Sistem Pemanas Dielektrik: Prinsip Kerja dan Aplikasi
Penemuan cara memasak makanan dan menggunakan api telah memainkan peran besar dalam evolusi manusia. Kami telah belajar menggunakan api untuk memasak, melelehkan logam, untuk proses produksi di industri, dll. Tetapi terobosan terbesar datang ketika peneliti menemukan cara untuk melakukan hal yang sama tanpa menggunakan api.
Dengan perjalanan waktu dan pengembangan teknologi, peneliti telah mengembangkan banyak alternatif untuk digunakan daripada api untuk proses pemanasan. Salah satu penemuan luar biasa tersebut adalah prinsip "Pemanasan Dielektrik". Mari kita lihat bagaimana prinsip ini bekerja dan bagaimana aplikasi atau penerapannya.
Molekul polar mengandung momen dipol listrik. Ketika molekul-molekul seperti itu terpapar ke medan listrik, mereka mencoba menyelaraskan diri ke arah medan. Ketika bidang yang diterapkan berosilasi, molekul-molekul material ini mengalami rotasi untuk menjaga diri mereka sejajar dengan bidang tersebut. Ketika medan berubah arah, molekul-molekul ini juga membalikkan arahnya. Proses ini disebut "Rotasi Dielektrik".
Suhu molekul terkait dengan energi kinetik molekul. Dalam rotasi dielektrik molekul, ketika energi kinetik molekul meningkat, suhu molekul meningkat. Ketika molekul bertabrakan atau bersentuhan dengan molekul lain, energi ini akan ditransfer ke semua bagian material sehingga memanaskan material.
Jadi rotasi dielektrik dalam material sering disebut sebagai pemanasan dielektrik material. Pemanasan ini dilakukan dengan menggunakan medan listrik frekuensi RF atau medan elektromagnetik. Bidang yang diterapkan harus berosilasi agar rotasi dielektrik berlangsung. Frekuensi dan panjang gelombang bidang yang diterapkan juga memengaruhi fungsi sistem.
Pemanasan menggunakan gelombang frekuensi rendah, sebagai efek medan dekat dan pemanasan dengan gelombang frekuensi tinggi menggunakan gelombang elektromagnetik. Jenis bahan yang dipanaskan menggunakan berbagai jenis gelombang ini juga berbeda.
Gelombang frekuensi rendah memiliki panjang gelombang yang lebih tinggi. Dengan demikian mereka dapat menembus bahan non-konduktif lebih dalam daripada gelombang elektromagnetik.
Sistem yang menggunakan medan frekuensi rendah harus memiliki jarak antara radiator dan penyerap menjadi kurang dari 1/2π dari panjang gelombang. Jadi, proses pemanasan menggunakan medan listrik frekuensi rendah sudah dekat - proses kontak.
Sistem frekuensi yang lebih tinggi memiliki panjang gelombang yang lebih rendah. Gelombang elektromagnetik dan gelombang mikro digunakan untuk sistem ini. Dalam sistem ini, jarak antara plat logam lebih besar dari panjang gelombang bidang yang diterapkan. Dalam sistem ini, gelombang elektromagnetik medan-jauh konvensional terbentuk antara plat logam.
Pemanasan volumetrik microwave memberikan kedalaman penetrasi yang lebih besar. Jadi pemanasan ini digunakan untuk memanaskan cairan, suspensi, dan padatan pada skala industri.
Pemanasan volumetrik gelombang mikro diterapkan untuk pasteurisasi, Flash pasteurisasi, kimia gelombang mikro, sterilisasi, pengawetan makanan, produksi biofuel, dll.
Pengaturan mekanisme pemanas dielektrik dapat dilihat sebagai mirip dengan struktur kapasitor. Dalam kapasitor dielektrik ditempatkan di antara dua plat konduktor dan listrik dihasilkan di dielektrik. Sedangkan dalam sistem pemanas dielektrik, bahan yang akan dipanaskan ditempatkan di antara dua plat konduktor, di mana medan listrik diterapkan dan panas dihasilkan di dalam bahan.
Sekarang pemanasan dielektrik sehari-hari telah banyak ditemukan dalam aplikasi industri pertanian, untuk penerapan/aplikasi dengan metode pengendalian hama.
Dengan perjalanan waktu dan pengembangan teknologi, peneliti telah mengembangkan banyak alternatif untuk digunakan daripada api untuk proses pemanasan. Salah satu penemuan luar biasa tersebut adalah prinsip "Pemanasan Dielektrik". Mari kita lihat bagaimana prinsip ini bekerja dan bagaimana aplikasi atau penerapannya.
Apa itu Pemanasan Dielektrik?
Pengertian pemanasan dielektrik dapat dinyatakan sebagai - 'proses memanaskan material dengan menyebabkan gerakan dielektrik dalam molekulnya menggunakan medan listrik bolak - balik AC“. Semua bahan terdiri dari molekul yang tersusun dari atom. Diagram Rangkaian Pemanasan Dielektrik ditunjukkan di bawah.Molekul polar mengandung momen dipol listrik. Ketika molekul-molekul seperti itu terpapar ke medan listrik, mereka mencoba menyelaraskan diri ke arah medan. Ketika bidang yang diterapkan berosilasi, molekul-molekul material ini mengalami rotasi untuk menjaga diri mereka sejajar dengan bidang tersebut. Ketika medan berubah arah, molekul-molekul ini juga membalikkan arahnya. Proses ini disebut "Rotasi Dielektrik".
Suhu molekul terkait dengan energi kinetik molekul. Dalam rotasi dielektrik molekul, ketika energi kinetik molekul meningkat, suhu molekul meningkat. Ketika molekul bertabrakan atau bersentuhan dengan molekul lain, energi ini akan ditransfer ke semua bagian material sehingga memanaskan material.
Jadi rotasi dielektrik dalam material sering disebut sebagai pemanasan dielektrik material. Pemanasan ini dilakukan dengan menggunakan medan listrik frekuensi RF atau medan elektromagnetik. Bidang yang diterapkan harus berosilasi agar rotasi dielektrik berlangsung. Frekuensi dan panjang gelombang bidang yang diterapkan juga memengaruhi fungsi sistem.
Prinsip Kerja Pemanasan Dielektrik
Seperti dijelaskan di bawah ini, diagram rangkaian sistem pemanas dielektrik terdiri dari dua plat logam yang digunakan untuk menerapkan medan listrik. Bahan yang akan dipanaskan ditempatkan di antara dua logam ini. Ada dua jenis cara di mana bahan dipanaskan menggunakan proses pemanasan.Pemanasan menggunakan gelombang frekuensi rendah, sebagai efek medan dekat dan pemanasan dengan gelombang frekuensi tinggi menggunakan gelombang elektromagnetik. Jenis bahan yang dipanaskan menggunakan berbagai jenis gelombang ini juga berbeda.
Gelombang frekuensi rendah memiliki panjang gelombang yang lebih tinggi. Dengan demikian mereka dapat menembus bahan non-konduktif lebih dalam daripada gelombang elektromagnetik.
Sistem yang menggunakan medan frekuensi rendah harus memiliki jarak antara radiator dan penyerap menjadi kurang dari 1/2π dari panjang gelombang. Jadi, proses pemanasan menggunakan medan listrik frekuensi rendah sudah dekat - proses kontak.
Sistem frekuensi yang lebih tinggi memiliki panjang gelombang yang lebih rendah. Gelombang elektromagnetik dan gelombang mikro digunakan untuk sistem ini. Dalam sistem ini, jarak antara plat logam lebih besar dari panjang gelombang bidang yang diterapkan. Dalam sistem ini, gelombang elektromagnetik medan-jauh konvensional terbentuk antara plat logam.
Aplikasi Pemanasan Dielektrik
Prinsip pemanasan dielektrik menggunakan medan listrik frekuensi tinggi diusulkan pada 1930-an di Bell Telephone Laboratories. Dengan memvariasikan frekuensi medan listrik, sistem Dielektrik dirancang untuk berbagai jenis aplikasi.Ketika Menggunakan Gelombang Mikro
Dalam pemanasan dielektrik ini, frekuensi 2.45GHz dari gelombang mikro digunakan. Oven microwave yang digunakan di rumah adalah contoh dari aplikasi jenis ini. Sistem ini memberikan sistem pemanas yang kurang penetrasi dan sangat efisien.Pemanasan volumetrik microwave memberikan kedalaman penetrasi yang lebih besar. Jadi pemanasan ini digunakan untuk memanaskan cairan, suspensi, dan padatan pada skala industri.
Pemanasan volumetrik gelombang mikro diterapkan untuk pasteurisasi, Flash pasteurisasi, kimia gelombang mikro, sterilisasi, pengawetan makanan, produksi biofuel, dll.
Ketika Menggunakan Frekuensi Radio (RF)
- RF dielektrik sering menemukan aplikasi ini pada area produksi tanaman.
- Jenis pemanasan ini digunakan untuk membunuh beberapa hama dalam makanan setelah panen.
- Jenis pemanasan ini dapat memanaskan material secara seragam.
- Jenis pemanasan ini dapat memproses makanan dengan cepat.
- Diathermy, proses pemanasan RF otot untuk terapi otot menggunakan pemanasan jenis ini.
- Proses ini disebut terapi Hyperthermia, di mana suhu yang lebih tinggi digunakan untuk itu
- membunuh kanker dan jaringan tumor, pemanasan dengan frekuensi RF diterapkan
Pengolahan makanan
Dalam post-baking biskuit di jalur produksi, pemanasan dielektrik RF akan mengurangi waktu pemanggangan. Ukuran, bentuk, dan warna biskuit yang tepat dapat diproduksi dengan oven tetapi pemanasan RF dapat menghilangkan sisa kelembaban dari bagian biskuit yang sudah kering.- Pemanasan RF dapat meningkatkan kapasitas oven, digunakan di pabrik produksi makanan, hingga 50%.
- Produk bayi berbasis sereal dan sereal sarapan menggunakan post-baking dengan pemanasan dielektrik RF.
- Dalam pengeringan makanan, baking dielektrik digunakan bersama dengan baking konvensional.
- Ketika dielektrik elektromagnetik digunakan untuk memanggang, kualitas makanan yang lebih baik tercapai.
- Sifat gizi dan sensorik makanan dapat dipertahankan selama pemrosesan makanan ketika pemanasan dielektrik elektromagnetik digunakan, karena suhu pemrosesan yang lebih tinggi dapat dicapai dalam waktu yang lebih singkat.
Pengaturan mekanisme pemanas dielektrik dapat dilihat sebagai mirip dengan struktur kapasitor. Dalam kapasitor dielektrik ditempatkan di antara dua plat konduktor dan listrik dihasilkan di dielektrik. Sedangkan dalam sistem pemanas dielektrik, bahan yang akan dipanaskan ditempatkan di antara dua plat konduktor, di mana medan listrik diterapkan dan panas dihasilkan di dalam bahan.
Sekarang pemanasan dielektrik sehari-hari telah banyak ditemukan dalam aplikasi industri pertanian, untuk penerapan/aplikasi dengan metode pengendalian hama.