วันศุกร์ที่ 20 กันยายน พ.ศ. 2556

การให้ความร้อนและการควบคุมอุณหภูมิในตู้ฟักไข่

ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจเรื่องระดับอุณหภูมิกันกันก่อนครับ  โดยทั่วไปเราจะแบ่งได้ตามความรู้สึกที่ 3 ระดับ คือ ร้อน, อุ่น และเย็น...และก็มีคนสงสัยว่า ร้อน เย็นและอุ่น มันอุณหภูมิขนาดไหน? เราเอาอะไรมาเปรียบเทียบหรืออ้างอิง(referent)ได้

อันนี้คือคำถามที่ผมตั้งขึ้นมาเอง และก็ขอตอบเองตามสัจธรรม(ความเป็นจริง)ดังนี้ครับ

มนุษย์จัดอยู่ในประเภทเดียวกับสัตว์เลือดอุ่นหลายๆชนิด อุณหภูมิในร่างกายมนุษย์จะอยู่ที่ 37*C เราจึงเอาระดับอุณหถูมินี้เป็นตัวอ้างอิง(referent) ถ้าสูงขึ้นไปมากกว่านี้ก็จะเป็นอุ่นมากไปถึงร้อน และถ้าต่ำลงกว่านี้ก็จะเป็นอุ่นน้อยไปถึงเย็น
ในทางวิศวกรรมเขาจะทำตัวควบคุมอุณหภูมิ(thermostat)ออกมาเป็น 2 แบบ คือควบคุมความร้อน(heating thermostat) และควบคุมความเย็น(cooling thermostat) ส่วนคัวควบคุมความอุ่น(warming thermostat)จะมีเฉพาะออกมาน้อยมาก(ใช้กับตู้เลี้ยงปลา และอบทารกฯ)

อุณหภูมิและความร้อนที่ใช้ในการฟักไข่ก็ได้มาจากอุณหภูมิในร่างกายของสัตว์ปีกคือ 37*C ที่นอนกกไข่อยู่ในรังนั่นเอง อุณหภูมิขนาดนี้เทียบได้ประมาณน้ำอุ่นที่ใช้อาบเด็กอ่อน(baby warm)นั่นแหละครับ  แล้วความชื้นเราได้มาจากไหน? ก็ได้มาจากความชื้นในอากาศส่วนหนึ่ง และอีกส่วนหนึ่งคือเหงื่อของแม่สัตว์ปีกที่ระเหยออกมาปกคลุมไข่ในรัง และจะต้องมีการกลับไข่อย่างสม่ำเสมอเพื่อไม่ให้ไข่แดงไป
เบียดติดที่เปลือกไข่ จึงจะฟักออกมาเป็นตัวได้..

มาดูการให้ความร้อนในตู้ฟักไข่กันบ้าง..การให้ความร้อนในตู้ฟักไข่ก็มีอยู่หลายวิธีและหลายแบบตามที่ผู้ออกแบบคิดว่ามันดีที่สุดและถูกต้องที่สุด อุปกรณ์ที่ให้ความร้อนก็ใช้ได้หลายอย่างเท่าที่มนุษย์จะคิดได้ เช่น ใช้ ฮีทเตอร์ไฟฟ้า(heater element), หลอดไฟ(incandescent), แสงอาทิตย์,แก็สหุงต้ม,หรือตะเกียงน้ำมันก้าดฯ แต่เงื่อนไขอยู่ที่ว่าจะต้องควบคุมอุณหภูมิให้ได้คงที่(แปรผันได้ประมาณ 1*C)  ตัวทำความร้อนที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือ ฮีทเตอร์ไฟฟ้า(heater element) และหลอดไฟแบบมีใส้(incandescent) ซึ่งมีการควบคุมอุณหภูมิที่เหมือนกันคือใช้เทอร์โมสตัท(thermostat)เป็นตัวควบคุมอุณหภูมิ แต่จะต่างกันที่ตำแหน่งติดตั้ง จำนวนวัตต์ที่ใช้ และการแผ่กระจายรังษีความร้อน
 ตำแหน่งที่ติดตั้งฮีทเตอร์ไฟฟ้าจะติดไว้ที่ด้านบนของตู้แล้วใช้พัดลมเป่าให้ความร้อนกระจายลงด้านล่าง ซึ่งต้องใช้ปริมาณลมค่อนข้างมากเพื่อให้กระจายลงไปถึงด้านล่างได้ เพราะเป็นการสวนทางก้บความร้อนที่ลอยตัวขึ้นข้างบนตามธรรมชาติ ข้อดีของระบบนี้คือใช้ประโยชน์พื้นที่ด้านล่างเป็นที่เกิดใด้เต็มพื้นที่โดยไม่มีอะไรเบียดบัง แต่ข้อเลียระยะยาวคือการสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าการติดตั้งฮีทเตอร์ที่ด้านล่าง เพราะการให้ความร้อนที่ด้านล่างจะทำให้ความร้อนลอยตัวจากล่างขึ้นบนตามธรรมชาติ จึงใช้ขนาดวัตต์และพลังงานที่น้อยกว่า พัดลมก็ใช้ขนาดเล็กกว่า ความร้อนที่ได้ก็เสถียร(balance)มากกว่า
และประหยัดพลังงานได้มากกว่าในระยะยาว แต่ผลเสียก็คือต้องเสียพื้นที่ด้านล่างไปบางส่วนที่ใช้ในการติดตั้งฮีทเตอร์หรือหลอดไฟเท่านั้นเอง

เหตุผลที่ตู้ฟักไข่ ตราไก่แจ้ ออกแบบโดยใช้หลอดไฟให้ความร้อนที่ด้านล่าง ก็เพื่อการประหยัดพลังงานในระยะยาว และข้อดีของการใช้หลอดไฟติดตั้งที่ด้านล่างคือ ใช้หลอดไฟวัตต์ต่ำติดแยกกระจายได้มากกว่า 1 จุด การแผ่รังษีความร้อนของหลอดไฟจะกระจายออกที่พื้นผิวรอบด้านที่เป็นลักษณะลูกบอลล์ และตรงตามทฤษฎีความร้อนที่ว่า "อากาศที่ร้อนกว่าจะมีน้ำหนักเบากว่าและจะลอยตัวขึ้นข้างบน อากาศที่เย็นกว่าซึ่งมีน้ำหนักมากกว่าก็จะไหลเข้าไปแทนที่" จึงเกิดการไหลเวียนของอากาศ(ventilation)จากอุณหภูมิที่แตกต่างระหว่างภายในกับภายนอก โดยเข้าทางด้านล่างและไปออกที่รูระบายทางด้านบน เหมือนระบบปล่องควัน(chimney)หรือเตาผิง และมีพัดลมเป็นตัวช่วยกระจายความร้อนและระบายอากาศในตัวเดียวกัน

สรุปได้ว่า การใช้ฮีทเตอร์จะต้องใช้วัตต์ที่มากพอเพื่อจะให้พัดลมเป่ากระจายไปได้ทั่วถึงด้านล่างของตู้ และพัดลมก็จะต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะกระจายความร้อนได้ทั่วถึงด้านล่างเช่นกัน เทียบกับระบบของตู้ฟักไข่ ตราไก่แจ้ แล้วจะใช้พลังงานต่างกันประมาณ 1 เท่าตัวครับ..........