน โดยระบบควบคุมอั ตราการใส่ปุ๋ยและระบบ

121


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ควบคุมการใส่ปุ๋ยจะถูกทดสอบค่าความแม่นยา (Precision) ด้วย การเช็คตาแหน่งการใส่ปุ๋ยเมื่อให้โปรแกรมทางานด้วยการสังเกต 2.2.5 สรุปและวิเคราะห์ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการ 3.ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลการสารวจข้อมูลลักษณะทางกายภาพของทุเรียน อายุ 510 ปี และรู ป แบบการปลู ก ทุ เ รี ย น ในพื้ น ที่ จั ง หวั ด ระยอง จันทบุรี และตราด เพื่อเป็นการเก็บข้อมูลสาหรับการออกแบบ อุปกรณ์ใส่ปุ๋ยสาหรับต่อพ่วงรถแทรกเตอร์ จึงเลือกสุ่มเก็บข้อมูล จากแปลงของเกษตรกรที่มีการปลูกทุเรียนพันธุ์หมอนทองแบบ สวนเดี่ยวและมีการปลูกแบบยกร่อง, พูนโคน หรือปลูกแบบพื้น ราบ จากการคั ด เลื อ ก ติ ด ต่ อ และสั ม ภาษณ์ เ กษตรกรด้ ว ย แบบสอบถาม จานวนทั้งหมด 20 ราย โดย 6 ราย จากจังหวัด ระยอง, 8 ราย จากจังหวัดจันทบุรี และ 6 รายจากจังหวัดตราด ผลการสารวจพบว่า เกษตรกรที่ปลูกทุเรียนใหม่ ที่มีอายุ  10ปี ส่วนใหญ่มีรูปแบบการปลูกเป็นแบบพูนโคน คิดเป็น 65% ทุเรียน ที่มีอายุ 11 ปี เป็นการปลูกแบบพื้นราบ คิดเป็น 20% และ 15% เป็นการปลูกแบบยกร่อง ระยะห่างระหว่างต้นและแถว มี ค่าอยู่ระหว่าง 6x6, 7x7, 4x8, 8x8, 10x10 m โดยมีการปลูกที่ ระยะ 8x8 และ 10x10 m มากที่ สุ ด คิ ด เป็ น 40% และ 20% ตามลาดับ ทั้งในรูปแบบการปลูกแบบพูนโคนและพื้นราบ สาหรับ การปลูกแบบยกร่อง ระยะการปลูกจะเป็น 4x8 m นอกจากนี้ ยัง พบว่า เกษตรกรส่วนใหญ่ที่ปรับรูปแบบการปลูกให้มีระยะปลูก ระหว่างแถวห่างมากขึ้นกว่าการปลูกแบบดั้งเดิม มีการวางแผน เพื่อให้รองรับการใช้เครื่องจักรกลเกษตร ซึ่งในปัจจุบันเกษตรกรมี การเลือกใช้เครื่องพ่นสารเคมีแบบ air blast มากขึ้น จากการ สารวจ พบว่ามีเกษตรกร จานวน 40% เป็นเจ้าของเครื่องพ่ น สารเคมีแบบ air blast แต่ในการใส่ปุ๋ย เกษตรกรยังใช้แรงงานคน ไม่มีเครื่องมือทุ่นแรง ผลการวัดขนาดทรงพุ่มของต้นทุเรียนพันธุ์ หมอนทองโดยวัดในด้าน x และ y ของทรงพุ่มที่อายุต่างๆ ดังนี้ Table 1 Durian Monthong variety’s tree dimension Ideal width length Province Years rate (m) (m) (kg/tree) 1.17 3 3.53 3.48 1.46 4 4.41 4.37 Rayong 1.68 5 5.10 4.95 2.70 6 8.32 7.85 0.42 1 1.24 1.27 0.76 2 2.33 2.23 Chantaburi 1.73 6 5.27 5.10 1.87 8 5.59 5.65 1.11 Trat 3 3.37 3.29

122

1.81 5 5.34 5.51 2.03 6 6.03 6.13 2.16 7 6.50 6.44 Remark: Ideal rate (kg/tree) is 1/3 of tree radius สถานการณ์การใส่ปุ๋ยของเกษตรกรที่ ไม่มีเครื่องมือทุ่นแรง สาหรับช่วยในการใส่ปุ๋ยในสวนทุเรียน ใช้แรงงานคนในการหว่าน ปุ๋ย โดยการหว่านกระจายรอบโคนต้ นทุเรีย น จากการสารวจ พบว่า รูปแบบการปลูกทุเรียน สามารถแบ่งได้เป็น 2 ลักษณะ คือ 3.1.1 การปลูกแบบดั้งเดิม คือ การปลูกแบบสวนผสม เงาะ ทุเรียน มังคุด ส่วนใหญ่จะมีอายุเกิน 15 ปี ระยะปลูกไม่แน่นอน จะใส่ปุ๋ยโดยการหว่านกระจายทั่วโคนต้น เนื่องจากรากของต้น ทุเรียนกระจายทั่วพื้นที่ 3.1.2 การปลูกแบบรูปแบบใหม่ ที่เป็นการปลูกแบบพืชเดี่ยว มีรูปแบบการปลูกเป็นดังนี้ 3.1.2.1 แบบปลูกแบบพื้นราบ มีระยะปลูกแน่นอน ระยะห่าง ระหว่างต้น x แถว เป็น 8x8 m–10x10 m การใส่ปุ๋ยจะใส่บริเวณ รอบปลายทรงพุ่ม ห่างจากโคนต้นประมาณ 40-50 cm 3.1.2.2 แบบยกร่อง ในพื้นที่ที่มีการระบายน้าไม่ดี ส่งผลให้ รากทุเรียนเน่าเสียได้ง่าย จึงมีการปลูกแบบยกร่อง ในบางพื้นที่มี การขุดร่องระบายน้า ในบริเวณปลายร่อง ขนาดกว้าง 2-4 m ลึก ประมาณ 0.70 m ขนาดกว้าง 6–8 m ความสูงของร่อง ประมาณ 0.50-0.80 m การใส่ปุ๋ยจะบริเวณรอบปลายทรงพุ่ม ห่างจากโคน ต้นประมาณ 40-50 cm 3.1.2.3 แบบพูนโคน การปลูกด้วยวิธีนี้เป็นวิธีหนึ่งที่ป้องกัน น้าท่วมรากแต่มีการใช้ดินพูนเพพาะบริเวณรอบทรงพุ่ม ขนาด กว้างตามอายุของต้นทุเรียน โดยเพลี่ย ทุเรียนที่อายุไม่เกิน 5 ปี ขนาดเส้ น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางที่ พู น โคน ประมาณ 5-6 m ความสู ง ประมาณ 0.70-1.00 m การใส่ปุ๋ยจะใส่บริเวณรอบปลายทรงพุ่ม ห่างจากโคนต้นประมาณ 40-50 cm 3.1.2.4 แบบยกร่องและพูนโคน เป็นการปลูกหลังจากยกร่อง เป็นแถวยาว แล้วจึงพูนโคนซ้าอีกครั้ง เนื่องจากเมื่อปลูกไประยะ หนึ่ง ดินจะยุบตัว การใส่ปุ๋ยจะบริเวณรอบปลายทรงพุ่มห่างจาก โคนต้นประมาณ 40-50 cm 3.2 ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบชุดกลไกลการใส่ ปุ๋ ย และอุปกรณ์ ชุดกลไกลของการใส่ปุ๋ยที่ออกแบบประกอบด้วย ถัง ใส่ปุ๋ย และลูกหยอดปุ๋ย ปัจจัยที่มีผลต่อการออกแบบถังปุ๋ย คือ มุมกองของปุ๋ย ปุ๋ยสูตรหลักที่ใช้ในสวนทุเรียน มี 3 สูตร คือ 1616-16, 13-13-21 และ 8-24-24 จึงได้ทาการทดสอบมุมกองของ ปุ๋ย พบว่า ค่ามุมกองของปุ๋ยทั้งสามสูตร มีค่าเพลี่ย เท่ากับ 18  3.3 ต้นแบบเครื่องใส่ปุ๋ยเคมีแบบกึ่งอัตโนมัติพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ กั บ รถแทรกเตอร์ ข นาด 27 hp ถั งปุ๋ ย มี ข นาดบรรจุ ปุ๋ ย 40 kg ต้นแบบจะใช้น้ามันไฮดรอลิคส์ จากระบบของรถแทรกเตอร์มา ป้อนให้กับมอเตอร์ไฮดระลิคส์ จึงเลือกใช้มอเตอร์ไฮดรอลิค แบบ ปริมาตรคงที่ แบบเฟืองใน ที่ส่วนประกอบของเฟืองและโรลเลอร์


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ที่ช่วยความเค้นและแรงต้าน ทาให้เกิดแรงเสียดทานน้อย (ขวัญ ชัยและปานเพชร,2521) และ (บริษัทศรีทองเอ็นจิเนียริ่ง จากัด ,2561: ออนไลน์ ) ดั ง นั้ น ในการออกแบบเพื่ อ เลื อ กขนาด มอเตอร์ ไ ฮดรอลิ ค เป็ น การวิ เ คราะห์ จ ากอั ต ราการไหลของ น้ามันไฮดรอลิคส์จากปั้มไฮดรอลิคส์ของแทรกเตอร์ขนาด 27 hp ที่ 17.3 l.min-1 ที่ ค วามเร็ ว รอบ 2600 rpm (คู โ บต้ า ,2017) สาหรับ การใส่ปุ๋ยจะใช้งานรถแทรกเตอร์ที่ความเร็วรอบเครื่ อง 2200 rpm ซึ่งอัตราการไหลของน้ามันจะอยู่ที่ 14 l.min-1 หรือ 14000 cc.min-1 เครื่องต้นแบบต้องการให้เพลาหมุนที่ 100 rpm จึงเลือกใช้มอเตอร์ขนาด 140 cc.rev-1 จึงออกแบบให้ระบบทาง กลสาหรับการใส่ปุ๋ย ใช้ไฮดรอลิคมอเตอร์ รุ่น M125 ที่มีอัตรา การไหล 125 cc.rev-1 ความเร็วรอบสูงสุด 475 rpm อัตราการ ไหลของน้ามัน 60 l.min-1 ดังแสดงในภาพที่ 1

เป้ า หมายที่ ต้ อ งการ เป็ น สี แ ดง โดยใช้ ก ล้ อ งเป็ น หน่ ว ยรั บ ข้อมูลภาพสี ในรูปแบบ สี RGB ข้อมูลที่ได้รับจะถูก วิเคราะห์สี เขียว-แดง และเขียวน้าเงิน ถ้าค่าที่ได้รับ มีค่า  50 ให้ ส่งข้อมูล 5 เพื่อให้ไฟที่บอร์ด Raspberry ติด แสดงว่าเป้าหมายที่กล้องจับ ภาพได้ มี สี แ ดง และขณะเดี ย วกั น ค่ า ที่ ˂ 50 ให้ ส่ ง ข้ อ มู ล 0 เพื่ อ ให้ ไ ฟที่ บอร์ด Raspberry ดั บ และ บอร์ ด Arduino ที่ เ ป็น หน่วยควบคุมการทางานของไฮดรอลิคมอเตอร์ โดยมีการขั้นตอน การทางานดังภาพที่ 4

Figure 3 Diagram of color analysis program

Figure 1 Hydraulic motor and joined valve เครื่องต้นแบบประกอบด้วยสองส่วน คือ ระบบถ่ายทอดกาลัง และระบบการควบคุมฝังตัว ระบบถ่ายทอดกาลัง : ใช้วาล์วสาหรับต่อไฮดรอลิคมอเตอร์กับ ระบบไฮดรอลิคของรถแทรกเตอร์ เพื่อใช้น้ามันไฮดรอลิคจาก ระบบของรถแทรกเตอร์มาใช้งานกาลังที่ถูกถ่ายจากระบบไฮดรอ ลิคของรถแทรกเตอร์ไปยังวาล์วควบคุมอัตราการไหลด้วยไฟฟ้า ที่สามารถปรับอัตราการไหลสูงสุด 125 l.min-1 ความดันสูงสุด 250 Bar และส่งกาลังต่อไปยังเพลาของไอดรอลิก มอเตอร์ ที่มี อัตราการไหลสูงสุด 60 l.min-1 ความเร็วรอบสูงสุด 475 rpm ด้วยพูเล่ย์ขับขนาด 4 inch และพู่เล่ย์ตามขนาด 8 inch ที่ขับ เพลาลูกหยอดสาหรับใส่ปยุ๋ ดังแสดงในรูปที่ 2

Figure 2 Fertilizer applicator control system ระบบการควบคุมฝังตัว: ระบบควบคุมการใส่ปุ๋ยถูกออกแบบ ด้ ว ยโปรแกรม the MATLAB (MathWorks version 2016b, Massachusetts, USA) ประกอบกับ ไมโครคอลโทรเลอร์ บอร์ด Raspberry ( Raspeberry Pi3 Model B, Japan) ที่ มี ห น่ ว ย ประมวลผลกราฟิก และรับภาพสี RGB โดยตรงจากกล้อง VGA สามารถส่งค่าออกเป็น ค่ า RCA หรือ HDMI โดยมี Micro SD card เป็นหน่วยความจา แผนผังโปรแกรมดังรูปที่ 3 ในที่นี้ใ ห้

Figure 4 Flow chart of prototype work 3.4 การทดสอบต้ น แบบในห้ อ งปฏิ บั ติ ก าร: ต้ น แบบเครื่ อ งใส่ ปุ๋ยเคมีติดพ่วงท้ายรถแทรกเตอร์สาหรับทดสอบให้ห้องปฏิบัติการ ดังรูปที่ 5 ชุดทดสอบแบบรางในห้องปฏิบัติการถูกออกให้มีขนาด ยาว 12 เมตร เพื่อทดสอบอัตราการโรยปุ๋ย ความสม่าเสมอใน การโรยปุ๋ย ทดสอบโปรแกรมควบคุม การใส่ปุ๋ย ที่อ อกแบบขึ้ น และทดสอบความแม่นยาในเรื่องตาแหน่งการใส่ปุ๋ย โดยมีการ ทดสอบเปรียบเทียบลูกหยอด 4 แบบ คือ ลูกหยอดแบบร่องไขว้ ลูกหยอดแบบร่องตรง และลูกหยอดแบบหลุม โดยที่ลูกหยอดทั้ง 3 แบบทาจากซุปเปอร์ลีน มีความยาว 30 cm เส้นผ่านศูนย์กลาง 10 cm และลูกหยอดแบบเกลียวทาจากเหล็กแผ่นดัดเป็นเกลียว 3.4.1 ลูกหยอดแบบร่องตรง ถูกออกแบบให้มี ขนาดความ กว้ า งความยาว และความลึ ก ของร่ อ ง 3, 28 และ 1 cm ตามลาดับ (Figure 6 (a)) 3.4.2 ลูกหยอดแบบร่องไขว้ ถูกออกแบบให้มีความกว้าง ความยาว และความลึกของร่อง 2, 9 และ 1.5 cm เอียงทามุม 30 กับแนวระนาบ (Figure 6 (b)) 3.4.3 ลูกหยอดแบบหลุม ถูกออกแบบให้มีขนาดเส้นผ่าน ศูนย์กลางและความลึกของรู 2 และ 1 cm จานวน 4 รูต่อแถว และ 5 รูต่อแถว อย่างละ 2 แถว วางสลับกัน (Figure 7 (a))

123


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 3.4.4 ลูกหยอดแบบเกลียว ถูกออกแบบให้มีระยะเกลียว 25 cm ระยะห่างระหว่างเกลียว 3 cm ด้านซ้ายจานวน 4 เกลียว ด้านขวา 4 เกลียว วางเอียงทามุมเข้าหากัน (Figure 7 (b))

Figure 5 The prototype for lab test

(a) Hole drill type

(a) Cross type

(b) Straight type Figure 6 The rotor of fertilizer applicator cross and straight type

124

(b) Concaved type Figure 7 The rotor of fertilizer applicator hole drill type and concaved type 3.5 ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการ วางแผนการทดสอบ เพื่อวิเคราะห์อัตราการใส่ปุ๋ย รูปแบบการกระจายของปุ๋ย ด้วย เครื่องต้นแบบ จานวน 3 แบบๆ ละ3 ซ้า ที่ความเร็วรอบของรถ แทรกเตอร์ 1000, 1200, 1400 และ 1600 rpm ทดสอบให้รถ แทรกเตอร์อยู่กับที่ ผลการทดสอบแสดงดังภาพที่ 8 และ ทดสอบ การใส่ปุ๋ยเมื่อรถแทรกเตอร์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วระดับ 2L ผล การทดสอบแสดงดังภาพที่ 9 จากตารางที่ 1 สามารถแบ่งกลุ่มอัตราการใส่ปุ๋ยทางทฤษฎีได้ ดังนี้: ทุเรียนอายุ 3-5 ปี ระยะรัศมีทรงพุ่ม 0.5 - 2.5 m อัตรา การใส่ปุ๋ยทางทฤษฏี 1-2 kg ต่อต้น และ ทุเรียนอายุ 6-8 ปี ระยะ รัศมีทรงพุ่ม 2.6-3.5 m อัตราการใส่ปุ๋ยทางทฤษฏี 2-3 kg ต่อต้น โดยที่ อั ต ราการใส่ ปุ๋ ย ทางทฤษฎี เ ป็ น อั ต ราการค านวณจาก คาแนะนาให้ใส่ปุ๋ยปริมาณ 1 ใน 3 ของรัศมีทรงพุ่ม จากภาพที่ 7 และ 8 จะเห็ น ได้ ว่ า ลู ก หยอดแบบหลุ ม ให้ อั ต ราการหว่ า นที่ เหมาะสมกับความต้องการ เมื่อเปรียบเทียบกับลูกหยอดแบบอื่น ที่ความเร็วการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์เท่ากัน และจากการ สังเกตการกระจายตัวของปุ๋ย ด้วยสายตา พบว่า แบบตรงและ แบบไขว้มีการกระจุกตัวของปุ๋ยมากกว่าแบบเกลียวและแบบหลุม จึงเห็นว่า ลูกหยอดแบบหลุม (Hold drill type) มีความเหมาะสม ในการนาไปพัฒนาต้นแบบของเครื่องใส่ปุ๋ยแบบกึ่งอัตโนมัติต่อไป


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

Figure 8 The results of fertilizer applied rate at the different engine speed of 4 fertilizer driller types

ซึ่ ง ล้ ว นสนั บ สนุ น ให้ ง านวิ จั ย นี้ ด าเนิ น งานจนบรรลุ เ ป้ า หมาย คณะผู้วิจัยขอขอบคุณมา ณ โอกาสนี้ 6 เอกสารอ้างอิง Office of Agricultural Economics.2018. Data base of agricultural economics. Available at: http://www.oae.go.th. Accessed on 3 January 2019. (in Thai). ขวัญชัย สินทิพย์ และ ปานเพชร ชินินทร. 2521. ไฮดรอลิค อุตสาหกรรม. กรุงเทพฯ: บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จากัด. คูโบต้า.2017.คู่มือซ่อมรถแทรกเตอร์ B2140S, B2140S Narrow, B2440S, B2740S. กันยายน 2017. หน่วยถ่ายทอดเทคโนโลยี ศูนย์วิจยั พืชสวนจันทบุรี สถาบันวิจัย พืชสวน กรมวิชาการเกษตร.2551. เทคโนโลยีการผลิตทุเรียน ให้มีคุณภาพ (online). www.doa.go.th/hrc/chantaburi, 17 ธันวาคม 2560. บริษัท ศรีทอง เอ็นจิเนียริ่ง จากัด.แคทตาล๊อค(online). https://sritong.co.th/catalog/pdf/MM-MR-HKUMSHydraulic.PDF, 13 มกราคม 2561.

Figure 9 The results fertilizer applied rate at the different tractor speed of 4 fertilizer driller types 4 สรุป ปัจจัยที่มีผลต่อการพัฒนาเครื่องใส่ปุ๋ยแบบกึ่งอัตโนมัติ คือ ขนาดทรงพุ่มต้นทุเรียน อัตราปุ๋ยที่ต้องการ ระยะห่างระหว่างต้น และแถว ชนิดของลูกหยอดปุ๋ ย อัตราทด โดยที่อัตราปุ๋ย ตาม คาแนะนา คือ ทุเรียนอายุ 3-5 ปี ระยะรัศมีทรงพุ่ม 0.5 - 2.5 m อัตราการใส่ปุ๋ยทางทฤษฏี 1-2 kg ต่อต้น และ ทุเรียนอายุ 6-8 ปี ระยะรัศมีทรงพุ่ม 2.6-3.5 m อัตราการใส่ปุ๋ย ทางทฤษฏี 2-3 kg ต่อต้น เครื่องต้นแบบที่พัฒนาขึ้นมีความเหมาะสมกับการใช้งาน ในสวนทุเรียนที่มีการปลูกแบบไม่ยกร่อง (แบบดั้ งเดิม) หรือ ยก ร่อง ที่มีระยะห่างระหว่างแถว x ต้น คือ 8 x 8 และ 8x4 m ลูก หยอดที่เหมาะสมสาหรับการพัฒนาต้นแบบคือ ลูกหยอดปุ๋ยแบบ หลุม ที่มีการกระจายตัวของปุ๋ย ดีกว่าลูกหยอดแบบอื่น ที่ให้ อั ต ราหยอดปุ๋ ย 30.70 g/s ที่ ค วามเร็ ว รอบเครื่ อ งยนต์ ร ถ แทรกเตอร์ 1000 rpm โดยรถแทรกเตอร์เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 0.12 m/s และ 40.77 g/s ที่ ค วามเร็ ว รอบเครื่ อ งยนต์ ร ถ แทรกเตอร์ 1400 rpm โดยรถแทรกเตอร์เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 01.6 m/s 5 กิตติกรรมประกาศ โครงการวิ จั ย นี้ ด าเนิ น การโดยได้ รั บ การสนั บ สนุ น จาก ผู้อานวยการ ข้าราชการ พนักงานราชการและลูกจ้างประจา ของ ศู น ย์ วิ จั ย เกษตรวิ ศ วกรรมจั น ทบุ รี และสถาบั น วิ จั ย เกษตร วิ ศ วกรรม และขอขอบคุ ณ เจ้ า หน้ า ที่ ศู น ย์ วิ จั ย และพั ฒ นาการ เกษตรจังหวัดจันทบุรี ที่ช่วยประสานงานติดต่อเกษตรกร และยัง มีผู้ที่ได้ให้ความช่วยเหลือสนับสนุนในด้านต่างๆ ที่มิได้เอ่ยนามไว้

125


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮารดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การลดคาความนําชลศาสตรของดินทรายโดยผสมกับปูนขาวและปูนซีเมนต Reduction of hydraulic conductivity of sand by mixing with lime and cement. ทัศชัย ใจอุน1, นิตพิ งษ อุนเรือน1, สมชาย ดอนเจดีย1* Taschai Jai-un1, Nitipong Aunruean1, Somchai Donjadee1* 1ภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน,คณะวิศวกรรมศาสตร

กําแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 of Irrigation Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsarn, Kasetsart University – Kamphaengsaen Campus, NakhonPathom, 73140 *Corresponding author: E-mail: fengscd@ku.ac.th 1Department

บทคัดยอ งานวิจัยนี้ไดศึกษาความสามารถในการลดคาความนําชลศาสตรของดินทรายโดยการผสมดวยปูนขาวและปูนซีเมนต ซึ่งได ดําเนินการโดยใชดินทรายที่พบเจอไดทั่วไปซึ่งมีคาการรั่วซึมที่สูงมาทดลองในหองปฏิบัติการ และใชวิธีระดับน้ําคงที่ พบวาคาความนํา ชลศาสตร ของดิ นทรายที่ไม ไดรับการผสมปู นขาวหรื อปูนซีเ มนตเฉลี่ย อยูที่ 239.71 cm day-1 เมื่ อนําดินทรายมาผสมปูนขาวใน อัตราสวน 3,5,7,9 และ 11 เปอรเซ็นตโดยน้ําหนัก และดินทรายผสมปูนซีเมนตในอัตราสวน 2,4,6,8 และ 10 เปอรเซ็นตโดยน้ําหนัก จากการทดลองพบวาคาความนําชลศาสตรของดินทรายมีคาลดลงอยางตอเนื่องเมื่อมีการเพิ่มอัตราสวนผสมปูนขาวหรือปูนซีเมนตลง ไป ซึ่ งค า ความนํ า ชลศาสตร ต่ํา สุด คือ 47.82 cm day-1 และ 3.79 cm day-1 ดิน ทรายผสมปู น ขาวและดิน ทรายผสมปูน ซีเ มนต ตามลําดับ สรุปไดวาดินทรายที่ผสมปูนซีเมนตมีประสิทธิภาพในการลดคาความนําชลศาสตรไดดีกวาดินทรายที่ผสมปูนขาว คําสําคัญ: ความนําชลศาสตร, ดินทราย, การรั่วซึม Abstract This research aimed to reduce hydraulic conductivity of sandy soils by mixing it with lime and cement. Sandy soil which generally permits high seepage losses was conducted an experiment in a laboratory using the constant head method. Results showed that the average of hydraulic conductivity of sandy soil was 239.71 cm day-1. However, mixing sandy soil with lime in the ratio of 3,5,7,9 and 11 percent by weight, and with cement at a ratio of 2,4,6,8 and 10 percent by weight, found that the hydraulic conductivity values of the sandy soils continuosly decreased with increasing of lime or cement. Mixing sandy soils with lime and cement obtained the minimum hydraulic conductivity values of 47.82 cm day-1 and 3.79 cm day-1, respectively leading to the conclusion that using cement with sandy soil was able to effectively reduce hydraulic conductivity better than lime. Keywords: Hydraulic conductivity, Sandy Soil, Lime, Cement, Seepage 47 ของเนื้อที่ทั้งหมดในประเทศ แตกลับมีพื้นที่การเกษตรที่อยู 1 บทนํา ในเขตชลประทานเพียง 31,538,356 ไร คิดเปนรอยละ 21 ของ ประเทศไทยเปน ประเทศที่มีความเกี่ ยวข องกั บการทําการ พื้ น ที่ ก ารเกษตร (Office of Agricultural Economics, 2016) เกษตรกรรมเป น อย า งมาก โดยมี เ นื้ อ ที่ ที่ ใ ช ป ระโยชน ท าง เห็นไดวาพื้นที่ทําการเกษตรสวนใหญจะอยูนอกเขตชลประทาน การเกษตรรวมทั้งประเทศ 149,242,393 ไร หรือคิดเปนรอยละ

126


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 ถึง ร อยละ 79 ดั งนั้น การทํ า เกษตรกรรมในพื้นที่ น อกเขตการ ชลประทานจึงตอ งอาศัยน้ํ าฝนเปนหลักหากเกิดภาวะภั ยแลง หรือฝนทิ้งชวงจะทําใหพืชเกิดสภาวะขาดน้ําจนทําใหเกิดความ เสียหายกับการปลูกพืชได ปญหาดังกลาวรัฐบาลไดมีนโยบายเพิ่ม พื้นที่แหลงน้ํา ในพื้น ที่ของเกษตรกร โดยกระทรวงเกษตรและ สหกรณไดมอบหมายใหกรมพัฒนาที่ดินดําเนินการจัดหาแหลงน้ํา จึง ได มี โ ครงการแหลง น้ํา ในไร น านอกเขตชลประทาน (Land development department, 2018) ประจําปงบประมาณ พ.ศ. 2561 โดยส ง เสริ ม ให มี ก ารขุ ด สระน้ํ า ขนาด 1,260 m3 เพื่ อ บรรเทาสภาพป ญ หาภั ย แล ง การขาดแคลนน้ํ า และเพิ่ ม ประสิทธิภาพการเก็บกักน้ําในพื้นที่ของการเกษตร ซึ่งเกษตรกร เปนผูรับผิดชอบคาใชจายเพียง 2,500 บาท จํานวน 47,500 สระ ดังนั้นทําใหไดรับความสนใจจากเกษตรกรเปนอยางมาก สระเก็บ น้ําดังกลาวกระจายอยูทั่วประเทศ ซึ่งบางพื้นที่ไมเหมาะสมที่จะ ทําการขุดสระเก็บน้ําเนื่องจากสภาพดินไมเหมาะสม จากรายงาน ของสํ า นั ก เศรษฐกิ จ การเกษตร พบว า มี ส ระเก็ บ น้ํ า นอกเขต ชลประทานรอยละ 18 ไมสามารถขังน้ําไวใชไดตามที่ออกแบบไว เนื่องจากมีการรั่วซึมสูงมากสาเหตุจากสภาพดินที่ไ มเหมาะสม (Office of Agricultural Economics, 2008) เชน ในพื้นที่ลุมน้ํา ลําภาชี ซึ่งสภาพดินมีลักษณะเปนดินทราย ดังนั้นหากตองการ ขุดสระเก็บน้ําไวใชในพื้นที่จําเปนตองหาแนวทางในการปรับปรุง ดินบริเ วณพื้ น ผิ ว สระให มีค วามสามารถลดการรั่ว ซึม ให อ ยูใ น เกณฑที่ยอมรับได การลดอัตราการรั่วซึมของดินสามารถทําได หลายวิธี เชนการใช วัสดุปองกั นเชน การปูด วยแผนพลาสติ ก การดาดดวยคอนกรีต การดาดดวยดินซีเมนต (Jin et al., 2018) การดาดดวยดินโคลน (Bouwer et al., 2001) การดาดดวยผาใบ คอนกรี ต (Donjadee et al., 2017) การใช น้ํ า ยางธรรมชาติ (Nakasun et al., 2007) และการปรับปรุงดินใหมีคุณสมบัติใน การเพิ่ ม ประสิ ทธิภาพลดการรั่วซึม ของน้ํ า เชน การบดอัดดิน (Bouwer et al., 2001; Kolawole et al., 2005) การผสมวัสดุ บางชนิดเขาไปในดิน เชน ปุยคอก (Shahid et al., 1996) เบน โทไนท (Gleason et al., 1997; Malusis et al., 2009) ปูนขาว (Angsuwotai, 1982) ปูนซีเมนต (Tipmontree, 2009) เปนตน อยา งไรก็ ต ามแตล ะวัส ดุ ก็ จ ะมี ข อ ดี ข อเสีย แตกต า งกัน ออกไป งานวิจัยนี้ไดพิจารณาเลือกใชดินทรายในการทดสอบโดยจะทํา การตรวจวัดหาคาความนําชลศาสตร (hydraulic conductivity, K) เนื่ องจากคา ความนํา ชลศาสตรเ ป นพารามิ เ ตอร ที่แ สดงถึง ความยากง า ยของการเคลื่ อ นที่ น้ํ า ผ า นชั้ น ดิ น เนื่ อ งจากน้ํ า เคลื่อนที่ ผานดิน ทรายไดงายจึงมีคา K สูง ดั งนั้น เมื่อจะมีการ

สร า งสิ่งก อ สรา งที่เ กี่ ย วข อ งกั บ การซึ ม น้ํา บนพื้ นที่ ดิ นทราย ที่ ตองการใหน้ําไหลซึมผานไดยาก เชน ในสระน้ํา ไรนา และทํานบ ดิน ตองมีการปรับปรุงดินทรายโดยการตรวจสอบจากคา K การ ลดคา K ของดินทรายไดสามารถทําไดโดยการผสมสารที่มีอนุภาค ขนาดเล็กที่สามารถแทรกเขาอยูในชองวางระหวางเม็ดทราย สาร เหลานี้ไดแก ดินเหนียว เบนโทไนท ปูนขาว และปูนซีเมนต เปน ตน เมื่อ สารขนาดเล็กเหลา นี้แ ทรกเขา ในช องว างระหวางเม็ ด ทราย ทําใหความพรุนของดินทรายลดลง สงผลใหคา K ลดลง ดวย ในการศึกษานี้ไดเลือกใช ปูนขาวและปูนซีเมนต ซึ่งปูนทั้ง 2 ชนิ ด นี้ น อกจากช ว ยลดค า K แล ว ยั ง ช ว ยทํ า ให ชั้ น ดิ น ทรายมี เสถียรภาพอีกดวย อีกทั้งปูนทั้ง 2 ชนิดนี้สามารถหาไดไมยากจาก รานวัสดุกอสรางโดยทั่วไป และหากพบวาเมื่อใชในปริมาณเพียง เล็กนอยแลวไดผลดีก็จะชวยประหยัดคาใชจายดวยโดยที่คา K สามารถตรวจวัดจากหองปฏิบัติก ารมี 2 วิธี ไดแกวิธีเฮดลดลง (falling head) และวิธีเฮดคงที่ (constant head) โดยที่วิ ธีเฮด ลดลงมักจะใชกับตัวอยางที่น้ําซึมผานไดยาก วิธีเฮดคงที่จะใชกับ ตัวอยางที่น้ําซึมผานไดงาย ในการศึกษานี้เปนการศึกษาการลด คา K ของดินทรายซึ่งเริ่มจากน้ําซึมผานไดงายในดินทราย แตเมื่อ ผสมกับปูนขาวหรือปูนซีเมนตแลวน้ําจะซึมผานไดยาก และยาก ขึ้นเรื่อยๆเมื่อเปอรเซ็นตปูนมากขึ้น จึงจําเปนตองเลือกใชวิธีที่ เหมาะสม วิธีเฮดคงที่แมจะยุงยากกวาวิธเี ฮดลดลงในการทดสอบ แตเนื่องจากการคํานวณคา K จากผลของการทดสอบแบบเฮด คงที่ ซึ่งลอกับกฎของดารซี่โดยตรง จะใหคาที่ถูกตองกวาจากวิธี เฮดลดลง (Sandoval et al., 2017) อีกทั้งวิธีเฮดคงที่สามารถ ประยุกตใชกับวัสดุที่มีคา K สูงมาก (Nijp et al., 2013) ไปจนถึง วัส ดุ ที่มี คา K ต่ํ า มาก (Yu et al., 2013) ดั งนั้ น วิธี เ ฮดคงที่ จึ ง เหมาะสมกับการศึกษาครั้งนี้ หลักการวัดคา K มีพื้นฐานมาจาก กฎของดารซี (Darcy's law) ซึ่งกล าววาอัตราการไหล (Q) ของ น้ําผานชั้นดินแปรผันตรงกับพื้นที่หนาตัดการไหล (A) และความ ชันชลศาสตร (i, dh/dL) โดยมี K เปนคาสัดสวนคงที่ (constant of proportionality) เรียกวาความนําชลศาสตร เขียนเปนสูตร ไดดังนี้ dh (1) Q  KAi  dL เมื่อ dL คือ ระยะทางการเคลื่อนที่ของน้ําในดินซึ่งทําใหเฮด ลดเทากับ dh เมื่อตองการหาคา K โดยวิธเี ฮดคงที่เราจะเปลี่ยน สมการ (1) เปน QL K (2) Ah เมื่อ L คือระยะหางของจุดวัดเฮดลด (h) ในแนวการไหล

127


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 2 อุปกรณและวิธีการ

Prtcent Finer By Weight

วิศวกรรมชลประทาน มก. กําแพงแสน โดยเริ่มจากการผึ่งใหแหง ในร ม จนกระทั่ ง มี ค า ความชื้ น คงที่ วั ด ความชื้ น ของดิ น ทราย 2.1 เพอรเมียมิเตอรแบบเฮดคงที่ ตัวอยางดวยวิธีชั่งกอนและหลังอบแหง (gravimetric method) เพอรเมียมิเตอรแบบเฮดคงที่เปนเครื่องมือที่เลียนแบบมา ไดคาที่ 0.32 % โดยน้ําหนัก วัดการแจกแจงขนาดเม็ดดินโดยการ จากการทดลองของดาร ซี่ (Figure 1) ประกอบด ว ยภาชนะ วิเคราะหดวยตะแกรงรอน (sieve analysis) ไดการแจกแจงดัง ทรงกระบอกขนาดเสนผาศูนยกลางภายใน 10 cm วางในแนวตั้ง แสดงใน (Figure 3) ไดคา d ,d และ d เทากับ 0.183 , 0.342 10 30 60 สูง 30 cm (Figure 2) บรรจุตัวอยางที่จะทดสอบเต็ม มีทอน้ําเขา และ 0.585 ตามลํ า ดั บ ได ค า สั ม ประสิ ท ธิ์ ค วามสม่ํ า เสมอ ดานบน ทอน้ําออกดานลางขนาดเสนผาศูนยกลางภายในของทอ (coefficient of uniformity, Cu) เทากับ 3.20 และสัมประสิทธิ์ ทั้งสองเท า กั นคื อ 1.5 cm ส วนบนของทอน้ํ าเขารับ น้ํ าจากถั ง ความโคง (coefficient of curvature, Cc) เทากับ 1.09 พบวา ขนาดประมาณ 0.2 m3 ความสูงจากผิวน้ําที่ควบคุมจนถึงดานบน เป น ดิ น ทรายที่ มี ข นาดคละกั น ไม ดี ต ามมาตรฐานของ ASTM ของตัวอยางเทากับ 390 cm ถึงดานลางเทากับ 420 cm ทอน้ํา D422 – 63 ออกเชื่อมกับสวนลางของภาชนะบรรจุตัวอยางแลวงอขึ้นสูงจาก 120.00 พื้นลางของตัวอยาง 20 cm เพื่อมั่นใจวาตัวอยางดินมีความอิ่มตัว 100.00 เต็มที่และสะดวกในการวัดอัตราการไหลดวย เนื่องจากเพอรเมีย 80.00 มิเตอรในการศึกษาครั้งนี้ไมมีมานอมิเตอรสําหรับวัดเฮดความดัน 60.00 40.00 ที่จุด 2 จุดตามแนวการไหลจึงอนุโลมใหใชระดับเขากับระดับน้ํา 20.00 ออกแทนและถือเอาตลอดความยาวของตัวอยางเปนระยะการ 0.00 ไหล L ซึ่งมีคาเทากับ 30 cm สวนคาเฮดคงที่ h เทากับ 400 cm 10.000 1.000 0.100 0.010 Diameter mm.

Figure 3 Grain size distributions เพื่ อ ลดอั ต ราการไหลผ า นตั ว กลางพรุ น (flow through porous media) จึงผสมปูนขาวและปูนซีเมนตในอัตราสวนที่ไม เกิน 12% สัดสวนของตัวอยาง ทราย:ปูนขาว คือ 97:3, 95:5, 93:7, 91:9 และ 89:11 สํ า หรั บ สั ด ส ว นของตั ว อย า ง ทราย: ปูนซีเมนต คือ 98:2, 96:4, 94:6, 92:8 และ 90:10 โดยผสมใน ขณะที่ตัวอยางยังแหงอยู ใชพลั่วเล็กคลุกเคลาจนมั่นใจในความ เปนเนื้อเดียวกัน Figure 1 Pemeameter

Figure 2 Example 2.2 ตัวอยางวัสดุพรุนที่ใชในการทดสอบ วัส ดุพ รุ น หลักที่ ใช คือดิน ทรายธรรมชาติที่ ขุด มาจากแปลง ทดลองภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน มก. กําแพงแสนโดยขุดลึก ไม เ กิ น 30 cm แล ว นํ า ไปทดสอบที่ ห อ งปฏิ บั ติ ก ารภาควิ ช า

128

2.3 วิธีการทดสอบ ภาชนะที่บรรจุตัวอยางสารผสมไดรับการติดตั้งบนตะแกรง ลวดในแนวดิ่ง เรียงเปนแถว สูงจากพื้นประมาณ 80 cm ทอน้ํา เขาที่ไดรับ น้ําประปาจากถังควบคุมระดับ น้ําคงที่ปอนน้ํา เข าสู ตัวอยางทั้ง 5 ภาชนะ (Figure 4) ในเวลาเดียวกันปลอยใหน้ําไหล ผานตัวอยางระยะเวลาหนึ่งแลวจึงรองรับน้ําที่ไหลออกจากแตละ ตัวอยางดวยกระบอกตวงขนาด 500 ml พรอมทั้งจับเวลาการ ไหลจนถึง 100 ml แลวจึงหยุด เพื่ อความละเอี ยดถูกตองมาก ที่สุด โดยทําซ้ําไมนอยกวา 5 ครั้ง ทุกครั้งก็หาคาอัตราการไหล โดยหารปริมาตรน้ําดวยเวลาการไหล เมื่อเห็นวาอัตราการไหล คงที่ไมนอยกวา 3 ครั้งจึงถื อเอาคาเฉลี่ย 3 ครั้งสุดทาย แลวจึง บันทึกอุณหภูมิของน้ํา


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562

Figure 4 Flow rate measurement 2.4 การคํานวณคาความนําชลศาสตร คาความนํา ชลศาสตร สามารถหาได จ ากสมการที่ 2 เมื่อมี อัตราการไหลเฉลี่ย Q ที่ไดจากการทดสอบแตละตัวอยาง คา L คือความยาวของตัวอยางเทากับ 30 cm สวน A คือพื้นที่หนาตัด ของการไหลมีคาเทากับ 78.54 cm2 และ h เปนคาความแตกตาง ระหวางเฮดของมานอมิเตอรที่ตอเชื่อมกับภาชนะบรรจุตัวอยาง 2 จุด หางกัน L ตามทิศทางการไหล แตเนื่องจากเพอรเมียมิเตอร ในการศึกษาครั้งนี้ไ มมีมานอมิเตอรจึ งถือเอาความแตกตา งใน แนวดิ่งของระดับ น้ําเขาและออกเป นคา h ซึ่งมีคา เทากั บ 400 cm ทําใหสมการที่ 2 สามารถเขียนไดเปน -4

K = 9.55x10 Q

(3)

เมื่อ Q เปนอัตราการไหลในหนวย m3 s-1 จะได K ในหนวย cm s-1 เนื่องจากคา K แปรผันตามคาความหนืด (viscosity) ของน้ํา ซึ่งความหนืดแปรผันตามอุณหภูมิ ดังนั้นเพื่อใหการเปรียบเทียบมี ความถูกตอง จึงตองปรับคา K ใหเปนคาที่ไดจากการไหลของน้ํา ที่อุณหภูมิเดียวกัน ปกติใช 20 องศาเซลเซียส ดังสมการตอไปนี้  K 20  K T 20 T

ปญหาในการกักเก็บน้ําในสระในชวงฤดูแลงสามารถเก็บกักน้ําได มีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการทดลองนี้ไ ด ทํา การบดอั ดดิ น ทรายพบว า ค า ความ หนาแนนของดินทรายกอนทําการทดสอบมีคาเฉลี่ย 1.55 g cm-3 และหลังทําการทดสอบมีคาเฉลี่ย 1.56 g cm-3 การทดสอบหาคา ความนําชลศาสตรของดินทรายหลังจากที่ทําการบดอัดแลวโดย วิ ธี ค วามดั น คงที่ พบว า มี ค า ความนํ า ชลศาสตร เ ฉลี่ ย อยู ที่ 239.71 cm day-1 เมื่อทําการเปรียบเทียบ K ของสารผสม ทราย กับปูนขาวและ ทรายกับปูนซีเมนต คา K ลดลงเมื่อสัดสวนของ ปูนมากขึ้ น ดวยอัตราการลดลงเร็วในขณะที่ สัดสวนปูนนอยๆ และเมื่ อ สั ด ส ว นปู น มากขึ้ น อั ต ราการลดก็ ช า ลง โดยมี ค วา ม สั ม พั น ธ ดั ง (Figure 5) แ ล ะ ส าม า รถ ส ร า ง สม กา ร ความสัมพันธไดดังสมการที่ 5 และ สมการที่ 6 สําหรับ ทราย ผสมปูนขาวและทรายผสมปูนซีเมนตตามลําดับ KSL = 265.2PSL-0.68

(5)

KSC = 407.4PSC-1.90

(6)

เมื่อ KSC และ KSLคือ ความนําชลศาสตรในหนวย cm day-1 PSC และ PSL คือ % ปูนซีเมนตที่ใชผสมในดินทราย ตัวหอย SC และ SL คือ ทรายผสมปูนซีเมนตและทรายผสมปูนขาวตามลําดับ

(4)

เมื่อ 20 และ T คือ คาความหนืดของน้ําที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสและที่อุณหภูมิ T ใดๆ 3 ผลและวิจารณ การศึกษาหาความสามารถในการลดการรั่วซึมของน้ําในดิน ทรายที่ ผ สมปู น ขาวและปู น ซี เ มนต จะเป น ประโยชน ใ นการ นํ า ไปใช ใ นการปรั บ ปรุ ง พื้ น ที่ ที่ ทํ า การขุ ด สระน้ํ า ที่ พื้ น ที่ นั้ น มี ลักษณะเปนดินทรายเชนในพื้นที่ลุมน้ําลําภาชี ทําใหเกษตรกรที่มี

Figure 5 Hydrualic Conductivity of Sandy soil mixed with Cement (or Lime) จาก (Figure5) แสดงใหเห็นวาคา K มีคาลดลงเมื่อนําปูนขาว มาผสมกั บ ดิ น ทราย โดยมี ค า K เท า กั บ 121.37 cm day-1, 89.21 cm day-1, 71.31 cm day-1, 61.55 cm day-1, 47.82 cm day-1 สําหรับสวนผสมปูนขาวรอยละ 3, 5, 7, 9, 11

129


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 โดยน้ําหนักตามลําดับ โดยที่ความหนาแนนของการทดสอบดิน ทรายผสมปูนขาวบดอัดอยูระหวาง 1.71 g cm-3 ถึง1.76 g cm-3 และคา K มีคาลดลงเมื่อนําปูนซีเมนตมาผสมกับดินทรายโดยมีคา K เทากับ 85.50 cm day-1, 42.21 cm day-1, 14.15 cm day-1, 8.82 cm day-1, 3.79 cm day-1 สําหรับสวนผสมปูนซีเมนตรอย ละ 2, 4, 6, 8, 10 โดยน้ําหนักตามลําดับโดยที่ความหนาแนนของ การทดสอบดิ นทรายผสมปู นซีเ มนตบ ดอัด อยูร ะหวาง 1.73 g cm-3 ถึง 1.86 g cm-3 จะเห็นไดวาเมื่อมีการผสมปูนซีเมนตหรือปูนขาวเพิ่มขึ้นพบวา ค า ความนํ า ชลศาสตร จ ะลดลงอย า งต อ เนื่ อ งแสดงให เ ห็ น ว า ปูนซีเมนตและปูนขาวมีประสิทธิภาพในการชวยลดคาความนําชล ศาสตรของดินทรายลงได

โดยคาความนําชลศาสตรที่เหมาะสมที่จะใชขุดสระไวสําหรับการ กักเก็บ ที่ เหมาะสมควรมี คาไมเกิ น 0.86 cm day-1 (Srithawat et al., 1999) ซึ่งการศึกษาครั้งนี้พบวาคาความนําชลศาสตรยังมี คาที่สูงกวา 0.86 cm day-1 ทุกตัวอยางทดสอบโดยที่อัตราสวน ปูนซีเมนต 10% โดยน้ําหนัก ที่มีคาความนําชลศาสตรนอยที่สุด อยู ที่ 3.79 cm day-1 ซึ่ ง หากต อ งการที่ จ ะลดค า ความนํ า ชล ศาสตรของสระน้ําใหมีประสิทธิภาพตามมาตรฐานที่แนะนํา ควร มีการเพิ่มอัตราสวนผสมของสารที่นํามาใชทดสอบ หรือเลือกใช สารผสมอื่นเพื่อชวยลดคาความนําชลศาสตรลง เชน เบนโทไนท หรือการเลือกลดคาความนําชลศาสตรดวยวิธีอื่น ๆ เชน การดาด ดวยผาใบคอนกรีตหรือพลาสติก Polyethylene

5 กิตติกรรมประกาศ งานวิจัยฉบับนี้เสร็จสมบูรณไดเพราะความอนุเคราะหจาก 4 สรุป การลดคาความนําชลศาสตรของดินทรายโดยการผสมปูนขาว ภาควิชาวิศวกรรมชลประทานที่ไดใหสถานที่ในการทํางานวิจัย เป น วิ ธี ห นึ่ ง ที่ ส ามารถลดค า ความนํ า ชลศาสตร ล งได จาก และยังใหคําแนะนําในการทํางานวิจัยนี้ใหลุลวงไปไดดวยดีพรอม การศึกษาครั้งนี้พบวา คาความนําชลศาสตรของดิ นทรายมีคา ทั้งทุนในการซื้ออุปกรณทํางานวิจัย ลดลงเมื่อมีการผสมปูนขาวเพิ่มขึ้น โดยที่คาความนําชลศาสตร ของดินทรายที่ผสมกับปูนขาวรอยละ 3 โดยน้ําหนักมีคา K อยูที่ 6 เอกสารอางอิง 121.37 cm day-1 เมื่อมีการเพิ่มอัตราสวนผสมลงไปคาความนํา Angsuwotai, P. 1982. Permeability of soil mixed with lime. KKU Engineering Quarterly. 9 (3): 61-67. (in Thai) ชลศาสตรจะลดลงอยางตอเนื่อง โดยที่คาความนําชลศาสตรของ ดิ น ทรายที่ ผ สมปู น ขาวร อ ยละ 11 โดยน้ํ า หนั ก มี ค า K อยู ที่ Bouwer, H., Ludke, J., Rice R.C. 2001. Sealing pond bottoms with muddy water. Ecological Engineering. 47.82 cm day-1 ซึ่งเปนไปตามสมการที่ 5 18: 233-238. การลดค า ความนํ า ชลศาสตร ข องดิ น ทรายโดยการผสม ปูนซีเมนตเปนวิธีหนึ่งที่ไดผลดีสามารถลดคาความนําชลศาสตร Donjadee, S., Vudthivanich, V., and Sanguanduan, N. 2017. Application of Concrete Fabric for Irrigation. ลงไดอยางมาก จากการศึกษาครั้งนี้พบวาคาความนําชลศาสตร Cholakorn Books. 4 January 2017: 167-166. (in Thai) ของดินทรายมีคาลดลงเมื่อมีการผสมปูนซีเมนตเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ โดยที่คาความนําชลศาสตรของดินทรายที่ผสมกับปูนซีเมนตรอย Gleason, M.H., Daniel, D.E. and Eykholt, G.R. 1997. Calcium and sodium bentonite for hydraulic ละ 2 โดยน้ํ าหนั กมีคา K อยู ที่ 85.50 cm day-1 เมื่ อมีก ารเพิ่ ม containment applications. Journal of Geotechnical อัตราสวนผสมลงไปคาความนําชลศาสตรจะลดลงอยางตอเนื่อง and Geoenvironmental Engineering. 123(5): 438-445. โดยที่คาความนําชลศาสตรของดินทรายที่ผสมปูนซีเมนตรอยละ 10 โดยน้ําหนักมีคา K อยูที่ 3.79 cm day-1 ซึ่งเปนไปตามสมการ Jin, L., Song, W., Shu, X., and Huang, B. 2018. Use of water reducer to enhance the mechanical ที่ 6 anddurability properties of cement-treated soil. เมื่ อนํ า ค าความ นํ า ชลศาสตร ของสารผสมทั้ ง 2 ม า Construction and Building Materials. 159: 690-694. เปรียบเทียบกันจะเห็นวาการลดคาความนําชลศาสตรดินทราย ดวยปูนซีเมนตนั้นมีประสิทธิภาพมากกวาการลดคาความนําชล Kolawole, J., Osinuibi, M., Charles, M.O., Nwaiwu, A.M. 2005. Hydraulic conductivity of compacted Lateritic ศาสตรดินทรายดวยปูนขาวอยางเห็นไดชัด soil. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental จากการศึกษาพบวาการนําปูนซีเมนตไปใชเพื่อลดคาความนํา Engineering. 131(8): 1034-1041. ชลศาสตรนั้นเหมาะสมกวาการใชปูนขาวแตยังไมเหมาะสมที่สุด

130


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทยระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15มีนาคม 2562 Land development department. 2018. Project for digging farmpond in rainfed area. Available at: http://www.ldd.go.th/WEB_water/index.html. on 9 July 2018. (in Thai) Malusis, M.A., Barben, E. J., and Evans, J.C. 2009. Hydraulic conductivity and compresssibilty of soilbentonite backfill amended with activated carbon. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 135(5): 664-672. Nakasun, C., Kaesaman, A., and Rungvichaniwit, A. 2007. Prototype of using natural latex to pave pond. Full research reports. Bankok: Thailand Research Fund. (in Thai) Nijp, JJ., Metselaar, K., Limpens, J., Gooren, HPA., and van der Zee, SEATM. (2013) A modification of the constant-head permeameter to measure saturated hydraulic conductivity of highly permeable media. MethodX 4: 134-142. Office of Agricultural Economics. 2008. Annual report 2008. (in Thai) Office of Agricultural Economics. 20 1 6 . Agricultural statistics of Thailand 2 0 1 6 . Bangkok: Ministry of Agriculture and Cooperatives. (in Thai) Sandoval, GFB., Galobardes, I., Teixeira, RS., and Toralles, BM. 2017. Comparison between the falling head and the constant head permeability tests to assess the permeability coefficient of sustainable pervious concretes. Case Studies in Construction Materials 7: 317-328. Shahid, A., M. Aslam and M. Shafiq. 1996. Reducing water seepage from earthen ponds. Agricultural Water Management. 30: 69-76. Srithawat Na Ayudhaya, S., Nilpunt, S., Oonthuam, S., and Chanthawatcharakorn, N. 1999. Assessment of water loss by leakage of ponds dug in various soil series on high ground. Academic documents:5 0 2 . Soil Survey and Classification Division. Land Development Department. Ministry of Agriculture and Cooperatives. (in Thai)

Tipmontree, T. 2009. Influencing Factors of Permeability on Fine Grain Soil Admixed with Cement. Master of Engineering Thesis. King Mongkut’s University of Technology North Bangkok. (in Thai) Yu, L., Rogiers, B., Gedeon, M., Marivoet, j., De Craen, M., and Mallants, D. 2013. A critical review of laboratory and in-situ hydraulic conductivity measurements for the Boom Clay in Belgium. Applied Clay Science 7576: 1-12.

131


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia คุณลักษณะและคุณสมบัติบางประการของไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลจากไพโรไลซิสเรซินแข็งของยางนา Characteristic and Some Properties of Biogasoline and Biodiesel from Pyrolysis Hard Resin of Yang-Na (Dipterocarpus alatus Roxb.) โชคชัย ซุยอุ้ย1, กิตติพงษ์ ลาลุน1*, สมพร เกษแก้ว2 Chokchai Suiuay1, Kittipong Laloon1*, Somporn Katekaew2 1ศูนยวิจัยเครื่องจักรกลเกษตรและวิทยาการหลังการเก็บเกี่ยว

ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแก่น, ขอนแก่น, 40002 Machinery Research and Postharvest Technology Center, Department of Agricaltural Engineering, Faculty of Engineering, Khon Kaen University, Khon Kaen, 40002, Thailand 2ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น, ขอนแก่น, 40002 2 Department of Biochemistry, Faculty of Science, Khon Kaen University, Khon Kaen, 40002, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-6-3792-5155, Fax: +66-43-362-149, E-mail: kittila@kku.ac.th 1Agricultural

บทคัดย่อ การศึกษาคุณลักษณะและคุณสมบัติบางประการของน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลจากเรซินแข็งของยางนาเพื่อประเมิน ความเป็นไปได้ในการน้าไปใช้กับเครื่องยนต์ รวมทั้งการท้างานของเครื่องยนต์เมื่อใช้น้ามันเชื้อเพลิงจากเรซินแข็งของยางนา น้้ามันไบ โอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลถูกผลิตจากเรซินที่เหลือจากการกลั่นน้้ามันยางนา และท้าการตรวจวัดคุณสมบัติที่ส้าคัญของน้้ามันเชื้อเพลิง ตามวิธีมาตรฐาน American Society for Testing and Materials (ASTM) โดยอ้างอิงประกาศของกรมธุรกิจพลังงาน ได้แก่ ความ หนาแน่น ความหนืด ค่าความร้อน การกลั่ น การกัดกร่อน ค่าออกเทน ปริมาณก้ามะถัน พร้อมทั้งเปรียบเทียบกับค่าคุณสมบัติของ น้้ามันเชื้อเพลิงมาตรฐาน ผลการศึกษาพบว่า น้้ามันไบโอแก๊สโซลีนมีค่า ออกเทน การกัดกร่อนแผ่นเงิน ปริมาณก้ามะถัน ค่าความร้อน และความหนืด อยู่ในเกณฑ์มาตฐาน ส้าหรับน้้ามันไบโอดีเซลมีค่า ความหนืด การกัดกร่อนแผ่นทองแดง ปริมาณก้ามะถัน ค่าความร้อน อยู่ในเกณฑ์มาตฐาน ในส่วนค่าความหนาแน่นของน้้ามันทั้งสองชนิดมีค่าสูงกว่าค่ามาตรฐาน ส้าหรับการกลั่นของน้้ามันไบโอแก๊สโซลีน และไบโอดีเซลมีลักษณะที่คล้ายกับน้้ามันแก๊สโซลีนและดีเซล ตามล้าดับ จากผลการศึกษาโดยรวมพบว่า ผลิตภัณฑ์น้ามันไบโอแก๊ส โซลีนและไบโอดีเซลสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงส้าหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในได้โดยไม่ส่งผลกระทบเชิงลบต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์ ค้าส้าคัญ: ยางนา, น้้ามันเชื้อเพลิง, ไพโรไลซิส Abstract A study of some characteristics and properties of biogasoline and biodiesel from the hard resin of Na Yang (HY) to assess the feasibility of applying to the engines and the operation of the engines when using biofuel from the HY. The product biogasoline and biodiesel were produced from the hard resin obtained from the residues in the Yang-Na oil refining process. The important properties of these fuels such as density, viscosity, heating value, distillation, corrosion and octane number were measured according to the American Society for Testing and Materials (ASTM) standard method. These properties are compared with standard values and commercial fuels properties. The results indicated that, properties of biogasoline: octane, silver strip corrosion, Sulfur content, lower heating value and viscosity are in the range of standard gasoline fuel, properties of biodiesel: viscosity, copper strip corrosion, Sulfur content and lower heating value are in the range of standard diesel fuel. While the density of both types fuel are higher than the standards. For distillation tests of biogasoline and biodiesel, similar to gasoline and diesel, respectively. From these results, it can be concluded that the biogasoline and biodiesel made from HY can be used efficiently in internal combustion engines, and there will be no problems in the performance of the engines. Keywords: Yang-Na, fuels, Pyrolysis

132


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 1 บทนา พลังงานเชื้อเพลิงมีความจ้าเป็นและเป็นที่ต้องการเพิ่มมากขึ้น เนื่ อ งจากการขยายตั ว ของอุ ต สาหกรรมและการเพิ่ ม ขึ้ น ของ ประชากรโลก ซึ่งในปัจจุบันพลังงานพื้นฐานที่ใช้ในเครื่องยนต์คือ เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียม ซึ่งมีแนวโน้มลดลง นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ ปิโตรเลียมยังท้าให้เกิดมลพิษทางอากาศผ่านการปล่อยไอเสียที่ เป็นอันตราย ดั งนั้นจึงมีการศึ กษาวิจัยจ้านวนมากที่มุ่งเน้นหา แหล่งพลังงานใหม่ที่สามารถทดแทนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (Çay et al., 2012), (Arpa et al., 2010) ท้าให้ในหลายปีที่ผ่าน มามีการใช้พลังงานทดแทนเพิ่มมากขึ้น โดยได้น้าของเสียต่างๆ มาเป็นแหล่งพลังงาน เช่น ขยะ พลาสติก ยางรถยนต์ วัสดุ เหลือ ใช้ทางการเกษตร ในจ้านวนนี้ เรซินแข็งของยางนาเป็นวัตถุดิบ ใหม่ที่มีศักยภาพในการน้ามาเป็นแหล่งพลังงานทดแทน ยางนา (Dipterocarpus alatus Roxb.) เป็นไม้ยืนต้นขนาด กลางถึ งขนาดใหญ่ ความสู ง ของล้ า ต้ น ประมาณ 40 m หรื อ มากกว่า (Flora Fauna Web, 2013) ล้าต้นเป็นทรงกระบอกสูง เ ป ล่ า ต ร ง ป ร ะ ม า ณ 20-30 m (Kerala Forest Research Institute, 1985) ต้นยางนาพบได้ทั่วไปในแถบเอเชียตะวันออก เฉี ย งใต้ มี ก ารกระจายพั น ธุ์ ม ากในประเทศไทย กั ม พู ชา ลาว เวี ย ดนาม และฟิ ลิป ปิ นส์ มัก เกิด ขึ้ นตามที่ ร าบลุ่ มริ ม ฝั่งแม่น้ า (Ashton, 1982) ไม้ ย างนาสามารถน้ า ไปใช้ ป ระโยชน์ ใ นงาน โครงสร้าง งานเฟอร์นิเจอร์ นอกจากนี้ในวิถีชิวิตดั่งเดิมของคนใน แถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้มีการน้าเรซินของต้นยางหรือที่เรียก กันทั่วไปว่าน้้ามันยางมาใช้ประโยนช์ในด้านสมุนไพรพื้นบ้าน สี เคลือบไม้ กาวยารูรั่วของเรือ ท้าเชื้อไฟ มหาวิทยาลัยขอนแก่นได้ พัฒนาเทคนิคการเก็บน้้ามันยางนาโดยใช้สว่านไฟฟ้าเจาะเข้าไป ในล้าต้นและต่อท่อให้น้ามัน ไหลสู่ภาชนะเก็บโดยไม่จ้าเป็นต้อง เผาต้นไม้ พบว่าต้นยางนาปกติอายุ 20 ปี สามารถเจาะเก็บน้้ามัน ได้โดยเฉลี่ย 400 ml ต่อวัน และยังมีการศึกษาน้าน้้ามันจากต้น ยางนามาผลิ ต น้้ า มั น ไบโอดี เ ซลโดยวิ ธี ก ารกลั่ น ภายใต้ ส ภาวะ สุ ญ ญากาศ ได้ ส่ ว นที่ เ ป็ น น้้ า มั น ไบโอดี เ ซล 60-70 vol% และ เหลือส่วนที่เป็นเรซินแข็ง (Hard resin) 30-40 vol% เรซินแข็งที่ เหลืออยู่มีปริมาณสูง จึงมีการศึกษาน้าเรซินแข็ง ไปใช้ประโยชน์ (Suiuay and Kittipong, 2017) ศึกษาผลของความสูงท่อรีฟลักซ์ ต่อปริมาณผลได้ของน้้ามันชีวภาพจากไพโรไลซิสกากยางเหนียว (เรซินแข็ง) ของน้้ามันยางนา โดยใช้วิธีไพโรไลซิสร่วมกับการรีฟ ลั ก ซ์ ซึ่ ง ท่ อ รี ฟ ลั ก ซ์ (Reflux column) ท้ า จากท่ อ Stainless ขนาด 25.4 mm ความยาวแตกต่างกัน 4 ขนาด คือ 0.9, 1.4, 1.9 และ 2.4 m ท้าการทดลองที่ช่วงอุณหภูมิไพโรไลซิส 490500 ˚C พบว่าสภาวะไพโรไลซิสที่ท่อรีฟลักซ์ความสูง 1.9 m ได้ น้้ามั นชี วภาพสูงที่ สุด 44.27 %wt ซึ่งประกอบด้ วยน้้า มัน เบา 14.52 %wt และน้้ามันหนัก 29.75 %wt และจากผลการตรวจ วิเคราะห์คุณสมบัติเบื้องต้นของน้้ามันชีวภาพในแง่ของอุณหภูมิ การกลั่ น ตั ว เปรี ย บเที ย บกั บ น้้ า มั น ดี เ ซลและน้้ า มั น แก๊ ส โซลี น มาตรฐาน พบว่ า คุ ณ ลั ก ษณะของน้้ า มั น อยู่ ใ นกลุ่ ม ที่ ค ล้ า ยกั บ

น้้ า มั น เชื้ อ เพลิ งมาตรฐานและมี ค วามเป็ น ไปได้ ใ นการพั ฒ นา น้าไปใช้เป็นเชื้อเพลิงส้าหรับเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตามการที่จะน้า น้้ า มั น เชื้ อ เพลิ ง ไปใช้ ง านในเครื่ อ งยนต์ ยั ง ต้ อ งมี ก ารศึ ก ษา คุณสมบัติอื่นเพิ่มเติมอีก คุณลักษณะและสมบัติของน้้ามันเชื้อเพลิงมีความส้าคัญใน การพิ จ ารณาเพื่ อ น้ า ไปใช้ ง าน โดยเฉพาะการน้ า ไปใช้ กั บ เครื่องยนต์ น้้ามันเชื้อเพลิงต้องมีคุณสมบัติเฉพาะตามลักษณะ การท้างานของเครื่องยนต์ นอกจากนี้น้ามันต้องไม่ส่งผลเสียหาย กับเครื่องยนต์ในระยะยาว ดังนั้น จึงต้องศึกษาคุณลักษณะและ คุณสมบัติบางประการของน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซล จากเรซิ น แข็ งของยางนา เพื่ อ ศึ ก ษาความเป็ น ไปได้ ใ นการน้ า น้้ า มั น เชื้ อ เพลิ ง จากเรซิ น แข็ ง ของยางนาไปใช้ กั บ เครื่ อ งยนต์ รวมทั้งการท้างานของเครื่องยนต์เมื่อใช้น้ามันเชื้อเพลิงจากเรซิ นแข็งของยางนาโดยท้าการวิเคราะห์จากคุณสมบัติที่ส้าคัญตาม มาตรฐานและประกาศของกรมธุรกิจพลังงาน 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 น้ำมันไบโอดีเซลและไบโอแก๊สโซลีน น้้ามันไบโอดีเซลและน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนในการศึกษานี้ได้ จากกระบวนการไพโรไลซิสเรซินแข็งของยางนา (hard resin of Yang Na) โดยใช้วิธีไพโรไลซิสร่วมกับการรีฟลักซ์ ด้วยท่อรีฟลักซ์ (Reflux column) ท้าจากท่อ Stainless ขนาด 25.4 mm ความ ยาวแตกต่างกัน 4 ขนาด คือ 0.9, 1.4, 1.9 และ 2.4 m ท้าการ ทดลองที่ช่วงอุณหภูมิไพโรไลซิส 490-500 ˚C อัตราการไหลของ ยางเหนียว 50 ml min-1 อุณหภูมิของยางเหนียวเริ่มต้น 180 ˚C ท่อควบแน่นเป็นชนิดท่อสองชั้น ลักษณะการไหลของน้้าหล่อเย็น เป็นแบบสวนทางกัน อัตราการไหล 46 l min-1 ไพโรไลซิสเป็น เวลา 1 hr น้้ามันไพโรไลซิสที่ได้น้าไปกลั่นที่ช่วงอุณหภูมิ 40-350 ˚C ท้าการเก็บผลิ ตภัณฑ์ตามช่ว งอุณหภูมิการกลั่นสองช่วงคื อ 40-200 ˚C และ 200-350 ˚C (ปริมาณผลิตภัณฑ์น้ามันแสดงดัง Table 1) (Suiuay and Kittipong, 2017) ส้ า หรั บ การศึ ก ษา คุณสมบัติของน้้ามันเพิ่มเติมเลือกน้้ามันจากสภาวะไพโรไลซิสทีไ่ ด้ ปริมาณน้้ามันมากที่สุด คือ ที่ความสูงท่อรีฟลักซ์ 0.9 m ได้น้ามัน เชื้อเพลิง 44.27 %wt ประกอบด้วยน้้ามันเบา 14.52 %wt และ น้้ามันหนัก 29.75 %wt โดยรายละเอียดวิธีการศึกษาคุณสมบัติ ของน้้ามันเชื้อเพลิงจะถูกน้าเสนอในหัวข้อถัดไป Table 1 Products from pyrolysis hard-resin of Yang-Na. (Suiuay and Kittipong, 2017) Height of Reflux column (m) Products 0.9 1.4 1.9 2.4 Biooil 42.87 43.00 44.27 39.60 Residual 32.54 27.56 19.76 14.00 Gas 24.58 29.44 35.97 46.40

133


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 2.2 กำรศึ ก ษำคุ ณ ลั ก ษณะและคุ ณ สมบั ติ บ ำงประกำรของ น้ำมันไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลจำกเรซินแข็งของยำง นำ น้้ามันไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลจากเรซินแข็งของยางนา น้ า ไปตรวจวั ด คุ ณ สมบั ติ ที่ ส้ า คั ญ บางประการโดยอ้ า งอิ งตาม ประกาศกรมธุ ร กิ จ พลั ง งาน เรื่ อ ง การก้ า หนดลั ก ษณะและ คุณภาพของน้้ามันเชื้อเพลิง มีรายละเอียดการศึกษาดังต่อไปนี้ 2.2.1 การศึกษาคุณลักษณะและคุณสมบัติบางประการของ นามันไบโอแก๊สโซลีน น้้ามันแก๊สโซลีนหรือแก๊สโซลีน (Gasoline) เป็นเชื้อเพลิงที่ ระเหยได้ง่าย ใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ชนิดสันดาปภายใน โดยมี หั ว เที ย นเป็ น เครื่ อ งจุ ด ระเบิ ด (Spark Ignition Internal Combustion Engine) ลักษณะและคุณสมบัติที่ส้าคัญของน้้ามัน แก๊สโซลีนทั่วไป ได้แก่ ค่าออกเทน (Octane number) การกลั่น (Distillation) ความดันไอ (Vapor Pressure) ธาตุก้ามะถัน การ กัดกร่อน ยางเหนียว ส้าหรับน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนในการศึกษานี้ ท้ า การตรวจวั ด ลั ก ษณะและคุ ณ สมบั ติ ข องน้้ า มั น โดยอ้ า งอิ ง คุณสมบัติตามประกาศกรมธุรกิจพลังงาน เรื่อง ก้าหนดลักษณะ และคุณภาพของน้้ามันเบนซิน พ.ศ. 2555 โดยท้าการตรวจวัด คุ ณ สมบั ติ ดั ง นี้ ค่ า ออกเทน โดยวิ ธี วิ จั ย (Research Octane Number, RON) ตามมาตรฐาน ASTM D2699 ก้ า มะถั น ตาม มาตรฐาน ASTM D2622 และการกั ด กร่ อ นแผ่ น เงิ น (Silver Strip Corrosion) ต า ม ม า ต ร ฐา น ASTM D4814 พร้ อม ทั้ ง วิเคราะห์การกลั่น (Distillation) ของน้้ามันเพิ่มเติม นอกจากนี้ได้ วั ด คุ ณ สมบั ติ อื่ น เพิ่ ม เติ ม ได้ แ ก่ ค่ า ความร้ อ น ตามมาตรฐาน ASTM D240 โดยใช้เครื่องวัด adiabatic bomb calorimeter ความหนืดตามมาตรฐาน ASTM D445 และค่าความถ่วงจ้าเพาะ ASTM D1298 ซึ่ ง ค่ า ที่ วั ด ได้ เ ปรี ย บเที ย บกั บ น้้ า มั น แก๊ ส โซลี น มาตรฐาน พร้อมทั้งวิเคราะห์ผลการตรวจวัดและความเหมาะสม ส้าหรับการน้าไปใช้กับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2.2.2 การศึกษาคุณลักษณะและคุณสมบัติบางประการของ นามันไบโอดีเซล น้้ามันดีเซลมีจุดเดือดสูงกว่าน้้ามัน แก๊สโซลีน การจุดระเบิด ของเครื่องยนต์ดีเซล อาศัยความร้อนจากการอัดอากาศภายใน กระบอกสู บ และฉี ด เชื้ อ เพลิ ง เข้ า ไปเพื่ อ ให้ เ กิ ด การเผาไหม้ ลักษณะและคุณสมบัติที่ส้าคัญของน้้ามันดีเซล ได้แก่ ค่าความ หนาแน่น จ้านวนซีเทนหรือดัชนีซีเทน ค่าความหนืด ก้ามะถัน การกลั่น จุดไหลเท การกัดกร่อนแผ่นทองแดง ในการศึกษานี้ท้า การวัดค่าคุณสมบัติของน้้ามันไบโอดีเซลจากเรซินแข็งของยางนา ดังนี้ ค่ าความหนาแน่น (ASTM D1298) ค่ าความหนื ด (ASTM D445) การกลั่น (ASTM D86) ก้ามะถัน (ASTM D2622) การกัด กร่อนแผ่นทองแดง (Copper Strip Corrosion) ตามมาตรฐาน ASTM D130 แ ล ะ ค่ า ค วา ม ร้ อ น ( ASTM D4814) ร ว ม ทั้ ง เปรียบเทียบค่าคุณสมบัติที่ได้กับน้้ามันมาตฐาน อ้างอิงประกาศ

134

ของกรมธุรกิจพลังงาน เรื่อง ก้าหนดลักษณะและคุณภาพของ น้้ามันดีเซล พ.ศ. 2556 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลกำรศึกษำคุณลักษณะและคุณสมบัติบำงประกำรของ น้ำมันไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลจำกเรซินแข็งของยำง นำ คุ ณ ลั ก ษณะและการทดสอบการกลั่ น ของน้้ า มั น เชื้ อ เพลิ ง ส้าหรับเครื่องยนต์มีความส้าคัญมากเนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ ต้องมีความเหมาะสมกับความต้องการของเครื่องยนต์ นอกจากนี้ ยั ง เป็ น ตั ว ชี้ วั ด ว่ า การเผาให้ จ ะเกิ ด ขึ้ น ในห้ อ งเผาไหม้ ข อง เครื่ อ งยนต์ อ ย่ า งไร ดั งนั้ น จึ งสามารถตั ด สิ น ใจได้ โ ดยค้ า นึ งถึ ง คุณสมบัติเหล่านี้ว่าสามารถใช้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ได้หรือไม่ (Arpa and Yumrutas, 2010) 3.1.1 ผลการศึก ษาคุณลัก ษณะและคุณสมบัติบางประการ ของนามันไบโอแก๊สโซลีน น้้ามันไบโอแก๊สโซลีนน้าไปตรวจวัดคุณลักษณะบางประการ ผลดังแสดงใน Table 2 คุณสมบัติบางประการที่ไม่ได้ก้าหนดไว้ ในมาตรฐานของกรมธุรกิจพลังงานส้าหรับน้้ามันแก๊สโซลีน แต่มี ความส้าคัญในการบ่งชี้ลักษณะการฉีด เป็นละอองฝอย การเผา ไหม้ในห้องเผาไหม้และก้าลังของเครื่องยนต์ เช่น ความหนาแน่น ความเหนืด และค่าความร้อน ค่าความหนาแน่นของน้้ามันไบโอ แก๊สโซลีนวัดได้ 0.814 g cm-3 มีค่าสูงกว่าน้้ามันแก๊สโซลีนออก เทน 95 (0.732 g cm-3) อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาคุณสมบัติอื่น ได้แก่ ค่าความร้อนต่้า (Lower Heating Value, LHV) ค่าความ หนื ด และค่ า RON พบว่ า มี ค่ า ใกล้ เ คี ย งกั บ น้้ า มั น แก๊ ส โซลี น มาตรฐาน LHV ของน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนมีค่า 43,440 kJ kg-1 และน้้ามันแก๊สโซลีนมีค่า 43,260 kJ kg-1 ส้าหรับค่าความหนืด ของไบโอแก๊สโซลีน (0.639 mm2 s-1) มีค่าใกล้เคียงกันน้้ามันแก๊ส โซลีน (0.451 mm2 s-1) ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงบ่งชี้ถึงปริมาณ ความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้ ค่าความร้อนของ เชื้อเพลิงยิ่งสูงแสดงถึงคุณภาพที่ดีของเชื้อเพลิง (Department of Alternative Energy Development and Efficiency) และ เมื่อพิจารณาในเชิงของพลังงาน ที่ปริมาตรเท่ากัน น้้ามันไบโอ แก๊สโซลีนมีค่าพลังงานสูงกว่าน้้ามันแก๊สโซลีน คุณสมบัตินี้แสดง ถึงความต้องการฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้น้อยลงเพื่อให้ ได้ก้าลังจากเครื่องยนต์เท่ากัน ซึ่งเป็นปัจจัยส้าคัญที่ช่วยลดการ สิ้นเปลืองเชื้อ เพลิ ง ค่ า RON ของน้้า มันไบโอแก๊ส โซลี น วั ดได้ 91.0 มีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานของน้้ามันแก๊สโซฮอล์ ออกเทน 91 ค่า Research และ Motor Octane numbers เป็นคุณสมบัติ ที่ส้าคัญของน้้ามันแก๊สโซลีนเนื่องจากเป็นข้อบ่งชี้ที่ส้าคัญในการ ป้องกันการน๊อค (anti-knocking) ของน้้ามันเชื้อเพลิง น้้ามันที่มี octane number สู ง ก า ร ต้ า น ก า ร จุ ด ร ะ เ บิ ด ( resists detonation) ยิ่งดีขึ้นและท้าให้เครื่องยนต์เดินเครื่องราบเรียบขึ้น (Pasadakis et al., 2006)


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562

Figure 1 Distillation curves of Biogassoline HY with Gasolines (Suiuay and Kittipong, 2017) การทดสอบการกลั่นตามมาตรฐาน ASTM D86 เป็นอีกหนึ่ง ลั ก ษณะส้ า คั ญ ของเชื้ อ เพลิ ง ที่ แ สดงลั ก ษณะการระเหย (volatility) ของน้้ามัน (Muzíková et al., 2009) ความสามารถ ในการระเหยเป็นตัวก้าหนดความสามารถในการแตกตัวเป็นไอ ของน้้ามันเชื้อเพลิงซึ่งมีผลต่อการสตาร์ทและอุณหภูมิท้างานของ เครื่องยนต์ (Delgado et al., 2007) การระเหยของเชื้อเพลิงที่ใช้ ในเครื่องยนต์แก๊สโซลีนจึงมีความส้าคัญ โดยสามารถพิจารณาได้ จากกราฟการกลั่นว่าน้้ามันเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ แก๊สโซลีน เป็น เชื้ อ เพลิ ง ที่ มี ค วามสามารถในการระเหยหรื อ ไม่ โดยทั่ ว ไป ความสามารถในการสตาร์ทและการอุ่นเครื่องของน้้ามันเชื้อเพลิง จะถูกประเมินโดยอุณหภูมิการระเหยที่ช่วงการระเหย 20-70% ของเส้นกลั่น (Öz et al., 2003; Yumrutaş et al., 2008) กราฟ การกลั่น (Distillation curve) ของน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนที่ได้และ น้้ามันแก๊สโซลีน ออกเทน 95 แสดงใน Figure 1 จากรูปพบว่ า ผลิ ต ภั ณ ฑ์ น้า มั น ใบโอแก๊ ส โซลีน มี รู ป แบบการกลั่ นในลั ก ษณะ ใกล้เคียงกันกับน้้ามัน แก๊สโซลีน มาตรฐาน และหนักกว่าน้้า มัน แก๊สโซลีนมาตรฐาน โดยเฉพาะช่วงปริมาตรการกลั่นที่ 50% แรก

มีจุดเดือดสูงกว่าน้้ามันแก๊สโซลีน จากช่วงอุณหภูมิการกลั่นแสดง ถึงความสามารถในการระเหยของผลิตภัณฑ์น้ามันไบโอแก๊สโซลีน ต่้ากว่าน้้ามันแก๊สโซลีนมาตรฐาน น้้ามันเชื้อเพลิงที่มีการระเหยสูง ช่วยเพิ่มความสามารถในการสตาร์ทของเครื่องยนต์และลดการ เจือจางของน้้ามันหล่อลื่น (Crankcase Dilution) อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงที่มีการระเหยสูงยังไม่เหมาะสมในทุกสภาพการท้างาน เนื่องจากเมื่อเครื่องยนต์ท้างานในสภาวะแวดล้อมที่ร้อนท้าให้ ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร (volumetric efficiency) ลดลงและ ท้ า ให้ เ กิ ด การล็ อ คไอ (vapor lock) จากไอระเหยของน้้ า มั น เชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นระหว่างถังน้้ามันกับปั๊มน้้ามันเชื้อเพลิง โดยจะมี ลักษณะเป็นฟองอากาศ ท้าให้น้ามันเชื้อเพลิงไหลไม่สม่้า เสมอ และเครื่องยนต์เดินไม่ราบเรียบ (Yumrutaş et al., 2008) ซึ่ง ผลผลิตน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนช่วยลดปัญหานี้ได้ น้้ามันแก๊สโซลีน เป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนที่ระเหยได้หลายชนิดซึ่งมีอะตอม ของคาร์บอนระหว่าง 4-12 อะตอมซึ่งช่วงการกลั่นแตกต่างกันไป ตามจุดเดือดเริ่มแรกที่ 30 ° C และจุดเดือดสุดท้ายที่ 225 ° C ภายใต้ความดันบรรยากาศ (Wiedemann et al., 2005) โดยจุด เดือดเริ่มต้นและจุดเดือดสุดท้ายของไบโอแก๊สโซลีนอยู่ในเกณฑ์ มาตฐาน เนื่อ งจากผลิต ภัณ ฑ์น้ ามั น ไบโอแก๊ สโซลี น ที่ ผลิ ตได้ มี คุณ ลักษณะคล้ายกับตั วอย่างน้้ ามัน แก๊สโซลีน มาตรฐานดังนั้ น น้้ามันจึงสามารถเผาไหม้ได้ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยหัวเทียน (spark ignition engine) 3.1.2 ผลการศึก ษาคุณลัก ษณะและคุณสมบัติบางประการ ของนามันไบโอดีเซล คุณลักษณะที่ส้าคัญบางประการและทดสอบการกลั่นเพื่อศึกษา เปรี ย บเที ย บคุ ณ ลั ก ษณะของน้้ า มั น ไบโอดี เ ซลกั บ น้้ า มั น ดี เ ซล มาตรฐานได้ ผ ลการตรวจวั ดแสดงใน Table 3 และ Figure 2 ตามล้าดับ

Table 2 Characteristic of gasoline and biogasoline form hard resin of Yang Na. Standard Biogasoline Gasoline 95 Properties HY Gasoline 95 Gasohol 91 (E10) -3 Density at 15 °C, g cm 0.830 0.732 -1 Lower heating value, kJ kg 43,440 43,260 2 -1 Viscosity at 40 °C, mm s 0.639 0.451 Research Octane Number 91.0 94.8 Min. 94.6-95.0 Min. 90.6-91.0 Silver Strip Corrosion 0 Max. NO. 1 Max. NO. 1 Sulfur amount (%wt) ND Max. 0.005 Max. 0.005 Distillation, °C IBP 56 54 10 vol% Evaporated 76 57 Max. 70 Max. 70 50 vol% Evaporated 125 101 70-110 70-110 90 vol% Evaporated 217 Max. 170 Max. 170 End Point Max. 200 Max. 200 ND = Not Detceted

135

Test method ASTM D1298 ASTM D240 ASTM D445 ASTM D2699 ASTM D4814 ASTM D2622 ASTM D86


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 Table 3 Characteristic of standard diesel fuels and biodiesel form hard resin of Yang Na. Standard diesel Biodiesel Properties Diesel HY High speed Low speed -3 Density at 15 °C, g cm 0.925 0.875 0.810-0.870 Max. 0.920 2 -1 Viscosity at 40 °C, mm s 2.093 3.430 1.8-4.1 Max. 8.0 -1 Lower heating value, kJ kg 43,484 43,520 Copper Strip Corrosion 1a 1a Max NO.1 Sulfur amount (%wt) ND Max. 0.005 Max. 1.5 Distillation Temperature at 250°C, max. 45 30 volume, %v v-1 Temperature at 350°C, min. 90 volume, %v v-1 ND = Not Detceted จาก Table 3 พบว่าคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์น้ามันไบโอดีเซล HY ส่วนใหญ่มีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตฐานตามประกาศของกรมธุกิจ พลังงานและใกล้เคียงกับค่าน้้ามันดีเซลมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น LHV เป็นคุณสมบัติที่ส้าคัญที่สุดอย่างหนึ่ง LHV ของผลิตภัณฑ์ น้้ามันไบโอดีเซลจากการค้านวณได้ 43,484 kJ kg-1 ซึ่งค่าที่ได้นี้ ไกล้ เ คี ย ง LHV ของน้้ า มั น ดี เ ซล (43,520 kJ kg-1) และสู งกว่ า LHV ของน้้ามันดีเซลตามมาตรฐานตุรกี (TS-3082) และยุโรป (EN-590) ซึ่งมีค่า 42,700 kJ kg-1 นอกจากนี้ LHV ของผลิตภัณฑ์ น้้ามันไบโอดีเซลยังมีค่าใกล้เคียงกับค่าที่ระบุไว้ในรายงานส้าหรับ น้้ามันดีเซลเชิงพาณิชย์ที่ 43,000 kJ kg-1 (Murillo et al., 2007), (Banapurmath and Tewari, 2008), 43,060 kJ kg-1 (Agarwal and Rajamanoharan, 2009) และ 43,350 kJ kg-1 (Utlu and Koçak, 2008) ในส่วนค่าความหนาแน่นพบว่าผลิตภัณฑ์น้ามันไบ โอดีเซลมีค่าความหนาแน่น 0.925 g cm-3 สูงกว่าน้้ามันดีเซล หมุนเร็ว แต่มีค่าใกล้เคียงกับค่ามาตรฐานของน้้ามันดีเซลหมุนช้า (0.920 g cm-3) ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติ ที่ส้าคัญของน้้ามัน ดีเซล ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อลักษณะการท้างานของเครื่องยนต์ และ มี ค วามสั ม พั น ธ์ กั บ เลขซี เ ทนและค่ า ความร้ อ นของน้้ า มั น (Mustafa et al., 2000) ในเครื่องยนต์ดีเซลระบบฉีดเชื้อเพลิงวัด ปริมาณน้้ามันเชื้อเพลิงโดยปริมาตร ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของ ความหนาแน่นของเชื้อเพลิงจะมีผลต่อก้าลังขับของเครื่องยนต์ เนื่องจากมีปริมาณการฉีดเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้แตกต่างกัน (Bahadur et al., 1995) ความหนื ด เป็ น ความต้ า นทานต่ อ การไหลของของเหลว (Tesfa et al., 2010) โดยเฉพาะความหนื ด จลน์ ข องน้้ า มั น เชื้ อ เพลิ ง เป็ น ปั จ จั ย ส้ า คั ญ ที่ มี ผ ลต่ อ การเป็ น ละอองฝอย (atomization) ของเชื้อเพลิงเมื่อถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ การ ที่น้ามันเชื้อเพลิงฉีดเป็นละอองได้ขนาดเล็กและผสมกับอากาศได้ ดี ส่ ง ผลโดยตรงต่ อ ประสิ ท ธิ ภ าพการเผาไหม้ แ ละก้ า ลั ง ของ

136

Test method ASTM D1298 ASTM D445 ASTM D240 ASTM D130 ASTM D2622 ASTM D86

เ ค รื่ อ ง ย น ต์ (Tesfa et al., 2010), (Corach et al., 2017), (Alptekin and Canakci, 2008) นักวิจัยก่อนหน้าโดยส่วนใหญ่ ได้รายงานให้เห็นว่า ขนาดของละอองฝอยจะเพิ่มขึ้นตามความ หนืดของของเหลว ในขณะที่ความหนาแน่นมี ผลต่อขนาดของ ละอองฝอยค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับความหนืด (Dafsari et al., 2019), (Mun et al., 1998) ค่าความหนืดของน้้ามันไบโอดีเซล วัดได้ 2.093 mm2 s-1 มีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน และต่้ากว่าค่า ความหนืดของน้้ามันดีเซล ซี่งแสดงให้เห็นว่าน้้ามันไบโอดีเซลไม่มี ปัญหาในการฉีดเป็นละอองฝอย ปริมาณก้ามะถันในน้้ามันเชื้อเพลิงมีความส้าคัญต่อการกัด กร่อนชิ้นส่วนโลหะและสร้างความเสียหายแก่เครื่องยนต์ ถ้าใน น้้ามันเชื้อเพลิงมีปริมาณก้ามะถันมาก เมื่อเชื้อเพลิงนั้นถูกเผาไหม้ จะเกิ ด ออกไซด์ข องก้ ามะถัน (SO2, SO3) ซึ่ งสามารถกั ด กร่ อ น โลหะได้ (Thiannimit et al., 2013) จากการตรวจวั ด ปริ ม าณ ก้ามะถันในน้้าในไบโอดีเซลรวมทั้งน้้ามันไบโอแก๊สโซลีนไม่พบ ก้ามะถันในน้้ามันนอกจากนี้ผลการตรวจวัดการกัดกร่อนแผ่ น ทองแดงพบว่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน กราฟการกลั่นของน้้ามัน ไบโอดีเซล HY แสดงใน Figure 2 พบว่าการกลั่นมีแนวโน้มในลักษณะขนานกับเส้นกราฟการกลั่น ของน้้ามันดีเซล แต่มีอุณหภูมิกลั่นต่้ากว่าน้้ามันดีเซล เส้นกราฟมี แนวโน้มของอุณหภูมิกลั่นค่อยๆ เพิ่มขึ้นและราบเรียบจึงไม่เกิด ปัญหาการเผาไหม้ทันทีและมีอัตราความดันสูงขึ้น จากลักษณะ การระเหยในช่วงอุณหภูมิที่แคบ ซึ่งถ้าหากน้้ามันมีอุณหภูมิกลั่น แคบหรือความชันของเส้นกราฟการกลั่นน้อย การเผาไหม้ของ เชื้อเพลิงทั้งหมดจะเพิ่มอุณหภูมิและความดันของแก๊สในกระบอก สูบแบบฉับพลัน สถานการณ์ดังกล่าวอาจก่อให้เกิดผลกระทบที่ เป็น อันตรายต่อ ชิ้นส่ วนเครื่ องยนต์ (Yumrutaş et al., 2008) จากคุณลักษณะและกราฟการกลั่นโดยภาพรวมของน้้ามันไบโอ ดีเซลจากเรซินแข็งของยางนา มีลักษณะที่คล้ายคลึงกับน้้ามัน


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ดีเซลมาตรฐาน ดังนั้นจึงสามารถใช้น้ามันในเครื่องยนต์ดีเซลรอบ ต่้าได้โดยที่น้ามันไบโอดีเซลไม่ส่งผลเชิงลบต่อเครื่องยนต์ ทั้งนี้การ น้ า ไปใช้ กั บ เครื่ อ งยนต์ ร อบสู ง ยั ง ต้ อ งมี ก ารพั ฒ นาปรั บ ปรุ ง คุณสมบัติบางประการเช่นความหนาแน่น ความสะอาด หรือการ ผสมกับน้้ามันดีเซลในสัดส่วนที่เหมาะ

Figure 2 Distillation curves of Biodiesel HY with Diesel (Suiuay and Kittipong, 2017) 4 สรุป การศึกษาคุณลักษณะและสมบัติบางประการของน้้ามันไบโอ แก๊สโซลีนและน้้ามันไบโอดีเซลผลิตจากเรซินแข็งของยางนา โดย อ้ า งอิ ง ตามประกาศของกรมธุ ร กิ จ พลั ง งานเรื่ อ งการก้ า หนด ลักษณะและคุณภาพของน้้ามันเชื้อเพลิง พบว่า ผลิตภัณฑ์น้ามัน เชื้อเพลิงมีคุณลักษณะและสมบัติ ที่ส้าคัญอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน และมีค่าใกล้เคียงกับคุณสมบัติของน้้ามันเชื้อเพลิงมาตรฐานดังนี้ ส้าหรับน้้ามั นไบโอแก๊สโซลีน ได้แก่ ค่าออกเทน การกัดกร่อน แผ่นเงิน ปริมาณก้ามะถัน ค่าความร้อน ความหนืด และน้้ามันไบ โอดีเซล ได้แก่ ค่าความหนืด การกัดกร่อนแผ่นทองแดง ปริมาณ ก้ามะถัน ค่าความร้อน ส้าหรับคุณสมบัติอื่น เช่น ความหนาแน่น มี ค่ า สู งกว่ า ค่ า มาตรฐาน เมื่ อ พิ จ ารณาจากคุ ณ สมบั ติ โ ดยรวม พบว่าผลิตภัณฑ์น้ามันเชื้อเพลิงไบโอแก๊สโซลีนและไบโอดีเซลมี ความคล้ายกับน้้ามันเชื้อเพลิงมาตรฐานและมี ความเป็นไปได้ใน การน้าไปใช้เป็นน้้ามันเชื้อเพลิงทดแทนทางเลือก 5 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุณศูนย์วิจัยเครื่องจักรกลเกษตรและวิทยาการหลัง การเก็บเกี่ยว ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิ ท ยาลั ย ขอนแก่ น ฝ่ า ยวิ จั ย และการถ่ า ยเทคโนโลยี มหาวิ ท ยาลั ย ขอนแก่ น ศู น ย์ ก ารเรี ย นรู้ ย างนาบู ร ณาการ มหาวิทยาลัยขอนแก่น กองจัดการสาธารณูปโภค พลังงานและ สิ่ ง แวดล้ อ ม มหาวิ ท ยาลั ย ขอนแก่ น ศู น ย์ เ ครื่ อ งมื อ วิ จั ย มหาวิทยาลัยขอนแก่น ที่สนับสนุนทุน อุปกรณ์ และเครื่องมือใน การท้าโครงการ 6 เอกสารอ้างอิง Agarwal, A.K., Rajamanoharan, K. 2009. Experimental investigations of performance and emissions of Karanja oil and its blends in a single cylinder

agricultural diesel engine. Applied Energy 86, 106– 112. Alptekin, E., Canakci, M. 2008. Determination of the density and the viscosities of biodiesel-diesel fuel blends. Renewable Energy 33(12), 2623–2630. Arpa, O., Yumrutas, R. 2010. Experimental investigation of gasoline-like fuel obtained from waste lubrication oil on engine performance and exhaust emission. Fuel Process Technol 91, 197-204. Arpa, O., Yumrutas, R., Alma, MH. 2010. Effects of turpentine and gasoline-like fuel obtained from waste lubrication oil on engine performance and exhaust emission. Energy 35, 3603-13. Ashton, P.S. 1982. Dipterocarpaceae. In: van Steenis, C.G.G.J. (Ed.), Flora Malesiana, Series 1. Spermatophyta, Martinus-Nijhoff Publications, Hague, Netherlands 9, 237–552. Bahadur, N. P., G. B. Boocock, D., Konar, S. K. 1995. Liquid Hydrocarbons from Catalytic Pyrolysis of Sewage Sludge Lipid and Canola Oil: Evaluation of Fuel Properties. Energy and Fuels 9(2), 248–256. Banapurmath, N.R., Tewari, P.G. 2008. Comparative performance studies of a 4-stroke CI engine operated on dual fuel mode with producer gas and Honge oil and its methyl ester (HOME) with and without carburetor. Renewable Energy 33, 2007– 2018. Çay, Y., Çiçek, A., Kara, F., Sagiroglu, S. 2012. Prediction of engine performance for an alternative fuel using artificial neural network. Appl Therm Eng 37, 217-25. Corach, J., Colman, M., Sorichetti, P. A., Romano, S. D. 2017. Kinematic viscosity of soybean biodiesel and diesel fossil fuel blends: Estimation from permittivity and temperature. Fuel 207, 488–492. Dafsari, R. A., Lee, H. J., Han, J., Park, D. C., Lee, J. 2019. Viscosity effect on the pressure swirl atomization of an alternative aviation fuel. Fuel 240, 179–191. Delgado, R.C.O.B., Araujo, A.S., Fernandes Jr., V.J. 2007. Properties of Brazilian gasoline mixed with hydrated ethanol for flex-fuel technology. Fuel Processing Technology 88, 365–368. Department of Alternative Energy Development and Efficiency. Manual of thermal energy management. Ministry of Energy Available at: http://webkc.dede.go.th/testmax/node/244. Accessed on 18 January 2019.

137


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 Flora Fauna Web. 2013. Plant Detail, Dipterocarpus alatus Roxb. Ex G. Don. Available at: Webhttps://florafaunaweb.nparks.gov.sg/SpecialPages/plant-detail.aspx?id=4009. Accessed on 20 January 2019. Kerala Forest Research Institute. 1985. Dipterocarps of South Asia RAPA Monographs. FAO Regional Office for Asia and the Pacific 84-85, 321. Mun, R. P., Byars, J. A., Boger, D. V. 1998. The effects of polymer concentration and molecular weight on the breakup of laminar capillary jets. J. Nonnewton. Fluid Mech. 74(1–3), 285–297. Murillo, S., Mı´guez, J.L., Porteiro, J., Granada, E., Mora´n, J.C. 2007. Performance and exhaust emissions in the use of biodiesel in outboard diesel engines, Fuel 86, 1765–1771. Mustafa, E., Tat, H., Jon, H., Van Gerpen. 2000. Specific gravity of biodiesel and its blends with diesel fuel. JAOCS, Journal of the American Oil Chemists' Society 77(2), 115-119. Muzíková, Z., Pospíšil, M., Šebor, G. 2009. Volatility and phase stability of petrol blends with ethanol. Fuel. Öz, İ.H., Borat, O., Sürmen, A. 2003. Internal Combustion Engines. İstanbul. Pasadakis, N., Gaganis, V., Foteinopoulos C. 2006. Octane number prediction for gasoline blends. Fuel Process Technol 87, 505-9. Suiuay, CH., Laloon, K. 2017. Effect of Reflux Column Performance to Bio-Oil Yield from Pyrolysis HardResin of YangNa Oil. Proceedings of the 19th Thai Society of Agricultural Engineering national conference, 116-119: Chulabhorn International Convention Center. 26-27 April 2018. Hua Hin, Prachuap Khiri Khan. (in Thai) Tesfa, B., Mishra, R., Gu, F., Powles, N. 2010. Prediction models for density and viscosity of biodiesel and their effects on fuel supply system in CI engines. Renewable Energy 35(12), 2752–2760. Thiannimit, P., Sintipsomboon, K., Chininthon, P. 2013. Fuels and lubricants. (PP. 160). Bangkok: SE-ED ucation. (in Thai) Utlu, Z., Koçak, M.S. 2008. The effect of biodiesel fuel obtained from waste frying oil on direct injection diesel engine performance and exhaust emissions. Renewable Energy 33, 1936–1941.

138

Wiedemann, L.S.M., d'Avila, L.A., Azevedo, D.A. 2005. Adulteration detection of Brazilian gasoline samples by statistical analysis. Fuel 84, 467–473. Yumrutaş, R., Alma, M.H., Özcan, H., Kaska, Ö. 2008. Investigation of purified sulfate turpentine on engine performance and exhaust emission. Fuel 87, 252– 259.


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 ณ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จังหวัดชลบุรี Available online at www.tsae.asia การศึกษาเปรียบเทียบการทาแผนที่จากภาพถ่ายทางอากาศโดยอากาศยานไร้คนขับบนระดับความสูงการบินที่แตกต่างกัน A Comparative Study On UAV Photogrammetry Based On Different Flying Height มนทิรา ชนินทร์โชดึก1 และ วิษุวัฒก์ แต้สมบัต1ิ * Montira Chaninchoduek 1 and Wisuwat Taesombat1* 1ภาควิชาวิศ วกรรมชลประทาน,

คณะวิศวกรรมศาสตร์ กาแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกาแพงแสน จังหวัดนครปฐม, รหัสไปรษณีย์ 73140 1Department of Irrigation Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsaen, Kasetsart University Kamphaengsaen Campus, Nakhonpathom Province, 73140 *Corresponding author: Tel: +66-8-6383-3289, Fax: +66-3-4352-053, E-mail: fengwwt@ku.ac.th

บทคัดย่อ การวิจัยนี้เป็นการทาแผนที่จากภาพถ่ายทางอากาศโดยอากาศยานไร้คนขับบนระดับความสูงการบินที่แตกต่างกัน 2 ระดับ ความสูง ได้แก่ 100 และ 150 m จากระดับพื้นดิน สาหรับอากาศยานไร้คนขับแบบ 4 ใบพัด ในการเก็บข้อมูลภาพถ่ายทางอากาศใน พื้นที่ตาบลด่านมะขามเตี้ย อาเภอด่านมะขามเตี้ย จังหวัดกาญจนบุรี ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 0.8 km2 ระดับความสูงการบินทั้งสอง ใช้ แ ผนการบิ นและระยะเวลาในการเก็บ ข้ อ มู ลชุ ด เดี ย วกั น ควบคู่ กับ การท าจุ ด ควบคุ ม ภาคพื้ นดิ น ในพื้ นที่ 4 จุ ด จากนั้ น ท าการ ประมวลผลภาพถ่ายทางอากาศด้วยโปรแกรม Agisoft Photoscan ซึ่งได้ผลลัพธ์ 3 แบบคือ 1) ภาพถ่ายออร์โธสี 2) กลุ่มข้อมูลจุดพิกัด 3 มิติ และ 3) แบบจาลอง 3 มิติ จากผลการวิจัยระดับความสูงของการเก็บข้อมูลภาพถ่ายทางอากาศมีผลต่อหลายปัจจัย อาทิเช่น ขนาดพื้นที่ของภาพ ความละเอียดของภาพ รวมถึงความถูกต้องของภาพถ่ายทางอากาศ ซึ่งสรุปได้ว่าความสูงของการบินที่ระดับ 100 m ให้ค่าความละเอียดภาพ 2.7 x 2 .7 cm และมีค่าคลาดเคลื่อนในแนวราบและแนวดิ่งประมาณ 2.04 และ 0.01 cm ตามลาดับ เมื่อ ใช้การประมวลผลด้วยจุดควบคุมภาคพื้นดิน ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าความสูงของการบินที่ระดับ 150 m ทีใ่ ห้ความละเอียดภาพ 4.1 x 4.1 cm และมีค่าความคลาดเคลื่อนในแนวราบและแนวดิ่งประมาณ 8.04 และ 0.14 cm ตามลาดับ คาสาคัญ: การทาแผนที่จากภาพถ่ายทางอากาศ, อากาศยานไร้คนขับ, ระดับความสูงการบินที่แตกต่างกัน Abstract This research is a comparative study on UAV photogrammetry based on 2 different flying heights namely 100 and 150 m from the ground level. A four-rotor unmanned aircraft, was selected to collect aerial photograph data in Dan Makham Tia Sub- district, Dan Makham Tia District, Karnchanaburi Province covered an area of approximately 0. 8 km2 . Both flying heights used the same flight plan and data collection time, along with the ground control points in 4 areas. The processed UAV photogrammetry with the Agisoft Photoscan program, which has 3 types of results namely 1) ortho image, 2) Digital Surface Model and 3) 3D models. From the research results, the height of aerial photograph data collection affects many factors, such as the area size of the image. Image resolution Including the accuracy of aerial photographs in conclusion, the height of the flight at 100 m level provides a resolution of 2.7 x 2 .7 cm and has a horizontal and vertical RMSE of approximately 0.67 and 0.01 cm, respectively when using processing with ground control points. Which gives better results than the height of the flight at the level of 150 m that gives the image resolution of 4.1 x 4.1 cm and has a horizontal and vertical RMSEr of about 6.8 and 0.14 cm respectively. Keywords: photogrammetry, unmanned aerial vehicle, different flying height, หนึ่ ง ที่ มี ค วามส าคั ญ และเป็ น ประโยชน์ กั บ งานที่ เ กี่ ย วข้ อ ง ซึ่ ง 1 บทนา อากาศยานไร้ ค นขั บ หรื อ โดรนนั้ น จะเสี ย ค่ า ใช้ จ่ า ยในการ การสร้ า งแผนที่ ภ าพถ่ า ยทางอากาศโดยใช้ อ ากาศยานไร้ ดาเนินการน้อย สะดวก รวดเร็ว และผลที่ได้นั้นสามารถนามา คนขับ (Unmanned Aerial Vehicle) เป็นเครื่องมืออีกทางเลือก วิเคราะห์ และใช้เป็นข้อมูลในการจัดทาแผนที่เพื่อให้ได้ข้อมูลที่

139


การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 20 วันที่ 14-15 มีนาคม 2562 เป็นปัจจุบัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการบริหารจัดการใน ระดับต่อไป นอกจากนั้นแล้วในบางสถานการณ์อาจจาเป็นต้องใช้ ข้อมูลแบบเวลาจริง (Real Time) เช่นในการลาดตระเวน หรือ ข้อมูลที่เป็นปัจจุบันเพื่อช่วยในการตัดสินใจและแก้ปัญหา บาง สถานการณ์ โดยเฉพาะอย่า งยิ่ง เมื่อเกิดภัยธรรมชาติ อุทกภัย หรือ อัคคีภัย เป็นต้น นอกจากนั้นแล้วเรายังสามารถใช้อากาศ ยานไร้ค นขับ เพื่อการสารวจข้อมูลการใช้ประโยชน์ที่ดิน การ สารวจข้อมูลและติดตามความก้าวหน้าของการเพาะปลูก การ ติดตามการแพร่กระจายของน้า การบุกรุกของที่ดิน หรือการ เปลี่ยนแปลงพื้นที่ป่าชายเลน การสา