การปรบปรงคณภาพน าประปาดวยกระบวนการอเลกโตรโคแอกกเลชน A Water Treatment Process by Electrocoagulation

บรรดาล เจรญศร1*, กรกต วฒนสจจานกล2, ศราวธ กระสาย3

จรพฒนพงษ เสนาบตร4, กนกพงษ ศรเทยง5, วเชษฐ ทพยประเสรฐ6 และ นพพร พชรประกต7 Bandan Charoensiri1*, Korakot Wattanasatlanukul2, Sarawoot Krasai3

Jirapatpong Senabut4, Kanokpong Sritieng5, Wichet Tippasert6 and Nopporn Patcharaprakiti7

1.2.3,6,7 สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 4,5 สาขาวชาวทยาศาสตร คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลยการเกษตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1.2.3,6,7 Department of Electrical Engineering, Rajamangala Uninersity of Technology Lanna Chiang Rai 4,5 Faculty of Engineering, Rajamangala Uninersity of Technology Lanna Chiang Rai * Corresponding author e-mail: Bandan_ch37@hotmail.com

บทคดยอ บทความนน าเสนอ การบ าบดและปรบปรงคณภาพเพอใชอปโภค จาก อางเกบน า มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล

เชยงราย ซงน าทงทใชระบบบ าบดดงเดมทผานการบ าบดแลว ยงไมผานมาตรฐานคณภาพน าทง เนองจากระยะเวลาในการบ าบดไมเพยงพอ โดยเทคนคทน าเสนอประกอบดวย กระบวนการตกตะกอนทางไฟฟา อเลกโตรโคแอกกเลชน โดยวธอเลกโตรโคแอกกเลชน ขวแอโนดและขวแคโทด จะใชเปนแผนอลมเนยม เพอลดคา BOD และสารแขวนลอย โดยน าทงน ามาบ าบดน ามาจาก อางเกบน า มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล เชยงราย ซงไดน ามาทดสอบบ าบดระบบดงกลาวและท าการวดคาพารามเตอรตาง ๆ คอ กระแสไฟฟ า , แรงดน , ความเปนกรดดาง , สภาพความน าไฟฟ า , Total Dissolved Solid(TDS), Dissolved Oxygen(DO), Biochemical Oxygen Demand(BOD) และอณหภม ผลการทดลอง พบวา น าทผานกระบวนการวธอเลกโตรโคแอกกเลชน มคา DO สงขน คา BOD, TDS ลดลง และน าทไดมสทใสขน

คาสาคญ: น าเสย, อเลกโตรโคแอกกเลชน

Abstract This paper proposes technique of water treatment by using electro-coagulation Method. This system is

composed of electric DC Source 200 V 30 A connect to the Anode and Cathode Terminal. The sample water from reservoir in Rajamangala University of Technology Chiang rai Campus is flow into the system in order to improve quality. The water treatment experimental has implemented and parameter of electro-coagulation and water quality parameter are collected such as electric voltage, electric current, pressure, pH, conditions Conductivity, Total Dissolved. Solid (TDS), Dissolved Oxygen (DO), Biochemical Oxygen Demand (BOD) and temperature. The result found that the water quality has improved such DO higher and BOD, TDS, SS is reduced and more clearness water is received.

Keywords: Wastewater, Electro-coagulation

บทนา จากการใชน าจากอางเกบน าท มหาวทยาลย

เทคโนโลยราชมงคล ลานนา เชยงราย เปนอานเกบน าใชส าหรบอปโภค ภายใน มหาวทยาลย ในการน าน าดบจากอางเกบน ามาผานกระบวนการผลตเปนน าประปา ซงมการใชเครองปมน าจ านวน 3 ตว ขนาดมอเตอร 3 เฟส 380/660V 7.5/10Kw ใชงาน ประมาณ 15 ชวโมง/วน ซงจะเสยคาใชไฟฟาเปนจ านวนมาก แตเนองจากการผลตน าประปาของ มหาวทยาลย เปนระบบถงหมกเพอตกตะกอน เตมสาร และ บอเตมอากาศ จ าเปนตองใชเวลาและพนทจ านวนมาก ดงนนผวจยจงไดศกษาและน าการบ าบ ด น า โดยว ธอ เล ก โตรโคแอกก เล ชน ม าประยกตใช เนองจากวธการบ าบดน าดวยอเลกโตรดโคแอกกเลชน เปนวธทใชพนทนอยและระยะเวลาในการบ าบดนอย และยงสามารถท าใหตะกอนลอยขนสผวน าไดเรวกวาเพอลดคาใชจายสารเคม สามารถแยก ตะกอนแลวก าจดสารแขวนลอยไดหลายชนด เชน ไขมน , โปรตน , โลหะ หนกชนดตางๆ , สารแขวนลอยชนดตางๆ, เชอโรค, แบคทเรยหรอไวรส โดยไมตองใชสารเคม

วตถประสงคการวจย 1. เพอปรบปรงน าดวยวธการอเลกโตรโคแอกเลชน 2. เพอวเคราะหสมรรถนะของระบบปรบปรงน าและหาคาพารามเตอรทเกยวของในการปรบปรง

ทฤษฎและหลกการทางาน 1. ระบบปรบปรงคณภาพน าดบ (การประปาสวนภมภาค , 2550) น าดบทผานการตรวจสอบ จะถกสบเขาสถงเกบน าดบและจะถกผสมดวยสารเคม เชน สารสมและปนขาวตามสดสวนทตรวจสอบไดเพอท าการปรบปรงคณภาพน าดบ น าทมความขนมากจะใชสารละลายสารสมชวยใหมการตกตะกอน ไดดยงขน และใชสารละลายปนขาว ชวยยบยงการเจรญเตบโตของตะไครน าหรอสาหรายในน าซงมมากในฤดฝน บางครงจะมการเตมคลอรนเพอท าการฆาเชอโรคทอาจปะปนมากบน าในชนตนนกอน น าดบทผานการปรบปรงคณภาพแลวจะถกสงตอไปยงถงตกตะกอนตอไป

ภาพท 1 ระบบประปาของ มทร. ลานนาเชยงราย

2. หลกการทางานของอ เลกโตรโคแอคกเลชน หลกการท างานของกระบวนการการรวมตะกอนทางไฟฟา ประกอบไปดวยแหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง โดยจะใชขวไฟฟา 2 ขว เมอปลอยกระแสไฟฟาในถงปฏกรยา จะเกดปฏกรยาออกซเดชนท ขวบวก (anode) ท าใหโลหะเกดการสกกรอนและละลายอยในน า ขณะเดยวกนทขวลบ (cathode) จะเกดปฏกรยารดกชนของน า โดยน าจะ แตกตวใหกาซไฮโดรเจน (H2) และไฮดรอกไซดอออน (OH- ) ดงแสดงใน สมการท 1 เมอเวลาผานไปน าจะมสภาพเปนดาง และท าใหเกดกลม ตะกอนของ

เฟอรสอออนและเฟอรกอออน ในรปของเฟอรสไฮดรอก ไซดและเฟอรกไดออกไซด ซงสามารถตกตะกอนสในน าเสยและสง สกปรกได ฟองกาซทเกดขนจะเกาะตดกบตะกอนและลอยขนสผวน า (Electro flotation) กระบวนการอเลกโตรโคแอกกเลชนแสดงดงรปท 1 Anode (Oxidation): AI(s) AI22+

(aq)+2e (1) Cathode (Reduction): 2H2O+2e- H2(g)+ 2OH- Redox Reaction:Fe(s)+2H2O H2(g)+ Fe(OH)2(s)

ภาพท 2 การแยกตะกอนน าเสยดวยอเลกโตรโคแอคกเลชน(สมพงษ หรญมาศสวรรณ, 2551)

โดยความหนาแนนกระแส J อตราสวนของ

กระแสตอหนงหนวย ดง สมการท 2

J = I/A (2) โดย A เปนพนทหนาตด (ตร.ม.) I เปนกระแส

(A) เมอใดทเกดความตาง ศกยระหวางขวของตวน าจะเกดความหนาแนนกระแส และสนามไฟฟา ตามสมการท 3

J = 𝝈E (3)

𝝈 คอ คาการน าไฟฟา E คอแรงดนไฟฟา 3. ลกษณะการตอข วอเลกโทรด

การวางขวไฟฟาขนอยกบความตองการของวธทใชในการบ าบดถา ระบบบ าบดตองการกาจดสารแขวนลอยดวยวธท าใหลอย ควรวาง ขวไฟฟาในแนวตง เพอใหฟองแกสทเกดขนจากปฏกรยาไฟฟาเคม พาสารแขวนลอยดงกลาวขนมาพรอมกบตะกอนเบาทเกดขน แตถาระบบตองการขจดสารแขวนลอยดวยวธตกตะกอน ควรวางขวไฟฟาใน แนวนอน โดยใหขวแอโนดอยทางดานลาง

ภาพท 3 การตอขวอเลกโทรด (วรวฒ ยาวเลง และ อรรถชย ปวงจนทร ) 4. ข วอเลกโทรด

อะลมเนยม เปนโลหะทพบมากเปนอนดบ 3 ในเปลอกโลก โดยมลกษณะเปนสขาว น าหนกเบา และแขงมาก แตไมเปราะ จงสามารถ ท าใหเปนรปรางตางๆ ไดตามตองการ อะลม เนยมจะท าปฏกรยากบโลหะ ตวอนๆไดอยางวองไว มเลขออกซเดชนเทากบ +3 และ Al+3 อยในน าจะ สามารถเกดปฏกรยาไฮเดรชนและไฮโดรไลซสขนได สแตนเลส หรอ เหลกกลาไรสนม เปนเหลกทมปรมาณคารบอนต า (นอยกวา 2%) ของน าหนก มสวนผสมข อ งข อ ง โค ร เม ย ม อ ย า งน อ ย 10.5% ม จ ดหลอมเหลวสง และมคานาความรอนระดบปานกลาง 5. การคานวณหาคา DO, BOD TDS และ EC

5.1 วธโดยตรง หาไดจากสมการท 4 BOD (mg/L) = DO0 – DO5 (4)

DO0 คอ คา DO ของตวอยางทไตเตรตวนแรก DO5 คอ คาเฉลย DO ของตวอยางท ไตเตรตไดหลงจากเกบใน incubator 5 วน

5.2 วธท าใหเจอจาง หาไดจากสมการท 5

BOD (mg/L) = [(DO0-DO5)-(B1-B2)f ]×100P (5) เมอ DO0 คอ คา DO ของตวอยางทไตเตรตะ

วนแรก DO5 คาเฉลย DO ของตวอยางทไตเตรตไดหลงจากเกบใน incubator 5 วน P คอเปอรเซนตของตวอยางท ใช (เชน 5%, 10%) B1 คอคา DO ของ seed control ทกาการเจอจางในวนแรก B2 คาเฉลย DO ของ seed control ทกา การเจอจางเกบ ใน incubator 5 วน f คออตราสวนน าเชอ (seed) ใน ตวอยางตอ seed control และ f = % น าเชอใน DO0

คา EC สามารถน าไปค านวนเปนคา TDS ไดจาก สมการดานลาง (คาโดยประมาณ)

TDS (ppm) = 0.64 x EC (μS/cm) = 640 x EC (dS/m) โ ด ย dS/m : deciSiemens/m ค อ 1 dS/m = 1000 uS/cm

การดาเนนงาน 1. การสลบข วไฟฟาและสมมตฐานการวจย

(ณฐ จนทครบ และ พรนภา บรบรณสขศร, 2554)

การสลบขวไฟฟาเพอสลบเปลยนการเปนแคโทด/แอโนด ของอเลกโทรดใชงานอย ผลดงกลาว

ท าใหอเลกโทรดแตละตวม การจายอเลกตรอนเมอเปนแอโนดและรบอเลกตรอนเมอเปน แคโทดสลบกน ท าใหไฮดรอกไซดทเกดขนในกระบวนการม โอกาสสลบขวหลดรวงออกจากแผนอเลกโทรดได

และดวยแผน อเลกโทรดทใชนนเปนโลหะตางชนดกนการจบตวยดตดกนของไฮดรอกไซดกจะนอยลง สงผลดตอการสลดใหหลดรวงออกไดงายยงขน

ภาพท 4 ไดอะแกรมวงจรไฟสลบขว

ภาพท 5 วงจรแหลงจายใหกบแผนอเลกโทรด

2. ข นตอนการทาการบาบดน าเสย น าน าท ได จากอ างน าของ มหาวทยาล ย

เทคโนโลย ลานนาเชยงราย มาท าการปรบปรงโดยจะใชแรงด น ไฟฟ าอย ท 200 Vdc โด ยใชข วอเลกโทรด 2 ขว คอ แคโทด และ แอโนด ขนาดของ ขวอเลกโทรดทใช ขนาดอยท 20 cm x 40 cm ขวอเลกโทรดจะวางสลบกนเรมจากขวแคโทด

แลวตอดวยขวแอโนด สลบกนไป โดยระยะหางระหวางขวแตละขวม 0.5 cm. ท าการทดลองกบน า 10 ลตร ในระหวางการทดลองจะท าการเกบคาแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟา อณหภมของน า และ ตวอยางน าทท าการบ าบด (เกบตวอยางน าทก 10 นาท) ดงภาพท 5

ภาพท 6 ลกษณะและการวางขวอเลกโทรด

ภาพท 7 เกดปฏกรยาออกซเดชนขนท าใหเกดฟองลอยขนมาพรอมกบตะกอนทแยกตวออกจากน า

ท าการเกบคาแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟา และอณหภม และ ตวอยางน าทผานการบ าบด ทกๆ10 นาท ในขณะทดลองเมอเวลาผานไปซกพกในชด

บ าบดเกดปฏกรยาออกซเดชนขน ท าใหเกดฟองลอยขนมาพรอมกบตะกอนทแยกตวออกจากน า

ภาพท 8 เมอเวลาผานไปประมาณ 1ชวโมง มตะกอนจ านวนมากลอยอยบนผวน า

จากภาพท 7 และภาพท 8 ส งเกตได วามตะกอนทแยกตวออกจากน าเพมขนจ านวนมาก แสดงวาระบบบ าบดน าเสยแบบใชแรงดนท 200Vdc

ใชบ าบดน าเสยไดดมากหลงจากบ าบดน าทผานการบ าบดแลวมสทใสขนมาก

ภาพท 9 น าทผานการบ าบดแลวมสทใสขนมาก

ภาพท 10 ตวอยางน าทผานการบ าบดแลว เลองจาก น ากอนบ าบดและ หลงบ าบด 10-60 นาท

ผลการทดลอง ผลการบ าบดน าเสยดวยวธอเลกโตรโคแอก

กเลชนแรงดนต ากระแสตรง 200 Vdc. จากการทดลองผบวา ไดคาตางๆ เพอน ามาวเคราะห หาความแตกตาง ตามระยะการวางแผนเพลท ท 0.5cm, 1cm, 1.5cm, และ 2cm. เพอจะทดสอบวาระยะหางทเทาไรจะเหมาะสมกบการบ าบดน าและ

การประหยดการใชไฟฟามากทสด ในการทดสอบจะใชเครองพารามเตอรตางๆ กระแสไฟฟา , แรงดน, ความเปนกรดดาง , สภาพความน าไฟฟา , Total Dissolved Solid (TDS), Dissolved Oxygen(DO), Biochemical Oxygen Demand (BOD) แ ล ะอณหภม

ตารางท 1 คากระแสไฟฟา

คา กระแสไฟฟา (A)

ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 0 0 0 0 10 1.33 0.9 0.6 0.8 20 1.45 0.9 0.6 0.7 30 1.50 0.8 0.5 0.9 40 1.67 1 0.7 0.9 50 1.73 0.8 0.6 0.9 60 1.80 0.9 0.6 1

จากตารางท 1 จะเหนไดวากระแสไฟฟาจะเพมขนเรอย ๆ ตามระยะเวลาทใช ซงในแตละระยะของการวางแผนเพลท กจะตางกนออกไป ระยะหาง 0.5 cm. จะมกระแสไฟฟาทมากกวาระยะอนอยางเหนไดชด เพราะวาคาความน าไฟฟามคาสงกวาปกต

จงท าใหกระแสมากกวาระยะอน ๆ กระแสไฟฟาจะขนอยกบระยะหางของขวอเลกโทรด ถายงใกลกนกระแสกจะสง คาความน าไฟฟากเปนคาทมสวนท าใหกระแสไฟฟามมากหรอนอย ยงคาความน าไฟฟามมาก กจะท าใหกระแสมากขนตาม

ตารางท 2 คาอณหภม

คา อณหภม (C)

ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 27 29 30 30 10 31 29 30 31 20 34 29 31 31 30 37 30 30 31 40 41 31 31 31 50 45 31 31 31 60 49 31 31 32

จากตารางท 2 จะเหนไดวา เมอใชเวลาในการ

บ าบดนาน จะท าใหอณหภมสงขนเรอย ๆ ตามเวลาทใช อณหภมจะขนอยกบเวลา และกระแสไฟฟาทใช ถากระแสไฟฟามากจะท าใหอณหภมสงขน สวน

ระยะการวางแผนเพลทกมสวนกบอณหภมเชนกน ซงเกยวเนองมาจากกระแสทมมากหรอมนอยในแตระยะของการวางแผนเพลท

ตารางท 3 positive potential of the hydrogen ions (pH)

คา pH

ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 7.2 7.4 7.2 7.3 10 7.3 7.5 7.5 7.4 20 7.4 7.5 7.3 7.5 30 7.5 7.6 7.4 7.5 40 7.5 7.7 7.4 7.6 50 7.5 7.3 7.4 7.6 60 7.6 7.4 7.5 7.5

จ าก ต า รา งท 3 จ ะ เห น ว า เว ล า แ ล ะกระแสไฟฟา มผลตอคา pH เมอเวลาผานไปคา pH มการเปลยนแปลง แตวาในแตละระยะจะคาจะไมนง ขน ๆ ลง ๆ ตามเวลาทเปลยนไป เนองจากการบ าบด

เปนแบบน าไหลผานตลอดเวลา จงท าใหคาทไดไมนงเทาทควร แตจากการหาขอมลแลวพบวาคา pH มาตรฐานจะอยท 7 – 7.5 ซงคาทท าการบ าบดออกมา กอยในมาตรฐาน

ตารางท 4 Electrical Conductivity (EC)

คา EC (mS/cm)

ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 0.180 0.208 0.204 0.206 10 0.172 0.194 0.198 0.198 20 0.162 0.170 0.188 0.195 30 0.160 0.166 0.170 0.190 40 0.142 0.154 0.192 0.186 50 0.138 0.156 0.188 0.184 60 0.128 0.178 0.186 0.174

จากตารางท 4 แสดงให เหนวา คาการน าไฟฟาจะลดลงตามระยะเวลาท 0-60 นาท ในระยะท 0.5 cm. เปนระยะทท าใหคาการน าไฟฟาลดลงไดมากกวาระยะอน ๆ เนองจาก คา EC ลดลงแสดงวา

น า น น ม ค ว าม บ ร ส ท ธ ม าก ข น แ ล ะ จ าก ก า รเปรยบเทยบในแตละยะท าใหระยะท 0.5 cm มประสทธภาพในการบ าบดน ามากทสด

ตารางท 5 Dissolved Oxygen (DO)

คา DO (mg/L) ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 6 6 6 6 10 8 7.2 3 5.3 20 8 8 5.1 3 30 8.2 8.5 5.2 4.6 40 13.3 7 3.7 5 50 13.3 7 6.7 4.2 60 13.5 7 4.8 4.2

จากตารางท 5 จะเหนวา คาปรมาณออกซเจนทละลายในน า DO (ประมาณ 5 -8 mg/L) ในระยะ 0.5 cm.กบ 1 cm อยในเกณฑมาตรฐานและระยะท

0.5 cm จะมปรมาณออกชเจนมากกวาระยะอนจงท าใหระยะ0.5 cm ดทสด และระยะท 1.5 cm กบ 2 cm อยในเกณฑเปนบางในชวงเวลา

ตารางท 6 Biochemical Oxygen Demand (BOD) คา BOD (mg/L)

ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 0 0 0 0 10 0 0.7 0 0.3 20 0 2.5 0.6 0 30 0 2.5 0 0.1 40 6.3 0 0 0 50 4.3 2 0.7 0 60 3.5 2 0 0

จากตารางท 6 จะเหนวา คาปรมาณออกซเจนทจลนทรยใชในการยอยสลายสารอนทรย (BOD) ของน าหลงจากบ าบดเรยบรอยแลว มความแตกตาง

กนเพราะวาระบบการบ าบดเปนแบบน าผานจงท าใหคาทไดออกมาจะไมเทากนแลวคา BOD สงจะท าใหคณภาพน าต า

ตารางท 7 คา Total Dissolved Solid ( TDS )

คา TDS (mg/L)

ระยะ เวลา (min)

0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm

0 91 103 93 97 10 86 97 92 95 20 73 89 86 88 30 73 87 89 90 40 66 85 95 95 50 65 84 94 93 60 63 90 93 88

จากตารางท 7 จะเหนวา ในแตละระยะหาง

ของแผนเพลทจาก 0.5 cm. ถง 2 cm. มความแตกตางกน คา TDS ลดลงตามเวลาทเปลยนแปลงไป ซงในระยะ 0.5 cm. มประสทธภาพในการบ าบดดทสดคาทไดอยในมาตรฐาน คามาตรฐานทถก าหนดโดยขอก าหนดของ ส านกงานปกปองสงแวดลอม (Environmental Protection Agency -EPA) ระบไววา คาสงสดของสงเจอปนในน า หรอ คา TDS ไม

ควรเกน 500 mg/L หรอ 500 ppm ซงโดยสวนใหญในระบบน าจะมคา TDS เกน 500 mg/L แตหากคา TDS เกน 1000 mg/L จะเปนน าทไมเหมาะส าหรบใชในชวตประจ าวน เพราะคา TDS ทสง จะบงบอกถงความเปนไปไดของสงเจอปนทอนตรายและตองมการตรวจสอบเพมเตม

ตารางท 8 การเปรยบเทยบกบมาตรฐาน

พารามเตอร หนวย มาตรฐาน ระบบเดม เฉลย EC

pH - 6.5-8.5 7.4 7.45

EC (us/cm) 0.24-0.28 0.47 0.18

BOD (mg/L) ไมเกน 6 5 1.86

DO (mg/L) 5-8 5.9 5.6

TDS (mg/L) ไมเกน 600 238 92.13

จากตารางท 8 เปนการเปรยบ เท ยบกบ

มาตรฐานคณภาพน าประปาของการประปาสวนภมภาค(WHO) ป2011 จะเหนไดวา คา pH, BOD, DO และ TDS อยในเกณฑมาตรฐานแตม คา EC นนต ากวาเกณฑนนเพราะวา ตะกอนในน านอยลงจงท าใหคาความน าไฟฟาลดลงถาตะกอนมากจะท าใหคาน าไฟฟาเพมขนตาม ตารางท 4

สรปผลการทดลอง การทดสอบเครองบ าบดน าเสยดวยวธอเลกโตร

โคแอกกเลชน เมอใชเวลานานจะท าใหกระแสไฟฟาสงเพมมากขนเรอยๆและอณหภมกจะเพมขนตามเวลาและกระแสไฟฟาเมอใชแรงดนไฟฟาสงกวา 200 Vdc เมอเวลาผานไปจะไปจะท าใหแรงดนไฟฟาลดล ง ก ระแส ไฟฟ าม ผลต อความ เร ว ในการตกตะกอนเมอใชกระแสไฟฟาสงกจะท าใหตะกอนจบตวกนเรวและลอยขนเรวแตขอเสยคอจะท าใหอณ หภมส ง เวลาท ใชบ าบ ดไดค าท ด และผ านมาตรฐานของแตละคามเวลาทไมเทากนเชนคา pH ทเปนกลางทสดคอ 7 น าทมคาความน าไฟฟามากจะมกระแสไฟฟาทเกดขนมากตาม เมอกระแสไฟฟามากจะท าใหอณหภมของน ามากขนดวย น าทผานผานกระบวนการบ าบดโดยวธอเลกโตรโคแอกกเลชนจะสามารถปลอยลงสธรรมชาต จะตองมคา DO , BOD , TDS , PH , EC ตามมาตรฐานน าทง โดยใชเครองวดพารามเตอรตางๆวดคาวาไดมาตรฐาน

หรอไม แตเครองบ าบดน าเสยโดยวธการอเลกโตรโคแอกกเลชน แรงดน 200 Vdc สามารถบ าบดน าเสยไดคาตามมาตรฐานน าทงโรงงานอตสาหกรรมได

จดเดนของการบ าบดน าเสยดวยวธอเลกโตรโคแอกกเลชนคอสามารถบ าบดตอเนองได และ ยงสามารถปรบความเรวการไหลของน าได น าทผานการบ าบดจะสามารถปลอยลงสธรรมชาตไดเลยทนท ซงดกวาการบ าบดแบบแชงทงไวซงใชเวลานาน และ ใชพนทกวางจ านวนมาก คาทไดหลงจะการบ าบดไมคอยจะนาพอใจเทาไหร

ขอเสนอแนะ 1. ในการทดลองบ าบดน าเสยดวยวธอเลกโตร

โครแอกกเลชนแตละครง ใชปรมาณน าเพยง 10 L – 30 L ควรเพมปรมาณน าเสยทใชในการบ าบดใหมากขน เพอน ามาเปรยบเทยบกบการทดลองเดมและขยายระบบใหบ าบดน าเสยไดมากขนกวาเดม

2. ควรเพมขวอเลกโทรดหรอเพมขนาดขวอเลกโทรด และทดลองเปลยนชนดขวอเลกโทรด เพอหาวาขวชนดไหนไดประสทธภาพในการบ าบดน าเสยดกวา เพราะแตละขวมคาการน าไฟฟาไมเทากน คาการน าไฟฟาของขวอเลกโทรดมผลตอเวลาในการบ าบดน าเสย

3. ทดลองหาคาแรงดนไฟฟาทเหมาะสมในการบ าบดดวยวธอ เลกโตรโคแอกกเลชนโดยอาจใชแรงดนไฟฟาหลายระดบ เพอน ามาเปรยบเทยบกน

เพราะการควบคมแรงดนไฟฟามผลตอเวลาในการทดลอง ยงแรงดนมากขนกจะใชเวลาบ าบดน าเสยนอยลง และยงแรงดนเพมขนจะยงไดขวอเลกโทรดมากขนดวย

4. การทดลองครงตอไป ควรวดคา COD เพม เพราะคา COD กมผลในการวดคณภาพน าเพอปลอยสแหลงน าธรรมชาต ตามคามาตรฐานน าทงทระบายออกจากโรงงานอตสาหกรรม คา COD คอ ปรมาณออกซ เจนท งหมดทต องการใชเพ อออกซ เดชนสารอนทรยในน าใหเปนคารบอนไดออกไซด และน า ตองมคาไมเกน 120 mg/L

5. แหลงจายในการปรบคาแรงดนช ารด ควรจดซอหรอซอมบ ารง เพราะการทดลองสามารถปรบคาไดสงสด ซงยงไมพอส าหรบความตองการ

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบคณส านกวจยและพฒนา มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล ลานนา ทสนบสนนและใหความอนเคราะหในการดานด าเนนงานวจย

เอกสารอางอง การประปาสวนภมภาค.(2550). เรองมาตรฐาน

คณภาพน าประปาของการประปาสวนภมภาค.เมอวนท 16 กรกฎาคม 2550 ตอทายบนทกขอความของ กคน. ท มท 55702-2/258 ลงวนท 11 กรกฎาคม 2550.

ณฐ จนทครบ และ พรนภา บรบรณสขศร. (2554). การพฒนากระบวนการบ าบดน าเสยแบบอเลกโตรโคแอคกเลชนโดยใชการสลบขวไฟฟาแบบไม สมมาตรและคอเลกโทรดทเหมาะสม. ใน การประชมวชาการขายงานวศวกรรมอตสาหการ ประจาป 2554, 709-712.

วรวฒ ยาวเลง และ อรรถชย ปวงจนทร. (2015). การบ าบดน าเสยจากกระบวนการลางผลไมดวยวธอเลกโตรโคแอกกเลชนรวมกบโอโซเนชน. ใน การประชมวชาการ งานวจยและพฒนาเชงประยกต คร งท 7 ECTI-CARD 2015, หนา 148-151.

สมพงษ หรญมาศสวรรณ. (2551). กระบวนการโคแอกกเลชนดวยไฟฟา (Electrocoagulation). สาขาวชาวศวกรรมสงแวดลอม. วทยาลยรงสต.

การออกแบบชดปองกนมอเตอรเหนยวน า 3 เฟสแบบมลตฟงกชน Design of Multi-Function Protection System for

Three Phase Induction Motor

ชนอจ อเอะดะ1, อรญชย นามศร2, ววฒน ทพจร3 และ อนสรณ ยอดใจเพชร4* Shinichi Ueda1, Arunchai namsorn2, Wiwat Tippachon3 and Anusorn Yodjaiphet4*

1,2,3,4 สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1,2,3,4 Department of Electrical Engineering Faculty of Engineer Rajamangala University of Technology Lanna Chiangrai *Corresponding author E-mail: Anusorn@rmutl.ac.th

บทคดยอ บทความนน าเสนอวธการเกยวกบการออกแบบและสรางอปกรณปองกนมอเตอรสามเฟสแบบมลตฟงกชน โดยใชการ

ตรวจจบคาของกระแสและแรงดนทมความผดปกตของระบบไฟฟาทสงผลท าใหมอเตอรเกดความเสยหายได โดยการศกษาครงนไดประยกตใชบอรดไมโครคอนโทรลเลอร STM32F4 Discovery ในการควบคมวงจรฮารดแวรตาง ๆ ในสวนของซอรฟแวรใชโปรแกรม Matlab/Simulink พฒนาบลอกโปรแกรมส าหรบควบคมการท างานของบอรดท าใหการท างานเปนไปตามสมการทางคณตศาสตรตามทตองการไดงาย เครองปองกนมอเตอรทไดพฒนาขนนมฟงกชนการท างานทงหมด 6 ฟงกชน ซงจะครอบคลมความผดในการท างานของมอเตอรทสามารถตรวจจบไดจากกระแสและแรงดนทปอนเขาสมอเตอรไดทงหมด และจากผลการทดลองพบวาการปองกนความเสยหายระหวางการท างานของมอเตอรนนเปนไปตามมาตรฐาน IEC ตามทไดออกแบบไวเปนอยางด งานวจยนยงมประโยชนในดานการลดการน าเขาอปกรณปองกนมอเตอรแบบครบฟงกชนจากตางประเทศทม ราคาแพง เนองจากออกแบบและพฒนาฟงกชนตามความจ าเปน ท าใหประหยดคาใชจาย ลดตนทนในการผลต และยงเปนเทคโนโลยททนสมย

ค าส าคญ: ระบบปองกนมอเตอร, การตรวจจบ, มอเตอรเหนยวน า 3 เฟส, ไมโครคอนโทรลเลอร

Abstract This article presents a method for the design and construction of a three-phase multifunction motor

protection. By detecting the voltage and current of an abnormal electrical system that could cause motor damage. This research applies the STM32F4 Discovery microcontroller board to control the hardware circuits. The software will developed by use the Matlab / Simulink program to control the microcontroller board and to make it work according to mathematical equations as required. The motor protector has six protection functions and it can detect the fault input current or voltage to stop the motor working. The results showed that the preventing damage during operation of the motor that is compliant with IEC Curve as designed as well. This research is useful in reducing imports of the full function motor protection from abroad that is expensive. This research saves the cost. Reduce the cost of production and also most advanced technology.

Keywords: Motor protection system, Inspection, 3-Phase induction motors, Microcontroller

บทน า ในระบบงานอตสาหกรรม มอเตอรเปนตนก าลงหลกในการขบเคลอนเครองจกรกลตางๆใหท างานอยางเปนระบบตามทไดออกแบบไว โดยในโรงงานนนอาจมเครองจกรทมมอเตอรอยมากกวาหนงเครอง การท างานของมอเตอรทเปนจงหวะตามล าดบและการตดตอไฟฟาเพอจายใหแกเครองจกรเรมท างานอาจสงผลใหเกดไฟฟากระชากระหวางทมการสลบภาระโหลดของมอเตอร ท าใหระดบแรงดนในโรงงานอาจสงหรอต ากวาปกตได และในบางกรณอาจสงผลใหระดบแรงดนของไฟฟาสามเฟสมความแตกตางกนมากไดเชนกน โดยเหตการณทงหมดนสงผลใหมอเตอรท างานผดปกตและอาจเสยหายได ผลพวงตอมาคอท าใหโรงงานตองสญเสยตนก าลงและกระบวนการตางๆ ในโรงงานอตสาหกรรมกจะหยดท างานตามไปดวย โดยมลคาการสญเสยททางโรงงานนนๆไดรบจะเทากบการเรมตนลงทนในดานท เสยไปอกครง ผวจยไดเลงเหนถงส าคญทตองมอปกรณปองกนมอเตอรจากความผดพลาดทเกดจากปจจยภายนอกมอเตอร ทงการปองกนมอเตอรจากความผดปกตทางแมคคานคและจากความผดปกตของระบบไฟฟาทจายใหกบมอเตอร จากการคนควาของ ปนดดา ศรจนทรา (2556) ทไดศกษาเกยวปญหาแรงดนไฟฟาไมสมดลของมอเตอรไฟฟาแลวพบวาเมอแรงดนทจายใหแกมอเตอรนนสงหรอต ากวาคาทยอมรบไดตามมาตรฐานของสมาคมผผลตอปกรณไฟฟาแหงชาตสหรฐ (NEMA) มผลตอทงแรงบดเรมตน, แรงบดสงสด, เปอรเซนตสลป, กระแสทไหลเขามอเตอร , การเพมขนของอณหภม และประสทธภาพขณะโหลดเตมพกด โดยผลกระทบทงหมดนลวนเปนสาเหตทท าใหมอเตอรเสยหายได ดงนนเพอเปนการปองกนไมใหมอเตอรเสยหายจงไดมการออกแบบและพฒนาวงจรเครองปองกนมอเตอรขนมา โดยในชวงแรกจะเปนการออกแบบวงจรทเปนวงจรแอนะลอกทงหมด โดยฟงกชนการ

ปองกนจะเปนการปองกนกระแสเกนเปนหลก ตอมาเมอเทคโนโลยมการพฒนามากขน วงจรปองกนมอเตอรไดถกปรบปรงใหสามารถควบคมดวยระบบดจตอล ท าใหขนาดของตวเครองเลกลงและสามารถเขยนโปรแกรมควบคมไดงายมากขน เครองปองกนมอเตอรเสยหายแบบดจตอลกไดแพรหลายตามไปดวย ในปจจบนงานวจยและสนคาทเกยวของกบเครองปองกนความเสยหายของมอเตอรในปจจบนนมามากมายหลายชนด ชนดตนทนสงกจะเปนชนดดจตอลทสามารถปองกนความเสยหายไดหลากหลายชนดทงกระแสและแรงดนทผดปกต สวนในเครองทราคาต าลงสวนใหญจะเปนเครองชนดแอนะลอกทมฟงชนการท างานตายตว การเลอกซอกตองเลอกใหเขากบการใชงานมอเตอรนนๆ ไมสามารถปรบโปรแกรมเพอใหเขากบสภาวะการใชงานอนๆได จากทกลาวมาขางตน เนองจากความผดปกตภายนอกในโรงงานอตสาหกรรมทสงผลตอมอเตอรใหเสยหายนนมหลายสาเหต ทงทางดานของระบบไฟฟาทไมเสถยร หรอทางดานตวเครองจกรทอาจมความผดพลาดในระบบท าใหเกดการตดขดไมสามารถบอกไดวาจะเกดความผดปกตแบบไหนขน ดงนนผท าวจยจงไดมแนวคดออกแบบเครองปองกนความเสยหายแกมอเตอรระบบดจตอลทมฟงกชนการปองกนความผดพลาดไดหลายกรณทงทางดานแรงดนหรอกระแสสงเกนปกต และทางดานการตรวจจบความผดปกตทเกดจากการตดขดทางแมคคานค

วตถประสงค งานวจยนตองการออกแบบและสรางระบบปองกนความเสยหายตอมอเตอรเหนยวน าชนดสามเฟสทประยกตใชไมโครโปรเซสเซอรในการตรวจวดความผดปกตของทงกระแสและแรงดนทมอเตอรขณะท างาน โดยวสดและอปกรณทใชในงานวจยนสามารถหาไดภายในประเทศเพอลดตนทนและลดการน าเขาอปกรณปองกนมอเตอรเสยหายจากตางประเทศ

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

งานวจยทเกยวของ ปญหาความเสยหายของมอเตอรทมาจากปจจยภายนอกนนมหลายปจจยโดยงานวจยทไดศกษาปญหาทสงผลใหมอเตอรเสยหายนน ไดแก งานวจยของ C.W. Kuhn (1937) สรปวามอเตอรเหนยวน ากระแสสลบจะไมสามารถทนความรอนสงทเกดจากการท างานขณะกระแสโหลดเกนได การปองกนดวยการประยกตใชทฤษฏ Curve ทเปนการเปรยบเทยบและแสดงใหเหนวากราฟในชวงเวลาทมอเตอรมอณหภมทสงจะใหมความปลอดภยตอความเสยหายทเกดจากแรงดนไฟฟาสงเกนพกดได งานวจยของ พนศร วรรณการ (2551) แสดงใหเหนวาวาเมอเกดเหตการณแรงดนตกลงเกดขน ถงแมจะเกดแรงดนตกเปนชวงสนๆ ตงแต 5-20 ครงของลกคลนไซนและคาแรงดนลดต าลงกวา 20 เปอรเซนของแรงดนพกดกสามารถทจะท าใหการท างานของระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสสลบท างานผดพลาดได และสงผลท าใหมอเตอรดงเอาแรงดนจากเฟสทเหลอมาใชงานจนเกดความรอนสะสมในขดลวด ประกอบกบงานวจยของ Jakov and Richard (2011) ทเกยวของกบสาเหตของการเสยหายของมอเตอรเนองจากมอเตอรเหนยวน าท างานในชวงแรงดนไฟฟาสง ไดสงผลใหมอเตอรมก าลงไฟฟาสญเสยเกดขน อณหภมของมอเตอรจะสงขนตามไปดวย ในสภาวะการท างานแบบนจะท าใหการเรมท างานของมอเตอรเกดการกระชากเกดขน ซงสงผลท าใหการท างานของมอเตอรนนเกดความรอนสงขนทนท และเมอเกดแรงดนไฟฟาลดลงหรอแรงดนต ากวาปกต (Under Voltage) กจะท าใหเกดความเสยหายตอมอเตอรไดเชนกน

จากสาเหตของความเสยหายของมอเตอรแบบตางๆทไดกลาวไวในงานวจยกอนหนานกไดมงานวจยทไดการออกแบบและพฒนาอปกรณปองกนมอเตอรเหนยวน าในรปแบบตางๆกนไป ไดแกงานวจยของ

Ying (2009) ไดออกแบบและพฒนาอปกรณปองกนมอเตอรแรงดนต าทมการเชอมตอกนเปนเครอขายผานระบบบส RS-485 โดยสวนการตรวจจบความผ ด ป ก ต ใ น แ ต ล ะ ม อ เ ต อ ร ใ น เ ค ร อ ข า ย จ ะ ใ ชไมโครคอนโทรเลอรตระกล ARM เบอร LPC2136 ท าหนาทควบคมอปกรณทางดานฮารตแวร ตรวจจบแรงดนและกระแสทผดปกตทมอเตอร มฟงกชนการตรวจจบความผดปกตอย 7 รปแบบ วธการตดการท างานของมอเตอรใชวธการตงคาระดบทก าหนดและใชการหนวงเวลา จากผลการทดลองพบวาการควบคมก า ร ต ด ก า ร ท า ง า น ขอ งม อ เ ต อ ร ท า ง า น ไ ด มประสทธภาพและยงสามารถบนทกคาความผดปกตไววเคราะหภายหลงไดอกดวย

ตอมา Gagan and Amrita (2012) ไดพฒนาประยกตใชไมโครคอนโทรลเลอรตระกล ATMEGA32 เพ อสร างอปกรณปองกนมอเตอร โดยควบคม มอสเฟส (MOSFET), รเลย (Relay), หมอแปลงกระแส (Current Transformer : CT) และ หมอแปลงแรงดน (Potential-Transformer : PT) โดยเมอมอเตอรเกดความผดปกตของระบบไฟฟาจากแรงดนไมสมดล หรอแรงดนลดลงจากการลดวงจร PTและCT ทตรวจวดความผดปกตไดจะถกประมวลผลทไมโครคอนโทลเลอร ATMEGA32 และสงสญญาณไปควบคมรเลยใหตดการจายไฟฟาเพอหยดท างานของมอเตอรกอนไดรบความเสยหาย งานวจยนเนนทการออกแบบวงจรพนฐานทงายและมราคาตนทนในการสรางนอย เชน การตดตอไดออกแบบใหใชมอสเฟสทดแทน ไอจบท (Insulated-Gate Bipolar Transistor : IGBT) ทมราคาแพง มการฟงกชนการท างานทเพยงพอไมหลากหลายเพยง 4 ฟงกชนเทานน ในประเทศไทย นกวจยกตระหนกถงความจ าเปนของเครองปองกนความเสยหายของมอเตอรเชนกนจงไดมหลายงานวจยทพฒนาเครองปองกนความเสยหายแกมอเตอร ขนเองในประเทศไทย ไดแก งานวจยของกมลชย กธนสมบต และชนกานต อนทรข า (2556) ไดออกแบบและพฒนาระบบปองกนมอเตอรเสยหายทม

สาเหตมาจากความผดปกตของแหลงจายทท าใหเกดกระแส/แรงดนต าหรอสงกวาปกตทไดประยกตใชไมโครโปรเซสเซอร STM32F4 Discovery มาควบคมการตดการท างานของมอเตอรแตงานวจยนยงมจดดอยตรงทจะท างานเพยงแคฟงกชนใดฟงกชนหนงไมครอบคลมทกฟงกชน ตอมาไดมงานวจยของกตนนท ค ายอด, ทวศกด แชมว และววฒน ทพจร (2558) ไดพฒนาระบบใหปองกนความผดปกตของกระแสไฟฟาทสงผดปกตทเกดจากสาเหตการตดขดทางดานแมคคานค (Mechanical jam) เพยงฟงกชนเดยวโดยในสวนของฮารตแวรทงสองงานวจยนจะใชวงจรการตรวจจบกระแสทคลายเคยงกนเนองจากวสดทน ามาใชในงานวจยนหาซอไดในประเทศเหมอนกน จากทงวจยทมจดมงหมายในการพฒนาเครองปองกนความเสยหายของมอเตอรทผลตในประเทศไทยน ผท าวจยไดมแนวคดทจะน าวสดอปกรณทมอยในประเทศไทยมาพฒนาเปนชดปองกนมอเตอรแบบหลายฟงกชนโดยประยกตใชไมโครคอนโทรลเลอรเปนตวควบคมระบบ เพอประโยชนในการลดการน าเขาชดปองกนมอเตอรทมราคาสงและเพมเตมประสทธภาพใหมความสามารถในการปองกนทหลากหลายมากขน โดยฟงกชนการท างานนนจะมครบทงการตรวจจบแรงดนและกระแสทต าหรอสงเกดไป สามารถตรวจจบและตดการท างานอนเนองมาจากสาเหตจากการตดขดทางแมคคานคได และฟงกชนการตดการท างานของมอเตอรนจะเปนไปตามมาตรฐาน IEC Curve ซงมประสทธภาพสงในการปองกนมอเตอร ปจจยทสงผลใหมอเตอรเสยหายไดในขณะทก าลงท างานอย อ น เน อ งมาจากคณภาพของไฟฟา (http://www.silic.co.th/power%20quality.html) และอนๆ แบงไดเปน 4 สาเหต ดงน 1) แรงดนเกนพกด (Over Voltage) คอแรงดนอารเอมเอส (Root Mean Square : RMS) ทเพมขนระหวาง 10% 1.1-1.2 pu. เปนเวลานานกวา 1 นาท โดยอาจจะมสาเหตมาจากการทแหลงจายไฟฟาไดมการปลดโหลดขนาดใหญออกจากระบบ หรอหมอ

แปลงไฟฟามการปรบอตราส วนของแทปท ไ มเหมาะสมกบระบบสงผลท าใหอปกรณไดรบความเสยหายอนเนองมาจากแรงดนเกน 2) แรงดนต ากวาพกด (Under Voltage) คอคาแรงดนอารเอมเอสทลดลงระหวาง 10% 0.8-0.9 pu. เปนเวลานานกวา 1 นาท โดยอาจมสาเหตเกดขนจากการใชพลงงานไฟฟาทมสงมากขน, การทมอเตอรอยชวงปลายทางของแหลงจายไฟฟา, การตอภาระโหลดขนาดใหญเขากบระบบ หรอแมกระทงมการปลดคาปาซเตอรออกจากระบบ 3) แรงดนไมสมดล (Voltage Unbalance) คอแรงดนอารเอมเอสของระบบไฟฟา 3 เฟสมความแตกตางกน 0.5-2% หรอมมมองศาของแรงดนไฟฟาในแตละเฟสเปลยนไปจาก 120 องศา โดยสาเหตความผดปกตแบบนมผลท าใหอปกรณไฟฟา เชน มอเตอร และหมอแปลงมอายการใชงานลดนอยลงเนองจากผลความรอนทเกดขน ในสวนของกระแสไมสมดล (Current Unbalance) ทเกดขนในระบบ 3 เฟสกสงผลท าใหเกดความรอนสะสมเชนกน 4) การตดขดทางแมคคานค (Mechanical jam) คอ การตดขดของโหลดหรอการขบเคลอนเกดความผดปกตกะทนหน สงผลใหเกดการไหลของกระแสทสงขนเกนปกต ท าใหเกดความรอนสะสมได วธการวจย การออกแบบทางดานฮารแวร การตรวจจบความผดปกตของมอเตอรระหวางทยงท างานอยจะใชหลกการวดแรงดนไฟฟากระแสสลบทงสามเฟสและวดกระแสไฟฟาทงสามเฟสทไหลเขาสมอเตอรแลวน าเขามาประมวลผลหาความผดปกตทง 5 รปแบบดงไดกลาวไวกอนหนานในสวนท 3 ดงนนการออกแบบฮารดแวรจงไดมการออกแบบวงจรออกเปน 5 สวนดงรปท 1 ซงประกอบดวย 1) วงจรวดแรงดนไฟฟากระแสสลบ 2) วงจรวดกระแสไฟฟากระแสสลบ 3) วงจรปรบระดบสญญาณไฟฟา 4) สวนประมวลผลความผดปกตของมอเตอร 5) สวนตดตอการท างานของมอเตอร

ภาพท 1 ระบบการท างานของชดปองกนมอเตอร

1) วงจรวดแรงดนไฟฟา เนองจากบอรดทดลอง STM32F4 Discovery นนไมสามารถวดแรงดนจากแหลงจายทมแรงดนสงเกน 3.3 โวลตได จงตองมวงจรแบงแรงดน (Voltage Divider) ใหแรงดนลดลง จากวงจรรปท 2 วงจรจะท าการลดแรงดนลงดวยอตราสวนตามสมการท (1) คอ

2out in

1 2

V V( )

R

R R

(1)

โดยก าหนดให R1 เทากบ 1 MΩ และ R2 เทากบ 36 kΩ ดงนนอตราสวนของแรงดนเอาตพตตอแรงดนอนพตคอ 28.78 : 1

ภาพท 2 วงจรแบงแรงดน

ตรงสวนของวงจรออปแอมปในรปท 2 นท าหนาทเปนวงจรบฟเฟอร (Buffer) ทแยกไมใหมกระแสจากแหลงจายไฟกระแสสลบเขามารบกวนการท างานของไมโครคอนโทรลเลอรได 2) วงจรวดกระแสไฟฟา

จะประยกตใชหมอแปลงกระแสเหนยวน ากระแสทขาแรงดนอนพตแตละเสนแลวลดทอนอตราสวนของกระแส จากรปท 3เปนหมอแปลงกระแสทมอตราสวนของกระแส 100 แอมปตอ 50 มลลแอมป เปนชนดแยกแกน (Split – Core)

ภาพท 3 หมอแปลงกระแส

3) วงจรปรบระดบสญญาณ เนองจากสญญาณทไดรบมาจากทงวงจรวดแรงดนและวงจรวดกระแสนนยงเปนสญญาณทยงเปนไฟฟา

กระแสสลบทอยในชวงบวกและลบอยดงนนจงตองปรบระดบสญญาณใหเปนสญญาณไฟฟากระแสตรงทมการเปลยนแปลงในชวง 0 – 3.3 โวลต ดงรปท 4

ภาพท 4 วงจรปรบระดบสญญาณ

4) สวนประมวลผลความผดปกตของมอเตอร ในส วนประมวล ข อม ล ไ ด ใ ช บอร ดทดลอง ไมโครคอนโทรลเลอรเบอร STM32F407VGT6 เปนหนวยประมวลผล โดยมสถาปตยกรรมเปน ARM

Cortex-M4 32 บต ท างานท 168 MHz, 1 MB Flash,192+4KB RAM และม 3 Analog to digital convertor (ADC) โดยแตละ ADC ม 8 อนพต โดยลกษณะบอรดทดลองจะเปนดงรปท 5

ภาพท 5 บอรดทดลอง STM32F4 Discovery

(http://www.ett.co.th/prod2012/stm32/STM32F4-DISCOVERY.html)

โดยสญญาณแรงดนทรบเขามาจะถกสงไปยงสวนโมดลแปลงขอมลแอนะลอกเปนดจตอล (Analog to Digital : ADC) แลวน าขอมลดจตอลทไดนไปค านวณและว เคราะหการท างานตลอดเวลา นอกจากประสทธภาพทสงของบอรดนแลว อกสาเหตหนงทเ ล อ ก ใ ช บ อ ร ด ท ด ล อ ง น ค อ ส า ม า ร ถ พ ฒ น า

โปรแกรมควบคมบอรดทดลองไดดวยโปรแกรม Matlab/Simulink สามารถลดความยงยากในการพฒนาโปรแกรมใหท างานเปนไปตามทฤษฏการค านวณทางคณตศาสตรไดมาก ดงตวอยางการพฒนาโปรแกรมดวย Matlab/Simulink ในรปท 6

ภาพท 6 ตวอยางการพฒนาโปรแกรมดวย

โปรแกรม Matlab/Simulink

5) สวนควบคมการท างานของมอเตอร วงจรควบคมการตดตอการท างานมอเตอรนจะเปนการควบคมการเปด-ปดแมกเนตกคอนแทคเตอรผานร เลยท ไดรบสญญาณสงการจากขาดจตอลเอาตพตจากบอรด STM32 เขามา

การพฒนาทางดานซอรฟแวร เนองจากบอรด STM32 Discovery นนอกจากจะพฒนาโปรแกรมไดดวยภาษาซแลวยงสามารถท างานรวมกบโปรแกรม Matlab/Simulink ไดอกดวย จงท าใหการพฒนาโปรแกรมเปนไปไดงาย มบลอกฟงกชนทางวศวกรรมใหใชหลากหลาย และยงสามารถพฒนาโคดค าสงในบลอกฟงกชนตางๆ เพอน าไปสงอปกรณฮารตแวรตางๆเพมเตมไดเชนกน ดงนนทางผวจยจงพฒนาโปรแกรมดวย Matlab/Simulink ทออกแบบมาตรวจจบความผดปกตของสญญาณแรงดนและกระแสทจายใหกบมอเตอรตามความผดปกต ทง 5 แบบตามหวขอท 3.2 โดยจะมการสรางบลอกฟงกชนทงหมด 6 โปรแกรมฟงกชน คอ

1) โปรแกรมตรวจจบ Over Voltage 2) โปรแกรมตรวจจบ Under Voltage 3).โปรแกรมตรวจจบ Voltage Unbalance 4) โปรแกรมตรวจจบ Mechanical Jam 5) โปรแกรมตรวจจบ Over Current 6) โปรแกรมตรวจจบ Current Unbalance การท างานของแตละโปรแกรมจะเปนไปตามหลกการดงตอไปน 1. โปรแกรมตรวจจบ Over Voltage การท างานจะเปนไปตามบลอคไดอะแกรมดงรปท 7 คอ จะรบแรงดนเขามาแลวตรวจเชควาสงเกนกวามาตรฐานของ NEMA MG1 หรอไม ถาไมกจะท างานตอไป แตถาเกนกวากจะสงตดการท างาน ในสวนของการพฒนาโปรแกรมดวย Matlab/Simulink จะพฒนาไดออกมาดงรปท 8 โดยเรมจากรบแรงดนไฟฟาของแตละเฟสดวยบลอก Voltage Measurement จะเปนตววดคาของแรงดนไฟฟา จากนนสงตอเขามายงบลอกฟงกชนแปลง Fourier

Transform เพอหาขนาดและมมของแรงดนในแตละเฟส แลวใชบลอก Compare to Constant เปนตวก าหนดคาแรงดนไฟฟาทวดเขามาโดยคาทตงไวนคอ 242 โวลตหรอมการเพม 10 เปอรเซนตามมาตรฐานของ NEMA MG1 (1993) โดยจะตรวจเชค

แรงดนในแตละเฟส ถามแรงดน 220 โวลต ระบบจะท างานปกต แตถาแรงดนเพมเปน 242 โวลต บลอก Compare to Constant จะสงใหลอจกทขาเอาตพตทควบคมชดตดตอรเลยออกมาเปน 1 เพอสงใหแมกเนตกคอนแทคเตอรตดการจายไฟเลยงใหกบมอเตอร

ภาพท 7 โฟลชารตโปรแกรมการปองกนความเสยหาย

จากการเกด Over Voltage

ภาพท 8 บลอกโปรแกรมการปองกนความเสยหายจากการเกดความผดปกตของแรงดน

2. โปรแกรมตรวจจบ Under Voltage การท างานของโปรแกรมจะเปนไปตามรปท 9 คอท าการตรวจสอบวาแรงดนต ากวามาตรฐานของ NEMA MG1 หรอไม ถาต ากวากจะตดไฟทจายใหกบ

มอเตอรแตถาไมกจะวนท างานตอไป ในสวนของการพฒนาโปรแกรม Simulink นนจะตางจาก Over Voltage ตรงก าหนดคาแรงดนไฟฟาทวดเขามานนตองใหมแรงดนนอยกวา 198 โวลต

ภาพท 9 โฟลชารตโปรแกรมการปองกนความเสยหาย

จากการเกด Under Voltage

3. โปรแกรมตรวจจบ Voltage Unbalance หลกการท างานจะเปนไปตามรปท 10 คอค านวณหาคาแมกนจดทมคามากและนอยสดของไฟฟากระแสสลบทจายใหแกมอเตอร โดยท าการค านวณทงสามเฟส เพอค านวณหาคาเปอรเซนความ

แตกตางระหวางเฟสวามคาทเกนกวาคาทก าหนดไวเทากบ 10% หรอไมถานอยกวาระบบจะท างานตามปกตถามากกวากจะสงใหตดการท างานของแหลงจายไฟ

ภาพท 10 โฟลชารตโปรแกรมการปองกนความเสยหาย

จากการเกด Voltage Unbalance

4. โปรแกรมตรวจจบ Mechanical Jam การท างานของโปรแกรมจะเปนไปตามรปท 11 คอเรมจากการอานคากระแสทงสามเฟสเขามา จากนนก าหนดขนาดของกระแสสงสดทมอเตอรรบไดเมอเกดการลอกโรเตอรในงานวจยนใชมอเตอรทสามารถทนกระแสได 12 แอมป จงก าหนดคานเปนกระแสสงสด เมอมอเตอรมกระแสไหลเขาสงเกนกวาทก าหนดไวระบบกจะสงให ตดการจายไฟใหแกม อ เ ต อ ร ส ว น ก า ร พ ฒ น า โ ป ร แ ก ร ม ด ว ย Matlab/Simulink กไดแสดงไวในรปท 12

5. โปรแกรมปองกนกระแสเกน เมอกระแสไฟฟาสงเกนปกตกจะน ามาค านวณหาคาเวลาในการตดวงจรซงจะเปนไปตามกราฟ IEC Curve ตามโฟลชารตในรปท 13 โดยผวจยไดออกแบบใหสามารถตงไดวาจะใหเปนไปตามกราฟ standard, vary หรอ extremely โดยการพฒนาโปรแกรมดวย Matlab/Simulink กไดแสดงไวในรปท 14

ภาพท 11 โฟลชารตโปรแกรมการปองกนความเสยหาย จากการเกด Mechanical Jam

ภาพท 12 บลอกโปรแกรมการปองกนความเสยหายจากการเกด Mechanical Jam

6. โปรแกรมตรวจจบ Current Unbalance หลกการท างานจะเปนไปตามรปท 15 คอจะค านวณหาคาแมกนจดของกระแสไฟฟาทมคามากและนอยสดของไฟฟากระแสสลบทจายใหแกมอเตอร โดยจะค านวณทงสามเฟส เพอค านวณหาคาเปอรเซนความแตกตางระหวางเฟสวามคาท เกนกวาคาทก าหนดไวเทากบ 10% หรอไมถานอยกวาระบบจะท างานตามปกตถามากกวากจะสงใหตดการท างานของแหลงจายไฟ สวนการพฒนาโปรแกรมจะสรางตามรปท 16

มอเตอรและชดปองกนมอเตอร มอเตอรทใชในการทดลอง เปนมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส ตอวงจรขบมอเตอรแบบสตาร พกดของกระแส 2.7 แอมป 50 เฮรท กระแสสงสดของมอเตอร 12 แอมป ทตดตงชดเบรคส าหรบทดสอบ Mechanical Jam และอปกรณปองกนมอเตอรทไดออกแบบมา จะแสดงในรปท 17

ภาพท 13 โฟลชารตโปรแกรมการปองกนความเสยหาย จากการเกดกระแสเกน

ภาพท 14 บลอกโปรแกรมการปองกนความเสยหายจากการเกดกระแสเกน

ภาพท 15 โฟลชารตโปรแกรมการปองกนความเสยหาย

จากการเกด Current Unbalance

ภาพท 16 บลอกโปรแกรมการปองกนความเสยหายจากการเกด Current Unbalance

ภาพท 17 มอเตอรและชดปองกนมอเตอรทใชทดลอง

ผลการวจย ผลการทดลองการปองกน Over Voltage ในรปท 18 แสดงใหเหนวาในชวงเรมตนมอเตอรอยในสภาวะปกต แรงดนไฟฟาจะอยท 230 โวลตและสญญาณสงตดการท างานยงปกตคอเปนลอจกศนยหรอมแรงดนศนยโวลต หลงจากนนเมอเพมแรงดนไฟฟาทแหลงจายใหมากขนจนถง 242 โวลต

หรอมากเกนกวา 10% ของแรงดนปกต จะเหนไดวาชดปองกนจะสงใหรเลยท างานโดยสงสญญาณลอจกหนง หรอแรงดน 3.3 โวลต ไปควบคมแมกเนตกคอนแทคเตอร เพอหยดการท างานของมอเตอรทนท จากรปสญญาณทางดานขวาพบวา เมอถกสงตดการจายไฟเลยงแรงดนกมคาลงจนเปนศนยโวลต

ภาพท 18 รปสญญาณแรงดนรวมแตละเฟส ของการเกด Over Voltage

ผลการทดลองปองกน Under Voltage ในรปท 19 แสดงใหเหนวาเมอแรงดนไฟฟาทมอเตอรอยท 230 โวลตมอเตอรจะอยในสภาวะปกต และเมอลดแรงดนไฟฟาทแหลงจายลงมาจนถงระดบ 198 โวลต ชดปองกนจะสงลอจกหนงเพอใหหยดการท างานของมอเตอรทนท

ชวงระยะเวลาในการตดการท างานของมอเตอรของทง Over Voltage และ Under Voltage จะใชเวลาในการประมวลผลท 2.4 มลลวนาท ดงแสดงในรปท 20

ภาพท 19 รปสญญาณแรงดนรวมแตละเฟส

ของการเกด Under Voltage

ภาพท 20 ชวงเวลาในการตรวจพบความผดปกต

จนถงสงตดของการปองกน Over Voltage

ผลการทดลอง Voltage Unbalance จากรปท 21 ในชวงเรมตนมอเตอรอยในสภาวะปกต แรงดนไฟฟาจะอยท 230 โวลต จากนนจะท า

การปลดไฟเลยงออกไปหนงเฟสเพอใหชดปองกนตรวจสอบเจอแรงดนผดปกต จะพบวาบอรดไดสงใหหยดการท างานของมอเตอรทนท

ภาพท 21 รปสญญาณแรงดนรวมแตละเฟส

ของการเกด Voltage Unbalance

เนองจากขอจ ากดของไมโครคอนโทรเลอรทท างานไดทละค าสงตามล าดบการตรวจเชคทละสญญาณ ดงนนชวงระยะเวลาการตดการท างานของไฟกระแสสลบในแตละเฟสของ Voltage Unbalance จะตดการท างานในระยะเวลาทตางกน โดยไฟฟาเฟสท 1 ระยะเวลาในการสงตดการท างานจะอยท 8.8 มลลวนาท ไฟฟาเฟสท 2 ระยะเวลาในการตดจะเรวขนท 5.2 มลลวนาทและไฟฟาเฟสท 3 ระยะเวลาในการตดอยท 4.8 มลลวนาท

ผลการทดลอง Mechanical Jam จากรปสญญาณของกระแสในรปท 22 ก าหนดใหมอเตอรหมนปกตโดยทจะใชกระแสประมาณ 2 แอมป แตเมอไดท าการลอคมอเตอรกะทนหนจ าลองการเกด Mechanical Jam จะท าใหกระแสพงสงเกนกวาปกต พบวาชดปองกนมอเตอรไดสงใหหยดการท างานของมอเตอรทนท โดยชวงระยะเวลาตงแตกระแสเรมพงสงขนเกนปกตจนกลบมาเปน 0 แอมป ทงสามเฟสนนใชระยะเวลาทงหมด 2.5 มลลวนาท

ภาพท 22 รปสญญาณกระแสรวมแตละเฟส ของการเกด Mechanical Jam

ผลการทดลองการเกดกระแสเกน การทดลองจะเรมตนจากใหมอเตอรในสภาวะปกต กระแสไฟฟาทไหลผานมอเตอรจะอยท 2 แอมป จากนนจะบงคบเบรคใหมอเตอรตองดงกระแสเกน

พกดทรบได ในการทดลองนก าหนดใหกระแสเกนอยท 2.6 แอมป พบวามอเตอรยงท างานตอไปไดเปนระยะเวลาประมาณ 0.7 วนาท จากนนชดปองกนกไดสงตดการท างานของมอเตอร ดงแสดงในรปท 23

ภาพท 23 รปสญญาณกระแสแสดงเวลาการตด

การท างานของมอเตอรเนองจากกระแสเกน

เมอน ากราฟ Over Current IEC Curve มาเลอกเปนโหมด standard คา TMS เทากบ 0.1 และพกดกระแสทเกนมคาเทากบ 2.6 แอมป เมอท าการ

ลากเสนตดตามรปท 24 จะพบวาระยะเวลาในการสงตดการท างานของมอเตอรเทากบ 0.7 วนาท ซงตรงกบผลการท างานในรปท 23

ภาพท 24 กราฟ Standard IDMT relay (Network Protection & Automation Guide. (p.9-6), 2011.)

ผลการทดลอง Current Unbalance จากการท างานของมอเตอร ในสภาวะปกต กระแสไฟฟาของมอเตอร จะอยท 2 แอมป เมอเกด

กระแสไฟฟาเฟสใดเฟสหนงหายไป ดงในรปท 25 ไดบงคบตดการจายไฟเลยงทเฟสท 2 ชดปองกนมอเตอรกไดสงหยดการท างานของมอเตอรทนท

ภาพท 25 รปสญญาณกระแสเมอเกดความผดปกต กรณ Current Unbalance

กระแสหาย

0.7

2.6

อภปรายผลการวจย จากผลการทดลองทง 6 ฟงกชนอนไดแก Over Voltage, Under Voltage, Voltage Unbalance, Mechanical Jam, Over Current Relay IEC Curve และ Current Unbalance พบวาชดปองกนมอเตอรไดท างานตามวตถประสงคของแตละฟงกชนเปนอยางด ฟงกชนทง 6 นแยกกนท างานอยางอสระปราศจากการรบกวนซงกนและกน แตเนองจากขอจ าก ดของส วนประมวลผลกลางท ม หน วยประมวลผลเพยงหนงเดยว ระบบจงตองท างานตามล าดบขนตอนไมสามารถท างานหลายค าสงหรอประมวลผลสญญาณหลายสญญาณพรอมกนได สงผลใหไมสามารถตอตอการท างานไดทนทตามผลของ Voltage Unbalance และ Current Unbalance

สรป อปกรณปองกนมอเตอรแบบมลต ฟ งก ชนน

สามารถปองกนความเสยหายของมอเตอรไดเปนทนา

พอใจ สามารถตรวจจบความผดปกตทเกดขนกบ

แรงดนและกระแส โดยอปกรณนจะท างานปองกน

ความเสยหายตอมอเตอรตามมาตรฐาน IEC Curve

ท าใหการปองกนความเสยหายมประสทธภาพสง

และดวยการใชวสดอปกรณทมขายตามทองตลาดใน

ประเทศไทย อนไดแก เซนเซอรวดกระแสและบอรด

ทดลอง STM32F4 Discovery ทมราคาถกสงผลใหลด

ตนทนการผลตไดมาก

ในการพฒนางานวจยนตอไปผวจยจะท าการ

ปรบปรง ชดปองกนมอเตอรแบบมลตฟงก ชนให

สามารถใชงานไดมประสทธภาพมากขนดวยการ

ปรบปรงใหสามารถตรวจจบและประมวลผลสญญาณ

ไดทงกระแสและแรงดนพรอมกนทงสามเฟส หก

สญญาณ นอกจากนยงจะปรบปรงวงจรและตวเครอง

ใหสามารถท าการตดตงและใชงานไดงายมากขน

สามารถน าไปตอยอดทางธรกจ เพอทจะผลตเปน

ผลตภณฑขายไดจรง ลดการน าเขาอปกรณปองกน

มอเตอร และลดการศ นย เ ส ยของมอ เตอร ใน

ภาคอตสาหกรรมไดมากขนไป

เอกสารอางอง กมลชย กธนสมบต, และชนกานต อนทรข า. (2556).

อปกณตรวจจบและปองกนมอเตอรเหนยวน าดวย

เซนเซอร. (ปรญญานพนธ ไมไดตพมพ) มหาวทยาลย

เทคโนโลยราชมงคลลานนาเชยงราย. เชยงราย.

กตนนท ค ายอด, ทวศกด แชมว และววฒน ทพจร.

(2558). การตรวจจบความผดปกตของมอเตอร 3

เฟสแบบ Mechanical jam. The 1st RMUTL

Chiangrai National Conference 2015.

(RCCON2015).

ปนดดา ศรจนทรา. (2556). ปญหาแรงดนไฟฟาไม

สมดลของมอเตอรไฟฟา. สบคนจาก

http://thailandindustry.com/indust_neww

eb/articles_preview.php?cid=19268.

พนศร วรรณการ. (2551). การแกปญหาแรงดนตกใน

ระบบขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสสลบ.

(ปรญญานพนธ ไมไดตพมพ) มหาวทยาลย

เทคโนโลยราชมงคลพระนคร ศนยพระนครเหนอ,

กรงเทพฯ.

C.W. KUHN. (1937). A-C Motor Protection.

Transactions of the American Institute

of Electrical Engineers. 56(5), 589 – 593.

Gagan Garg and Amrita Sinha. (2014). An

Improved Method for Protection of Three

Phase Induction Motor using

Microcontroller. International Conference

on Power. Control and Embedded

Systems (ICPCES). 2014, 1-6.

Jakov Vico. and Richard Hunt. (2011). Principles in motor protection. IEEE Industry Applications Magazine. 17(6), 52-61.

Network Protection & Automation Guide. (2011). Alstom Grid Worldwide Contact Centre.

Silic Stable Service Co.,ltd. คณภาพไฟฟา. สบคนจาก http://www.silic.co.th/power%20 quality.html.

Ying Tang. (2009). The design of new low – voltage motor protection controller based on ARM technology. Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices, 2009. ASEMD 2009. International Conference, 183-185.

ปมน ำระบบไฮบรดทใชพลงงำนไฟฟำแสงอำทตยควบคกบไฟฟำระบบจำหนำย The Water Pump Hybrid System Using Solar Energy Coupled with

The Electrical Distribution System

สภกจ บญธรรม1, อนสรณ กมลเรองวาณช2, ววฒน ทพจร3 และ อนสรณ ยอดใจเพชร4 Suphakit Boontham1, Anusorn Kamoroungwanich2, Wiwat Tippachon3 and Anusorn Yodjaiphet4

1,2,3,4 สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1,2,3,4 Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineer, Rajamangala University of Technology Lanna Chiangrai * Corresponding author e-mail: Anusorn@rmutl.ac.th

บทคดยอ บทความนนาเสนอระบบปมนาพลงงานแสงอาทตยททางานรวมกบไฟฟาระบบจาหนาย โดยใชไมโครคอนโทรลเลอรในการ

ควบคมระบบ ในการพฒนาระบบควบคมไดใชโปรแกรม MATLAB/Simulink เพอความสะดวกและรวดเรว โดยระบบปมนานไดใชแหลงจายไฟฟาควบคกน 2 ระบบ คอ ไฟฟาจากแผงพลงงานแสงอาทตยและไฟฟาจากระบบจาหนาย ในงานวจยนเลอกใชปมนากระแสตรงขนาด 12 โวลต 180 วตต ทมอตราการจายนาไดสงสด 1,020 ลตร/ชวโมง ระบบจะมการตรวจวดกระแส แรงดน กาลงไฟฟา ระดบนาทคงเหลอในถงกกเกบนา และมการแสดงผลผานหนาจอ LCD ปรมาณการใชไฟฟาเหลานจะบนทกลงใน SD Card เพอทจะสามารถตรวจสอบขอมล พฤตกรรมการใชนาและไฟฟาในภายหลงได อยางไรกตามเมอไฟฟาจากระบบพลงงานแสงอาทตยจายกระแสไฟฟาใหโหลดปมนาไมเพยงพอระบบจะเปลยนไปใชไฟฟาจากระบบจาหนายแทนโดยอตโนมต

คำสำคญ: พลงงานแสงอาทตย, ปมนา, ระบบควบคม, ไมโครคอนโทรเลอร, เซนเซอร

Abstract This paper presents the water pump system that using the solar energy and the electrical distribution

systems. We use a microcontroller to control this system. The control system software development by using MATLAB/Simulink program. The water pump system using the parallel power supply. The energy was received from the solar panels and the electric distribution systems. In this research, we select the 12 volt DC water pump, 180 Watts power and the maximum water supply rate are 1,020 liters per hour. This system measures the current, voltage, power and the water remaining in the tank. It was displaying these values via the LCD. The electricity consumption was saved in SD Card and we can check the data. However, when the water pump receives energy from the solar system, the power is not sufficient. The system will switch to use the electric distribution system instead automatically.

Keywords: Solar energy, Water pump, Control systems, Microcontroller, Sensor

บทนำ ปจจบนพลงงานถอวาเปนสงสาคญและมความ

จาเปนอนดบตนๆในการดารงชวตของมนษยหรอสงมชวตบนโลกใบน และพลงงานถกนามาใชเปนประโยชนมากมาย เพราะสามารถเปลยนไปเปนพลงงานรปแบบอนได ในการผลตกระแสไฟฟาจะใชทรพยากรจากแหลงกาเนดพลงงานฟอสซล ซงไดแก แกสธรรมชาต ปโตรเลยม และถานหน เปนตน แตในปจจบนพบวาแหลงพลงงานจากสารฟอสซล ไดลดลงและจะหมดไปในไมชา ดงนนมนษยจงเลงเหนถงปญหาเหลานจงคดหาทางแกไขปญหา ดวยการสนบสนน ให ใชพล งงานหมน เวยนในการผลตกระแสไฟฟา เชนพลงงานลม พลงงานนา พลงงานชวะมวล พลงงานความรอนใตพภพ และพลงงานแสงอาทตย เปนตน เพอลดการใชสารฟอสซลในการผลตกระแสไฟฟา (พงศกร อมรพทกษ และนรารกษ หลสกล,2546)

ระบบการผลตไฟฟาดวยพลงงานแสงอาทตยไดถกพฒนาขนอยางตอเนอง และไดแบงออกเปน 2 กลมดวยกน คอ ระบบไฟฟาแบบอสระและระบบผลตไฟฟาแบบเชอมตอกบระบบจาหนาย หรอระบบผลตไฟฟาแบบเชอมตอกรด ระบบไฟฟาแบบอสระนนยงแบงไดออกเปน 3 ระบบ คอระบบอสระแบบไมมแบตเตอรประกอบ ระบบอสระแบบมแบตเตอรประกอบ และระบบอสระแบบผสมผสาน ระบบอสระทมแบตเตอรประกอบจะนยมใชมากกวาระบบอสระแบบไมมแบตเตอรประกอบ สวนระบบอสระแบบผสมผสานจะมแหลงกาเนดไฟฟาอนๆตอเขาร วมก บ ระบ บ เพ อ ช วยก น ผล ต ไฟ ฟ า ท า ใหความสามารถในการผล ต ไฟฟ าม ส งข น และตอบสนองความตองการของผ ใชไฟฟาไดดกวา (นภทร วจนเทพนทร, 2553, น.32)

ระบบการผลตไฟฟาดวยแสงอาทตยแบบเชอมตอกรด (เชอมตอกบระบบจาหนาย) เปนระบบทใชในพนททมระบบสายสงจายไฟฟาเขาถง ระบบน

จะมความคมคามากกวาและเมอเทยบกบระบบอนๆ และระบบเชอมตอแบบกรดทไมมแบตเตอรประกอบจะถกกวาระบบเชอมตอกรดทมแบตเตอรประกอบ (นภทร วจนเทพนทร, 2553, น.38)

ท ผ าน ม าม ง าน ว จ ย ป ม ส บ น าพ ล ง งานแสงอาทตยไมมแบตเตอร ผลงานวจยมงลดตนทนการผลตของเกษตรกรทจาเปนจะตองผนนาจากแหลงนาเขาสบอพกนาหรอทการเพาะปลก จดเดนจะอยทประสทธภาพการแปลงพลงงานแสงอาทตยมาเปนพลงงานไฟฟาไดสงทสดในชวงแสงของวน และการนาเทคนคการพฒนาอนเวอรเตอรสาหรบปมนาเซลลแสงอาทตยทไมมแบตเตอร โดยมวงจรปรบเรงแรงดน (Energy extraction) รวมกบอลกอรทม การหาจดทมกาลงงานสงสด (Advanced MPPT) จงทาใหมประสทธภาพการเปลยนแปลงพลงงานแสงอาทตยไฟฟาไดสงสดในชวงแสงของวน เพอลดจานวนการใชแผงเซลลแสงอาทตยใหนอยกวาการใชอนเวอรเตอรทวไปทขายในทองตลาด และยงไมใชนามนเชอเพลง จงประหยดคาใชจายลง เพยงแตงานวจยนระบบไมสามารถทางานไดขณะทไมมแสงแดดตกกระทบ (สทศน ปฐมนพงศ, 2557)

จากจดเดนของงานวจยกอนหนานทาใหผวจยจงมแนวคดทจะสรางเครองปมนาพลงงานไฟฟาแสงอาทตยโดยไมมแบตเตอรประกอบและใชไฟฟารวมกบไฟฟาจากระบบจาหนาย เพอใหระบบปมนาสามารถทางานไดตลอดเวลา ไมวาแสงอาทตยจะมความเขมเพยงพอหรอไมกตามเพอแกปญหาการขาดแคลนนา โดยใชไมโครคอนโทรเลอรเปนตวควบคมการทางานของระบบใหทางานตดตอระบบไฟฟาไดอตโนมต ท งยงมการตรวจสอบคาความเขมแสงเพอใหปมนาทางานไดอยางมประสทธภาพมากทสด และแสดงผลการใชพลงงานไฟฟา เชน แรงดน กระแส และกาลงไฟฟา เพอนาไปประยกตใชงาน จรงได

วตถประสงค 1. เพอออกแบบและสรางปมนาระบบไฮบรดท

ทางานควบคกนระหวางไฟฟาระบบจาหนายและพลงงานแสงอาทตยท ไมมแบตเตอรประกอบในระบบ

2. เพอออกแบบและสรางระบบปมนาราคาถก ทสามารถลดการใชไฟฟาจากระบบจาหนาย

ทฤษฎทเกยวของ - แผงเซลลแสงอำทตย เมอมแสงอาทตยตกกระทบเซลลแสงอาทตย

จะเกดการสรางพาหะนาไฟฟาประจลบและบวกขน ไดแก อเลกตรอนและ โฮล โครงสรางรอยตอพเอนจะทาหนาทสรางสนามไฟฟาภายในเซลล เพอแยกพาหะนาไฟฟาชนดอเลกตรอนไปทขวลบ และพาหะนาไฟฟาชนดโฮลไปทขวบวก ทาใหเกดแรงดนไฟฟาแบบกระแสตรงทขวไฟฟาทงสอง เมอตอใหครบวงจรไฟฟาจะเกดกระแสไฟฟาไหลขน (การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย)

ภำพท 1 หลกการทางานของเซลลแสงอาทตย

- ตวตรวจวดกระแส (Current sensor) เปนสวนทใชในการวดกระแส โดยคาเอาตพตท

ไดจากเซนเซอรกระแสตวนจะเปนสญญาณอนาลอก 66mV/A สามารถหาคากระแสจรงไดดงสมการท 1

AMP in

1 AX V

66 mV

(1)

XAmp คอ กระแสททคานวณไดจรง

ภำพท 2 Current sensor

- วงจรแบงแรงดน (Voltage Divider) เนองจากบอรดทดลองไมโครคอนโทรลเลอร

STM32F4 Discovery นนสามารถรบแรงดนไดเพยง 3.3 โวลต แตวาบางสวนของระบบนนแรงดนเกนกวา

3.3 โวลต ดงนนจงตองมการลดทอนแรงดนลงเพอใหสามารถวดแรงดนไดดงภาพท 3 แรงดนทลดทอนลงคานวณไดตามสมการท (2)

ภำพท 3 วงจรแบงแรงดน

out 2 1 2 inV VR R R (2)

- อลตรำโซนค (Ultrasonic) เปนเซนเซอรทนามาใชวดระดบนาเพอสงไปให

บอรดไมโครคอนโทรลเลอรประมวลผลตามรปท 4 โดยเซนเซอรนสามารถวดระยะทางไดตงแต 2 ถง

400 เซนตเมตร โดยเซนเซอรมหลกการคอสงคลน อลตราโซนคออกไปและรบกลบมาเพอคานวณระยะทางตามความเรวเสยงคอ 29 ไมโครวนาทตอเซนตเมตร

ภำพท 4 อลตราโซนค

-วงจรสวตชแสง ใชในการตรวจวดแสงเพอทจะสามารถเลอกใช

แหลงจายไดถกตองและจายแรงดนไฟฟาใหกบโหลดมประสทธภาพมากทสด รวมท งลดปญหาการตรวจวดก าล งไฟฟ าท างด านแหล งจ าย เซลลแสงอาทตยในชวงเวลาเดยวกนและไมใหอปกรณตดตอทางานในระยะตดตอกน

- บอรดทดลอง STM32F4 Discovery เปนบอรดทดลองทใชไมโครคอนโทรลเลอร

เบอร STM32F407VGT6 เปนหนวยประมวลผล โดยมสถาปตยกรรมเปน ARM Cortex-M4 32 บต ทางานท 168 MHz, 1 MB Flash,192+4KB RAM และม 3 Analog to digital convertor (ADC) โดยแตละ ADC ม 8 อนพต โดยลกษณะบอรดทดลองจะเปนดงภาพท 5

ภำพท 5 บอรดทดลอง STM32F4 Discovery

- Waijung Blockset สำหรบ

Matlab/Simulink Waijung Blockset เปนซอรฟแวรททางานรวมกบ Matlab/Simulink ทพฒนาโดยบรษท เอมเมจน จากด เปนบรษทของประเทศไทยทพฒนาใหบอรดทดลองนสามารถเชอมตอ คานวณและสามารถควบคมทรพยากรตางๆของบอรดทดลองไดตามตองการ และเนองจากเปนการพฒนาโปรแกรมบน Matlab/Simulink จงงายและสะดวกในการพฒนา ใหสามารถควบคมการทางานของฟงกชนใหทางานตามการทางคณตศาสตรไดงาย

- ปมน ำไฟฟำกระแสตรง ปมนาไฟฟากระแสตรงทใชในงานวจยนเปนรน

SEFLO-40 ขนาด 12 โวลต180 วตต สามารถตอใชไฟฟาจากแผงโซลาเซลลไดโดยตรง โดยทไมตองมอปกรณ ของระบบโซลาเซลลมาประกอบ เชน อนเวอรเตอร แบตเตอร เปนตน ประสทธภาพการทางานของปมน าจะแปรผนตามความเขม ของแสงอาทตยทไดรบ สามารถปมนาไดมากทสดถง 1,020 ลตรตอชวโมง

ภำพท 6 ปมนาไฟฟากระแสตรงรน SEFLO-40

วธกำรวจย

จากภาพท 7 เปนบลอคไดอะแกรมของระบบปมนาโดยรวมทงหมด และแสดงสวนของการรบอนพ ต เชน อ นพ ตจากสวต ชแส ง Ultrasonic sensor และแหลงจายทงสองระบบ สวนเอาตพต จะ

มเอาตพตจากรเลย 2 ตว รเลยตวท 2 จายไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยและตวท 3 จะจายไฟฟาจากระบบจาหนาย และใชบอรด STM32F4 Discovery ในการประมวลผลและบนทกพารามเตอรทางไฟฟาลงใน SD Card

PV240W

- -

STM32F4 DISCOVERY

220VAC

220VAC/12VDC

ULTRASONIC SENSOR

2 3

12VDC 180W

-

ภำพท 7 บลอกไดอะแกรมของปมนาระบบไฮบรดจ

- กำรวดคำกำลงไฟฟำ จากรปท 8 จะเปนการวดกาลงไฟฟาจากเซลล

แสงอาทตยเพอตรวจเชคกาลงไฟฟาทไดรบมาและนาไปใชในเงอนไขในการเลอกใชไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยหรอจากระบบจาหนาย โดยจะใชโหลด

ความตานทานมาตอเพอคานวณกาลงไฟฟา ดงสมการท (3)

in AMPPower = V ×X (3)

PV240W

STM32F4 DISCOVERY

(RL)

IRL

Vin(IRL)

Vin

ภำพท 8 บลอกไดอะแกรมการวดกระแส-แรงดน เพอคานวณคากาลงไฟฟา

- กำรหำขนำดแผงเซลลแสงอำทตย (อนนท นำอน, 2559)

โหลดปมนากระแสตรงขนาด 180W ทางานท 4 ชวโมง/วน ดงนนกาลงวตรคอ

LoadWh 180 × 4 720 W hr Wh

งานวจยนใชแผงเซลลแสงอาทตยชนดซลกอน

ผลกเดยวจานวน 48 เซลล IMP = 4.98 แอมป และ

VMP = 24.1 แอมป ประสทธภาพแผงทอณหภม 25 = 16% การเปลยนกาลงงานตามอณหภมเทากบ 0.43% / (δ) แตแผงมอณหภมขณะทางานท 68 ดงนนจะสามารถหาไดจากสมการ (4)

( 2) ( )×(1 )M MT STC T (4)

แทนคาในสมการท (4)

0.43%(68 C) 16%(1 )×((68 25) C)

CM

(68 C) 0.13M

เม อแผงอณ หภม ขณ ะท างาน เป น 68 ประสทธภาพลดลงจากปกต 16% คงเหลอ 13% จงหาไดจากสมการท (5)

PV ( )M SUN WMWh Wh (5) แทนคาในสมการท (5)

PV( )

720

13%

5,538.46

SUN WM

M

Wh WhWh

Wh

จากขอมลทางสถตตงแตป พ.ศ.2545-2553 จงหวดเชยงรายจะไดรบแสงแดดตาสดในเดอน

ธนวาคม ทความเขมแสงเฉลยเทากบ Iworst Mount = 4.04 [kWh/𝑚2-day] จานวนชวโมงแสงอาทตย 1,000W/𝑚2 เทยบได 4.07 ชวโมง หาพนทแผงเซลลแสงอาทตยไดจากสมการท (6)

AreaPV sun

worstMount

Wh

I (6)

2

2

5,538.46

4,070 / ( )

1.36

Wh

Wh m day

m

ในการเลอกซอใชขอมลทภาวะทดสอบมามาตรฐาน มาพจารณาเลอกซอคอ คาประสทธภาพ

แผง 16% ทความเขมแสง 1,000 W/𝑚2 ดงนนพกดพลงงานของแผงโซลาเซลมคาเทากบ

2

2Power

100016% 1.36

PV

217.6 W

mm

ดงนนจงควรใชแผงพลงงานแสงอาทตยทมขนาดไมตากวา 217.6 วตต

- สวตชแสง จากภาพท 9 เปนวงจรสวตชแสงทประยกตใช

LDR เปนตวรบแสงและใชออปแอมปเปนตว เปรยบเทยบแรงดนขาเขาวงจร สามารถปรบ

คาความเขมของแสงไดตามตองการโดยการปรบคาความตานทาน RV1

ภำพท 9 วงจรสวตชแสง

- การพฒนาโปรแกรมควบคมการทางาน จะเปนการพฒนาโปรแกรมในลกษณะของ

บ ล อก ไดอะแกรม โดย ใช ซอรฟ แวร Matlab/

Simulink ท ประยกต ใช Waijung Blockset เปนฟงกชนตวกลางในการควบคมไมโครคอนโทรลเลอรSTM32F4 Discovery ดงภาพท 10

ภำพท 10 บลอคไดอะแกรมควบคมการทางานของระบบ จากบลอคไดอะแกรมในภาพท 10 สามารถอธบายการทางานของโปรแกรมไดดงภาพท 11

100%

(A) (V)

(W)

2

100%

30%

/

/

(A) (V)

(W)

=>24W

3

1

ภำพท 11 การทางานของโปรแกรม

ผลกำรวจย ระบบปมนาพลงงานไฟฟาแสงอาทตยททางาน

รวมกบไฟฟาระบบจาหนาย ไดทาการทดลองทงหมด 2 แบบ คอ การทดลองป มน าโดยใชไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตย และการทดลองปมนาโดยใชไฟฟาจากระบบจาหนาย แลวนาผลการทดลองทงสองมาเปรยบเทยบกน

- ผลการทดลองป มน าจากไฟฟาพล งงานแสงอาทตยและไฟฟาจากระบบจาหนาย

ในการทดลองป มน าระบบพลงงานไฟฟ าแสงอาทตยททางานรวมกบไฟฟาระบบจาหนาย โดยมความสงของถงนาท 2.50 เมตร และความลกของบอนาอยท 3 เมตร ณ ตกวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เขตพนทเชยงราย ลกษณะการตดตงการทดลองของระบบดงภาพท 12

ภำพท 12 ลกษณะการตดตงระบบปมนาเพอทาการทดลอง

จากรปท 13 แสดงผลจากการทดลองปมนา

โดยใชไฟฟาทงสองระบบจะเหนไดวาเมอใชไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยจะสามารถปมนาไดท 17.82 ลตร/นาท เมอใชไฟฟาจากระบบจาหนายจะปมนาได 18.11 ลตร/นาท ทงนการใชไฟฟาจากระบบพลงงาน

แสงอาทตยจะไดรบพลงงานไฟฟามากนอยเพยงใดขนอยกบความเขมแสงทไดรบ ถาไดรบพลงงานแสงอาทตยมากจะสงผลใหไดรบพลงงานไฟฟามาก ปมนากจะทางานไดอยางเตมประสทธภาพ เมอปมนาทางานไดเตมประสทธภาพปรมาณนากไดมาก

ภำพท 13 กราฟทดสอบประสทธภาพมอเตอรในการสบนา

จากภาพท 14 แสดงใหเหนกาลงไฟฟาทใชปม

นาจากไฟฟาระบบจาหนายและไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตย โดยการใชไฟฟาจากระบบจาหนายจะแสดงคากาลงไฟฟาทเปนเสนคอนขางอยในระดบ

เรยบต างจากการใชไฟฟ าจากระบบพล งงานแสงอาทตย เนองจากการไดรบพลงงานแสงอาทตยทไม สมด ลจ งท าให ค าพล งงานท ได รบ ไม สมด ล

ภำพท 14 กราฟเปรยบเทยบกาลงไฟฟาทใช

178.295

181.16

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10

ปรณมาณน า(ลตร)

เวลา(นาท)

ปรณมาณน า(ลตร)ใชไฟฟาโซลาเซลล ปรณมาณน า(ลตร)ใชไฟฟาระบบจ าหนาย

50

55

60

65

70

75

80

0 5 10

(

)

( )

ภำพท 15 กราฟคาความเขมของแสงอาทตยและกาลงไฟฟา

จากภาพท 16 พบวามการใชไฟฟาจากเซลล

แสงอาทตยมากกวาการใชไฟฟาจากระบบจาหนาย โดยเรมมใชไฟฟาโซลาเซลลทชวงเวลาเวลา 6:30 น.-17:00 น และใชไฟฟาจากระบบจาหนายท เวลา 6:10 น. และ 18:30 น. ถง 19:00 น. และชวงเวลาทมการใชพลงงานไฟฟาเพอสบนากสมพนธกบปรมาณการใชนาทแสดงไวในภาพท 17

จากภาพท 18 กาลงไฟฟาทเกดขนจากการปมนา ณ บานหลงหนงโดยทาการทดลองทเวลา 6:00

น. – 20:00 น. จากการทดลองจะไดกาลงไฟฟาจากการใชไฟฟาเซลลแสงอาทตยทงหมด 8.49 วตต/ชวโมง และไดกาลงไฟฟาจากการใชไฟฟาระบบจาหนายทงหมด 7.31 วตต/ชวโมง ดงนนการใชไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยจะมากกวาการใชไฟฟาจากระบบจาหนาย 1.17 วตต/ชวโมง หรออตราสวนการใชพลงงานแสงอาทตยตอการใชพลงงานจากระบบจาหนายคอ 54% ตอ 46 % ทาใหประหยดคาไฟฟาจากระบบจาหนายไปถงครงหนง

ภำพท 16 กราฟการใชไฟฟาระหวางแผงโซลาเซลและไฟฟาจากระบบจาหนาย

800

880

960

35

55

75

0 5 10

W

/m2

(W

)

/

(W) (W/m2)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

06:00

.

06:10

.

06:30

.

07:00

.

08:00

.

09:00

.

10:00

.

11:00

.

12:00

.

13.00

.

14:00

.

15:00

.

16:00

.

17:00

.

18:30

.

19:00

.

20:00

.

ภำพท 17 กราฟปรมาณการสบนา

ภำพท 18 แหลงพลงงานไฟฟาจายใหสปมนา

อภปรำยผลกำรวจย จ าก ก า รท ด ล อ งป ม น า ร ะ บ บ พ ล ง ง าน

แสงอาทตยททางานรวมกบไฟฟาระบบจาหนาย โดยการทดลองปมนาม 2 การทดลอง คอ 1.การทดสอบปมนาโดยใชไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตย และ 2.การทดสอบปมนาโดยใชไฟฟาจากระบบจาหนาย จากการทดลองทง 2 แบบ โดยใชปมนากระแสตรง 12 โวลต 180 วตต ความลกของบอนา 3 เมตร และความสงของถงกกเกบนา 2.50 เมตร

จากการทดลองการปมนาโดยใชไฟฟาจากระบบจาหนายจะปมนาไดปรมาณนาท 18 ลตร/นาท

ถาปมนาใชไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยจะสามารถปมนาได 17 ลตร/นาท ทงน การปมนาโดยใชไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยจะไมสามารถปมนาไดคงทตลอดเวลาเพราะวาการปมนาจะขนอยกบความเขมแสงทไดรบ ถาความเขมแสงทไดรบมากปมนากจะสามารถทางานไดอยางเตมประสทธภาพ

ในการทดลองหาคาความคมคาของระบบ โดยการนาไปตดตง ณ บานหลงหนง แลวบนทกผลการทดลองชวงเวลา 6:00 น. – 20:00 น. พบวาสามารถประหยดคาพลงงานไฟฟาจากระบบจาหนายไดถง 50%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

6:00น

.

06:10

น.

06:30

น.

07:00

น.

08:00

น.

09:00

น.

10:00

น.

11:00

น.

12:00

น.

13.00

น.

14:00

น.

15:00

น.

16:00

น.

17:00

น.

18:30

น.

19:00

น.

20:00

น.

ปรมาณน า

เวลา

06:00

.

06:10

.

06:30

.

07:00

.

08:00

.

09:00

.

10:00

.

11:00

.

12:00

.

13.00

.

14:00

.

15:00

.

16:00

.

17:00

.

18:30

.

19:00

.

20:00

.

สรป

การออกแบบและสรางระบบปมนาพลงงานพลงงานแสงอาทตยไมมแบตเตอรประกอบททางานรวมกบไฟฟาระบบจาหนาย โดยใชไมโครคอนโทรล เลอรรวมกบโปรแกรม Matlab/ Simulink สามารถควบคมระบบปมน าไดท งหมด ท งการตรวจวดกระแสไฟฟา แรงดนไฟฟาและคากาลงไฟฟา ซงการใชเทคนค การเขยนโปรแกรมแบบบลอคไดอะแกรมนสามารถพฒนาไดงาย ระบบปมนาไฮบรดนมตนทนในการสรางคอนขางตาเนองจากจะไมมอปกรณของร ะ บ บ โซ ล า เซ ล ล อ น ๆ เข า ม า ป ร ะ ก อ บ ท งอนเวอรเตอรและแบตเตอร

ขอเสนอแนะในการประยกตใชระบบน ควรเลอกอปกรณทใชในการออกแบบภาคอนพตชนดทดท ส ด เชน ต วต านทานท ม ความผดพลาด 0.1 เปอรเซนต เพราะคาความผดพลาดของตวอปกรณมผลกระทบตอความผดพลาดของการวด และปญหาทพบบอยคอ เมอเขยนโปรแกรมใหบอรดประมวลผลมากเกดไป ทาใหความสามารถในการประมวลผลลดลง และตวเลขทอานไดทางหนาจอ LCD อาจมคาผดเพยนไปจากคาจรง เนองจากมการแสดงผลทไมนง ทาใหเกดคาความผดพลาดตามมา

เอกสำรอำงอง กำรใชงำนบอรทดลอง STM32F4 Discovery.

สบคนจากเวปไซตของบรษท เอมเมจน จากด www.Aimagin.com.

นภทร วจนเทพนทร. (2553). กำรตดต งระบบไฟฟำเซลลแสงอำทตยดวยตนเอง. ปทมธาน. สกายบกส.

พงศกร อมรพทกษ และนรารกษ หลสกล. (2546). พลงงานเซลลแสงอาทตย. วำรสำรสงขลำนครนทร. ฉบบท25.

ระบบผลตไฟฟำดวยเซลลแสงอำทตย. สบคนจากเวปไซตของการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย www.egat.co.th.

สทศน ปฐมนพงศ. (2557). โซลำปมวจยไดจรงปมสบน ำพลงงำนแสงอำทตย ไมมแบตเตอร. กรงเทพธรกจ.

อนนท นาอนท. (2558). กำรประมำณกำรขนำดแผงเซลลแสงอำทตยสำหรบครวเรอน. เอกสารประกอบการสอนวชาระบบโฟโตโวลตาอก. สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา. มหาวทยาลยราชมงคลลานนา เชยงราย. ปการศกษา 2558, หนา 344.

เครองผลตนาดมจากอากาศดวยวธควบแนนจากคอมเพรสเซอรกระแสตรง พลงงานแสงอาทตย

A Drinking Water Production Machine by Condensation from Solar DC Compressor

ปยวฒน ยาใจ1, พรวฒน เหมองสาม2 และ นพพร พชรประกต3*

Piyawat Yajai1, Peerawat Maungsam2 and Nopporn Patcharaprakiti3*

1,2,3 สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มาหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1,2,3 Department of Electrical Engineering, Facuity of Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna Chiangrai *Corresponding author E-mail: ppiyawat.yajai@gmail.com, pnopporn@rmutl.ac.th

บทคดยอ

บทความวจยนมนาเสนอเครองผลตนาสะอาดจากอากาศ โดยนาทไดจากกระบวนการจะสามารถนาไปใชเปนนาดมสาหรบในบรเวณสถานททมปญหาการขาดแคลนนาดมของประชากรเชนในพนทหางไกลบนภเขาหรอตามเกาะ หลกการผลตนาใชวธการควบแนนของความชนจากไอนาในอากาศ โดยการดงเอาโมเลกลอากาศทมอยทวไปเขาไปผานกรองอากาศ (Air Filter) กอนเพอกรองฝนควน และสงสกปรกเบองตนและสรางความเยนจากคอมเพรสเซอรใหถงจดนาคาง (Dew point) เพอทาการควบแนนไอนาใหกลายเปนหยดนา ซงคอมเพรสเซอรทใชเปนมอเตอรชนดกระแสตรง ไรแปรงถาน ขนาด 24 โวลต ขนาด ¼ แรงมา รน QDZH30G ทสามารถใชพลงงานไฟฟาจากแสงอาทตยได จากนนนาทผลตไดจะเขาสกระบวนการปรบปรงคณภาพนาใหไดตามมาตรฐานนาดม ผลการทดสอบพบวา สามารถผลตนาดมไดในอตรา 1 ลตร/วน และมอตราการใชพลงงาน 1 กโลวตตชวโมง/ลตร คดเปนตนทนนาจากคาพลงงาน 3 บาท/ลตร กรณใชพลงงานไฟฟา และคาใชระบบ รวมถงแผงแสงอาทตยขนาด 120 วตต มลคา 20,000 บาท และจะใชมระยะเวลาคนทน 8 ป และผลตอบแทนทางสงคม คอ ทาใหประชากรมนาสะอาดดม เปนการมคณภาพชวตทดขน

คาสาคญ: การควบแนน, จดนาคาง, ปรบปรงคณภาพนา, พลงงานแสงอาทตย

Abstract This paper proposes method of drinking water production machine from atmospheric air. The water from the machine can be used for water shortage area which lack of drinking such rural or the island. The principle of water production is based on condensation method of steam or moisture content of water in the air. The process of production start from intake the atmospheric air into air filter in order to clean and remove smoke, dust and any particle. The second stage is to create the cold air for heat exchanger with atmospheric air until the dew point for condenses the drop of water. The cool air is made from DC Compressor rotary brushless motor ¼ hp 24 Volt type QDZH30G which can use solar energy. The final stage of water production is Reverse Osmosis (RO) water treatment by using drinking water standard. The result found that the water production rate is 1 liter/day and energy consumption for water production is 1 kWh/liter or electricity cost 3 Baht/liter. The cost of system including solar cell 120 W is 20,000 Bath. The economic analysis by using payback period is 8 years. The social beneficial is to make a better life for people in the rural area.

Keywords: Condensation, Dew point, Improve water quality, Solar Energy

บทนา นา เปนสารประกอบเคมชนดหนง มสตรเคม

คอ โมเลกลของนาประกอบดวยออกซเจน 1 อะตอมและไฮโดรเจน 2 อะตอมเชอมตดกนดวยพนธะโควาเลนต นาเปนของเหลวทอณหภมและความดนมาตรฐาน แตพบบนโลกทสถานะของแขง สถานะแกส และของเหลว นาเปนปจจยสาคญตอชวตบนโลก และปกคลมถง 70% บนพนผวโลก แบงเปนเปนนาเคม 97.5% พนทนานาจด เพยงประมาณ 2.5% นาจด 2.5% น แบงเปนนาแขงขวโลกเหนอ-ใต และบนเทอกเขาสง 68.9% นาใตดน 30.8% และนาในแมนาและทะเลสาบ หรอทเรยกวา นาบนผวดน เพยง 0.3% (ASTV ศนยวจยกสกรไทย, 2547) นาดมทสะอาดเปนสงจาเปนสาหรบมนษยและส งม ชวตอนๆ แมวานาจะไมมแคลอร หรอสารอาหารทเปนสารประกอบอนทรยใดๆ การเขาถงนาดมสะอาดไดเปลยนแปลงไปในชวงหลายศตวรรษทผานมาในเกอบทกสวนของโลก แตประชากรประมาณ 1 พนลานคนยงคงขาดแคลนนาดมสะอาด นกสงเกตบางคนประมาณไววาภายในป ค.ศ. 2025 ป ร ะ ช า ก ร โ ล กม า ก ก ว า ค ร ง ห น ง จ ะ ป ร ะ ส บ ปญหาความเสยงทเกยวกบนา (Charting Our Water Future: Economic frameworks to inform decision-making, สบคนเมอ 9 มถนายน 2559) รายงานจากองคการสหประชาชาต ภายในป 2568 ประชากรกวา 7 พนลานคนจาก 60 ประเทศ จะประสบภาวะขาดแคลนนารนแรงพนททประสบการขาดแคลนนารนแรงขนวกฤต จะมอตราใชน าประมาณ 1,000 ลกบาศกเมตร/คน/ป พนทขาดแคลนนารนแรงรองลงมา เฉลย อตราใชนาประมาณ 1,000-1,700 ลกบาศกเมตร/คน/ป เมอป ค.ศ. 2012 นกศกษาทม 5 ของวทยาลยแคลวล ประเทศสหรฐอเมรกา(Ben Niewenhuis, Chris Shepperly, Ryan Van Beek and Eric Van Kooten, 2012) ไดศกษาวจยเกยวกบการออกแบบ

และพฒนาตนแบบของระบบทาความสะอาดนาดมจากอากาศโดยใชพลงงานทดแทน ทาใหสะดวกตอการใชงาน และซอมแซมปรบปรงไดงาย โดยสามารถผลตนาไดอยางนอยหนงลตรตอวน ป 2014 วารสารนานาชาตวจยในคอมพวเตอรขนสง ประเทศอนเดย (Aditya Nandy, Sharmi Saha, Souradeep Ganguly and Sharmistha Chattopadhyay, 2014) ไดตพมพงานวจยเกยวกบ การสรางนาจากอากาศดวยวธผนความรอนจากไฟฟาโดยใหอากาศผานทอดานทมความเยนและไปสทอดานทมความรอนทาใหอากาศเกดการกลนตวเปนหยดนาขนมา ดงนนงานวจยนจงเปนการนาเอาอากาศทวไปมาสรางเปนนาดวยกระบวนการควบแนน โดยดงอากาศเขามายงหองสามารถทาความเยนจนถงจดอากาศเกาะตวเปนผลกนาแขง จากนนใชลมเปาเพอใหนาแขงนนละลายเปนนาเกบไวในถงเกบนาและเมอตองการใชงานปมจะดดสงผานไปยงไสกรองทใหม 4 ขนตอนคอ กรองหยาบเพอกรองตะกอน กรองคารบอน เพอกาจดรสชาต กลน ส กรองเรซน เพอกรองหนปน และ กรองเมมเบรน(Membrane) เพอกาจดเชอโรคตางๆซงมขนาดใกลเคยงกบอณของนาใหไดนาทสะอาดพรอมดมออกมา โดยใชพลงงานแสงอาทตยเปนแหลงพลงงานทาใหสามารถนาไปใชไดทกสถานทแมไมมไฟฟา ปจจยทมผลตอการผลตนาคอ อณหภม และความชนสมพทธ

วตถประสงค 1. เพอสรางเครองผลตนาดมจากอากาศขนมาโดยใชวธใหความเยนกบอากาศจนถงจดทอากาศนนสามารถเกาะตวกนจนเปนผลกนาแขง 2. เพอวเคราะหสมรรถนะและประสทธภาพเครองผลตนาจากอากาศ

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ คณสมบตอากาศ แผนภม ไซโคร เมตรก เปนกราฟซ งแสดงคณสมบตของอากาศ คาทกาหนดในแผนภมเปนคาท

ได จ ากอากาศมาตรฐานและท ค วามกดของบรรยากาศ

ภาพท 1 แผนภมไซโครเมตรก ในองศาเซลเซยส

จากรปท 1 จะแสดงถงโครงสรางทวไปของแผนภมไซโครเมตรกและคณสมบตพนฐานของอากาศคอ เสนอณหภม DB คงทของแผนภมเปนเสนอณหภมกระเปาะแหงคงท (dry bulb temperature) เสนอณหภมDP คงทเปนเสนอณหภมจดนาคางคงท

(dew point temperature) และอตราสวนความชนคออณหภมทอากาศสามารถควบแนนเปนนาได เสนมาตรฐานจาเพาะคงทเปนเสนปรมาตรจาเพาะคงท และเสนโคงเปนเสนความชนสมพทธ (ภาควชาครศาสตรเครองกล, สบคนเมอ 1 ธนวาคม 2558)

ภาพท 2 ความสมพนธระหวางปรมาณไอนาทอากาศสามารถรบไวไดกบอณหภมและความชนสมพทธ

จากรปท 2 โดยแกนนอนเปนอณหภมในรปขององศาเซลเซยส แกนตงดานขวามอเปนปรมาณไอนาทมในอากาศเปนกรมตอหนงลกบาศกเมตร แกนตงดานซายมอเปนความดนไอ สวนแกนโคงเปนความชนสมพทธ จากแผนภมไซโครเมตรกในรปท 1 และกราฟความสมพนธระหวางปรมาณไอนาทอากาศสามารถรบไวไดกบอณหภมและความชนสมพทธในรปท 2 สามารถสรปไดวา อากาศเยนมความสามารถเกบไอนาไดนอยกวาอากาศรอน เมออณหภมของอากาศลดลงจนถงจดนาคาง อากาศจะอมตวและไมสามารถเกบไอนาไดมากกวาน หรออากาศมความชนสมพทธ 100% หากอณหภมยงคงลดตาไปอก ไอนาจะควบแนนเปลยนสถานะเปนของเหลวอยางไรกตามนอกจากปจจยทางดานอณหภมและความกดอากาศแลว การควบแนนของไอนายงจาเปนตองม “พนผว” ใหหยดนา เกาะตว ยกตวอยาง เมออณหภมของอากาศบนพนผวลดตากวาจดนาคาง ไอนาในอากาศจะควบแนนเปนหยดนาเลกๆ เกาะบนใบไมใบหญาเหนอพนดน บน

อากาศกเ ชนกน ไอนาตองการอนภาคเลกๆ ทแ ข วนลอยอย ใ นอ ากาศ เป น แ กนควบแน น(Condensation nuclei) แกนควบแนนเปนวสดทมคณสมบตในการดดซบนา (Hygroscopic) ไดแก ฝน ควน เกสรดอกไม ไอเกลอ เปนตน ซงมขนาดประมาณ 0.0002 มลลเมตร (LESA ศนยการเรยนรวทยาศาสตรโลกและดาราศาสตร, สบคนเมอ 20 กนยายน 2558) ระบบทาความเยน การทาความเยน หมายถง กระบวนการในการดงความรอนออกจากสงใดสงหนงมผลใหอณหภมลดลงโดยปกตจะหมายถง ขบวนการเกบรกษาอาหารการขจดความรอนจากวตถในอตสาหกรรม ทางเคม ปโตรเลยม ปโตรเคม และการทาความเยน และการทาความเยนในรปแบบอนๆในวงการอตสาหกรรม เชน การแชแขง เปนตน (ทฤษฎและหลกการทเกยวของ เครองทาความเยน, สบคนจาก http://webcache.googleusercontent.com/)

ภาพท 3 วงจรเครองทาความเยน

โดยมหลกการทาความเยนคอเรมตนจากคอมเพรสเซอร จะทาหนาทดดนายาทเปนไอจากเครองระเหย (Evaporator) หรอคอยล เยน (Cooling Coil) ไอสารทาความเยนทดดเขามาจะมความดนตา และมอณหภมตาดวย ไอนายาจะถกดดเขาคอมเพรสเซอรทางทอดด (Suction Line) และตวคอมเพรสเซอรจะอดนายาทเปนไอนใหมความดน

สงขน และขณะทไอมความดนสงขนกจะมอณหภมสงขน การทไอนายามความดนสงขนนจะมผลใหจดเดอดสงขนดวย จากนนไอนายาจะถกดนออกทางทอทางสง (Discharge Line) และสงผานไปยงคอนเดนเซอร (Condenser) ตวคอนเดนเซอรมหนาทรบเอาไอนายาไว และระบายความรอนออกจากไอนายาผานตวกลางซงปกตคออากาศ ไอนายา

จะมอณหภมตาลงจนควบแนนเปนของเหลวแตยงคงมความดนสง และอณหภมสง สารทาความเยนเหลวจะถกสงไปอปกรณลดความดน (Expansion Valve) ซงมหนาทลดความดนนายากอนเขาเครองระเหยมผลใหสารทาความเยน มความดนตา และมอณหภมตา เมอไหลเขาเครองระเหยกจะรบความรอนผานตวกลาง ซงปกตคออากาศมผลใหสารทาความเยนเดอดกลายเปนไอ ไอสารทาความเยนทออกจาก เครองระเหยจะมความดนตา และมอณหภมตา และไหลกลบเขาคอมเพรสเซอรเพอทาการเพมความดนตอไป ระบบการทาความเยนของเครองปรบอากาศจะทางานวนเวยนเปน วฏจกรตลอดเวลาทคอมเพรสเซอร ยงคงทางานอย และนายาทมอยในระบบจะไมมการสญเสยไปไหนเลยนอกเสยจากวาเกดการรวซม ทใดทหนงเทานน เนองจากในระบบทาความเยนเบองตนน มทงนายาทอยในสภาพความดนสง และอณหภมสงกบความดนตาอณหภมตา จงมการแบงออกเปน 2 ทาง

1. ทางดานสง (High Side) ซงจะเรมจากทางอดของคอมเพรสเซอร ผานคอนเดนเซอรจนถง ทางเขาของอปกรณลดความดน สวนนสารทาความเยนจะมทงความดน และอณหภมสง 2. ทางดานตา (Low Side) ซงจะเรมตงแตทางออกของอปกรณลดความดน ผานเครองระเหยจนไปถงทางเขาของคอมเพรสเซอรสวนนจะมทงความดน และอณหภมตา จงเรยกวาทาง Low Side ระบบปรบอากาศทใชกนอยโดยทวๆ ไปจะทางานเปนวฏจกร งานวจยทเกยวของ การผลตนาจากอากาศ (นฤภร โลอภรกษกล, บษบา อมรพสทธ และวชช สวรรณ, 2550) โดย โดยนกศกษา ปท 4 ภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ป พ.ศ. 2550โดยวจยเกยวกบการเปรยบเทยบวธผลตนาจากอากาศโดยใหความรอน กบใหความเยน และเปรยบเทยบความเรวลมตางๆ ทจะมผลกบการสรางนาจากอากาศดงรปท 4

ภาพท 4 งานวจยทเกยวของ การผลตนาจากอากาศ

จากรปท 4 เปนการทดลองสรางอปกรณใหความเยนโดยมคอมเพรสเซอร(Compressor 1/8 hp) คอยลรอน(Condenser) และคอยลเยน(Evaporator) และมเครองใหความชน (รน Sonic; input voltage:Ac 24โวลต ,500มลลแอมป ,12

วตต) และทดลองโดยใชเวลา 3 ชวโมง ทความเรวลมตางๆ คอ 0.3, 0.6 และ1.2 เมตรตอวนาท เพอเปรยบเทยบความเรวลมทมผลตอการผลตนา มผลสรปไดวาความเรวลมมผลตอการผลตนาดงกราฟรปท 5

ภาพท 5 กราฟเปรยบเทยบความเรวลมในระดบตางๆ ในการผลตนาจากอากาศ

จากรปท 5 กราฟเปรยบเทยบความเรวลมตางๆทมผลตอการผลตนาจากอากาศ สรปไดวาความเรวลมนนมผลตอปรมาณนาทได จะเหนวา

ความเรวลมท 1.2 เมตรตอวนาท จะสามารถผลตนาไดปรมาณทมากกวาความเรวลม 0.6 เมตรตอวนาท และ 0.3 เมตรตอวนาท ในเวลาเดยวกน

ตารางท 1 ตารางเปรยบเทยบวธการผลตนาระหวางวธเพมอณหภมและ วธลดอณหม

วธการทดลอง ปรมาณนาทได

ลดอณหภม 148g

เพมอณหภม 102g

จากตารางท 1 มการเปรยบเทยบการทดลอง

อยสองวธคอวธสรางนาดวยความรอนคอการดดอากาศเขามายงคอลยรอน และเปรยบเทยบกบวธลด

อณหภม คอดดอากาศเขามายงคอลยเยน ผลปรากฏวาวธลดอณหภมสามารถผลตนาได ในปรมาณทมากกวาวธเพมอณหภม

ตารางท 2 ตารางเปรยบเทยบระหวางเปดและไมเปดเครองทาความชน

เครองทาความชน ปรมาณนาทได

เปด 102g

ไมเปด 53g

จากตารางท 2 ทดลองการเปดและไมเปดเครองทาความชน สรปผลไดวาความชนในอากาศนนมผลตอปรมาณนาทได โดยยงความชนสงจะไดปรมาณน าท มากขนจากการศกษาทฤษฏและงานวจยทเกยวของทาไดทราบไดวาจดนาคางจะขนอยกบความสมพนธของอณหภมและความชน

สมพทธดงรปท 2 ยงอากาศมอณหภมสงจะสามารถเกบนาไวไดมากโดยอยในรปของความชนสมพทธ โดยทจะเตมทความชนสมพทธ100% เมอเกนกวานนนาอากาศจะไมสามารถเกบนาไดอก และเมออณหภมลดลงตากวาจดนาคางไอนาทมกจะกลนตวกลายเปนหยดนา และกลายเปนผลกนาแขง จากนน

ความเรวลมจะมผลคอเปาใหนาแขงนนละลายกลายเปนนาซงพบวาความเรวลม อณหภมอากาศ ความชนสมพทธในอากาศ มผลตอการผลตนาจากอากาศ

การออกแบบและพฒนาตนแบบของระบบทาความสะอาดนาดมจากอากาศโดยใชพลงงานทดแทน(Ben Niewenhuis, Chris Shepperly, Ryan Van Beek and Eric Van Kooten, 2012) โดยนกศกษาทม 5 ของวทยาลยแคลวล ประเทศสหรฐอมเรกา

ภาพท 6 การออกแบบและพฒนาตนแบบของระบบทาความสะอาดนาดม จากอากาศโดยใชพลงงานทดแทน

งานวจยนออกแบบโดยใชกงหนลมหมนเทอรบายเพอผลตกระแสไฟฟา และใชกระแสไฟฟาทาใหอากาศเยน สงผลทาใหเกดการควบแนนของนา จากไอนาจะกลายเปนหยดนาโดยระบบในตวเองและไมจาเปนตองใชการเชอมตอจากภายนอก โดยมวตถประสงคคอนาทไดผานมาตรฐานนาดมอนามยโลก(WHO) มความเรยบงายในการใชงาน มความสะดวกเรองพลงงานทงพลงงานลม และแสงอาทตย

อกท งย งมความสะดวกถงการใชงานและดแลซอมแซม โดยผลทไดนนสามารถผลตนาไดหนงลตรตอวน และใชโปรแกรมคอมพวเตอรในการควบคมระบบ

การสรางนาจากอากาศดวยวธผนความรอนจากไฟฟา(Aditya Nandy, Sharmi Saha, Souradeep Ganguly and Sharmistha Chattopadhyay, 2014)

ภาพท 7 การสรางนาจากอากาศดวยวธผนความรอนจากไฟฟา จากรปท 7 เปนงานวจยทสามารถสรางนาจาก

อากาศไดโดยดดอากาศเขามาผานพดลมและไปยงทอทมซงคซงดานหนงเยน และอกดานหนงมความรอน ดงนนอากาศจงควบแนนระหวางตรงกลางทาใหนาหยดลงมา และใชพลงงานจากแสงอาทตยขนาด 120 วตต แรงดน 12 โวลต โดยมการควบคมดวย PIC16F872 หรอ ATmeka series microcontroller โดยสามารถผลตนาไดสงสดหนงลตรในหนงชวโมงก

ตอเมอมความชนสงมากขณะทมแสงอาทตย ใหพลงงานเพยงพอตอระบบ

ในป พ.ศ. 2554 นกศกษาและอาจารยคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ไดทาวจยเกยวกบเทคโนโลยเมมเบรน(นกศกษา และอาจารยคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร , 2554)

ภาพท 8 เครองกรองนา ทออกแบบโดยคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร

จากรปท 8 เปน เคร องกรองน าท คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ไดออกแบบมาโดยจะมอย 3 ชนด คอ ชนดทอเดยว ชนด 2 ทอ และ ชนด 3 ทอ โดยชนดทอเดยว จะมเฉพาะไสกรองเซรามกเปนสวนประกอบ สวนชนด 2 ทอ และ ชนด 3 ทอนน จะเพมสารกรองคารบอน เพอใชกรองตะกอน กลน ส คลอรน สารอนทรย และ สารกรองเรซน เพอกรองหนปน ลดความกระดางในนา และดดซบส ซงมขนาดเลก งายตอการพกพา อกมอายการใชงานทนานกวาใสกรองปกต

วธการทดลอง ออกแบบโครงสรางและหลกการทางาน ในการออกแบบโครงงานการผลตนาจากอากาศโดยแบงใหม 2 ระบบคอ ระบบการผลตนาจากอากาศหรอการควบแนนอากาศ และระบบการปรบปรงคณภาพนาโดยออกแบบดงน ออกแบบชนงานในสวนแรกทาใหมสามชนโดยชนบนสดหองควบแนนมขนาดกวาง 0.35 เมตร ยาว 0.4 เมตร และสง 0.35 เมตร โดยมคอยลเยนวางอย

บนพนทเอยง มเจาะรไวเพอใหนาไหลลงตามร และมพดลมด ดอากาศขนา เส นผ านศ นย กล า ง 12 เซนตเมตร 12 โวลตไฟกระแสตรง ไวสาหรบดดอากาศเขามาทาใหผลกนาแขงละลาย และมฟลเตอรไวส าหรบกรองอากาศกอนทจะเขาไปยงสวนควบแนนดวย จากนนสวนทสองตรงกลางมขนาดกวาง 0.35 เมตร ยาว 0.4 เมตร และสง 0.5 เมตร ออกแบบไวสาหรบใสถงเกบนาใตหองควบแนน มถงนาขนาด 2.5 ลตร และมระบบปรบปรงคณภาพนาโดยใชระบบรเวรส ออสโมซสซงเปนระบบกรองนาทสะอาดมากทสดในปจจบน โดยมปมนา 24 โวลตไฟกระแสตรงดดนา ดวยความแรง 100 ปอนด มาผานกรองตางๆ คอกรอง PP หรอกรองหยาบไวสาหรบกรองตะกอนชนใหญตางๆ จากนนกรองคารบอน ไวสาหรบปรบรสชาตนา กลน และส จากนนกรองเรซน เพอกรองหนปนตางๆ สดทายจะเปนกรองเมมเบรนซงกรองเซอโรคและสงตางๆ ทมขนาดมากกวาอณของนาคอ 0.0001 ไมครอน ทาใหไดนาทสะอาดมากๆออกมาใชสาหรบดมได

ภาพท 9 ออกแบบชนงานดวยโปรแกรม sketchup

สวนลางสดเปนสาหรบใสคอมเพรสเซอรขนาด ¼ แรงมา ไฟฟากระแสตรง 12 ถง 24โวลต รนQDZH30G เพอสามารถใชพลงงานจากแบตเตอรร

และพลงงานจากแสงอาทตยไดและมกลองสาหรบใสวงจรควบคมทงหมดไว

ภาพท 10 ออกแบบฐานวางพรอมแผงรบพลงงานแสงอาทตย จากรปท 10 ออกแบบฐานวางชนงานทมความกวาง 0.6 เมตร ยาว 0.8 เมตร สง 1.7 เมตร พรอมใสแผงรบพลงงานแสงอาทตยขนาด 60 วตต 2 แผง และมชองสาหรบใสแบตตเตอรร 2 กอน สาหรบใชนอกสถานท มลอสาหรบเคลอนยายสะดวก สามารถปรบมมของแผงได และสามารถถอดเฉพาะชนงานเพอนาไปใชงานภายในอาคารได ในรปท 11 เปนสวนของวงจรควบคม โดยเรมจากใชบอรด Arduino Uno R3 เปนตวควบคมการทางานของคอมเพรสเซอรและพดลมดดอากาศโดยใชร เลยเปนสวตชตดตอโดยเขยนโคดโปรแกรม

ภาษาซใหคอมเพรสเซอรทางาน 20 นาทเพอทาความเยนใหเกดการควบแนนทหองควบแนนหากเวลานอยเกนไปจะยงทาความเยนไมพอในการทาความเยน แตหากเวลามากเกนไปจะมผลตออายการใชงานของคอมเพรสเซอร ดงนนจงใช 20 นาทใหคอมเพรสเซอรทางาน และ 10 นาทใหพดลมดดอากาศทางานเพอใหเปาละลายผลกนาแขงทเกาะกนภายในหองควบแนนจากนนอากาศเยนทถกเปาออก จะใสทออากาศเพอนาอากาศเยนนนไประบายความรอนใหคอมเพรสเซอรอกทเพอใหประหยดพลงงานดวย

ภาพท 11 วงจรควบคม

สวนเซนเซอรระดบนา(Water level)จะมอย 3 สวนคอ Com, Low และ High จะตดตงหวเซนเซอรไวทถงเกบนาขนาด 2.5 ลตร มหลกการทางานคอเมอผลตนาไดจนถงระดบ high วงจรจะตดการทางานของคอมเพรสเซอรแตเมอมการใชนาลดลงจนไปถงระดบ low วงจรจะสงใหคอมเพรสเซอรทางานอกครงโดยทบอรด Arduino ยงทางานตลอดเพราะวาถาหากระดบนาจาก high ถกใชจนถงระดบ low ในเวลาอนสน คอมเพรสเซอรจะไมมเวลาหยดพกจงอาจจะสงผลตออายการใชงานได ดงนนจงตงใหบอรด arduino สงงานตลอดเวลาเพอใหระยะเวลาการทางานเปนปกตตลอดเวลา ปมนาขนาด 24โวลต โดยใชนาเอาแบตเตอรรอกตวมาตออนกรมกบแบตทมอยแลวตอเขากบปมนาโดยผานลมตสวตช เพอใหเวลาตองการกดนาเหมอนตนาเยน

ทวไป ลมตสวตชจะสงใหปมนาทางานและดดนาจากถงเกบนาผานไปยงกรองนาตางๆและสงมายงกอกนาทนท สวนตวชารจเจอรจะรบไฟจากแผงโซลาเซลลและปรบแรงดนใหคงทเพอชารจไฟใหกบแบตเตอรรในตอนกลางวนเพอเกบไวใชงานในชวงเวลาทไมมแสง ภายในหองควบแนนชนบนสดนนออกแบบโดยใหมพนทเอยงเพอใหนาทไดนนไหลลงไปตามรทเจาะไวสาหรบเกบนาไวทละถงเกบนา สวนผนงของหองนนใชโฟมเปนชนนอกสดเพอเกบความเยนไวปองกนไมใหเกดการควบแนนของนานอกหองควบแนนอาจสงผลใหสวนอนๆเสยหายได จากนนใชแผนสงกะสเรยบเปนชนในรองจากแผนโฟม แตจะใชเทปปะสงกะสปดไวทงหมดอกท เพอปองกนสนมทจะเกดขนกบสงกะสขางในได ดงรปท 12

ภาพท 12 ภายในหองควบแนน

ภาพท 13 ชนงานจรงภายในเครอง

ภาพท 14 ชนงานจรงทเสรจสมบรณ

เครองผลตนาจากอากาศรนตนแบบนน มการตอทออากาศจากหองควบแนนลงมาเพอระบายความรอนใหแกคอมเพรสเซอร ใสกอกนาและมสวตซกดนา โดยใชตดตอปมนาเพอดดนาจากถงเกบนามายงระบบปรบปรงคณภาพนาและไปยงกอกนาดม หองลางสดเปนสวนสาหรบใสคอมเพรสเซอร และกลองสาหรบใสวงจรควบคมทงหมด โดยตอพลงงานจากแบตเตอรรทงสองกอนทวางอยดานขาง สวนแผงโซลาเซลลขนาด 60 วตต ทงสองแผงนนตอขนานกนใหไดกาล งไฟฟา 120 วตต เพอเพยงพอตอการใชงานทงกลางวนและกลางคน ตอมายงวงจรชารจเจอรกอนเขาแบตเตอรรและระบบ โดย

แผงโซลาเซลลนนสามารถปรบมมองศาไดตามตองการเพอใหรบแสงไดเตมท

ผลการวจย เรมตนจากการทดลองเดนเครองไวทสภาพอากาศตางๆเปนเวลา 10 วนและไดบนทกผลการทดลอง คาตางๆ มทงตวแปรจากธรรมชาต และคาทคานวณได คอ อณหภมขณะทาการทดลอง ซ งเปลยนไปตามเวลา แตไมมากซงจะนาคาเฉลยมาบนทก ความชนสมพทธในขณะทดลอง ซงมการเปลยนแปลงเชนกน จงนาคาเฉลยมาบนทกผล จดนาคาง โดยทงสามคานวดจากเครองวดอณหภมและ

หอง

ควบแนน

ถงเกบ

น ำ กรองน ำ

DC Compressor

Condenser

ปมน ำ

กลองวงจรควบคม

ทออำกำศ

ความชน ปรมาณไอนาทมในอากาศเปนกรมตอหนงลกบากศเมตร ดไดจากกราฟ รปท 2 โดยใชความสมพนธระหวางอณหภมและความชนสมพทธในอากาศ นาทผลตไดตอชวโมง บนทกคาไดจากการทดลองโดยใสบกเกอร นาทผลตไดตอวน ไดคาจากการคานวณ และทดลอง แรงดนไฟฟา กระแสไฟฟาในชวงคอมเพรสเซอรทางาน กระแสไฟฟาในชวงพดลมทางาน ไดคาจากการวดดวยมลตมเตอรดจตอล กาลงไฟฟาตอชวโมง ไดจากการคานวณดวยสมการ

( ) ( นาท ) ( นาท )

นาท

(5.1) P(Whr) คอคากาลงไฟฟาตอชวโมง คอคากระแสไฟฟาขณะทางาน กาลงไฟฟาตอวนไดจากการคานวณดวยการเอากาลงไฟฟาตอชวโมงคณ 24 ชวโมง กาลงไฟฟาตอนาหนงลตรไดคาจากการคานวณโดยใชสมการ

ปรมาณนา (5.2)

คอกาลงไฟฟาตอนาหนงลตร คอกาลงไฟฟาตอหนงชวโมง

ปรมาณนา คอปรมาณนาทไดในหนงชวโมง

คาไฟฟาตอนาหนงลตร และคาไฟฟาตอหนงวน โดยคาไฟหนวยละ 3 บาท สามารถคานวณไดดงน

คาไฟ บาท

(5.3)

E คอ พลงงานไฟฟาตอวนหรอตอลตร คานวณจดคมทนโดยนาดมบรรจขวดขนาดหนงลตรทวไปขายอยทราคาขวดละ 10-12 บาท เราผลตไดทหนงลตรในราคา 3 บาทตอวน ตนทนการทาวจยและสรางชนงานใชงบประมาณ 20,000 บาท สามารถคานวณไดตามสมการ

จดคมทน บาท

( ราคานา)- ตนทน ) วน = 7.8ป

(5.4)

จากการคานวณจดคมทนตามสมการท 5.4 โดยอางองราคานาดมอยทลตรละ 10 บาท จะคมทนภายในเวลาประมาณ 8 ป

ตารางท 3 ตารางบนทกผลการทดลอง กา

รทดล

องคร

งท

อณหภ

ม(

)

ความ

ชนสม

พทธ%

RH (%

)

จดนา

คาง d

ew p

oint (

)

ปรมา

ณนา

ทมใน

อากา

ศ (

⁄)

นาทผ

ลตได

ตอชว

โม ง(

⁄

)

นาทผ

ลตได

ตอวน

(ลตร

/วน)

แรงด

นไฟฟ

า (v)

กระแส ไฟฟา(A)

พลงง

านไฟ

ฟาตอ

ชวโม

ง(Wh)

พลงง

านไฟ

ฟาตอ

วน (W

h/Da

y)

พลงง

านไฟ

ฟาตอ

นาหน

งลตร

(Wh/

L)

คาไฟ

ฟาตอ

นา 1

ลตร(บ

าท)

คาไฟ

ฟาตอ

วน(บ

าท)

เวลา 40 นาท

เวลา 20 นาท

1 27 88 24.8 29 50 1.2 12 5.05 0.76 44 1056 880 2.64 3.168 2 27.8 76 23.1 25 50 1.2 12 6.84 0.75 58 1392 1160 3.48 4.176 3 29 74 22 25 50 1.2 12 7.07 0.75 60 1440 1200 3.6 4.32 4 30.7 64 23.5 23 40 0.96 12 6.4 0.75 54 1296 1350 4.05 3.888 5 29.6 70 23.4 23 40 0.96 12 6.5 0.76 55 1320 1375 4.13 3.96 6 30.9 66 23.8 23 40 0.96 12 5.9 0.76 50 1200 1250 3.75 3.6 7 29.9 68 23.4 23 40 0.96 12 6.3 0.8 54 1296 1350 4.05 3.888 8 29 78 24.5 26 50 1.2 12 6.2 0.76 53 1272 1060 3.18 3.816 9 27.1 88 24.8 29 50 1.2 12 6.15 0.76 53 1272 1060 3.18 3.816 10 29.5 75 23.1 25 50 1.2 12 6.31 0.76 54 1296 1080 3.24 3.888

จากตารางท 3 เหนไดวามตวแปรทไมสามารถกาหนดไดคอ อณหภมอากาศ และความชนสมพทธของอากาศ และตวแปรทสามารถลดไดคอคาก า ล ง ไ ฟฟ า ค อถ าห าก เ อาลม เย น เป า เ ข า ทคอมเพรสเซอร ชวยระบายความรอนจะทาใหกระแสไฟฟาลดลงมาสวนหนงซงทาใหคาไฟฟาลดลงตามมาเชนกน และแรงดนไฟฟาใชอยท 12 โวลทตลอด ป ร ม า ณ น า ท ผ ล ต ไ ด จ ะ ข น อ ย ก บ อณหภมและความชนสมพทธดวยเชนกนถาหาก

ความชนสมพทธมาก ปรมาณนาทผลตไดกจะมากขนตามไปดวย

อภปรายผลการวจย จากการบนทกผลการทดลอง เมอนาขอมลอณหภม ความชนสมพทธ และปรมาณนาทผลตได ม า แสดงด ว ยกร าฟ จะ เห นแนว โน มและความสมพนธ ดงแสดงในรปท 15-16

ภาพท 15 อณหภมในแตละวนขณะทดลอง

ภาพท 16 ความชนสมพทธในแตละวนขณะทดลอง

ภาพท 17 ปรมาณนาในอากาศในแตละวนขณะทดลอง

จากกราฟรปท 15 และ 16 แสดงถงอณหภมในอากาศและความชนสมพทธในอากาศทมในแตละวน

ขณะทดลองสงผลตอปรมาณนาทมในอากาศดงกราฟรปท 17 และสามารถสรปไดดงกราฟรปท 18

24

26

28

30

32

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

อณหภม

อณหภม

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ควำมชนสมพทธ %

ความชนสมพทธ %

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ปรมำณน ำในอำกำศ

ปรมาณน าในอากาศ

วนท

องศำเซลเซยส

วนท

%

วนท

g m3⁄

ภาพท 18 ปรมาณนาทไดตออณหภมและความชนสมพทธ

จากรปท 18 แผนภมแสดงปรมาณนาทผลตไดตอ อณหภมในอากาศขณะทดลอง และความชนสมพทธขณะทดลอง จะเหนไดวาเมออณหภม และความชนสมพทธมคามาก แสดงวาไอนาทอย ในอากาศ มจานวณมาก จะทาใหสามารถผลตนาออกมาไดมากขนตาม ยกตวอยางเชนวนท 1 ของการทดลองมอณหภม 27 องศาเซลเซยส มความชนสมพทธอยท 88% เมอดจากกราฟรปท 2 แลวจะมไอนาในอากาศอยจานวน 29 กรมตอหนงลกบากศเมตร ดงนน ในหนงชวโมงจงสามารถผลตนาไดถง 50 มลลลตรในหนงชวโมง และในวนท 4 ของการทดลองซงมอณหภมอย 30.7 องศาเซลเซยส มความชนสมพทธอยท 64% และมไอนาในอากาศอยท 23กรมตอหนงลกบากศเมตร สามารถผลตนาได

จานวน 40 มลลลตรในหนงชวโมง ซงถอวานอยเมอเทยบกบวนท 1 การทดสอบคณภาพของนา ทดสอบคณภาพของนาดมทผลตจากอากาศ ทงกอนและหลงการปรบปรงคณภาพนา โดยอางองมาตรฐานคณภาพนาบรโภคในภาชนะทบรรจปดสนท ตามประกาศกระทรวงสาธารณสข (ฉบบท 256) พ.ศ. 2524 เรอง นาบรโภคในภาชนะบรรจทปดสนท(ฉบบท 4)(ประกาศกระทรวงสาธารณสข , ฉบบท 256 และนาบรโภคในภาชนะบรรจทปดสนท, ฉบบท 4) ทดสอบโดยหองปฏบตการเคม และอาจารยผเชยวชาญดานวชาเคม ของมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย โดยมคาพารามเตอรตางๆเบองตน ดงน

ตารางท 4 ผลการทดสอบคณภาพนา

ขอมล มาตรฐาน กอน หลง ความเปนกรด-ดาง (PH) 6.5-8.5 6.70 7.8 ของแขงแขวนลอย (TDS) ไมเกน 1000 mg/L 128 mg/L 9.5 mg/L

คาการนาไฟฟา(EC) 0.005-0.05 S/m 0.2 S/m 0.04 S/m จากตารางท 4 ผลการทดสอบคณภาพความสะอาดของนาเบองตน ไดผลการทดสอบวา คณภาพของน า ท ผ ล ต จ าก อา กาศ น น หล ง จ าก ผ า น

กระบวนการปรบปรงคณภาพนาเสรจเรยบแลว ไดผานมาตรฐานการบรโภค

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

อณหภม°C

ความชนสมพทธ %

ปรมาณน าทได 1

ชวโมง mL

วนท

, %, mL/hr

สรป จากการศกษาและทดลองงานวจยนไดพฒนาระบบผลตนาสะอาด จากกระบวนการควบแนน โดยใชคอมเพรสเซอรกระแสตรงทาความเยนเพอทาใหไอนาลดตาลงกวาจดนาคาง และเกดหยดนาขน ซงปรมาณนาทไดออกมานนจะมากหรอนอยขนอยปจจยหลายปจจยมท งทางกล ทางไฟฟา และสภาพแวดลอมตางๆเชนขณะทดลอง มอณหภมและค ว า ม ช น ส ม พ ท ธ ท เ ห ม า ะ ส ม ก า ล ง ข อ งคอมเพรสเซอร ขนาดพดลมดดอากาศ การควบคมการระเหยของนาทควบแนนกอนทจะกลายเปนหยดนา โดยในงานวจยนไดออกแบบระบบการผลตนาจากทงหองควบแนนใหมพนทลาดเอยง พดลมดดอากาศในขนาดทเหมาะสม รวมไปถงกาลงอดของคอมเพรสเซอรดวยเชนกนทจะอดสารทาความเชนชนด 134a เขาไปยงระบบทาใหหองควบแนนมอณหภมทเหมาะสมแกการผลตนาจากอากาศออกมาใหไดมากทสด และผลทไดออกมานนเปนนาสะอาดทมราคา 3-4 บาทตอลตร ใชพลงงานประมาณ 1 กโลวตตชวโมงตอลตร และยงสามารถใชพลงงานแสงอาทตยทเปนแหลงจายกระแสตรงมาใชงานทาใหสามารถนาไปใชงานไดทกท แตกขนอยกบสภาพแวดลอมในทนนๆวาสามารถผลตนาไดมากนอยเพยงใด แตหากเปนสภาพแวดลอมทขาดแคลนนาดม พลงงานจานวนนจะถอวาเปนพลงงานท คมคามาก และจากการทดสอบวดคณภาพนาดมโดยหองปฏบตการเคม และอาจารยผเชยวชาญดานวชาเคม ของมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย โดยอางองคามาตรฐานจากมาตรฐานคณภาพนาบรโภคในภาชนะทบรรจปดสนท ตามประกาศกระทรวงสาธารณสข (ฉบบท 256) พ.ศ. 2524 เรอง นาบรโภคในภาชนะบรรจทปดสนท(ฉบบท 4) พบวานาทผานกระบวนการปรบปรงคณภาพนนสะอาดผานมาตรฐาน และสามารถดมไดโดยไมมอนตรายใดๆ

กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงรายทใหความอนเคราะหเครองมอและทนสนบสนนการดาเนนโครงการ เอกสารอางอง ทฤษฎและหลกการทเกยวของ เครองทาความเยน.

สบคนจาก http://webcache.googleu-

sercontent.com/.

นฤภร โลอภรกษกล, บษบา อมรพสทธ และวชช

สวรรณ. (2550). การผลตนาจากอากาศ.

มหาวทยาลยขอนแกน.

นกศกษา และอาจารยคณะวทยาศาสตร

มหาวทยาลยสงขลานครนทร. (2554)

งานวจยเพอคณภาพชวตชมชนใชเทคโนโลย

เมมเบรน ทาเครองกรองนาคณภาพสง-ราคา

ตา.

ภาควชาครศาสตรเครองกล. คณะครศาสตรอตสาหกรรมและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. สบคนเมอ 1 ธนวาคม 2558, จาก http://mte.kmutt. ac.th/elearning/Refrigeration/Website/unit3_5.htm.

มาตรฐานคณภาพนาบรโภคในภาชนะทบรรจปด

สนท. ประกาศกระทรวงสาธารณสข. (ฉบบท

256). นาบรโภคในภาชนะบรรจทปดสนท.

(ฉบบท 4).

Aditya Nandy, Sharmi Saha, Souradeep

Ganguly and Sharmistha Chattopadhyay.

(2014). A Project on Atmospheric Water

Generator with the Concept of Peltier

Effect.

ASTV ศนยวจยกสกรไทย. (2547). ผจดการ

ออนไลน. สบคนเมอ 20 กนยายน 2558, จาก

http://astv.mobi/AOAQDWk.

Ben Niewenhuis, Chris Shepperly, Ryan Van

Beek, Eric Van Kooten. (2012). Team 5:

Water from Air. Calvin College.

Charting Our Water Future: Economic

frameworks to inform decision-

making. สบคนเมอ 9 มถนายน 2559.

LESA ศนยการเรยนรวทยาศาสตรโลกและดารา

ศาสตร. สบคนเมอ 20 กนยายน 2558, จาก

http://212/6/clouds/clouds_precip/

clouds_precip.html.

การศกษาลกษณะเสอมสภาพฉนวนของกบดกเสรจฟาผาชนดออกไซดโลหะไมมชองวางในระบบ 22 กโลโวลต

Study of Feature Deterioration of Insulator Metal-Oxide Surge Arrester in 22 kV System

วเชษฐ ทพประเสรฐ1* จตรน โกมล2 และ วฒพงษ ตนหนองด3 Wichet Thipprasert1*, Jittarin Gomon2 and Wutthipong Tonnongdoo3

1,2,3 สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1,2,3 Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineer, Rajamangala University of Technology Lanna Chiangrai * Corresponding author e-mail: wichet_thip@rmutl.ac.th

บทคดยอ ปจจบนในระบบจ าหนายไฟฟานยมน ากบดกเสรจฟาผาชนดออกไซดโลหะไมมชองวางหรอแบบใชยางซลโคนเปนฉนวน

โครงสรางหมภายนอกมาใชงานกนอยางแพรหลายแตยางซลโคนทใชท าฉนวนพอลเมอรท าจากสารอนทรยเมอใชงานภายใตสภาวะแวดลอมตาง ๆ เปน เวลานานจงเกดการเสอมสภาพของฉนวนขนอยางหลกเลยงไมได บทความนจงไดน าเสนอการศกษาลกษณะเสอมสภาพฉนวนของกบดกเสรจฟาผาชนดออกไซดโลหะไมมชองวางในระบบ 22 กโลโวลต โดยทดสอบตามขอก าหนดมาตรฐาน IEC 60099-4 เรมจากออกแบบและสรางหองทดสอบกบดกเสรจภายใตการจ าลองสภาวะความเครยดทหลากหลายซงประกอบไปดวย รงสอลตราไวโอเลต หมอกไอเกลอ ฝนและความชน จากนนท าการทดสอบอยางตอเนอง 1,000 ชวโมง เพอวดปรมาณกระแสรวไหลและวเคราะหการเสอมสภาพของกบดกเสรจ ผลการทดสอบพบวาปรมาณกระแสรวไหลมคาสงขนเรอยๆเมอเวลาทดสอบมากขน การเสอมสภาพฉนวนยางซลโคนเกดจากการไดรบผลกระทบจากความเครยดทางสนามไฟฟา สภาวะความเครยดตาง ๆ ในการทดสอบและจากการเกดดสชารจเปนเวลานาน นอกจากนเมอน าตวอยางชนสวนของฉนวนยางซลโคนไปวเคราะหการเปลยนแปลง พบวามรองรอยของการผกรอนบนพนผวฉนวนซงเปนสาเหตทท าใหฉนวนยางซลโคนเกดการสญเสยคณสมบตผวหยดน าลนและน าไปสการเสอมสภาพในทสด

ค าส าคญ: กบดกเสรจฟาผา, กระแสรวไหล, ลกษณะเสอมสภาพฉนวนยางซลโคน

Abstract Presently, lightning surge arresters with silicone rubber housing are widely used in distribution systems.

Silicone rubber is used to make insulating polymer made from organic materials. When it is operating under different environments for a long time, the deterioration of the insulation will occur. This paper presents the experimental deterioration study of silicone rubber housing material for 22 kV. Lightning surge arresters were tested under artificial accelerated ageing to provide based on IEC 60099-4 specifications. The test procedure starts by design and built a chamber to test a lightning surge arrester to provide conditions of stress. These conditions include the ultraviolet radiation, salt fog, rain and humidity, over 1000 hrs. The insulation was continuously tested to measure the leakage current and to analysis the deterioration of lightning surge arrester. The results showed that the amount of leakage current rose with the number of tests. The deterioration of the silicone rubber insulation affected by the electric field, stress conditions and long duration of discharges. Moreover, the analysis of the insulating silicone rubber reveals that there were traces of corrosion on the surface, which causes the loss of hydrophobic properties and ageing deterioration of the insulating silicone rubber.

Keywords: Lightning arrester, Leakage Current, Silicone rubber insulation feature deteriorate

บทน า ปจจบนพลงงานไฟฟามความจ าเปนอยางยงตอ

การด ารงชวตประจ าวนของมนษยและเกดการขยายตวตามความตองการใชไฟฟาเพมขนอยางตอเนอง การจ าหนายไฟฟาใหกบผใชไฟฟาจ านวนเพมขนทก ๆ ป ความมนคงของระบบสงจายไฟฟาคอปจจยความส าคญ ระบบฉนวนเปน สวนหนงของระบบสงพลงงานไฟฟาใหไดตามความตองการใชงานอยางตอเนองและไมเกดขอผดพลาด จงตองมระบบปองกนทจะชวยสงเสรมความเปนเสถยรภาพของการ สงจายไฟฟาใหสม าเสมอและดยงขนในปจจบนและอนาคต

การปองกนแรงดนเกนเสรจในระบบสงจาย ไฟฟาแรงสง ฉนวนของอปกรณหรอของระบบมโอกาส ไดรบแรงดนเกนเสรจจากฟาผา แรงดนเกนเสรจสวตชง และแรงดนเกนชวขณะ การปองกนจงตองตดตงอปกรณ ปองกนเขากบอปกรณไฟฟาทตองไดรบการปองกน

กบดกเสรจฟาผาเปนอปกรณปองกนชนดหนงทใชงาน ในระบบจ าหนายไฟฟาท าหนาทปองกนแรงดนเกนเสรจทจะเกดขน คณสมบตการท างานในสภาวะแรงดนใชงานปกตจะมคาอมพแดนซสง เมอมกระแส เส ร จ เข าม าในระบบ เพ ม ม ากข น ค าอมพแดนซกลบลดลงเพอขจดกระแสเสรจทเขามาในระบบลงสพนดนไดอยางสะดวกจะชวยใหอปกรณท ตออยไมไดรบอนตรายและปลอดภย

การน ากบดกเสรจฟาผาฉนวนพอลเมอรมาใชงานมขอด คอ แรงตงผวต าท าใหผวของฉนวนมคณสมบตผวหยดน าลน จงมสมรรถนะทางไฟฟาภายใตสภาวะเปรอะเปอนและ สภาวะเปยกชน นอกจากนยงมอตราสวนความทนทานแรงกลตอน าหนกสงกวาฉนวนแบบธรรมดา ซ งจะท าให การ ออกแบบสร างกะท ดรดและ งายต อการบ ารงรกษาสายสงระบบจ าหนายก าลงไฟฟาไดสะดวกรวดเรวขนอกดวย แตขอเสยของกบดกเสรจ

ฉนวนพอลเมอรคอ ยางซลโคนท ามาจากสารอนทรย เม อ ใชงานภายใตสภาวะแวดลอมต าง ๆ เปนเวลานานและมอารกจากแถบแหงท าใหเกดการเปล ยนแปลงทางเคมของผวฉนวนจะเกดการเสอมสภาพเมอใชงานไปนาน ๆ อาจสรางความเสยหายแกอปกรณปองกนระบบสายสงไฟฟา

เนองจากสภาวะแวดลอมเปนสาเหตส าคญในการเสอมสภาพของกบดกฟาผาเสรจฉนวนพอลเมอรทใชงานในบรเวณทมปญหาดานมลภาวะแวดลอมจงเปนสาเหตทมาของบทความวจย เพอศกษาและทดสอบลกษณะเสอมสภาพฉนวนของกบดกเสรจฟาผาชนดออกไซดโลหะไมมชองวางในระบบ 22 กโลโวลต ภายใตสภาพความเครยดตาง ๆ ในการใชงาน อ า งอ งต าม ม าต ร ฐ าน IEC 60099-4 (IEC 60099-4. Edition,2.1., 2006-7)

กบ ด ก เส ร จห ร อก บ ด กฟ าผ า (Lightning Arrester) เปนอปกรณปองกนทใชปองกนแรงดนเกนเสรจฟาผาและแรงดนเกนเสรจสวตชง ใชปองกนอปกรณส าคญไดแก หมอแปลงไฟฟา เครองจกรกลไฟฟา รแอคเตอร หรออปกรณในสถานไฟฟายอย จะตอครอมอปกรณทตองการปองกน ตออยระหวางเฟสกบดน มหนาทการปองกนอปกรณไฟฟาจากโอเวอรโวลต เตจ ในระบบไฟฟาทท างานตามปกต (ธนวฒน ฉลาดสกล, 2552) กบดกเสรจฟาผาจะตองไมมผลใด ๆ กบระบบ เมอเกดเสรจขนในวงจรไฟฟาตองท างานและยงสามารถทนทานตอแรงดนเกนไดโดยไมเกดความเสยหาย คณสมบตทตองการส าหรบกบดกเสรจฟาผาจะม 3 ประการ คอ

1) ในระหวางทมเสรจเกดขนในสายสงไฟฟา กบดกเสรจจะชวยจ ากดคาแรงดนไฟฟาสงเกนกวาทอปกรณไฟฟาจะทนทานได

2) มความสามารถในการเปนต วท ด ดซบพลงงานทดเพยงพอ ส าหรบกบดกเสรจสวนใหญทอาจจะเกดขนได เพอใหการท างานของระบบไฟฟามเสถยรภาพ

3) ท าหนาทเปนอปกรณทมความตานทานสงในระหวางทระบบไฟฟาท างานตามปกต เพอไมใหเกดความผดพลาดหรอผลเสยหายตอการจายไฟฟา

กบด ก เส ร จฟ าผ าจะประกอบด วยความตานทานทไมเปนเชงเสน (Rnon) ม 2 ชนด คอ ชนดมชองวางอากาศ (Gap Type, Passive Gap, Active Gap) คอกบดกเสรจชนดซลคอนคารไบด (SiC) และ ชนดไมมชองวางอากาศ (Gapless Type) คอกบดกเสรจชนดออกไซดโลหะ (Metal Oxide Varistor: MOV) หรอออกไซดสงกะส (Zinc Oxide: ZnO) มลกษณะเปนแผนกลมทรงกระบอก ประกอบตงอยในกระบอกฉนวนไดแก พอรซเลนหรอยางซลโคน (ส ารวย สงขสะอาด, 2549)

ลกษณะเสนแรงดนและกระแสของกบดกเสรจโดยพจารณา จากคาความตานทานทไมเปนเชงเสน ทงชนด ZnO และ SiC ทมลกษณะทไมเปนเชงเสนทสามารถนามาเขยนอยในรปสมการคอ

kVI (1) เมอ คอคาคงตวทขนอยกบชนดของวสดของ Rnon

α = 4-6 ส าหรบ SiC α = 20-50 ส าหรบ ZnO k คอคาคงตวขนอยกบวสดและขนาดของแกน

Rnon ถาแกนยงเลกความคงทนตอแรงดนยงสงขนดงภาพ

ภาพท 1 โครงสรางของฉนวนยางซลโคน (A. Haddad and D. Warne, 2004)

กบดกเสรจชนดออกไซดโลหะ หรอ ZnO จะใชคา Rnon ททาดวย ZnO มลกษณะเปนแทงกลม ทรงกระบอกวางซอนกนบรรจในกระบอกฉนวนดงรปท 1 ขนาดเสนผานศนย กลางของแทง ZnO จะเปน ตวก าหนดขนาดของกระแส หรอพลงงานเสรจทยอมให ผาน สวนความสงจะเปนตวก าหนดแรงดน

โครงหมของกบดกเสรจฟาผาชนดออกไซดโลหะไมมชองวางท าจากพอลเมอรดงแสดงในรปท 2 และมขอได เปรยบกวาชนดซลคอนคารไบด คอ สามารถก าจดกระแสตามทเกดขนหลกจากกระแสอมพลสไดดกวาอกทงยงมน าหนกเบาและทนทานตอสภาวะแวดลอมดกวา

ภาพท 2 โครงสรางของกบดกเสรจฟาผาฉนวนยางซลโคน (IEEE C62.1., 1989)

สมรรถนะทางไฟฟาของกบดกเสรจ สมรรถนะของกบดกเสรจชนด MOV เปนการ

หาคา คณสมบตทางไฟฟาและทางความรอนของวารสเตอร การเปรยบเทยบคณลกษณะการท างานของกบดกเสรจชนด SiC กบ MOV ซงกบดกเสรจชนด

MOV จะมคณลกษณะการท างานการปองกน ทดกวาลดปญหาดานผลกระทบจากสงเปรอะเปอนและไมมกระแสไหลตาม เมอแรงดนเสรจผานไปแลวดงภาพท 3 [6-8]

(a)

(b)

ภาพท 3 เปรยบเทยบลกษณะการท างานของกบดกเสรจ a) SiC b) ZnO ([8(C.A. Christodoulou, L.Ekonomoi, A.U. Mitropoulou, V.Vita and I.A.Stathopulos, 2010)

กบดกเสรจแบบ MOV สามารถทจะท างานในชวงเวลาจ ากดท แรงดนความถก าล งซ งมขนาดมากกวาพกดแรงดนตอเนองสงสดทความถก าลง (Maximum Continuous Operating Voltage : MCOV) ขนาดของแรงดนเกนซง MOV สามารถทจะทนอยไดขนอยกบระยะเวลาซงแรงดนเกนปรากฏอย ดงรปท 4 พจารณาคา TOV ของกบดกเสรจใหมคาทเหมาะสมจะตองท าการหาคา TOV สงสดของ

ระบบก าลงรวมกบคาเวลาสงสดซงระบบจะตองท างานในสภาวะแรงดนทไมปกตสภาวะแรงดนทไมปกตนเปนผลมาจากหลาย ๆ องคประกอบ ซงไดแก แรงดนเกนบนเฟสทไมเกดฟอลตในระหวางการเกดฟอลตแบบเฟสกบดน , แรงดนเกนการสบสวตซ และเฟอโรเรโซแนนซ เปนตน (IEEE Std. C62.11., 2005)

ภาพท 4 คาความคงทนตอแรงดนเกนชวครของกบดกเสรจ ไมเคยโหลดและเคยโหลด (IEEE Std. C62.11., 2005)

เมอกบดกเสรจแบบ MOV ไดรบพลงงาน จะท าใหวาลวอลเมนทของกบดกเสรจดดซบพลงงานซงเปนผลใหเกดความรอนเพมขน ภายใตสภาวะการท างานปกตวาลวอลเมนทจะมความสมดลระหวางความรอนทสรางขนโดยวาลวอลเมนทและความรอนซงแพรกระจายออกไปจากกบดกเสรจโดยการน าพาและการแผรงสเปนผลใหกบดกเสรจยงคงรกษาเสถยรภาพในการท างานได แรงดนเกนคอเหตการณทจะท าใหเสถยรภาพในการท างานดงกลาวเสยไปโดยทจะท าใหวาลวอลเมนทดดซบพลงงานในระดบทสงขนภายในชวงเวลาทแรงดนเกนยงอยในระบบอณหภมทสงขนของวาลวอลเมนท [4,9]

จากการดดซบพลงงานมากเกนไปจะเปนสาเหตใหกบดกเสรจเขาไปอยในสภาวะทเรยกวา Thermal Runaway ซ งเปนสภาวะทความรอนทสรางขนมคามากกวาความรอนทกระจายออกไปเปนสาเหตใหวาลวอลเมนทมอณหภม เพมสงขน ถาอณหภมของวาลวอลเมนทมคาในระดบทสงพอกจะท าใหเกดความเสยหายขนกบวาลวอลเมนทไดและผลทตามมากคอเกดการเบรกดาวนทางไฟฟาขนและการท างานของกบดกเสรจกจะลมเหลวถาความหนาแนนของพลงงานมคาสงพอหรอถาการกระจายดงภาพท 5

ภาพท 5 เสถยรภาพทางความรอนของกบดกเสรจชนด MOV (IEEE Std. C62.11., 2005)

ความหนาแนนของพลงงานภายในวาลวอลเมนทเปนแบบ Non-Uniform จะเปนสาเหตใหเกดเกรเดยนต ของอณหภมและจะทาใหเกดการแตกราวของวาล วอ ล เมนท หรอ เก ดการ เจาะทะล ได เหตการณดงกลาวสามารถเกดขนไดถาการเพมขนของแรงดนทงหมดของวาลวอลเมนทไมสงพอทจะท าใหเกด Thermal Runaway พลงงานทกบดกเสรจสามารถทจะดดซบระหวางการเกดแรงดนเกนโดยทไมทาใหกบดกเสรจเสยหายนนเรยกวา “Energy Handling Capability” หรอ “Energy Withstand Capability” [4,9-11]

กบดกเสรจฟาผาฉนวนยางซล โคนเมอถกน ามาใชงานภายใตสภาพอากาศและสงแวดลอมแบบตางๆ เปน เวลานาน ฉนวนยางซล โคนท าจาก

สารอนทรย การเปลยนแปลงคณสมบตตาง ๆ ของฉนวนจะเกดขนโดยไมสามารถหลกเลยงได จากการศกษาการเสอมอายของฉนวนโครงหมยางซลโคนส าหรบกบดกเสรจฟาผาภายใตการทดสอบเรงการเสอมอาย พบวาสาเหตมาจากการไดรบผลกระทบจากความเครยดทางสนามไฟฟา ความรอน และรงสอลตราไวโอเลตจากการดสชารจ (W. Payakcho, J. Grasaesom, S. Thong-om and B.Marungsri, 2011) ท าใหเกดการเปลยนแปลงทางกายภาพ การเปลยนแปลง ทางเคม เชน เกดการกดกรอน การเปลยนแปลงคณสมบตหยดน าลน เปนตน ซงการเปลยนแปลงเหลานจะน าไปส ปญหาการขดของของระบบไฟฟา

ภาพท 6 กระบวนการเสอมสภาพของฉนวนยางซลโคน (W. Payakcho, J. Grasaesom, S. Thong-om and B.Marungsri, 2011)

ยางซลโคนทน ามาใชเปนฉนวนมการเตมสารปองกนยางซลโคนเสอม การเปรยบเทยบความตานทานตอการกดกรอนของยางซล โคนท ไมมสารเตมแตงและทมสารเตมแตง พบวายางซลโคนททมสารเตมแตงมความตานทานทดกวายางซลโคนทไมมสารเตมแตง สารทเตมแตงยงชวยเพมหรอปรบปรงคณสมบตทางกายภาพและทางเคมใหมอายการใชงานยาวนานและทนตอสภาวะแวดลอมไดมากขน (Khan, Y. Z., Al-Arainy, A. A., Malik, N. H., and Qureshi, M. I., 2006) แตฉนวนยางซล โคนมค า

ความเปรอะเปอนและคากระแสรวไหลมากกวา (Sundararajan, R., Soundarajan, E., Mohammed, A., and Graves, J., 2006)

คณสมบตผวหยดน าลนบนพนผวทเปรอะเปอนของลกถวยฉนวนพอล เมอรทผลตจากเทอร โมพลาสตกอลาสโตเมอรมความเสยหายทางกายภาพมากกวาลกถวยฉนวนพอลเมอรทท าจากยางซลโคน สงเกตไดจากการเปรยบเทยบคณสมบตผวหยดน าลนทจ าแนกตามมาตรฐานของ STRI [15,16] ดงแสดงในภาพท 7

ภาพท 7 ลกษณะตวอยางของคณสมบตผวหยดน าลนทจ าแนกตามมาตรฐานของ STRI HC 1-HC 6 (ระดบ HC 7 มลกษณะ เปนฟลมน าทวบรเวณพนผว) (Li, C., Huang, X., and Zhao, L., 2008)

เมอสงปนเปอนสะสมอยบรเวณพนผวฉนวน

ยางซล โคนมปรมาณ เพ มขนจะท าให ค าความตานทานต าลงสงผลใหเกดความเครยดทางไฟฟาสงจงท าใหเกดโคโรนาดสชารจและมขนาดของกระแสรวไหลมากเปนระยะเวลานานยอมตองเกดการเสอมสภาพของฉนวนยางซลโคน

เนองจากสภาวะอณหภมความรอนทเกดขนจากผลการดสชารจทางไฟฟา และสภาวะแวดลอมทใชงานมความสอดคลองกบสาเหตกระบวนการเสอมอายของยางซลโคน

กระบวนการเสอมสภาพของฉนวนไดแสดงไวในภาพท 6

การศกษาและทดสอบการเสอมอายของลกถวยฉนวนยางซลโคนเพอประเมนอายการใชงาน พบวากระแสรวไหลทเกดขนมคาสงอยท 0.5 – 2 มลลแอมป โดยบางครงถามการเกดดสชารจขนบนผวฉนวนกระแสรวไหลจะมคาสง 7 – 16 มลลแอมป เมอเทยบกบลกถวยฉนวนยางซลโคนทยงไมผานการใช งาน ก ระแ ส ร ว ไห ล จ ะม ค า อ ย ท 0.1 – 0.4 มลลแอมป และผลจากการสองกลองจลทรรศนอเลกตรอนท าใหสามารถมองเหนการกดกรอนและรองผวเสอมสภาพจากวาบไฟตามผวไดอยางชดเจน (Cho, H-G., Han, S-W., and Lee, U-Y., 2002)

ปจจยหลกทท าให เกดการเสอมสภาพของฉนวนเกดจากความเครยดของสภาวะแวดลอมและความเครยดทางไฟฟา (Kim, J., Park, C., Jung, Y., and Song, I., 2008) จ า ก ก า ร ศ ก ษ า ก า รเปลยนแปลงทางกายภาพและการเปลยนแปลงทางเคมของลกถวยฉนวนยางซลโคน พบวาผลกระทบจากแสงอลตราไวโอเลต ความชน ความเครยดทางไฟฟา อณหภม และหมอกไอเกลอ เปนสาเหตท าใหลกถวยฉนวนยางซลโคนเสอมสภาพการใชงานไวขน (Amin, M., Akbar, M., and Matsuoka, R., 2006)

การทดสอบลกษณะเสอมสภาพฉนวนกบดกเสรจ

ส าหรบการออกแบบไดค านงถงความแขงแรงทางดานโครงสรางและความปลอดภยในการใชงานระหวางทดสอบ แตทงน ทดสอบตองอางองโดยอาศยมาตรฐาน IEC 61109 (IEC 61109., 1992) จงไดออกแบบหองทดสอบมปรมาตร 9 ลบ.ม. ( ในมาตรฐานระบไวไมเกน 10 ลบ.ม.) ซงลกษณะหองทใชทดสอบดงแสดงในภาพท 8 ภายในหองทดสอบตดต งกบดกเสรจฟาผา 2 ตว ส าหรบใชในการทดสอบดวย

ภาพท 8 แบบจ าลองหองทดสอบกบดกเสรจ

ตารางท 1 รอบการทดสอบลกษณะเสอมสภาพฉนวนของกบดกเสรจฟาผาดวยการจ าลองสภาวะความเครยดทหลากหลาย ตามขอก าหนดมาตรฐาน IEC 60099-4

ภาพท 9 แผนผงการทดสอบลกษณะเสอมสภาพฉนวนของกบดกเสรจ

ส าหรบวธด าเนนการทดสอบเปนการจ าลองสภาวะ ความเครยดทหลากหลายตามการตดตงในการใชงานจรง โดยอางองตามขอก าหนดมาตรฐาน IEC 60099-4 ในการทดสอบน ได จ าลองสภาพ แวดลอมตางๆ ประกอบไปดวย แสงอลตราไวโอเลต ความรอน ฝน หมอกไอสะอาด หมอกไอเกลอและจายแรงดนไฟฟากระแสสลบทดสอบขนาด 17.96 กโลโวลต ซงเปนแรงดนเฟสของระบบ 22 กโลโวลต ตามแผนผงการทดสอบในรปท 9 เรมจากตดตงกบดกเสรจในหองทดสอบเรยบรอยแลวจงผสมเกลอโซเดยมคลอไรดลงในถงทเตรยมไวตามความเขมขน

ทก าหนดจากนนเปดเครองควบคมเวลาโดยจะท างานตามชวงเวลาทก าหนดในแตละสถานะใน 24 ชวโมง หรอ 1 รอบการทดสอบดงแสดงในตารางท 1 จะท างานวนไปเรอย ๆ จนครบ 1000 ชวโมง โดยระหวางทดสอบมการเฝาสงเกตการณ ท าการบนทกคากระแสรวไหล อณหภมภายในหองทดสอบ ความชนในหองทดสอบ และถายภาพความรอน ทก 1 ชวโมง เมอท าการทดสอบครบตามเวลาทก าหนด น าผลท ได จ ากการทดสอบ ไปว เค ราะห แล ะเปรยบเทยบ

ตารางท 2 ขอก าหนดในการทดสอบลกษณะเสอมสภาพฉนวน

ขอก าหนดตามมาตรฐาน การทดสอบจรง ขนาดหองทดสอบ 9 ลบ.ม. ระยะเวลาในการทดสอบ 1000 ชวโมง แรงดนทใชทดสอบ 17.96 กโลโวลต อตราการไหลของน าในการสรางหมอก 0.5 ลตร / ลบ.ม. / ชวโมง ความเขมขนของน าเกลอ 7 กโลกรม /1000 ลตร ขนาดของละอองหมอก 8 3 อณหภม อณหภมหอง อณหภมสงสดในการทดสอบ 45-55 องศาเซลเซยส

ผลการทดสอบ 1. ลกษณะการเปลยนแปลงผวหยดน าลน

หลงจากการทดสอบลกษณะเสอมสภาพฉนวนยางซลโคนของกบดกเสรจฟาผาเปนเวลา 1,000 ชวโมง

การจ าแนกคณสมบตผวหยดน าลนบนพนผวฉนวนยางซลโคนโดยจะเปรยบเทยบระหวางฉนวนยางซลโคนทผานการทดสอบและยงไมผานการทดสอบลกษณะการเปลยนแปลงผวหยดน าลน

ภาพท 10 ลกษณะการเปลยนแปลงผวหยดน าลนของกบดกเสรจฉนวนยางซลโคนทใชทดสอบ

การเปรยบเทยบลกษณะการเปลยนแปลงพนผวหยดน าของฉนวนยางซลโคนไดแบงออกเปน 4 ชวง ในรป (a) เปนลกษณะผวหยดน าของกบดกเสรจฉนวนยางซลโคนกอนทดสอบซงมคณสมบตผวหยดน าลนทยงไมมการเปลยนแปลงจงอยในชวง HC1 คอพนผวจะไมชอบน าอยางสมบรณ เมอเรมการทดสอบฉนวนยางซลโคนดวยการจ าลองสภาวะความเครยดตาง ๆ ตามการตดตงใชงานจรง ชวงระยะเวลา 300 ชวโมง ด งแสดงในรป (b) จากการส งเกตและเปรยบเทยบกบตวอยางลกษณะพนผวหยดน าลนของฉนวนยางซลโคนจะเรมเปลยนแปลงอยในชวง HC2 ถง HC3 คณสมบตหยดน าลนจะคอย ๆ ลดลงอยางชาๆ และเมอผานการทดสอบชวงระยะเวลา

600 ชวโมง ดงแสดงในรป (c) พบวาพนผวหยดน าลนมการเปลยนแปลงอยางชดเจนเมอเทยบกบกอน ทดสอบซงอยในชวง HC4 ถง HC5 แตยงอยในเกณฑทสามารถยอมรบได หลงจากการทดสอบฉนวนยางซล โคน เป นระยะ เวลาครบ 1,000 ช ว โมงแล ว ล กษณ ะพ น ผ วหยดน าล นของฉนวน เก ดการเปลยนแปลงอยในชวง HC6 พนผวฉนวนยางซลโคนเสอมสภาพคณสมบต หยดน าลนลดลงอยางชดเจนสามารถเปยกน าได งาย ดงแสดงในรป (d) โดยลกษณะการเปลยนแปลงพนผวหยดน าของกบดกเสรจฉนวนยางซลโคนทง 4 ชวงไดไวในรปท 10

ตารางท 3 ตวอยางปรมาณกระแสรวไหลในแตละสปดาห

เวลา/ชวโมง กระแสรวไหลในแตละสปดาห (มลลแอมป)

จ านวนสปดาหททดสอบ 1 2 3 4 5 6

1 0.01 0.01 0.06 0.08 0.09 0.14 2 0.01 0.02 0.07 0.08 0.08 0.15 3 0.02 0.02 0.1 0.07 0.12 0.16 4 0.02 0.02 0.17 0.09 0.17 0.14 5 0.02 0.02 0.08 0.08 0.15 0.15 6 0.02 0.02 0.08 0.12 0.14 0.15 7 0.01 0.02 0.15 0.11 0.16 0.24 8 0.01 0.02 0.18 0.15 0.16 0.22 9 0.02 0.03 0.19 0.16 0.16 0.24 10 0.03 0.03 0.19 0.16 0.17 0.21 11 0.02 0.02 0.19 0.04 0.18 0.09 12 0.02 0.02 0.16 0.04 0.06 0.11 13 0.02 0.02 0.15 0.05 0.06 0.11 14 0.01 0.01 0.15 0.05 0.07 0.12 15 0.03 0.02 0.14 0.05 0.07 0.14 16 0.02 0.01 0.15 0.06 0.09 0.2 17 0.01 0.01 0.14 0.11 0.14 0.23 18 0.02 0.01 0.14 0.16 0.17 0.18 19 0.01 0.03 0.14 0.07 0.14 0.17

20 0.03 0.02 0.14 0.15 0.16 0.18 21 0.02 0.01 0.15 0.15 0.08 0.2 22 0.01 0.01 0.05 0.04 0.06 0.19 23 0.01 0.01 0.04 0.04 0.09 0.19 24 0.01 0.01 0.02 0.05 0.08 0.2

2. การวดคากระแสรวไหลของกบดกเสรจฟาผา ในการวจยนเปนการจ าลองสภาวะแวดลอมตาง ๆ ของ กบดกเสรจฟาผาทตดตงตามการใชงานจรงโดยทดสอบดวยแรงดนไฟฟากระแสสลบทระดบ 17.96 ก โลโวลต ในขณ ะท ทดสอบไดม การวด ปรมาณกระแสรวไหลทผานกบดกเสรจฟาผาลงสพ น ด น และบ นท กผล ในท ก ๆ ช ว โม ง ตลอดระยะเวลาทดสอบ ดงแสดงในตารางกระแสรวไหล

ผลจากการทดสอบพบวาเมอเรมทดสอบกบดกเสรจ มปรมาณกระแสรวไหลอยนอยมาก แตเมอไดรบผลกระทบจากการทดสอบดวยสภาวะความเครยดตาง ๆ และแรงดนไฟฟาทดสอบทปอนให เปนเวลานานจะเหนวามปรมาณกระแสรวไหลของกบดกเสรจจะเพมขนตามระยะเวลา สามารถสงเกตไดจากเสนกราฟแนวโนมของกระแสรวไหลดงแสดงในภาพท 11

ภาพท 11 กราฟแสดงปรมาณกระแสรวไหล

3. การตรวจวดความรอนของกบดกเสรจทใชทดสอบ

การถายภาพความรอนจะมองไมเหนภาพจรง แตมนจะจบพลงงานรงสอนฟราเรดทถายทอดออกมาจากวตถไปสสงแวดลอมและสรางภาพแถบสทวตถทรอนกวาจะแสดงสสวางและวตถทเยนกวาจะ

แสดงสมดกวา พฤตกรรมคลายกบแสงสวางทมองเหนซ งสามารถสะทอนหก เห ดดซบ และเปลงแสง ซงการทดสอบไดถายภาพความรอนโดยใชกลองถายภาพความรอน ยหอ FLUKE รน Ti30 ถายภาพตงแตเรมทดสอบไปจนถงหลงการทดสอบ

ภาพท 12 ภาพถายความรอนของกบดกเสรจขณะเรมทดสอบ จากภาพท 12 ขณะทเรมทดสอบกบดกเสรจยงมอณหภมความรอนทต าอยจงยงไมสงผลกระทบตอพนผวฉนวนและเกดการเปลยนแปลงของกบดกเสรจ แตเมอเวลาทดสอบมากขนจงเกดการสะสมของสงปนเปอนบรเวณปกและล าตวของ กบดกเสรจสงผลใหพลงงานความรอนทสะสมมอณหภมสงขน ดงแสดงในภาพท 13 เปนผลกระทบจาก ก ารท ด ส อบ ด วย ส ภ าวะค วาม เค ร ย ด ทหลากหลายและหมอกไอเกลอท า ให เก ดการเสอมสภาพฉนวนของกบดกเสรจ ถาความคงทนตอ

ความเปนฉนวนของอากาศบรเวณนนมคานอยกวาความเขมของสนามไฟฟาทตกครอมแถบแหงจะเกดเบรกดาวนของอากาศครอมแถบแหงขน จงเปนผลท าใหเกดอารคแถบแหงและโคโรนาดสชารจขน ถาบรเวณพนทแถบแหงหลาย สวนอย ใกลกนแลวโอกาสทจะเกดการวาบไฟตามผวฉนวนยางซลโคนจงมมากขนตามไปดวย การเกดวาบไฟตามผวตกครอมตลอดผวฉนวนสงผลใหพนทบรเวณนนมความรอนสงขนจงเกดเปนรองผวเสอมสภาพ

ภาพท 13 ภาพถายความรอนของกบดกเสรจผานการทดสอบครบ 1,000 ชวโมง

4. การตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคของฉนวนยางซลโคนทผานการทดสอบ

กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscopy: SEM) เ ป นอปกรณทใชส าหรบวเคราะหโครงสรางและสมบต

ทางกายภาพทผวของวสด ใชล าแสงอเลกตรอนฉายกราดไปยงพนผวของชนงานทตองการทดสอบ ในการทดสอบไดน าชนสวนตวอยางของฉนวนยางซลโคนทยงไมผานการใชงานและผานการทดสอบดวยแรงดนไฟฟ าพรอมกบการจ าลองสภาวะแวดลอมตาง ๆ ตามการตดต งใชงานจรง เพ อถายภาพจากกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด

จากภาพถายพนผวยางซลโคนเมอเปรยบเทยบผลของภาพถายจากกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบ

สองกราดระหวางฉนวนยางซลโคนใหมทยงไมผานการใชงานหรอทดสอบใด ๆ กบฉนวนยางซลโคนทผานการทดสอบพบวา ฉนวนยางซลโคนทยงไมผานการทดสอบดงรปท 14 จะมพนผวทคอนขางเรยบ สงเกตไดจากจดเลก ๆ ทมสขาวบนผวฉนวนอยางทวถงเรยกวาสารเตมแตงซงเปนสารท เตมเขาไปเสรมแรงยางซลโคนเพอปรบปรงคณสมบตทางกายภาพ โดยสามารถเพมคาความตานทานของแรงดง แรงฉกขาด และคาความตานทานการถกกดกรอนของฉนวนยางซลโคน

ภาพท 14 ภาพถายพนผวฉนวนยางซลโคนกอนการทดสอบ

แตในทางตรงกนขามฉนวนยางซลโคนทไดผานการทดสอบการเสอมสภาพฉนวนยางซลโคนแลวพบวาสารเตมแตงไดลดลงและยงมรอยของการผกรอนบนผวฉนวนเกดขน ดงทไดแสดงในรปท 15 และรปท 16 ผลจากการภาพถายแสดงให เหนลกษณะของการกดกรอนบนผวฉนวนยางซลโคนทผานการทดสอบ รองรอยท เกดขนนนเนองจากสภาวะความเครยดทางไฟฟาทใชในขณะททดสอบและผลกระทบของการทนตอสภาวะแวดลอมตาง ๆทไดจ าลองขนซงประกอบไปดวย แสงอลตราไวโอ เลต ความรอน ฝน หมอกไอสะอาด หมอกไอเกลอ อยางตอเนองเปนเวลานานท าใหเกดการสะสม เมอยงระยะเวลาการทดสอบมากขนสงปนเปอนจะสะสม

เพมขน รองรอยการกดกรอนกจะเพมขน โดยเฉพาะบรเวณทเกดอารกแถบแหงจะเหนรองรอยของการเสอมสภาพของฉนวนยางซลโคนได เปนอยางด เนองจากฉนวนพอลเมอรท าจากสารอนทรย ซงการเปลยนแปลงคณสมบตตาง ๆ เหลานท าใหเกดการเปลยนแปลงทางกายภาพ การเปลยนแปลงทางเคม เชน เกดการกดกรอน การเกดตวของพอลเมอร การเปลยนแปลงคณสมบตหยดน าลน เปนตน ซงการเปลยนแปลงเหลานจะน าไปสปญหาการขดของของระบบไฟฟา (V.Podporkin Georgij, Yu Enkin Evgeniy, S, Kalakutsky Evgeniy, E. Pilshikov Vladimir and D. Sivaev Alexander, 2011)

(a) (b)

ภาพท 15 ภาพถายพนผวยางซลโคนผานการทดสอบ 500 ชวโมง (a) ปกเลก (b) ปกใหญ

(a) ( b)

รปท 16 ภาพถายพนผวยางซลโคนผานการทดสอบ 1000 ชวโมง (a) ปกเลก ( b) ปกใหญ

สรปผลการทดลอง จ าก ก า รศ ก ษ าแ ล ะ ว เค ร าะ ห ล ก ษ ณ ะ

เสอมสภาพฉนวนของ กบดกเสรจฟาผ าชนดออกไซดโลหะไมมชองวางในระบบ 22 กโลโวลต ในสภาวะหมอกไอเกลอและสภาพแวดลอมตางๆ ฉนวนซลโคนทไมผานการทดสอบเปรยบเทยบกบฉนวนซลโคนทผานการทดสอบ พบวาระหวางทดสอบมการลดลงของคณสมบตผวหยดน าลนแตยงอยในเกณฑทสามารถยอมรบไดเพราะยงไมเปนฟลมน าแต

เมอทดสอบเสรจพบวาคณสมบตหยดน าลนลดลงอยางชดเจนพนผวฉนวนยางซลโคนสามารถเปยกน าไดงาย

ผลจากการวดปรมาณกระแสรวไหลพบวากบดกเสรจทไดรบสภาวะความเครยดและแรงดนไฟฟาทจายใหตลอดเวลาเปนเวลานานมปรมาณกระแสรวไหลสงขน นอกจากน ไดน าชนสวนตวอยางของฉนวนซล โคนไปถายภาพโดยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด พบวามรองรอยของการผ

กรอนบนพนผวฉนวนซงเปนสาเหตทท าใหฉนวนยางซลโคนเกดการสญเสยคณสมบตผวหยดน าลนและน าไปสการเสอมสภาพฉนวนยางซลโคนของกบดกเสรจ

เอกสารอางอง ธนวฒน ฉลาดสกล. (2552). คณะวศวกรรม ศาสตร

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร. Technology Electrical & Electro nics. Vol.36, 206.

ส ารวย สงขสะอาด. (2549). หนงสอวศวกรไฟฟาแรงสง. ภาควชาวศวกรรมไฟฟา. คณะวศวกรรมศาสตร. จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

A. G. Kanashiro, M. Zanotti Jr, P. F. Obase and W. R. Bacega. (2011). Diag nostic of Silicon Carbide Surge Arresters using Leakage Current Measurement. IEEE Latin America Trans actions. 9, 761-766.

A. Haddad and D. Warne. (2004). Advances in High Voltage Engineering. MPG Books Limited. Bodmin, Cornwall. UK.

Abhinay, K.M. Kiran and B. Ravikumar. (2012). Investigation of Transient and Temporary Overvoltages in a Wind Farm. the Power System Technology (POWER CON2012). Auckland. NewZealand .

Amin, M., Akbar, M., and Matsuoka, R. (2006). Effect of UV-radiation, temperature and salt fog on polymeric insulators. Conference on Properties and applications of Dielectric Materials.

Amin, S. Amin, M, and Sundrarajan, R. (2008). Comparative multi stress aging of thermoplastic elastomeric and silicone rubber insulators in Pakistan Conference on Electrical Insulation Dielectric Phenomena, 293-296.

C.A. Christodoulou, L.Ekonomoi, A.U. Mitropoulou, V.Vita and I.A.Stathopulos. (2010). Surge Arrester Circuit Models review and their application to a Hellenic 150 kV Transmission line. Simulation Modelling Practice and Theory 18, 836-849.

Cho, H-G., Han, S-W., and Lee, U-Y. (2002). Multi aging test technology for estimating long time performance of polymer insulators. Conference on Properties and Applications of Dielectric Phenomena, 232-236.

IEC 60099-4. Edition, 2.1. (2006-7). International Electro technical Commis sion. Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems.

IEC 61109. (1992). International Electrotechnical Commission. Composite insulators for a.c. overhead lines with a nominal voltage greater than 1000 V Definitions test methods and acceptance criteria.

IEEE C62.1. (1989). IEEE Standard for Gapped Silicon-Carbide Surge Arresters for AC Power Circuits. IEEE Power Engineering Society.

IEEE Std. C62.11. (2005). IEEE Standard for Metal Oxide Surge Arresters for AC Power Circuits (>1 kV). IEEE Power Engineering Society.

Khan, Y. Z., Al-Arainy, A. A., Malik, N. H., and Qureshi, M. I. (2006). Effect of thermo-electrical stresses and ultra-violet radiation on polymeric insulators. King Saud University.

Kim, J., Park, C., Jung, Y., and Song, I. (2008). An investigation of aging characteristics of polymer housed distribution surge arrester by accelerated aging test. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena.

Li, C., Huang, X., and Zhao, L. (2008). Image analysis on the surface hydrophobicity of polluted silicone rubber insulators. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis.

Sundararajan, R., Soundarajan, E., Mohammed, A., and Graves, J. (2006). Multistress accelerated aging of polymer housed surge arrester under simulated coastal Florida conditions. IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation. 13(1), 211-226.

V.Podporkin Georgij, Yu Enkin Evgeniy, S, Kalakutsky Evgeniy, E. Pilshikov Vladimir, and D. Sivaev Alexander. (2011). Overhead Lines Lightning Protection by Multi-Chamber Arresters and Insulator-Arresters. IEEE Trans. On Power Del. 26, 214-221.

V.Vita, A.D. Mitropoulou, L. Ekonomou, S. Panetsos and I.A. Stathopulos. (2010). Comparision of metal Oxide surgearres ters circuit model and implementation on high voltage transmission lines of the Hellenic network. IET Generation, Trans mission & Distribution 4, 846-853.

W. Payakcho, J. Grasaesom, S. Thong-om and B.Marungsri. (2011). Artificalaccelerated aging test of silicone rubber housing material for lightning arrester. World academy of science engineering and technology, 80.

การศกษาหาสภาวะทเหมาะสมและสรางชดตนแบบ การผลตนามนไบโอดเซลจากนามนไสปลาดวยกระบวนการทางเคมไฟฟา The Study of Optimum Conditions and Biodiesel Production

from FishGut Oil Modrl Mamu Facturing by Electrochemical Process

วรนธร กาตบ1, วศน วงคปนตา2, เพลน จนทรสยะ3 และ จรพฒนพงษ เสนาบตร4* Warunthon Katib1, Wasin Wongpinta2, Plearn Jansuya3 and Jirapatpong Senabut4*

1,2,3 สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 4 อาจารยทปรกษาโครงงาน คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลยการเกษตร, มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1,2,3 Electrical Engineering Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Rai. 4 Applied Materials Chemistry and Energy Technology Research (AMCET) Faculty of Agricultural Sciences and Technology, Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Rai. *Corresponding Author. E-mail: jirapatpong.amcet@gmail.com

บทคดยอ โครงการนเปนการศกษาหาสภาวะทเหมาะสม และสรางชดตนแบบการผลตนามนไบโอดเซลจากนามนไสปลาดวยกระบวนการทางเคมไฟฟา โดยทาการศกษาอทธพลของตวแปรทมผลตอรอยละผลได รอยละเมทลเอสเทอร และสมบตของไบโอดเซลทได โดยไดเลอกตวแปรทนามาใชในการศกษาในการผลตประกอบดวย 4 ตวแปรคอ อตราสวนโดยโมลเมทานอลตอนามนปาลมโอเลอก เตตระไฮโดรฟลแลน โซเดยมคลอไรด และระยะเวลาในการทาปฏกรยา โดยมขอบเขตของแตละตวแปรดงน อตราสวนโดยโมลนามนตอเมทานอล 1:6, 1:12 และ 1:18 เตตระไฮโดรฟลแลน 0.1, 0.3 และ 0.5 โมลตอลตร และโซเดยมคลอไรด 0.3, 0.6 และ 0.9 เปอรเซนตโดยนาหนก ทระยะเวลาในการทาปฏกรยา 60 นาท อณหภม 60 องศาเซลเซยสและศกยไฟฟา 20.0 โวลต จากการศกษาหาสภาวะทเหมาะสมและสรางชดตนแบบการผลตนามนไบโอดเซลจากนามนไสปลาดวยกระบวนการทางเคมไฟฟา อตราสวนโดยโมลนามนตอเมทานอล 1:18 เตตระไฮโดรฟลแลน 0.5 โมลตอลตร โซเดยมคลอไรด 0.3 เปอรเซนตโดยนาหนก ทอณหภม 60 องศาเซลเซยส และเวลาในการทาปฏกรยา 1 ชวโมง ไดปรมาณนามนสงสด 80 เปอรเซนตโดยนาหนก โดยไบโอดเซลทผลตไดมสมบตทางเชอเพลงอยในสวนกาหนดของมาตรฐานไบโอดเซล ซงการผลตไบโอดเซลโดยใชเทคนคทางเคมไฟฟาจากนามนไสปลามกระบวนการทไมซบซอนและไมตองใชตวเรงปฏกรยาในการผลต

คาสาคญ: อณหภม, อตราสวนสารเคม, เวลา, และแรงดนไฟฟากระแสตรง

Abstract The thesis is a study of biodiesel production by electrochemical technique from fish gut oil. The effect of the parameters on biodiesel propeties was studied. Four parameters , molar ratio of fish gut oil to methanol, Tetrahydrofuran (THF), Sodium Chloride (NaCl) and reaction time were carried out. The range of each selected variable was as follows: molar ratio of oleic palm oil to methanol 1:6, 1:12 and 1:18, Tetrahydrofuran (THF) 0.1, 0.3 and 0.5 Sodium and Chloride (NaCl) 0.3, 0.6 and 0.9 %wt and reaction time 1 hr at constant temperature 60o C and electric potential 20.0 Volt. The results showed that the optimal conditions for were molar ratio of fish gut oil to methanol 1:18 , Tetrahydrofuran (THF) 0.5 mol/lit ,Sodium Chloride (NaCl) 0.3 %wt optimum temperature at 60o C and the highest methyl ester as 80.21 %wt and 120 reaction time. The fuel property of biodiesel production by electrochemical technique from oleic palm oil was shown that the process is simple and not using catalyst.

Keywords: Temperature, chemicals ratios, timing, and DC voltage.

บทนา ในชวตปจจบนตองพงแหลงพลงงานและนามนปโตรเลยม ของพลงงานทตองการใชโดยเฉพาะการใชนามนเบนซนและนามนดเซลกบยานพาหนะ ดวยเหตนจงทาใหเกดความพยายามคนหาพลงงานอยางอนมาทดแทนเพอเปนทางเลอกใหม จงมความพยายามในการพฒนาการผลตและใชประโยชนพลงงานทดแทน มความจาเปนทหลกเลยงไมไดทจะตองหาพลงงานทดแทนนามนซงเปนพลงงานหลกของโลกใชในการขบเคลอนเครองจกรและเครองยนต พลงงานชนดใหมทไดเรมนามาใชกนในปจจบน เชอเพลงชวภาพมาใชกนมาก คอ ไบโอดเซล (Biodiesel) ซงใชไดกบเครองยนตดเซล (พลงงาน และทางเลอกการใชเชอเพลงของประเทศไทย, 2542) ผวจยจงทาการศกษาเทคนคทางเคมไฟฟาในการผลตนามนไบโอดเซล ซงเปนกระบวนการทมจดเดนทสามารถสงเคราะหไบโอดเซลโดยไมใชตวเรงปฏกรยา อกทงลดขนตอนในการผลตนามนไบโอดเซลเวลาในการผลต เนองจากการผลตนามนไบโอดเซลทมการผลตในปจจบนเปนขบวนการทซบซอนใชสารเคมเวลาในการผลตทมตนทนทคอนขางสง จงไดมความสนใจทจะทาการศกษาการผลตนามนไบโอดเซลดวยกระบวนการทางไฟฟาดวยการศกษาสภาวะทเหมาะสมของแรงดนทางไฟฟาการใชชนดขวไฟฟาอตราสวนของสารเคมทเหมาะสมเพอเปนแนวทางในการเลอกใชการผลตนามนไบโอดเซลจากนามนไสปลาอกทางเลอกหนงและเปนการพฒนาชดตนแบบของเครองผลตในระดบหองปฏบตการตอไป

วตถประสงค 1. เพอศกษาหาสภาวะทเหมาะสมของการผลตนามน ไบโอดเซลจากนามนไสปลาดวยกระบวนการทางเคมไฟฟา 2. เพอพฒนาชดตนแบบการผลตนามนไบโอดเซลจากไสปลาดวยขบวนการทางเคมไฟฟาและเทคนค

แนวคด ทฤษฏทเกยวของ 1. นามนไบโอดเซล (Biodiesel) หมายถง นามนเชอเพลงชนดหนงทไดจากนามนพช ไขมนสตว ทใชแลวไปผานกระบวนการทรานเอสเทอรฟเคชน (Tranesterification) โดยการเตมแอลกอฮอล เชนเมทานอล, เอทานอล และตวเรงปฏกรยา เชนโซเดยมไฮดรอกไซด หรอโปตสเซยมไฮดรอกไซดเพอเปลยนโครงสรางนามนจาก Triglyceride ใหเปน โมโนอลคลเอสเตอร (Mono alkyl ester) ของกรดไขมนไดแก เมทลเอสเตอรของกรดไขมน (Fatty acid methyl ester: FAMES) หรอเอทลเอสเตอรของกรดไขมน (Fatty acid ethyl ester) และไดกลเซอรน (Glycerine) เปนผลตภณฑพลอยได เนองจากเมทลเอสเตอรของกรดไขมนทไดนมลกษณะคลายนามนดเซลดงนนจงเรยกเมทลเอสเตอรของกรดไขมนนวา ไบโอดเซล 2. อเลกโทรไลซส (Electrolysis) คอใ ชกระบวนการผ านกระแสไฟฟา จากภายนอกเขาไปใน สารละลายอเลกโทรไลตแลวทาใหเกดปฏกรยาเคม ตวอยาง เชน อเลกโตรลซม และการชบกระบวนการทผานกระแสไฟฟาทาใหเกดปฏกรยาทางเคม เครองมอทใชแยกสารละลายดวยไฟฟา เรยกวาเซลลอเลกโตรไลต หรอ อเลกโทรไลซส แสดงดงรปท 1

ภาพท 1 ชดจาลองอเลกโทรไลซส (electrolysis)

3. พฒนาการผลตนามน (งานวจยทเกยวของ) 1. วชาเคม เซลลอเลกโทรไลต การแยกนาดวยกระแสไฟฟากระทรวงศกษาธการ และคณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย 2556 (จกรพงศ ไชยบร, 2556) 2. นางสาวทฆมพร ทบวธร และนางสาวศทธ-หทย สมทธภนนท การศกษาการผลตไบโอดเซลโดยเทคนคทางเคมไฟฟา ปาลมโอเลอก ศกยไฟฟา 20 โวลต อตราสวนโดยโมลนามนตอเมทานอล 1:18 เตตระไฮโดรฟลแลน 0.5 โมลตอลตร โซเดยมคลอไรด 0.3 เปอรเซนตโดยนาหนก ทอณหภม 60 องศาเซลเซยส และเวลาในการทาปฏกรยา 120 นาท 2554 (สนทร แสงสอง , 2556) 3. วฒนา บวภม การใชพลงงานแสงอาทตยชวยในการผลตไบโอดเซล, อปกรณแลกเปลยนความรอนเพอเพมอณหภมของนามนปาลมท 60 องศาเซลเซยส ซงพบวาปฏกรยาทรานสเอสเทอรรฟเคชนสามารถเกดไดทอณหภม 50 ถง 60 องศาเซลเซยส วทยานพนธปรญญาวทยาศาสตร มหาบณฑ ต สาขาวชาเทคโนโลยพลงงาน มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร 2550 (วระชยเลศสถาพรสข , รตนชยไพรนทร และ คณต กฤษณงกร, 2549)

4. วธการวจย ทาการศกษาหาสภาวะทเหมาะสมและสรางชดตนแบบการผลตนามนไบโอดเซลจากนามนไสปลาดวยกระบวน การทางเคมไฟฟาโดยวาวตถดบในการผลตนามนไบโอดเซลไดมาจากไสปลาทเปนของเสย จากกระบวนการผลตปลาสงออกในเขตบร เวณพนท อาเภอพาน จงหวดเชยงราย เนองจากปลาในพนทมการเพาะพนธปลานลในการสงออกขายในเขตพนทภาคเหนอทาใหเกดอตสาหกรรมปลาทจะตองสงออกใหทนตอการบรโภค เนองจากวาในการทาความสะอาดปลามกมของเสยจากการทาความสะอาด ไดแก เครองในปลา ซงโดยสวนมากเปนไสปลา และสงกลนเหมนรบกวนวจยจงมแนวคด ทจะนาไสปลาทเปนของเหลอทงจากกระบวนการผลตเปนนามนไบโอดเซล ใหใกลเคยงมาตรฐานตามคณภาพนามนไบโอดเซลมาทาการเคยวเปนนามนดบจากนนจงหาสภาวะทเหมาะสมในการผลตนามนไบโอดเซลจากไสปลา 1. ปจจยในการศกษาหาสภาวะทเหมาะสมในการผลตนามนไบโอดเซลจากไสปลา กาหนดปจจยทใชในการศกษาเพอหาสภาวะทเหมาะสมในการผลตนามนไบโอดเซล ไดแก อณหภม อตราสวนสารเคม เวลา และแรงดนไฟฟา แสดงดง ตารางท 1

ตารางท 1 การศกษาปจจยทใชในการผลตนามนไบโอดเซลจากไสปลา อตราสวน

นามน : Methyl Tetrahydrofuran

(mol/dm3) Sodium chloride

(g) อณหภม

(°C) ศกยไฟฟา

(V) เวลา (hrs.)

1:6 0.1 0.3 50 10 1, 1.5, 2 60 15 1, 1.5, 2 70 20 1, 1.5, 2

1:12 0.3 0.6 50 10 1, 1.5, 2 60 15 1, 1.5, 2 70 20 1, 1.5, 2

1:18 0.5 0.9 50 10 1, 1.5, 2 60 15 1, 1.5, 2 70 20 1, 1.5, 2

2. กระบวนการผลต

ภาพท 2 กระบวนการผลตนามนไบโอดเซลจากไสปลา

3. ขนตอนการทดลอง เตรยมนามนทสกดจากไสปลา และเมทลเอสเตอรตามอตราสวนโดยโมลระหวางนามนตอเมทลเอสเตอร 1:6, 1:12 และ 1:18 ทแรงดนไฟฟา 10, 15 และ 20 โวลต โดยใชขวไฟฟาทงสองขว เปนอลมเนยมมขนาดเสนผานศนยกลาง 6.35 มลลเมตร อณหภมท 50, 60 และ 70 องศาเซลเซยส ระยะ

เวลาในการทาปฎกรยา 1, 1.5 และ 2 ชวโมงเมอสาร ละลาย เกดการแยก ชนท ไ ด จากปฏก ร ย าผ า นกระบวนการลางจานวน 3 ครง จนไดนามนไบโอดเซล แสดงดงรปท 3 ชดทดลองการผลตนามนไบโอดเซลจากไสปลา และรปท 4 การผลตนามนตามปจจยการทดลอง ดงตารางท 1

ภาพท 3 เกดปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชน

3.4 นามนททดลองในแตละอตราสวน

(ก) (ข) (ค) ภาพท 4 การทดลองแตละอตราสวน

(ก) อตราสวน 1:6, (ข) อตราสวน 1:12, (ค) อตราสวน 1:18

ผลการวจย อตราสวนระหวางนามนตอแอลกอฮอลมผลตอปรมาณผลผลตนามนไบโอดเซลจากกระบวนการทางเคมไฟฟาทอตราสวน 1:6, 1:12 และ 1:18 โดยมปจจยทมผลตอการผลตนามนไบโอดเซล ไดแก แรงดน , อณหภม และอตราสวนของสารในการทาปฎกรยา จากผลการทดลอง พบวา อตราสวน 1:18 ไดผลตนามนไบโอดเซลสงสดเทากบ 67เปอรเซนโดยนาหนก

รองลงมาคออตราสวน 1:12 ไดผลตนามนไบโอดเซล 52 เปอรเซนโดยนาหนกโดยอตราสวนมโซเดยมคลอไรด ความเขมขน 0.6 เปอรเซนโดยนาหนก ใชในการแตกตวของไอออนมปรมาณเตตระไฮโดรฟลแลน 0.5 โมลตอลตร เปนตวทาละลายรวม แสดงผลการทดลองในรปท 5

1. การผลตนามนตอแรงดนและอตราสวน

ภาพท 5 การผลตนามนไบโอดเซลตามและอตราสวน

0

20

40

60

80

100

10 15 20

ปรมา

ณนาม

นในก

ารผล

ต(%

wt)

แรงดน (V)

อตราสวน 1:6

อตราสวน 1:12

อตราสวน 1:18

จากผลของแรงดนไฟฟาท 10 โวลต ใหผลของปรมาณนามนไบโอดเซลเทากบ 70 เปอรเซนโดยนาหนกและ 20 โวลต 82 เปอรเซนโดยนาหนก ตามลาดบเปนไปไดวา เมอเพมแรงดนไฟฟาใหสงขน

ทาใหตวทาละลายและสารอเลกโตรไลตเกดการชนกน (Collision) กบนามนทาใหปฏกรยาในการเปลยนนามนเปนเมทลเอสเทอรไดสมบรณมากขน อกทงยงชวยเพมการละลายของนามนกบสารละลาย

2. ผลของอณหภมตอปรมาณนามนไบโอดเซล

ภาพท 6 ผลของอณหภมในการผลตนามนไบโอดเซล

จากผลในการผลตนามนไบโอดเซลไดคาเฉลยในกระบวนการผลตแตละอณหภม และอณหภมท 50 องศาเซลเซยส จะไดปรมาณนามนไบโอดเซลมากทสด ตางทอณหภมท 70 องศาเซลเซยส จะไดปรมาณนามนไบโอดเซลทตา เพราะอณหภมมากเกนนนจะ

เรงปฏกรยาทาใหนามนไบโอดเซลเกดฟอง หรอระเหย อยทใชเวลามากนอยเพยงใด ถาเวลาทใชมากการผลตนนจะไดปรมาณนามนออกมาตาตามอณหภม ในคาเฉลยทอณหภม 60 องศา เซลเซยสนจะใชในการผลตนามนไบโอดเซล

3. ปรมาณนามนไบโอดเซลในแตละการทดลอง

ภาพท 7 ปรมาณนามนไบโอดเซล

จากผลของปรมาณนามนแตละการทดลองได ผลผลตของนามนไบโอดเซลสงสด ทแรงดนไฟฟา 10 โวลต ในอตราสวน 1:6 ในการทดลองท 7 ใชอณหภม 50 องศาเซลเซยส และเวลาการทาปฏกรยา 1 ชงโมง

โดยใชปรมาณโซเดยมคลอไรด 0.3 เปอรเซนโดยนาหนกเตตระไฮโดรฟลแลน 0.1โมลตอลตรไดปรมาณนามนไบโอดเซล 86.86 เปอรเซนตโดยนาหนก แตอตราสวนนามนตอเมทานอล 1:18 การทดลองท 7 ได

0

20

40

60

80

100

50 60 70

ปรมา

ณนาม

นในก

ารผล

ต (%

wt)

อณหภม (°C)

อตราสวน 1:6 อตราสวน 1:12 อตราสวน 1:18

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ปรมา

ณนาม

นในก

ารผล

ต (%

wt)

การทดลอง

อตราสวน 1:6 อตราสวน 1:12 อตราสวน 1:18

ปรมาณนามนไบโอดเซล 58.11 เปอรเซนตโดยนาหนก คณสมบตของนามนไบโอดเซลทนามนตอเมทานอล จะมคามากกวาอตราสวน 1:6 ในการ

เปรยบเทยบคณสมบตอตราสวน 1:18 จะมคาผานมาตรฐาน

4. ผลการทดสอบคณสมบตเบองตนของการผลตนามนไบโอดเซล 1) ความถวงจาเพาะ (Specific Gravity)

ภาพท 8 ความถวงจาเพาะ (Specific Gravity)

จากผลทดลองผลตนามนไบโอดเซล พบวามความถวงจาเพาะ (Specific Gravity) ของนามนไบโอดเซลจะอยในชวงท 0.71 ถง 0.90 กรม/ลกบาศกเมตร มคาเฉลยอยท 0.82 กรม/ลกบาศกเมตรเมอทา

การเปรยบเทยบกบคาความถวงจาเพาะมาตรฐานนามนไบโอดเซลมคาอยในชวงระหวาง 0.81 ถง 0.90 กรม/ลกบาศกเมตร

2) จดขน (Cloud point)

ภาพท 9 จดขน (Cloud point)

จากผลทดลอง ผลตนามนไบโอดเซล พบวา ในการทดลองท 1 , 5 และ 7 มคาจดขน (Clound point) ทอณหภม 3 องศาเซลเซยส โดยเปนการทดลองทอตราสวนนามนตอเมทานอลในอตราสวน

1:12 และคาของจดขนทกอตราสวนการทดลองอยในชวง 3 ถง 7 องศาเซลเซยส มคาเฉลยเทากบ 5 องศาเซลเซยส และเมอเทยบกบคาจดขนมาตรฐานนามนไบโอดเซลอยในชวง -3 ถง 12 องศาเซลเซยส

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ความ

ถวงจ

าเพาะ

คาทด

(g/c

m3 )

การทดลอง

อตราสวน1:6

อตราสวน1:12

อตราสวน1:18

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

อณหภ

ม (°C

)

การทดลอง

อตราสวน1:6 อตราสวน1:12 อตราสวน1:18

3) จดวาบไฟ (Flash point)

ภาพท 10 จดวาบไฟ (Flash point)

จากผลทดลองในการทดสอบ จดวาบไฟ (Flash point) กราฟนามนไบโอดเซลทนาการทดสอบมแนวโนมดงลง ในการทดลองท อตราสวน 1:6 จดวาบไฟจะอยในจดวาบทสงมากจะมผลตอการจดระเบด หรอการเผาไหมของหองเครองทสงมผลตอการจดระเบดทนานกวาจดทมจดวาบไฟทตากวา และชวงการทดลองท อตราสวน 1:18 เหนวาจดวาบไฟนนม

จดทตานนแสดงวาการเผาไหมของหองเครองไดไวกวาจดวาบไฟทสง และคาเฉลยของอตราสวน 1:18 ของนามนตอเมทานอลอยท 137 องศาเซลเซยส เมอเปรยบ เทยบกบคามาตรฐานของคณสมบตนามนไบโอดเซลมคามาตรฐานใหเกน 120 องศาเซลเซยส

4) ความหนด (Viscosity)

ภาพท 11 ความหนด (Viscosity)

จากผลทดลองในการผลตนามนไบโอดเซลในการทดลองท อตราสวน 1:6, 1:12 เปนแนวโนมทเพมขนในคาความหนดของการทดลองนอยในชวงเฉลย 4.68 สโตกส (St) ในนามนไบโอดเซล นนถาม

ความหนดทนอยจะมผลตอการหลอลนและในการสกหรอของเครองยนตและการทดลอง อตราสวน 1:18 นนมคาความหนดเฉลย 4.89 สโตกส (St) แตความหนดนนไมควรเกน 5.00 สโตกส (St) ของมาตรฐาน

100

110

120

130

140

150

160

170

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

อณหภ

ม (°C

)

การทดลอง

อตราสวน1:6

อตราสวน1:12

อตราสวน1:18

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ความ

หนด

สโตก

ส (St

)

การทดลอง

อตราสวน1:6 อตราสวน1:12 อตราสวน1:18

5) กรดไขมนอสระ (Free Fatty Fcid)

ภาพท 12 กรดไขมนอสระ (Free Fatty Fcid)

จากผลทดลองในการผลตนามนไบโอดเซลใน

อตราสวนทมเมทานอลตอนามน จะเหนไดวาดงกราฟ

มคา กรดไขมนอสระ (Free Fatty Fcid) ในนามนไบ

โอดเซลทมกรดไขมนอสระทสง มผลตอการเผาไหม

ของเครองยนตแลวกราฟการทดลองท อตราสวน

1:18 มแนวโนมดงลงจะอย ในชวงกรดไขมนอสระ

ตาลง นนมผลดตอการเผาไหม กรดไขมนในการ

ทดลองท อตราสวน 1:18 คาเฉลยอยท 6.12 รอยละ

โดยปรมาตร ของกรดไขมน เมอเปรยบเทยบกบคา

มาตรฐานของคณสมบตนามนไบโอดเซลมคามาตรฐาน

ไมตากวาไมใหเกน 3.50 ถง 7.00 รอยละโดยปรมาตร

ของกรดไขมน

สรปผลการทดลอง

สรป และขอเสนอแนะ

จากการสรางชดตนแบบการผลตนามนไปโอ

ดเซลทนามนไสปลา พบวาปจจยทเหมาะสมในการ

ผลตน ามน ไบโอด เซล คอ ศกย ไฟฟา 20 โวลต

อตราสวนโดยโมลนามนตอเมทานอล 1:18 เตตระ

ไฮโดรฟลแลน 0.5 โมลตอลตร โซเดยมคลอไรด 0.3

เปอรเซนตโดยนาหนก ทอณหภม 60 องศาเซลเซยส

และเวลาในการทาปฏกรยา 1 ชวโมง ในการผลต

พลงงานเชอเพลงทดแทน โดยไมตองปรบเปลยน

เครองยนต เพอแนวคดน จงอาจเปนการสงเสรมให

เกดอตสาหกรรมการผลตนามนไบโอดเซลในชมชน

หรอโรงงานอตสาหกรรม ซงสามารถลดขบวนการผลต

ลงไดเปนอยางดชวยในการลดเวลาในการผลต และ

สามารถนาไปใชประโยชนแกชมชน หรอองคกรทให

ความสนใจตอไป

ขอเสนอแนะ

การออกแบบอปกรณการควบคมอณหภม ให

คงทตามตองการเพอไมอณหภมมากจนเกน ฉะนนเมอ

อณหภมสงเกนไป จะทาใหนามนไมเกดกระบวนแยก

ชนนามนไบโอดเซล

กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณ มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล

ลานนา เชยงราย คณะวศวกรรมศาสตรมหาวทยาลย

เทค โน โลย ร าชมงคลล านนา เ ช ย งร าย คณะ

วทยาศาสตรมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา

เชยงราย ทเออเฟออปกรณสถานททาการทดลอง

ขอบพระคณอาจารย จรพฒนพงษ เสนาบตร สาขา

เคม คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย การเกษตร ท

ดแลและเปนทปรกษาในการทดลองทางเคม และ

อาจารยเพลน จนทรสยะ ผศ.ดร.นพพร พชรประกต

ทเปนทปรกษาโครงงานวจยครงน

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

รอยล

ะโดย

ปรมา

ตร ข

องกร

ดไขม

น

การทดลอง

อตราสวน1:6 อตราสวน1:12 อตราสวน1:18

เอกสารอางอง เคย ไบโอดเซล. (2550). เปนกระบวนการผลตไบโอ

ดเซลโดยไมใชตวเรงปฏกรยา. สบคนจาก http://www.biodiesel.rdi.ku.ac.th

จกรพงศ ไชยบร. (2556). การผลตนามนไบโอดเซลจากนามนปาลมโดยใชตวเรงปฏกรยา. วารสารวทยาศาสตรบรพา. 18(2), 1-7.

ทฆมพร ทบวธร และ ศทธหทย สมทธภนนท. (2554). การศกษาการผลตไบโอดเซลโดยเทคนคทางเคมไฟฟา.

ประโยชนของการใชไบโอดเซลเปนเชอเพลงในเครองยนต. (2547). สบคนจาก http://www.green.kmutt.ac.th/news/ Question.asp?GID=94.

พลงงาน และทางเลอกการใชเชอเพลงของประเทศไทย. (2542). สานกงานคณะกรรมการนโยบายพลงงานแหงชาต

มณชนก. (2552). ตวเรงปฏกรยานาสมควนไมและเฟอรรกซลเฟตบนผงถานกมมนตสาหรบการผลตไบโอดเซล. มหาวทยาลยสงขลานครนทร

วฒนา บวภม (2550) การใชพลงงานแสงอาทตยชวยในการผลตไบโอดเซล วทยานพนธปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาเทคโนโลยพลงงาน มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

วชาเคม. (2556). เซลลอเลกโทรไลตการแยกนาดวยกระแสไฟฟา. กระทรวงศกษาธการ และคณะวทยาศาสตร. จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

วระชยเลศสถาพรสข, รตนชยไพรนทร, และ คณต กฤษณงกร. (2549). การใชรงสไมโครเวฟเรงการผลตไบโอดเซลแบบตอเนอง และผลกระทบของการใชไบโอดเซลในเครองยนตดเซลกาเนดไฟฟาขนาด 100 kW. วารสารวจยและพฒนา มจธ.

สนทร แสงสอง. (2556). จลนศาสตรและการเรงปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนโดยการเตมตวทาละลายรวมคณะวทยาศาสตรประยกต. มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ.

Hanry, J.B. and Shizuko (2008) H., Biodiesel prod-uction from crude Jatropha Curuas L. seed oil with a high content of free fatty acid. Bioresource Technology. Vol.99, 1716- 1721.

การพฒนาวงจรสงก าลงไฟฟาไรสายโดยใชแผนวงจรพมพลายเปนขดสงและขดรบก าลงงาน

The Development of Wireless Power Transfer using PCB Resonators

อนพงศ ชายทน1, ธนาวฒ ปญญาวงค2 และเอกชย ชยด3*

Anupong Chayton1, Tanawut Panyawong2 and Ekkachai Chaidee3*

1,2,3 สาขาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1,2,3 electrical engineering Faculty of engineering Rajamangala University of Technology LannaChiangrai *Corresponding author: Email: ekkachai@rmutl.ac.th, ekkachai.ch799@gmail.com

บทคดยอ การสงก าลงไฟฟาไรสายโดยใชขดลวดทองแดงตอกบคาปาซเตอรภายนอกท าใหคาปาซเตอรรบแรงดนพกดสงมโอกาส

เสยหายไดงาย การศกษานมวตถประสงคเพอพฒนาวงจรสงก าลงไฟฟาไรสายโดยใชแผนวงจรพมพลายเปนขดสงและรบก าลงงาน มขอดดานความบางและน าหนกเบาเมอเทยบกบขดลวดทองแดง ไดท าการออกแบบลายขดตวน าพนฐานสรปแบบ คอ สเหลยม วงกลม หกเหลยม และแปดเหลยม น าไปทดสอบกบเครองเนตเวรคอนาไลเซอรพบวารปแบบแปดเหลยมใหคาสมประสทธการสงผาน (S21) ดทสด จงไดเลอกรปแบบแปดเหลยมน าไปพฒนาเปนขดสงและรบก าลงงานโดยใชแผนวงจรพมพลายแบบสองดาน จากนนจงท าการทดสอบสงก าลงไฟฟาไรสายในแตละกรณผลการศกษาพบวา 1) การปรบคาความถสามารถท าใหก าลงไฟฟาขาออกเพมขนเมอเทยบกบกรณความถคงถ 2) ผลการเพมคาความเหนยวน าโดยการเพมแผนวงจรพมพลาย พบวากรณปรบคาความถใหก าลงไฟฟาขาออกเพมขนเมอเทยบกบกรณใชความถคงท อยางไรกตามก าลงไฟฟาขาออกทไดนอยกวาแบบใชแผนวงจรพมพลายสองดาน เนองจากการเพมคาความเหนยวน าท าใหอมพแดนซของวงจรมคาเพมขนท าใหกระแสไหลผานขดตวน าดานสงไดนอยลง ผลการศกษาสามารถใชเปนแนวทางการพฒนาวงจรสงก าลงไฟฟาไรสายแบบใชแผนวงจรพมพลายเปนขดสงและรบก าลงงานไดตอไป

ค าส าคญ: แผนวงจรพมพลาย, ความเหนยวน า, ความถรโซแนนซ, การสงก าลงไฟฟาไรสาย

Abstract Conventional wireless power transfer using coil series with external capacitance during transfer power

the capacitance is stress high voltage so the capacitance can be damage. The objective of this study is the development of wireless power transfer using PCB as transmitter and receiver. Advantage of using PCB are lightly and low weight comparison copper coils. Square, Circle, Hexagonal and Octagonal trace are designed. They were tested to identify scattering parameter (S21) by using Network Analyzer that show the octagonal trace obtained the best S21. So, the octagonal trace is chosen to design as transmitter and receiver on double side board of PCB. Power transfer experiments were performed. From study results found that 1) Adjustment of frequency can increase output power comparison with constant frequency 2) Increasing inductance by increasing amount of PCB, adjustment frequency can increase output power comparison with constant frequency however, the power output less than case using double layer PCB due to increasing inductance is cause increasing of impedance so input current flow in transmitter side is deceased. The study results can be used in development of wireless power transfer using PCB as transmitter and receiver.

Keywords: PCB, inductance, resonance frequency, wireless power transfer

บทน า เทคโนโลยการสงก าลงไฟฟาไรสายสามารถสง

ก าลงไฟฟาไดโดยไมใชสายตวน า เปนทรจกครงแรกจากการทดลองของนโคลาร เทสลาร (S.Y.R. Hui et al, 2014 ) นโคลาร เทสลาร ใชขดตวน าพนบนแกนอากาศท าหนาท เปนขดสงและขดรบก าลงงาน เรยกวา ขดรโซเนเตอร (Resonators) กลไกการสงก าลงงานใชสนามแมเหลกความถสงคลองระหวางขดตวน า ซงตอมาหลกการสงก าลงไฟฟาไรสายจากการรเรมของนโคลาร เทสลาร ไดถกน ามาประยกตใชอยางกวางขวาง โดยเฉพาะในงานด านพฒนาเครองจกรกลไฟฟา ในการสงผานสนามแมเหลกจากฝงสเตเตอรไปยงโรเตอร ภายหลงจากยคของนโคลาร เทสลาร เปนตนมา เทคโนโลยการสงก าลงไฟฟาไรสายไมไดรบความสนใจในการพฒนาเทาทควร อาจเน องมาจากความกาวหน าด านอปกรณ สวตซอเลกทรอนกส ไมมความกาวหนาเหมอนกบในปจจบน อยางไรกตาม พบวาเทคโนโลยการสงก าลงไฟฟาไรสายไดกลบมาไดรบความสนใจอกครง พจารณาไดจากบทความงานวจยเกยวกบการประยกตใชในการประจแบตเตอร ไรสายใหกบ รถยนตไฟฟา อปกรณขนาดเลก งานทางการแพทย เปนตน (F. Muavi et al, 2012 ; S. Jeong et al, 2015 ; J.C. Lin et al, 2013)

รปแบบการสงก าลงไฟฟาไรสายโดยใชขดตวน าพนบนแกนอากาศท าหนาทเปนขดสงและรบก าลงงานโดยใชคาปาซเตอรภายนอกตอเขากบวงจรเพอท าใหเกดสภาวะรโซแนนซ ในการท างานนน คาปาซเตอรดงกลาวตองทนตอพกดแรงดนไฟฟาสง ทเกดขนเนองมาจากวงจรสงก าลงงาน โดยใชความถสงท าใหแรงดนเหนยวน าจงมคาสงตาม ท าใหคาปาซเตอรมโอกาสเสยหายไดงาย นอกจากนแลวยงพบวาการใชขดตวน าเปนขดสงและรบก าลงงาน ในการประยกตใชงานบางอยางยงมขอจ ากดดานขนาดรปราง

การแกปญหาจากการรบพกดแรงดนสงของคาปาซเตอรดงกลาว และการลดขนาดรปรางของขดตวน าดานสง และรบก าลงงาน แนวทางหนงสามารถท าไดโดยใชแผนวงจรพมพลาย เนองจากลกษณะขดลวดตวน ามคาคาปาซแตนซเกดขนโดยธรรมชาต (Parasitic capacitance) ท าให ไมตองตอคาปาซเตอรภายนอกเขากบวงจร และยงสามารถลดขนาดขดตวน าได โดยการใชความถ ส ง ประกอบกบแผนวงจรพมพลายมลกษณะเบาบาง เหมาะแกการน าไปประยกต ใชงานเนองจากขดรบก าลงงานจ าเปนตองยดตดกบอปกรณ เชน โทรศพทมอถอขนาดเลก นอกจากนแล วปจจบนลกษณะของแผนวงจรพมพลายยงมแบบ 2 ดานใหเลอกใชงานท าใหสามารถเพมคาความเหนยวน าของขดตวน าได โดยทพนทขดตวน ายงเทาเดม นอกจากนแลวการใชบนแผนวงจรพมพลายยงสามารถลดปรากฏการณทางผ ว เม อ เท ยบกบการใชขดลวดทองแดงทพนทหนาตดเทากน

งาน ว จ ย ท ผ าน ม า เก ย วก บ ก ารก บ ก ารประยกตใชแผนวงจรพมพลาย มการพฒนาหลายดาน เชน การพฒนาวงจรอนเวอรเตอรความถสงในร ะ ด บ MHz (Natthaphon et al,2013) ก า รออกแบบขดลวดตวน าบนแผนวงจรพมพลาย (Claudia Pacurar et al,2012 ; Natthaphon et al,2013 ) และการค านวณหาคาความเหนยวน าของขดลวดตวน าบนแผนวงจรพมพลาย(Sunderarajan S. Mohan et al,1999) พฒนาสมการค านวณหาคาความเหนยวน ารวม (S. Raju et al, 2014) เปนตน

จากทกลาวมางานวจยทเกยวกบการออกแบบบนแผนวงจรพมพลายมงใหความส าคญไปทการลดขนาดขดตวน า โดยใชความถสงในระดบ MHz ในการวจยในครงนจงพฒนาบนแผนวงจรพมพลายใหสามารถทดแทนการใชขดลวดทองแดงโดยใชความถระดบ kHz และเปรยบเทยบรปแบบแผนวงจรพมพลายในลกษณะตางๆ เพอหารปแบบทเหมาะสม ได

เลอกใชแผนวงจรพมพลาย 2 ดานเนองจากสามารถเพมคาความเหนยวน าโดยทขนาดพนทเทาเดม

วตถประสงค 1. เพอออกแบบและสรางวงจรสงก าลงงาน

ไฟฟาไรสายโดยใชแผนวงจรพมพลายเปนขดสงและรบก าลงงาน

2. เพอศกษาลกษณะขดลวดตวน าทมผลตอการสงก าลงไฟฟาไรสายแบบใชแผนวงจรพมพลาย

แนวคด ทฤษฎทเกยวของ 1. วงจรไฟฟาในสภาวะรโซแนนซ เมอวงจรอยในสภาวะรโซแนนซ อมพแดนซ

ของวงจรมคาต า กระแสไหลผานวงจรไดมาก ความถรโซแนนซสามารถหาไดจากสมการ ดงน

1

2fr LC

(1)

2. วงจรอนเวอรเตอร วงจรอนเวอรเตอรเปนวงจรทประกอบดวย

อปกรณ อ เล กทรอน กส ท าหน าท แปลงไฟฟ ากระแสตรงใหเปนไฟฟากระแสสลบ น ามาใชเปน

วงจรขบใหกบวงจรสงก าลงไฟฟาไรสาย โดยท างานทความถในสภาวะรโซแนนซ

3. แผนวงจรพมพลาย การประยกตใชแผนวงพมพลายเปนขดสงและ

รบก าลงงาน มขอดดงน เนองจากรปรางบางและน าหนกเบาสามารถน าไปประกอบรวมกบอปกรณตางๆ ไดงาย สามารถลดผลของปรากฏการณทางผวเมอเทยบกบการใชขดทองแดงทพนทหนาตดเทากน ลายแผนวงจรพมพลายมคาคาปาซแตนซภายในเกดขน ท าใหไมจ าเปนตองตอคาปาซเตอรภายนอกเขาไปในวงจรได การใชวงจรพมพลาย 2 ดาน สามารถเพมความเหนยวน าไดโดยทขนาดเทาเดม

วธการวจย 1. การศกษาลกษณะขดลวดตวน าบนแผน

บนแผนวงจรพมพลาย รปแบบพนฐานของขดตวน าบนวงจรพมพลาย

ม 4 รปแบบ คอ แบบสเหลยม แบบวงกลม แบบหกเหลยม และแบบแปดเหลยม ลกษณะขดตวน าแตละแบบแสดงดงภาพท 1 ดงน

ก) แบบสเหลยม ข) แบบวงกลม

ค) แบบหกเหลยม ง) แบบแปดเหลยม

ภาพท 1 ลกษณะตวน าบนแผนบนแผนวงจรพมพลาย

การหาคาความเหนยวน าของขดตวน าแตละแบบสามารถใชสมการท (2) ดงน (S.S. Mohan, 1999)

2

2 3 4

2

avg 1un d cL= (ln(c / )+c +c )

2 (2)

avg out ind =0.5(d +d ) (3)

out in

out in

d d=

d d

(4)

เมอ

outd คอ เสนผานศนยกลางภายนอก ind

คอ เสนผานศนยกลางภายใน สวนคา C แสดงในตารางท 1 ดงน

ตารางท 1 แสดงคาสมประสทธของขดลวดตวน า ลกษณะ C1 C2 C3 C4

สเหลยม 1.27 2.07 0.18 0.13

หกเหลยม 1.09 2.23 0.00 0.17

แปดเหลยม 1.07 2.29 0.00 0.17

วงกลม 1.00 2.46 0.00 0.20

ท าการออกแบบลายขดลวดตวน าดงรปท 1

โดยก าหนดใหขนาดของขดลวดตวน าเทากน ค านวณคาความเหนยวน าตามสมการท (2) ไดคาความเหนยวน า และจ านวนรอบแสดงตามตารางท 2 ดงน

ตารางท 2 แสดงคาความเหนยวน าและจ านวนรอบ ( )L H N(รอบ) ( )outd m ( )ind m สเหลยม 22.57 11 0.277 0.077 แปดเหลยม 22.78 14 0.277 0.019 หกเหลยม 21.65 13 0.277 0.032 วงกลม 22.34 14 0.277 0.012

2. ทดสอบหาคาสมประสทธการสงผาน

(S21) ของขดลวดตวน า ทดสอบหาคาสมประสทธการสงผาน (S21)

โดยใช Net Work Analyzer E5063A ใชความถ

ทดสอบ 100 kHz – 1MHz ทระยะ 0-10 cm ผลการทดสอบของขดลวดตวน าแตละแบบทระยะ 1 cm แสดงดงภาพท 2-5 ดงน

ภาพท 2 คาสมประสทธการสงผานขดลวดตวน าสเหลยม

ภาพท 3 คาสมประสทธการสงผานขดลวดตวน าแปดเหลยม

ภาพท 4 คาสมประสทธการสงผานขดลวดตวน าหกเหลยม

ภาพท 5 คาสมประสทธการสงผานขดลวดตวน าวงกลม

คาสมประสทธการสงผานทไดจากการทดสอบ

ตามภาพท 2 – 5 ไดคาทดทสดแสดงดงตารางท 3 ดงน

ตารางท 3 สมประสทธการสงผานของขดลวดแตละแบบ ลกษณะขดตวน า S21 (dB)

สเหลยม -2.316 แปดเหลยม -1.805 หกเหลยม -2.840 วงกลม -3.320

2.1 การออกแบบขดลวดตวน าโดยใช

แผนวงจรพมพลายแบบ 2 ดาน จากคาสมประสทธการสงผาน (S21) แสดง

ตามตารางท 2 พบวา ตวน าแบบแปดเหลยมใหคาดทสด คอ -1.805 ดงนนจงเลอกรปแบบแปดเหลยม

น ามาพฒนาเปนขดสงและขดรบก าลงงาน การออกแบบใชคาพาราม เตอรตามตาราง 2 โดยใชแผนวงจรพ มพ ลายแบบ 2 ด าน แต ละด านมคาพารามเตอรแสดงดงตารางท 4 ลกษณะตวน าแปดเหลยมทไดออกแบบตามภาพท 6 และ 7 ดงน

ภาพท 6 การออกแบขดลวดตวน าลกษณะแปดเหลยมแบบ 2 ดาน

ภาพท 7 ขดลวดตวน าลกษณะแปดเหลยมแบบ 2 ดาน

ตารางท 4 พารามเตอรขดลวดตวน าแปดเหลยม 2 ดาน

ขนาด แผนท 1 แผนท 2 คาความตานทาน (R) 1.63 1.66 คาความเหนยวน า (L) 89.68 H 89.90 H จ านวนรอบ (N) 28 รอบ 28 รอบ ความกวางขดตวน า (W) 5 mm. 5 mm. ระยะหางขดตวน า (g) 5 mm. 5 mm.

ท าการวดคาโดยใช R-L-C ดจตอลมลตมเตอร สวนคาปาซแตนซค านวณใหสมพนธกบความถเรโซแนนซ และความเหนยวน า ตามสมการ

2

1

4 r

Cf L

(5)

2.2 อนเวอรเตอรความถสง ท าหนาทจายก าลงใหกบขดสงก าลงงาน ในยานความถระดบกโลเฮรต(KHz) พฒนามาจากวงจรอนเวอรเตอร

แบบฟลบรดจแสดงดงภาพท 8

ก) ไดอะแกรมวงจรสงก าลงไฟฟาไรสาย

ข) วงจรสงก าลงไฟฟาไรสาย

ภาพท 8 วงจรสงก าลงไฟฟาไรสาย ใชวงจรขบแบบเตมคลน

ลกษณะสญญาณแรงดนและกระแสไฟฟาดานขดสงก าลงไฟฟาเมอจายโหลด 25W ทความถ 238.4 kHz แสดงดงภาพท 9 ดงน

ภาพท 9 แรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาของอนเวอรเตอร

ตารางท 5 อปกรณของวงจรอนเวอรเตอรแบบเตมคลน สวนประกอบของวงจร อปกรณ

MOSFET N-Channel IRFP 460

IC Drive IR 2110

IC Splitter CD 4017 BE

2.3 ออกแบบการทดลอง ขดตวน าแบบแปดเหลยมบนแผนวงจรพมพ

ลาย 2 ด านท ไดออกแบบ ถกน ามาทดสอบส งก าลงไฟฟาไรสายใหกบโหลดขนาด 1.2 kΩ (25W)

ปอนแรงดนกระแสตรงขาเขา 25 V คงทตลอดการ

ทดลอง ใชความถรโซแนนซ 245 kHz ปรบระยะหางระหวางขดตวน าต งแต 0 – 10 cm และท าการทดสอบปรบคาความถตามการเปลยนแปลงของระยะหางระหวางขดตวน า แสดงการสงก าลงไฟฟาไรสายใหกบโหลดดงภาพท 10 และ 11 ดงน

ภาพท 10 การสงก าลงไฟฟาไรสายใชแผนวงจรพมพ 2 ดาน ขดตวน าแบบแปดเหลยม

ภาพท 11 การสงก าลงไฟฟาไรสาย โดยใชแผนวงจรพมพ 2 ดาน ดานละ 2 แผน ตอแบบอนกรม

ผลการวจย การทดลองท งห มด ม 2 กรณ ใช แรงด น

กระแสตรงขาเขา 25 V คงทตลอดการทดลอง ใชความถรโซแนนซ 245 kHz จายก าลงงานใหกบโหลดหลอดไสขนาด 1.2 kΩ (25W) โดยตอคาปาซเตอร 4.7 nF ใชแผนวงจรพมพลายแบบ 2 ดาน จดวางแสดงดงรปท 10และใชแผนวงจรพมพลายแบบ 2 ดาน ดานละ 2 แผน ตอแบบอนกรม จดวางแสดงดงรปท

11 ท าการวดคาสญญาณแรงดน และกระแสไฟฟา ภาคกระแสตรง ดานขาเขา และขาออก น าคาทไดน า ม า ค า น ว ณ ห า ก า ล ง ไฟ ฟ า ข าอ อ ก แ ล ะประสทธภาพการสงก าลงงาน

กรณท 1 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายแบบใชแผนวงจรพมพ 2 ดาน

แบงการทดลองออกเปน 3 การทดลอง ดงน

การทดลองท 1.1 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายโดยคงทความถ

การทดลองนมวตถประสงคเพอศกษาลกษณะก าลงไฟฟาขาออก และประสทธภาพในแตละระยะ

ตงแต 0-10 cm โดยใชความถทไดจากการค านวณแสดงดงสมการท 1 แสดงการจดวางตวน าดงภาพท 12 ดงน

ภาพท 12 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายโดยใชความถคงท

ไดลกษณะก าลงไฟฟาขาออกและประสทธแสดง

ดงภาพท 13 และ 14 ดงน

ภาพท 13 ก าลงไฟฟาขาออก และขาเขา กรณใชคาความถคงทตลอดการทดลอง

ภาพท 14 ประสทธภาพกรณใชคาความถคงท

จากภาพท 13 และ 14 วงจรสามารถส ง

ก าลงไฟฟาไดสงสด 15 W ทระยะ 3 cm โดยทระยะเด ยวก น ได ค าป ระส ท ธภ าพ 25 % ในขณ ะทประสทธภาพสงสดเกดขน 33% เมอตวน าวางหางกนนอยทสด

การทดลองท 1.2 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายโดยปรบความถ

การทดลองนมวตถประสงคเพอศกษาความถทมผลตอก าลงไฟฟาขาออกและประสทธภาพ โดยปรบความถในแตละระยะตงแต 0-10 cm. แสดงดงภาพท 15

ภาพท 15 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายโดยปรบความถแตละระยะหางไดผลการทดสอบแสดงดงรปท 16–19 ดงน

ภาพท 16 ก าลงไฟฟาขาเขาและขาออก กรณปรบความถแตละระยะหาง

ภาพท 17 ประสทธภาพ กรณปรบความถแตละระยะหาง

จากภาพท 16 และ 17 พบวาก าลงไฟฟาสงสด 18.49W ทระยะ 4 cm ใชความถรโซแนนซ 238.5

kHz ในขณะทระยะเดยวกนไดประสทธภาพ 41% โดยทประสทธสงสด 48.55% เกดขนทระยะ 3 cm

ภาพท 18 เปรยบเทยบก าลงไฟฟาขาออก กรณใชความถคงทและปรบความถ แตละระยะหาง

ภาพท 19 เปรยบเทยบประสทธภาพ กรณความถคงทและปรบความถ แตละระยะหาง

เมอน าผลการทดลอง กรณ ใชความถคงท เปรยบเทยบกบกรณปรบความถแตละระยะหาง พบวา ก าลงไฟฟาขาออกของการปรบความถเพมขน 21.53 % ทระยะหาง 4 cm และมประสทธภาพเพมขนอก 32.01 % ทระยะหาง 3 cm

จากนนไดท าการทดสอบปรบคาความถแตละระยะโดยใชคาความถต งแต 80 kHz – 280 kHz ไดลกษณะกราฟก าลงไฟฟาขาออกและประสทธภาพ แสดงดงภาพท 20 – 21 ดงน

ภาพท 20 ก าลงไฟฟาขาออกแตละระยะจากการปรบคาความถ

ภาพท 21 ประสทธภาพแตละระยะจากการปรบคาความถ

จากภาพท 20 และ 21 พบวา ก าลงไฟฟาขาออกมคาไมตางจากการใชความถรโซแนนซทไดจากการค านวณมากนก ก าลงไฟฟาขาออกสงสด 17.92 W ระยะ 4 cm. ความถ 240 kHz ประสทธภาพทได 42.20 % ระยะ 0 cm. ความถ 240 kHz

กรณท 2 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายแบบใชแผนวงจรพมพแบบแปดเหลยม 2 ดาน ดานละ 2 แผนตอแบบอนกรม

เมอน าแผนขดลวดตวน ามาตออนกรมท าใหคาความเหนยวน าเพมขน ท าใหความถรโซแนนซลดลง

แบงการทดลองออกเปน 3 การทดลอง ดงน การทดลองท 2.1 การทดลองสงก าลงไฟฟา

ไรสายโดยคงทความถ การทดลองนมวตถประสงคเพอศกษาลกษณะ

ก าลงไฟฟาขาออกและประสทธภาพ เมอเพมคาความเหนยวน าใหกบขดสงและรบก าลงไฟฟาตงแต 0-10 cm.โดยใชความถทไดจากการค านวณแสดงดงสมการท 1 การจดวางตวน าแสดงดงภาพท 22 ดงน

ภาพท 22 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายคงทความถ

การทดลองท 2.2 การทดลองสงก าลงไฟฟา

ไรสายโดยปรบความถ การทดลองนมวตถประสงคเพอศกษาความถท

มผลตอก าลงไฟฟาขาออกและประสทธภาพ โดย

ปรบความถในแตละระยะตงแต 0-10 cm การจดวางตวน าแสดงดงรปท 23 ไดผลการทดลองแสดงดงภาพท 24 – 29 ดงน

ภาพท 23 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายโดยปรบความถ

ภาพท 24 ก าลงไฟฟาขาเขาและก าลงไฟฟาขาออกแบบคงทความถ

ภาพท 25 ประสทธภาพแบบคงทความถ

จากภาพท 24 และ 25 พบวาก าลงไฟฟาขาออกสงสดท 7.41 W ทระยะ 4 cm ทระยะเดยวกบ

ประสทธภาพ 43 % โดยทประสทธภาพมคาสงสด60.42% เมอขดตวน าวางชดกน

ภาพท 26 ก าลงไฟฟาขาเขาและก าลงไฟฟาขาออกแบบปรบความถ

ภาพท 27 ประสทธภาพแบบปรบความถ

จากภาพท 26 และ 27 พบวาก าลงไฟฟาสงสด 7.49W ท ระยะ 6 cm ความถร โซแนนซ 124.65

kHz ป ระ ส ท ธ ภ าพ ท ร ะ ย ะ เด ย วก น 32.05% ประสทธภาพสงสด 60.41 เมอวางตวน าชดกน

ภาพท 28 ก าลงไฟฟาขาออกแบบคงทและปรบความถ

ภาพท 29 ประสทธภาพแบบคงทและปรบความถ

เมอน าผลการทดลอง แบบคงทความถและปรบความถมาเปรยบเทยบกนพบวา ก าลงไฟฟาขาออกทไดจากการปรบความถเพมขน 1.07% ทระยะ

6 cm และมประสทธภาพเพมขนอก 0.56% เมอวางขดตวน าชดกน เมอเทยบกบการคงทความถ

ภาพท 30 ก าลงไฟฟาขาออก กรณปรบความถแตละระยะหาง

ภาพท 31 ประสทธภาพ กรณปรบคาความถแตละระยะหาง

จากภาพ ท 30 และ 31 เม อท าการปรบคาความถรโซแนนซตงแต 50 kHz – 150 kHz ไดคาก าลงไฟฟาขาออกสงสดทได 7.57 W ทระยะ 5 cm ใชความถ 125kHz ประสทธภ าพท ได 60.34% ระยะ 0 cm ความถ 130 kHz

อภปรายผลการวจย จากการน าลายขดลวดตวน าแตละลกษณะไป

ทดสอบกบ เครอ งเนต เวรคอนาไลเซอร พบว า ลกษณะทมาคาการสงผานทดทสดคอ ลกษณะแปดเหลยม

กรณท 1 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายแบบใชแผนวงจรพมพ 2 ดาน

เมอระยะหางระหวางขดตวน าเปลยนแปลงท าใหอตราสวนการคลองของฟลกซแมเหลกระหวางขด

สงและขดรบก าล งงานลดลง มผลท าให ความเหนยวน ารวมลดลง ดงนนจงท าใหความถรโซแนนซแตละระยะตางกนออกไป ดงนนจงจ าเปนปรบคาความถรโซแนนซเพอใหไดก าลงไฟฟาขาออกเพมขน ซงจากผลการทดลองเหนไดวาการปรบคาความถมคาเพมขนเมอเทยบกบกรณใชความถคงท

กรณท 2 การทดลองสงก าลงไฟฟาไรสายแบบใชแผนวงจรพมพ 2 ดาน ดานละ 2 แผน ตอแบบอนกรม

การเพมแผนวงจรพมพลาย ท าใหคาความเหนยวน าเพมขนมผลท าใหความถรโซแนนซมคาลดลงเปนไปตามสมการความถรโซแนนซ อยางไรกตามการเพมคาความเหนยวน าท าใหอมพแดนซของวงจรเปลยนแปลง จากผลการทดลองพบวาเมอปรบความถท าก าลงไฟฟาขาออกเพมขนเมอเทยบกบ

กรณใชความถคงท อยางไรกตามพบวาก าลงไฟฟาขาออกทไดยงนอยกวากรณใชแผนวงจรพมพลายแบบ 2 ดาน ในการทดสอบกรณท 1 ทงนเนองจากการเพมขนของความเหนยวน าท าใหอมพแดนซของระบบมคาสงขนท าใหกระแสทางดานขาเขาไหลผานวงจรขดสงไดนอย

สรป การศกษานไดท าการทดลองใชแผนวงจรพมพ

ลายเป นขดส งและขดรบก าล งงาน ไดท าการออกแบบขดลวดตวน าพนฐาน 4 รปแบบ โดยออกแบบใหคาความเหนยวน าเทากน ผลการน าไปทดสอบกบเครอง เนตเวรคอนาไลเซอร พบวา รปแบบแปดเหลยมใหคาสมประสทธการสงผาน (S21) ดทสด จงไดเลอกรปแบบแปดเหลยมน ามาพฒ น าเป น ขดส งและขดรบ ก าล งงาน โดย ใชแผนวงจรพมพลายแบบ 2 ดาน ผลการทดสอบพบวา การปรบคาความถแตละระยะหางใหคาก าลงไฟฟาขาออกเพมขน เม อเทยบกบการใชความถคงท จากนนไดท าการเพมคาความเหนยวน าโดยการเพมจ า น ว น ข ด ส ง แ ล ะ ข ด ร บ ก า ล ง ง า น โด ย ใ ชแผนวงจรพมพลายดานละ 2 แผน พบวาการปรบคาความถแตละระยหางสามารถเพมก าลงไฟฟาขาออกได อยางไรกตามการเพมความเหนยวน าท าใหอมพแดนซของวงจรเพมขนท าใหกระแสไหลผานขดสงไดนอยลง

กตตกรรมประกาศ ขอบคณทนสนบสนนการวจยจากโครงการ

ยกระดบปรญญานพนธเปนงานวจยตพมพงานสรางสรรค และงานบรการวชาการสชมชน (HRS) ป 2558 มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา

เอกสารอางอง Claudia Pacurar et al. (2012). Inductance

Calculation and Layout Optimization for Planar Spiral Inductors. Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM), 2012 13 th International Conference. (pp. 225-232)

F. Muavi, M. Edington, and W. Eberle. (2012). Wireless power transfer: A survey of EV bettery charging technologies. Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 1804-1810.

J.C. Lin. (2013). Wireless Power Transfer for Mobile Applications, and Health Effects. IEEE Antennas Propagat. Mag., vol.55 (no.2), 250-253.

P. Natthaphon et al. (2013). Wirelees Power Tranfer Based on MHz Inverter through PCB Antenna. IEEE conference on Future Energy Electronics Conference (IFEEC) 1st International, 126-130.

S. Jeong, Y. Jes Jang, and D. Kum. (2015). Economic Analysis of the Dynamic Charging Electric Vehicle. IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 11, (pp.6368-6377).

S. Raju, R. Wu, M. Chan and C. Patrick Yue.(2014). Modeling of Mutual Coupling Between Planar Inductors in Wireless Power Application. IEEE Transection on power electronics, vol.29. no.1.

S. S. Mohan et al.(1999). Simple Accurate Expressions for Planar Spiral Inductances. IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.34(no.10), 1419-1424.

S.Y.R. Hui, W.Zhong, and C. K. Lee.(2014). critical review of recent progress in mid-range wireless power transfer. IEEE Transection on Power Electronics, vol.29, no.9, pp.4500-4511.

การผลตเชอเพลงถานอดแทงจากเศษวสดเหลอใชในการผลตขาวหลาม Compression Charcoal Fuel from Waste Materials

in the Production of Khao-Larm.

กานต วรณพนธ 1*, ธนารกษ สายเปลยน2 และ ภาคภม ใจชมภ 3 Kant Wirunphan1*, Thanarak Saiplean2 and Pakpoom Jaichompoo3

1,2,3 สาขาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา ตาก 1,2,3 Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna Tak *Corresponding author E-mail: kant_wirunphan@hotmail.co.th

บทคดยอ งานวจยนเปนการผลตเชอเพลงถานอดแทงจากเศษวสดเหลอใชในการผลตขาวหลาม โดยจะน าเศษวสดประกอบไปดวยกะลามะพราวและไมไผมาเผาเปนถานและผานการบดใหไดเปนผงถาน จากนนน ามาหาอตราสวนผสมทเหมาะสมและใชแปงมน*0.5*กโลกรมผสมน า 3*ลตร เปนตวประสาน การด าเนนงานวจยจะก าหนดสวนผสมออกเปน 11 สตร น าผงถานทผานการผสมมาอดขนรปดวยเครองแบบเกลยวอดผานแมพมพรปทรงหาเหลยม น าแทงถานไปอบลดความชนไมเกน*8 เปอรเซนต ตามมาตรฐานผลตภณฑชมชน (มผช. 238/2547) จากนนน าไปทดลองหาประสทธภาพทางความรอนโดยท าการทดลองหาคาความชน ปรมาณเถา คาพลงงานความรอน การรบแรงกดอดและปรมาณการสนเปลองในการตมน า 3 ลตร ใหเดอดทอณหภม 80 องศาเซลเซยส ตามล าดบ ผลจากการวจยพบวาอตราสวนผสมทเหมาะสมทสดในการผลตเชอเพลงถานอดแทงจากเศษวสดเหลอใชในการผลตขาวหลามคอสตรท*3*โดยมสวนผสมของผงถานกะลามะพราว*8.55 กโลกรมตอผงถานไมไผ 0.95 กโลกรม โดยมคาความชนท 6.07 เปอรเซนต มปรมาณเถาท 10.42 เปอรเซนต มคาพลงงานความรอนท 5,748.83*กโลแคลอรตอกโลกรม สามารถรบแรงกดอดท 892.530*นวตนตอตารางมลลเมตร และมปรมาณการสนเปลองเชอเพลงในการตมน าเดอดท 80 องศาเซลเซยส เปนปรมาณ 1.917 กโลกรมตอชวโมง

ค าส าคญ: เชอเพลงถานอดแทง / ตวประสาน / กะลามะพราว / ไมไผ / คาพลงงานความรอน

Abstract This research is the compression charcoal fuel production from waste materials in the production of khao-larm. The operate of research, will used charcoal powder from coconut shell and bamboo to burning and Milling. Next, find the appropriate ratio and use 0.5 kilogram of flour per 3 liters of water for binder to compression charcoal fuel production. In experiment, the mixture (coconut shell and bamboo powder) divide into 11 formula fuel ratio. Next, extrusion charcoal powder pass the hexagonal shape of mold by screw compression machine. Next, took a compression charcoal fuel to dehumidification on 8 percentages according to community product standard (TCPS. 238/2547). After that, took a compression charcoal fuel to experiment determine to moisture, ashes and thermal energy by auto bomb calorimeter, compressive stress and determine the quantity of consumption in actual use costive 3 liters of water boiling temperature at 80 degrees celsius. The result of experimental, It was found that the appropriate ratio on formula 3 (8.55 kilogram of coconut shell and 0.95 kilogram of bamboo powder) had efficiency highly more than 10 formula. It had 6.07 percentage of moisture, 10.42 percentage of ashes, 5748.83 kilocalories per kilogram of thermal energy, 892.530 newton per square millimeters of compressive stress, and 1.917 kilogram per hours of fuel consumption.

Keyword: Compression charcoal fuel /Binder/ Coconut Shell/ Bamboo/ Thermal energy efficiency.

บทน า จากการส ารวจขอมลในพนทชมชนบานโปงแค ต าบลวงประจบ อ าเภอเมอง จงหวดตาก พบวามชาวบานกลมหนงซงท าการประกอบอาชพเผาขาวหลามขายเปนงานประจ า โดยกลมผประกอบการจะท าการเผาขาวหลามในทกๆวน และจะมปรมาณการเผาขาวหลามเปนจ านวนมากในชวงฤดหนาว เทศกาลเขาพรรษาและเทศกาลปใหม ในการเผาขาวหลามนนจะใชวตถดบทส าคญหลาย ๆ อยางไดแก ขาวเหนยว มะพราว ไมไผและถานไมเบญจพรรณส าหรบเปนเชอเพลงใหความรอนในการเผาขาว

หลาม จากการผลตจะมเศษวสดเหลอใชหลงจากการเผาขาวหลามเชน กะลามะพราว ไมไผ ทางกลมผประกอบการจะท าการรวบรวมเศษวสดเหลอใชเหลานนกองรวมไวแลวท าการเผาท าลายทงในทแจงดงรปท 1 ซงจากการจดเกบเศษวสดและการเผาท าลายท าใหเกดปญหาในดานตางๆ เชนกลนอนไมพงประสงค เปนทอยอาศยของสตวมพษ การเผาท าลายท าใหเกดควนเขมา ฝนละออง สงผลเสยตอสขภาพรางกาย เปนการท าลายชนบรรยากาศและเปนการท าลายทศนยภาพอกดวย

ภาพท 1 ตวอยางการเผาท าลายเศษวสดเหลอใชจากการผลตขาวหลาม จากปญหาขางตนคณะผด าเนนงานวจยจงเลงเหนถงความส าคญ ประโยชนของวสดเหลอใชเหลานนและผลกระทบจากปญหาตางๆ จงไดมแนวความคดทจะน าเศษวสดเหลอใชมาใชใหเปนประ โยชน แ ล วน ากล บมา ใ ช ใหม โ ดยกา รน ากะลามะพราว ไมไผมาผลตเปนเชอเพลงถานอดแทงเพอใชทดแทนเชอเพลงจากถานไมเบญจพรรณอกทางเลอกหนงตอไปในอนาคต จากการส ารวจงานวจยทเกยวของพบวา (เกศกนก จนทรมาศ, 2546)เกศกนก จนทรมาศ จากมหาวทยาลยมหาสารคามท าการศกษาเรองการเปรยบเทยบหาคาความรอนจากถานชวภาพโดยศกษาวสดเหลอใชทางการเกษตรมาหาอตราสวนทเหมาะสมเพอน ามาท า

ถานชวภาพโดยใชมลสตวเปนตวประสานในการทดลองนไดท าการทดลองประกอบดวยชดการทดลองดงนชานออยเพยงอยางเดยว ชานออยผสมกบกาบมะพราวในอตราสวน 1:1:1 ถง 4:1:1 ชานออยผสมล าตนมนส าปะหลงในอตราสวน 1:1:1 ถง 4:1:1 และน าวสดทงสามชนดมาผสมกนแลวน ามาอดเปนแทงวดคาความรอนดวยเครอง Bomb Calorimeter ตามล าดบ อตราสวนทใหคาความรอนเฉลยมากทสดคอชานออยผสมล าตนมนส าปะหลงและอตราสวนทใหคาความรอนเฉลยนอยทสดคอชานออยผสมล าตนมนส าปะหลง การหาอตราสวนทเหมาะสมในการผลตเมอพจารณาผลการทดลองจากคาความรอนการตมน าปรมาณควนและลกษณะของ

ถานพบวาอตราสวนท เหมาะสมในการผลต คอ อตราสวน 2:1:1 ทงชานออยผสมล าตนมนส าปะหลงและชานออยผสมกาบมะพราว (วไลพร ลกษมวาณชย, กาญจนา สรกลรตน และณฐธนญา บญถง, 2554)วไลพร ลกษมวาณชย, กาญจนา สรกลรตนและณฐธนญา บญถง จากมหาวทยาลยราชภฎเชยงใหม ไดท าการศกษาพฤตกรรมการยอมรบถานอดแทงจากซงขาวโพดผสมกะลามะพราวของชมชนต าบลชางเคง อ าเภอแมแจม จงหวดเชยงใหม โดยการทนทานแรงกดอด(Compressive Strength) ของถานอดแทง การทดสอบท าไดโดยน าตวอยางถานอดแทงไปวางในเครองทดสอบแรงกดอดทผลตขนแลวน ามวลมาเปนแรงกดอดโดยเพมแรงกดอดขนเรอย ๆ ทใชในการกดอด คอ 5, 10, 50,100,500 กรมตามล าดบ ท าการกดเพอหาคาการทนแรงกดอดของถานอดแทงนนสงเกตผลจนกระทงกอนถานแตกหรอหกโดยทวไปม*2*ลกษณะ คอ ความเครยดและความแขง (กตตพงษ ลาลน, สมโภชน สดาจนทร และ ชยยนต จนทรศร, 2555)ดร.กตตพงษ ลาลน, ผศ.ดร.สมโภชน สดาจนทรและผศ.ดร.ชยยนต จนทรศรจากมหาวทยาลยขอนแกน ไดท าการการศกษาการผลตถานอดแทงจากผงถานวสดชวมวล*3 ชนดดวยชดเกลยวอดถานอดแทง โดยความสามารถในการท างานพบวาทอตราสวนผสมของผงถานไมรวมกบผงถานจากกะลามะพราว (0.50:0.50) ความเรวรอบเกลยดอด 145 รอบตอนาทมคาความสามารถในการท างานสงสดเฉลย 131.5 กโลกรมตอชวโมง เนองจากความหนาแนนรวมเรมตนของผงถานแตละชนดมคาตางกน โดยผงถานกะลามะพราวมคาความหนาแนนมากกวาผงถานไมรวมและผงถานเหงามนส าปะหลง โดยความเรวเกลยวอดเพมขนจาก 115-145 รอบตอนาทท าใหความสามารถในการท างานเพมขนในทกอตราสวนผสม มคาความสามารถในการท างานเพมขนอยางเปนสดสวน พลงจ าเพาะทใชพบวาเมอความเรวเกลยวอดเพมขนจาก 115-145 รอบตอนาท ท าให

พลงงานจ าเพาะทใชลดลงในทกอตราสวนผสมมคาพลงงานจ าเพาะทใชลดลงอยางเปนสดสวนและความหนาแนนของถานอดแทงแสดงใหเหนวาเมอความเรวเกลยวอดเพมจาก 115-145 รอบตอนาท คาความหนาแนนลดลงอยางเปนสดสวนและในทศทางเดยวกนทกสดสวน โดยอตราสวนผสมของผงถานไมรวมกบผงกะลามะพราว (0.50 :0.50) ทความเรวเกลยวอดคอ 115 รอบตอนาทและยงมคาความหนาแนนมากทสดมคาเปน 698.7 กโลกรมตอลกบาศกเมตรอยางไรกตามคาความหนาแนนทไดมคาความสงกวาทสดสวนอน ๆ สาเหตเนองจากผงถานกะลามะพราวมความหนาแนนมากกวาผงถานชนดอนทใชทดสอบความแขงแรงของถานอดแทง พบวาเมอความเรวเกลยวอดเพมจาก 115-145 รอบตอนาทความแขงแรงลดลงอยางเปนสดสวนและในทศทางเดยวกนทกสดสวนผสมผงถาน โดยอตราสวนผสมผงถานไมรวมกบผงถานกะลามะพราว (0.50:0.50) ทความเรวเกลยวอด 115 รอบตอนาทมคาความแขงแรงมากทสดมคา 0.235 เมกะปาสกาลและคาความรอนของถานอดแทงพบวาความเรวเกลยวอดไมมผลท าใหคาความรอนแตกตางกนทางสถต แตอตราสวนผสมทผสมผงถานกะลามะพราวเพมขนท าใหคาความรอนเพมขนเนองจากคาความรอนของผงถานกะลามะพราวมคาความรอนสง โดยทอตราส วนผสมของผงถ านไม รวมกบผงถ านกะลามะพราว (0.50:0.50) มคาความรอนมากทสดคอ 5,527.3 แคลอรตอกรมรองลงมาเปนอตราส วนผสมของผงถ าน ไม ร วมและผงของถ า นกะลามะพราวทอตราสวน 75 เปอร เซนต :25*เปอรเซนตมคาความรอนเทากบ 5,240.8 แคลอรตอกรมและผงถานเหงามนส าปะหลงกบกะลามะพราวอตราสวน 50 เปอรเซนต:50 เปอรเซนตมคาความรอน คอ 5 ,041.22 แคลอรตอกรมซ ง ไดตามมาตรฐานของถานอดแทง การทดสอบคาความรอนโดยท าการทดสอบความรอนดวยการตมน าพบวาประสทธภาพในการใชงานจรงอยท 27.79-29.56

เปอรเซนต [8]อกฤษฏ โขศร จากมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน วทยาเขตสกลนคร ไดท าการศกษาเทคโนโลยถานอดแทง สวนผสมของถานอดแท งผงถ าน 10 ก โลกร ม แป งมน 0.5 กโลกรม น า 3 ลตร (ปรมาณน าสามารถปรบได ขนอยกบความชนของวสด) จากผลการวจยสรปไดวา การน าดนเหนยวทรอนผานตะแกรงเบอร 50 มาผสมแทนแปงมน ไมมผลตอคณภาพแทงถานมากนก ซงถอวาเปนการลดตนทนการผลตลงไดมากและอตราสวนทเหมาะสมจะอยประมาณ 10 เปอรเซนต ของปรมาณผงถาน

วตถประสงค เพอศกษาแนวทางในการผลตเชอเพลงถานอดแทงจากวสดเหลอใชในการเผาขาวหลาม

แนวคด ทฤษฎทเกยวของ พลงงานทดแทนและการประยกตใช

(มาตรฐานผลตภณฑชมชน (มผช.)เลขท 238/2547)

1. พลงงานสวะหรอพลงงานเขยวเปนพลงงานหมนเวยนทเปนสดสวนมากขนเรอยๆ ในการใชพลงงานควรจะเปนไมฟนและถานจงควรจะเปนพลงงานหมนเวยนทไดจากกาซชวภาพทมาจากมลสตวพลงงานทไดจากชวะมวลซงไดจากเศษซากพชตนไม พชไรตาง ๆ เชน ออย มนส าปะหลง แกลบ วชพช เชน หญาไมยราบ ผกตบชวารวมทงเศษขยะ โดยเฉพาะพลงงานจากชวมวลนจะเปนแหลงพลงงานทควรจะใหความสนใจและพฒนาอยางจร งจ งเนองจากเรามทรพยากรทเหลอจากการประกอบอาชพเผาขาวหลามตามรปท 2 ทจะน ามาเปนพลงงานไดอกมากมายเทคโนโลยในการผลตพลงงานชวมวลน งายราคาไมแพง ซ งประชาชนทกคนสามารถผลตและท าขนไดดวยตวเองตวอยางวตถดบทมการพฒนาขนมาและมการน าไปใชกนบางแลวก คอ การท าแทงเชอเพลงจากเศษสวะ เชน ชานออย ผกตบชวา เศษหญาไมยราบ แกลบเปนตน แทงเชอเพลงทไดจากเศษพชเหลานเทยมกนสามารถน าไปใชหงตมท าอาหารในครวเรอนรวมไปถงน าไปใชในรานอาหารหรออตสาหกรรมอาหารอนๆ ได ดงรปท 2

ภาพท*2*เศษวสดทเหลอใชจากการเผาขาวหลามส าหรบผลตเชอเพลงถานอดแทง

2. ถานไมหรอเศษไมถานบรสทธ เปนวตถดบในอตสาหกรรมผลตสารเคมตางๆ เชน คารบอนไดซลไฟดโซเดยม ไซยาไนด ซลคอนคารไบดหรอถานกมมนตเปนตน ถานกมมนตทไดจากถานไมทมคาคารบอนเสถยรสงใชประโยชนในอตสาหกรรมอกหลากหลาย เ ชน ใชในระบบกรองและบ าบดอตสาหกรรมน าดม ระบบผลตน าประปา ระบบบ าบดน าเสย นอกจากนยงใชประโยชนจากคารบอนในอตสาหกรรมโลหะหรอใชขเถาเพอเพมคณสมบตของปนซเมนตใหแขงตวชาและมความแขงแกรงขน เครองอดแทงเชอเพลง(แบบการอดเปยก) เปนการอดโดยใชเครองอดแบบเกลยวหรอสกรซงจะสามารถท าไดทงกบวสดสดและแหง (แตถาวสดมความชนปานกลางจะอดไดสะดวกและรวดเรว) และสามารถท าไดกบวสดชนดตาง ๆ อยางกวางขวางแตในโคร งงานน จ ะทดลองใ ชกบว สด เหล อ ใ ชทา งการเกษตร เนองจากสามารถหาไดงาย สะดวก เสยคาใชจายต าดงนนโครงงานนจงเปนเทคโนโลยการอดแทงแบบงาย ๆ สะดวกและไมสรางความยงยากซบซอนใหกบชาวบานในทองทจงเปนความสมดลและนาทงทเหมาะสมส าหรบชาวบานทจะผลตถานเชอเพลงอดแทงเพอใชในการหงตมตลอดจนใชในก จ ก ร ร ม ต า ๆ ใ น ค ร ว เ ร อ น แ ล ะ ร ว ม ถ ง ใ นอตสาหกรรมขนาดเลก การอดแทงเชอเพลงในลกษณะนไดถอก าเนดมาจากการอดแทงถานเขยว(Green Charcoal) ของประเทศฟนแลนดเมอ พ.ศ. 2523 ซงคนพบโดยมร.กอนซาโลคาแทน (Gonzalo O.Catan) และคณะโดยการน าเศษใบไมใบหญาไปหมกใหเนาเปอยดวยจลนทรยบางชนดแลวจงอดโดยใชตวเชอมประสานจากภายนอกชวย

เครองอดขนรปเชอเพลงถานอดแทง 1. เครองอดขนรปแบบเกลยวอด ท าการอด

เชอเพลงถานอดแทงทขนาดเสนผานศนยกลาง 50 มลลเมตร โดยการบรรจเศษวสดเหลอใชทตองการอดเชอเพลงถานอดแทงทในถง(Hopper) ทม

ทางออกไปสกระบอกอด(Extrusion Cylinder) ภายในกระบอกอดมเกลยวสกรอดชนดเกลยวตวหนอนซงหมนดวยความเรวประมาณ*270*รอบตอนาท การขบเคลอนสกรใชมอเตอรไฟฟา*1*เฟส ขนาด 3 แรงมา ความเรว 1,450 รอบตอนาท ทดรอบดวยสายพานม เลและสามารถท าการผลตเชอเพลงถานอดแทงไดไมต ากวา 25 เมตรตอชวโมง ดงรปท 3 2. สภาวะทเหมาะสมในการผลตเชอเพลงอดแทงนนมตวแปรตาง ๆ ทส าคญทท าใหคณภาพของแทง เ ชอ เพล งถ านอดแท งท ได แตกต างกนค อ (1)ความชน ถาหากผงถานมความชนมากเกนไปไอน าทเกดขนเมอไดรบความรอนจะขยายตวท าใหแทงเชอเพลงถานระเบดและแตกรวน แตถาหากวาความชนนอยเกนไปท าใหผงถานเกาะกนเปนแทงไดยากผวของแทงมรอยแตกราว (2)อณหภม ถาหากวาใชอณหภมสงเกนไปท าใหผวหนาของแทงไหมถานเกรยมการเกาะตวกนไมเปนเนอแนนดเทาทควรและถาหากวาใชอณหภมต าความแขงของแทงถานทไดกจะต าดวยเชนกนทส าคญตองควบคมอณหภมใหคงทและการใชเชอกฉนวนพนรอบเครองท าความรอนจะชวยลดปญหาเกยวกบการสญเสยความรอนสบรรยากาศได (3)ความดน ความดนในกระบอกอดขนอยกบระยะหางระหวางเกลยวอดความสงของเกลยวความเรวของสกรตลอดจนระยะหางระหวางผนงกระบอกอดกบสกรเมอผงถานหมนดนใหตดกบกระบอกอดซงรบความรอนมาจากเครองท าความรอนจะท าใหเกดการเกาะตวกนและแรงเสยดทานระหวางกระบอกอดกบการเคลอนตวของแทงถาน ท าใหการอดตวแนนยงขน (4)การใชและบ ารงรกษาเครองอดขนรปเชอเพลงถานอดแทงดงท ไดกลาวมาแล ว เ ค ร อ ง อ ด ชน ดน ท า ง านด ว ยการอ ด(Pressure)หรอแรงดนจากมอเตอรไฟฟา ขนาด 3 แรงมา ทไปหมนสกรหรอเกลยว ซงเปนหวใจส าคญของเครองทผลตจากสแตนเลสแทนเหลกท าใหมความทนทานตอการสกกรอนเพอขบวสดใหอดแนน

เปนแทงโดยรดออกมาจากกระบอกรด (Troat-ท าจากสแตนเลส) 3. วธการอดแทงเชอเพลง (แผนพฒนาพลงงานทดแทนและพลงงานทางเลอก) การอดแทงเชอเพลงนนสามารถท าไดหลายรปแบบเชน การอดเปนเมด การอดเปนแทงเลก การอดเปนลกบาศก การอดเปนแทงฟน ในอตสาหกรรมนยมใชการอดเกลยวหรออดสกร (Screw) การอดแทงดวยเกลยวหรอสกร (Screw) สามารถอดได 2 แบบคอ (1)*การอดแหง คอวสดกอนอดจะตองไดรบการบดละเอยดสม าเสมอในการบดกรณทเครองอดมแรงอดสงมากกอาจไมจ าเปนตองบดกอนเพราะเครองอดจะท าหนาทบดและอดในตว*ความชนของวสดทบดแลวกอนท าการอดควรมคาอยระหวางประมาณ 7-12 เปอรเซนตหากสงกวาหรอต ากวาเกณฑอาจอดไมไดผล โดยใชแรงอดสงตงแต 0.100 กโลกรมตอตารางเซนตเมตร*การบดอดของวสดทเกดจากแรงขดสของวสดกบเกลยวโดยทกระบอกเกลยวจะมการถกท าใหเรยวตามความเหมาะสมและจะตองมรองหรอสนเพอใหปองกนการหมนของวสดไปตามเกลยวทหมน สวนใหญการอดตองใ ชความรอนจากภายนอกชวยเพอท าใหลกนนทของผนงเซลลละลายใชเปนตวเชอมประสานชนสวนของวสดใหถกอดเปนแทง ดงนนความรอนทเกดจากแรงขดสระหวางชนสวนของวสดสกรและกระบอกเกลยวไมเพยงพอทจะท าใหลกนนทออนตวดงนนความรอนทใชเพอใหลกนนทออนตวประมาณ 200-250 องศาเซลเซยส*แทงเชอเพลงจะมลกษณะเปนแทงฟนบางทเรยกวา ฟนเทยม (Extruded Log) มเสนผานศนยกลางประมาณ 50 มลลเมตร ความหนาแนนป ร ะ ม า ณ 100-1,2000ก โ ล ก ร ม ต อ ล ก บ า ศ กเซนตเมตร ซงเชอเพลงจะถกอดใหเปนเนอเดยวกนท าใหมลกษณะหนกแนนและแขง*ในบางกรณอาจจะจ าเปนทจะตองเลอกใชตวเชอมประสาน (Binding

Materials) จากภายนอกชวยโดยสวนใหญจะใชกาวหรอแปงเปยก*แทงเชอเพลงนนจดตดไฟยากกวาฟนและมควนมากจงไมคอยเปนทนยมในการใชในครวเรอนแตเหมาะสมในงานอตสาหกรรม (2)การอดเปยก คอความชนกอนอดขนอยกบชนดของวสดโดยทวไปจะมความชนประมาณ 60 เปอรเซนต จะอดไดดทสดแตหากต ากวานอาจจะอดไมไดหรออดไดไมดเทาทควรแตส าหรบการลดความชนไปจนถง 50 เปอรเซนตส าหรบวสดบางชนดกยงอดไดดอย การอดเปยกใชแรงอดต ากวาการอดแบบอดแหงอยางมาก การอดอาศยแรงและความเหนยวของวสดจงไมจ าเปนทจะตองมระบบการใหความรอนหรอระบายความรอน วสดกอนอดจ าเปนตองสบหรอบดใหเปนชนเลก ๆ แตไมใชละเอยด เมอผานการอดเปนแทงแลวแทงเชอเพลงจะตองน าไปตากแดดใหแหงกอนน าไปใช แทงเชอเพลงมความหนาแนนระหวาง*600-800*กโลกรมตอตารางเซนตเมตร เนอของแทงเชอเพลงจะถกอดเปนเสน ๆ หรอชนการรวมตวไมแนนหรอหลวมเปนเนอเดยวกนอยางการอดแหง บางกรณอาจใชตวประสาน (Binding Materials) จากภายนอกชวย การอดท าไดงายกวา ประหยด กวาและท าไดเกอบทกอยางกวางขวางกวาการอดแหงแบบใชความรอน ตวประสานทใชในการอดแทงเชอเพลง ตวประสาน คอ สารทผสมลงไปในวตถดบเพอท าใหวตถดบนนเกาะตดกนไดดมากยงขนในการพจารณาทจะท าการอดแทงโดยใชตวประสานนนจะตองค านกถง(1)ราคาตองไมแพงมากนก (2)**ตองใชในปรมาณทนอยทสดแตยงคงใหแทงเชอเพลงมคณภาพด (3)จะตองทนน า (4)จะตองมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคสงและสามารถจะปกคลมพนทของวตถดบทบดไดทวถงเพอใหการยดเหนยวเปนไปไดดยงขน

ภาพท 3 เครองอดขนรปเชอเพลงถานอดแทงแบบเกลยวอด การใชประโยชนจากผลผลตเชอเพลงถาน 1. การใชประโยชนจากผลผลตถานสามารถน าไปใชประโยชนไดมากกวาทเขาใจกนเพยงแตน าไปใชเพอเปนเชอเพลงหงตมในครวเรอนเทานน ในประเทศจน เกาหลและญปน ซงมเทคโนโลยการผลตถานอยางล าหนาจะสามารถผลตถานขาว (White Charcoal) เพอใชถานขาวในเชงเพอสขภาพโดยเฉพาะ เชน ใชถานขาวใสลงในกาตมน ารอนเพอท าน าแรเพราะถานชนดนจะละลายแรธาตตาง ๆ ออกมาเพมคณภาพและรสชาตของน ารอนใชชงกาแฟหรอจะใชผสมเหลาวสกกจะไดรสชาตทนมละมนน เปนต วอย างการใ ชถ านแบบพ เศษในตางประเทศ ในบานเราผลผลตถานสวนใหญจะเปนถานด าทผลตภายใตอณหภมต าซงไมเหมาะสมจะน ามาใชเปนเ ชอเพลงป งยางอาหาร แตถานด าได เปรยบกวาถ านบรสทธตรงทผลตไดจ านวนมากกวา ซงเหมาะแกการน าไปใชท าเชอเพลงอน ๆ ทไมเปนการประกอบอาหารโดยตรง เชน ใชเปนแหลงพลงงานทดแทนเชอเพลง ถานหนชนดตาง ๆ ซงมกจะมคามลพษทสงมาก แตอยางไรกดถานด าทผลตดวยอณหภมสงทเราเรยกวา ถานบรสทธ นนหากมปรมาณผลผลตทมากพอและคงทกสามารถน าไปใชประโยชนหลากหลายทงในครวเรอนและระดบอตสาหกรรมไดตามรายงานของชมรมสวนปาผลตภณฑและพลงงานไมคอ (1)การใชประโยชนในอตสาหกรรม ถานบรสทธเปนวตถดบในอตสาหกรรม

ผลตสารเคมตางๆ เชน คารบอนไดซลไฟด โซเดยมไซยาไนด ซลคอนคารไบดหรอถานกมมนต เปนตน ถานกมมนตทไดจากถานทมคาคารบอนเสถยรสง ใชประโยชนในอตสาหกรรมอกหลากหลายอาท ใชในระบบกรองและบ าบดอตสาหกรรมน าดม ระบบผลตน าประปา ระบบบ าบดน าเสย เปนตน นอกจากนยงใชประโยชนจากคารบอนในอตสาหกรรมโลหะหรอใชขเถาเพอเพมคณสมบตของปนซเมนตใหแขงตวชาและมความแขงแกรงขน 2.*การใชประโยชนในครวเรอน คณสมบตในการดดซบกลนและความชนของถานเปนทรบรกนดแ ล ว แ ต ใ น ต า ง ป ร ะ เ ท ศ อ ต ส า ห ก ร ร ม ผ ล ตเครองประดบจากถานเพอใชประโยชนในบานเรอนไดรบความนยมมาก คนญปนเปนตวอยางของผทมองเหนคณประโยชนของถานอยางชดเจนการใชถานเพอท าหนาทลดกลนในหองปรบอากาศมประสทธภาพทดมากในหองแอรทท างานหรอในรถโดยเฉพาะททมผสบบหรหรออาจจะมเชอจลนทรยควรน าถานไมไปวางดกไวทชองดดอากาศกบของเครองดดอากาศรพรนและจลนทรยทเปนประโยชนในถานไมจะดดซบกลนและเชอโรคตาง ๆ เอาไวชวยลดกลนไมพงประสงคไดอยางดหรอจะใชถานเพอการบ าบดน า 3.*การใชประโยชนในการเกษตร ในภาคการผลตเชงเกษตรการน าถานไมมาใชประโยชนนบวามคณคาทนาสนใจไมนอยเนองจากวาถานมคณสมบตท

ไมเปนพษภยตอพชและสตวจงสามารถใชทดแทนสาร เ คม ร า คาแพง ได อย า ง กว า ง ขวา งและมประสทธภาพไมแพกนทเดยว ใชเปนสารปรบปรงดนถานไมจะมรพรนมากมายเพอใสถานปนลงในดนจะชวยปรบสภาพดนใหรวนซยอมน าไดดขนสงผลใหรากพชขยายตวอยางรวดเรวชวยลดการใชปย เพราะสมบตตาง ๆ ของจลธาตทมอยหลายชนดในแทงถานจะเปนประโยชนใหแกพชทปลกถานไมทน ามาปรบปร งด นควร เปน เศษถ านขนาดไม เ กน 5 มลลเมตร โดยอาจจะเปนถานแกลบหรอถานชานออยแตควรระวงขเถาซงมฤทธเปนดางสงเพราะพชกไมชอบดนทมคาเปนดางสงควรรกษาคาเปนกรด-ดางของดนไวท PH 6.0-6.8 ชวยรกษาผลผลตใหสดนานข น ผ ก แ ล ะ ผ ล ไ ม จ ะ ม ก ล ไ ก ผ ล ต ก า ซ เ อ ธลน*(Ethylene)*เพอท าใหตวเองสกเราสามารถรกษาผลผลตใหสดนานขนโดยใสผงถานลงในกลองบรรจเพอดดซบกาซดงกลาวไวไมใหออกฤทธผกผลไมจะยงคงสดอยไดยาวนานถง*17*วนโดยไมเสยหายหรอสกงอม ปจจบนไดมการน าผง ถานกมมนตผสมลงในกระดาษทใชท ากลองบรรจผลผลตถานแกลบใชทดแทนแกลบรองพนคอกสตวซงราคาถกและหางายพอ ๆ กนเพอหลกเลยงความรอนและกาซตาง ๆ อนเปนสาเหตหนงของอาการเครยดในสตวส งผลใหสขภาพและผลผลตจากปศสตวมคณภาพดขน ใชผสมอาหารสตวน าผงถานผสมในอาหารสตวอตราสวนเพยง 1 เปอรเซนตถานจะชวยดดซบกาซในกระเพาะและล าไสชวยลดอาการทองอดเนองจากปรมาณน าในอาหารสงเกนโดยไมเปนอนตรายตอสตว ปรบปรงคณภาพแหลงน าน าถานไม ใสกระสอบ (ในปรมาณทสอดคลองกบประมาณแหลงน า ) ไวทกนบอและจดใหมการไหลเวยนน าบรเวณกระสอบถานน าเศษอนทรยวตถตาง ๆ ในน าจะถกยอยสลายโดยจลนทรยทอยในรพรนของถานชวยเพมประสทธภาพระบบบ าบดน าในบอเลยงปลาหรอกงไดเชนกนจากแหลงเดยวกน

ในประเทศญปนมการใชประโยชนจากถานไมอยางกวางขวางเปนล าเปนสนจนถอวาถานเปนวสดปรบปรงดนทดเยยมมปรมาณการใชในภาคเกษตรไมนอยกวาปละ 50,000 ตน หลกการตรวจสอบเชอเพลงถานอดแทงดวยเครอง Auto Bomb Calorimeter และตวอยางการวเคราะห(หองปฏบตการเทคโนโลยพลงงาน , ฝายวจยพลงงานและสงแวดลอม)

1. การทดสอบคาความรอนคาคงตวคาของสารละลายของวสด (1) การทดสอบลกษณะทวไป ภาชนะบรรจใหตรวจสอบและพจารณาความสมบรณของภาชนะบรรจ ภาชนะบรรจตองสะอาดแหงและปองกนเสยหายทเกดขนกบถานไดและภาชนะบรรจหรอฉลากอยางนอยตองมเลขอกษรหรอเครองหมายแจงรายละเอยดเชน ชอเรยก ผลตภณฑน าหนกสทธ เดอนทท า ขอแนะน าในการใชและการบ ารงรกษา (2) การทดสอบการใชงาน ใหทดสอบโดยการจดตวอยางถานอดแทงแลวตรวจพนจ (3) การทดสอบความชนคา ความชนของถานวเคราะหตาม ASTM D 3173 โดยใหความรอนกบถาน 1 กรมทอณหภม 103-110 องศาเซลเซยสและค านวณเปนรอยละของน าหนกทหายไป คานถอวาส าคญมากโดยเฉพาะในดานการซอขายโดยเปรยบเทยบคณภาพของถานทแหงดงนนจงตองจ าเปนใชคาความชนนไปค านวณกบคาอน ๆ ของถานใหอย ในสภาพตวอยางทแหง (4)ก า ร ท ด ส อ บ ก า ร ว เ ค ร า ะ ห ป ร ม า ณ เ ถ าตาม*ASTM*D*3174*ท าโดยการเผาตวอยาง*1*กรม ทอณหภม*750*องศาเซลเซยสและค านวณหารอยละของน าหนกทยงคงเหลออย (5)การทดสอบน าหนกสทธ ใหใชเครองชงทเหมาะสมจากขอมลเชงลกทไดตดตามกนมาท าใหเราไดเหนถงประโยชนอนมากมายของถานไมทเคยดเหมอนจะมคาแคเพยงเปนฟนหงขาวของคนโบราณ แตหากเรารจกการน ามาใชอยางสรางสรรคและเขาใจถงคณประโยชนของถานไมทไดจากไมฟนทมอยมากมายในประเทศ

ไทยกจะเปนประโยชนตอระบบการผลตในหลายแขนง ดงตารางท 1

ตารางท 1 การวเคราะหคาของสารระเหย ถานคงตว ปรมาณเถา ก ามะถน พลงงานความรอน

ตวอยาง สารระเหย (เปอรเซนต)

ถานคงตว (เปอรเซนต)

ปรมาณเถา (เปอรเซนต)

ก ามะถน (เปอรเซนต)

พลงงานความรอน (แคลอร/กรม)

ขเลอย 71.30 27.20 1.50 - 4,990 ขกบ 72.40 25.10 2.50 - 4,990 กากออย 73.90 17.60 8.50 - 4,440 ชานออย 71.80 23.40 4.80 - 4,510 แกลบ 62.70 17.40 20.00 - 3,860 ฟางขาว 74.40 18.90 7.30 - 4,300 ตนมนส าปะหลง 76.20 19.10 4.70 1.30 4,300 ซงขาวโพด 76.10 21.80 2.10 - 4,540 กะลามะพราว 73.70 25.59 0.70 0.03 4,830 ไมยราบยกษ 71.20 25.10 3.70 - 4,460 เสนใยปาลม 71.50 23.10 5.40 - 4,820 ไมยางพารา 74.9 23.0 2.10 - 4,560 ถานไมยางพารา 17.5 79.1 3.40 - 7,650 น ามนเตา* - - - 2.43 10,450 ถานหน 42.80 49.50 7.70 1.73 5,860 ถานโคก 1.20 90.60 8.20 0.48 7,150

หมายเหต : คอพลงงานความรอนทสงสด

วธการวจย

การเตรยมวตถดบ เครองมอและอปกรณ 1. การเตรยมวตถดบ สามารถด าเนนการตามขนตอนคอ (1) น าเศษกะลามะพราวและไมไผแลวน ามาท าการเผาใหเปนถานดงรปท 5 (2) น าถานกะลามะพราวและถานไมไผมาตยอยดวยเครองใหมขนาดเลกลงเพอทจะสามารถน าไปอดเชอเพลงถานอดแทงได (3)*ใชตะแกรงรอนคดแยกขนาดผงถานเมอท าการตถานเสรจใหน าถานทผานการตไปรอนใน

ตะแกรง (4) น าผงถานทผานการรอนคดแยกจากตะแกรงไปชงน าหนกตามทก าหนดทง 11 สตร (5) ผสมผงถานกะลามะพราว ผงถานไม ไผกบต วประสานแตละสตรทไดก าหนดทง 11 สตร เพอท าการคลกเคลาสวนผสมวตถดบใหเขากนดงรปท 4 (6) น าผงถานทผานการผสมและคลกเคลากนแลวไปอดขนรปดวยเครองอดแบบเกลยวอดผานแมพมพรปทรงหนาตดหาเหลยม ดงรปท 6

(ก)

(ข)

ภาพท 4 ลกษณะถานกะลามะพราวและถานไมไผ (ก) ถานกะลามะพราว (ข) ถานไมไผ

ภาพท 5 การผสมผงถานกบตวประสาน

ภาพท 6 การอดขนรปเชอเพลงถานอดแทง

เงอนไขการทดลอง 1. ผสมอตราสวนผสมกบตวประสาน คอ แปงมนและน าทอตราสวน 9.5:0.5:3 (กโลกรม:กโลกรม:ลตร)

2.*น าหนกของน าทใชเปนเพยงตวผสมระหวางผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผกบแปงมนเขาดวยกนเทานน (ปรมาณน าสามารถปรบไดขนอยกบ

ความชนของวตถดบทเตรยมไว) โดยไมรวมน าหนกของน าในการค านวณลดคาความชน 3. ท าการอดเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผ ในอตราสวนตาง ๆ ดงตารางท 2 (ตวอยางสตรท 3) จ า ก ก า รค านวณอตราสวน 100 เปอรเซนตโดยการแบงสดสวนทงสองใหได 100 เปอรเซนต ผงถานกะลามะพราว 90 เปอรเซนต

9.5x90 8.55

100 กโลกรม

ผงถานไมไผ 10 เปอรเซนต 9.5x10

0.95100

กโลกรม

4.*ตรวจสอบแทงเชอเพลงถานอดแทงโดยการสงเกตลกษณะทไดตรงตามทตองการหรอไม

5.*เชอเพลงถานอดแทงทงหมดคดเปน 100 เปอรเซนต 6. น าเชอเพลงถานอดแทงทงหมดมาลดความชนไมเกน 8 เปอรเซนต โดยน าหนกตามมาตรฐาน มผช.238/2547 (มาตรฐานผลตภณฑชมชน (มผช.)เลขท 238/2547) 7. น าเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผ น ามาทดสอบประสทธภาพและคณภาพดวยเครอง Oxygen Bomb Calorimeter ซงจะบอกคาพลงงานความรอน และปรมาณเถา 8. เปรยบเทยบคณสมบตตางๆของเชอเพลงถานอดแทง เพ อใหทราบวาอตราสวนผสมใดเหมาะสมทสด

ตารางท*2*สตรในการหาอตราสวนผสมในการอดแทงเชอเพลง

สตรท สวนผสมของวตถดบ(กโลกรม)

ถานกะลามะพราว ถานไมไผ 1 9.50 - 2 - 9.50

3 8.55 0.95

4 7.60 1.90 5 6.65 2.85 6 5.70 3.80

7 4.75 4.75

8 3.80 5.70 9 2.85 6.65 10 1.90 7.60

11 0.95 8.55

การทดสอบหาประสทธภาพและคณภาพของเชอเพลงถานอดแทง 1. การทดสอบหาคาอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทง เพอตรวจวดคาพลงงานความ

รอนในเชอเพลงของถานแตละสตรโดยวธการตมน าเดอดทอณหภม 100 องศาเซลเซยสขนไป โดยการท าในบรเวณทไมมอากาศถายเท และในขนาดทตมน าควรปดฝาหมอใหสนทเพอเกบขอมลและบนทกผล

การทดลองสามารถท าไดโดย (1)*น าเชอเพลงถานอดแทงทผานการลดความชนไมเกน 8 เปอรเซนตมาชงใหได 1 กโลกรมดงรปท 7 (2)*น าเชอเพลงถานอดแทงท ชงแลวไปกอไฟเพอท าการตมน าโดยใชน าปรมาณ1.5 ลตร (3) ท าการจบเวลาตงแตเรมตนตงหมอตมน าจนกระทงน าเดอดทอณหภมประมาณ 100 องศาเซลเซยสขนไป (4) น าเทอรโมมเตอรมาวดอณหภมและท าการหยดเวลา (5) น าเชอเพลงถานอดแทงทเหลอจากการตมหนาเดอดมาท า การชง เพอหาปรมาณคงเหลอหลงการตมน าและท าการบนทกผลการทดลอง 2. การทดสอบหาคาปรมาณเถา ดงรปท 8 โดยการน าเชอเพลงถานอดแทงไปท าการจดไฟโดยใชเตา

แกสเปนแหลงใหพลงงานความรอน ท าการเผาเชอเพลงถานอดแทงเปนเวลา 3 นาท ทความรอนเทากนและปลอยทงไวใหเชอเพลงถานอดแทงเผาไหมจนเหลอแตเถาถาน ท าการจบเวลาและบนทกผลการทดลอง

3. การทดสอบหาคาความแขงดงรปท 9 ดวยเ ค ร อ ง ท ด ส อ บ แ ร ง ด ง แ ล ะ แ ร ง ก ด (ย ห อ HOUNSFIELD) เมอท าการอดแทงวตถดบเสรจเรยบรอยแลวขนตอนตอไปเปนการตรวจสอบดวยเครองทดสอบแรงกดเพอตรวจวดคาความแขงในเชอเพลงถานอดแทงเพอเกบขอมลและบนทกผล

4. การทดสอบหาคาพลงงานความรอนดวยเครอง Oxygen Bomb Calorimeter ดงรปท 10

ภาพท 7 การลดความชนแกเชอเพลงถานอดแทง

ภาพท 8 การทดสอบหาคาปรมาณเถา

ภาพท 9 การทดสอบหาคาความแขง ดวยเครองทดสอบแรงดง

และแรงกด (ยหอ HOUNSFIELD)

ภาพท 10 ชดเครอง Oxygen Bomb Calorimeter

ตารางท 3 ผลการทดลองการลดคาความชนไมเกน 8 เปอรเซนตของเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและ ผงถานไมไผ

อตราสวนผสม(กโลกรม) จ านวนวน(วน)

คาความชน(เปอรเซนต)

ผงถานกะลามะพราว ผงถานไมไผ ครง 1 ครง 2 ครง 3 ครง 4 ครง 5 คาเฉลย

9.50 0.00

1 16.67 16.25 17.64 18.57 17.33 17.29

2 13.33 13.43 14.28 14.03 12.90 13.59

3 7.69 5.17 6.66 8.16 7.40 6.42

4 5.00 4.54 5.35 5.55 6.38 5.36

0.00 9.5

1 15.00 13.75 14.12 12.75 13.25 13.77

2 13.23 10.14 10.95 10.81 11.43 11.31

3 6.78 8.06 7.69 7.57 9.68 7.95

4 3.63 3.51 3.33 4.92 3.57 3.79

8.55 0.95

1 15.44 15.29 15.71 16.47 16.66 15.91

2 11.84 11.11 11.86 11.26 12.80 11.77

3 8.95 7.81 9.61 7.93 9.17 8.69

4 4.91 5.08 6.38 6.89 7.07 6.07

7.60 1.90 1 14.67 15.49 14.86 15.71 16.00 15.35 2 12.50 13.33 12.69 13.56 14.87 13.39 3 10.71 11.54 10.91 11.76 12.65 11.51 4 4.00 6.52 6.12 4.76 4.57 5.19

6.65 2.85 1 16.47 16.25 17.33 15.55 17.14 16.55 2 12.67 13.43 12.90 14.47 13.79 13.45 3 9.67 10.34 7.40 8.46 7.90 8.75 4 7.14 8.65 6.50 7.56 6.51 7.27

5.70 3.80 1 14.44 13.97 14.58 13.68 14.55 14.24 2 12.99 11.25 12.19 10.97 12.14 11.91 3 7.46 9.86 8.33 8.22 7.23 8.22 4 3.23 4.69 4.55 4.47 3.01 3.99

4.75 4.75 1 14.98 15.01 14.51 14.84 15.18 14.89 2 11.21 12.72 11.92 11.57 12.58 12.00 3 8.95 9.58 8.77 9.02 8.61 8.99 4 4.71 5.86 4.23 4.59 5.11 4.90

3.80 5.70 1 13.75 14.92 13.98 14.54 14.67 14.37 2 10.14 12.97 11.57 11.30 12.22 11.64

3 8.06 8.96 9.06 9.41 9.17 8.93 4 3.51 5.01 4.92 5.05 4.83 4.66

อตราสวนผสม(กโลกรม) จ านวนวน(วน)

คาความชน(เปอรเซนต)

ผงถานกะลามะพราว ผงถานไมไผ ครง 1 ครง 2 ครง 3 ครง 4 ครง 5 คาเฉลย

2.85 6.65 1 17.09 16.29 17.53 16.00 17.61 16.90 2 15.98 13.36 15.07 13.42 14.28 14.42 3 8.15 11.03 10.71 9.54 8.53 9.59 4 6.23 6.51 5.86 5.37 5.97 5.99

1.90 7.60 1 14.12 15.32 14.63 15.11 14.48 14.73 2 12.33 13.15 11.29 12.75 11.51 12.21 3 9.38 10.98 9.78 11.35 9.16 10.13 4 3.45 4.74 5.09 4.82 5.20 4.66

0.95 8.55 1 15.72 16.37 16.87 16.90 15.66 16.30 2 13.20 12.99 12.72 12.43 12.80 12.83 3 9.96 10.21 10.56 10.77 10.28 10.36 4 4.55 5.34 5.24 5.48 4.91 5.10

ตารางท 4 ผลการทดลองการหาคาอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทง

อตราสวนผสม (กโลกรม) มวลทเหลอ(กโลกรม)

สนเปลองเชอเพลง (กโลกรม)

ระยะเวลา (ชวโมง)

อตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทงเฉลย

(กโลกรม/ชวโมง) ผงถานกะลามะพราว ผงถานไมไผ

9.50 0.00 0.677 0.323 00:11:09 1.745 0.00 9.50 0.623 0.377 00:14:00 1.618 8.55 0.95 0.697 0.303 00:09:45 1.917 7.60 1.90 0.647 0.353 00:08:67 2.434 6.65 2.85 0.670 0.330 00:06:10 3.235 5.70 3.80 0.677 0.323 00:07:25 2.669 4.75 4.75 0.680 0.320 00:08:26 2.318 3.80 5.70 0.687 0.318 00:07:16 2.672 2.85 6.65 0.680 0.320 00:09:47 2.025 1.90 7.60 0.633 0.367 00:06:36 3.462 0.95 8.55 0.617 0.383 00:07:63 3.015

ตารางท 5 ผลการทดลองการหาปรมาณเถา อตราสวนผสม(กโลกรม)

ปรมาณเถา(เปอรเซนต) ผงถานกะลามะพราว ผงถานไมไผ

9.50 0.00 9.75 0.00 9.50 13.92 8.55 0.95 10.42 7.60 1.90 10.64 6.65 2.85 10.95 5.70 3.80 11.24 4.75 4.75 11.85 3.80 5.70 12.37 2.85 6.65 12.95 1.90 7.60 13.42 0.95 8.55 13.87

ตารางท 6 ผลการทดลองการหาคาพลงงานความรอน

ตารางท 7 ผลการเปรยบเทยบประสทธภาพของเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผ กบมาตรฐานผลตภณฑชมชนถานอดแทง (มผช.238/2547)

อตราสวนผสม(กโลกรม) คาพลงงานความรอน(แคลอรตอกรม )

ผงถานกะลามะพราว ผงถานไมไผ 9.50 0.00 6,388.05 0.00 9.50 6,041.00 8.55 0.95 5,748.83 7.60 1.90 5,699.97 6.65 2.85 5,624.34 5.70 3.80 5,813.98 4.75 4.75 5,677.81 3.80 5.70 5,630.47

2.85 6.65 5,576.46 1.90 7.60 5,446.69 0.95 8.55 5,363.08

อตราสวนผสม(กโลกรม) คาตาง ๆ จากผลการทดลอง

ผงถานกะลามะพราว

ผงถานไมไผ

ความชน (เปอรเซนต)

อตราการสนเปลองเชอเพลง

(กโลกรม/ชวโมง)

ปรมาณเถา (เปอร-เซนต)

พลงงานความรอน

(แคลอร/กรม)

การรบแรงกด (นวตน)

ความหนาแนน (กโลกรม/ลกบาศก

เมตร)

9.50 0.00 5.36 1.745 9.75 6,388.05 1,427.333 696.39

0.00 9.50 3.79 1.618 13.92 6,041.00 541.430 794.28

8.55 0.95 6.07 1.917 10.42 5,748.83 892.530 737.14

7.60 1.90 5.19 2.434 10.64 5,699.97 969.460 639.25

6.65 2.85 7.27 3.235 10.95 5,624.34 310.430 754.28

5.70 3.80 3.99 2.669 11.24 5,813.98 288.760 888.57

4.75 4.75 4.90 2.318 11.85 5,677.81 385.730 894.28

3.80 5.70 4.66 2.672 12.37 5,630.47 71.130 817.14

2.85 6.65 5.99 2.025 12.95 5,576.46 385.560 751.43

1.90 7.60 4.66 3.462 13.42 5,446.69 188.560 854.28

0.95 8.55 5.10 3.015 13.87 5,363.08 601.400 753.54

ถานไมเบญจพรรณ (นภาพรรณ นน-ตาวงศ:2553)

3.692 2.25 3.86 6,748.97 - -

มาตรฐานถาน-อดแทง(มผช.238/2547)

ไมเกนเกน 8 เปอรเซนต

- - ไมนอย กวา

5,000 - -

0

2

4

6

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

5.36

3.79

6.07 5.19

7.27

3.99 4.9 4.66

5.99

4.66 5.1

คาคว

ามชน

(เปอ

รเซนต

)

ผลการวจย ผลการลดคาความชน ผลการลดคาความชนไมเกน 8 เปอรเซนตของเชอเพลงถานอดแทงคาความชนเรมตน 100 เปอรเซนต บนทกผลการทดลองหลงการอบทก 24 ชวโมง โดยการอบทอณหภม 103 องศาเซลเซยสระยะเวลา 4 วน ดงรปท 11

ผลการทดลองหาคาอตราการสนเปลอง ผลการทดลองหาคาอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทงมวลทใชในการทดลอง 1 กโลกรมโดยการตมน าเดอดทอณหภม 100 องศาเซลเซยส ดงรปท 12

0

2

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1.745 1.618 1.917 2.434

3.235 2.669

2.318 2.672

2.025

3.462 3.015

อตรากา

รสนเปล

อง(กโล

กรม/ชว

โมง)

ภาพท 12 อตราการสนเปลองของเชอเพลงถานอดแทง

ภาพท 11 กราฟคาความชนของเชอเพลงถานอดแทง

จากผลการทดลองหาปรมาณเถา

การทดลองหาปรมาณเถาของเชอเพลงถานอดแทงดงรปท 13

ผลการทดลองการหาคาพลงงานความรอน จากผลการทดลองการหาคาพลงงานความรอนของเชอเพลงถานอดแทงดวยเครอง Oxygen Bomb Calorimeter ดงรปท 14

ภาพท 14 คาพลงงานความรอนของเชอเพลงถานอดแทงดวยเครอง Oxygen Bomb Calorimeter

0

10

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

9.75 13.92

10.42 10.64 10.95 11.24 11.85 12.37 12.95 13.42 13.87

ปรมาณเถา(เป

อรเซนต

)

4500

5000

5500

6000

6500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

6388.05

6041

5748.83 5699.97 5624.34 5813.98

5677.81 5630.47 5576.46 5446.69 5363.08

คาพล

งงานคว

ามรอน(กโลแคล

อรตอ

กโลก

รม)

ภาพท 13 ปรมาณเถาของเชอเพลงถานอดแทง

อภปรายผลการวจย จากตารางท 3 และรปท 11 ผลการทดลองการลดคาความชนไมเกน 8 เปอรเซนตของเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผ โดยการอบทอณหภม 103 องศาเซลเซยส ระยะเวลา 4 วนโดยการเปรยบเทยบตามคณลกษณะทตองการของ มผช.238/2547 พบวาเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผในทกอตราสวนผสมมคาความชนเฉลย ไม เกน 8 เปอร เซนต เนองจากความชนในสวนผสมของเชอเพลงถานอดแทงสามารถระเหยออกสบรรยากาศจากการไดรบความรอนในการอบ และไดคาตรงตามคณลกษณะทตองการของ มผช.238/2547 ก าหนดไว จากตารางท 4 และรปท 12 ผลการทดลองการหาคาอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผจะแสดงถงประสทธภาพในการเผาไหมของเชอเพลงถานอดแทงทเผาไหมไดดตดไฟไดยากแตเมอตดอยไดนานจนกลายเปนเถาใชระยะเวลาในการเผาไหมนาน และการเผาไหมไดไมดหรอเผาไหมไมหมดจะตดไฟงายแตดบไวใชระยะเวลาในการเผาไหมนอย จะวาอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทงเฉลยมากทสด คอ อ ต ร า ส ว น ผ ส ม ใ น ส ต ร ท *10*ผ ง ถ า น ก ะ ล า มะพร าว*1.90*ก โลกรมตอผงถ านไม ไผ *7.60*กโลกรม มอตราสนเปลองเชอเพลงถานอดแทง 3.462*กโลกรมตอชวโมงและอตราการสนเปลองเ ชอเพลงถานอดแทงเฉลยนอยทสด คอ อตราสวนผสมในสตรท*3*ผงถานกะลามะพราว*8.55*กโลกรมตอผงถานไมไผ*0.95*กโลกรม มอตราสนเปลองเชอเพลงถานอดแทง*1.917*กโลกรมตอชวโมง จากตารางท 5 และรปท 13 ผลการทดลองหาปรมาณเถาของเชอเพลงถานอดแทงจากผงถาน

กะลามะพราวและผงถานไมไผ ซงปรมาณเถาทเหลอจากการเผาไหมของเชอเพลงถานอดแทง เมอมปรมาณเถามากคาพลงงานความรอนกลดลงแตถามปรมาณเถานอยคาพลงงานความรอนกจะเพมขนและเปนภาระในการขจด จะพบวาปรมาณเถาสงสด ค อ อ ต ร า ส ว น ผ ส ม ใ น ส ต ร ท 11 ผ ง ถ า นกะลามะพราว*0.95*กโลกรมตอผงถานไมไผ*8.55*ก โลกรม มปรมาณเถ า*13.87*เปอร เซนตและปรมาณต าสด คอ อตราสวนผสมในสตรท 3 ผงถานกะลามะพราว 8.55 กโลกรมตอผงถานไมไผ 0.95 กโลกรม มปรมาณเถา 10.42 เปอรเซนต จากตารางท 6 และรปท 14 ผลการทดลองการหาคาพลงงานความรอนของเชอเพลงถานอดแทงจากผงถานกะลามะพราวและผงถานไมไผ ซ งเชอเพลงถานอดแทงทไดใหความรอนสงสม าเสมอและทนทานใชงานไดในแตละสตรมผลท าใหคาพลงงานความรอนทไดแตกตางกน จะพบวาคาพลงงานความรอนสงสด คอ อตราสวนผสมในสตรท 6 ผงถานกะลามะพราว 5.70 กโลกรมตอผงถานไมไผ 3.80 กโลกรม มคาพลงงานความรอน 5,813.98 แคลอรตอกรมและคาพลงงานต าสด คอ อตราสวนผสมในสตรท 11 ผงถานกะลามะพราว 0.95 กโลกรมตอผงถานไมไผ 8.55 กโลกรม มคาพลงงานความรอน 5,363.08 แคลอรตอกรม จ า ก ผ ล ก า ร ท ด ล อ ง ก า ร เ ป ร ย บ เ ท ย บประสทธภาพเชอเพลงถานอดแทงจากกะลามะพราวและไมไผกบมาตรฐานถานอดแทง (มผช.238/2547) จากตารางท*7 *พบวาอตราสวนผสมทดทสดในการผลตเชอเพลงถานอดแทงจากเศษวสดเหลอใชในการเผาขาวหลามทคาตางๆผานมาตรฐานผลตภณฑชมชนถานอดแทง (มผช.238/2547) คอ อตราสวนผสมในสตรท*3*ผงถานกะลามะพราว 8.55*ก โ ลกร มต อผงถ านไม ไ ผ *0.95*ก โลกร ม ม ค าความชน*6.07*เปอร เซนต อตราการสนเปลองเ ชอเพลง 1.917*กโลกรมตอชวโมงปรมาณเถา

10.42*เปอรเซนต คาพลงงานความรอน 5,748.83 แคลอร ต อ กร ม ค าคว ามแข ง *892.530*น วต นและ*737.14*กโลกรมตอลกบาศกเมตร

สรป อตราสวนผสมทเหมาะสมทสดในการผลตเชอเพลงถานอดแทงจากเศษวสดเหลอใชในการเผาขาวหลาม คอ สตรท 3 ผงถานกะลามะพราว 8.55 กโลกรมตอผงถานไมไผ 0.95 กโลกรม มอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทง 1.917 กโลกรมตอชวโมง ใชระยะเวลาในการเผาไหม 00:09:45*ชวโมง การลดความชนของเชอเพลงถานอดแทง*6.07*เปอรเซนต ซ งเปนไปตามคาความชน ไม เกน 8 เปอรเซนตตามมาตรฐานผลตภณฑชมชนถานอดแทง (มผช.238/2547) ปรมาณเถา 10.42 เปอรเซนต คาพลงงานความรอน 5 ,748.83 แคลอรตอกรม ซงเปนไปตามคาพลงงานความรอนตองไมนอยกวา*5,000*แคลอรตอกรม ตามมาตรฐานผลตภณฑชมชนถานอดแทง (มผช.238/2547) คาความหนาแนน 737.14 กโลกรมตอลกบาศกเมตร คาความแขง คอ 892.530 นวตน แสดงใหเหนวาผงถานกะลามะพราวมากกวาผงถานไมไผ เมอตดไฟแลวจะดบไดยากจะเผาไหมจนกวาจะกลายเปนขเถาท าใหมอตราการสนเปลองเชอเพลงถานอดแทงนอยสดใชงานไดนานและประหยด เนองจากเชอเพลงถานอดแทงมความแขงมากจงท าใหไมเปราะและไมแตกหกไดงาย

กตตกรรมประกาศ ผการด าเนนงานวจยขอขอบคณคณธรพฒน*อ าพาศ คณบษยมาศ*นนใจยะ คณชนานาง*ชนหม และคณภทรา*จนทรกระจาง สาขาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนาตาก ทชวยสบคนและจดหาขอมล

เอกสารอางอง เกศกนก จนทรมาศ. (2546). การศกษาเรองการ

เปรยบเทยบหาคาความรอนจากถาน. มหาวทยาลยมหาสารคาม.

วไลพร ลกษมวาณชย, กาญจนา สรกลรตน และณฐธนญา บญถง. (2554). พฤตกรรมการยอมรบถานอดแทงจากซงขาวโพดผสมกะลามะพราวของชมชนต าบลชางเคง. อ าเภอแมแจม จงหวดเชยงใหม โดยการทนทานแรงกดอด (Compressive Strength) ของถานอดแทง.สาขาวชาฟสกส. ภาควชาวทยาศาสตร. คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย. มหาวทยาลยราชภฎเชยงใหม.

กตตพงษ ลาลน, สมโภชน สดาจนทร และ ชยยนต จนทรศร.(2555). การผลตถานอดแทงจากผงถานวสดชวมวล*3 ชนดดวยชดเกลยวอดถานอดแทง. ภาควชาวศวกรรมเกษตร. คณะวศวกรรมศาสตร. มหาวทยาลยขอนแกน.

กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน. (2552). กระทรวงพลงงาน. Available from http://www.dede.go.th/dede/index.php?option=com_content&view=article&id=130%3A2010-05-07-08-10-57&catid= 58&Itemid=68&lang=th,

แผนพฒนาพลงงานทดแทนและพลงงานทางเลอก, Available from http://www.dede.go.th /dede/images/stories/aedp25.pdf,2555-2564.

หองปฏบตการเทคโนโลยพลงงาน ฝายวจยพลงงานและสงแวดลอม สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย. Available from http://www.charcoal.snmcenter.com/charcoalthai/hot.php.

มาตรฐานผลตภณฑชมชน (มผช.)เลขท 238/2547 เปนมาตรฐานเกยวกบเชอเพลงถานอดแทง http://tcps.tisi.go.th/pub%5Ctcps238_47.pdf.

การออกแบบดซแมกนตรอนสปตเตอรงตนทนต าสาหรบการเคลอบผววสด Design of low-cost DC magnetron sputtering for thin films deposition

จรพฒนพงษ เสนาบตร1*, วรวฒน ตาล า2, สทธพล แสนสม3 และ เพลน จนทรสยะ4 Jirapatpong Senabut1*, Worawat Talam2, Sitthiphon Saensom3 and Plearn Jansuya4

1 คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลยการเกษตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 2,3,4 สาขาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย 1 Faculty of Agricultural Sciences and Technology Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Rai 2,3,4 Electrical Engineering of Engineering Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Rai *Corresponding Author. E-mail: jirapatpong.amcet@gmail.com

บทคดยอ เครองเคลอบฟลมบางตนทนต าถกพฒนาส าหรบการเคลอบผววสดและลดการน าเขาอปกรณราคาแพงจากตางประเทศวสด

ทเลอกใชค านงจากราคาทตองไมสง และสามารถหาซอไดโดยงาย โดยเลอกเปาสารเคลอบทใชเปนเปาทองแดง มอตราการเคลอบ 155.89 นาโนเมตรตอชวโมง ฟลมบางของทองแดงจะท าการปรบระยะหางระหวางวสดรองรบกบเปาสารเคลอบท 2 เซนตเมตร คากระแสไฟฟาในการกระบวนการเคลอบฟลมอยท 200, 300, 400 และ 500 มลลแอมแปร พบวา ความหนาของฟลม และคากระแสไฟฟา มคาสงสด เทากบ 132.75 นาโนเมตร ท 500 มลลแอมแปร ทเวลา 0.75 ชวโมง ตามล าดบ

คาสาคญ: สปตเตอรง, ฟลมบาง, ดสชารจ

Abstract The low-cost DC magnetron sputtering was devised to thin film deposited development

and also aimed at reduction of costly apparatuses from foreign country. The materials used in these devises were selected due to their lower cost and easy to acquire. The bulk copper was used as a cathode target. The coating rate is 155.89 nm/h. The film’s thickness with varied of the substrate-target distance at 2 cm. Current values of thin film deposition procedure were 200, 300, 400 และ 500 mA and the result found that the most of film thickness and current were 132.75 nm at 500 mA and coating time 0.75 hrs, respectively.

Keywords: Sputtering, thin film, glow discharge

บทนา การเคลอบผววสดและการเคลอบชนงานโลหะ

ในอตสาหกรรม ในปจจบนสามารถแบงการเคลอบผวไดออกเปน 2 แบบ คอ การเคลอบเพอความสวยงาม และการเคลอบเพอเปลยนแปลงผววสดใหมความแขงแรงหรอกนสนมการเคลอบเครองประดบเพอความสวยงามส าหรบใชในชวตประจ าวน เชน แหวน สรอยคอ สายนาฬกา ปลอกปากกา และการชบแขงเพอใหชนงานมความแขงมากขน เชนการเคลอบแมพมพโลหะเพอใหแมพมพมความแขงแรงเพมขนนยมใชกระบวนการเทคนคสปตเตอรงโดยหลกการเคลอบในระบบสญญากาศโดยอาศยความตางศกยทางไฟฟาท าใหไอออนของแกสเฉอย เชน อารกอน ท าใหไอออนของแกสทถกเรงดวยฟาศกยสงพงชนเปาสารเคลอบสงผลใหอะตอมของเปาทเปนสารเคลอบหลดออกจากผวเปาไปเกาะจบตวกนเปนชนบนผววสดชนงานการเคลอบโดยวธนตองเตรยมชนงานดวยการท าความสะอาดชนไมใหมคราบสกปรกผวจยจงไดท าการศกษาออกแบบและสรางชดเคลอบดวยเทคนคสปตเตอรงตนทนต าส าหรบประยกตใชงานในการเคลอบผววสดเนองจากเปนเทคโนโลยทสะอาดในปจจบนเครองยงมราคาสงตนทนสงดงนนผวจยจงไดเลอกหาวสด อปกรณในการสรางชดเคลอบทมราคาถกหาไดงายมาใชในการสรางชดเคลอบแบบเทคนคสปตเตอรงสารเคลอบทใชเปนเปา คอ ทองแดง มาตราฐานเกรด C1100 ความบรสทธ 99.90 % ระยะหางการวางกระจกสไลด อยท 2 เซนตเมตร ใชแหลงจายความตางศกยไฟฟา ทกระแสไฟฟาท 200 300 400 และ 500 มลลแอมแปรวดความหนาของมวลฟลมท เคลอบบนผวกระจก เพอศกษาเปนแนวทา งต นแบ บ ในกา รพฒน า ชด เ คล อบท มประสทธภาพในอนาคตขางหนาตอไป

วตถประสงค เพอออกแบบและสรางชดสปตเตอรงตนทนต า

ส าหรบประยกตใชงานในการเคลอบผววสดขนาดเลก

ทบทวนวรรณกรรม อารรตน และคณะ (2012) ไดศกษาการเตรยม

และศกษาลกษณะเฉพาะของฟลมบางไทเทเนยมอลมเนยมไนไตรดทเคลอบดวยวธรแอกทฟดซโคอนบาลานซแมกนตรอนสปตเตอรง ผลของกระแสไฟฟาในการสปตเตอรเปาไทเทเนยม (ITi) ตอโครงสรางผลก ลกษณะพนผวและความหนา ในชวง 300 - 900 มลลแอมป โครงสรางผลก ลกษณะพนผวและความหนา ศกษาดวยเทคนคการเลยวเบนรงส เอกซ (X-ray Diffraction; XRD) และอะตอมมคฟอรซไมโครสโคป (Atomic Force Microscope; AFM) ตามล าดบ ผลการศกษาพบวาคากระแสไฟฟาในการสปตเตอรเปาไทเทเนยมมผลโดยตรงตอโครงสรางผลก ลกษณะพนผวและความหนาของฟลม โดยฟลมทเคลอบไดแสดงโครงสรางผลกของไทเทเนยมอลมเนยมไนไตรด ระนาบ (111) (200) และ (220) ความหนาและความหยาบผวของฟลมทไดมคาในชวง 147 - 252 นาโนเมตร และ 1.4 - 3.1 นาโนเมตร

คมกฤช และคณะ (2012) ไดศกษาผลของก าลงสปตเตอรงตอโครงสรางของฟลมบางไทเทเนยม ไนไตรดทเคลอบดวย เทคนครแอคตฟดซแมกนตรอนสปตเตอรง ศกษาผลของก าลงสปตเตอรงในชวง 130 ถง 270 วตต ตอโครงสรางฟลม โดยโครงสรางผลกของฟลมศกษาดวยเทคนค XRD ความหนาและลกษณะพนผวศกษาดวยเทคนค AFM ผลการศกษาพบวาการเกดของฟลมทเคลอบไดจะแปรไปตามก าลงสปตเตอรงจาก สมวง เปน สทอง และ สน าตาล ฟลมทเคลอบไดมโครงสรางผลก 2 แบบเฟซเซนเตอรควบค (fcc) ระนาบ (111), (200) (220) และ (311) เมอก าลงสปตเตอรงเพมขน พบวา ขนาดผลกมคาเพมขนจาก 21.9 นาโนเมตร เปน 39.8 นาโนเมตร

ความหนาฟลมเพมขนจาก 331 นาโนเมตร เปน 1113 นาโนเมตร ขณะทความหยาบผวเพมขนจาก 0.5 นาโนเมตร เปน 21.5 นาโนเมตร

ภททรา และคณะ (2014) ไดศกษาผลของความดนยอยไนโตรเจนตอสมบตทางโครงสรางและทางไฟฟาของฟลมบางไทเทเนยมทงสเตนไนไตรด ความดนยอยของแกสไนโตรเจนในระบบสญญากาศถกปรบใหมคาตงแต 0% ถง 9% ของปรมาณแกสทงหมด ผลการทดลองแสดงใหเหนวาความดนยอยของแกสไนโตรเจนสงผลตอองคประกอบทางเคม โครงสรางของผลกและความตานทานแผน เอกซเรยสเปกโทรสโกปแบบกระจายพลงงานแสดงสดสวนของไนโตรเจนในฟลมโดยสดสวนมแนวโนมเพมขนเมอเพมความดนยอยของแกสไนโตรเจน สดสวนของไนโตรเจนในฟลมมคาสงสดท 19%โดยอะตอมเครองวเคราะหการเลยวเบนรงสเอกซแสดงโครงสรางผลกของฟลมเปนลกบาศกแบบกลางหนาของสารละลายของแขง TixWYNZ คาความตานทานแผนของฟลมไทเทเนยมทงสเตนไนไตรดมแนวโนมเพมขนเมอเพมความดนยอยของแกสไนโตรเจน โดยคาความตานทานแผนเพมขนจาก 5.3 โอหม/ตาราง ถง 11.0 โอหม/ตาราง

นรนดร และคณะ (2012) ไดศกษาผลของความ ตางศกยตอโครงสรางของฟลมบางไทเทเนยมออกไซดทเคลอบดวยวธรแอกทฟสปตเตอรงและการเกดไฮดรอกซอา-ปาไทท ความตางศกยในชวง 0 โวลต ถง 150 โวลต พบวา เมอความตางศกยต าฟลมทไดจะมเฟสรไทลอยทระนาบ (110) และเปลยนเปนระนาบ (101) เมอความตางศกยมคาเพมสงขน พบวาขนาดผลกมคาอยในชวง 4.2 - 5.9 นาโนเมตร ลกษณะพนผวของฟลมทเคลอบไดเปลยนไปตามความตางศกย ความหนาและความหยาบผวของฟลมมคาอยในชวง 80 - 89 นาโนเมตร และ 0.9 - 2.9 นาโนเมตร ตามล าดบ หลงการแชชนงานในสารละลาย SBF เปนเวลา 7 วน ตรวจพบไฮดรอกซอาปาไททบนผวหนาของฟลมทกเงอนไขการเคลอบ ผลการวเคราะหดวยเทคนค

EDS พบวาอตราสวนของ Ca/P ของไฮดรอกซอาปาไททบนฟลมทงหมดมคาประมาณ 1.41 – 1.48

สทธวฒน และคณะ (2014) ไดศกษาการเตรยมและศกษาลกษณะเฉพาะของฟลมบางโครเมยมวาเนเดยมไนไตรดท เคลอบดวยวธรแอคตฟ ดซ แมกนตรอน โคสปตเตอรง ดวยกระแสไฟฟาในการสปตเตอรเปาวาเนเดยมเทากบ 400 มลลแอมป ฟลมทเกดขนมลกษณะเปนเมดกระจายทวผวหนาของฟลม สวนฟลม ทเคลอบดวยกระแสไฟฟาในการสปตเตอรเปาวาเนเดยมเทากบ 600 มลลแอมป สารเคลอบเรมเกาะกลมกนมขนาดใหญขน และฟลมทเคลอบดวยกระแสไฟฟาในการสปตเตอรเปาวาเนเดยมเทากบ 800 มลลแอมป ลกษณะผวหนาของฟลมทเคลอบไดมล กษณะ กา รก อ ต ว ขอ ง โ ลหะ ท ว ผ วห น าฟ ล ม โดยฟลมท เคลอบได มคาความหยาบผว (Rrms) ในชวง 3.75-4.96 นาโนเมตร เมอกระแสไฟฟาการสปตเตอรเปาวาเนเดยมเพมขนความหนาของฟลมเพมจาก 883 นาโนเมตร เปน 1048 นาโนเมตร

ทฤษฎท เก ยวของ สปตเตอรง (Sputtering)

สปตเตอรง เปนกระบวนการทางฟสกสอยางหนงดวยอาศยหลกการเคลอบผวชนงานภายใตสภาวะสญญากาศทเกดขนในสภาวะเมอผวหนาของวสดทเปนเปาสารเคลอบถกชนกระแทกดวยไอออนของกาซทถกเรงดวยความตางศกยทางไฟฟาพลงงานสงจนท าใหอะตอมของผวหนาของวสดทใชเปนเปาสารเคลอบเกดการหลดออกมากระบวนการนจะเกดล าแสงสมวงน าเงนออกบรเวณผวหนาของเปาสารเคลอบเกดจากการ ดสชารจทางไฟฟาสภาวะทท าใหอนภาคไอออนพลงงานสงระดมยงวงเขาชนเปาสารเคลอบท าใหอะตอมของเปาสารเคลอบหลดกระเจงออกมา ปรากฏการณน เรยกวา สปตเตอรง และอะตอมทหลดออกมาจากผวของเปาสารเคลอบ จะไปกอตวบนผวกระจกเปนชนฟลมบาง

ภาพท 1 กระบวนการสปตเตอรง

ดสชารจ กระบวนการดสชารจของกาซ คอ กระบวนการ

คายประจไฟฟาของระบบทประกอบดวยแกสซงในกระบวนการทเกดขนจะมการเรองแสงของแกสและศกยไฟฟา ตกครอมระหวางขวไฟฟามคาลดลงแตกระแสไฟฟามคาเพมขนอยางมาก เมอโมเลกลของกาซทอยในสภาวะการกระตนระหวางไอออนกบอเลกตรอนภายในระบบสญญากาศโดยเมอเรมใหความตางศกยทางไฟฟาของขวไฟฟาทงสอง จะท าใหอเลกตรอนอสระในระบบซงเกดจากอะตอมไฟฟาท าอนตรกรยากบรงส ทถกเรงใหเคลอนทภายใตความตางศกยทางไฟฟาท าใหการชนอะตอมของแกสบางสวนท าใหเกดการแตกตวเปนไอออนบวกและอเลกตรอนเมอท าการเพมคาความตางศกยไฟฟาจนถงศกยไฟฟาคาหนงจะถกเรงใหมพลงงานจลนสงขน ท าใหอะตอมของกาซมการแตกตวเพมมากขน และไอออนบวกจะถกเรงเขาชนขวแคโทดและเกดการปลดปลอยอเลกตรอนท าใหมจ านวนอเลกตรอนรวมภายในระบบมากขน เปนผลใหระบบชวงนจะสามารถรกษาสภาพการดสชารจไวได เมอเพมก าลงไฟฟาใหกบระบบหลงจากทการชนของไอออนครอบคลมพนทท งหมด ของผวสวนหนาคาโทดและท าใหศกยไฟฟาและความหนาแนนกระแสไฟฟามคาเพมขน แสดงดงรปท 2

ภาพท 2 กระบวนการเกดดสชารจ

กระบวนการดสชารจ ประกอบดวยกระบวนการในระดบจลภาค 2 กระบวนการ คอ การชนกนของอนภาคภายในระบบ และการเกดอเลกตรอนในภาชนะสญญากาศภายในสภาวะของสนามแมเหลก ซงทงสองกระบวนการทเกดขนนมผลตอการรกษา เสถยรภาพของดสชารจ และท าใหเกดกระบวนการดซแมกนตรอนสปตเตอรง

วธดาเนนการวจย 1. ศกษา ออกแบบและสรางเครองเคลอบฟลม

บางสญญากาศโดยเลอกใชวสดราคาไมสง 2. ทดสอบระบบการเคลอบใชเปาทองทองแดง

ด าเนนการเคลอบฟลมบางภายใตแกสอารกอนอตราการไหล ทความดนต ากวาบรรยากาศใชความตางศกย 0-1.3 กโลโวลต กระแสไฟฟา 0.3 ถง 0.5 แอมแปร และใชกระจกขนาด 2x5 เซนตเมตร เปนสไสดรองรบ

3. หาอตราการเคลอบของเครอง โดยแสดงในหนวยนาโนเมตรตอชวโมง จากการศกษาทฤษฎทเกยวของและขอมลงานวจยกระบวนเทคนคสปตเตอรงคนควาขอมลเกยวกบการเคลอบฟลมบางเทคนคดซแมคนตรอนสปตเตอรง และรปแบบวงจรการท างานของระบบดซแมกนตรอนสปตเตอรง ส าหรบการพฒนาระบบตนแบบส าหรบการเคลอบผวชนงาน และมองคประกอบหลก คอ ใชแรงดนไฟฟาท 500 โวลต กระแสไฟฟาท 0.2 ถง 0.5

แอมแปร ใ ชแกสอารกอน (99.99%) สภาวะส ญ ญ า ก า ศ ท 0 . 0 5 ม ล ล บ า ร ( mbar) ก า รออกแบบสรางเครองสปตเตอรงท าการศกษาระบบ ดซแมกนตรอนสปตเตอรงจากงานวจยอน ระบบเคลอบแบบดซแมกนตรอนสปตเตอรงทออกแบบและสรางขนมามสวนประกอบ 4 สวน คอ 1. ระบบจายไฟฟากระแสตรงแรงดนสง 2. ภาชนะสญญากาศ

3. ระบบปบสญญากาศ 4. กาซอารกอน

การออกแบบสรางเคร องสปตเตอรง

ท าการศกษาระบบดซแมกนตรอนสปตเตอรงดวยการออกแบบและสรางขนระบบส าหรบการเคลอบผววสด แสดงในรปท 3

ภาพท 3 ระบบการท าดซแมกนตรอนสปตเตอรง

1. ร ะ บ บ จ า ย ฟ า ก ร ะ แ ส ต ร ง แ ร ง ด น ส ง ประกอบดวยแหลงจายไฟฟากระแสตรงโวลตสงทแรงดน 0 ถง 2 กโลโวลต ท าหนาทจายแรงดนไฟฟาใหเกดความตางศกยการดสชารจในกระบวนการดซแมกนตรอนสปตเตอรง

2. ภาชนะสญญากาศ ท าหนาทในการรกษาสภาวะสญญากาศลกษณะท ามาจากแกวทรงกระบอกประกอบดวยฝากปดดานลาง ภายในประกอบดวยขวไฟฟา ไดแก แคโทด (-) แอโนด (+) และแทนวางชนงานกระจก

3. ระบบปบสญญากาศ ท าหนาทในการดดอากาศออกจากภาชนะสญญากาศเพออยระบบสญญากาศโดยมแรงดนแรงดนปบเทากบ 5×10-3 บาร

4. แกสอารกอน เปนแกสเฉอยการทแกสเฉอยไมท าปฏกรยากบธาตอนในกระบวนดซแมกนตรอน

สปตเตอรงภายใตความดนต าไอออนของกาซอารกอน เมอผานกระแสไฟฟาศกยสงเขาไป จะท าใหไอออนมพลงงานสงพงชนเขากบเปาสารเคลอบหลงจากนนอนภาคของเปาสารเคลอบหลดออกไปจบตวบนผวชนงานกระบวนนจะเกดแสงสมวงน าเงน

ทาการทดสอบกระบวนการสปตเตอรง ท าการทดสอบระยะหางขวไฟฟากระบวนการด

ซแมกนตรอนสปตเตอรงการทดสอบระยะหางของขวไฟฟาระยะท 5 เซนต เมตรท าการดดอากาศออกเปนเวลา 5 นาทใหไดความดนทสญญากาศท 5 × 10 -3 บาร ใหความตางศกยไฟฟาท 0-1.3 โวลต จากนนท าการวดคาแรงดนไฟฟาในระบบดซแมกนตรอนสปตเตอรง

ภาพท 4 เครองดซแมกนตรอนสปตเตอรง

ตารางท 1 ผลสภาวะการทดลองของระบบดซแมกนตรอนสปตเตอรง

สภาวะของระบบ คาสภาวะการทดลอง ขนาดแหลงจายก าลงไฟฟา 1.3 kV

คาแรงดนของปม/เวลา 0.05 mbar /5 นาท คากระแสทขวแคโทด 0 ถง 600 mA ระยะหางของขวไฟฟา 2 cm

ทาการทดสอบระยะหางขวไฟฟากระบวนการดซแมกดตรอนสปตเตอรง

ภาพท 5 แสดงความสมพนธของแรงดนไฟฟากระแสไฟฟา

จากการทดสอบคาแรงไฟฟาท าใหอะตอมทผวหนาของขวของแคโทดหลดออกมาดวยการชนของอนภาคพลงงานสง โดยทการแลกเปลยนพลงงานและโมเมนตมระหวางอนภาคทวงเขาชนกบอะตอมทผววสดโดยพลงงานของประจจะถกเรงภายใตสนามไฟฟาจงท าใหระยะหาง 5 เซนตเมตร ของขวไฟฟา มแรงดน

สงขนตามล าดบจากการทดสอบ พบวา กระบวนการดซแมกตรอนสปตเตอรงเกดดสชารจทแรงดนไฟฟา 600 โวลตท าใหมแรงดนไฟฟาลดลงและมกระแสเพมขนตามค าของแรงดนไฟฟาท จ าย เกดจากกระบวนการคายประจไฟฟาของระบบทประกอบดวยแกสซงในกระบวนการทเกดขนจะมการเรองแสงของ

แกสและศกยไฟฟา ตกครอมระหวางขวไฟฟามคาลดลงแตกระแสไฟฟามคาเพมขนอยางมากและผลการทดสอบการเคลอบฟลมจากการเพมกระแสตอการ

เคลอบพบวาคาฟลมบางเพมขนตามจากผลการ การสอบ

ภาพท 6 กระแสไฟฟาอตราการเคลอบฟลม

ภาพท 7 ฟลมบางทองแดง

การหาอตราการเคลอบของเคร องเคลอบสญญากาศตอความหนาของฟลม

1. วดความกวางและความยาวของชนงานดวยเวอร เนยรแคล เปอรแลวน าไปลางดวย อะซโตน (Acetone) เพอท าความสะอาดของชนงานใหสะอาดแรวจงน าไปอบทอณหภม 180 องศาเซลเซยส เพอไมใหชนงานเกดความชนกอนชงน าหนกกอนเคลอบฟลม หลงจากท าการเคลอบฟลมแลวท าการชงชนงานอกครงดวยเครองชงอยางละเอยด

2. เมอท าการเคลอบชนงานสามารถค านวณหาคาความหนา (Th) ของฟลมทเคลอบไดจากสมการ

m m2 1Th a b pcu

โดย Th คอ ความหนาของฟลม m1 คอ มวลของชนงานกอนท าการเคลอบผว m2 คอ มวลของชนงานทผานการเคลอบผว a คอ ความกวางของชนงาน b คอ ความยาวของชนงาน pcu คอ ความหนาแนนของทองแดงมคา

เทากบ 8960 kg/m3

ขนาดพนทของชนงานทใชในการเคลอบฟลมบางทองแดง กวาง ยาว เทากบ 10 10 mm. ขนาดพนทเทากบ 100 mm2

3. อตราการเคลอบฟลม (R) ค านวณไดจากสมการ

ThR

t

โดย t คอ เวลาทใชในการเคลอบ Th คอ ความหนาของฟลม

ผลการวจย ผลการหาอตราการเคลอบของเครองเคลอบสญญากาศการวจยนใชวธการชงมวลเพอค านวณหาความหนาของ

ฟลมตวอยาง ซงมรายละเอยด ดงน

ตารางท 2 พนทของกระจกทใชในการศกษาอตราการเคลอบฟลมบาง

ช วโมงเคลอบ

ความกวางกระจก a (mm.) ความยาวกระจก b (mm.) พนท (10-6 m2) ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ครงท 4 เฉล ย ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ครงท 4 เฉล ย

0.25 25.80 25.70 25.50 25.70 25.67 76.30 76.10 76.25 76.20 76.21 1956 0.50 25.50 25.58 25.40 25.90 25.59 76.75 76.35 76.60 76.50 76.55 1959 0.75 25.00 25.10 25.30 25.40 25.20 76.10 76.20 76.10 76.20 76.90 1912

ตารางท 3 มวลของกระจกกอนและหลงการเคลอบฟลมบางทองแดง

ช วโมงเคลอบ

มวลกอนเคลอบ (10-3) kg มวลหลงเคลอบ (10-3) kg มวลฟลม (10-3 kg)

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ครงท 4 เฉล ย ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ครงท 4 เฉล ย 0.25 5.0309 5.0321 5.0495 5.0457 5.0395 5.0313 5.0329 5.0499 5.0463 5.0401 0.0006 0.50 5.1291 5.0325 5.0783 5.0928 5.0831 5.1305 5.0340 5.0798 5.0942 5.0846 0.0015 0.75 5.1500 5.0970 5.0554 5.1597 5.1110 5.1526 5.0814 5.0574 5.1618 5.1133 0.0023

ตารางท 4 มวลฟลมบางทองแดงทองแดงตอพนทและอตราการเคลอบฟลมบางทองแดง

ช วโมงเคลอบ (h) มวลฟลมบางทองแดง

ตอพนท (×10-5

kg/m2)

ความหนาฟลม (nm)

อตราการเคลอบ (nm/h)

อตราการเคลอบเฉล ย (nm/h)

0.25 30.67 31.37 125.48 155.89 0.50 76.57 82.59 165.19

0.75 120.29 132.75 177

จากตารางท 4 พบวาจากการทดสอบการเคลอบแตละครงการเคลอบมคาอตราการเคลอบเฉลย อยท 155.89 นาโนเมตรตอชวโมง และมวลความหนาของฟลม เพมขนตามเวลาทเคลอบ และในอตราการ

การเคลอบทมากไดความหนาของฟลมท 132.75 นาโนเมตร อตราการเคลอบอยท 177 นาโนเมตร คดอตราการเฉลยการเคลอบ ทงหมดอย 155.89 นาโนเมตร

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 8 การเคลอบผวชนงานดวยเทคนคสปตเตอรง (ก) ชนงานกอนเคลอบ (ข) ชนงานหลงเคลอบ (ค) กระบวนการเกดโกลดสชารจ

อภปรายผลการวจย การสรางเครองเคลอบฟลมบางทองแดงบนผววสดขนาดเลกแบบสปตเตอรงตนทนประหยดจารการทดลองระบบไฟฟาทใชในการเคลอบชนงาน พบวา แร งดน ไฟฟ าท ท า ให เ ก ดการ เคล อบ ชนงานท

แรงดนไฟฟาตกครอมท 500 โวลต กระแสไฟฟาท

300 mA การทดลองครงน

สรป จากการศกษา และสรางเครองเคลอบฟลมบางดวยกระบวนการดซแมกนตรอนสปตเตอรงโดยใชทองแดงเปนเปาสารเคลอบ พบวา สามารถเคลอบฟลมบางไดโดยมอตราการเคลอบ 155.89 นาโนเมตรตอชวโมง เมอน าฟลมบางทองแดงทเคลอบ 0.75 ชวโมง หรอทความหนา 132.75 นาโนเมตร จากขอมลการทดลองผลแสดงใหเหนวาเครองเคลอบสญญากาศทสรางขนสามารถกเคลอบฟลมบางได และเคลอบชนงานขนาดเลกได ในระดบหนงแตยงตองปรบปรงระบบใหมประสทธภาพเพมมากขนเนองจากวสดทใชในการสรางประสทธภาพแตกตางจากใน

อตสาหกรรมรมขนาดใหญทมตนทนมากกวายงไมสามารถเทยบเครองเคลอบราคาสงจากตางประเทศได

ขอเสนอแนะ 1. ระบบเคลอบฟลมบางทสรางขนท างานใน

สภาวะความดนต า แตไมสามารถระบความดนทแนนอนขณะด าเนนการได เนองจากเครองวดความดนในสภาวะทความดนต า

2. เปาสารเคลอบสามารถเปลยนเปนสารอนได โดยท าการเปลยนและตดตงทขวแคโทด แลวเปาสารเคลอบทเลอกใชจะตองน าไฟฟาไดด

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบคณ คณะวศวกรรมศาสตร และคณะวทยาศาสตรและเทคโนโลยการเกษตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย ท เออเฟออปกรณสถานทท าการทดลอง ขอบพระคณอาจารย จรพฒนพงษ เสนาบตร สาขาเคม คณะวทยาศาสตรทดแลและเปนทปรกษาในการทดลองทางเคม และอาจารยเพลน จนทรสยะ ทเปนทปรกษาโครงงานวจยครงน

เอกสารอางอง คมกฤช สายเสรภาพ, นรนดร วทตอนนต, อดศร

บรณวงศ, สรสงห ไชยคณ. (2555) ผลของก าลงสปตเตอรงตอโครงสรางของฟลมบางไทเทเนยมไนไตรดทเคลอบดวยเทคนครแอคตฟดซแมกนตรอนสปตเตอรง. ใน การประชมวชาการแหงชาตครงท 9: 475-481. มหาวทยาลยเกษตรศาสตรวทยาเขตก าแพงแสน

นรนดร วทตอนนต, สรสงห ไชยค, พฒนะ รกความสข, พเชษฐ ลมสวรรณ. (2551). การออกแบบและสรางเครองเคลอบระบบดชแมกนตรอนสปตเตอรงแบบคาโทดค. วารสารวทยาศาสตรบรพา 13: 14-25.

ภททรา หอมนวล, จรากรณ พงษโสภา, กญจนชญา หงสเลศคงสกล. (2557) ผลของความดนยอยไนโตรเจนตอสมบตทางโครงสรางและทางไฟฟาของฟลมบางไทเทเนยมทงสเตนไนไตรด .วารสารวทยาศาสตรบรพา. 6, 318-327.

สทธวฒน อนจตร, อดศร บรณวงศ, สรสงห ไชยคณ. (2557). การเตรยมและศกษาลกษณะเฉพาะของฟลมบางบางโครเมยมวาเนเดยมไนไตรดทเคลอบดวยวธรแอคตฟ ดช แมกนตรอนโคสปตเตอรง. วารสารวทยาศาสตรบรพา. 6, 78-86.

สชาต สวรรณทศน, ธงชย หอมวนทา, อดมเดช ภกด, สรศกด เชยงกา. การพฒนาเครองเคลอบฟลมบางตนทนต า และการวเคราะหฟลมบางทองแดง. วารสารบทคดยอกลมวทยาศาสตรและเทคโนโลย.การประชมวชาการ และนาเสนอผลงานวจยระดบชาต. 6, 535-545.

อารรตน สมหวงสกล, อดศร บรณวงศ, นรนดร, วทตอนนต, สรสงห ไชยคณ. การเตรยมและศกษา ลกษณะเฉพาะของฟลมบางไทเทเนยมอลมเนยมไนไตรดทเคลอบดวยวธรแอกทฟดชโคอนบาลานซแมกนตรอนสปตเตอรง. การประชมวชาการแหงชาตหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9, 482-489. มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตก าแพงแสน.

การหมกยอยในสภาวะไรออกซเจนแบบสองขนตอนของของเสยผสม เพอผลตกาซชวภาพ

Two-stage Anaerobic Digestion of Mixed Waste for Biogas Production

กลนประทม ปญญาปง1*, ศรายทธ กนธยะ2, สาวตร นนตา3 สงขร จตเมตตาธรรม4 และ อานนท ศรภทรนกล5

Klinpratoom Panyaping1*, Sarayut Kantiya2, Sawitree Nanta3, Singkhon Jitmettatum4, and Arnon Siripattaranukool5

1,2,3,4,5 สาขาวชาวศวกรรมศาสตรสงแวดลอม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงใหม 1,2,3,4,5 Department of Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Mai *Corresponding Author. E-mail: klin41@hotmail.com,เบอรโทรศพท0898557695 09544374339

บทคดยอ

การศกษานมวตถประสงคเพอหาความเปนไปไดในการใชของเสยผสมตางชนดกน เพอท าใหเกดกาซชวภาพในการหมกแบบสองขนตอน รวมทงประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรย เมอใชคาอตราสวนวสดหมกทสง คอ 3:2 ดวยเชอจลนทรยตงตนจากฟารมสกรท าการทดลองในถงหมกขนาด 20 ลตร รวม 3ชดชดละ 2 ซ า

ผลการศกษาพบวา การหมกยอยสลายแบบสองขนตอนของของเสยผสมตางชนด ไดแก เศษกานและใบไมรวม เศษกานและใบล าไยและเศษอาหาร สามารถใหกาซชวภาพไดในปรมาณทตางกน ชดทดลองTR1 ซงใชวสดหมกรวมหลายชนดใหปรมาณกาซชวภาพสงสด(136.2 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนาน15 วนและมประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยในรปTS VS และ COD สงสด(83% 84% และ 84%) สวนชดทดลอง TR3 ซงใชวสดหมกคอ เศษอาหารเพยงอยางเดยว ใหปรมาณกาซชวภาพต าสด(22.90ลตร) ใชระยะเวลาระยะกกเกบนาน15 วนเทากนและมประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยในรปTS VS และ COD ต าสด(37% 50% และ 58%) ดงนนการหมกยอยสลายของเสยผสมตางชนดกนทคาอตราสวนวสดหมกสง ควรน าเทคโนโลยการหมกแบบสองขนตอนไปใชงานเพอใหไดปรมาณกาซชวภาพเพมขน

ค าส าคญ :ของเสยผสมกาซชวภาพการหมกยอยในสภาวะไรออกซเจนแบบสองขนตอน

Abstract The purpose of this study was to investigate the use of different type of mixed wastein two-stage

anaerobicdigestionto generate biogasand organic removal efficiencyat the high mixture ratio 3:2mixed with the starter from pig farm in digester size 20 l. All experiments were 3 sets. Each set was duplicate. It was found that two stage anaerobic digestion of different type of mixed waste; mixed leaves and petioles waste, leaves and petioles waste of longan, and food waste could provide different biogas. TR1, which consisted of several type of mixed wastes, provided the maximum biogas (136.2 L) with the hydraulic retention time 16 days. It provided the highestorganicremoval efficiencyin terms of TS, VS, and COD(83%, 84%, and84%). RT3, which consisted of only food waste, provided the minimum biogas (22.90 L) with the same hydraulic retention time16 days. It providedthe lowest organic removal efficiencyin terms of TS, VS, and COD (37%, 50%, and58%). Therefore, it is recommended to apply the two-stage anaerobic digestion technology for different type of high mixed waste ratio in order to increase the biogas quantity.

Keywords: mixed wastebiogas two-stageanaerobic digestion

บทน า จากประเดนปญหาหมอกควนจากการเผาไหมในท

แจง ในเขตภาคเหนอตอนบน โดยเฉพาะการเผาเศษวสดเหลอทงทางการเกษตรภายหลงการเกบเกยวและตดแตงกง สงผลกระทบตอสขภาพ เศรษฐกจ และสงคม ในบรรดาผลผลตทางการเกษตรจากพชสวน และอน ๆ เชนล าไยมะมวง ลนจ ซงจดเปนพชเศรษฐกจ ทมการเพาะปลกกนมากในภาคเหนอและมกมการเผาทงเปนประจ านอกจากนนยงมพชอน ๆ ทปลกกนทวไป และมเศษเหลอทงทถกท าลาย รวมทงเศษอาหารจากแหลงตาง ๆถกทงเศษวสดเหลานควรถกน ามาใชประโยชนในรปของพลงงานทดแทนและผลพลอยไดอน โดยการบ าบดในสภาวะไรออกซเจน ท าใหไดกาซชวภาพ เชนการหมกยอยสลายแบบไมใชออกซเจนแบบขนตอนเดยวของเศษกานและใบล าไย สามารถใหกาซชวภาพและผลพลอยไดในรปแบบปยน าหมก (กลนประทม และคณะ,2555)

การใชการหมกยอยสลายแบบขนตอนเดยว อาจมการยอยสลายสารอนทรยไดไมพอเพยงส าหรบของเสยผสมหลายชนด เนองจากการใชถงหมกเพยงถงเดยว มปฏกรยายอยสลายสาร อนทรยเกดขนทงขนตอนการเกดกรดอนทรยและกาซมเทนภายในถงเดยวกน ท าใหเกดขอจ ากดหลายประการ เชน ระยะเวลากกเกบ และการเกดชนของของแขงทมระดบการลอยตวทมผลตอการกวนผสมและใบพดของระบบ จ าเปนตองใชเวลาทนานกวาและมการก าจดออก ซงมสวนท าใหปรมาณกาซลดลง เปนตน(ArchanaParajpe et al., 2012) ในการศกษาครงน จงทดลองเลอกใชการหมกยอยสลายแบบสองขนตอนจากการศกษาทผานมา (Azbar and Speece, 2001, ArchanaParajpe et al., 2012) พบวาการผลตกาซชวภาพแบบสองขนตอนเปนการแยกขนตอนการผลตกรดอนทรยและขนตอนการผลตกาซชวภาพ โดยชวยใหเชอจลนทรย 2 กลม คอ แบคทเรยกลมผลตกรดอนทรยและกลมทผลตกาซมเทนมการเจรญเตบโตทเหมาะสม ท าใหไดปรมาณ

กาซเพมขน และการแยกถงหมกหรอถงปฏกรยาสามารถปรบคณสมบตของเหลวหรอวตถดบทเขาระบบให เหมาะสมกบการท างานของจลนทรยบทความน จงไดน าเสนอการศกษาการหมกยอยในสภาวะไรออกซเจนแบบสองขนตอนของของเสยทมอตราสวนของวสดหมกสง ทมองคประกอบของเซลลโลสต าเชนเศษอาหาร และทมเซลลโลสมาก เชนเศษกานและใบไม เพอทราบปรมาณกาซชวภาพและประสทธภาพการยอยสลายทไดจากหมกยอยแบบสองขนตอน กอนน าไปขยายผลและเลอกใชงานใหเหมาะสมตอไป

อปกรณและวธการ ประกอบดวย ตวอยาง วธ เกบตวอยางพารามเตอรทวเคราะห สวนผสมและชfทดลองหมกยอยการตรวจวดปรมาณกาซชวภาพ ทคาอตราสวนวสดหมกระหวางเศษกานและใบไมและเศษอาหารสง3:2 โ ด ย ใ ช ต ะ ก อน จ ล นท ร ย จ า ก ม ล ส ก ร เ ป นเชอจลนทรยตงตน ท าการทดลองในถงหมก ขนาด 20 ลตร รวมจ านวน 3ชด ชดละ 2 ซ า - ตวอยางและอปกรณเตรยมตวอยางทใชในการทดลอง

ประกอบดวยเศษกานและใบไมไดแก เศษกานใบไมมะมวง ไทร และลนจ อตราสวนสด: แหง 3:1ซงไดจากการศกษาของกลนประทม และคณะ (2555) เศษกานและใบไมเหลาน ไดจากบรเวณมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนาเศษกานและใบล าไย ซงเกบมาจากสวนทเหลอทงจากการจดการของเสยหลงการเกบเกยวผลผลตและการแตง เศษวสดทางการเกษตรเหลานถกน ามาผานการบดยอยใหมขนาด 0.1-0.5 มม . ดวยเครองหนและบดยอยใบไม เชอจลนทรยตงตน ซงเกบตวอยางแบบจวงจากฟารมสกรดอนแกว ต าบลดอนแกว อ าเภอแมรม จงหวดเชยงใหม เศษอาหารจากรานอาหารในตลาดเทพมงคล ทตงอยในชมชนชางเคยนต าบลชางเผอก อ าเภอเมอง

จงหวดเชยงใหม ซงผานการบดยอยใหมขนาดเลก ไมเกน 0.5 มม.ดวยเครองปนเศษอาหารท าการสมตวอยางเศษวสดแบบแบงเปนสวนและชงน าหนกหรอปรมาตรใหไดตามสดสวนทก าหนด ถงหมกหรอถงปฏกรยาท าจากพลาสตก ขนาด 20 ลตร สารโซเดยมไบคารบอเนต(NaHCO3)1 Nทใชปรบ pH -พารามเตอรทตรวจวเคราะหและวธวเคราะห ไดแก อณหภม pH , Chemical Oxygen Demand; COD, Total Solid; TS, Volatile Solid; VS ทงกอนและหลงการเดนระบบหมก โดยใชวธการวเคราะหตามมาตรฐานการวเคราะหน าและน าเสย(APHA, AWWA and WPCE, 2005)

-สวนผสมและชดทดลองทใชในการเดนระบบหมก

ว สดหม กท ผ านการ เตร ยมต วอย า ง ท ค าอตราสวนวสดหมกผสมสง 3:2 ถกน ามาผสมใหเขากนในถงหมกกอนน ามาแยกบรรจแตละซ าของชดทดลองและท าการปรบสภาพ pH ใหเปนกลางทกชดทดลองดงรายละเอยดตอไปน

-ชดทดลองTR1 ประกอบดวย เศษกานและใบไมรวม 600 กรม+ เศษอาหาร 400 กรม: เชอจลนทรยตงตน 10 ลตร

-ชดทดลองTR2ประกอบดวย เศษกานและใบล าไย 600 กรม+ เศษอาหาร 400กรม: เชอจลนทรยตงตน 10 ลตร

-ชดทดลองTR3ประกอบดวย เศษอาหาร 400 กรม: เชอจลนทรยตงตน 10 ลตร โดยแตละชด แยกเปนถงหมกกรด และถงหมกกาซ ซงแตละถงบรรจเชอจลนทรยอยางละ 5 ลตร และมการท า Blank ทมเฉพาะเชอจลนทรยเปนชดควบคมท าการเดนระบบหมกโดยไมมการปอนอาหารเพมแบบรายครงในระดบหองปฏบตการ ดวยถงหมกกรดและถงหมกกาซขนาด 20 ลตร และหาปรมาณกาซทเกดขนโดยการแทนทในน า

ผลและวจารณผลการทดลอง สมบตทางกายภาพและเคมของน าเสยจาก

วสดหมก ผลการวเคราะหคาพารามเตอรของวสดหมกท

เปนของเสยผสมซงประกอบดวยเศษกานและใบไมรวม เศษกานและใบล าไย เศษอาหารและเชอจลนทรยตงตนกอนน ามาผสมกนเพอใชเดนระบบหมก มลกษณะสมบตดงตารางท 1

ตารางท 1 สมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก

ตวอยาง pH COD (mg/l)

TS (mg/l)

VS (mg/l)

เชอจลนทรยตงตน 6.99 70,658 34,573 37,173 เศษกานและใบไมรวม 6.66 27,250 23,162 41,984 เศษกานและใบล าไย 5.51 27,250 23,162 41,984 เศษอาหาร 4.60 172,025 159,598 164,000

จากตารางท 1 พบวาวสดหมกของเสยผสมทใช

คอเศษอาหารมคาความเปนกรดมาก มคาของแขงทงหมด (TS) คาของแขงระเหย (VS) และปรมาณสารอนทรยในรปของ

COD มากกวาเศษกานและใบไมรวมและเชอจลนทรยตงตน วสดหมกเหลาน มปรมาณสารอนทรยสง จงเหมาะกบการน ามาหมกยอยสลายเพอผลตกาซชวภาพ

การเปลยนแปลงคา pH ทเกดจากการหมกยอยในระบบ คา pH ทไดจากการทดลอง มความส าคญตอการท างานของจลนทรยในระบบหมกและแสดงถงการ

เปลยนแปลงทเกดขนระหวางการหมกยอย ดงแสดงในรปท 1

ภาพท 1การเปลยนแปลง คา pH ระหวางการหมกยอย

จากรปท 1 การเปลยนแปลงของคา pH ท

เกดขนระหวางการหมกยอยของทกชดทดลอง สวนใหญมคาpH อยระหวาง 6-8 ซงอยในชวงทเหมาะสมกบการเจรญเตบโตของจลนทรยทยอยสลายกรดอนทรยและกาซ(Metcalf & Eddy, Inc., 2008)โดยเฉพาะในชวง 3วนแรกเมอเกดการยอยสลายสารอนทรยในถงหมกกรดของชดทดลอง TR1 และ TR2ท าใหคา pH ลดต าลงอยางชดเจน แสดงวามการยอยสลายเปนกรดเกดขนอยางสมบรณแลว จงท าการถายถงจากถงหมกกรด (เศษกานและใบไมรวม หรอใบล าไย 600 กรม เศษอาหาร 400 กรม และเ ชอจลนทรยต งตน 5 ลตร) สถงหมกกาซ (เชอจลนทรยในถงหมกกาซ 5 ลตร) ในวนท 4 ของการทดลอง หลงจากท าการถายถงแลวจลนทรยในถงหมกจงเรมท างาน ท าใหคา pH เพมสงระหวางวนท 5-13และลดลงจนสนสดการทดลอง ยกเวนTR3 ซงมคาเพมเลกนอยและคอย ๆ ลดลง จนเขาสสภาวะความเปนกลาง

การเปลยนแปลงอณหภมในขณะท าการเดนระบบหมก

คาอณหภมหอง ขณะท าการเดนระบบหมก มคาอยระหวาง 40 - 42°Cเนองจากท าการทดลองในชวงฤดรอนซงสนทด(2549) กลาววาอณหภมในถงหมกมคาสงกวา 3-5°C คาอณหภมในถงอยประมาณ40 - 42°C ซงเปนอณหภมทเหมาะสมตอการเจรญเตบโตของแบคทเรยกลมmesophilic ทท างานไดดระหวาง

อณหภม 25-45C (David, M.L, and Cornwell, D.A,2008)

การเปลยนแปลงทเกดขนจากการหมกยอยของเสยผสม

ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมทตรวจวดได จากการหมกยอยสลายของเสยผสมเมอเรมท าการเดนระบบและสนสดการเดนระบบมรายละเอยดดงตารางท 2-3

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

7.50

8.00

1 3 5 7 9 11 13 15

pH

day

TR1

TR2

TR3

ตารางท 2 สมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมกกอนเดนระบบ

ตารางท 3 สมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมกเมอสนสดระบบ

จากตารางท 2-3ระบบมการเปลยนแปลงสภาวะการท างาน เมอสนสดระบบ มคา pH เปนกรดออนถงเปนกลาง (6.8-7.89) คา TSVS VS/TS และปรมาณสารอนทรยในรป COD ของทกชดทดลองมคาลดลง ชดทดลองTR1 มคาตางๆ ลดลงมากทสด แสดงวา

ระหวางการเดนระบบหมก มการยอยสลายสารอนทรยของวสดหมกยอยไดแตกตางกนสวนชดควบคมทมเฉพาะเชอจลนทรยอยางเดยวมการเปลยนแปลงนอยมากและเกดกาซเพยงเลกนอย (0-2 ลตร) เนองจากไมมอาหารใหจลนทรยเจรญเตบโต

ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพทเกดขนในระบบ ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพจากการหมกยอยของเสยผสมในระบบหมก มรายละเอยดดงรปท 2-3

ภาพท 2 ปรมาณกาซแตละวนทเกดจากการหมกยอย(ลตร)

0

5

10

15

20

25

1 3 5 7 9 11 13 15

day

TR1

TR2

TR3

ชด pH VS

(mg/l) TS

(mg/l) VS/TS

COD

(mg/l)

TR1 6.80 101,507 136,640 0.74 134,480

TR2 7.27 142,315 194,590 0.73 127,920

TR3 7.89 37,657 63,690 0.59 60,125

ชด pH VS (mg/l)

TS (mg/l)

VS/TS COD

(mg/l)

TR1 7.40 15965 23055 0.69 21688

TR2 7.49 35230 48345 0.72 35150

TR3 7.58 18857 40207 0.47 25007

ภาพท 3 ปรมาณกาซเฉลยสะสมทเกดจากการหมกยอย(ลตร)

จากรปท 2-3 พบวาการหมกยอยในสภาวะไร

ออกซเจนในชวงแรก มคาเพมขนและลดลงทกซ า ทง 3ชดทดลองและมคาต าสดในวนท 4ของการเดนระบบ สอดคลองกบคา pHทวดได จงท าการถายถงจากถงหมกกรด (เศษกานและใบไมรวมหรอใบล าไย600 กรม เศษอาหาร 400 กรม และเชอจลนทรยตงตน 5 ลตร) ในวนท 4 ของการทดลอง หลงจากนน พบวาเชอจลนทรยในถงหมกเรมท างาน ท าใหมคา pH และปรมาณกาซเพมสงขน จากการยอยกรดใหกลายเปนกาซมเทนโดยจลนทรยสรางมเทน สอดคลองกบทฤษฎการยอยสลายในสภาวะไรออกซเจน (David, M.L, and Cornwell, D.A,2008)ดงนนในวนท 5 จงมปรมาณกาซเกดขนสงสดและคอยๆ ลดลงตอเนอง จนกระทงสนสดการเดนระบบในวนท 15 ของการทดลองเนองจากกรดอนทรย ในระบบถกยอยสลาย จนปรมาณกาซอยในระดบทคงท กลาวคอ มจ านวนไมต ากวาคาต าสดทวดไดและระบบหยดการท างานเมอไมมกาซเกดขนอกชดTR1ใหปรมาณกาซชวภาพมากทสด

(136.2 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนาน16วนสวน TR3ใหปรมาณกาซชวภาพนอยทสด(22.9ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนอยกวาคอ9วน เนองจากTR1 มวสดหมกทมองคประกอบของคารบอนและไนโตรเจน ซงไดจากทงเศษกานและไมหลายชนดและเศษอาหาร สามารถยอยสลายได สมดลกวา จงท าใหเกดการยอยสลายใหกาซชวภาพมากทสดสวน TR3 ซงมเศษอาหารอยางเดยว ท าใหสารอนทรยทมองคประกอบของคารบอนและไนโตรเจน มความสมดลนอยกวา มผลท าใหไดกาซนอยทสด และใชระยะเวลากกเกบสนกวา สอดคลองกบผลการศกษาของ Hills, D.J, and Roberts, D.W, 1981 และ Lehtomuki, et al., 2007 ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยทเกดขนในระบบ

ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยซงไดจากผลวเคราะหสมบตทางเคมของวสดหมก กอนและหลงการเดนระบบท าใหทราบถงประสทธภาพการยอยสลาย ดงตารางท 4

136.2 120.1

22.9

0

20

40

60

80

100

120

140

160

TR1 TR2 TR3

ตารางท 4 ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในระบบ

จากตารางท 4 เมอใชวสดหมกทเปนของเสยผสมจ านวนมากชน ดท ส ด ชดทดลอง TR1 มประสทธภาพในก าจดปรมาณสารอนทรยในรปTS VSและ COD มากทสด (83-84%)สวนชดทดลอง TR2ซงใชวสดหมกทเปนของเสยผสมจ านวนนอยชนดกวา มประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยรองมา (73-75%) และชดทดลอง TR3 ซงใชวสดหมกคอเศษอาหารเทานนมประสทธภาพก าจดสารอนทรยนอย

ทสด (37-58%)คาประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยทไดสอดคลองกบปรมาณกาซชวภาพทเกดขน เนองจากการหมกแบบสองขนตอน มสวนชวยใหจลนทรยในถงหมกกรดและถงหมกกาซท างานไดดขน และมประสทธภาพในการยอยสลายสารอนทรยดกวา การหมกในสภาวะไรออกซเจนทใชถงหมกเปนถงปฎกรยาเพยงถงเดยว ซงจลนทรยมโอกาสสมผสไมทวถงกบสารอนทรยทถกยอยในแตละขนตอนของปฎกรยา(สนทด, 2549)โดยเฉพาะการหมกของเสยผสม ซงมวสดหมกทยอยสลายไดยาก เชน เศษกานและใบไม ควรใชการหมกแบบสองขนตอน เพอใหสารอนทรยมโอกาสสมผสและถกยอยโดยจลนทรยกลมตาง ๆ ซงอยในถงหมกเพมขนแสดงวาองคประกอบของของเสยผสมทหลากหลายชนด มสวนท าใหเกดการหมกยอยสลายไดดขน

สรป ลกษณะสมบตทางเคม ของของเสยผสมท

ประกอบดวยเศษกานและใบไมรวม เศษอาหาร และเชอจลนทรยตงตนมปรมาณสารอนทรยสง สามารถใชหมกยอยไดผลการเปลยนแปลงสภาวะการหมกยอยแบบสองขนตอนทคาอตราสวนวสดหมกผสม3:2พบวาระบบท างานในสภาวะเหมาะสมทม pH คอนขางเปนกลางถงดางออน (6.8-7.89)อณหภมในระบบอยระหวาง 40 -42°C ซงเหมาะสมตอการเจรญเตบโตของแบคทเรยกลมmesophilicชดทดลอง TR1ซงมเ ศษว สด หม กหลายชน ด ให ปร มาณก าซ ส งส ด(136.2ลตร) ใชระยะเวลากกเกบ15 วนและมประสทธภาพในก าจดสารอนทรยมากทสด(TS 83% VS 84% และ COD84%)TR2 ซงมเศษวสดหมกเฉพาะเศษกานและใบล าไย ใหปรมาณกาซและมประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยรองมา และTR3 ซ ง ม เ พ ย ง เ ศ ษอ า ห า ร ให ป ร ม าณก า ซแ ละ มประส ทธ ภาพก าจ ดสารอ นทร ย น อยท ส ด จ งมขอเสนอแนะวา ควรใชการหมกยอยแบบสองขนตอน ส าหรบวสดหมกทเปนของเสยหลายชนดซงยอยสลายไดยากเพอใหไดกาซชวภาพและมประสทธภาพในการยอยสลายทด

กตตกรรมประกาศ คณะผวจยขอขอบคณ มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนาทใหทนวจย ภายใตโครงการยกระดบปรญญานพนธเปนงานวจยตพมพ งานสรางสรรค และงานบรการวชาการสชมชน เพอสนบสนนการศกษาครงน

ชด ประสทธภาพการก าจด

VS (%) ประสทธภาพการก าจด

TS (%) ประสทธภาพการก าจด

COD (%)

RT1 84 83 84 RT2 75 75 73 RT3 50 37 58

เอกสารอางอง

กลนประทม ปญญาปง, นภารตน สทธนนท, ปยะนนทร ธนนไชย และ อกฤษฎ เมองขวญใจ.(2555). การพฒนาการยอยสลายของเศษกานและใบล าไยในสภาวะไรออกซเจนเพอผลตกาซชวภาพและผลพลอยได. วารสารวจยมข. 17(4): 543-555.

สนทด ศรอนนตไพบลย.(2549).ระบบบ าบดน าเสย :การเลอกใช การออกแบบ การควบคม และการแกปญหา. ส านกพมพทอป. กรงเทพฯ.

APHA, AWWA, and WPCE. (2005). Standard method forthe examination of water and wastewater, 21sted. US.

Azbar, N. and Speece, E.R. (2001). Two-phase, Two-stage, and Single-stage Anaerobic Process Comparison. J. Environmental Engineering. 3(127), 240-248.

ArchanaParanjpe, Abhay Kumar Sharma, R.K. Ranjan, andParulTripathi. (2012). Current status and future challenges of two stage anaerobic digestion.International Journal Current Research. 4(07), 081-085.

David, M.L., and Cornwell, D.A.(2008). Introduction to Environmental Engineering. 4thed : McGraw-Hill Book Company. US.

Hills, D.J, and Roberts, D.W. (1986). Anaerobic digestion of diary manure and field crops residues. Agric Wastes. 3,179-189.

Lehtomaki, A, Huttmen, S, and Rintala, J. A. (2007). Laboratory investigation on co-digestion of energy crops and crop residues with cow manure for methane production: effect of crop to manure ratio. Resour ConservRecycl. 51, 591-609.

Metcalf & Eddy Inc., Revised by Tchobanoglous, G., et al, (2008). Wastewater Engineering, Treatment and Reuse. 4th ed. McGraw-Hill Book Company. US.

ผลของอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรยตอการเกดกาซชวภาพจากการยอยสลาย เศษวสดทางการเกษตรและเศษอาหาร

Effect of Food and Microorganism Ratio to Biogas Generation from Anaerobic Digestion of Agricultural Waste and Food Waste

กลนประทม ปญญาปง1*, พทวส ณะค าปา2 และภทรา วงษพนธกมล3

Klinpratoom Panyaping1*, JedsadaWamta2 and PattraWongpankamol3

1,2,3 สาขาวชาวศวกรรมศาสตรสงแวดลอม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงใหม 50300 1,2,3 Department of Environmental Engineering, Faculty of Engineering Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Mai *Corresponding author E-mail: klin41@hotmail.com

บทคดยอ การศกษาครงน มวตถประสงคเพอหาปรมาณกาซชวภาพทเกดขน รวมทงประสทธภาพของการหมกยอยสารอนทรยทเกด

จากการเปลยนแปลงการหมกยอยในสภาวะไรออกซเจนของเศษวสดทางการเกษตรและเศษอาหาร ทอตราสวน 2:3 ผสมกบเชอจลนทรยตงตนจากฟารมสกร โดยการใชคาอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรย (F/M) 0.1 และ 0.4 ตามล าดบ ท าการทดลองรวม จ านวน 4 ชด ชดละ 2 ซ า

ผลการศกษาพบวา ชดทดลอง SR2 ซงเปนชดทดลองทมเศษวสดหมกทางการเกษตรและเศษอาหาร ทคาอตราสวน F/M 0.4 ใหปรมาณกาซชวภาพ (202.6ลตร) มากกวาชดทดลอง SR1 ซงเปนชดทดลองทมเศษวสดหมกทางการเกษตรและเศษอาหาร ทคาอตราสวน F/M 0.1 (171.7 ลตร) มระยะเวลากกเกบเทากน (18 วน) และชดทดลอง SR2 มคาประสทธภาพการยอยสลายของสารอนทรยในรปของ TS VS และ COD (72.9% 67.5% และ 75%) สงกวาชดทดลอง SR1 (70.2% 65.5% และ 71.4%) การเปลยนแปลงสภาวะการหมกยอยสลายเกดขนจากการท างานของแบคทเรยแบบมโซฟลกโดยมอณหภม อยระหวาง 31-46 °C และมคา pH อยระหวาง 6.98-7.73 ซงจดวาระบบมสภาวะการท างานอยในชวงทเหมาะสม จงมขอเสนอแนะเพอใหไดปรมาณกาซชวภาพและมประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยสงสดวา ควรใชคา F/M ทตางกน ในการหมกยอยเศษวสดทางการเกษตรและเศษอาหารดวยการหมกแบบหลายขนตอน ซงใหปรมาณกาซทมากกวาและใชเวลากกเกบนานกวา

ค าส าคญ: เศษวสดทางการเกษตร เศษอาหาร คาอตราสวน F/M กาซชวภาพ การหมกยอยในสภาวะไรออกซเจน

Abstract The objective of this study was to determine generated biogas quantity, and the organic removal

efficiency that obtained from the change of anaerobic digestion of agricultural waste and food waste at the ratio 2:3 mixed with the starter from pig farm by using the feed and microorganism (F/M) ratio 0.1 and 0.4, respectively. All experiments were 4 sets. Each experiment consisted of duplicate.

It was found that SR2, which was the set of experiment that contained agricultural waste and food waste at F/M 0.4, provided higher biogas quantity (202.6 l) than that of SR1 (171.7 l) in the same hydraulic retention time (18 days). SR2 also provided higher organic removal efficiency in terms of TS, VS, and COD (72.9%, 67.5%, and 75%) than that of SR1 (65.5%, 70.2%, and 71.4%). The change of anaerobic digestion was due to the performance of mesophilic bacteria at temperature 31-46 °C, and pH 6.98-7.73, which were in the optimum operational conditions. In order to maximize biogas quantity as well as organic removal efficiency, it is recommended that the use of different F/M ratio for agricultural waste and food waste should be applied by multi-stage digestion, which provides higher biogas and the longer retention time.

Keywords: Agricultural waste food waste F/M ratio biogas anaerobic digestion

บทน า ของเสยประเภทสารอนทรย เชน เศษวสด

ทางการ เกษตรจ าพวกเศษกานและใบไม และเศษอาหาร นบเปนของเสยอนทรยทหางาย และมจ านวนมาก ซงสามารถน ามาใชประโยชนโดยการเปลยนรปของเสยใหเปนพลงงาน (Lema and Omil, 2001; Lettinga, 2001) ไดแก กาซชวภาพ การผลตกาซชวภาพ ดวยเทคโนโลยชวภาพในสภาวะไรออกซเจน เปนการบ าบดของเสยในรปสารอนทรยทมผลทางเศรษฐกจและสงแวดลอม (Lema and Omil, 2001; Barton, et al., 2008)สามารถลดปรมาณของเสย และมลพษทางอากาศ ดนและน าใตดน รวมทงท าใหเกดผลพลอยไดตาง ๆ เชนปยน าและวสดหมกตงตนซงใชในการท าปยหมก (Tambone et al., 2009: Rehl and Muller, 2011, กลนประทม และคณะ, 2555) เหมาะกบการน าไปใชในพนททขาดแคลนพลงงานทยงยน ทงในประเทศทพฒนาแลวและก าลงพฒนา (Bekkering et al., 2010) เทคโนโลยดงกลาว ถกศกษาโดยกลมวจยในสาขาวศวกรรมสงแวดลอม มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา ตงแตปพ.ศ. 2551 โดยเรมจากการศกษาของเสยพวกเศษอาหาร และภายหลงจากเกดปญหาวกฤตหมอกควนในเขตภาคเหนอตอนบน ซงมสาเหตหนงมาจากการเผาท าลายเศษมลฝอยและเศษวสดทางการเกษตรหลงการเกบเกยวและ แตงกง โดยเฉพาะพชทมการเพาะปลกกนมากและหาไดงายในพนท จงไดทดลองท าการศกษาศกยภาพการยอยสลายใหกาซมเทนของเศษกานและใบล าไย ทสภาวะการหมกยอยตางกน รวมทงศกยภาพการยอยสลายใหกาซมเทนของเศษกานและใบไมรวม (จฑามาส และคณะ, 2552, กลนประทม และคณะ, 2555) เพอการใชประโยชนทมมลคาเพม และชวยลดปญหาหมอกควนและมลพษสงแวดลอมไดอกทางหนง

การผลตกาซชวภาพในสภาวะไรออกซเจน เปนกระบวนการทางชววทยา ขนกบปจจยทางสงแวดลอม

หลายปจจย (Mata-Alvarez et al., 2000) เชน อณหภม pH สารอาหาร คาอตราสวน C/N ลกษณะของวสดหมก และขนาดของวสดหมก เปนตน สวนองคประกอบของกาซและปรมาณกาซมเทนทได ขนกบชนดของสารอนทรยทปอนเขาระบบ ชนดของระบบหมก และระยะเวลากกเกบ (Braun, 2007) เทาทผานมา ไดมการศกษาการบ าบดของเสยอนทรย ทงชนดทเปนของแขงและของเหลวรวมกน เชนเศษวสดทางการเกษตรพวกพชพลงงาน และมลสตว ของเสยเหลานมความแตกตางกนตามธรรมชาต และแหลงทมาของของเสย (Weiland, P., 2010; Espito, G., et al., 2012) การหมกรวมกนมขอดหลายประการ เชนชวยในการปรบสภาพ pH และเพมการยอยสลายสารอนทรย ซงสวนใหญมองคประกอบเปนคารโบไฮเดรทและเจอจางสารประกอบทมศกยภาพใหความ เปนพษของวสดหมก ซงมผลดตอการปรบปรงเสถยรภาพ และสภาวะการท างานของระบบหมก อยางไรกตาม สภาวะการท างานทเหมาะสมของระบบหมก ไมสามารถระบไดชดเจน ขนกบการศกษาเฉพาะกรณ เชน การหมกยอยมนส าปะหลงกบเชอจลนทรยจากมลสตวและน าเสย (10%) ในถงหมกขนาด 5 ลตร แบบรายครง ใชระยะเวลากกเกบนาน 22 วน ท

อณหภมหอง 30C ใหปรมาณกาซ 0.356 ลบม./ลบม./วน (Anunputtikul and Rodtong, 2004) การหมกยอยสลายกลวยกบน าเสยจากฟารมสกรในถงหมกขนาด 10 ลตร แบบรายครง ทอณหภมหอง 32-

35C ใหปรมาณกาซ 0.013 ลบม./ลบม./วน (Hori, et al., 2007) การหมกยอยเศษผกและผลไมพวกแครอท มะเขอเทศ มนเทศ ผกสเขยว ผกกาด ลกแพร แอปเปลและสมในถงหมกขนาด 2 ลตร แบบรายครง ใ ชระยะเวลากกเกบ 20 วน ทอณหภมควบคม

35±2C ใหปรมาณกาซ 0.83-1.5 ลตร/วน (Bouallagul, et al., 2009) ส าหรบการศกษาครงน เปนการหมกยอยเศษกานและใบไมรวมกบเศษอาหารทอณหภมหองในถงขนาด 20 ลตร แบบรายครง ดวย

เชอจลนทรยจากฟารมสกร มงเนนการใชคาอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรย (F/M) ทแสดงน าหนกของสารอนทรยและความเขมขนของจลนทรย คาสงหมายถงปรมาณสารอนทรยถกปอนเขาระบบมากกวา ความเขมขนของจลนทรยทท าการยอยสลาย คาต าหมายถงความเขมขน ของจลนทรยในระบบมมากกวาน าหนกสารอนทรยทปอน คา F/M นบเปนปจจยหลกทส าคญในการควบคมและออก แบบระบบบ าบด ทชวยรกษาสมดลในการท างานระหวางสารอนทรยทถกยอยและการเกดชวมวล (Misho, G.L., 1999) บทความน จงไดน าเสนอการศกษาประเดนการใชคา F/M 0.1 และ 0.4 ซงเปนคาต าสดและสงสดของระบบบ าบดทวไปหรอแบบขนตอนเดยว เพอหาปรมาณกาซชวภาพทเกดขน รวมทงประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยทเกดขนจากการเปลยนแปลงสภาวะการหมกยอยในระบบ

อปกรณและวธการ

ประกอบด ว ย ต ว อย า ง ว ธ เ ก บต ว อย า งพารามเตอรทตรวจวเคราะห สวนผสมและสภาวะการหมกยอยของชดทดลอง การตรวจวดปรมาณกาซชภาพท าการหมกโดยการเตม เศษอาหารทม ค าอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรย (F/M) 0.1 และ0.4 ตามล าดบโดยมตะกอนจลนทรยจากน าเสยในถง Fixed Dome ของฟารมสกรเปนเชอจลนทรยตงตนในถงหมกแบบมการกวนขนาด 20 ลตร ท าการทดลองทงหมดรวม จ านวน4ชด ชดละ 2 ซ า ในระหวางเดอนกรกฏาคมปพ.ศ. 2558 ถงกรกฎาคมปพ.ศ. 2559 ดงรายละเอยดตอไปน ตวอยางและอปกรณทใชส าหรบการเตรยมตวอยาง

เศษวสดการเกษตรทประกอบดวย เศษกานและใบไมรวมทงสดและแหง (สด:แหง 3:1) ของมะมวง ไทร และลนจ ซงเปนเศษกานและใบไมทหาไดจากบรเวณมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา

เชยงใหมเชอจลนทรยตงตนทมอยในน าเสย ซงไดจากน าเสยทเกบตวอยางแบบจวงจากฟารมสกรดอนแกว ต าบลดอนแกว อ าเภอแมรม จงหวดเชยงใหม เศษอาหารจากรานอาหารในตลาดเทพมงคล หล งมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา โดยเศษวสดขางตนถกบดยอย ใหมขนาด 0.1-0.5 มม. ถงหมกแบบมการกวน ขนาด 20 ลตร เครองบดยอยเศษอาหาร และเครองหนยอยใบไม รวมทงสารเคมโซดาไฟ (NaOH) 2N ทใชปรบ pH

พารามเตอรทตรวจวเคราะหและวธวเคราะห ไดแก อณหภม pH Chemical Oxygen

Demand; COD Total Solid; TS Volatile Solid; VS ทงกอนและหลงการเดนระบบรวมทงคา Mixed Liquor Volatile Suspended Solids; MLVSS ของเชอจลนทรยตงตน โดยใชวธวเคราะหตามมาตรฐานการวเคราะหน าและน าเสย (APHA, AWWA and WPCE, 2005)

สวนผสมและสภาวะการหมกยอย ประกอบดวยชดการทดลองทงหมด จ านวน 4

ชด ซงตวอยางทใชในแตละชดทดลองถกบรรจไวในถงหมกแบบมการกวน ขนาด 20 ลตร จ านวนรวม 4 ชด ชดละ2 ซ า ดงรายละเอยดตอไปน

-ชดทดลอง 2 ชดซงใชเศษวสดหมกทงทางเกษตรและเศษอาหาร คอ SR1 เมอใชคา F/M 0.1 และ SR2 เมอใชคา F/M 0.1 ทคาอตราสวนวสดหมกระหวางเศษกานและใบไมรวมและเศษอาหาร 2:3เทากน ซงประกอบดวยเศษกานและใบไมรวม (สด:แหง 3:1) 400 กรม:เศษอาหาร 600 กรม ผสมกบ เชอจลนทรยตงตน 10 ลตร ชดควบคม 2 ชด ซงใชวสดหมกเฉพาะเศษอาหาร คอ CSR1 เมอใชคา F/M 0.1 และ CSR2 เมอใชคา F/M 0.4 ทคาอตราสวนวสดหมกระหวางเศษกานและใบไมรวม (สด:แหง 3:1) และเศษอาหาร 2:3 เหมอนกน ซงประกอบดวย เศษอาหาร 600 กรมเพยงอยางเดยว ไมมเศษกานและใบไมรวม ผสมกบเชอจลนทรยตงตน 10 ลตรโดยทกๆ 2 วน ท าการปอนสารอนทรย คอเศษอาหาร เขาส

ระบบตางกน ตามคา F/M จ านวน 4 ครงทกชดทดลอง และมการท าblank ของชดทดลอง ซงใชหาปรมาณกาซทเกดจากการหมกยอยสลายของจลนทรยเทานน ส าหรบปรมาณกาซชวภาพทเกดขน ท าการตรวจวดปรมาณรวมในแตละวนทกวน โดยอาศยการแทนทในน า การวเคราะหทางสถต ท าการทดสอบทางสถต โดยวเคราะหหาคาสหสมพนธระหวางปรมาณกาซและประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในรปแบบตางๆ ทไดจากการทดลองทคา F/M ตางกน โดยใชคา Pearson Correlation และหาความแตกต างของค า เฉล ยปรมาณกาซชวภาพทไดจากการทดลอง ทคา F/M

ตางกน โดยก าหนดใหคา F/M 0.1 และ 0.4 เปนตวแปรตน และคาปรมาณกาซชวภาพทวดไดของแตละคา F/M เปนตวแปรตาม โดยใชคาสถตแบบ T-test

ผลและวจารณผลการทดลอง ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมของน าเสย

จากวสดหมก ผลการวเคราะหคาพารามเตอรของวสดหมกท

เปนเศษวสดการเกษตรซงประกอบดวยเศษกานและใบไมรวม และเศษอาหารและเชอจลนทรยตงตนกอนน ามาผสมกนเพอใชในการเดนระบบมลกษณะสมบตทางกายภาพและเคม ดงแสดงในตารางท 1

ตารางท 1 ลกษณะสมบตทางเคมของวสดหมก

ตวอยาง pH COD (mg/l)

TS (mg/l)

VS (mg/l)

MLVSS (mg/l)

เชอจลนทรยตงตน 7.19 60480 32750 49399 19420*

เศษอาหาร 4.45 153120 135088 91395 -

เศษกานและใบไมรวม 6.66 34640 61800 44857 - หมายเหต * คา MLVSS วเคราะหหาเฉพาะของจลนทรย เพอใชในการค านวณหาปรมาณสารอนทรยทปอนเขาสระบบหมก เมอใชคา F/M ตางกน

จากตารางท 1 พบวาวสดหมกทใช คอเศษอาหารมคา pH เปนกรดมากกวาวสดหมกอนๆ คา TS VS และปรมาณสารอนทรยในรป COD มคาสงมากกวาเศษกานและใบไมรวมและเชอจลนทรยตงตน โดยรวมวสดหมกเหลาน มปรมาณสารอนทรยสง จงเหมาะกบการน าไปหมกยอยสลายในสภาวะไรออกซเจน เพอใหไดกาซชวภาพ

การเปลยนแปลงคา pH ทเกดจากการหมกยอยในระบบ คา pH ทไดจากการทดลอง มสวนส าคญอยางมากตอการท างานของจลนทรยในระบบหมกและท าใหทราบถงการเปลยนแปลงทเกดขนระหวางการหมกยอย ดงรปท 1

ภาพท 1 การเปลยนแปลงคา pH ระหวางการหมกยอย

พบวาชดทดลอง SR1 และ CSR1 ซงใชคา F/M 0.1 และชดทดลอง SR2 และ CSR2 ซงใชอตราสวน F/M 0.4 มคาpH ใกลเคยงกนคอ คอนขางมความเปนกลางอยระหวาง 6.98-7.73 และ 7.17-7.73 ตามล าดบ ใชระยะเวลากกเกบนาน 18 วน เทากน คา pH ของระบบถกปรบสภาพดวยสารเคมโซดาไฟ เพอใหระบบมสภาวะการท างานทเหมาะสม กลาวคอ มคา pH อยระหวาง 6-8 (David, M.L, and Cornwell, D.A, 2008) การเปลยนแปลงอณหภมในขณะท าการเดนระบบหมก

คาอณหภมหอง ขณะท าการเดนระบบหมก มคาอยระหวาง 34-41 °C เนองจากท าการทดลองในชวงฤดรอน อณหภม ในถงปฏกรยาหรอถงหมก ถก

ประมาณวามคาสงกวาอณหภมหอง 3-5C (สนทด, 2549) แสดงวาระบบหมกมอณหภมระหวาง 31-

46C ซ งอณหภม ในชวงน เหมาะสมตอการเจรญเตบโตของแบคทเรยกลม Mesophilic ซงท างาน

ไดดทอณหภมระหวาง 25-45C (สนทด, 2549 และ David, M.L, and Cornwell, D.A, 2008) การเปลยนแปลงทเกดขนจากการหมกยอยของเสยผสม ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมทตรวจวดได จากการหมกยอยของวสดหมก กอนและหลงท าการเดนระบบหรอสนสดการเดนระบบ มรายละเอยดดงตารางท 2-3

ตารางท 2 ผลการวเคราะหลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก กอนท าการเดนระบบ

ชด ทดลอง

ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคม

pH VS

(mg/l) TS

(mg/l) VS/TS

CODT (mg/l)

SR1 และSR2 8.14 134,741 103,733 0.77 164,220

CSR1 และCSR2 8.15 75,690 57,225 0.76 56,894

ตารางท 3 ผลการวเคราะหลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก หลงหรอสนสดการเดนระบบ

ชด

ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคม

pH

VS (mg/l)

TS (mg/l)

VS/TS กอน

VS/TS หลง

CODT

(mg/l)

SR1 7.66 47,991 30,725 0.77 0.65 43,904

CSR1 7.73 36,146 24,922 0.76 0.69 33,896

SR2 7.53 43,788 28,152 0.77 0.64 37,776

CSR2 7.71 33,908 22,386 0.76 0.66 30,800

จากตารางท 2-3 พบวากอนท าการเดนระบบ ชดทดลอง SR1 และSR2 มลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมเหมอนกน เนองจากเปนวสดหมกทเตรยมดวยการชงน าหนกและวดปรมาตรทเทากน และยงไมมการปอนสารอนทรยเขาสระบบหมกดวยคา F/M ตางกน เชนเดยวกบชดควบคม CSR1 และ CSR2 ในระหวางท าการเดนระบบ พบวาคา pH มความเปนกลางถงดางออน(7.32-7.73) เนองจากมการปรบสภาพ pH ใหเปนกลางอยเสมอ จนสนสดระบบ ท าให

คาปรมาณ TS VS และCOD รวมทงคา VS/TS เมอสนสดการเดนระบบของทกชดทดลอง มคาลดลงทงหมด แสดงวามการยอยสลายสารอนทรยเกดขนทกชดการทดลอง

ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพทเกดขนในระบบ

ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพจากการหมกยอยของเสยผสมในระบบหมก มรายละเอยดดงรปท 2-3

ภาพท 2 ปรมาณกาซเฉลยแตละวนทเกดจากการหมกยอย

ภาพท 3 ปรมาณกาซเฉลยสะสมทเกดจากการหมกยอย จากรปท 2-3 พบวาปรมาณกาซเฉลยแตละวน ท เกดจากการหมกยอยของทกชดทดลอง มปรมาณเพมขนตามปรมาณสารอนทรยทถกปอน เนองจากการปอนสารอนทรยคอเศษอาหารเขาสระบบ มความแตกตางกนตามคา F/M โดยมจ านวนครงในการปอนเทากน รวม 4 ครง ทก ๆ 2 วน คอในวนท 3 6 9 และ 12 ของการเดนระบบ หลงจากนนปรมาณกาซคอย ๆ ลดลง จนกระทงสนสดระบบ ชดทดลอง SR2 ซงใชคาอตราสวน F/M 0.4 ใหปรมาณกาซชวภาพมากทสด (202.6ลตร) และมากกวาชดทดลอง SR1 ซงใชคาอตราสวน F/M 0.1 ทใหปรมาณกาซนอยกวา (171.7 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนาน 18 วน เทากน สอดคลองกบผลการศกษาของ Augus Hadiyarto et al. (2015) ซงพบวาการใชคา F/M ตางกน ในการหมกยอยเศษปลา มผลตอการเกดกาซชวภาพ สวนชดควบคมทง 2 ชด (CSR1 และ CSR2) มคาต ากวาชดทดลองทกคาอตราสวน F/M ทใช เนองจากมปรมาณสารอนทรยทไดจากวสดหมก ซงมเฉพาะเศษอาหารผสมกบเชอจลนทรยเทานน จงท าใหไดปรมาณกาซทเกดจากการยอยสลายต ากวา และปรมาณสารอนทรยในระบบทใชคา F/M สง มปรมาณมากกวาในระบบทใชคา F/M ต ากวา แสดงวาการใชคา F/M ทตางกน ม

สวนตอการเกดปรมาณกาซ สอดคลองกบผลการทดสอบทางสถ ต ท ว าปร มาณก าซท เ ก ดข น มความสมพนธกบการใชคา F/M ทตางกน (Pearson correlation 0.67, p<0.05) สวนผลการทดสอบทางสถตดวยคา T-test พบวาการใชคา F/M ทตางกน ท าใหปรมาณกาซชวภาพทเกดขนไมมความแตกตางกนอยางมนยส าคญทางสถต (p<0.05) ดงนนการผลตกาซชวภาพทคา F/M ตางกน จากเศษวสดทางการเกษตรและเศษอาหารซงมองคประกอบสารอนทรยเปนเซลลโลสอยรวมกบคารโบไฮเดรทเปนสวนใหญ ควรเลอกใชชนดของระบบหมกทมระยะเวลาในการยอยสลายหรอกกเกบนานกวา เชนระบบหมกแบบหลายขนตอน เพอใหเกดการยอยสลายสารอนทรยและไดปรมาณกาซชวภาพสงสด ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยทเกดขนในระบบ ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรย ค านวณไดจากผลการวเคราะหสมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก กอนและหลงการเดนระบบ ท าใหทราบถงความสามารถในการยอยสลายสารอนทรยของระบบหมก ดงตารางท 4

ตารางท 4 ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในระบบ

ชด ทดลอง

ประสทธภาพการก าจด VS (%)

ประสทธภาพการก าจด TS (%)

ประสทธภาพการก าจด COD (%)

SR1 65.5 70.2 71.4

CSR1 53.5 60.3 41.2

SR2 67.5 72.9 75.0

CSR2 55.2 60.9 46.6

พบวาชดทดลอง SR2 ซงใชคาอตราสวน F/M

0.4 มประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยสงสดในรป TS VS และ COD 72.9% 67.5% 75% และมากกวาชดทดลอง SR1 ซงใชคาอตราสวน F/M 0.1 ทมประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยในรป TS VS และ COD 70.2% 65.5% และ 71.4% ตามล าดบ สวนชดทดลอง CSR1 และ CSR2 มประสทธภาพต ากวาชดทดลอง SR1 และ SR2 เนองจากมปรมาณสารอนทรยทไดจากวสดหมก คอเศษอาหารเทานน ผลจากการใชคาอตราสวน F/M ทสงกวาท าใหมสารอนทรยจ านวนมากกวาถกปอนเขาสระบบและถกยอยสลายไดมากกวาการใชคาอตราสวน F/M ทต า ซงสารอนทรยถกปอนเขาสระบบนอยกวา สอดคลองกบคา F/M ตามทฤษฏประการส าคญ สารอนทรยทเปนเศษวสดทางการเกษตรมกถกยอยสลายไดชากวาเศษอาหาร เนองจากมองคประกอบทยอยสลายยากกวา เชน เซลลโลส ดงนนการใชคาอตราสวน F/M ทตางกน มผลตอคาประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรย และผลการทดสอบทางสถตแสดงวาคาประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในรป TS VS และ COD มความสมพนธกนอยางมนยส าคญทางสถต (Pearson correlation 0.992-0.999, p<0.01) และปรมาณกาซชวภาพทเกดขนยงสมพนธกบคาประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในรป TS VS และ COD อยางมนยส าคญทางสถต (Pearson correlation 0.792-0.802, p<0.05 )

สรป ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคม ของเศษ

วสดทางการเกษตร ไดแกเศษกานและใบไมรวม เศษอาหาร และ เชอจลนทรยตงตน พบวามปรมาณสารอนทรยสง สามารถ ใชหมกยอยเพอผลตกาซชวภาพได

ผลการเปลยนแปลงสภาวะการหมกยอยทคาอตราสวนวสดหมกระหวางเศษกานและใบไมรวมและเศษอาหาร 2:3 เม อ ใ ชค าอตราสวนอาหารต อเชอจลนทรย (F/M) ตางกน พบวาระบบหมกท างานในสภาวะทเหมาะสม มคา pH เปนกลางถงดางออน (6.98-7.73) คาอณหภมทวดไดในระหวางการเดนระบบ (32-43 °C) แสดงวาจลนทรยทท างานในระบบคอแบคท เร ยกล ม Mesophilic ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพทเกดขน พบวาชดทดลอง SR2 ซงใชคาอตราสวน F/M 0.4 ใหปรมาณกาซชวภาพมากทสด (202.6 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนาน 18 วน และมประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยในรป TS VS และ COD มากทสด สวนชดทดลอง SR1 ซงใชคา F/M 0.1 ใหปรมาณกาซและมประสทธภาพในการก าจดสารอนทรยนอยกวา

คาประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในรปตาง ๆ มความสมพนธกนและสมพนธกบปรมาณกาซ แตการใชคา F/M ทตางกน ท าใหปรมาณกาซชวภาพทเกดขนไมมความแตกตางกนอยางมนยส าคญทางสถต จงมขอเสนอแนะเพอใหไดปรมาณกาซชวภาพและ

ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยสงสดวา ควรใชคา F/M ทตางกน ในการหมกยอยเศษวสดทางการเกษตรและเศษอาหาร ดวยวธการหมกแบบหลายขนตอน ซงใหปรมาณกาซชวภาพมากกวาและใชระยะเวลากกเกบนานกวาการหมกยอยแบบขนตอนเดยว

กตตกรรมประกาศ คณะผวจยขอขอบคณ มหาวทยาลยเทคโนโลย ราชมงคลลานนาทใหทนวจย ภายใตโครงการยกระดบปรญญานพนธเปนงานวจยตพมพ งานสรางสรรค และ งานบรการวชาการสชมชน เพอสนบสนนการศกษาครงน

เอกสารอางอง

กลนประทม ปญญาปง วรวธ กนอน สรานรกษ แสนพรหม และเอกราช ค าปญโญ. (2554). ศกยภาพการยอยสลายใหกาซมเทนของเศษกานและใบไมหลายชนด. วารสารการวจยพฒนาเพอชมชน. 5(1):64-73.

กลนประทม ปญญาปง, นภารตน สทธนนท, ปยะนนทร ธนนไชย และอกฤษฎ เมองขวญใจ. (2555). การพฒนาการยอยสลายของเศษกานและใบล าไยในสภาวะไรออกซเจนเพอผลตกาซชวภาพและผลพลอยได. วารสารวจย มข. 17(4): 543-555.

จฑามาส รตนพรหม อาภาภรณ ปะระด และกลนประทม ปญญาปง. (2552). ศกยภาพการยอยสลายใหกาซมเทนจากกานและใบล าไยในสภาวะไมใชออกซเจน. เอกสารการประชมวชาการประจ าป 2554. มหาวทยาลยแมโจ 1-2 ธนวาคม 2554.

สนทด ศรอนนตไพบลย. (2549). ระบบบ าบดน าเสย: การเลอกใช การออกแบบ การควบคม และการแกปญหา. ส านกพมพทอป. กรงเทพฯ.

Anunputtikul,W ,and Rodtong, S. (2004). Laboratory scale Experiments for biogas production from Cassava tubers. The joint Int. Conf. on Sustainable Energy and Environemnt (SEE). Hua-Hin, 238-243.

APHA, AWWA, and WPCE. (2005). Standard method for the examination of water and wastewater, 21sted. US.

Augus Hadiyarto, Budiyono1, Seno Johari, Indra Hutama, and Wahid Hasyim. (2015). The effect of F/M ratio to the anaerobic decomposition of biogas production from fish offal waste. Waste Technology, 3(2)2015:58-62.

Barton, J.R, Issaias I, and Stentiford, E.I. (2008). Carbon make the right choice in developing countries. Waste Manage. 28:69-76.

Bekkering, J, Broekhuis, A.A, VAN Gemert W.J.T. (2010). Optimization of a green supply chain-a review. Bioresour Technol. 101:450-456.

Bouallagul, H, Lahdhab, H, Ben Romdan E, Rachdi, B., Hamdi, M. (2009). Improvement of fruit and vegetable waste anaerobic digestion performance and stability with co-substrates addition. J. Environ Manage. 90:1844-1849.

Braun, R. (2007). Anaerobic digestion: a multi-faceted process for energy, environmental management and rural development. In: Ranali, P. (ed) Improvement of crop plants for industrial end uses. Springer, Dordrecht. 335-415.

David, M.L, and Cornwell, D.A. (2008). Introduction to Environmental Engineering. 4thed. McGraw-Hill Book Company. US.

Espito, G, Frunzo, L, Giordano, Liotta, F, Panico, A, and Pirozzi, F. (2012). Anaerobic co-digestion of organic wastes. Rev Environ Sci Biotechnol. 11:325-341.

Lema, J.M, and Omil, F. (2001). Anaerobic treatment a key technology for a sustainable management of wastes in Europe. Water Sci Technol. 44: 133-140.

Lettinga, G. (2001). Digestion and degradation, air for life. Water Sci Technol. 44: 157-176.

Mata-Alvarez, J, Mace, S, Liabres, P, Astlas, S. (2000). Codigestion of solid wastes: a review of its uses and perspectives including modeling. Crit Rev Biotecnol 31:99-111.

Metcalf & Eddy Inc., Revised by Tchobanoglous, G., et al. (2008).Wastewater Engineering, Treatment and Reuse. 4th ed., McGraw-Hill Book Company. US.

Misho, G.L. (1999). F/M ratio and the operation of an activated sludge process. Florida Water Resources Journal. March: 20-21.

Rehl, T, and Muller, J. (2011). Life cycle assessment of biogas digestate processing technologies. Resour Conserve Recycl. 56:92-104.

Tambone, F, Genevini, P, D’Imporzano, G, Adani, F. (2009). Assessing amendment properties of digestate by studying the organic matter composition and the degree of biological stability during the anaerobic digestion of the organic fraction of MSW. Bioresour Technol. 100:3140-3142.

Weiland, P. (2010). Biogas production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol. 85:849-860.

การหมกยอยของเสยผสมในสภาวะไรออกซเจนโดยใชการปอนทตางกน เพอการเกดกาซชวภาพ

Anaerobic Digestion of Mixed Waste by Using Different Feeding For Biogas Production

กลนประทม ปญญาปง1*, เจษฎา วามตา2 และภทรา วงษพนธกมล3

Klinpratoom Panyaping1*, Jedsada Wamta2 and Pattra Wongpankamol3

1,2,3 สาขาวชาวศวกรรมศาสตรสงแวดลอม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงใหม 1,2,3 Department of Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna, Chiang Mai * Corresponding author e-mail: klin41@hotmail.com

บทคดยอ การศกษาน มวตถประสงคเพอหาปรมาณกาซชวภาพ รวมทงประสทธภาพการยอยสลายและอตราการยอยสลาย

สารอนทรยทเกดขนจากการหมกยอยในสภาวะไรออกซเจนของของเสยผสมระหวางเศษกานและใบไมและเศษอาหารทคาอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรย (F/M ratio) 0.40 ในถงหมกทมการกวนขนาด 20 ลตรเมอใชวธการปอนสารอนทรยเขาระบบดวยจ านวนวนทตางกน คอ วนเวนวนและสองวนครง ตามล าดบ ท าการทดลองรวมจ านวน 4ชด ชดละ 2 ซ า ผลการหมกยอยพบวาชดทดลอง SR1 มการปอนสารอนทรยแบบวนเวนวนใหปรมาณกาซสงสด (255 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบ 18 วนและมประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยไดสงสดในรป COD VS และ TS อยระหวาง 68.14% -77.71% และมอตราการยอยสลายสารอนทรยสงสด 91% สวนชดทดลองทง 2 ชด (SR2 และ CSR2) ทมการปอนสารอนทรยแบบสองวนครง พบวาใหปรมาณกาซใกลเคยงกน (169.55-174.05 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนาน 18 วนเทากน และมประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในรป COD VS และ TS อยระหวาง 46.65-75% และมอตราการยอยสลายสารอนทรย อยระหวาง 64-88% ผลการทดสอบคาทางสถตพบวาคาประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในรปตางๆและอตราการยอยสลายสารอนทรย (Biodegradability) มสหสมพนธกน แตการใชการปอนสารอนทรยทตางกนในการหมกยอยสลายใหปรมาณกาซชวภาพทไมแตกตางกนอยางมนยส าคญทางสถตทระดบ 0.05

ค าส าคญ: ของเสยผสม การปอนสารอนทรย กาซชวภาพ การหมกยอยในสภาวะไรออกซเจน

Abstract The purpose of this study was to determine the quantity of biogas, and organic removal efficiency, as

well as biodegradability obtained from anaerobic digestion of mixed waste; leaves and petioles waste and food waste at the ratio 2:3, and F/M ratio 0.4 in stirred digester size 20 L by different feeding; every other day, and every second day feeding, respectively. All experiments were 4 sets. Each experiment consisted of duplicate. It was found that SR1, which was the every other day feeding, provided the highest biogas (255 L) with the hydraulic retention time 18 days, and the highest removal efficiency of COD VS, and TS in the range of 68.14% -77.71%, and the highest biodegradability (91%). Both SR2 and CSR2, which were the every second day feeding, provided biogas quantity in the closed range (169.55-174.05 L) with the same hydraulic retention time 18 days, and removal efficiency of COD VS, and TS in the range of 46.65-75%, and high biodegradability (88%). The result of statistical value test indicated that various types of organic removal efficiency and biodegradability were correlated. However, the use of different feeding did not provide different biogas quantity at the statistical level 0.05.

Keywords: mixed waste feeding biogas anaerobic digestion

บทน า ป จ จ บ น ป ร ะ เ ท ศ ไ ทย ม ข อ ง เ ส ย จ า พ ว ก

สารอนทรยเพมขน เนองจากการผลตภาคเกษตรและการบรโภคในภาคครวเรอนท เพมขนตามจ านวนประชากร ของเสยเหลานมอยหลายชนดไดแก เศษวสดการเกษตรจ าพวกเศษกานและใบ ไมและเศษอาหาร เปนตน โดยเฉพาะของเสยดงกลาว ทอยในเขตภาคเหนอตอนบนของไทย มสวนส าคญทท าใหเกดปญหาวกฤตหมอกควนพษเรมตงแตป พ.ศ.2550 เปนตนมาซงสวนใหญมสาเหตมาจากการเผาไหมวสดเหลอทงตางๆจากภาคการเกษตรและครวเรอนในทองถน ท าใหเกดปญหามลพษทางอากาศและขยะมลฝอย เปนตน ซงมผลกระทบตอคณภาพชวตและสงแวดลอม รวมทงกอใหเกดผลเสยหายตอเศรษฐกจของประเทศ

การบ าบดของเสยโดยใชเทคโนโลยชวภาพซงเปนการบ าบดของเสยในรปสารอนทรยในสภาวะไรออกซ เจนไดท าการศกษาโดยกลมวจยในสาขาวศวกรรมสงแวดลอมมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา ตงแตปพ .ศ. 2551 จนถงปจจบน มปจจยทางสงแวดลอมทเกยวของกบการหมกยอยหลายประการ (สนทด,2549) นอกจากการเลอกใชคาอ ต ร าส วนว ส ด หม ก และอ ต ร าส วนอาหารต อเชอจลนทรยในการหมกยอยแลว วธการปอนวสดหมก นบวามความส าคญในแงของปรมาณความเขมขนของสารอนทรยในระบบ ทมผลตอการเกดกาซชวภาพ ดงนนในบทความน จงไดน าเสนอประเดนการปอนวสดหมกแบบวนเวนวนและสองวนครงในการหมกยอยของเสยผสมในสภาวะไรออกซเจน เพอทราบปรมาณกาซชวภาพทเกดขน รวมทงประสทธภาพการยอยสลายและอตราการยอยสลายสารอนทรย ทเกดขนจากการเปลยนแปลงสภาวะการหมกยอย ซงจะมสวนชวยในการก าจดของเสยอนทรย ทชวยลดปญหามลพษสงแวดลอมและเพมทางเลอกในการจดการของเสยและพลงงานทดแทน

อปกรณและวธการ ประกอบด ว ย ต ว อย า ง ว ธ เ ก บต ว อย า งพารามเตอรทตรวจวเคราะห สวนผสมและสภาวะการหมกยอยของชดการทดลองการตรวจวดปรมาณกาซชวภาพ ท าการหมกโดยการปอนสารอนทรย คอ เศษอาหาร ทคาอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรย (F/M) 0.4 ดวยจ านวนครงการปอนเศษอาหารวนเวนวนครงและสองวนครง จ านวนอยางละ 4 ครง ทก ๆ 2 วน โดยใชตะกอนจลนทรยจากฟารมสกรเปนเชอจลนทรยตงตน ท าการทดลองในถงหมกแบบทมการกวน ขนาด 20 ลตร จ านวนรวม 4 ชด ชดละ 2 ซ า

- ตวอยางและอปกรณเตรยมตวอยางทใชในการทดลอง ของเสยผสม ประกอบดวยเศษกานและใบไมรวมของมะมวง ไทร และลนจ ทอตราสวนสด: แหง 3:1 ซงไดจากการศกษาของกลนประทม และคณะ (2555) เศษกานและใบไมเหลาน หาไดจากมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนาและผานการบดยอยใหมขนาด0.1-0.5 มม.ดวยเครองหนและบดยอยใบไม และเศษอาหารจากรานอาหารในตลาดเทพมงคล หลงมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา ทน ามาผานการบดยอยใหมขนาด 0.1-0.5 มม. ดวยเครองปนเศษอาหาร ท าการสมตวอยางเศษวสดแบบแบงเปนสวนและชงน าหนกหรอปรมาตรใหไดตามสดสวนทก าหนด ในอตราสวน 2:3 และเชอจลนทรยตงตน ซงเกบตวอยางแบบจวง จากฟารมสกรดอนแกว จงหวดเชยงใหม ถงหมกพลาสตก แบบมการกวน ขนาด 20 และสารเคมโซดาไฟ (NaOH) 2N ทใชปรบ pH

-พารามเตอรทตรวจวเคราะหและวธวเคราะห ไดแก อณหภม pH, Chemical Oxygen Demand; (CODT , COD s), Mixed Liquor Volatile Suspended Solids; MLVSS เฉพาะของเชอจลนทรยตงตน, Total Solid; TS Volatile Solid; VS ทงกอนและหลงเดนระบบ โดยใชวธการว เคราะหตาม

มาตรฐานการว เคราะหน าและน า เสย (APHA, AWWA, WPCE, 2005) -สวนผสมและสภาวะการหมกยอย วสดหมกทอตราสวน 2:3 ถกน ามาผสมใหเขากนในถงหมกกอนน ามาแยกบรรจในแตละซ าของชดทดลองและท าการปรบสภาพ pH ใหเปนกลางทกชดทดลอง ดงน

-ชดทดลอง (SR1 SR2) ประกอบดวย เศษกานและใบไมรวม 400 กรม: เศษอาหาร 600 กรม: เชอจลนทรยตงตน 10 ลตร

-ชดควบคม (CSR1 CSR2) ประกอบดวย เศษอาหาร 600 กรม: เชอจลนทรยตงตน 10 ลตร ท าการเดนระบบหมก โดยมการปอนสารอนทรยแบบวนเวนวน (ชดทดลอง SR1 และ CSR1) และแบบสองวนครง (ชดทดลอง SR2 และ CSR2) และมการท า Blank ทมเฉพาะเชอจลนทรย

-การวเคราะหทางสถต ท าการทดสอบทางสถตโดยใชคา T-test เพอหาความแตกตางของการเกดปรมาณกาซชวภาพทเกดจากการปอนสารอนทรยตางกน โดยก าหนดใหปรมาณกาซชวภาพเปนตวแปรตามและการปอนสารอนทรยต า ง ก น เ ป น ต ว แ ป ร ต น แ ล ะ ใ ช ค า Pearson correlation ใ น ก า ร ห า ค า ส ห ส ม พ น ธ ร ะ ห ว า งประสทธภาพและอตราการยอยสลายสารอนทรย

ผลและวจารณผลการทดลอง

สมบตทางกายภาพและเคมของน าเสยจากวสดหมก ผลการวเคราะหคาพารามเตอรของวสดหมกของ

เสยผสมซงประกอบดวย เศษกานและใบไมรวม เศษอาหาร และเชอจลนทรยตงตนมลกษณะสมบตตาง ๆ ดงตารางท 1

ตารางท 1 สมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก

ตวอยาง pH COD

(mg/l) TS

(mg/l) VS

(mg/l) MLVSS (mg/l)

เชอจลนทรยตงตน 7.19 60,480 32,750 49,399 19,420

เศษอาหาร 4.45 153,120 135,088 91,395 -

เศษกานและใบไมรวม 6.66 34,640 61,800 44,857 -

จากตารางท 1 พบวาวสดหมกของเสยผสมทใช คอเศษอาหารมคาความเปนกรดมากมคาปรมาณสารอนทรยในรป VS TS และ COD มากกวาเศษกานและใบไมรวมและเชอจลนทรยตงตน วสดหมกขางตน มสารอนทรยสง จงเหมาะกบการน ามาหมกยอย

การเปลยนแปลงคา pH ทเกดจากการหมกยอยในระบบ

คา pH ทไดจากการทดลอง มสวนส าคญตอการท างานของจลนทรยในระบบหมกและท าใหทราบถงการเปลยนแปลงทเกดขนขณะหมกยอย ดงแสดงในรปท 1

ภาพท 1 การเปลยนแปลง คา pH ระหวางการหมกยอย

จากรปท 1 การเปลยนแปลงของคา pH ท

เกดขนระหวางการหมกยอยมคาอยในชวง 7.16-7.73 ซงเปนผลจากการปรบสภาพ pH ใหมความเปนกลาง เพอใหจลนทรยมสภาวะการท างานทเหมาะสมตอการยอยสลายสารอนทรย

การเปลยนแปลงอณหภมในขณะท าการเดนระบบหมก

คาอณหภมหอง ขณะท าการเดนระบบหมก มคาอยระหวาง 28-41°C เนองจากท าการทดลองในชวงระหวางฤดรอนและฤดฝน คาอณหภมหองดงกลาว จะท าใหอณหภมในระบบหมกมคาสงกวาประมาณ 3-

5C (สนทด, 2549) แสดง วาระบบหมกมอณหภม

ระหวาง 31-44 C ซงอณหภมในชวงดงกลาว เปนอณหภมทเหมาะตอการเจรญเตบโตของ แบคทเรยกลม mesophilic ซงท างานไดดระหวางอณหภม 25-

45C (David, M.L.และ Cornwell, D.A., 2008) การเปลยนแปลงทเกดข นจากการหมกยอย

ของเสยผสม ลกษณะสมบตทางกายภาพและเคมทตรวจวดได

จากการหมกยอยสลายของเสยผสม เมอเรมท าการเดนระบบและสนสดระบบ มรายละเอยดดงแสดงในตารางท 2-3

ตารางท 2 สมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมกกอนเดนระบบ

6.5

6.7

6.9

7.1

7.3

7.5

7.7

7.9

8.1

1 3 5 7 9 11 13 15 17

pH

day

SR1

CSR1

SR2

CSR2

ชด pH VS (mg/l)

TS (mg/l)

CODS

(mg/l) CODP

(mg/l)

SR1 8.13 104,915 136,271 66,320 102,280

CSR1 8.07 54,615 75,190 28,160 27,776

SR2 8.14 103,733 134,741 58,736 105,484

CSR2 8.15 57,225 75,690 30,214 26,680

ตารางท 3 สมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก เมอสนสดระบบ

หมายเหต: SR1 ชดทดลองทมการปอนสารอนทรยแบบวนเวนวน CSR1 ชดควบคมทมการปอนสารอนทรยแบบวนเวนวน SR2 ชดทดลองทมการปอนสารอนทรยแบบสองวนครง CSR2 ชดควบคมทมการปอนสารอนทรยแบบสองวนครง

จากตารางท 2-3 ระบบมการเปลยนแปลงสภาวะการท างาน โดยมคา pH เปนกลาง (7.18-7.71) คาปรมาณสารอนทรยในรป VS TS และ COD ของทงชดทดลองและชดควบคม มคาลดลงทงหมด เนองจากมการยอยสลายสาร อนทรยของวสดหมกเกดขน คา pH ของระบบจดวาอยในสภาวะทเหมาะสม ระหวาง 6-8 (สนทด, 2549 และ Metcalf & Eddy, Inc., 2008) และพบวาการปอนสารอนทรยแบบวนเวน วนซงมปรมาณการปอนสงกวามการยอยสลายสารอนทรย

ใน รป CODP ซงอยในรปไมละลายน า เกดไดชา สอดคลองกบคา CODP เมอสนสดระบบของการปอนแบบวนเวนวน ทมคามากกวาการปอนแบบสองวนครง

ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพทเกดข นในระบบ

ผลการตรวจวดปรมาณกาชชวภาพจากการหมกยอยของเสยผสมในระบบหมก มรายละเอยดดง รปท 2-3

ภาพท 2 ปรมาณกาซเฉลยแตละวนทเกดขนจากการหมกยอย

0

5

10

15

20

25

1 3 5 7 9 11 13 15 17

Dai

ly A

mo

un

t o

f B

ioga

s (L

itre

)

day

SR1

CSR1

SR2

CSR2

ชด pH VS

(mg/l) TS

(mg/l) CODS

(mg/l) CODP

(mg/l)

SR1 7.7 28,747 45,014 28,160 9,424

CSR1 7.56 24,173 36,146 14,080 19,270

SR2 7.53 28,152 43,788 25,650 12,126

CSR2 7.71 22,386 33,908 21,090 9,710

ภาพท 3 ปรมาณกาซเฉลยสะสมทเกดขนจากการหมกยอย

จากรปท 2-3 พบวาการหมกยอยในสภาวะไรออกซเจนในการปอนสารอนทรยแบบวนเวนวนครงและสองวนครง มลกษณะและปรมาณการเกดกาซทแตกต า งก น กล าวค อการป อนแบบวนเว นว น สารอนทรยถกยอยสลายไดเพมขนจากการปอนทบอยครงและมปรมาณสารอนทรยมากกวา ท าใหปรมาณกาซคอย ๆ เกดเพมขนและเกดไดมากทสด ในชวงระหวางวนท 7-13 หลงจากนนปรมาณกาซคอยๆ ลดลง จนสนสดระบบในวนท 18 ทงชดทดลอง SR1 และชดควบคม CSR2 แตชดควบคม CSR2 ทมเฉพาะเศษอาหาร มปรมาณการเกดกาซทนอยกวาอยางชดเจน ในขณะทชดทดลองมกาซเกดเพมขนอยางมาก สวนการปอนแบบสองวนครง ในชวงแรก (2-3 วน) มการยอยสลายใหกาซชวภาพไดมากกวาการปอนแบบวนเวนวน เนองจากมการปอนอาหารชากวา แตมวสดหมกเรมตนในปรมาณเดยวกน จงมสวนท าใหจลนทรยมระยะเวลาในการท างานไดดกวา แตการปอนสารอนทรยทชากวา อาจไมเพยงพอกบการเจรญเตบโตของจลนทรยซงอยในถงหมกทมปรมาตรเทากน มสวนใหปรมาณกาซทเกดขนในชวงระหวาง วนท 7-13 ม

ปรมาณลดลง หล งจากนนจนสนสดระบบ และเนองจากการปอนอาหารททงชวงนานกวามสวนท าใหการหมกยอยในชดทดลอง SR2 และ CSR2 แบบสองวนครง เกดขนนอยกวา สงผลใหไดปรมาณกาซชวภาพทต ากวา โดยชดทดลอง SR1ใหปรมาณกาซชวภาพมากทสด (255 ลตร)ใชระยะเวลากกเกบนาน 18วน ดงนนการปอนสารอนทรยทตางกน ท าใหปรมาณสารอนทรยทถกปอนเขาระบบ มความเขมขนตางกน และมความสามารถในการยอยสลายสารอนทรยไดตางกนดวย จงมสวนตอการเกดปรมาณกาซชวภาพ สอดคลองกบท Weiland (2010) กลาวไววาผลผลตกาซชวภาพของวสดหมกท ต างกน ขนกบองคประกอบของสารอนทรยทอยในวสดหมก แหลงทมาของวสด และชนดของวสดหมก ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยทเกดข นในระบบ

ประสทธภาพและอตราการยอยสลายสารอนทรยระหวางการเดนระบบ ซงไดจากผลการวเคราะหสมบตทางกายภาพและเคมของวสดหมก กอนและหลงเดนระบบ ดงแสดงในตารางท 4

255

196 169.55 174.05

0

50

100

150

200

250

300

SR1 CSR1 SR2 CSR2

Acc

um

ula

ted

am

ou

nt

of

Bio

gas

(lit

res)

ตารางท 4 ประสทธภาพการยอยสลายสารอนทรยในระบบ

จากตารางท 4 เมอท าการปอนสารอนทรยเขา

ระบบแบบวนเวนวน ชดทดลอง SR1 มประสทธภาพในก าจดสารอนทรยในรป VS TS และ COD มากทสด และมอตราการยอยสลายสงสด (91%) เพราะมสวนผสมของเศษกานและใบไม ซงมสวนชวยเรงใหเกดการย อยสลายสาร อนทรย ไ ด ด ส วนการปอนสารอนทรยแบบสองวนครง ชดทดลอง SR2 มประสทธภาพก าจดสารอนทรยในรปตาง ๆ และมอตราการยอยสลายสารอนทรยนอยกวา (88%) สอด คลองกบปรมาณกาซชวภาพทเกดขน คาอตราการยอยสลายทไดแสดงวาชดทดลอง SR1 และ SR2 มสภาวะการยอยสลายไดดมากและดกวาชดควบคม CSR1 และ CSR2 และจากผลการทดสอบทางสถตโดยการหาคาสหสมพนธแบบ Pearson correlation

พบวาคาอตราการยอยสลาย มความสมพนธกบคาประสทธภาพการก าจดสารอนทรยในรป TS VS และ COD อยางมนยส าคญทางสถต แตการปอนทตางกน ใหปรมาณกาซทไมแตกตางกนอยางมนยส าคญทางสถตทระดบ 0.05

สรป สมบตทางกายภาพและเคมของเสยผสม ทประกอบ ดวยเศษกานและใบไมรวม เศษอาหาร และเ ชอจลนทรยต งตน มค าปรมาณสารอนทรยส ง สามารถใชหมกยอยเพอใหเกดกาซชวภาพได ผลการเปลยนแปลงสภาวะการหมกยอยทคาอตราสวนอาหารตอเชอจลนทรย 0.4 และทอตราสวนวสดหมก

ผสม 2:3 พบวาระบบมสภาวะการท างานทเหมาะสม มคา pH เปนกลางถงดางออน อยระหวาง 7.16-7.73 แบคทเรยกลม Mesophilic เปนจลนทรยทท างานในระบบ พบวาปรมาณกาชชวภาพทเกดขน เมอใชการปอนแบบวนเวนวน ชดทดลอง SR1 ใหปรมาณกาซมากทสด (255 ลตร) ใชระยะเวลากกเกบนาน 18 วน และมคาประสทธภาพการก าจดสารอนทรยในรป VS TS และCOD มากทสด รวมทงมคาอตราการยอยสลายสารอนทรยสงสด (91%)

กตตกรรมประกาศ คณะผวจยขอขอบคณ มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนาทใหทนวจย ภายใตโครงการยกระดบปรญญานพนธเปนงานวจยตพมพ งานสรางสรรค และงานบรการวชาการสชมชน เพอสนบสนนการศกษาครงน

เอกสารอางอง กลนประทม ปญญาปง, นภารตน สทธนนท,

ปยะนนทร ธนนไชย และอกฤษฎ เมองขวญใจ. (2555). การพฒนาการยอยสลายของเศษกานและใบล าไยในสภาวะไรออกซเจนเพอผลตกาซชวภาพ และผลพลอยได. วารสารวจย มข. 17(4), 543-555.

สนทด ศรอนนตไพบลย. (2549). ระบบบ าบดน าเสย:การเลอกใชการออกแบบ การควบคม และการแกปญหา. ส านกพมพทอป. กรงเทพฯ.

ชด ประสทธภาพการก าจด

VS (%)

ประสทธ ภาพการก าจด

TS (%)

ประสทธ ภาพการก าจด

COD (%)

อตราการยอยสลาย สารอนทรย

(%) SR1 73.53 68.14 77.71 91 CSR1 60.77 52.79 40.38 31 SR2 72.86 67.52 75.00 88 CSR2 60.88 55.20 46.65 64

APHA, AWWA, and WPCE. (2005). Standard method for the examination of water and wastewater. 21sted. US.

David, M.L., and Cornwell, D.A. (2008). Introduction to Environmental Engineering. 4thed: McGraw-Hill Book Company. US.

Metcalf & Eddy Inc., Revised by Tchobanoglous, G., et al, (2008). Wastewater Engineering, Treatment and Reuse. 4th ed., McGraw-Hill Book Company. US.

Weiland, P. Biogas production: current state and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol. 85, 849-860.