Vacuum Cooling

Vacuum Cooling คือการใช้สุญญากาศเพื่อลดอุณหภูมิของวัสดุที่มีน้ำอิสระอยู่ภายในและมีรูที่ผิวซึ่งน้ำอิสระภายในสามารถถ่ายเทออกมาที่ผิวและระเหยด้วยการดึงความร้อนจากวัสดุสำหรับเปลี่ยนสถานะ ความร้อนที่ใช้เปลี่ยนสถานะของน้ำมัค่ามากกว่าความจุความร้อนของวัสดุจึงทำให้วัสดุมีอุณหภูมิลดลงได้อย่างรวดเร็ว เทคนิค VC มีใช้ทั้งในอุตสาหกรรมอาหารและกระบวนการอุตสาหกรรมการผลิต เช่นการผลิตท่อพลาสติก

ในอุตสาหกรรมอาหารใช้ VC เป็นวิธีการลดอุณหภูมิอย่างรวดเร็วสำหรับวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์เพื่อการเก็บรักษา การปรับปรุงคุณภาพและโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ การใส่บรรจุภัณฑ์ การยืดระยะเวลาการเก็บ(shelf life) อย่างประหยัดและคุ้มค่าที่สุด เป็นวิธีการที่สามารถลดอุณหภูมิได้รวดเร็วกว่าวิธีอื่นๆตามรูปที่ 1. จึงเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพ ลดค่าใช้จ่าย และสามารถใช้ลดความชื้นได้อีกด้วย

รูปที่ 1.แผนภูมิเปรียบเทียบการลดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ด้วยวิธีต่างๆ

การผลิตท่อพลาสติก พลาสติกหลอมละลายถูกอัดผ่านแม่พิมพ์โลหะ(Die) ได้เป็นท่อพลาสติกอุณหภูมิสูงซึ่งจะต้องลดอุณหภูมิท่ออย่างรวดเร็วเพื่อรักษารูปทรงของท่อไว้ เมื่อท่อไม่มีน้ำอยู่ในเนื้อพลาสติกก็ใช้วิธีฉีดให้น้ำเปียกทั่วทั้งท่อ เมื่อน้ำระเหยในสุญญากาศจะพาความร้อนออกจากผิวท่ออย่างสม่ำเสมอทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว

หลักการทำงาน

สถานะของน้ำมีความสัมพันธ์กับความดันและอุณหภูมิตามรูปที่ 2. ซึ่งน้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0oC คงที่ในช่วงความดันหนึ่ง แต่จะกลายเป็นไอที่อุณหภูมิเปลี่ยนไปตามความดัน ที่ความดันค่าหนึ่งน้ำจะกลายเป็นไอที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าจุดเดือด ปริมาณน้ำที่กลายเป็นไอมากน้อยตามพลังงานที่ให้กับน้ำตามรูปที่ 3.

ให้บรรยากาศประกอบด้วยอากาศและไอน้ำ ความดันไอน้ำในอากาศเป็นเพียงส่วนหนึ่งของความดันบรรยากาศ เมื่อให้ความร้อนจนอุณหภูมิสูงขึ้นเท่ากับ 100oC ตามรูปที่ 2. ความดันส่วนไอจะสูงขึ้นจนเท่ากับความดันบรรยากาศ และความร้อนต้องมีมากพอที่จะเอาชนะความร้อนแฝงของน้ำเมื่อกลายเป็นไอตามรูปที่ 3. อัตราส่วนความร้อนที่ให้กับน้ำเพื่อรักษาอุณหภูมิคงที่ต่อน้ำหนักน้ำที่ลดลงหรือนน.ไอน้ำที่กลายเป็นไอ คือค่าความร้อนจำเพาะของน้ำในการเปลี่ยนสถานะเป็นไอ

เมื่อใช้ปั๊มสุญญากาศลดความดันลง จุดเดือดของน้ำก็จะลดลง ถ้าไม่มีความร้อนภายนอกมาเติม ไอน้ำจะใช้ความร้อนจากน้ำส่วนอื่นมาใช้ในการกลายเป็นไอทำให้อุณหภูมิน้ำลดลง สามารถหาค่าอุณหภูมิ ความดันไอของน้ำ ความร้อนแฝงและคุณสมบัติทางความร้อนของน้ำได้จากตารางไอน้ำ(Steam Table)ตามตารางที่ 1.

รูปที่ 2. สถานะของน้ำบนแผนภูมิความดันและอุณหภูมิ

รูปที่ 3. แผนภูมิแสดงช่วงการเปลี่ยนสถานะของน้ำเป็นไอน้ำ

ตารางที่ 1. ตารางไอน้ำ (Steam Table)

VC จึงเป็นการลดอุณหภูมิวัสดุอย่างรวดเร็วด้วยการใช้การระเหยของน้ำอิสระและน้ำในเนื้อของวัสดุด้วยการระเหยพาเอาความร้อนออกจากวัสดุในรูปของความร้อนแฝงหรือไอน้ำซึ่งถูกดูดทิ้งด้วยปั๊มสุญญากาศ ความร้อนแฝงของน้ำมีค่าสูง การระยายความร้อนด้วยเทคนิก VC จึงลดอุณหภูมิวัสดุได้เร็วกว่าการถ่ายเทความร้อนสัมผัสด้วยวิธีอี่นๆ ได้แก่การใช้อากาศหรือน้ำเย็นระบายความร้อนตามรูปที่ 1.

VC กับการเกษตรและอุตสาหกรรมอาหาร

            VC เหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมการเกษตรและอาหาร ซึ่งการใช้ VC มีดังต่อไปนี้

การเกษตรและการเตรียมวัตถุดิบ การเก็บเกี่ยวผลผลิตทางการเกษตรจะใช้ VC ลดอุณหภูมิทันทีเพื่อดึงความร้อนที่ใช้ในการหายใจ(คายน้ำ)ก่อนการขนส่งไปยังจุดจำหน่ายหรือไปเข้าห้องเย็น สำหรับวัตถุดิบที่มีอัตราส่วนของผิวต่อน้ำหนักสูงได้แก่ใบของพืช ผักสลัด ผักขม เห็ดเข็มทอง หน่อ ดอกไม้ เหมาะที่จะใช้ VC เนื่องจากมีน้ำหนักน้อยจะต้องล้างด้วยน้ำซึ่งจะทำให้น้ำติดผิวเมื่อใช้ VC จะได้ผิวแห้งและอุณหภูมิลดลง ก่อนการผลิตอาหารหรือเพื่อการเก็บรักษา สำหรับวัตถุดิบที่มีน้ำหนักมากขึ้นได้แก่ ถั่ว บร็อคโคลี่ ขึ้นฉ่าย ข้าวโพดหวาน และอี่นๆที่เน่าเสียได้ง่าย นอกจากจะอุณหภูมิแล้วยังทำให้ผิวแห้งและมีค่า Water activity, Aw<0.6) สามารถเก็บได้นานขึ้นโดยไม่เกิดความเสียหานเนื่องจากการเกิดเชื้อรา

รูปที่ 4. ใช้ VC สำหรับการเกษตร และการเตรียมวัตถุดิบ https://webercooling.com/en/vacuum-cooling-process

การทำอาหาร อุตสาหกรรมอาหารสามารถใช้ VC เพื่อการปรับปรุงคุณภาพทางกายภาพ และหลังจากการใช้ความร้อนทำอาหารจะใช้ลดอุณหภูมิเพื่อใส่บรรจุภัณฑ์สำหรับการจัดจำหน่ายและการเก็บ ซึ่งสามารถลดอุณหภูมิอาหารได้รวดเร็วโดยใช้เวลาไม่ถึงนาที

รูปที่ 5. ใช้ VC ในการทำขนมปัง ในครัว และการทำซูชิ https://webercooling.com/en/vacuum-cooling-process

ขนมปังจากเตาอบจะมีอุณหภูมิและความชื้นสูง ซึ่งการปล่อยให้อุณหภูมิลดลงโดยธรรมชาติจะใช้เวลานานและเกิดการยุบตัวเนื่องจากมีความชื้น ถ้านำเข้าถุงทันทีจะมีการระเหยน้ำหลังจากปิดถุงและเกิดน้ำกลั่นตัวในถุงอาจเกิดเชื้อราได้ การอบใช้ VC ลดอุณหภูมิขนมปังอย่างรวดเร็ว และลดความชื้นในเนื้อขนมปังพาความร้อนออกไปทำให้โครงสร้างของขนมปังแข็งแรงไม่ยุบตามรูปที่ 6. ขนมปัง 1 ด้านซ้ายใช้เทคนิค VC ไม่ยุบตัวเมื่อเทียบกับด้านขวาขนมปัง 2 ปล่อยให้เย็นลงตามวิธีเดิม

รูปที่ 6. เปรียบเทียบขนมปังที่ลดอุณหภูมิด้วยเทคนิค VC กับวิธีเดิม https://physicsworld.com/a/vacuum-keeps-food-fresh-and-cool-from-field-to-table/

การทำซูชิสามารถใช้ VC เพื่อการลดอุณหภูมิของข้าวหลังการหุงเพียงไม่กี่นาทีเพื่อให้สามารถปั้นได้ทันทีโดยไม่ทำให้ผิวแห้งหรือผิวแตก และทำให้เมล็ดข้าวใหญ่ขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากน้ำจะถูกดึงออกผ่านรูที่ผิวอย่าสม่ำเสมอและทั่วถึง การลดอุณหภูมิลงมาที่ 30-35oC ภายในเวลาไม่กี่นาทีจึงให้ผลเสมือนการพาสเจอร์ไรส์ทำให้แบคทีเรียไม่เจริญเติบโต จากนี้นจึงลดอุณหภูมิเพื่อการบรรจุ การเก็บรักษา และยังทำให้มีรสชาติและสัมผัสดีขึ้น สามารถเก็บรักษาได้นานขึ้นและไม่กระทบต่อรสชาติและโครงสร้าง

รูปที่ 7. แสดงแผนภูมิการลดอุณหภูมิของข้าวสำหรับทำซูชิครั้งละ 150 กก. ใช้เวลาประมาณ 10 นาที จาก 70oC ลงมาเหลือ 30oC เพื่อนำไปปั้นต่อได้ทันที

รูปที่ 7. แผนภูมิการลดอุณหภูมิของซูชิ https://www.ulvac.co.th/equipments-th/vacuum-cooling/

ตู้ VC ตามรูปที่ 8. ซ้าย ประกอบด้วยตู้สุญญากาศ อุปกรณ์กลั่นตัวด้วยคอยล์ระบายความร้อน และปั๊มสุญญากาศ ตู้สุญญากาศต้องมีซีลเพื่อให้อากาศเข้าตู้ได้น้อยที่สุด เพื่อให้การลดความดันมีประสิทธิภาพ อุปกรณ์กลั่นตัวจะช่วยลดปริมาตรไอน้ำที่ระเหยทำให้ปั๊มสุญญากาศทำงานน้อยลง อุณหภูมิสารที่ใช้ระบายความร้อนแฝงจึงต้องมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือด

รูปที่ 8. ขวาเป็นแผนภูมิของอุณหภูมิและระยะเวลาที่ใช้ในการลดอุณหภูมิ ซึ่งจะต่างกันตามปริมาณที่ใส่ ค่าสุญญากาศที่ใช้ และขนาดของปั๊มสุญญากาศ ที่อุณหภูมิเริ่มต้นอากาศในตู้อบจะมีค่าความดันไอ(Partial Pressure)ในอากาศอยู่ค่าหนึ่งและในตู้จะมีความร้อนอยู่ในวัสดุและตู้ เมื่อเปิดปั๊มสุญญากาศอุณหภูมิเริ่มลดเพราะความร้อนถูกระบายออกด้วยการพา และการระเหยที่ผิว เมื่อความร้อนที่ผิวและตู้ลดลงความร้อนในการระเหยจะมาจากเนื้อวัสดุทำให้อุณหภูมิวัสดุลดลงอย่างรวดเร็ว และถ้าความดันต่ำจนจุดเดือดต่ำกว่าศูนย์ความร้อนในวัสดุจะถูกดึงออกจนวัสดุมีอุณหภูมิเข้าใกล้ศูนย์อาจจะเกิดน้ำแข็งภายในเนื้อวัสดุได้

รูปที่ 8. การทำงานของตู้ VC ลดอุณหภูมิวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ https://webercooling.com/en/vacuum-cooling-process

VC กับอุตสาหกรรมท่อพลาสติก

กระบวนการผลิตท่อพลาสติกตามรูปที่ 9. หลังจากพลาสติกหลอมละลายถูกอัดผ่านแม่พิมพ์โลหะกลายเป็นท่อพลาสติกร้อน จะต้องลดอุณหภูมิท่ออย่างรวดเร็วด้วยเทคนิค VC เพื่อรักษารูปทรงของท่อ รูปที่ 10.แสดงถัง VC ลดอุณหภูมิท่อพลาสติกซึ่งมีทั้งเครื่องสูบน้ำและปั๊มสุญญากาศ ถัง VC มีการทำงานสองลักษณะคือ แชท่อลงในน้ำซึ่งลดอุณหภูมิด้วยสุญญากาศตามในรูปที่ 9. หรือแบบที่ใช้หัวฉีดในถัง VC กระจายน้ำที่ผิวด้านนอกท่อ ตามรูปที่ 11.

รูปที่ 9. กระบวนการผลิตท่อพลาสติก

รูปที่ 10. ถังลดอุณหภูมิ VC ในกระบวนการผลิตท่อพลาสติก: https://drts.com/products-category/pipe-extrusion/

รูปที่ 11. หัวฉีดน้ำในถังลดอุณหภูมิ VC: https://www.indiamart.com/technova-thermoplast-dahanutaluka/spray-nozzle-assemblies-for-vacuum-cooling-tanks.html#4384493073

การลดอุณหภูมิของท่อที่แช่ในน้ำ จะมีการเดือดเป็นฟองไอน้ำที่ผิวท่อ (Nucleate Boliling) แล้วจึงลอยขึ้นมาผ่านผิวพร้อมกับน้ำที่รับความร้อนจากท่อ ซึ่งน้ำที่ผิวอุณหภูมิจะลดลงเนื่องจากจุดเดือดของน้ำลดลงตามค่าสุญญากาศและเคลื่อนที่ลงไปแทนน้ำที่ลอยขึ้นน้ำจึงมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิน้ำที่ความดันสุญญากาศ  แต่สำหรับการฉีดน้ำที่ผิว พื้นที่ผิวท่อมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำจึงในการระเหยดึงความร้อนจากท่อโดยตรงทำให้ลดความร้อนได้เร็ว แต่น้ำที่ฉีดไปยังไม่กระทบท่อบางส่วนก็อาจรถกลายเป็นไอได้เนื่องจากสุญญากาศ และการฉีดน้ำทำให้มีพื้นที่ผิวของน้ำสำหรับให้ระเหยมากกว่าแบบที่แช่น้ำจึงทำให้มีไอน้ำมากกว่า ต้องใช้พลังงานมากกว่าในการทำสุญญากาศ

รูปที่ 12. แผนภูมิแสดงอุณหภูมิของท่อพีวีซีในระบบ VC (Krauss Maffei. Complete Pipe Extrusion Line)

ท่อพีวีซีที่ดันออกมาจากแม่พิมพ์ตามรูปที่ 12. เป็นท่อขนาด 225 มม.ความหนา 20.5 มม. ความเร็วท่อ 0.8 ม./นาที มีอุณหภูมิ 220oC เมื่อเข้าถัง VC ต่อเนื่องรวม 5 ถัง อุณหภูมิผิวภายนอกของท่อที่สัมผัสน้ำจะมีอุณหภูมิลดลงเร็วที่สุด ความร้อนในเนื้อท่อจะถ่ายเทมาที่ผิวก่อน ความร้อนที่ผิวท่อจะถูกน้ำดึงออกไปในรูปการพาความร้อนสัมผัสและระเหยเป็นไอในรูปความร้อนแฝง อุณหภูมิในเนื้อท่อจึงลดลงน้อยกว่าและอุณหภูมิที่ผิวในท่อจะลดลงน้อยที่สุด การลดอุณหภูมิท่จึงต้องใช้ระยะเวลาและความยาวของบ่อ VC มากพอที่จะลดอุณหภูมิทั้งท่อให้ได้ตามที่ต้องการ จากรูปจุดเดือดของน้ำจะต้องต่ำกว่า 20oC จึงจะดึงความร้อนจากท่อได้และอุณหภูมิอากาศในโรงงานก็จะต้องต่ำกว่า 39oC

การคำนวณการไหลในสุญญากาศ

ตามกฎของก๊าซ ปริมาตรของก๊าซเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิและเปลี่ยนแปลงกลับกับความดัน เมื่อความดันลดลงตามการทำงานของปั๊มสุญญากาศวิธีการการคำนวณการไหลก็จะเปลี่ยนตามความดัน สามารถแบ่งระดับสุญญากาศได้ตามตารางที่ 2. และแบ่งวิธีการคำนวณการไหลในช่วงสุญญากาศได้ตามตารางที่ 3. ซึ่งใช้ผลคูณของความดันสุญญากาศที่ต้องการและอัตราการไหลโดยปริมาตรของปั๊มสุญญากาศซึ่งมีค่าคงที่ตลอดทุกช่วงความดันมาระบุวิธีการคำนวณการไหล

ตารางที่ 2.แสดงการแบ่งระดับสุญญากาศ

ตารางที่ 3. การคำนวณการไหลในสุญญากาศ

เมื่อต้องการอุณหภูมิน้ำ 6oC ความดันสุญญากาศ 0.93 kPa (6.98 torr ) อัตราการไหลโดยปริมาตรของปั๊มสุญญากาศ 20 l/sec อัตราการไหลเท่ากับ 18600 Pa-l/sec จากตารางที่ 3. การไหลเป็นแบบปั่นป่วน ความดันตกของการไหลเกิดขึ้นเนื่องจากความหนืด (Viscous) สามารถใช้การคำนวณโดยใช้ Darcy-Weisbach equation กระบวนการ VC สำหรับอุตสาหกรรมอาหารและการผลิตท่อพลาสติกจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่มีการไหลแบบนี้ สำหรับความดันสุญญากาศที่ต่ำกว่าตามตารางที 3. การคำนวณการไหลเป็นแบบ Knudsen และ Molecular Flow ซึ่งจะไม่อธิบายในบทความนี้

การคำนวณระบบ VC

              ระบบ VC จะต้องออกแบบ ผลิต และทดสอบเพื่อให้ทำงานตามขั้นตอนได้ตามความต้องการและไม่เกิดปัญหาในการทำงาน การทำงานแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นตอนได้แก่ การลดความดัน(Pumping down) จากความดันบรรยากาศ การทำงานในระดับสุญญากาศที่ต้องการ และการระบายสุญญากาศ(Venting) แผนผังอุปกรณ์การทำงานของตู้ VC ในรูปที่ 13. ซึ่งการใช้งานบางกรณีอาจตัดบางส่วนออกได้ตามความเหมาะสม

รูปที่ 13. แผนผังอุปกรณ์และการทำงานชุดทดสอบการทำงาน VC https://www.hindawi.com/journals/jfp/2016/8247085/

ตามรูปที่ 13, ในขั้นตอนลดความดัน วาวล์ระบายทั้งหมดจะปิดและให้การไหลผ่าน roungh valve ไปที่ปั๊มโดยตรงเพื่อให้ลดความดันลงได้เร็วที่สุดหรืออาจเปิดวาวล์ระบายด้านใดด้านหนึ่งเล็กน้อยเพื่อควบคุมอัตราการดึงก๊าซของตู้ ในขณะทำงานจะต้องควบคุมค่าสุญญากาศให้คงที่โดยให้การไหลผ่านตามเส้นแลเงาเพื่อลดไอน้ำด้วยอุปกรณ์กลั่นตัว เมื่อมีไอน้ำจากการดึงความร้อนออกมามาก และเมื่อหยุดการทำงานจะต้องเพิ่มความดันเป็นบรรยากาศก่อนเปิดตู้ด้วยการเปิดวาวล์ระบาย การระบายเร็วเกินไปอาจเกิดปัญหาขึ้นได้

สิ่งที่ขับเคลื่อนการทำงานของระบบ VC คือปั๊มสุญญากาศ ซึ่งใช้ดึงก๊าซออกจากระบบ VC ทิ้งสู่บรรยากาศ อัตราการดูดก๊าซมีอัตราการไหลโดยปริมาตรคงที่ซึ่งเรียกว่า ความเร็วการปั๊ม Pumping Speed, S ปริมาตรทื่ปั๊มดึงออกต่อเวลา(มีหน่วยเป็นm3/h หรือ l/s) แต่เนื่องจากความดันที่ทางเข้าจะลดลงตลอดเวลาที่ปั๊มทำงานจนถึงความดันต่ำสุดที่ทำงานได้ การทำงานของปั๊มจึงเป็นผลคูณของความดันและอัตราการดูดก๊าซเรียกว่า Pump throughput, qpV มีหน่วยเป็น Pa.l/s

qpV = p.V/ t = p.S……………………………………………………………………………………………………………(1.)

เมื่อ p คือความดันที่ทางเข้าของปั๊มสุญญากาศ (Pa)

ระยะเวลา T เพื่อลดความดันตู้ VC มาที่ค่าที่ต้องการ สามารถคำนวณความเร็วการปั๊มได้จากสมการนี้

S = (Vt / T) ln(p1/p2)………………………………………………………………………………………………………(2.)

เมื่อ Vt คือปริมาตรของตู้ VC มีหน่วยเป็นลิตร

       S คือความเร็วการปั๊มที่ตู้ VC

       p1,p2 คือความดันเริ่มต้นและความดันที่ต้องการ (Pa) ของตู้ VC

ปั๊มสุญญากาศจะดึงก๊าซจากตู้ VC ผ่านระบบท่อเพื่อลดความดัน ความดันที่ทางเข้าของปั๊มจึงต่ำกว่าความดันที่ต้องการในตู้ VC เท่ากับความดันตกในระบบท่อ ความดันตกในระบบท่อสุญญากาศใช้ค่าความต้านทาน Resistance Zและ การนำ Conductance, C ของท่อและอุปกรณ์ ซึ่งเป็นส่วนกลับของความต้านทาน

Z = (P1 – P2)/Q = 1/ C

C = Q/(P1 – P2)……….……………………………………………………………………………………………………(3.)

เมื่อ P1, P2 คือความดันต้นทางและปลายทาง Torr

       Q คืออัตราการไหลโดยปริมาตร Torr-l/s

              เมื่ออุปกรณ์และท่อต่อแบบอนุกรม สามารถคำนวณการนำของระบบท่อรวม Ct ได้ตามสมการที่ 4.

1/Ct = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = ∑ 1/C…………………………………..…………………………………………………(4.)

รูปที่ 14. การต่อท่อจากตู้ VC ผ่านระบบท่อมาที่ปั๊มสุญญากาศแบบอนุกรม

เมื่อ อุปกรณ์และท่อต่อแบบขนาน สามารถคำนวณการนำของระบบท่อรวม Ct ได้ตามสมการที่ 5

Ct = C1+C2 = ∑ C………………………………………………………………………………………………………………………..(5.)

.รูปที่ 15. การต่อท่อจากตู้ VC ผ่านระบบท่อมาที่ปั๊มสุญญากาศแบบขนาน

สามารถหาค่าการนำ, C ของท่อได้โดยอ่านค่าจากรูปที่ 16. เส้นในแผนภูมิเป็นขนาดท่อ รูปที่ 17. เส้นในแผนภูมิเป็นค่าการนำ, C หรือสมการที่ 6. ของการไหลแบบต่างๆ หรือ Darcy-Weisbach equation.

รูปที่ 16. แผนภูมิค่าการนำของท่อ 1 ม. และความดันเฉลี่ยของท่อขนาอต่างๆ

รูปที่ 17. แผนภูมิค่าการนำของท่อ Pupp/Hartmann, Vakuumtechnik, Grundlagen und Anwendugen, Hanser Verlag

C = 3000 (Pav.D^4)/L……………………………….…………………………………………………………………….(6.)

เมื่อ C คือค่าการนำ (l/s)

          Pav คือค่าความดันเฉลี่ยของท่อ (Torr) = (P1+P2)/2

          D คือขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อ (นิ้ว)

          L คือความยาวท่อ (นิ้ว)

              เมื่อคำนวณค่าการนำของระบบท่อได้แล้วก็จะสามารถคำนวณความดันสุญญากาศที่ทางเข้าของปั๊มสุญญากาศได้จากสมการที่ 3. และสามารถคำนวณอัตราการดูดก๊าซ (Pump throughput) ที่ต้องการได้จากสมการที่ 1. เพื่อใช้เลือกปั๊มสุญญากาศ

              ในขั้นตอนการรักษาสุญญากาศ อากาศในตู้ VC ถูกดึงออกหมดแล้ว ของไหลจึงมีส่วนเป็นไอน้ำที่ระเหยออกมาเพื่อลดอุณหภูมิภายในตู้ VC มากกว่าอากาศรั่วไหลเข้าตู้ ในรูปที่ 13. จึงเปลี่ยนแนวท่อมาใช้ท่อที่มีอุปกรณ์กลั่นตัวเพื่อลดไอน้ำในก๊าซของไหล อัตราการเปลี่ยนสถานะของน้ำในตู้ VC ขึ้นกับคุณสมบัติของวัสดุที่ดึงคูดน้ำเอาไว้ด้วย การออกแบบตู้ VC ให้เหมาะสมกับวัสดุจึงต้องทำการทดสอบ

การทดสอบข้อมูลวัสดุ

          เครื่องทดสอบควรมีอุปกรณ์ตามรูปที่ 18. เพื่อให้ทราบตัวประกอบสำหรับการลดอุณหภูมิที่ดีที่สุด ได้แก่ ความดันในตู้ VC ระยะเวลา และอัตราการดูดก๊าซ ของมวลวัสดุที่ใช้ทดสอบ สำหรับการออกแบกระบวนการและเลือกเครื่องจักรอุปกรณ์

รูปที่ 18. แผนภูมิเครื่องมือทดสอบข้อมูลวัสดุที่จะใช้

สรุปข้อแนะนำการออกแบบระบบท่อที่ดี

-             ท่อที่สั้นกว่าและมีขนาดใหญ่กว่าดีกว่า

-            ท่อเฮดเดอร์และท่อที่ต่อเข้ากับปั๊มสุญญากาศจะต้องมีขนาดเท่ากับหรือใหญ่กว่าทางเข้าของปั๊มสุญญากาศ

-            ปั๊มสุญญากาศจะตัองอยู่ใกล้ตู้มากที่สุด

-            ข้องอต่างๆจะต้องมีน้อยที่สุด

-            ที่กรองจะต้องสามารถรับอัตราการไหลได้มากกว่าความเร็วการปั๊มและต้องทำความสะอาดอย่างสม่ำเสมอ

ในการออกแบบควรมีข้อมูลของระบบที่ใช้อยู่ในลักษณะเดียวกันเพื่อใข้เปรียบเทียบ

ส่งท้าย

              หลักการทำงานของ Vacuum Cooling คือใช้สุญญากาศเพื่อลดอุณหภูมิของวัสดุที่มีน้ำอิสระอยู่ภายใน สุญญากาศทำให้น้ำในวัสดุกลายเป็นไอและดึงความร้อนออกมาจากวัสดุ การเคลื่อนที่ของน้ำในวัสดุ อัตราการระเหยและการลดอุณหภูมิของวัสดุแต่ละประเภทไม่เหมือนกันจึงต้องมีการทดสอบวัสดุเพื่อให้มีการทำงานตามต้องการทั้งในงานอุตสาหกรรมอาหารการเกษตรและอุตสาหกรรมท่อพลาสติก

              สามารถสรุปข้อดี ข้อเสียชอง Vacuum Cooling ได้ดังนี้

ข้อดี

วัสดุจะเย็นลงทั่วทั้งภายในและภายนอกอย่างสม่ำเสมอ ยืดระยะเวลาการเก็บ และใช้พลังงานน้อยเพื่อเทียบกับวิธีการอื่นๆ คาร์บอนฟุตพริ้นท์ (carbon foot print) ต่ำสุด ค่าใช้จ่ายต่ำสุด ใช้พลังงานน้อยสุด

ข้อเสีย

อาจสูญเสียน้ำหนักมากเกินไปเนื่องจากใช้การระเหยของน้ำในผลิตผลเองทำให้คุณภาพลดลงจึงต้องให้ความระมัดระวังเพื่อควบคุมความดัน อุณหภูมิและระยะเวลา