kku engineering journal vol35no3

ที่ปรึกษา1. รศ.ดร.สมนกึ ธรีะกลุพศิทุธิ์ คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร

Assoc.Prof.Dr.Somnuk Theerakulpisut Dean2. รศ.ดร.สนุนัทา กิง่ไพบลูย รองคณบดีฝายวิจัยและวิเทศสัมพันธ

Assoc.Prof.Dr.Sununtha Kingpaiboon Associate Dean for Research and International Affairs3. ผศ.ดร.สธุาสนิ ี เนรมติตกพงศ รองคณบดีฝายวิชาการ

Asst.Prof.Dr.Sutasinee Neramittagapong Associate Dean for Academic Affairsบรรณาธิการ

ศ.ดร.ปรญิญา จนิดาประเสรฐิ ภาควิชาวิศวกรรมโยธาProf.Dr.Prinya Chindaprasirt Department of Civil Engineeringกองบรรณาธิการ1. ศ.ฉลอง เกดิพทิกัษ ทีป่รกึษา บรษิทัแมคโคร คอนซลัแตนท จำกดั

Prof.Chalong Kirdpitugsa Macro Consultants Co.,Ltd.2. ศ.ดร.ปยสาร ประเสรฐิธรรม จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย

Prof.Dr.Piyasan Praserthdam Chulalongkorn University3. ศ.ดร.วลัลภ สรุะกำพลธร สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาเจาคุณทหารลาดกระบัง

Prof. Dr.Wanlop Surakampontorn King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang4. ศ.ดร.สมชาต ิ โสภณรณฤทธิ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี

Prof.Dr.Somchart Soponronnarit King Mongkut’s University of Technology Thonburi5. ศ.ดร.สรุนิทร พงศสภุสมติร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย

Prof. Dr. Surin Phongsupasamit Chulalongkorn University6. ศ.ดร.สขุสนัต หอพบิลูสขุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

Prof.DrSuksun Horpibulsuk Suranaree University of Technology7. ศ.ดร.ประภาส จงสถติวฒันา จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย

Prof.Dr.Prabhas Chongstitvattana Chulalongkorn University8. ศ.ดร.วรทศัน ขจติวชิยานกุลู สถาบันเทคโนโลยีแหงเอเชีย

Prof.Dr.Voratas Kachitvichyanukul Asian Institute of Technology9. ศ.ดร.บณัฑติ เอือ้อาภรณ จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย

Prof.Dr.Bundhit Eua-arporn Chulalongkorn University10. ศ.ดร.จงรกัษ ผลประเสรฐิ สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร

Prof.Dr.Chongrak Polprasert Sirindhorn International Institute of Technologyรองบรรณาธิการผศ.ดร.สมชาย ชวนอดุม ภาควิชาวิศวกรรมเกษตรAsst.Prof.Dr.Somchai Chuan-Udom Department of Agricultural Engineering

ผูชวยกองบรรณาธิการ1. รศ.ดร.พงศกร พรรณรตันศลิป ภาควิชาวิศวกรรมโยธา

Assoc.Prof.Dr.Pongsakorn Punrattanasin Department of Civil Engineering2. รศ.ดร.วริะสทิธิ ์ อิม่ถวลิ ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา

Assoc.Prof.Dr.Virasit Imtawit Department of Electrical Engineering3. ผศ.ดร.ดนยัพงศ เชษฐโชตศิกัดิ์ ภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ

Asst.Prof.Dr.Danaipong Chetchotsak Department of Industrial Engineering4. ผศ.ดร.เกยีรตฟิา ตัง้ใจจติ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล

Asst.Prof.Dr.Kiatfa Tangchaichit Department of Mechanical Engineering5. อ.ดร.ไปรยา เฉยไสย ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดลอม

Dr.Pairaya Choeisai Department of Environmental Engineering6. รศ.ดร.กนัยรตัน โหละสตุ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี

Assoc.Prof.Dr.Kanyarat Holasut Department of Chemical Engineering7. รศ.ดร.วนดิา แกนอากาศ ภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร

Assoc.Prof.Dr.Wanida Kanarkard Department of Computer Engineeringฝายประสานงาน

นางปรชัญาพร ไกรศรวีรรธนะMrs.Prachyaporn Kraisriwantana

สถานทีต่ดิตอ : วศิวกรรมสาร มข. ตกึเพยีรวจิติร (ชัน้ 7) คณะวศิวกรรมศาสตรมหาวทิยาลยัขอนแกน ต.ในเมอืง อ.เมอืง จ.ขอนแกนโทรศพัท : (043) 362145-6 ตอ 603, โทรสาร : (043) 362142E- mail: [email protected], [email protected]

Contact Address: KKU Engineering Journal, 7th Floor, Pienvichitr Building, Faculty of Engineering,Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, 40002 ThailandTel: +66 - 43 362 -145 - 6 ext. 603 Fax: +66 - 43 362 -142E-mail: [email protected], [email protected]

บทบรรณาธิการเรยีน ทานสมาชกิวศิวกรรมสาร มข. และผอูานทกุทาน

วศิวกรรมสาร มข. ฉบบันีเ้ปนฉบบัที ่1 ปที ่39 ประจำเดอืนมกราคม – มนีาคม 2555 ซึง่ไดรวบรวมบทความวจิยัและบทความวชิาการทางดานวศิวกรรมศาสตรและเทคโนโลย ีโดยฉบบันีม้บีทความวจิยั จำนวน 10 บทความ

วิศวกรรมสาร มข. ฉบับนี้ไดมีการเปลี่ยนแปลงตามที่ไดแจงใหทราบ โดยมีการปรับเปลี่ยนรูปแบบใหมทัง้ฉบบั และมกีองบรรณาธกิารใหมบางทานเขามาชวยดำเนนิการจดัทำวศิวกรรมสาร มข.

ทั้งนี้ ใครขอแจงใหทานสมาชิกทุกทานทราบวา วิศวกรรมสาร มข. ไดผานการรับรองคุณภาพของ TCI(Thai-Journal Citation Index Centre) ในรอบที ่ 1 ครัง้ที ่ 1 โดยจดัอยใูนวารสารกลมุที ่ 1 (ระยะเวลา 3 ปกมุภาพนัธ 2555 - ธนัวาคม 2557 ) และอยใูนฐานขอมลู TCI ซึง่จะถกูคดัเลอืกเขาสฐูานขอมลู ASEAN CitationIndex (ACI) ตอไป

เพื่อใหวิศวกรรมสาร มข. และบทความที่ตีพิมพในวารสารมีความสมบูรณและนาเชื่อถือมากยิ่งขึ้นจงึขอเชญิชวนใหผเูขยีนบทความใชการอางองิจากวารสารทีอ่ยใูนฐาน TCI, Scopus และหรอื ISI ทีส่ามารถตรวจสอบได โดยทางวารสารมนีโยบายทีจ่ะลดการอางองิจากรายงานผลการวจิยั เอกสารประกอบการประชมุวชิาการและวิทยานิพนธ

วศิวกรรสาร มข. หวงัเปนอยางยิง่วาวารสารนี ้จกัเปนประโยชนตอทัง้นกัวชิาการ นกัวจิยั นกัศกึษา หรอืบุคคลทั่วไปเพื่อแสวงหาความรูและรวบรวมขอมูลในแขนงวิชาที่เกี่ยวของ และเพื่อการพัฒนาอยางตอเนื่องเพือ่กาวสกูารเปนวารสารระดบันานาชาตใินฐาน Scopus จงึขอเชญิชวนนกัวชิาการ นกัวจิยัทกุทานสงบทความเนื้อหาภาษาอังกฤษ เพื่อเผยแพรในวิศวกรรมสาร มข. แตทั้งนี้เนื้อหาที่เปนภาษาไทยก็คงรับพิจารณาเชนเคยโดยทานสามารถสงบทความไปยังกองบรรณาธิการ ตามที่อยูดังที่แจงในตนฉบับ และเพื่อความสะดวกรวดเร็วสามารถสงผานเวบ็ไซต http://www.en.kku.ac.th/enjournal และ E-mail:[email protected] หากมขีอเสนอ/แนะนำเกี่ยวกับการพัฒนาวารสาร หรือมีขอสงสัยประการใดกรุณาแจงแกทางกองบรรณาธิการ จะเปนพระคุณยิ่ง

ศ.ดร.ปรญิญา จนิดาประเสรฐิบรรณาธิการ

วศิวกรรมสาร มข.ปที ่39 ฉบบัที ่1 เดือน มกราคม - มนีาคม 2555

การสั่นสะเทือนที่มีผลตอการอานเขียนนอกแนวขอมูลของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกในฮารดดิสกไดรฟ………………………………………………………………………..…………...… 1นติพินัธ ุวทิยผดงุ และพฤทธกิร สมติไมตรี

การเปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลที่เหมาะสำหรับยางพาราแผน….............. 11วสนัต จนีธาดา ทศพร จนัทรกระจาง สเุทพ ชกูลิน่ และเฉลมิ ศริริกัษ

การประเมินการสึกกรอนของคอนกรีตผสมวัสดุปอซโซลาน…………………………...…….…...…..... 23นาวนิ เกขนุทด สหลาภหอมวฒุวิงศ และมณรีตัน องควรรณดี

การจัดตารางการผลิตโดยเปรียบเทียบการจัดตารางทั่วไปและวิธีเจเนติกอัลกอริทึม…….…..….......... 35อดลุย พกุอนิทร

การปรับปรุงคุณสมบัติกากดินขาวเพื่อใชเปนวัสดุชั้นทาง…………………...………………..……...... 47อรณุเดช บญุสงู

ผลกระทบของพารามิเตอรการเชื่อมตอมุมเงยสำหรับกระบวนการเชื่อมวงจรอิเล็กทรอนิกส…............. 59ธนพงศ ปญจติ กนตธร ชำนปิระศาสน และ กรีต ิสลุกัษณ

อิทธิพลของความสูงเบดตอกาซไอเสียในเตาเผาแกลบแบบไซโคลน……………………………........... 69วศิษิฐ ลลีาผาตกิลุ

การพัฒนาเครื่องสำรวจรังสีที่ทำงานรวมกับเครื่องเลนเกมบอย………………………….....………..... 77ปยเทพ ชอบทำกจิ เดโช ทองอราม และ สวุทิย ปณุณชยัยะ

การจดจำสญัญาณเสยีงเพือ่จำแนกชนดิของเครือ่งดนตรไีทยดวยอลักอรทิมึ C5.0……...……............ 85ปรญิญา ทองคำ วนดิา แกนอากาศ กติตพิงษ มสีวาสดิ ์และวโิรจน ทวปีวรเดช

Humidity and temperature control in an evaporative cooling system of a poultry house……. 95Kritsadang Senawong, Sorayute Winitchai and Thana Radpukdee

KKU Engineering JournalVol. 39 No. 1 January - March 2012

Effects of vibration on the off-track positioning of the piezoelectric head gimbalassembly in hard disk drive…………………………………………………….………................... 1Nitipan Vittayaphadung and Pruittikorn SmithmaitrieComparison of mathematical models equilibrium moisture content for sheet rubber……….... 11Wasan Jeentada, Thossaporn Chankrachang, Sutep Chooklin and Chalerm SirirakInvestigation of abrasion of concrete containing pozzolan………………….……………..…….. 23Navin Kakhuntho, Sahalaph homwuttiwong and Maneerat OngwandeeMethod production scheduling using a comparison of genetic algorithmand other general methods…………………………………………………………………..…….... 35Adul Phuk-inStabilization industrial waste of kaolin for road material……………………………………....….. 47Aroondet BoonsungEffect of welding parameter on pitch angle for electronic circuit process …………………..… 59Thanapong Punchit, Kontorn Chamniprasart and Keerati SulaksnaEffect of the height of bed on exhaust gas in a rice husk fired cyclone combustor…………… 69Wisit LelaphatikulDevelopment of a game boy based radiation survey meter………………………………..…... 77Piyathep Chobthumkit, Decho Thong-Aram and Suvit PunnachaiyaThai musical instrument recognition and classification using C5.0 algorithm…………………. 85Parinya Thongkam, Wanida Kanarkard, Kittiphong Meesawat and Wiroj TaweepworadejHumidity and temperature control in an evaporative cooling system of a poultry house…...... 95Kritsadang Senawong,Sorayute Winitchai and Thana Radpukdee

KKU ENGINEERING JOURNAL Jauary-March 2012; 39(1): บทความวิจัย

KKU Engineering Journalhttp://www.en.kku.ac.th/enjournal/th/

การสั่นสะเทือนที่มีผลตอการอานเขียนนอกแนวขอมูลของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกในฮารดดสิกไดรฟEffects of vibration on the off-track positioning of the piezoelectric head gimbal assemblyin hard disk driveนติพินัธ ุวทิยผดงุ และ พฤทธกิร สมติไมตร*ีNitipan Vittayaphadung and Pruittikorn Smithmaitrie*ภาควชิาวศิวกรรมเครือ่งกล มหาวทิยาลยัสงขลานครนิทร จงัหวดัสงขลา 90112

Received September 2011Accepted January 2012

บทคัดยอ

งานวิจัยนี้ไดศึกษาคุณลักษณะการสั่นสะเทือนของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกในฮารดดิสกไดรฟดวยระเบียบวิธีไฟไนตเอลิเมนต และตรวจสอบความถูกตองโดยเปรียบเทียบกับผลการทดสอบการสั่นสะเทือน เพื่อใหไดแบบจำลองไฟไนตเอลเิมนตทีม่คีวามแมนยำ และนำไปศกึษาผลของการสัน่สะเทอืนทีม่ตีอการอานเขยีนนอกแนวขอมลู ทัง้นีก้ารสัน่พองทีโ่หมดการสัน่แบบบดิและโหมดการสัน่แบบสายของชดุหวัอาน ารสัน่สะเทอืน โดยทำการวดัการเปลีย่นแปลงตำแหนงทีป่ลายหวัอานในแนวระดบั แลวแสดงผลอยใูนรปูการตอบสนองเชงิความถีเ่ทยีบกบัตำแหนงฐานของชดุหวัอาน จากการศกึษาพบวา ผลการเปรยีบเทยีบความถีธ่รรมชาต ิและโหมดการสัน่สะเทอืนระหวางแบบจำลองไฟไนตเอลิเมนตกับผลการทดลองมีความสอดคลองกัน ทำใหไดแบบจำลองชุดหัวอานเพยีโซอเิลก็ทรกิทีม่คีวามแมนยำสามารถนำไปใชในการออกแบบโครงสรางและพฒันาระบบควบคมุ เพือ่ลดความผิดพลาดของการอาน-เขียนขอมูลเนื่องจากการสายนอกเสนแนวขอมูลตอไปคำสำคญั : การสัน่สะเทอืน ชดุหวัอานเพยีโซอเิลก็ทรกิ แบบจำลองไฟไนตเอลเิมนต การทดลอง การตรวจสอบความถูกตอง

Abstract

The piezoelectric head gimbal assembly was designed to compensate the off-track vibration in a harddisk drive. The off-track vibration caused by the torsion and sway vibration modes induces the

*Corresponding author. Tel.: 074-287-035, 074-287-214; fax: 074-558-830Email address: [email protected]

1-10

KKU ENGINEERING JOURNAL JauarRy-March 2012; 39(1)2

read-write error rate. Thus, vibration modes of the piezoelectric head gimbal assembly that may causethe off-track positioning are reported in this work. The vibration characteristic of the piezoelectric headgimbal assembly is studied by using the finite element method. The finite element model is validatedby compared with the experimental result. The frequency response function result of the experimentwas measured by using the laser doppler vibrometer at the side of the slider in the horizontal plane.The comparison of natural frequencies and vibration mode shapes shows good agreement betweenthe finite element and experimental results. This research provides a procedure and a validated modelof the piezoelectric head gimbal assembly which is useful for further design and development of itsstructure and the control system to reduce the read-write error due to the off-track vibration.Keywords : Vibrations, Piezoelectric head gimbal assembly, Finite element model, Experiment validation

1. บทนำ

ปจจุบันประ เทศไทยเปนฐานที่ ตั้ งของอุตสาหกรรมการผลิตฮารดดิสกไดรฟของผูผลิตรายใหญของโลก และฮารดดิสกไดรฟยังคงเปนอุปกรณคอมพิวเตอรพื้นฐานที่มีความจำเปนอยู ถึงแมจะเริ่มมกีารนำระบบเกบ็ขอมลูแบบโซลดิ สเตตไดรฟเขามาใชแลวกต็าม ทัง้นีเ้พราะ ฮารดดสิกไดรฟเปนอปุกรณทีใ่ชในการเกบ็ขอมลูทีม่คีวามคมุคามากทีส่ดุ ทัง้ดานความจ ุราคา และความสะดวกในการใชงาน ซึง่แนวโนมในปจจบุนั ไดมกีารเพิม่ความจแุละเพิม่อตัราการเขาถึงขอมูลใหมีความรวดเร็วมากยิ่งขึ้น เพื่อรองรับการใชงานที่หลากหลายและไฟลที่มีขนาดใหญ เชนไฟลภาพเคลือ่นไหว ซึง่ปจจยัทีช่วยใหเกดิการพฒันาอปุกรณ ไดแก การปรบัปรงุคณุภาพของสือ่บนัทกึ หรอืแผนดสิก (platter) ใหมคีวามราบเรยีบยิง่ขึน้ [1-2] การออกแบบหัวอานเขียนแบบแนวตั้ง (perpendicularread/write head) [3-4] การควบคมุตำแหนงทีม่คีวามแมนยำ และการควบคุมความเร็วในการอาน-เขียนขอมลู [5-6] เปนตน

นอกจากนี้ การสั่นสะเทือนเชิงกลของสวนประกอบตางๆ ภายในฮารดดสิกกเ็ปนอกีปจจยัหนึง่ที่สงผลตอความเร็วในการเขาถึงขอมูล เพราะมีสวน

ประกอบที่เกิดการเคลื่อนไหวอยูตลอดเวลา ไดแกชดุแขนเลือ่น (actuator arm) และแผนดสิก หรอืแผนจานสำหรับบันทึกขอมูล [7-9] โดยทั่วไปแผนจานจะหมนุทีค่วามเรว็ 5,400 และ 7,200 รอบตอนาที(rpm) และมีการเก็บขอมูลในเสนแนวขอมูล (datatrack) มลีกัษณะเปนแถบวงกลมภายในแผนจาน และเรียงตอกันจนเต็มแผน และฮารดดิสกที่มีความหนาแนนของเสนแนวขอมูล (track density) สูงถึง500,000 เสนแนวขอมลูตอนิว้ (tracks per inch: TPI)จะมคีวามกวางของเสนแนวขอมลูเพยีง 50 nm [10]ทำใหการเคลื่อนที่ของแขนเลื่อนเพื่อนำหัวอานเขียนไปยังตำแหนงที่ตองการจะตองมีความแมนยำ และความรวดเร็ว ซึ่งการใชมอเตอรขดลวด (voice coilmotor) เพยีงอยางเดยีวนัน้ไมละเอยีดพอ จงึไดมกีารออกแบบชุดแขนเลื่อนแบบสองขั้นตอน [11-12]ทีใ่ชมอเตอรขดลวดสำหรบัการเขาถงึแบบหยาบ และใชตัวทำงานเพียโซ อิเล็กทริกสำหรับการเขาถึงเสนแนวขอมูลแบบละเอียด [13-15] และตองออกแบบระบบควบคุม ให ลดหรื อหลี ก เลี่ ย งการสัน่สะเทอืนทีท่ำใหเกดิการอานเขยีนนอกเสนแนวขอมลู (off-track vibration) ไดแก โหมดการสัน่แบบบดิ(torsional vibration mode) และการสั่นแบบสาย

KKU ENGINEERING JOURNAL Jauary-March 2012; 39(1) 3

(sway vibration mode) [10-11,16] โดยระบบจะเกดิการสั่นพอง (resonance) เมื่อตัวทำงานกระตุนที่ความถี่ธรรมชาติซึ่งเปนคุณลักษณะเฉพาะขึ้นอยูกับรูปราง โครงสราง และวัสดุที่ใชในการประกอบเปนชดุแขนเลือ่นแตละแบบ [17]

การทดสอบการสั่นสะเทือนทั่วไปสามารถทำ ไ ด โ ด ย ก า ร ติ ด ตั้ ง เ ซ น เ ซ อ ร วั ด ค ว า ม เ ร ง(accelerometer) ไปยังตำแหนงที่ตองการวัด และทำการกระตุนใหโครงสรางเกิดการสั่นสะเทือน[18-19] จากนัน้จงึนำผลทีไ่ดมาวเิคราะหการสัน่สะเทอืนตอไป แตสำหรบัชดุหวัอานฮารดดสิกไดรฟนัน้มขีนาดเล็ก จะไมสะดวกและไมนิยมติดตั้งเซนเซอรวัดความเรงลงบนชิ้นงาน อีกทั้งน้ำหนักของตัวเซนเซอรเองจะสงผลใหความถี่ธรรมชาติที่วัดไดเกิดความคลาดเคลือ่น ในกระบวนการผลติชดุหวัอานฮารดดสิกไดรฟนั้น จึงใชตัววัดความเร็วโดยใชการสะทอนของแสงเลเซอร (laser doppler vibrometer: LDV) ตรวจจบัการเปลีย่นแปลงระยะหางจากแหลงกำเนดิแสงไปยงัชิ้นงาน ซึ่งไมตองสัมผัสกับชิ้นงาน [5, 10, 13-15,20-23] และผลทีไ่ดจากการวดัการสัน่สะเทอืนโดยใชเลเซอรนีม้คีวามละเอยีด และมคีวามถกูตองมากกวาการใชเซนเซอรวัดความเรง

รูปที่ 1 แสดงชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกที่ทำการศึกษาในงานวิจัยนี้ ซึ่งสวนปลายสุดของชุดหัวอานเปนที่ติดตั้งหัวอานเขียนขอมูลอยูบนชิ้นสวนสไลเดอร และทีป่ลายอกีขางหนึง่คอืแผนฐาน (baseplate) สำหรับประกอบกับชุดแขนเลื่อนโดยการยึดที่ตำแหนงรูของ boss hole โดยที่ชุดหัวอานนี้มีตัวทำงานเพยีโซ อเิลก็ทรกิตดิตัง้ในชองของแผนสำหรบัวางมอเตอร เพยีโซอเิลก็ทรกิ (motor region) โดยจะมี

แขนจบั (hinge) ตอไปยงั load beam และสไลเดอรตอไป ชุดหัวอานนี้ ไดถูกออกแบบใหตัวทำงานเพียโซอิเล็ก ทริกทำการสายหัวอานเขียนในแนวระนาบไดทำใหเขาถึงเสนแนวขอมูลไดเร็วขึ้นและรักษาตำแหนงตามเสนแนวขอมูล (track following)ไดดยีิง่ขึน้ งานวจิยันีใ้ชระเบยีบวธิไีฟไนตเอลเิมนตมาวเิคราะหการสัน่สะเทอืนของชดุหวัอานเพยีโซอเิลก็ทรกิและเปรียบเทียบกับผลการทดสอบชิ้นงานเพื่อตรวจสอบความถกูตองของ แบบจำลองไฟไนต เอลเิมนตที่สรางขึ้น และเมื่อแบบจำลองมีความถูกตองแมนยำแลว สามารถนำมาศึกษาผลกระทบของการสั่นสะเทือนที่มีตอการอานเขียนนอกแนวขอมูล และยังสามารถนำไปประยุกตใช ออกแบบ และพัฒนาชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกในรุนตอไปไดอีก กอนที่จะทำการสรางชิ้นงานจริงขึ้นมา

รปูที ่1 สวนประกอบของชดุหวัอานเพยีโซอเิลก็ทรกิ


2. การทดสอบการสั่นสะเทือน

ชดุทดสอบการสัน่สะเทอืนของชดุหวัอานเพยีโซอเิลก็ทรกิแสดงในรปูที ่2 ประกอบดวย LDV จำนวน2 ตวั สำหรบัวดัความเรว็ทีต่ำแหนงฐานของชดุหวัอาน(สัญญาณเขาชองที่ 1) และที่ตำแหนงปลายของชุดหัวอาน (สัญญาณเขาชองที่ 2) ซึง่สามารถวเิคราะหไดจากฟงกชนัการตอบสนองเชงิความถี ่ (frequencyresponse function: FRF) ของชดุหวัอาน เพยีโซ อเิลก็ทริกดังสมการ

)()(

)(fVfV

fFRFinput

output= (1)

เมื่อ FRF คือผลตอบสนองเชิงความถี่ Voutput คือความเรว็ทีต่ำแหนงปลายของชดุหวัอาน และ Vinput คอืความเรว็ทีต่ำแหนงฐาน [24] ขนาดของการสัน่สะเทอืน(magnitude) ในหนวยเดซิเบล (dB) เปนไปตามสมการ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

input

output

VV

dBMagnitude 10log20)( (2)

ชุดทดสอบประกอบดวยเครื่องมือวิเคราะหสัญญาณ (dynamics signal analyzer: DSA)ซึง่นอกจากจะทำหนาทีร่บัสญัญาณจาก LDV ทัง้สองชองสัญญาณ แลวยังทำหนาที่สงสัญญาณกระตุนการสั่นสะเทือนไปที่ฐานชุดหัวอานผานมอเตอรเชิงเสนที่เรียกวา shaker การศึกษาการสั่นสะเทือนที่ทำใหเกดิการสัน่นอกเสนแนวขอมูลนัน้ จะตองทำการกระตุนการสั่นสะเทือนของฐานชุดหัวอานในแนวระนาบในชวงความถี่ตั้งแต 0.5-30 kHz ซึ่งเปนชวงความถีท่ำงานของมอเตอรขดลวด [10, 14-15]

ชุดทดสอบใชแผนจานหมุนมาตรฐานของฮารดดิสกไดรฟขนาด 3.5 นิ้ว และกำหนดใหแผนจานหมนุทีค่วามเรว็ 7,200 รอบตอนาที เชนเดยีวกบัการทำงานจริงของฮารดดิสกไดรฟ ลำแสงเลเซอรLDV ของชองสัญญาณที่ 2 ชี้ไปที่ตำแหนงดานขางของสไลเดอรเพื่อวัดผลตอบสนองเชิงความถี่จากความเร็วของการสั่นสะเทือนที่ปลายหัวอานเทียบกับความเรว็ของการกระตนุทีฐ่านของชดุหวัอานจากชองสญัญาณที ่1 เมือ่นำสญัญาณทีว่ดัไดไปวเิคราะห โดยการกรองผลของการสั่นสะเทือนในแนวระนาบที่เกิดจากแรงลม (windage) อนัเนือ่งมาจากการหมนุของแผนจานออกไปแลวนัน้ จะทราบความถีธ่รรมชาตแิละโหมดการสั่นสะเทือนที่ทำใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูลของชุดหัวอานเพียโซอิ เล็กทริกซึ่งจะกลาวถึงในหัวขอผลการทดลองตอไป

รปูที ่2 ชุดทดสอบการสั่นสะเทือนของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริก


3. แบบจำลองไฟไนตเอลเิมนตและการวเิคราะหการสั่นสะเทือน

แบบจำลองไฟไนตเอลิเมนตของระบบชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกประกอบจากเอลิเมนตทรงเหลีย่มหกหนาทีม่ ี8 โหนดตอหนึง่เอลเิมนต (8-nodehexahedron element) โดยสรางเอลิเมนตแยกตามสวนประกอบดงัรปูที ่1 จากนัน้ จงึนำมาประกอบเขาดวยกนั ดงัรปูที ่3 มจีำนวนทัง้หมด 46,550 เอลเิมนตและทำการวิ เคราะหการสั่นสะเทือนแบบอิสระ(free vibration analysis) และการสั่นสะเทือนแบบฮารมอนิก (harmonic analysis) โดยใชโปรแกรมMSC.Marc 2007 r1 เพื่อวิเคราะหความถี่ธรรมชาติและโหมดการสั่นสะเทือนของระบบ ชนิดของเอลิเมนตที่ใชแบงออกเปนสองสวนคือ วัสดุเพียโซอิ เล็กทริกใชเอลิ เมนตชนิด 3D piezoelectricarbitrary distorted brick (element type 163) แตละโหนดม ี 4 DOF ไดแกการกระจดัในสามมติ ิ และความตางศักยไฟฟา สำหรับเอลิเมนตที่เหลือซึ่งเปนวสัดเุหลก็กลาไรสนมิ และ สไลเดอรนัน้ใชเอลเิมนตชนิด 3D 8-node solid shell (element type 185)แตละโหนดม ี3 DOF ไดแก การกระจดัในสามมติ ิซึง่เอลิเมนตชนิดนี้ใหผลการวิเคราะหการโกง และแรงเฉอืนทีเ่กดิจากการโกงไดดกีวา shell element สำหรบัcontact analysis และยงัสามารถลดระยะเวลาในการวเิคราะหอกีดวย โดยทีก่ารประกอบชิน้สวนแตละชิน้เขาดวยกนันัน้ กำหนดใหตดิกนัแบบสมบรูณ (perfectbonding) โดยกำหนดใหพื้นที่สัมผัสเปนรูปวงกลมมีขนาดรัศมีเทากับพื้นที่รอยเชื่อมแบบจุดที่ชิ้นงานจริงถกูยดึเขาดวยกนั ทัง้นีส้มบตัเิชงิกลของวสัดกุำหนดตามตารางที่ 1 ไดแก แผนฐานของชุดหัวอาน แผนสำหรับวางตัวทำงาน วัสดุเพียโซอิเล็กทริก แขนจับload beam ซึง่ขึน้รปูจากเหลก็กลาไรสนมิ (stainless

steel 304) และสไลเดอร [5, 25] ซ่ึงขึ้นรูปจากวัสดุผสมอลูมิเนียมไททาเนียมคารไบด (Al2O3-TiC)การกำหนดเงือ่นไขขอบ (boundary condition) ของการวิเคราะห คือ ตรึงการเคลื่อนที่ของโหนดที่อยูบรเิวณดานในของร ูboss hole ของแผนฐาน ดงัรปูที่3 เชนเดยีวกบัการจบัยดึแผนฐานของชดุหวัอานไวกบัมอเตอรเชิงเสนของชุดทดสอบ ดังรูปที่ 2 แลวจึงทำการวเิคราะหการสัน่สะเทอืนแบบอสิระ โดยเลอืกชวงความถีต่ัง้แต 0.5 kHz ถงึ 30 kHz เชนเดยีวกบัชวงการทดสอบจริง เพื่อนำผลที่ไดมาเปรียบเทียบโหมดการสั่นสะเทือนและความถี่ธรรมชาติ โดยที่ผลของตัวหนวงทางโครงสราง (structure damper)นั้นไมไดนำมาพิจารณาเนื่องจากในทางทฤษฎีไมมีผลตอโหมดการสั่นสะเทือนและความถี่ธรรมชาติอกีทัง้ชดุหวัอาน เพยีโซอเิลก็ทรกิทีท่ำการศกึษานีเ้ปนชิ้นงานประกอบจึงไมสามารถคำนวณตัวหนวงทางโครงสรางไดโดยตรงจากผลตอบสนองเชงิความถีท่ีไ่ดจากการทดสอบ จะตองใชวธิกีารแทนคาตวัหนวงของแตละชิน้สวน เพือ่ใหไดผลการตอบสนองรวมของแบบจำลองไฟไนตเอลิเมนตที่ใกลเคียงกับผลตอบสนองรวมของชิ้นงานจริง

รปูที ่3 แบบจำลองไฟไนตเอลิเมนตของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริก


ตารางที ่1 สมบัติเชิงกลของวัสดุในแบบจำลองไฟไนตเอลิเมนต

Elastic Poisson Densitymodulus ratio (kg/m3)

(GPa)SST-304 160 0.28 7,930Al2O3-TiC 393 0.23 4,222PZT 64 0.31 7,850

4. ผลการทดลองและระเบยีบวธิไีฟไนตเอลเิมนต

ผลตอบสนองเชิงความถี่ของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริก ที่ไดจากการทดลองแสดงในรูปที่ 4ซึง่มจีดุยอดของกราฟเกดิขึน้จำนวน 4 จดุยอด ไดแกจดุยอด M1 ทีค่วามถี ่7.98 kHz จดุยอด M2 ทีค่วามถี ่ 17.2 kHz จดุยอด M3 ทีค่วามถี ่ 20.9 kHz และจุดยอด M4 ที่ความถี่ 25.6 kHz ซึ่งจุดยอดทั้ง 4ดังกลาวนั้นเปนความถี่ธรรมชาติของการสั่นในแนวระนาบที่ทำใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูลโดยที่โหมดการสั่นสามารถวิเคราะหไดจากมุมเฟส(phase) ซึง่ในทางทฤษฎ ี[21] พบวาการสัน่สะเทอืนแบบบดินัน้จะมมีมุเฟสอยทูี ่0 หรอื 360 องศา และการสั่นสะเทือนแบบการสายนั้นจะมีมุมเฟสอยูที่ -180หรือ +180 องศา ดงันัน้จากมมุเฟสในรปูที ่ 4 พบวาการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นทั้ง 4 จุดยอดนั้น เปนโหมดการสัน่สะเทอืนแบบรวมโหมด (coupling mode) เนือ่งจาก ทีค่วามถี ่M1 และ M2 มมีมุเฟสเทากบั -24.7 และ-74.9 องศา ตามลำดับ ซึ่งจะเปนโหมดการสั่นสะเทือนที่ใกลเคียงกับการสั่นแบบบิด (torsionalvibration) สวนทีค่วามถี ่M3 และ M4 นัน้มมีมุเฟสเทากบั -151.1 และ +126.1 องศาตามลำดบั ซึง่จะใกลเคยีงโหมดการสัน่สะเทอืนแบบสาย นอกจากนีข้นาดของจดุยอด (magnitude) ของ M2 M3 และ M4 ซึง่มีขนาดสูงกวาจุดยอด M1 แสดงใหเห็นวาการสั่นสะเทอืนแบบ บดิที ่1 นัน้สงผลกระทบตอการ

รปูที ่4 ผลการทดสอบการสั่นสะเทือนของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริก

นอกจากนี้ การวิเคราะหจุดยอดและรูปแบบการสั่นสะเทือนดวยมุมเฟสจากการวัดในแนวระนาบมีความสอดคลองกับผลการตรวจสอบจุดยอดของการสั่นสะเทือนและจำแนกรูปแบบการสั่นสะเทือนดวยการวัดในแนวตั้งฉาก แตไมไดรายงานผลการตรวจสอบความถูกตองในบทความนี้ เนื่องจากจุดประสงคหลักของชุดหัวอานนี้ไดถูกออกแบบใหตัวทำงานเพียโซอิเล็กทริกสามารถควบคุมการขยับของสไลเดอร เพื่อปองกันการสั่นในแนวสาย (sway) ในระนาบ จงึทำการนำเสนอเฉพาะผลการศกึษาการสัน่สะเทือนในแนวระนาบที่สงผลใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูล

รปูที ่ 5 แสดงโหมดการสัน่สะเทอืนและความถี่ธรรมชาติของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกจากแบบจำลองไฟไนตเอลิเมนต เมื่อวิเคราะหรูปแบบการสั่นสะเทือนที่ทำใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูลพบวา M1 และ M2 เปนการสัน่สะเทอืนแบบบดิ และM3 และ M4 เปนการสัน่สะเทอืนแบบสาย ตารางที่2 แสดงการเปรียบเทียบระหวางผลที่ไดจากการทดลองกับผลที่ไดจากแบบจำลองไฟไนตเอลิเมนตพบวา มคีวามคลาดเคลือ่นของความถีธ่รรมชาตขิองโหมดการสั่นสะเทือนที่ทำใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมลูนอยกวา 10%


รปูที ่5 โหมดการสั่นสะเทือนที่ทำใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูล

ตารางที่ 2 การเปรียบเทียบความถี่ธรรมชาติ และโหมดการสั่นสะเทือนที่ทำใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูล

รูปที่ 6 แสดงการเปรียบเทียบผลตอบสนองเชิงความถี่จากการทดสอบเปรียบเทียบกับผลการวเิคราะหไฟไนตเอลเิมนต พบวา ความถีธ่รรมชาติของโหมดการสั่นสะเทือนมีความใกลเคียงกัน และผลการตอบสนองทีค่วามถีต่่ำมขีนาดของจดุยอดใกลเคยีงกนั แตผลการตอบสนองของระบบทีค่วามถีส่งูมีความแตกตางกนัอยบูาง ซึง่ความคลาดเคลือ่นนีอ้าจเกิดจากการสรางแบบจำลองที่เนนการศึกษาเฉพาะโครงสรางสวนประกอบหลักและการวิเคราะหแบบcontact analysis ของชดุหวัอานเพยีโซอเิลก็ทรกิ โดยลดความซับซอนของแบบจำลองในสวนของกาวประสานระหวางชิน้งานและชิน้สวนของสายสญัญาณที่มีวัสดุตางชนิดกันหลายชั้นลง

อยางไรก็ตามแบบจำลองที่ไดยังคงมีความถูกตองในระดับที่ยอมรับไดและสามารถนำไปใชวิเคราะหและออกแบบชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริกในรปูแบบอืน่ๆ ไดตอไป


รูปที่ 6 ผลตอบสนองเชิงความถี่จากการทดสอบเปรยีบเทยีบกบัผลการวเิคราะหไฟไนต เอลเิมนต

5. บทสรุป

จากการศึกษาสั่นสะเทือนของชุดหัวอานเพยีโซ อเิลก็ทรกิ พบวา การกระตนุทีค่วามถีท่ีต่รงกบัความถี่ธรรมชาตินั้นจะทำใหเกิดการสั่นพองของชุดหัวอาน และ โหมดการสั่นสะเทือนแบบบิดและการสั่นสะเทือนแบบสาย สงผลใหเกิดการอานเขียนนอกเสนแนวขอมลูได ทัง้นี ้โหมดการสัน่สะเทอืนแบบสายมีผลตอความผิดพลาดในการอานเขียนนอกเสนแนวขอมูลมากกวาการสั่นแบบบิด จากการเปรียบเทียบผลที่ไดจากแบบจำลองไฟไนตเอลิเมนตและผลการทดลองในชวงความถี่ทำงานของมอเตอรขดลวด พบวา โหมดการสั่นสะเทือนและความถี่ธรรมชาตินั้นมีความใกลเคียงกัน ดังนั้น ในการออกแบบโครงสรางของชุดหัวอานเพียโซอิเล็กทริก ควรปรบัใหความถีธ่รรมชาตขิองการสัน่สะเทอืนแบบสายอยูนอกชวงความถี่ทำงานของมอเตอรขดลวด หรือออกแบบระบบควบคุมตัวทำงานเพียโซ อิเล็กทริกใหสามารถลดผลของการสัน่สะเทอืนแบบสายทีจ่ะทำใหเกิดการอานเขียนขอมูลผิดพลาดได

6. กิตติกรรมประกาศ

งานวิจัยนี้ ไดรับการสนับสนุนจาก ศูนยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกสและคอมพิวเตอรแหงชาติสำนกังานพฒันาวทิยาศาสตรและเทคโนโลยแีหงชาติและศูนยวิจัยรวมเฉพาะทางดานสวนประกอบฮารดดสิกไดรฟ คณะวศิวกรรมศาสตร มหาวทิยาลยั

ขอนแกน (CPN-HR 13-04-51 M) คณะผูวิจัยขอขอบคุณ บริษัท เวสเทิรน ดิจิตอล (ประเทศไทย)จำกัด ที่ เอื้อเฟอชุดทดสอบ สถานที่ คำปรึกษาและขอมูลสนับสนุน การวิจัย ขอขอบคุณโครงการจัดตั้งศูนยกริด มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร(PSU Grid Center) สำหรับการประมวลผลโดยใชคอมพิวเตอรสมรรถนะสูง และทุนสนับสนุนทีมวิจัยสมารท-เมคาทรอนิกส จากคณะวิศวกรรมศาสตรมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร

7. เอกสารอางอิง

[1] Honchi M, Kohira H, Matsumoto M.Numerical simulation of slider dynamicsduring slider-disk contact. TribologyInternational. 2003; 36: 235-240.

[2] Hua W, Liu B, Yu S, Zhou W. Nanoscaleroughness contact in a slider-disk interface.Nanotechnology. 2009; 20: 1-7.

[3] Tanaka Y. Recording performance andsystem integration of perpendicularmagnetic recording. Journal of Magnetismand Magnetic Materials. 2005; 287:468-474.

[4] Kanai Y, Yamakawa, K. Narrow-trackperpendicular write heads. Journal ofMagnetism and Magnetic Materials. 2009;321: 518-525.

[5] Zhou L, Beck M, Gatzen HH, Altshuler KJ,Talke FE. Silder vibration reduction usingsilder sulface texture. MicrosystemTechnologies. 2005; 11: 857-866.

[6] Al-Mamun A, Guo GX, Bi C. Hard disk drive:mechatronics and control. Florida: CRCPress; 2006.


[7] Yap FF, Vahdati N, Harmoko H. Design andanalysis of vibration of isolation systems forhard disk drives. Journal of Magnetism andMagnetic Materials. 2006; 303: 52-56.

[8] Feliss B, Murthy AN, Talke FE. Microdriveoperational and non-operational shock andvibration testing. Microsystem Technologies.2007; 13: 1015-1021.

[9] Pinheiro E, Weber WD, Barroso LA. Failuretrends in a large disk drive population. In:Proceeding of the 5th USENIX Conferenceon File and Storage Technologies; 2007February 13-16; California, USA; 2007. p.17-29.

[10] Huang X, Horowitz R, Li Y. Track-followingcontrol with active vibration damping andcompensation of a dual-stage servosystem. Microsystems Technology. 2005;11: 1276-1286.

[11] Soeno Y, Ichikawa S, Tsuna T, Sato Y, SatoI. Piezoelectric piggy-black microactuatorfor hard disk drive. IEEE transactions onmagnetics. 1999; 35: 983-987.

[12] Suzuki K, Kurita M. Active-head sliders forflying-height adjustment in magneticstorage. In: Proceeding of the 17th IEEEInternational Conference on Micro ElectroMechanical Systems; 2004 January 25-26;Maastricht, Netherlands. p. 865-868.

[13] Peng K, Chen BM, Lee TH. Design andimplementation of a dual-stage actuatedHDD servo system via composite nonlinearcontrol approach. Mechatronics. 2004; 14:965-988.

[14] Zhong ZW, Sun J. A suspension integratedwith a piezoelectric microactuator for dualstage actuation. The International Journalof Advanced Manufacturing Technology.2004; 24: 686-692.

[15] Horowitz R, Li Y, Oldham K, Kon S, HuangX. Dual-stage servo systems and vibrationcompensation in computer hard diskdrives. Control Engineering Practice. 2007;15: 291-305.

[16] Jiang L, Miles RN. A passive damper forthe vibration modes of the head actuator inhard disk drives. Journal of Sound andVibration. 1999; 220: 683-694.

[17] Jang E, Chang J. Overwrite performancechange due to air-flow induced vibrationof head stack assembly. IEEE transactionson magnetics. 2008; 44: 3734-3737.

[18] Allen AM, Bogy DB. Effects of shock on thehead-disk interface. IEEE Transactions onMagnetics. 1996; 32: 3717-3719.

[19] Oboe R. MEMS-based accelerometersuse in hard disk drives. MicrosystemTechnologies. 2002; 8: 174-181.

[20] Phonpai T, Jearsipongkul T. Vibrationanalysis of actuator arm in HDD using FEMand identification using LDV. KKUEngineering Journal. 2007; 34(4): 477-488(In Thai).

[21] Kilian S, Zander U, Talke FE. Suspensionmodeling and optimization using finiteelement analysis. Tribology International.2003; 36: 317-324.


[22] Murthy AN, Feliss B, Gillis D, Talke FE.Experimental and numerical investigationof shock response in 3.5 and 2.5 in. formfactor hard disk drives. MicrosystemTechnologies. 2006; 12: 1109-1116.

[23] Kon S, Horowitz R. A high-resolution MEMSpiezoelectric strain sensor for structuralvibration detection. IEEE Sensors Journal.2008; 8: 2027-2035.

[24] International Disk Drive Equipment andMaterials Association. H17-04: FRF &windage standard definitions document.IDEMA Standards 2004 [cited 2010 Oct].Available from: URL : http://www.idema.org/?page_id=109.

[25] Juang JY, Ambekar RP, Bogy DB, andBhatia CS. Fabrication and experimentalstudy of Al2O3-TiC sliders with piezoelectricnanoactuators for flying height control.Microsystem Technologies. 2007; 13:751-757.



การเปรยีบเทยีบแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุทีเ่หมาะสำหรบัยางพาราแผนComparison of mathematical models equilibrium moisture content for sheet rubberวสนัต จนีธาดา* ทศพร จนัทรกระจาง สเุทพ ชกูลิน่ และ เฉลมิ ศริริกัษWasan Jeentada*, Thossaporn Chankrachang, Sutep Chooklin and Chalerm Sirirakสาขาวศิวกรรมเครือ่งกล มหาวทิยาลยัเทคโนโลยรีาชมงคลศรวีชิยั จงัหวดัสงขลา 90000

Received October 2011Accepted January 2012

11-21


งานวจิยันีเ้ปนการเปรยีบเทยีบแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุทีเ่หมาะสมสำหรบัยางพาราแผน โดยเปรยีบเทยีบกบัการทดลองทีอ่ณุหภมู ิ40, 50, 60 และ 70 OC ในชวงคาวอเตอรแอคตวิติี้ 0.10-0.82 ซึง่ใชวธิสีถติ(static method) ในการหาคาความชืน้สมดลุของยางพาราแผนและนำแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุ12 แบบ คอื Oswin, Halsey, Henderson, Henderson –Thompson, Chung and Pfost, GAB, Peleg, ModifiedOswin, Modified Halsey, Modified Henderson, Modified Chung-Pfost และ Modified GAB มาเปรยีบเทยีบกับผลที่ไดจากการทดลอง จากผลการทดลองพบวาความชื้นสมดุลจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นที่คาวอเตอรแอคติวิตี้เดียวกัน สวนที่อุณหภูมิเดียวกันความชื้นสมดุลจะเพิ่มขึ้นเมื่อคาวอเตอรแอคติวิตี้เพิ่มขึ้นและจากผลการเปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลกับผลที่ไดจากการทดลองพบวาแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุของ Peleg สามารถทำนายคาความชืน้สมดลุของยางพาราแผนไดดกีวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลอื่นๆคำสำคญั : ความชืน้สมดลุ แบบจำลองทางคณติศาสตร ยางพาราแผน

Abstract

The objective of this research was to comparison mathematical models equilibrium moisture contentappropriate for sheet rubber by various experiment temperatures 40, 50, 60 and 70 OC at water activity(aw) range 0.10-0.82. The static method investigate the equilibrium moisture content of sheet rubber,and the 12 models of mathematical models equilibrium moisture content were used; Oswin, Halsey,Henderson, Henderson –Thompson, Chung and Pfost, GAB, Peleg, Modified Oswin, Modified Halsey,Modified Henderson, Modified Chung-Pfost and Modified GAB, that comparison the results of the

*Corresponding author. Tel.:074-317100 to 1915; fax: 074-315185Email address: [email protected]


experiments. The equilibrium moisture content were decreased, when temperature was increased atconstant water activity. In contrast, at the same temperature the equilibrium moisture was increased,when increased water activity, and comparison of the mathematical models equilibrium moisture content,Showed that Peleg model was proper prediction for the equilibrium moisture content of sheet rubberwhen comparison with other models.Keywords : Mathematical model, Equilibrium moisture content, Sheet rubber

1. บทนำ

การผลติยางพาราประมาณ 35% ของโลกมาจากประเทศไทยทำใหอุตสาหกรรมยางพาราในประเทศไทยมีความสำคัญทางเศรษฐกิจและสังคมจากมลูคาการผลติของยาพาราทีไ่ดจากการสงออกและการจางงาน [1] การสงออกยางพาราของประเทศไทยสวนใหญสงออกในรูปของวัตถุดิบ ไดแก ยางแทงยางแผนรมควัน น้ำยางขนและยางชนิดอื่นๆ โดยจะผลิตยางแผนรมควันมากที่สุด รองลงมาเปนนำ้ยางขน ยางแทงเอสทีอารและยางแผนผึ่งแหงตามลำดับ [2] การผลิตยางแผนรมควันนั้นเปนกระบวนการอบแหงซึ่งเปนกระบวนการหนึ่งในการเก็บรักษาผลผลิตทางการเกษตรที่ใชพลังงานรูปแบบตางๆ ในการอบแหง เชน พลงังานไฟฟา พลงังานแสงอาทิตยและพลังงานชีวมวล ในการออกแบบและการวเิคราะหกระบวนการอบแหงของวสัดแุตละชนดินัน้ตองรูถึงพารามิเตอรที่จำเปนตอกระบวนการอบแหงซึง่พารามเิตอรทีส่ำคญัอยางหนึง่ตอกระบวนการอบแหงคอื ความชืน้สมดลุ (Equilibrium Moisture Content)

ความชื้นสมดุล (EMC) คือปริมาณความชื้นเมือ่ความดนัของน้ำในวสัดไุปถงึจดุสมดลุกบัสิง่แวดลอมซึ่งเปนเอกลักษณทางเทอรโมไดนามิกสที่มีความสำคญัตอกระบวนการอบแหงเพือ่บอกปรมิาณความชืน้นอยสุดที่สามารถมีอยูไดในวัสดุระหวางกระบวนการอบแหงที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธตางๆ ของสภาวะสิง่แวดลอม [3] โดยชวยในการออกแบบเครือ่งอบแหงที่เหมาะสมเพื่อใหไดความชื้น

ของวัสดุตามที่ตองการและชวยในการจัดเก็บรักษาวัสดุที่ควบคุมความชื้นของผลิตภัณฑเพื่อไมใหเกิดความเสียหายตอผลิตภัณฑที่ไดจากกระบวนการอบแหง ดังนั้นจึงไดมีผูคิดคนนำแบบจำลองทางคณติศาสตรมาใชทำนายความชืน้สมดลุของวสัดเุพือ่หาแบบจำลองทางคณิตศาสตรที่เหมาะสมสำหรับวัสดุแตละชนิด จากการทบทวนผลงานวิจัยที่ผานมาพบวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลที่สามารถทำนายความชื้นสมดุลของวัสดุไดดี คือแบบจำลองของ Oswin, Halsey, Henderson,Henderson –Thompson, Chung and Pfost, GAB,Peleg, Modified Oswin, Modified Halsey,Modified Henderson, Modified Chung-Pfostและ Modified GAB [4-11] งานวจิยันีเ้ปนการศกึษาความชื้นสมดุลของยางพาราแผนและนำแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุของ Oswin, Halsey,Henderson, Henderson –Thompson, Chung andPfost, GAB, Peleg, Modified Oswin, ModifiedHalsey, Modified Henderson, Modified Chung-Pfost และ Modified GAB มาเปรยีบเทยีบกบัผลการทดลองเพื่อหาแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลที่เหมาะสมสำหรับยางพาราแผน

2. ทฤษฎี

ความชืน้ในวสัด ุคอื ปรมิาณน้ำหรอืของเหลวที่แทรกตัวอยูในเนื้อวัสดุ ความแหงของวัสดุนั้นมักบอกเปนเปอรเซ็นความชื้น คือ ความชื้นฐานแหง


wdb

d

mMC = ×100%

m⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

(1)

เมือ่ MCdb คอื ความชืน้ฐานแหง (%d.b.) mw คอื มวลของน้ำ (kg)

md คอื มวลของวสัดแุหง (kg)

วอเตอรแอคตวิติี ้(Water activity, aw) เปนคณุสมบตัิที่อธิบายถึงอัตราสวนความดันไอของน้ำในวัสดุตอความดันไอของน้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิเดียวกัน ซึ่งเปนตัวชี้วัดและเกณฑการเจริญเติบโตของจุลินทรียในวสัด ุ[3] ดงัแสดงในสมการที ่(2)

ตารางที ่1 แบบจำลองคณิตศาสตรความชื้นสมดุล

ชื่อของแบบจําลอง สมการของแบบจําลอง อางอิง

Oswin B

w

w

aE M C = A

( 1 -a )⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[4, 12, 13, 14]

Halsey 1B

w

- AE M C =T ln ( a )

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[12, 14]

Henderson 1B

wln ( 1 - a )E M C =

- A T⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[5, 13, 15]

Henderson –Thompson 1C

wln ( 1 -a )E M C =

-A ( T + B )⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[5, 10, 11]

Chung and Pfost w(T + B ) ln (a )1E M C = ln-A -C

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[5, 8, 11]

GAB w

w w w

A B C aE M C =

(1 -B a )(1 -B a + B C a ) [9, 11, 15, 16]

Peleg B Dw wE M C = A (a ) + C (a ) [4, 10, 12]

Modified Oswin 1C

w

w

aE M C = (A + B T )

(1 -a )⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[6, 7, 8, 17]

Modified Halsey 1C

w

- e x p ( A + B T )E M C =ln ( a )

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[5, 9, 11, 17]

Modified Henderson 1C

wln (1 -a )E M C =

-A (T + B )⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[4, 8, 16, 17]

Modified Chung-Pfost w(T+B)ln(a )1EM C= ln-C -A

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

[6, 7, 16, 17]

Modified GAB w

w w w

CA B aTE M C =

C(1-B a ) 1-a + B aT

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

⎡ ⎤⎛ ⎞⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

[7, 16, 17]


(2)เมื่อ aw คือ วอเตอรแอคตวิติี ้ (ไมมหีนวย)

p คือ ความดนัไอของน้ำในวสัด ุ (Pa)po คือ ความดนัไอของน้ำบรสิทุธิ ์ (Pa)T คือ อณุหภมูสิมับรูณ (K)ERHคือ ความชืน้สมัพทัธสมดลุ (%)ความชืน้สมดลุมแีบบจำลองทางคณติศาสตร

ดงัแสดงในตารางที ่1เมื่อ EMC คือ ความชืน้สมดลุ (%d.b.)

aw คือ วอเตอรแอคตวิติี ้ (ไมมหีนวย)T คือ อณุหภมู ิ(K)A, B, C, D คือ คาคงที่

3. วสัด ุอปุกรณและวธิกีารทดลอง

การหาความชื้นสมดุลของวัสดุมีหลักการคือปลอยใหวสัดสุมัผสักบัอากาศจนความชืน้ของวสัดไุมเปลี่ยนแปลงตามเวลา การหาความชื้นสมดุลนี้จะใชวิธีสถิต (static method) เปนวิธีการปลอยใหวัสดุสัมผัสกับอากาศในขณะที่ไมมีการเคลื่อนที่ของอากาศ โดยการทดลองในภาชนะปดที่ควบคุมความชื้นสัมพัทธและอุณหภูมิของอากาศใหคงที่ ซึ่งใชสารละลายเกลอือิม่ตวัในการควบคมุความชืน้สมัพทัธของอากาศสวนอุณหภูมิของอากาศจะถูกควบคุมดวยตูอบ

3.1 วสัดุ

(1) ยางพาราแผนที่ไดจากกระบวนการรีดแผนแลวจากสหกรณสวนยางตำบลทงุขมิน้ อำเภอนาหมอมจงัหวดัสงขลา มคีวามหนาประมาณ 0.3 เซนตเิมตร

(2) สารละลายเกลืออิ่มตัว 6 ชนิด คือ ลิเทียมคลอไรด (LiCl), แมกนเีซยีมคลอไรดเฮกซะไฮเดรต (MgCl2),แมกนีเซียมไนเตรทเฮกซะไฮเดรต (Mg(NO3)2),

โปแตสเซยีมไอโอไดด (KI), โซเดยีมคลอไรด (NaCl),และไดแอมโมเนียมซัลเฟส (NH4)2.SO4 ซึ่งมีคาวอเตอรแอคตวิติี้อยใูนชวง 0.10-0.82 ดงัแสดงในตารางที ่2

3.2 อปุกรณ

(1) ตอูบควบคมุอณุหภมูิ ยีห่อ BINDER(2) ตาชั่ง ยี่หอ SARTORIUS รุน ED224S

สามารถอานมวลได 4 ตำแหนง มคีาความผดิพลาด± 0.0001 กรมั

(3) ขวดโหลแบบมีฝาปดชนิดมียางกันรั่ว ขนาดความจ ุ1 ลติร

3.3 วธิกีารทดลอง

(1) นำสารละลายเกลืออิ่มตัวแตละชนิดใสในขวดโหล ในปรมิาณขวดละ 200 มลิลลิติร โดยขวดโหล1 ใบจะใสสารละลายเกลอือิม่ตวั 1 ชนิด

(2) นำยางพาราแผนมาตัดใหมีขนาด 2 x 2เซนติเมตร เพื่อใหยางพาราแผนใชเวลาในการเขาสูสภาวะสมดลของความชื้นกับสิ่งแวดลอมในขวดโหลไดเรว็ขึน้และความชืน้ทีถ่ายเทออกจากยางพาราแผนไมสงผลกระทบตอการควบคุมความชื้นสัมพัทธในขวดโหลโดยไมทำใหสารสารละลายเกลืออิ่มตัวในขวดโหลละลายเปนของเหลวจนหมดกอนสภาวะการสมดุลของความชื้น นั่นหมายความวาคาความชื้นสมดุลของยางพาราแผนขนาด 22 เซนติเมตร มีคาเหมือนกันกับยางพาราแผนขนาดจริง จากนั้นแบงออกเปน 6 สวนๆ ละประมาณ 10 กรมั

(3) นำยางพาราแผนที่แบงแลวมาใสในตะแกรงแลวนำไปวางไวในขวดโหล โดยไมใหตะแกรงสัมผัสกับสารละลายเกลืออิ่มตัว จากนั้นปดฝาขวดโหลใหสนทิ

(4) นำขวดโหลใสในตูอบที่ควบคุมอุณหภูมิในตอูบไวที ่40 OC


ตารางที ่2 วอเตอรแอคตวิติี้ (aw) ของสารละลายเกลอือิม่ตวัทีอ่ณุหภมูติางๆ [18]

(5) นำยางพาราแผนในขวดโหลแตละขวดโหลมาชั่งน้ำหนักทุกวันจนกวานำหนักของยางพาราแผนแตละขวดโหลมคีาแตกตางกนันอยกวา 0.002 กรมั

(6) นำยางพาราแผนในขวดโหลออกจากขวดโหลแลวทำการอบแหงในตูอบตอไปเพื่อหาน้ำหนักแหงของยางพาราแผน แลวนำไปคำนวณคาความชื้นสมดุล

(7) ทำการทดลองตามขั้นตอนขางตนแตเปลี่ยนอณุหภมูเิปน 50, 60 และ 70 OC เนือ่งจากอณุหภมูทิี่เหมาะสมในการอบแหงยางพาราแผนดวยวิธีลมรอนอยูที่ประมาณ 45-65 OC สวนการอบแหงยางพาราแผนดวยวธิรีมควนัอยทูีป่ระมาณ 50-60 OC [2]

( 8 )หาพา รามิ เ ตอ ร ข อ งแบบจำลองทา งคณิตศาสตรความชื้นสมดุลโดยเทียบกับความชื้นสมดุลที่ไดจากการทดลอง ดวยโปรแกรม MATLABversion 7 นำคา Coefficient of Determination (R2),Adjusted Coefficient of Determination (AdjustedR2), Sum of Squared Error (SSE) และ Root MeanSquare Error (RMSE) ของแบบจำลองแตละแบบมาเปรียบเทียบกัน โดยสังเกตคา R2 กับ Adjusted R2

มากสดุและ SSE กบั RMSE นอยสดุ

4. ผลและการวเิคราะหผล

จากผลการทดลองหาความชื้นสมดุลของยางพาราแผนที่อุณหภูมิ 40, 50, 60 และ 70 OCในชวงของคาวอเตอรแอคติวิตี้ 0.10-0.82 ไดผลดังแสดงในรปูที ่ 1 พบวาทีอ่ณุหภมูเิดยีวกนัคาความชืน้สมดุลจะขึ้นอยูกับคาวอเตอรแอคติวิตี้ นั่นคือ ถาคาวอเตอรแอคติวิตี้มีคานอยจะสงผลใหยางพาราแผนมคีาความชืน้สมดลุต่ำและถาคาวอเตอรแอคตวิติีส้งูขึน้ก็จะสงผลใหยางพาราแผนมีคาความชื้นสมดุลสูงขึ้นเพราะทีค่าวอเตอรแอคตวิติี้สงูนีค้วามชืน้สมัพทัธของสิ่งแวดลอมก็จะสูงขึ้นดวยสงผลใหการถายเทความชื้นระหวางวัสดุกับส่ิงแวดลอมไดนอยกวาที่สภาวะความชื้นสัมพัทธของสิ่งแวดลอมต่ำกวา สวนที่คาวอเตอรแอคติวิตี้เทากันนั้นพบวาคาความชื้นสมดุลจะขึ้นอยูกับอุณหภูมิคือเมื่ออุณหภูมิมีคานอยจะสงผลใหยางพาราแผนมีคาความความชื้นสมดุลสูงและเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นก็จะสงผลใหยางพาราแผนมีคาความชื้นสมดุลต่ำลง ซึ่งเปนผลมาจากสภาวะการกระตุนที่สูงขึ้นของโมเลกุลของน้ำที่อุณหภูมิสูงขึ้นนำไปสกูารลดลงของแรงดงึดดูระหวางโมเลกลุของน้ำ

Salts 10 OC 20 OC 30 OC 40 OC 50 OC 60 OC 70 OC

(LiCl) 0.113 0.113 0.113 0.112 0.111 0.110 0.108(MgCl2) 0.335 0.331 0.324 0.316 0.305 0.292 0.277(Mg(NO3)2) 0.574 0.544 0.514 0.484 0.454 0.424 0.394(KI) 0.721 0.699 0.679 0.661 0.645 0.631 0.619(NaCl) 0.757 0.755 0.751 0.747 0.744 0.741 0.736((NH2)2.SO4) 0.821 0.813 0.806 0.799 0.792 0.786 0.779


การเปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชืน้สมดลุ 12 แบบกบัผลทีไ่ดจากการทดลองในแตละอุณหภูมิไดผลดังแสดงในรูปที่ 2-5 และมีรายละเอยีดของพารามเิตอรตางๆ ดงัแสดงในตารางที ่ 3พบวาแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุของOswin, Halsey, Henderson,Henderson–Thompson,GAB, Peleg, Modified Oswin, Modified Halsey,Modified Henderson และ Modified GAB ยกเวนแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลของChung and Pfost และ Modified Chung-Pfostสามารถทำนายคาความชื้นสมดุลไดใกลเคียงกับผลการทดลองและมีคาแตกตางกันเพียงเล็กนอย ซึ่งถาหากทำการเปรียบเทียบคา R2 กับ Adjusted R2

ทีม่คีามากสดุและคา SSE กบั RMSE ทีม่คีานอยสดุของแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุทัง้ 12แบบ พบวาทีอ่ณุหภมู ิ 40, 50 และ 70 OC นัน้แบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุของ Peleg มีคา R2 กับ Adjusted R2 มากสุดและคา SSE กับRMSE นอยสุด สวนที่อุณหภูมิ 60 OC พบวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลของ GABมคีา R2 = 0.999 กบั Adjusted R2 = 0.9984 สงูทีส่ดุและคา SSE = 0.0003201 กับ RMSE = 0.01033นอยที่สุด รองลงมาเปนแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลของ Peleg มีคา R2 = 0.9987,Adjusted R2 = 0.9968, SSE = 0.0004202, RMSE= 0.0145 จากการวเิคราะหดงักลาวนีจ้งึอธบิายไดวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลของPeleg นั้นสามารถนำมาทำนายคาความชื้นสมดุลของยางพาราแผนในทุกชวงอุณหภูมิไดเปนอยางดแีละมรีปูแบบสมการทีไ่มซบัซอนงายตอการนำไปใช

รปูที ่1 ความชื้นสมดุลของยางพาราแผน

รปูที ่2 เปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลกับผลจากการทดลองที่อุณหภูมิ40 OC

งานเพือ่ทำนายคาความชืน้สมดลุของยางพาราแผนที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธตางๆ ของสภาวะสิ่งแวดลอม ซึง่ไดผลการเปรยีบเทยีบระหวางแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุของ Peleg กบัผลทีไ่ดจากการทดลองในแตละอณุหภมูดิงัแสดงในรปูที ่ 6


รปูที ่6 เปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชืน้สมดลุของ Peleg กบัผลทีไ่ดจากการทดลอง



รปูที ่5 เปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตรความชื้นสมดุลกับผลจากการทดลองที่อุณหภูมิ

5. สรปุ

ความชืน้สมดลุจะลดลงเมือ่อณุหภมูเิพิม่ขึน้ที่คา วอเตอรแอคตวิติีเ้ดยีวกนั สวนทีอ่ณุหภมูเิดยีวกนัความชื้นสมดุลจะเพิ่มขึ้นเมื่อคาวอเตอรแอคติวิตี้เพิ่มขึ้นและจากผลการเปรียบเทียบแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุของยางพาราแผนกบัผลที่ไดจากการทดลองในชวงอุณหภูมิ 40-70 OC และในชวงคาวอเตอรแอคตวิติี้ 0.10-0.82 นัน้พบวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรของ Peleg นั้นสามารถทำนายคาความชื้นสมดุลของยางพาราแผนไดดีกวาแบบจำลองทางคณติศาสตรความชืน้สมดลุอืน่ๆ และมีรูปแบบสมการที่งายไมซับซอนสะดวกตอการนำไปใชในการทำนายคาความชืน้สมดลุของยางพาราแผนที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธตางๆ ของสภาวะสิ่งแวดลอม


งานวจิยันีข้อขอบคณุนายอดศิกัดิ ์ชะนะถาวรนายโฆษติ จนัทกาญจน และนายวรีะชยั ดสิระ ทีช่วยในการเก็บขอมูลเพื่อการทดลองซึ่งทำใหงานวิจัยนี้สำเร็จลุลวงไปไดดวยดี


ตารางที ่3 พารามิเตอรของแบบจำลองความชื้นสมดุลที่อุณหภูมิตางๆ


ตารางที ่3 พารามเิตอรของแบบจำลองความชืน้สมดลุทีอ่ณุหภมูติางๆ (ตอ)


ตารางที ่3 พารามเิตอรของแบบจำลองความชืน้สมดลุทีอ่ณุหภมูติางๆ (ตอ)

7. เอกสารอางองิ

[1] Jawjit W, Kroeze C, Rattanapan S.Greenhouse gas emissions from rubberindustry in Thailand. Journal of CleanerProduction. 2010;18: 403-411.

[2] Rubber Research Institute of Thailand.Technical Information Rubber. 2010;(in thai)

[3] Shivhare U S, Arora S, Ahmed J, RaghavanG S V. Moisture adsorption isotherms formushroom. Lebensm.-Wiss. u.-Technol.2004; 37:133–137.

[4] Sinija V R, Mishra H N. Moisture sorptionisotherms and heat of sorption of instant(soluble) green tea powder and green teagranules. Journal of Food Engineering.2008;86: 494–50.


[5] Barrozo M A S, Silva A A M, Oliveira D T.The use of curvature and bias measures todiscriminate among equilibrium moistureequations for mustard seed. Journal ofStored Products Research. 2008;44:65–70.

[6] Li X, Cao Z, Wei Z, Feng Q, Wang J.Equilibrium moisture content and sorptionisosteric heats of five wheat varieties inChina. Journal of Stored ProductsResearch. 2011;47:39-47.

[7] Iguaz A, Virseda P. Moisture desorptionisotherms of rough rice at hightemperatures. Journal of Food Engineering.2007;79:794–802.

[8] Chen C. Moisture sorption isotherms of peaseeds. Journal of Food Engineering. 2003;58: 45–51.

[9] Ghodake H M, Goswami T K, ChakravertyA. Moisture sorption isotherms, heat ofsorption and vaporization of witheredleaves, black and green tea. Journal ofFood Engineering. 2007;78:827–835.

[10] Bahloul N, Boudhrioua N, Kechaou N.Moisture desorption–adsorption isothermsand isosteric heats of sorption of Tunisianolive leaves (Olea europaea L.). IndustrialCrops and Products. 2008;28:162–176.

[11] Cordeiro D S, Raghavan G S V, Oliveira WP. Equilibrium Moisture Content Models forMaytenus ilicifolia Leaves. BiosystemsEngineering. 2006;94:221–228.

[12] Goula A M, Karapantsios T D, Achilias D S,Adamopoulos K G. Water sorptionisotherms and glass transition temperatureof spray dried tomato pulp. Journal of FoodEngineering. 2008;85:73–83.

[13] Samapundo S, Devlieghere F, MeulenaerB D, Atukwase A, Lamboni Y, Debevere JM. Sorption isotherms and isosteric heatsof sorption of whole yellow dent corn.Journal of Food Engineering. 2007;79:168–175.

[14] Al-Muhtaseb A H, McMinn W A M, MageeT R A. Water sorption isotherms of starchpowders Part 1: mathematical descriptionof experimental data. Journal of FoodEngineering. 2004;61:297–307.

[15] Hossain M D, Bala B K, Hossain M A,Mondol M R A. Sorption isotherms and heatof sorption of pineapple. Journal of FoodEngineering. 2001;48:103-107.

[16] Oyelade O J, Tunde-Akintunde T Y, IgbekaJ C, Oke M O, Raji O Y. Modelling moisturesorption isotherms for maize flour. Journalof Stored Products Research. 2008;44:179–185.

[17] Raji A O and Ojediran J O. Moisturesorption isotherms of two varieties of millet.food and bioproducts processing. 2010:1-7.

[18] Sablani S S, Rahman M S, Labnza T P.Current Protocols in Food AnalyticalChemistry. John Wiley and Sons. 2001:A2.3.2.



การประเมนิการสกึกรอนของคอนกรตีผสมวสัดปุอซโซลานInvestigation of abrasion of concrete containing pozzolanนาวนิ เกขนุทด1) สหลาภ หอมวฒุวิงศ*1) มณรีตัน องควรรณดี2)

Navin Kakhunthod1), Sahalaph homwuttiwong*1) and Maneerat Ongwandee2)

1) ภาควชิาวศิวกรรมโยธา คณะวศิวกรรมศาสตร มหาวทิยาลยัมหาสารคาม จงัหวดัมหาสารคาม 441502) ภาควชิาวศิวกรรมสิง่แวดลอม คณะวศิวกรรมศาสตร มหาวทิยาลยัมหาสารคาม จงัหวดัมหาสารคาม 44150



งานวจิยันีน้ีม้วีตัถปุระสงคเพือ่ศกึษาการสกึกรอนของปอซโซลานคอนกรตี วสัดปุอซโซลาน 3 ชนดิ ไดแก เถาถานหนิ เถาปาลมน้ำมนั และเถาชานออย นำวสัดปุอซโซลานเหลานีม้าปรบัปรงุความละเอยีดจนมอีนภุาคคางตะแกรงเบอร 325 นอยกวารอยละ 5 และนำไปแทนทีป่นูซเีมนตปอรตแลนดชนดิที ่1 รอยละ 0-60 โดยน้ำหนกัของวสัดุประสาน ตวัอยางคอนกรตีถกูหลอดวยอตัราสวนน้ำตอวสัดปุระสาน (w/c) 0.40, 0.45 และ 0.50 แลวนำไปบมชื้นจนอายุครบการทดสอบ ทำการทดสอบกำลังอัดและการสึกกรอนตามมาตรฐาน ASTM C1138 (วิธีทดสอบใตน้ำ) ทีอ่าย ุ28 วนั และทดสอบการสกึกรอนในสภาพการใชงานจรงิ โดยเทพืน้ถนนทีม่กีารสญัจรเปนประจำดวยปอซโซลานคอนกรตี จากผลการวจิยัพบวา ความสามารถในการตานทานการสกึกรอนมคีาแปรผกผนักบักำลงัรบัแรงอัดของปอซโซลานคอนกรีต และพบอีกวาปริมาณการแทนที่ และชนิดของวัสดุปอซโซลานก็มีผลตอความสามารถในการตานทานการสึกกรอนคำสำคญั : คอนกรตี การสกึกรอน วสัดปุอซโซลาน เถาถานหนิ เถาปาลมน้ำมนั เถาชานออย

Abstract

The aim of this research was to study the abrasion of pozzolan concrete. Fly ash, palm oil fuel ash andbagasse ash were ground until their particle was retained on sieve No.325 less than 5%. All pozzolanswere used to replace Portland cement type I in range of 0-60% by weight of cementitious material.Concrete samples were cast with the water to cementitious ratio (w/c) at 0.40, 0.45 and 0.50. Allsamples were cured in moist condition until the testing age. The strength and abrasion were tested inaccordance with the ASTM C1138 (under water method) at age 28 days. Pozzolan concrete were also

*Corresponding author. Tel.: 043-754-321-40 ext 3078 fax: 043-754-316

23-34


observed by placing as a pavement in traffic road. It was found that the trend of the abrasion resistanceof concrete was inversely to the compressive strength. In addition, the abrasion resistance wasaffected by the cement replacement and type of pozzolanic materials.Keywords : Concrete, Abrasion, Pozzolannic material, Fly ash, Palm oil fuel ash, Bagasse ash

1. บทนำ

สมบัติดานความทนทานของคอนกรีตเปนอีกปจจยัหนึง่ทีส่ำคญัตอระบบโครงสราง ทำใหสามารถใชงานอาคารไดดี ยืดระยะเวลาของการเสื่อมสภาพของคอนกรตีออกไปใหนานมากขึน้ และการสกึกรอนของคอนกรีตก็นับวาเปนตัวแปรหนึ่งที่เกี่ยวของกับความทนทานของคอนกรตี โดยการสึกกรอนเกิดจากวสัดปุระสานบรเิวณผวินอกของคอนกรตีเริม่หลดุลอกจากการขัดสี ทำใหเกิดความเสียหายหรือรองรอยตางๆในบริเวณขนาดเล็กและขยายออกเปนบริเวณกวาง สามารถทำใหเกิดความเสียหายกับคอนกรีตโครงสรางไดในที่สุด การตานทานการสึกกรอนของคอนกรีตขึ้นอยูกับหลายปจจัย โดยที่ผานมาไดมีงานวิจัยเกี่ยวกับการสึกกรอนของคอนกรีตพอสมควรเชน การสึกกรอนในโครงสรางทางชลศาสตร [1]การสึกกรอนของผิวจราจรที่เปนคอนกรีตทึบน้ำ [2]การศกึษาอทิธพิลของมวลรวมทีม่ผีลตอการสกึกรอน[3] ในกระบวนการผลิตคอนกรีต นอกจากสวนผสมหลกัทัว่ไป ซึง่ไดแก น้ำ ปนูซเีมนต มวลรวม (หนิและทราย) และสารผสมเพิม่อืน่ๆ แลวมกีารประยกุตใชวสัดปุอซโซลาน (Pozzolan) เปนสวนผสมของคอนกรตีเนื่องจากพบวาวัสดุปอซโซลานสามารถใชแทนที่ปูนซีเมนตได และทำใหคอนกรีตมีคุณสมบัติดีขึ้นในหลายดาน [4-5] วสัดปุอซโซลานสวนใหญจะเปนวสัดุเหลอืใชทีเ่กดิจากจากอตุสาหกรรมตางๆ เชน เถาถานหนิ เถาปาลมน้ำมนั เถาชานออย เถาแกลบ หรอืเปนวัสดุที่ไดจากธรรมชาติ เชน ซีโอไลท ไดอะตอมไมตและเพอรไรต [6] การศึกษาการการตานทานการสึกกรอนของคอนกรตีทีผ่สมวสัดปุอซโซลานทีผ่านมานัน้โดยสวนใหญแลวเกี่ยวของเถาถานหินซึ่งพบวาการ

ตานทานการสึกกรอนลดลงเมื่อใชเถาถานหินแทนที่ปูนซีเมนต [7] แตเมื่อใชเถาถานหินแทนที่รวมมวลละเอยีดกลบัทำใหการตานทานการสกึกรอนดขีึน้ โดยวตัถปุระสงคของงานวจิยันีค้อืเพือ่ศกึษาตวัแปรตางๆที่มีผลกระทบตอความทนทานการสึกกรอนของคอนกรีตที่ผสมวัสดุปอซโซลาน และวิเคราะหอัตราการสึกกรอนที่อายุ 28 วัน จากระดับการแทนที่ของวสัด ุปอซโซลานชนดิตางๆ

2. วิธีดำเนินงานวิจัย

2.1 การเตรียมวัสดุ

วัสดุปอซโซลานทั้ง 3 ชนิด ไดแกเถาถานหินเถาชานออย และเถาปาลมน้ำมัน นำมาบดละเอียดโดยปรมิาณของอนภุาคคางตะแกรงเบอร 325 ไมเกนิรอยละ 5 โดยน้ำหนัก แลวนำไปอบในอุณหภูมิ100 ± 5 0C เปนเวลา 24 ชัว่โมง นำออกจากตอูบปลอยใหเย็นตัวลงแลวใสภาชนะ ปดมิดชิดเพื่อปองกันความชื้น มวลรวมละเอียดใชทรายละเอียดมีคาความถวงจำเพาะ 2.65 และมวลรวมหยาบใชหินปูนยอยขนาดโตสุดไมเกิน 20 มิลลิเมตรความถวงจำเพาะ 2.70 นำมาลางน้ำ แลวนำไปอบในอณุหภมูิ100 0C เปนเวลา 24 ชัว่โมง นำออกจากตอูบปลอยใหเยน็ตวัลงแลวใสภาชนะ แลวปดมดิชดิเพือ่ปองกนัความชื้น

2.2 สวนผสมคอนกรีต

สวนผสมของคอนกรีตในการศึกษาแสดงในตารางที่ 1 โดย วัสดุปอซโซลานที่ผานการปรับปรุง


ขนาดแลวจะถกูนำมาแทนทีป่นูซเีมนตรอยละ 20 40และ 60 โดยน้ำหนกั สวนผสมมอีตัราสวนน้ำตอ สารซเีมนต (w/c) เทากบั 0.40 0.45 และ 0.50 คาการยบุตวัของคอนกรตีสดถกูควบคมุใหอยใูนชวง10–15 ซม.และมีการใชสารลดน้ำชวยปรับใหคาการยุบตัวของ

คอนกรตีอยใูนชวงทีก่ำหนด เมือ่หลอตวัอยางครบ 24ชัว่โมง ตวัอยางคอนกรตีจะถกูถอดแบบและนำไปบมในน้ำจนกระทัง่ถงึอายกุารทดสอบการสกึกรอนทีอ่ายุ28 วนั

ตารางที ่1 สวนผสมของคอนกรตี และ กำลงัทีอ่าย ุ28 วนั

iCT = controlled concrete, FA = fly ash, BA = bagasse ash, PA = palm oil fuel ash,SP = superplasticizer


2.3 การทดสอบคุณสมบัติคอนกรีต

(1) คุณสมบัติของคอนกรีตสด ทำการหาคาการยุบตัวตาม มาตรฐาน ASTM C 143 [8] โดยกำหนดใหคายบุตวัอยรูะหวาง 10-15 ซม.

(2) กำลงัอดัของคอนกรตี ทีอ่าย ุ 28 วนั โดยใชตัวอยางคอนกรีตทรงกระบอกขนาดเสนผานศูนยกลาง 10 เซนตเิมตร สงู 20 เซนตเิมตรทำการทดสอบดวยเครื่องทดสอบกำลังอัด (Compressionmachine) ASTM C 39 [9]

(3) ความตานทานการสึกกรอนของคอนกรีตตามมาตรฐาน (Under water method) ASTM C1138 [10] ทดสอบการตานทานการสึกกรอนของคอนกรีตโดยวิธีใตน้ำ ใชตัวอยางขนาดเสนผานศูนยกลาง 302 มม. หนา 102 มม. ที่อายุ 28 วันโดยนำตัวอยางคอนกรีตไปติดตั้งไวในชุดทดสอบการสึกกรอน ดงัแสดงในรปูที ่1 หลงัจากนัน้นำลกูเหลก็กลมสเตนเลส วางบนผวิของตวัอยาง จำนวน ขนาด และชั้นคุณภาพของลูก เหล็กทรงกลมให เปนตามมาตรฐานกำหนด จากนั้นเติมน้ำใหไดระดับ และทำการเปดเครื่องและทำการทดสอบเปนเวลา 12ชัว่โมง นำตวัอยางออกมาประเมนิและคำนวณผลของการสกึกรอน เมือ่บนัทกึผลเสรจ็แลวกน็ำตวัอยางกลบัเขาไปทำการทดสอบเหมือนเดิม ทำการทดสอบตามขัน้ตอนดงักลาวจำนวน 6 รอบ ขอมลูทีไ่ด นำมาคำนวณ ดงัสมการ (1)-(3) เพือ่ประเมนิคาการสกึกรอนตามชวงเวลาตางๆVt = Wair - WWater (1)

GWเมื่อ

Vt = ปรมิาตรของตวัอยางคอนกรตี ณ เวลาทดสอบตางๆ (ม.3)

Wair= น้ำหนักตัวอยางคอนกรีตที่ชั่งในอากาศ ณเวลาทดสอบตางๆ (กก.)

WWater= น้ำหนักตัวอยางของคอนกรีตที่ชั่งในน้ำ ณเวลาทดสอบตางๆ (กก.)

GW = หนวยน้ำหนกัของน้ำ (กก./ ม.3)

และ คำนวณคาการสญูเสยีน้ำหนกัทีม่คีาเพิม่ขึน้ของตวัอยางคอนกรตี ทกุๆชวงเวลาตางๆVLt = Vi - Vt (2)

เมื่อ

VLt= ปรมิาตรการสกึกรอนของตวัอยางคอนกรตีทีม่คีาเพิม่ขึน้ (ม.3)

Vi= ปรมิาตรของตวัอยางคอนกรตีกอนการทดสอบ ณเวลาทดสอบตางๆ (ม.3)

Vt= ปรมิาตรของตวัอยางคอนกรตีหลงัการทดสอบ ณเวลาทดสอบตางๆ (ม.3)

และ คำนวณคาความลึกจากการสึกกรอนของกอนตวัอยางทีม่คีาเพิม่ขึน้ ทกุๆชวงเวลาตางๆADAt = VLt/A (3)

เมื่อ

ADAt= คาความลึกของตัวอยางคอนกรีตจากการสึกกรอนทีม่คีาเพิม่ขึน้ ณ เวลาทดสอบตางๆ (ม.)

VLt= ปริมาตรการสึกกรอนของตัวอยางคอนกรีตที่มีคาเพิม่ขึน้ ณ เวลาทดสอบตางๆ (ม.3)

A= พืน้ทีผ่วิทัง้หมดของตวัอยางคอนกรตี (ม.2)


รปูที่ 1 ชุดทดสอบการสึกกรอนและรายละเอียดภายในเครื่องทดสอบการสึกกรอน ASTMC 1138(under water method)

3.ผลการวิเคราะหและอภิปราย

3.1 กำลังอัดของคอนกรีต

กำลงัอดัของคอนกรตีคอนกรตี ทีอ่าย ุ28 วันพบวาคอนกรีตควบคุมมีกำลังอัดเทากับ 406, 369และ 299 กก./ซม2. สำหรบัอตัราสวนน้ำตอสารซเีมนต

(W/c) เทากับ 0.40, 0.45 และ 0.50 ตามลำดับในรูปที่ 2 แสดงคาความสัมพันธของกำลังอัดของคอนกรีตที่อายุ 28 วัน กับอัตราน้ำตอสารซีเมนต(w/c) พบวาคอนกรตีทีผ่สมวสัดปุอซโซลานรอยละ 20มีคากำลังรับแรงอัดมากกวาคอนกรีตควบคุม ทั้งนี้เนื่องมากจากปฏิกิริยาปอซโซลานที่เกิดขึ้นภายหลังจ า ก ป ฏิ กิ ริ ย า ไ ฮ เ ด ร ชั่ น ข อ ง ปู น ซี เ ม น ต คื อซิลิกอนไดออกไซด (SiO2) ในวัสดุปอซโซลาน จะทำปฏกิริยิากบัแคลเซยีมไฮดรอกไซด จงึไดสารประกอบแคลเซยีมซลิเิกตไฮรเดรต (CSH) ซึง่ทำใหกำลงัรบัแรงอัดของคอนกรีตพัฒนาสูงขึ้น [11] สำหรับในรูปที่ 3เปนการแสดงคาความสัมพันธ ระหวางกำลังรับแรงอดัของคอนกรตี กบัปรมิาณการแทนทีว่สัดปุอซโซลานทั้ง 3 ชนิด คือ เถาถานหิน เถาชานออย และเถาปาลมน้ำมนั ทีอ่ตัราน้ำตอวสัดปุระสานที ่0.45 พบวาปนูซเีมนตทีแ่ทนทีด่วยเถาถานหนิทีร่อยละ 40 จะเปนระดับการแทนที่ที่ใหกำลังอัดสูงสุด โดยคากำลังเทากับ 415 กก./ซม2. แตเมื่อเพิ่มปริมาณการแทนที่ดวยเถาถานหนิถงึรอยละ 60 กำลงัรบัแรงอดัทีไ่ด กลบัลดลงเทากบั 331 กก./ซม2. ซึง่ต่ำกวาคอนกรตีควบคมุสำหรับคอนกรีตที่ผสมเถาชานออยและเถาปาลมน้ำมนัมอีตัราการพฒันากำลงัรบัแรงอดัทีใ่กลเคยีงกนัคือเมื่อแทนที่ปูนซีเมนตที่รอยละ 20 จะเปนระดับที่เหมาะสมทีส่ดุและทำใหกำลงัอดัสงูกวาคอนกรตีควบคมุคอื 394 กก./ซม2 และ 387 กก./ซม2. ตามลำดบัแตเมือ่เพิม่ปรมิาณการแทนทีร่อยละ 40 และ 60 ของปูนซีเมนตปอรตแลนด ดวยวัสดุทั้งสองชนิด กำลังรับแรงอัดของคอนกรีตกลับลดลงต่ำกวาคอนกรีตควบคมุ โดยมกีำลงัอดัเพยีงรอยละ 75 และ 80 ของคอนกรีตควบคุม ซึ่งสอดคลองกับงานวิจัยที่ผานมา[12]


รปูที ่2 แสดงความสมัพนัธระหวางกำลงัอดัทีอ่าย ุ28 วนั กบัอตัราน้ำตอสารซเีมนต

รปูที ่3 แสดงความสมัพนัธระหวางกำลงัอดักบัปริมาณการแทนทีว่สัดปุอซโซลาน (w/c=0.45)


รปูที ่4 ตัวอยางคอนกรีตที่ถูกทดสอบการสึกกรอน

3.2 การสึกกรอนของคอนกรีต

จากผลการทดสอบการสึกกรอนของตัวอยางคอนกรตี ที่ 72 ชั่วโมง แสดงรูปที่ 4 และตารางที่ 2พบวาคอนกรีตควบคุมมีคาการสึกกรอนเทากับ0.974, 1.060 และ 1.114 มลิลเิมตร สำหรบัคาอตัราน้ำตอสารซเีมนต (w/c) เทากบั 0.40, 0.45 และ 0.50ตามลำดบั ซึง่อตัราการสกึกรอน ของคอนกรตีควบคมุมีแนวโนมเพิ่มขึ้นตามคา w/c และเมื่อเปรียบเทียบกบัคอนกรตีผสมวสัดปุอซโซลานกพ็บวา คอนกรตีทีใ่ชปูนซีเมนตลวน มีความตานทานการสึกกรอนดีกวาคอนกรตีทีผ่สมวสัดปุอซโซลานทกุชนดิ แสดงดงัรปูที่5 ซึ่งเปนความสัมพันธของการสึกกรอนกับคาอัตรา

สวนน้ำตอสารซเีมนตของคอนกรตีชนดิตางๆ สำหรบัคอนกรตีผสมวสัดปุอซโซลาน พบวาการแทนทีร่อยละ20 ของวสัดปุอซโซลานทัง้สามชนดิใหคาการสกึกรอนที่ใกลเคียงกัน และยังพบอีกวา คาการสึกกรอนของปอซโซลานคอนกรีต มีคาแปรผกผันกับกำลังรับแรงอัดของคอนกรีต กลาวคือเมื่อคอนกรีตมีกำลังรับแรงอดัมากขึน้คาการสกึกรอนกจ็ะลดลง ซึง่สอดคลองกบังานวจิยัทีผ่านมา [13-14]

รปูที ่6 แสดงความสมัพนัธคาการสกึกรอนกบัปริมาณการแทนที่ พบวาคอนกรีตที่ผสมเถาถานหินมกีารสกึกรอนต่ำทีส่ดุเมือ่แทนทีร่อยละ 40 แตกย็งัสงูกวาคอนกรีตควบคุมและเมื่อเพิ่มการแทนที่เปนรอยละ 60 การสกึกรอนกเ็พิม่ขึน้อยางรวดเรว็ สำหรบัเถาชานออยและเถาปาลมน้ำมันจะมีการสึกกรอนที่ใกลเคยีงกนั คอื ทีร่อยละ 20 มคีาการสกึกรอนต่ำที่สดุ และเพิม่ขึน้เมือ่แทนที ่ทีร่อยละ 40 และ 60 ตามลำดับ โดยที่เถาชานออยมีอัตราการสึกกรอนต่ำกวาเถาปาลมน้ำมัน

รูปที่ 7 แสดงความสัมพันธของการสึกกรอนกบัคากำลงัรบัแรงอดัของคอนกรตีชนดิตางๆ พบวาคาการสกึกรอนมคีาแปรผกผนักบักำลงัรบัแรงอดั สำหรบัคอนกรตีควบคมุและปอซโซลานคอนกรตี (w/c=0.45)และมีคาความเบี่ยงเบน (R2) เทากับ 0.933 และ0.884 ตามลำดบั


iCT = controlled concrete, FA=fly ash , BA=bagasse ash , PA= palm oil fuel ash

ตารางที ่2 คาการสึกกรอนที่เพิ่มขึ้นของปอซโซลานคอนกรีต


รปูที ่5 ความสมัพนัธของการสกึกรอนกบัอตัราสวนน้ำตอวสัดปุระสาน (w/c)

รปูที ่7 ความสมัพนัธของกำลงัรบัแรงอดักบัอตัราการสกึกรอน

รปูที ่6 อตัราการสกึกรอนที ่72 ชัว่โมง เทยีบกบัชนดิและปรมิาณการแทนที ่(w/c=0.45)


รปูที ่8 บริ เวณทดสอบพื้นคอนกรีตในถนนที่สัญจรจริง3.3 การสึกกรอนในพื้นที่การใชงานจริง

จากการทดสอบการสึกกรอนของปอซโซลานคอนกรีตในสภาพการใชงานจริง โดยนำคอนกรีตที่มีวัสดุปอซโซลานทั้งสามชนิดแทนที่ปูนซีเมนตรอยละ

20 40 และ 60 และมคีา w/c = 0.45 โดยเรยีงตามสดัสวนผสมในตารางที่ 1 และอยูในแนวถนนเดียวกันทัง้หมด ทำเปนพืน้ผวิถนนในบรเิวณทีม่กีารสญัจรจรงิดงัแสดงในรปูที ่8 พบวาทีร่ะดบัการแทนทีข่องปอซโซลานรอยละ 20 สภาพผิวหนาของคอนกรีตผสมเถาถานหนิทีร่อยละ 20 และ 40 ไมแตกตางจากคอนกรตีควบคมุ แตสำหรบัคอนกรตีผสม เถาชานออยและเถาปาลมน้ำมนั ทีร่ะดบัการแทนทีต่ัง้แตรอยละ 40 ขึน้ไปและเถาถานหนิทีร่ะดบัการแทนทีร่อยละ 60 เริม่มคีาการสึกกรอนที่ชัดเจน โดยมีการหลุดรอนของผิวหนาคอนกรตี และสงัเกตเหน็ผวิของรวมหยาบไดมากกวาคอนกรตีควบคมุ และเกดิความเสยีหายทีบ่รเิวณขอบของแผนพื้น เปนรองและรอยแยกขนาดเล็กกระจายทัว่ทัง้แผนดงัแสดงในรปูที ่9 และ 10

รปูที ่9 คอนกรตีควบคมุ (45CT) ทีอ่ายตุางๆ


รปูที ่10 ภาพการสกึกรอนของปอซโซลานคอนกรตีทีอ่าย ุ9 เดอืน

4. สรปุผลและอภปิรายผล

จากการศึกษาคาการตานทานการสึกกรอนของปอซโซลานคอนกรตีทีอ่าย ุ28 วนั พบวาอตัราน้ำตอสารซีเมนต (w/c) มีอิทธิผลตอตอระดับการสึกกรอน กลาวคอืเมือ่ออกแบบสวนผสมใหคา w/c มคีามากขึน้คาการสกึกรอนกจ็ะเพิม่มากขึน้ดวย เนือ่งจากกำลงัรบัแรงอดัของคอนกรตีต่ำลง และพบวาการแทนที่ปูนซีเมนตดวยวัสดุปอซโซลาน ก็ทำใหคาการสึกกรอนของปอซโซลานคอนกรีตมากขึ้นและสูงกวาคอนกรีตควบคุม ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากการพัฒนาของปฏกิริยิาปอซโซลาน ทีอ่าย ุ 28 วนัยงัไมสมบรูณ

จงึทำใหความตานทานตอการสกึกรอนของปอซโซลานคอนกรีตมีแนวโนมต่ำกวาคอนกรีตควบคุมทุกสวนผสม และทกุระดบัการแทนที ่และเมือ่พจิารณาในสวนของคอนกรตีผสมวสัดปุอซโซลานแลว พบวาเถาถานหนิมีอัตราการสึกกรอนที่ต่ำที่สุด


ผูเขียนขอขอบคุณมหาวิทยาลัยมหาสารคามที่ใหทุนสนับสนุนงานวิจัย และพื้นที่ในการทดสอบการสึกกรอนของปอซโซลานคอนกรีต


6.เอกสารอางอิง

[1] Horszczaruk E. Abrasion resistance ofhigh-strength concrete in hydraulicstructures, Wear. 2005;259(1-6):62-69.

[2] Yang J, and Jiang G. Experimental studyon properties of pervious concretepavement materials.Cement and ConcreteResearch. 2003;33(3):381-386.

[3] Kilic A, Atis C D,Teymen A, Karahan O,Ozcan F, Bilim C, Ozdemur M. Theinfluence of aggregate type on the strengthand abrasion resistance of high strengthconcrete. Cement & Concrete Composites.2007;30 (4): 290-296.

[4] Rukzon S. Use of Rice Husk-Bark Ash byGrinding to Finesse in Concrete. KKUEngineering Journal. 2005;32(3):423-440.(In Thai)

[5] Sata V. The Use of Local Pozzolan in FiberReinforced Concrete. KKU EngineeringJournal. 2010;38(1):29-37.(In Thai)

[6] Phoo-ngernkham T and Sinsiri T.Workability and Compressive Strength ofGeopolymer Mortar from Fly AshContaining Diatomite. KKU EngineeringJournal. 2011;38(1): 11-26. (In Thai)

[7] Siddique R. Performance characteristics ofhigh-volume Class F fly ash concrete,Cement and Concrete Research. 2004;34(3):1877-1881.

[8] American Society for Testing and Materials.ASTM C143-90a. Standard Test Method forSlump of Hydraulic Cement Concrete,Annual Book of ASTM Standard. 2001;04(02):89-91.

[9] American Society for Testing and MaterialsASTMC-39-02. Standard test method forcompressive strength of cylindricalconcrete specimens, Annual Book ASTMStandards. 2002;04(02).

[10] American Society for Testing and Materials.ASTM C 1138-97. Standard test methodfor abrasion resistance of concrete(Underwater Method) Annual Book of ASTMStandards. 2002;04(02).

[11] Chindaprasirt P, Jaturapikakul C. Cementpozzolan and concrete.Thailand ConcreteAssociation (TCA). 2010:308-309 (In Thai)

[12] SataV.Jaturapitakkul.C. Kiattikomol K.Utilization of Palm Oil Fuel Ash inHigh-Strength Concrete. Journal ofMaterials in Civil Engineering. ASCE.2004;16(6):623-628.

[13] Liu Y W, Yen T, Hsu T H. Abrasion erosionof concrete by water-borne sand. Cementand Concrete Research.2005;36(10):1814-1820.

[14] Liu Y W. Improving the abrasion resistanceof hydraulic-concrete containing surfacecrack by adding silica fume. Constructionand Building Materials. 2007;2(5):972-977.



35-46

การจดัตารางการผลติโดยเปรยีบเทยีบการจดัตารางทัว่ไปและวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึMethod production scheduling using a comparison of genetic algorithm andother general methodsอดลุย พกุอนิทร*Adul Phuk-in*ภาควชิาไฟฟาคอมพวิเตอรและอตุสาหการ คณะเทคโนโลยอีตุสาหกรรม มหาวทิยาลยัราชภฏัอตุรดติถ จังหวัดอุตรดิตถ 53000


*Corresponding author. Tel.: 055-416-625 Email address: [email protected]


การศกึษานีไ้ดนำปญหาการจดัตารางการทำงานของโรงงานเมลทลัอลัลอย ซึง่จะมกีารจดัตารางการทำงานใหกบัสถานงีานใหเกดิประสทิธภิาพสงูสดุในการจดัตารางการผลติ การพฒันาโปรแกรมการจดัตารางการผลติไดนำวธิีการจดัตารางแบบ first in - first out ; FIFO, shortest processing time ; SPT, longest processing time ;LPT, early due date ; EDD และ minimize slack โดยผวูจิยัไดพฒันาออกแบบวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ (geneticalgorithm ; GA) ซึง่เปนวธิกีารแบบฮวิรสิตกิ เพือ่ใชในการเปรยีบเทยีบผลการจดัตารางการผลติ การพฒันาไดทดสอบหาประสทิธภิาพของโปรแกรมวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ โดยออกแบบการทดสอบเชงิแฟกทอเรยีล 23 เพือ่หาคาพารามเิตอรทีเ่หมาะสมในการทำงานของโปรแกรม โดยวธิ ีanova เพือ่วเิคราะหความแปรปรวนในการทำงานของวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ พบวาคาทีเ่หมาะสมของพารามเิตอรของการครอสโอเวอรเทากบั 1, คาทีเ่หมาะสมของพารามเิตอรของการมวิเตชัน่เทากบั 0.1, คาทีเ่หมาะสมของพารามเิตอรของคา population size เทากบั 100และคาทีเ่หมาะสมของพารามเิตอรของคา generations เทากบั 50 ดงันัน้ คาพารามเิตอรในการทำงานของวธิีเจเนตกิอลักอรทิมึตามคาทีเ่หมาะสมในวธิตีางๆ ดงักลาวจะทำใหไดประสทิธภิาพการทำงานดทีีส่ดุ ในการแกปญหาการจดัตารางการผลติของโรงงานเมลทลัอลัลอย ผวูจิยัไดนำปญหาการจดัตารางการผลติ 4 ปญหา ทำการทดสอบและเปรยีบเทยีบผลคาของคำตอบ พบวาวธิทีีห่าคาคำตอบไดดทีีส่ดุ คอื วธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ (GA) และวธิกีาร longest processing time ; LPT ซึง่จากการทดสอบกบัปญหาการจดัตารางการผลติทีป่ญหาจำนวนงาน13 งาน จำนวนสถานงีาน 3 สถานงีาน, ปญหาจำนวนงาน 23 งาน จำนวนสถานงีาน 5 สถานงีาน และปญหาจำนวนงาน 27 งาน จำนวนสถานงีาน 4 สถานงีาน ไดผลของการคนหาคำตอบเทากบัคาขอบเขตต่ำสดุ (lowerbound) ในสวนของปญหาจำนวนงาน 17 งาน จำนวนสถานงีาน 5 สถานงีาน เปนลกัษณะของปญหา np-hardวธิขีองเจเนตกิอลักอรทิมึสามารถหาคาคำตอบไดเขาใกลคาขอบเขตต่ำสดุ จากการเปรยีบเทยีบวธิกีารในการหา


คาคำตอบของการจดัตารางการผลติวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึสามารถหาคาคำตอบไดด ีทำใหโรงงานเมลทลัอลัลอยมทีางเลอืกในการเลอืกนำผลของคำตอบการจดัตารางการผลติมาใช เพือ่แกไขปญหาไดตามวตัถปุระสงคตรงตามเปาหมาย และสามารถนำไปใชในการเพิ่มประสิทธิภาพของการดำเนินการในโรงงาน ไดอยางมีประสิทธิผลสูงสุดคำสำคญั : ปญหาการจดัตารางการผลติ วธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ

Abstract

The goal of this study is to create the highest efficiency production work schedule. The followingmethods were used to design and develop the program to solve the problems : first in-first out (FIFO),shortest processing time (SPT), longest processing time (LPT), early due date (EDD), and minimizeslack. The researcher had developed the genetic algorithm (GA) method which is the holistic methodused for comparing the production scheduling outcome. Efficiency of the genetic algorithm wasexamined by designing a factorial 23 test for finding an appropriate parameter value using anovamethod. It was found that the appropriate value of the crossover, mutation, population size, andgeneration were equal to 1, 0.1, 100, and 50, respectively. This helped create a highest efficiency inthe management of work schedule.

With regards to 4 problems in the management of work schedule testing of the mental alloyed factory,it was found that the GA and LPT methods could provide the best work value. Based on the examiningof problems in the production scheduling for 13 tasks of 3 task stations, problems in 23 task of 5 taskstations, and problems in 27 tasks of 4 task stations, the value finding was found at a lower bound. Inthe case of problems in 27 tasks of 5 task stations, the NP-Hard problem was found. The GA methodcould provide the best work value, making the mental alloyed factory has alternatives for the productionscheduling. Besides, it could be employed for an increase of the efficiency in the operation of thisfactory.Keywords : Job scheduling problem, Genetic algorithm method

1. บทนำ

ในการปฏิบัติการจัดตารางสำหรับระบบการผลิต หรือการใหบริการขององคกรนั้น ผูจัดตารางจะตองมีปฏิสัมพันธ กับหนวยงานอื่นอีกเปนจำนวนมาก เพื่อใหไดมาซึ่งตารางการผลิตที่มีประสิทธิภาพ[2] การจัดตารางการผลิตแบบสั่งผลิต (job shop)เปนการผลติทีม่กีารสัง่ผลติจากลกูคา เพือ่ใหเสรจ็ทนั

เวลาสงมอบตามกำหนดเวลาของลกูคา การจดัตารางการผลิตเปนปญหาที่พบในการผลิตโดยทั่วไป ถามีการแกไขโดยใชวิธีการการจัดตารางการผลิตที่ดีมาชวย กจ็ะทำใหลดเวลาในการผลติ ซึง่สงผลใหตนทนุในดานตางๆ ลดลง ปญหาทีพ่บในการจดัตารางการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมสวนใหญจะใชความชำนาญของบคุลากรฝายวางแผนเปนผจูดัตารางการผลิตใหกับแรงงาน และเครื่องจักร โดยมิไดคำนึงถึง


วาวธิกีารทีน่ำมาใชนัน้ อาจใชระยะเวลายาวนานเกนิไปในการผลิต

ในการวางแผนการจัดตารางการผลิตในปจจุบัน ไดนำวิธีการทางคอมพิวเตอรมาชวยในการแกปญหา เพือ่ใชในการตดัสนิใจของฝายวางแผน เพือ่ลดความเสีย่ง และการสญูเสยีในดานตางๆ โรงงานที่มกีารวางแผนทีด่ ีมปีระสทิธภิาพในกระบวนการควบคุมยอมจะสงผลใหตนทุนในการผลิตต่ำลง แตทั้งนี้ตองคำนึงถึงเวลาในกระบวนการผลิต และการกำหนดงานใหกับเครื่องจักร หรือสถานีงานอยางมีประสทิธภิาพ ซึง่บางครัง้อาจเกดิปญหาทางดานการจดัตารางการทำงานใหกบัสถานงีาน และเครือ่งจกัรที่มรีะยะเวลายาวนาน ซึง่จะทำใหทรพัยากรตางๆ ทีจ่ดัสรรเขาสกูระบวนการผลติแลวแตไมสามารถผลติเสรจ็ตามระยะเวลาที่กำหนด

ในกระบวนการผลิตอัลลอยจากอลูมิเนียมหลอ,งานประกอบสแตนเลส และงานประกอบเหลก็อติาล ีเปนผลผลติหลกัของโรงงานเมลทลัอลัลอย ซึง่เปนผผูลติทีม่ยีอดขายเดอืนละ 2 – 3 ลานบาท โดยมีกำลังการผลิตตั้งแต 15 งาน ถึง 20 งาน เปนตนการผลติจะตองมกีารตดิตัง้นอกสถานที ่ในแตละเดอืนจะมีปริมาณการผลิตมากบางนอยบางไมเทากันศนูยกระจายสนิคาและจดัจำหนายสนิคามี 5 จงัหวดัไดแก จงัหวดัอตุรดติถ,จงัหวดัพษิณโุลก, จงัหวดัแพร,จังหวัดขอนแกน และจังหวัดลำปาง การจัดตารางการผลติ ใหกบัสถานงีาน หรอืแรงงานใชวธิกีารจดังานโดยพนักงานในโรงงาน ซึ่งพบวามีระยะเวลาในการทำงานยาวนานมาก

งานวจิยันีจ้งึไดออกแบบพฒันาโปรแกรม เพือ่การจดัตารางการผลติ ใหกบัสถานงีาน และแรงงานของโรงงานเมลทลัอัลลอย เพือ่เปรยีบเทยีบกฎการจดัตารางการผลติ กบัวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ และเลอืกวธิีการทีด่ทีีส่ดุ เพือ่ใชในการปฏบิตังิานในโรงงาน

2. ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวของ

2.1 ปญหาของการจัดตารางการผลิต

ลักษณะของปญหาการจัดลำดับงานและตารางการผลิตเปนปญหาประเภท np-hard แบบcombinatorial optimization [1,4] ซึง่หมายถงึ ปญหาที่ใชเวลาในการหาคำตอบยาวนาน และเมื่อมีขนาดของปญหาที่มากขึ้นลักษณะปญหาจะเปนแบบเอ็กซโปเนเชียล เมื่อปญหามีเพิ่มขึ้น ในกรณีที่มีงานอยู nงาน สามารถจดัตารางการผลติ ได n! การแกปญหาการจัดตารางการผลิต สามารถทำได โดยวิธีทางคณิตศาสตร เพื่อหาคาต่ำสุดของรูปแบบทางคณิตศาสตร เชน วิธีโปรแกรมเชิงเสน (linearprogramming),วธิแีตกกิง่และขอบเขต (branch andbound) หรอืวธิกีารหาคาทีด่ทีีส่ดุทางฮวิ รสิตกิในวธิีตาง ๆ เชน วธิขีอง campbell dudok and smith, วธิีการของ nawaz enscore ham ฯลฯ นอกจากนีย้งัมีการนำเอาคอมพวิเตอรเขามาชวยในการแกไขปญหาเพือ่ความถกูตองแมนยำและสะดวกรวดเรว็ แกปญหาตรงตามวัตถุประสงค แตอยางไรก็ตามเมื่อภาคอุตสาหกรรมมีการพัฒนามากขึ้นยอมสงผลใหการออกแบบการจัดตารางการผลิต มีความซับซอนมากขึ้นตามไปดวย การแกไขโดยการคำนวณโดยใชวิธีการแบบเดมิอาจทำไดยาก และใชระยะเวลานาน

การแกปญหาในการจดัตารางการผลติเกดิขึน้โดย Henry เปนผูที่ ไดพัฒนาการจัดตารางการผลิตอยางงาย โดยใชแผนภูมิแกนท (gantt chart)ตัง้แตป ค.ศ.1971 โดยแผนภมูแิกนท แสดงถงึกจิกรรมทีเ่กดิขึน้ ซึง่จะแสดงในรปูเสนแถบ (bar) ตามเวลาในแนวนอน วิธีนี้เปนวิธีที่เกาแกที่รูจักกันดี และนิยมใชกันอยางแพรหลายในปจจุบัน


2.2 ทฤษฎแีละงานวจิยัทีเ่กีย่วของ

ในการจดัตารางการทำงานของโรงงานเมลทลัอัลลอย จะใชความชำนาญของพนักงาน หรือใชคอมพิวเตอรโดยโปรแกรมพื้นฐานมาชวยในการจัดบาง ซึ่งอาจจะใชเวลาและคาเวลาของงานที่อยูในระบบนานกวาความเปนจรงิ ในการวดัประสทิธภิาพของการจดัตารางการผลติ แสดงดงันี้

ในการจดัตารางการทำงานของโรงงานเมลทลัอัลลอย จะใชความชำนาญของพนักงาน หรือใชคอมพิวเตอรโดยโปรแกรมพื้นฐานมาชวยในการจัดบาง ซึ่งอาจจะใชเวลาและคาเวลาของงานที่อยูในระบบนานกวาความเปนจรงิ ในการวดัประสทิธภิาพของการจดัตารางการผลติ แสดงดงันี้

เวลางานทีอ่ยใูนระบบ (flow time)

1

1 n

jj

F Fn =

= ∑ (1)

เวลางานสาย (lateness)i i iL C d= − (2)

เวลางานสายเฉลีย่ (mean lateness)__

1

1 n

jj

L Ln =

= ∑ (3)

เวลางานลาชาเฉลีย่ (mean tardiness)__

1

1 n

jj

T Tn =

= ∑ (4)

(1) แบบจำลองในการแกปญหาการจดัตารางการผลิตกำหนดคาตัวแปรดังนี้

m = จำนวนสถานงีาน หรอืกลมุงานn = จำนวนของงาน

Pi = เวลาทีใ่ชในการทำงานที ่iCi = เวลางานเสรจ็ที ่idi = เวลานดัสงลกูคาทีง่าน iLi = เวลางานที่ทำเสร็จกอนเวลาหรือ

หลังเวลานัดสงงานTi = เวลาเสร็จงานกอนหรือหลังวันนัด

สงงานxik = มอบหมายใหสถานงีาน k ทำงาน i

จะมคีาเปน 1 และเปน 0 ถาไมเปนไปตามเงื่อนไข

yjl = มอบหมายใหสถานงีาน l ทำงาน jจะมคีาเปน 1 และเปน 0 ถาไม เปนไปตามเงื่อนไข

Cmax = เวลาสิ้นสุดการทำงานของชุดงานหรอื เรยีกอกีอยางวา คาเมคสแปน(makespan) แบบจำลองในการแกไขปญหาการจัดตารางการผลิตซึ่งแสดงคาสมบูรณแบบไบนารี่(binary) หรือ 0 ,1 ถาเปนไปตามเงือ่นไขของสมการ ดงัแสดงสมการ

Minimize Cmax

max iC C 1 i n≥ ∀ ≤ ≤ (5)

i i C P 0 1 i n− ≥ ∀ ≤ ≤ (6)m

ikk 1

X 1 1 i n=

≤ ∀ ≤ ≤∑ (7)

ijkl ikZ X 1 i,j n, 1 k,l m≤ ∀ ≤ ≤ ∀ ≤ ≤ (8)

ijkl jlZ X 1 i,j n, 1 k,l m≤ ∀ ≤ ≤ ∀ ≤ ≤ (9)


(2) ทฤษฎทีีเ่กีย่วของDer-Horng Lee et al, (2006) ไดนำวธิกีาร

เจเนตกิอลักอรทิมึมาใชในการจดัตารางการทำงานใหกบัเครนในทาเรอืในประเทศสงิคโปร ซึง่ในการศกึษาวิจัยนี้ทำใหไดผลการจัดตารางการทำงานของเครนที่จะทำใหใชเวลาในการหาคาคำตอบทีด่ทีางดานเวลาและไดเลอืกวธิกีารครอสโอเวอร (crossover) และการมิวเตชั่น (mutation) อยางละหนึ่งแบบมาใชในกระบวนการของเจเนตกิอลักอรทิมึ [5]

Y Zhu and A Lim, (2005) ไดเสนอวธิกีารจดัตารางการทำงานโดยมีวัตถุประสงค เพื่อลดระยะเวลาในการทำงานใหมคีาเมคสแปนต่ำทีส่ดุ โดยใชวธิีแบรชแอนดบาวค (branch and bound ; B&B ) และวธิกีารอบออนจำลอง (simulated annealing ; SA)[6]

Kap Hwan and Young-Man, (2004) ไดทำการศกึษาวธิกีารจดัตารางการทำงานของเครนทีใ่ชขนถาย คอนเทนเนอรในทาเรอื โดยไดนำวธิกีารหาคาmixed-integer - programming Model มาใชในการหาคำตอบรวมกับการหาคาทางฮิวริสติก (heuristicalgorithm) และการใชวธิี branch and bound ; B&Bรวมกับวิธี greedy randomized adaptive searchprocedure ; GRASP ผลทีไ่ดในการหาคาทีม่ปีญหาขนาดใหญ พบวาการหาคาโดยวิธี B&B และวิธีการGRASP จะหาคาคำตอบดานเวลาไดด ี [3]

จากทฤษฎีงานวิจัยที่เกี่ยวของผูวิจัยไดนำมาพัฒนา เพื่อปรับปรุงวิธีการเพื่อใชในการแกปญหาการจัดตารางการผลิต ใหกับโรงงานเมลทัลอัลลอยโดยการพัฒนาโปรแกรมการจัดตารางการผลิต เพื่อจุดมุงหมายในการลดเวลาในการดำเนินการ

(3) วธิกีารจดัตารางการผลติ และวธิฮีวิรสิตกิวธิกีาร first in - first out ; FIFO เปนวธิกีารที่

นิยมใชสำหรับการจัดตารางแบบงาย และเหมาะสมกับการจัดตารางการทำงานใหกับคนงานเขาทำงานตามสถานีงาน และวิธีการนี้เหมาะสมกับมนุษยมากที่สุด

วธิกีาร shortest processing time ; SPT เปนวิธีการจัดตารางที่เลือกงานใดๆ ที่ใชเวลาในการทำงานนอยที่สุด จะไดรับการจัดเขาเปนอันดับแรกงานทีใ่ชเวลานอยเปนลำดบัที ่ 2, 3 และ 4 จนกระทัง่ถงึอนัดบัที ่ n จดัเรยีงลำดบัตามมา

วธิกีาร longest processing time ; LPT งานที่ใชเวลาในการทำงานมากที่สุด จะไดรับการจัดตารางใหเขาทำงานบนเครือ่งจกัร หรอืสถานงีานกอน

วธิกีาร early due date ; EDD เปนวธิกีารที่เลือกเวลาที่นัดสงลูกคานานที่สุดมาเขาเครื่องจักรหรือสถานีงานกอนและตามดวยงานที่นัดสงที่เวลานอยตามมา จดัเขาทำงานตามลำดบั

วธิกีาร minimize slack เปนวธิกีารหาคาเฉลีย่ของ slack ที่เกิดขึ้นบนแตละหนวยงาน สำหรับคาslack ของงาน จะหาไดจากการนำคาเวลาทีจ่ะตองใชทั้งหมดในหนวยผลิต ลบออกดวยเวลาที่จะถึงกำหนดสงงาน และเลอืกคาทีน่อยมาทำงานกอน

วธิกีารเจเนตกิอลักอรทิมึ (genetic algorithm ;GA) วิธีเจเนติกอัลกอริทึม ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นโดยฮอลแลนด (holland) ค.ศ 1975 เปนเทคนคิการหาคาเหมาะสมที่สุดวิธีหนึ่ง ซึ่งจัดอยูในกลุมของวิธีการหาคาความเหมาะสมโดยวิธีการประมาณ ขั้นตอนของวิธี เจเนติกอัลกอริทึมมีรากฐานมาจากทฤษฎีววิฒันาการของ ชารล ดารวนิ (charles darwin) โดยอางอิงจากแนวคิดเรื่องการอยูรอดของผูที่เหมาะสม


ที่สุด (survival of the fittest) การทำงานของวิธีเจเนตกิอลักอรทิมึนัน้ จะเปนไปในลกัษณะของการหาคำตอบแบบคูขนาน (parallel search) โดยการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับคำตอบ (solution) หรือสมาชิกของประชากร (individual) ภายในประชากร(population) 1 รนุนัน้ เปนไปเพือ่การสำรวจพืน้ทีใ่นการคนหา (search space) และสงเสรมิใหมกีารถายทอดคณุลกัษณะทีด่ ี(fit characteristics) ของคำตอบที่ไดคนพบในรุนปจจุบันไปยังรุนถัดไป

การเขารหัสโครโมโซม (chromosomeencoding) เปนสวนหนึ่งของขั้นตอนวิธีเจเนติกอัลกอริทึมที่สำคัญ ในการเขารหัสของปญหาการจัดตารางการผลติ โดยนำขนาดของปญหาการจดัตารางการผลิต นำมาจัดเรียงในบิท เรียกวาโครโมโซม(chromosome) ดงัรปูที ่ 1 และนำไปสขูัน้ตอนวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ ดงัรปูที ่2

รปูที ่1 แสดงโครโมโซมของการจดัตารางการผลติ

รปูที ่2 แสดงขัน้ตอนวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ

3. ปญหาการจัดตารางการผลิตของการผลิตในโรงงานเมลทัลอัลลอย

ปญหาการจัดตารางการผลิต ของโรงงานเมลทัลอัลลอย ผูวิจัยไดคนพบปญหาการจัดตารางการผลิตใหกับพนักงานที่มีการทำงานเปนกลุมหรือเรียกวาสถานีงาน การจัดตารางการผลิตโดยทั่วไปจะใชวิธีการในความชำนาญของพนักงานฝายวางแผนการผลติ เปนผจูดัตารางการผลติ และมอบหมายงานใหสถานีงาน ดังนั้น การดำเนินการในกระบวนการผลติพบปญหาเรือ่งงานลาชาไมทนักำหนดการนดั

สงลูกคา หรือใชระยะเวลาในการผลิตที่ยาวนานจึงทำใหเกดิตนทนุทีไ่มควรเกดิขึน้ในการผลติ ในขัน้ตอนของการผลิตในโรงงานเมลทัลอัลลอย สวนใหญเปนการเชือ่มประกอบ และการตดิตัง้ทีห่นางาน เชน งานประตอูลัลอย, งานประกอบโครงสแตนเลส, งานประกอบเหล็กอิตาลี และงานซอมบำรุงใหกับลูกคาทั่วไปซึ่งจะมรีะยะเวลาการทำงาน (processing time) และวนักำหนดสงใหกับลูกคาที่ชัดเจน ดังแสดงตัวอยางตารางที ่1


ตารางที ่1 แสดงตวัอยางตารางการผลติ ทีม่กีารสัง่ผลติ เวลาการทำงานและวนันดัสงลกูคา

4. วิธีการดำเนินการวิจัย

ในการดำเนนิการวจิยั ไดทำการออกแบบและพัฒนาโปรแกรมเพื่อการแกไขปญหาการจัดตารางการผลติ ของโรงงานเมลทลัอลัลอย ในการออกแบบผวูจิยัไดดำเนนิการตามขัน้ตอน ดงันี้

4.1 การออกแบบพฒันาโปรแกรมจดัตารางการผลติ

ไดประยกุตวธิกีาร FIFO, วธิกีาร SPT, วธิกีารLPT, วธิกีาร EDD, วธิกีาร minimize slack และวธิีการเจเนตกิอลักอรทิมึ (GA) โดยการออกแบบตามวธิีการเรียงลำดับตามกฎ และวิธีการฮิวริสติกโดยใชวิธีเจเนติกอัลกอริทึม ซึ่งมีหลักการออกแบบในการ

นำขอมูลเขาตามจำนวนงาน และสถานีงาน เชนมจีำนวนงานทีจ่ะนำมาจดัตารางการผลติจำนวน 13งาน มจีำนวนสถานงีาน 3 สถานงีาน (13x3) เปนตนการประมวลผลจะมีการกำหนดโดยผูใชโปรแกรมที่หนาตางของโปรแกรม ดงัรปูที ่3 ในการกำหนดวธิกีารหรอืการใชวธิกีารจดัตารางการผลติโดยทัว่ไป ทีจ่ะนำมาจดัตาราง เพือ่การกำหนดคาตางๆ ทีเ่ปนคาพืน้ฐานหรอืคาพารามเิตอรของวธิกีารเจเนตกิอลักอรทิมึ และขั้นตอนตอไปเปนการประมวลผล และวิเคราะหผลโดยผลจะแสดงเปน คาเมคสแปน หรอืเวลางานเสรจ็ทีต่่ำสดุ (Cmax)ดงัแสดงขัน้ตอนการออกแบบโปรแกรมในรปูที่ 3


รปูที ่ 3 แสดงการออกแบบขัน้ตอนวธิกีารจดัตารางการผลติแบบทัว่ไป และวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ

จากรูปที่ 3 แสดงขั้นตอนการออกแบบโปรแกรมที่ใชแกไขปญหาการจัดตารางการผลิตการออกแบบไดเลอืกวธิกีารทัว่ไป ใชวธิกีารจดัตารางการผลิตแบบทั่วไปในการจัดตารางการผลิต และวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ ทีม่กีารออกแบบการกำหนดคาพารามิเตอรของการครอสโอเวอร แบบ ordercrossover และการมวิเตชัน่ แบบ insertion mutationกอนการประมวลผล ออกแบบโปรแกรมใหมีการนำเขาของขอมูลปญหาการจัดตารางการผลิตโดยออกแบบใหมีขั้นตอนการเลือกวิธีการจัดตารางการผลติโดยผใูช หรอืการเลอืกใหโปรแกรมประมวลผลโดยใชวธิกีารจดัตารางทัง้หมด เพือ่เปรยีบเทยีบผลการจัดตารางการผลิต ซึ่งโปรแกรมทำงานบนวินโดว

(windows) ดงัแสดงรปูที ่4 และแสดงการเลอืกวธิกีารจัดตารางการผลิต และวิธีเจเนติกอัลกอริทึม เพื่อวิเคราะหผลปญหาการจัดตารางการผลิตของโรงงาน

รปูที ่4 แสดงการนำขอมูลปญหาการจัดตารางการผลิตเขาโปรแกรม

รปูที ่5 แสดงการเลือกแบบเพื่อการวิเคราะหผล


รปูที ่6 แสดงรูปแบบโปรแกรมจัดตารางการผลิตและแสดงการวิเคราะหผล

4.2 การทดสอบหาคาพารามเิตอรทีเ่หมาะสม ของวธิีเจเนติกอัลกอริทึม

วตัถปุระสงคเพือ่หาคาความเหมาะสมในการเริม่ตนใสคาพารามเิตอรใหกบัโปรแกรม เพือ่วเิคราะหปญหาการจัดตารางการผลิต โดยโปรแกรมจะคำนวณคาพารามิเตอรขนาดของประชากรที่สุม(population size ) กับจำนวนรุน (generations)เปอรเซนตการครอสโอเวอร (crossover) เปอรเซนตการมวิเตชัน่ (mutation) โดยแสดงคาระดบัปจจยั และปจจยัในการออกแบบการทดสอบ ดงัตารางที ่2

จากตารางที ่2 การทดสอบหาคาความเหมาะสมของคาพารามเิตอร จะไดคาทีเ่หมาะสมกบัปญหาการจดัตาราการผลติที ่13 งาน จำนวนสถานงีาน 3 สถานงีานและปญหาการจัดตารางการผลิตที่ 23 งาน จำนวนสถานงีาน 5 สถานงีาน เนือ่งจากการสมุปญหาขนาดเลก็ และปญหาขนาดใหญ การออกแบบวเิคราะหเชงิแฟกทอเรยีล 23 ออกแบบการทดสอบ 8 การทดสอบในการทดสอบจะตองเก็บคาเมคสแปนต่ำสุด เพื่อเปรียบเทียบคาเวลาการประมวลผล และคาขอบเขตต่ำสดุ จากการทดสอบจะใช replicate เพือ่ทีจ่ะนำมาวเิคราะหผลโดยใช anova โดยหาความแปรปรวนของคาพารามิเตอรของวิธีเจเนติกอัลกอริทึม ดังแสดงผลตารางที ่3

ตารางที ่2 แสดงคาระดับปจจัยในการทดสอบ

ตารางที ่3 แสดงผลการวเิคราะหหาคาความเหมาะสมของคาพารามิเตอรของวิธีเจเนติกอัลกอริทึม

5. ผลการศกึษา

ในการศกึษานีไ้ดนำวธิกีารจดัตารางงานโดยทัว่ไป และพฒันาวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึ มาใชในการแกปญหาการจัดตารางการผลิตของโรงงานเมลทัลอัลลอย ไดนำปญหาที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตที่พบคือ การใชระยะเวลาการผลิตที่มากของชุดงาน ซึ่งมีการจัดตารางการผลิตโดยพนักงาน ดังนั้น ในการพัฒนาโปรแกรม เพื่อเปรียบเทียบคนหาคำตอบที่ดีที่สุด กอนการตัดสินใจในการสั่งผลิต การวิเคราะหขอมูลของปญหา โดยใชเครื่องคอมพิวเตอร pc


(pentium (R) CPU 3.4 GHz,ramddr-2533 MB)ในการวิเคราะหผลการจัดตารางการผลิต

การจดัตารางการผลติ ของโรงงานเมลทลัอลัลอยผูวิจัยไดนำปญหางานที่มีการสั่งผลิตโดยลูกคาและฝายผลิต มาทำการทดสอบ 100 การทดสอบ(replicate) ซึ่งแตละปญหาแสดงผลของคำตอบที่ไดนำมาเปรยีบเทยีบผลทางดานการหาคาทีด่ขีองแตละวธิ ี โดยจะวดัคาเมคสแปน (makespan) หรือ Cmaxของชุดงานนั้นๆ ดังแสดงปญหาในการทดสอบตารางที ่4

ตารางที่ 4 แสดงปญหาการจัดตารางการผลิตของโรงงานเมลทัลอัลลอย

จากตารางที ่4 แสดงปญหาของการจดัตารางการผลติ ของโรงงานเมลทลัอลัลอย จำนวน 4 ชดุงานซึ่งในแตละชุดงาน มีจำนวนงาน และจำนวนสถานีงานไมเทากนั เนือ่งจากสถานงีานบางสถานเีปนผรูบัเหมาภายนอกโรงงาน บางเดอืนผรูบัเหมางานอาจไมไดรบังาน จงึเปนเหตใุหสถานงีานลดลง สวนภายในโรงงานมี 3 สถานีงาน เปนกลุมพนักงานในโรงงานเมลทัลอัลลอย

ผู วิ จั ย ได นำปญหามาวิ เคราะห โดยใชโปรแกรมการจดัตารางการผลติ ใหกบัสถานงีานของโรงงานเมลทลัอลัลอยปญหาของงานนำมาหาคาขอบเขตต่ำสดุ (lower bound) โดยใชโปรแกรมวเิคราะหเพือ่ใชเปรยีบเทยีบการจดัตารางการผลติ และแสดงการวเิคราะหผลการจดัตารางการผลติ ดงัตารางที ่5

ตารางที ่5 แสดงผลการทดสอบปญหาการจดัตารางการผลติ ปญหา 17 งาน 5 สถานงีาน (17x5)

จากตารางที่ 5 แสดงการวิเคราะหผลการจัดตารางการผลติ 17x5 ไดผลเฉลยของงานทีม่คีางานที่ดีที่สุด คือ วิธีเจเนติกอัลกอริทึม (GA) ไดคาเวลาของชุดงานที่ดีที่สุดเทากับ 18 วัน โปรแกรมใชเวลาทำงาน 1 วนิาท ี ไมไดคาขอบเขตต่ำสดุ และแสดงการทดสอบปญหา 13 งาน 3 สถานงีาน ดงัแสดงตารางที่6



จากตารางที่ 6 แสดงการวิเคราะหผลการจัดตารางการผลติ 13x3 ไดผลเฉลยของงานทีม่คีางานทีด่ทีีส่ดุ คอื วธิกีาร longest processing time ; LPTไดคาเวลาของชุดงานที่ดีที่สุดเทากับ 19 วัน และวิธีเจเนตกิอลักอรทิมึ (GA) ไดคาเวลาของชดุงานทีด่ทีีส่ดุเทากบั 19 วนั โปรแกรมใชเวลาทำงาน 1 วนิาท ีทัง้สองวิธีไดคาขอบเขตต่ำสุดเทากับ 19 วัน และแสดงการทดสอบปญหา 23 งาน 5 สถานีงาน ดังแสดงตารางที ่7

ตารางที ่7 แสดงผลการทดสอบปญหาการจัดตารางการผลติ ปญหา 23 งาน 5 สถานงีาน (23x5)

จากตารางที่ 7 แสดงการวิเคราะหผลการจัดตารางการผลติ 23x5 ไดผลเฉลยของงานทีม่คีางานทีด่ทีีส่ดุ คอื วธิกีาร longest processing time ; LPTไดคาเวลาของชุดงานที่ดีที่สุดเทากับ 24 วัน และวิธีเจเนตกิอลักอรทิมึ (GA) ไดคาเวลาของชดุงานทีด่ทีีส่ดุเทากับ 24 วัน โปรแกรมใชเวลาทำงาน 1 วินาทีทัง้สองวธิไีดคาขอบเขตต่ำสดุเทากบั 24 วนั และแสดงการทดสอบปญหา 27 งาน 4 สถานีงาน ดังแสดง


จากตารางที่ 8 แสดงการวิเคราะหผลการจัดตารางการผลติ 27x4 ไดผลเฉลยของงานทีม่คีางานที่ดีที่สุด คือ วิธีเจเนติกอัลกอริทึม (GA) ไดคาเวลาของชุดงานที่ดีที่สุดเทากับ 24 วัน โปรแกรมใชเวลาทำงาน 2 วนิาท ีไดคาขอบเขตต่ำสดุเทากบั 41 วนั

6. สรปุผลการศกึษาและอภปิราย

การศึกษาการแกปญหาการจัดตารางการผลติของโรงงานเมลทลัอลัลอย ไดออกแบบพฒันาวธิีการจดัตารางการผลติโดยใชวธิกีารแบบทัว่ไปและการพัฒนาวิธีการเจเนติกอัลกอริทึม เพื่อเปรียบเทียบผลการจัดตารางการผลิตในรูปแบบโปรแกรมคอมพวิเตอร โดยวธิกีาร เจเนตกิอลักอรทิมึ และไดออกแบบหาคาความเหมาะสมของคาพารามเิตอรทีด่ีพบวาขนาดของประชากรที่สุม (population size)เทากับ 50 จำนวนรุน (generations) เทากับ 100เปอรเซนตการครอสโอเวอร (crossover) เทากับ


1 และเปอรเซนตการมวิเตชัน่ (mutation) เทากบั 0.1จงึจะใหคาการคนหาคำตอบทีด่ขีองวธิเีจเนตกิอลักอรทิมึซึ่งผลเฉลยจากการทดสอบปญหาการจัดตารางการผลิตของโรงงานเมลทัลอัลลอย จำนวน 4 ปญหาพบวาโปรแกรมที่พัฒนา สามารถจัดตารางการผลิตเพือ่ เปรยีบเทยีบการใชวธิกีารจดัตารางการผลติแบบทั่วไปกับวิธีการเจเนติกอัลกอริทึมได ซึ่งผลจากการวเิคราะหปญหาทัง้ 4 ปญหา ไดคาขอบเขตต่ำสดุ3 ปญหา และวิธีที่หาคาคำตอบไดดี คือ วิธีเจเนติกอลักอรทิมึ (GA) และวธิแีบบ longest processing time;LPT ซึ่งทั้งสองวิธีสามารถหาคำตอบคาขอบเขตต่ำสดุได ดงัแสดงการเปรยีบเทยีบผลการจดัตารางการผลติ รปูที ่7

รปูที ่7 แสดงการเปรียบเทียบวิธีการจัดตารางการผลิตแบบทั่วไปและวิธีเจเนติกอัลกอริทึม

สรุปไดวาโปรแกรมจัดตารางการทำงานโรงงานเมลทัลอัลลอยที่พัฒนาสามารถจัดตารางการผลิตไดตามวัตถุประสงค และมีประสิทธิภาพดานการจัดตารางการผลิต เพื่อเปรียบเทียบผลการจัดตารางกอนที่จะมีการสั่งผลิต และประการสำคัญยังเปนเครื่องมือและวิธีการที่ชวยวางแผนงานดานการผลติในโรงงาน ใหมปีระสทิธภิาพมากยิง่ขึน้

7. กติตกิรรมประกาศ

ขอขอบพระคณุมหาวทิยาลยัราชภฏัอตุรดติถที่สนับสนุนทุนวิจัย โรงงานเมลทัลอัลลอย และอาจารยดร.สุปรียา คำฟู ที่ชวยชี้แนะแนวทางในการดำเนนิการวจิยั และทีใ่หขอมลู สถานทีใ่นการดำเนนิการวิจัย


[1] Bish E, Leong T,Li c, Ng J, Simchi –Levi D.Analysis of a new vehicle schedulinglocation problem. Naval Research Logistics.2001;8(48):1002-1024.

[2] Chutima P. The scheduling technique ofoperations. Publishers ChulalongkornUniversity. (In Thai).

[3] Kim K H, Park Y M. A crane schedulingmethod for part container terminals.Operational Research. 2004;156(204):752–768.

[4] Hawaz M, Enscore E, Ham I. A heuristicalgorithm for the m-marching n-job flowshow equencing. Omega. 1983;11(1):11-95.

[5] Lee D H, Wang H W, Miao L. Quay caneseheduling with non-interference constraintsin port container terminals. ELSEVIER.2008;4(2):124-135.

[6] Zhu Y, A Lim. Crane Scheduling withnon-crossing constraint. Journal of theOperational Research Society 2006;57(12):1464-1471.



การปรบัปรงุคณุสมบตักิากดนิขาวเพือ่ใชเปนวสัดชุัน้ทางStabilization industrial waste of kaolin for road materialอรณุเดช บญุสงู*Aroondet Boonsung*ภาควชิาโยธาและการออกแบบ มหาวทิยาลยัราชภฏัอตุรดติถ จงัหวดัอตุรดติถ 53000



บทความฉบับนี้เสนอผลการศึกษาคุณสมบัติดานกำลังของกากดินขาวปรับปรุงดวยปูนซีเมนตและเถาลอย เพื่อใชเปนวสัดชุัน้ทางในการกอสรางถนน โดยแปรผนัปรมิาณซเีมนต เถาลอย และอายกุารบม เพือ่หาคาทีเ่หมาะสมของวสัดชุัน้ทางปรบัปรงุตามเกณฑมาตรฐาน จากการศกึษาพบวากากดนิขาวซึง่เปนกากอตุสาหกรรมจากการคดัแยกอนภุาคดนิขาว เมือ่นำมาปรบัปรงุคณุสมบตัจิะเกดิการพฒันากำลงัขึน้ไดอยางรวดเรว็ในชวงแรกของอายกุารบมโดยคากำลงัรบัแรงจะมคีาสงูขึน้ตามปรมิาณสารเชือ่มประสานทีใ่ชปรบัปรงุและอายกุารบม โดยสามารถพฒันาคากำลังรับแรงอัดแกนเดียว (UCS) และกำลังรับแรงแบกทาน (CBR) ใหสูงขึ้นผานตามเกณฑการเปนวัสดุชั้นรองพื้นทางดินซีเมนต (ทล-ม. 206/2532)และชั้นพื้นทางดินซีเมนต (ทล-ม. 204/2532) ตามมาตรฐานกรมทางหลวงไดคำสำคญั : ดนิซเีมนต ดนิขาว การปรบัปรงุคณุสมบตัดินิ รองพืน้ทาง พืน้ทาง

Abstract

This paper presents the result of strength properties of Industrial waste of kaolin improved by cementand fly ash for road material. Series of test were conducted by different content (1) cement (2) fly ashand (3) curing time to determine the appropriated components between cement and fly ash for gettingthe strength according standard criterion. This study found that the strength of industrial waste ofkaolin which is improved by cement and fly ash is rapidly increasing development in early of curingtime. The strength test with unconfined compressive strength (UCS) and California Bearing Ratio (CBR)shown that the strength of the improved kaolin was increased by amount binder and curing timeaccording to the Department of Highway of Thailand.Keywords : Soil cement, Kaolin, Soil improvement, Subbase, Base

*Corresponding author. Tel.:055-411-096 ext 1361 Email address: [email protected]

47-57


1. บทนำ

ถนนเปนสาธารณูปโภคแบบหนึ่งของระบบการขนสงทางบกทีม่กีารใชงานมากทีส่ดุเมือ่เทยีบกบัการขนสงทางบกรูปแบบอื่น ดังนั้นถนนจึงไดรับการพฒันาทัง้วธิกีารและวสัดทุีใ่ชกอสรางมาอยางตอเนือ่งโดยมุงหมายใหเกิดความแข็งแรงสามารถรับน้ำหนักบรรทุกจากยานพาหนะไดโดยไมเกิดความเสียหายดังนั้นวัสดุที่ ใชจะตองสามารถรับน้ำหนักหรือแรงกดไดสงูซึง่โดยทัว่ไปประกอบดวยหนิคลกุสำหรบัชั้นพื้นทางและดินลูกรังสำหรับชั้นรองพื้นทางวัสดุคดัเลอืก และดนิคนัทาง ในบางพืน้ทีไ่มสามารถจดัหาวสัดทุีม่คีณุภาพได จงึใชสารผสมเพิม่ผสมกบัมวลดนิเพื่อใหมีคุณสมบัติทางวิศวกรรมตามวัตถุประสงคการใชงานเชน การใชเถาลอย ปูนขาวและซีเมนตในการปรับปรุงคุณสมบัติเมื่อปริมาณของวัสดุปรับปรุงและอายุการบมเพิ่มมากขึ้นทำใหการกระจายตัวของดินลดลง [1] นอกจากนั้น ผลของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นจะทำใหเกิด Ca(OH)2 ซึ่งจะแตกตัวเปน Ca2+

ทำปฏกิริยิากบัสารประกอบ CSH และ CAH จงึทำใหคากำลงัรบัแรงอดัแกนเดยีวมคีาเพิม่ขึน้ตามระยะเวลาการบมดวย [2] สวนการใชเถาลอยรวมกบัซเีมนตนัน้จะทำใหคากำลังรับแรงเพิ่มขึ้นได เชนเดียวกันเนือ่งจากการเพิม่ขึน้ของแร Silica ใหกบัดนิซึง่จะทำใหปฏกิริยิาขัน้ที ่2 (Secondary Reaction) ในดนิซเีมนตเกดิขึน้ไดอยางสมบรูณ [3] อกีทัง้เถาลอยในดนิซเีมนตยังทำหนาที่เปนวัสดุกระจายตัวทำใหอนุภาคเม็ดดินซีเมนตที่มีขนาดใหญแตกตัวทำใหมีขนาดที่เล็กลงสงผลใหซี เมนตทำปฏิกิริยากับนำ้ไดดีขึ้น หรืออาจกลาวไดวากำลังรับแรงของดินซีเมนตผสมเถาลอยนั้นจะแปรผันตามอิทธิพลรวมของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นจากปริมาณซีเมนตและการกระจายตัวของดนิจากปรมิาณเถาลอยในรปูของอตัราสวนแทนทีแ่ละความละเอยีดของเถาลอย [4]

ดินขาวถูกนำไปใชประโยชนเพื่อเปนวัตถุดิบในภาคอุ ตสาหกร รมอย า งกว า ง ขวา ง ได แกอุตสาหกรรมกระดาษ สีน้ำมัน เครื่องสำอาง และเครื่องปนดินเผา แตการนำไปใชงานตองคัดแยกเฉพาะสวนที่เปนอนุภาคเนื้อดินขาวแทๆ เทานั้น ซึ่งจะมปีรมิาณไมมากนกั ดงันัน้ผลทีต่ามมาคอืของเหลอืที่เกิดจากกระบวนการขัดแยกซึ่งเรียกวา กากดินขาวที่มีปริมาณมากกวารอยละ 70 โดยน้ำหนัก สถานประกอบการจะกองเก็บกากดินขาวไวในที่โลงทำใหเกิดการฟุงกระจาย เกิดเปนมลพิษทางอากาศตอชุมชนหรือพื้นที่ขางเคียง ในประเทศไทยมีแหลงดินขาวกระจายอยูทั่วประเทศ เชน เชียงราย ลำปางอตุรดติถ ปราจนีบรุ ีระนอง ชมุพร และนราธวิาส โดยมจีำนวนเหมอืงดนิขาวเปดทำการทัว่ประเทศรวม 64เหมอืงใหผลผลติของเนือ้ดนิขาวถงึ 420,164.9 ตนั [5]

บทความฉบับนี้เสนอผลการศึกษาคุณสมบัติดานกำลังของกากดินขาวปรับปรุงคุณภาพดวยปูนซีเมนตและเถาลอย เพื่อใชเปนแนวทางในการปรับปรุงวัสดุชั้นทางในการกอสรางถนน โดยเปนการนำวัสดุเหลือใชมาทำใหเกิดประโยชนและชวยลดปญหาดานสิ่งแวดลอม

2. ทบทวนวรรณกรรม

2.1. การใชประโยชนกากของเหลืออุตสาหกรรมในงานธรณีเทคนิค

ปจจุบันไดมีการศึกษาวัสดุทดแทนวัสดุธรรมชาตกินัอยางกวางขวางการนำกากอตุสาหกรรม(Industrial waste) ไปใชเปนวสัดกุอสรางมแีนวโนมที่จะเพิม่มากขึน้ทกุปเชน การใชเถาลอย (Fly Ash) หรอืตะกรันจากการถลุงเหล็ก (Slag) เปนสารผสมเชื่อมประสาน (Cement Admixture) การนำเอาคอนกรตีเกา (Demolition Waste) แทนมวลหยาบในคอนกรตีใหมหรือนำเอาไปใชเปนวัสดุชั้นพื้นทางสำหรับ


การกอสรางถนน เนือ่งจากดานธรณวีศิวกรรมเปนงานทีม่ขีนาดใหญตองใชวสัดกุอสรางปรมิาณมาก ดงันัน้จึงตองศึกษาคุณสมบัติหลักของกากอุตสาหกรรมเหลานัน้ ใหดเีสยีกอนนำไปใชโดยกากทิง้อตุสาหกรรมนั้นตองไมเปนพิษ (Non-Hazardous, N) มีความสามารถในการใชงานไดดี (Improvability, I)คณุสมบตัขิองวสัดคุอนขางสม่ำเสมอ (Compatibility,C) และมีตนทุนต่ำเมื่อนำมาใชงาน (Economic, E)หรอืเรยีกวา “NICE Criteria” [6]

รปูที ่1 แนวทางการพิจาณานำกากอุตสาหกรรมมาใชอยางมศีกัยภาพ [6]

กรกต โนภิระ (2554) ไดทำการศึกษาสมบัติเชิงกลของเถาหนักแมเมาะที่ปรับปรุงดวยปูนซีเมนตเพื่อใชเปนวัสดุชั้นรองพื้นทางและชั้นพื้นทางทดแทนวัสดุมวลรวมธรรมชาติพบวาที่ปริมาณปูนซีเมนต

รอยละ 2.58 และ 8.00 สามารถปรบัปรงุคณุสมบตัิของเถาหนักเพื่อใชในการกอสรางชั้นรองพื้นทางได[7] นอกจากนัน้สยาม ยิม้ศริ ิและคณะ(2552) ยงัไดศึกษาการนำตะกรันเหล็กโมปรับปรุงคุณสมบัติดวยปนูซเีมนตพบวาตะกรนัเหลก็มคีา Crushing Strengthที่สูงและดูดซึมน้ำต่ำจึงทำใหลดการวิบัติของชั้นทางภายใตน้ำหนักลอที่มากและความชื้นที่สูง และทำใหความหนาของชัน้พืน้ทางนอยกวาการใชหนิคลกุ [8]

2.2. การพัฒนากำลังในดินปรับปรุงคุณสมบัติดวยซีเมนตและเถาลอย

ปูนซีเมนตจะทำหนาที่ผลิตสารเชื่อมประสานจากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น (Hydration Reaction) เมื่อสมัผสักบัน้ำโดยเปนปฏกิริยิาหลกัในรปูของ CSH และCAH (Calcium Silicates Hydrated and CalciumAluminate Hydrated)

2C3S+6H2O C3.S2.3H2O+3CH (1)2C2S+4H2O C3.S2.3H2O+CH (2)

ในขณะเดยีวกนัเถาลอยทีม่คีณุสมบตัเิปนวสัดปุอซโซลานจะทำใหเกิดปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนประจุไฟฟา(Cation Exchange) และปฏิกิริยาปอซโซลานิค(Pozzolanic Reaction) ทั้งหมดทำใหเกิดเปนสารเชือ่มประสานยดึเหนีย่วอนภุาคของเมด็ดนิเขาดวยกนันอกจากนั้นการผสมซีเมนตและเถาลอยเขาดวยกันยังทำใหเกิดผลิตภัณฑของ Ca(OH)2 (CalciumHydroxide) ที่ไปทำปฏิกิริยาปอซโซลานิคกับ SiO2และ Al2O3 เกดิเปนสารเชือ่มประสานขึน้อกีซึง่อยใูนรปูของ CSH และ CAH โดยปฏิกิริยาดังกลาวขางตนสามารถแสดงไวดังสมการตอไปนี้ประกอบดวยปฏกิริยิาการเกดิ Ca(OH)2 ในปนูซเีมนต [9]


2(2CaO.SiO2)+4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+ Ca(OH)2 (3)

2(3CaO.SiO2)+6H2O CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2 (4)

2(2CaO.Al2O3)+4H2O 3CaO.2Al2O3.3H2O+Ca(OH)2 (5)

2(3CaO.Al2O3)+6H2O 3CaO.2Al2O3.3H2O+3Ca(OH)2 (6)

ปฏกิริยิาระหวางสารประกอบ Ca(OH)2 รวมกบัเถาลอย

3Ca(OH)2 + 2SiO 2 3CaO.2SiO2.3H2O (7)

3Ca(OH)2 + 2Al2O3 3CaO.2 Al2O3.3H2O (8)

สดุนรินัด เพชรรตัน (2550) ศกึษาพฤตกิรรมกำลังรับแรงแบกทานของหินฝุนผสมปูนซีเมนตโดยการทดสอบ CBR พบวาแนวโนมการพัฒนากำลังจะแปรผนัตามปรมิาณปนูซเีมนตและอายกุารบมโดยเมื่อเพิ่มปริมาณปูนซีเมนตและอายุการบมจะทำใหกำลังรับแรงแบกทานมีคาสูงขึ้น [10] อภิสิทธิ์ กล่ำเหมง็ และอนริทุธ ธงไชย (2548) ไดศกึษาพฤตกิรรมการรบัแรงอดัของดนิแกรนติปรบัปรงุดวยเถาลอยผสมปนูซเีมนตโดยพบวา การเพิม่ขึน้ของกำลงัอดัหลงัอายุการบม 7 วันในกรณีที่ผสมดวยเถาลอยและซีเมนตจะคอนขางนอยเมื่อเทียบกับการผสมดวยปูนซีเมนตเพียงอยางเดียว และเมื่อบดอัดดวยคาความชื้นที่ต่ำกวา OMC จะทำใหคากำลงัอดัลดลง ทัง้นีค้าดวานาจะเปนผลมาจาก เกดิการแตกหกัของเมด็ดนิเนือ่งจากใชพลังงานในการบดอัดที่สูง [12] นอกจากนี้สุรชัย โกเมนธรรมโสภณ และคณะ (2554) และประภาส วนัทอง และคณะ (2554) ไดศกึษาการปรบัปรงุคุณภาพดินเหนียวออนดวยเถาชานออยรวมกับปนูขาวและเถาแกลบรวมกบัปนูขาว ตามลำดบัพบวาคากำลังรับแรงอัดแกนเดียว (UCS) จะมีคาเพิ่มขึ้นตามปริมาณของสารเชื่อมประสาน และคากำลังรับแรงอดัแกนเดยีวในชวง 0 – 7 วนั พฒันาขึน้อยางรวดเรว็และหลงัจาก 7 วนัแนวโนมการพฒันาจะลดต่ำลง[12] และ [13] อนริทุธ ธงไชย และอรณุเดช บญุสงู

(2553) ศกึษาคณุสมบตัดิานกำลงัของชัน้ดนิเชยีงใหมที่ถูกปรับปรุงดวยซีเมนตและเถาลอยในการสรางเสาเขม็ดนิซเีมนต จากการทดสอบแรงอดัแกนเดยีวพบวาการพฒันากำลงัเกดิขึน้ไดอยางรวดเรว็ในชวงแรกของอายุการบม โดยความสัมพันธระหวางความเคนกับความเครียด (Stress-Strain Relationship)ในตัวอยางที่มีปริมาณเถาลอยผสมอยูมากเปนแบบยดืหยนุ และเมือ่ลดปรมิารเถาลอยใหเหลอืเพยีง 10%ทีอ่ายกุารบมเทากนัจะเปลีย่นพฤตกิรรมเปนแบบวสัดุแข็งเปราะซึ่งภายหลังการวิบัติแรงเคนจะลดลงอยางดวยเร็ว

3. วิธีการดำเนินงาน

กากดินขาวตัวอยางที่ใชในการศึกษาครั้งไดเกดิจากกระบวนการคดัแยกเนือ้ดนิขาวของโรงแตงแรในจงัหวดัอตุรดติถ คณุสมบตัติางๆ ของกากดนิขาวไดแสดงไวดงัตารางที ่1 โดยจากการทดสอบการกระจายตวัของเมด็ดนิพบวากากดนิขาวประกอบไปดวยสวนที่เปนทราย 76.14 % ดนิตะกอน 21.14 % และดนิเหนยีว2.72% ปูนซีเมนตที่ใชในการศึกษาเปนปูนซีเมนตปอรตแลนตประเภทที่ 1 และเถาลอยที่ใชไดจากโรงผลิตกระแสไฟฟ าแม เมาะจั งหวั ดลำปางองคประกอบทางเคมีของเถาลอยไดแสดงไวตารางที่2

รปูที ่2 กากดนิขาวทีอ่อกมาจากกระบวนการคดัแยก


รปูที ่3 กากดินขาวที่กองเก็บเพื่อรอการกำจัด

ตารางที ่1 คุณสมบัติของกากดินขาว

ตารางที ่2 องคประกอบทางเคมีของเถาลอย

รปูที ่4 ลักษณะการกระจายตัวของกากดินขาว

รปูที ่5 ลำดับขั้นตอนการดำเนินงาน

การเตรยีมตวัอยางจะนำกากดนิขาวผสมดวยสารเชื่อมประสานระหวางปูนซีเมนตและเถาลอย(C:F) ในสัดสวนรอยละ 1 (C0:F1, C0.5:F0.5 และC1:F0), รอยละ 2 (C0:F2, C1:F1 และ C2:F0) และรอยละ 4 (C0:F4,C2:F2 และ C4:F0) โดยน้ำหนกัของ


ดนิแหงโดยตวัเลขหลงัอกัษร C และ F หมายถงึคารอยละในสวนผสมนัน้ (C0:F1 = Cement 0 % : Fly Ash1% ) ปริมาณน้ำที่ใชผสมคือปริมาณน้ำที่เหมาะสม(OMC) จากการทดสอบบดอดัแบบสงูกวามาตรฐาน(Modified Compaction Test)

รปูที ่6 การทดสอบกำลังรับแรงอัดแกนเดียว

การทดสอบกำลั ง รั บแรงอั ดแกน เดี ยว(Unconfined Compressive Strength, UCS) จะทำโดยอนโุลม (ทล-105/2517) โดยใชกอนตวัอยางทีไ่ดจากการบดอัดในแบบหลอมาตรฐานขนาด ∅4″x 4.6″ การบมกอนตวัอยางใชฟลมถนอมอาหารหมุแลวรอครบอายุการบม โดยจะทดสอบที่อายุการบม3, 7, 14 และ 28 วัน โดยกอนตัวอยางจะถูกนำไปแชน้ำนาน 2 ชัว่โมงกอนทดสอบจนกอนตวัอยางวบิตัิสวนการทดสอบกำลังรับแรงแบกทาน (CaliforniaBearing Ratio, CBR) จะทำทั้งในกรณีที่ไมแชน้ำ(Unsoaked) และแชน้ำ (Soaked)ทีอ่ายกุารบม 7 วนัในทุกสวนผสม

รปูที ่7 การทดสอบกำลังรับแรงแบกทานทั้งแบบแชน้ำและไมแชน้ำ

4. ผลการทดสอบ

4.1 การทดสอบกำลงัรบัแรงอดัแกนเดยีว (UCS)

รปูที ่8 แสดงความสมัพนัธระหวางคากำลงัรบัแรงอัดแกนเดียวกับอายุการบมของกากดินขาวปรับปรงุคณุสมบตัดิวยซเีมนตและเถาลอยในทกุสวนผสมโดยจะเห็นไดวาการพัฒนากำลังจะเพิ่มขึ้นอยางรวดเรว็ในชวงแรกของอายกุารบม (0-3วนั) ซึง่คากำลงัรบัแรงอัดที่มีซีเมนตเปนสารเชื่อมประสารเพียงอยางเดยีวทีร่อยละ 1%, 2% และ 4% ทีอ่ายกุารบม 28 วนัมคีาเทากบั 9, 18.4 และ 28 kg/cm2 ตามลำดบั และมีแนวโนมที่สามารถพัฒนากำลังรับแรงอัดไดเพิ่มขึ้นอีก ในกรณีที่ใชซีเมนตรวมกับเถาลอยเปนสารเชื่อมประสานในสดัสวน (C0.5:F0.5, C1:F1 และ C2:F2)กำลงัรบัแรงอดัมคีาเทากบั 4.7, 11 และ 23.1 kg/cm2

โดยมีแนวโนมการพัฒนากำลังในรูปแบบที่คลายกับกรณีแรก สวนการใชเถาลอยเปนสารเชื่อมประสารเพยีงอยางเดยีว (C0:F1, C0:F2 และ C0:F4) จะใหคากำลังรับแรงอัดที่คอนขางต่ำแมวาจะเพิ่มปริมาณเถาลอยเปน 2 เทาโดยมแีนวโนมวาไมสามารถพฒันากำลังอัดใหสูงขึ้นกวานี้แมวาจะเพิ่มอายุการบม


รปูที ่8 ความสัมพันธระหวางกำลังรับแรงอัดแกนเดียว (UCS) กับอายุการบมของกากดินขาวผสมซีเมนตและเถาลอย

จากผลการทดสอบนีอ้าจกลาวไดวาเนือ่งจากเถาลอยเปนวัสดุ Pozzolan จึงไมอาจทำใหเกิดการพัฒนากำลังไดสูงขึ้นดวยการเพิ่มปริมาณเถาลอยเพียงอยางเดียว ดังนั้นซีเมนตจึงเปนสวนประกอบที่สำคัญของการปรับปรุงคุณสมบัติอันเปนผลมาจากปฏกิริยิา Hydration ซึง่จะเกดิขึน้ไดอยางรวดเรว็และมอีทิธพิลตอการพฒันากำลงัไดมากกวาการเพิม่เพยีงปรมิาณเถาลอย บมตางๆจะเกดิขึน้ในระดบัทีส่งูกวาโดยสังเกตไดจากลักษณะความชันของเสนกราฟ ซึ่งอาจกลาวไดวาการเพิ่มปริมาณซีเมนตมีอิทธิตอการพัฒนากำลังไดมากกวาอายุการบม รูปที่ 9 แสดงความสัมพันธระหวางการพัฒนากำลังรับแรงอัดแกนเดยีวกบัปรมิาณซเีมนตทีอ่ายกุารบมตางๆซึง่แสดงใหเห็นวาคากำลังรับแรงอัดจะมีคาเพิ่มขึ้นตามปริมาณซีเมนตและอายุการบม โดยอัตราการพัฒนากำลังที่อายุการบม3, 7 และ 14 วัน มีคาเทากับ 51.8%,83.1% และ 97.6% ตามลำดบั เมือ่เทยีบกบักำลงัรบัแรงอัดที่อายุ 28 วัน สวนผลของการเพิ่มปริมาณซเีมนตทีอ่ายกุารรปูที ่10 และ 11 แสดงความสมัพนัธระหวางการพฒันากำลงัรบัแรงอดักบัปรมิาณเถาลอย

และซเีมนตรวมกบัเถาลอยโดยทัง้ 2 กรณแีสดงใหเหน็ถงึการพฒันากำลงัทีม่รีปูแบบคลายคลงึกนัซึง่คาดวาเปนอิทธิพลจากการเพิ่มปริมาณของเถาลอยแตจะเกิดขึ้นไมมากในกรณีที่ใชเถาลอยเปนสารเชื่อมประสานเพียงอยางเดียว โดยมีคากำลังรับแรงอัดอยูในชวงเพยีง 1 – 2 kg/cm2 ในขณะทีก่ารใสซเีมนตรวมกบัเถาลอยทีร่อยละของสารเชือ่มประสานเทากบั 1%,2% และ 4% ทำใหคากำลงัรบัแรงอดัเพิม่ขึน้อยางเหน็ไดชัดที่ทุกอายุการบม

รปูที ่9 การพัฒนากำลังรับแรงอัดแกนเดียวโดยใชซีเมนตเปนสารเชื่อมประสานเพียงอยางเดียว

รปูที ่10 การพัฒนากำลังรับแรงอัดแกนเดียวโดยใชเถาลอยเปนสารเชื่อมประสานเพียงอยางเดียว


รปูที ่11 การพัฒนากำลังรับแรงอัดแกนเดียวโดยใชซีเมนตรวมกับเถาลอยเปนสารเชื่อมประสาน

4.2 การทดสอบกำลงัรบัแรงแบกทาน (CBR)

รปูที่ 12 ถงึ 14 แสดงความสมัพนัธระหวางคากำลังรับแรงแบกทานของกากดินขาวปรับปรุงคุณสมบัติดวยซีเมนตรวมกับเถาลอยที่รอยละ 1, 2และ 4 ตามลำดับ การใชเถาลอยเปนสารเชื่อมประสานเพยีงอยางเดยีว (C0:F1, C0:F2 และ C0:F4) ทำใหกำลังรับแรงแบกทานเพิ่มขึ้นโดยมีคาเทากับ3%, 4% และ12% ในกรณ ีsoaked และ 5%, 47%และ 69% ในกรณ ีUnsoaked สวนการใชซเีมนตรวมกบัเถาลอย (C0.5:F0.5, C1:F1 และ C2:F2) ทำใหคากำลงัรบัแรงแบกทานมคีาเพิม่สงูขึน้ เนือ่งจากการเพิม่ปรมิาณเถาลอยในสวนผสมจะทำใหปรมิาณของสารเชือ่มประสานเพิม่และชวยเสรมิปฏกิริยิาทางเคมีใหเกดิไดมากยิง่ขึน้จากปฏกิริยิาขัน้ที ่2 (SecondaryReaction) โดยมคีาเทากบั 17%, 27% และ61% ในกรณ ีsoaked และ 19%, 35% และ 73% ในกรณีUnsoaked และการใชซีเมนตเปนสารเชื่อมประสานเพยีงอยางเดยีวนัน้ทำใหคากำลงัรบัแรงแบกทานทีไ่ดนั้นมีคาคอนขางสูงแมจะใชปริมาณเพียงรอยละ 1โดยจะใหคาเทากบั 30, 69 และ 79 ในกรณ ีsoakedและ 47, 83 และ 90 ในกรณี Unsoaked

รปูที ่14 กำลังรับแรงแบกทาน (CBR) ของกากดินขาวผสมซเีมนตและเถาลอยรอยละ 4

รปูที ่12 กำลังรับแรงแบกทาน (CBR) ของกากดินขาวผสมซเีมนตและเถาลอยทีอ่ตัราสวนรอยละ 1

รปูที ่13 กำลังรับแรงแบกทาน (CBR) ของกากดินขาวผสมซเีมนตและเถาลอยทีอ่ตัราสวนรอยละ 2


ตารางที ่3 การเปรยีบเทยีบคากำลงัรบัแรงแบกทาน

ΔΔΔΔΔ = คารอยละการลดลงของกำลังรับแรงแบกทานจากการทดสอบ CBR ระหวางกอนตัวอยางกรณี soaked และunsoaked

ขอมูลขางตนจะเห็นไดวาคากำลังรับแรงแบกทานในกรณี Soaked จะใหคาที่ต่ำกวากรณีUnsoaked ทัง้นีอ้าจเนือ่งจากผลติภณัฑของปฏกิริยิาทางเคม ี (Reaction Products) ในชวงแรกทำใหเกดิการกอตัวและจับตัวกันแนนของสารเชื่อมประสานเมีอ่มนี้ำจากภายน้ำมาทำปฏกิริยิาเพิม่ จงึสงผลใหดนิซีเมนตเกิดการแตกราวจากการแพรกระจายของสารเชื่อมประสานทำใหกำลังรับแรงมีคาลดลง โดยคากำลังรับแรงแบกทานของกากดินขาวปรับปรุงคุณสมบัติดวยซีเมนตและเถาลอยทุกสวนผสมสามารถสรุปไดดังแสดงในตารางที่ 3 จากการพิจารณาคาหนวยน้ำหนักของกากดินขาวปรับปรุงคุณสมบัติดวยซีเมนตและเถาลอยที่ทุกสวนผสมพบวาไมมีนัยตอการแปรเปลี่ยนของคาหนวยน้ำหนักแหงสูงสุด โดยจะมีคาประมาณ 1,900 kg/m3 การบวมตวัของตวัอยางทีแ่ชน้ำเกดิขึน้นอยมาก โดยอยใูนชวงรอยละ 0.6 -3

5. วิเคราะหผลการทดสอบ

ผลการทดสอบ UCS แสดงใหเห็นวาซีเมนตและเถาลอยสามารถปรบัปรงุกำลงัรบัแรงอดัของกากดนิขาวได โดยการพฒันากำลงัจะเกดิขึน้อยางรวดเรว็ในชวงแรกของอายุการบมและจะมีคาเพิ่มสูงขึ้นตามปรมิาณสารเชือ่มประสานและอายกุารบม มาตรฐานรองพื้นฐานดินซีเมนต (Soil Cement Subbase) ที่ทล.ม. 206/2532 และพื้นทางดินซีเมนต (SoilCement Base) ที่ ทล.ม. 204/2533 ไดกำหนดคาUCS เพือ่ใชในการออกแบบชัน้ทางดงักลาวขางตนไวเทากับ 7 kg/m2 และ 17.5 kg/m2 ตามลำดับ จากขอมลูดงัแสดงในภาพที ่8 พบวาคา UCS ผานเกณฑมาตรฐาน ดังนั้นจึงมีความเปนไปไดที่จะนำกากดินขาวปรบัปรงุคณุสมบตัซิเีมนตและเถาลอยเปนวสัดชุัน้ทาง สวนการทดสอบ CBR พบวาคากำลงัรบัแรงแบกทานมีคาเพิ่มสูงขึ้นจากเดิมกอนการปรับปรุง ตามปริมาณสารเชื่อมประสานทั้งในกรณี Soaked และUnsoaked


การวิเคราะหผลการศึกษากากดินขาวปรับปรงุคณุสมบตัดิวยซเีมนตและเถาลอยสามารถสรปุไดดังตอไปนี้

(1) การพฒันากำลงัรบัแรงอดัจากการทดสอบUCS จะเกดิขึน้ไดอยางรวดเรว็ในชวงแรกของอายกุารบม และจะมคีาเพิม่ขึน้ตามปรมิาณสารเชือ่มประสานและอายุการบม

(2) ซเีมนตและเถาลอยสามารถปรบัปรงุกำลงัรับแรงแบกทานจากการทดสอบ CBR ไดทั้งในกรณีSoaked และ Unsoaked โดยการทดสอบในกรณีSoaked จะใหคาทีต่่ำกวากรณ ีUnsoaked

(3) อัตราสวนที่เหมาะสมของการนำกากดินขาวปรบัปรงุคณุสมบตัดิวยซเีมนตและเถาลอยเพือ่ใช


เปนชั้นรองพื้นทางดินซีเมนต (ทล-ม. 206/2532)ประกอบดวย C1:F0, C1:F1 และชัน้พืน้ทางดนิซเีมนต(ทล-ม. 204/2532) ประกอบดวย C2:F0, C2:F2 และC4:F0


งานวิจัยนี้ไดรับการสนับสนุนจากทุนอุดหนุนการวิจัยของ คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏอุตรดิตถ


[1] �ok�a E. Use of Class C Fly Ashes for theStabilizationof an Expansive Soil. Journalof Geotechnical & GeoenvironmentalEngineering. 2001; 127(7): 568-573.

[2] Lambe TW, Michells AS, Moh ZC.Improvement of Soil-Cement with AlkaliMetal Compounds. Highway ResearchBoard Bull. 1959; 241: 67-103.

[3] Kumpala A, Katkan W, Horpibulsuk S.Unconfined compressive strength of siltyclay stabilized by cement and rice huskash. Proceeding of the 12th NationalConvention on civil Engineering; 2007 May2-4; Phitsanulok. Naresuan University;2007. GTE p.176-182. (In Thai)

[4] Raksachon Y, Horpibulsuk S. Fly ash-Adispersing Material in Cement StabilizedClay. Proceeding of The 14th NationalConvention on Civil Engineering; 2009 May13-15; Nakhonratchasima. SuranareeUniversity of Technology; 2009. GTE p.251-256. (In Thai)

[5] Rapjaturpuch L. Kaolin. Tripod Home.(Cited 1998 Dec); Availablefrom: http://cpairat.tripod.com/kaolin

[6] Nontananandh S. EnvironmentalGeotechnology for Potential WasteUtilization. (Cited 1995). Availablefrom:http://www.thaiengineering.com

[7] Nopira K. Mechanical Proprety Improvementof Mae Moh Bottom Ash for Road Base.Proceeding of The 16th. NationalConvention on Civil Engineering; 2011 May18–20; Chonburi. Mahidol University; 2011.MAT 021. p.1-11. (In Thai)

[8] Yimsiri S, Uthairuang K, Phasue N.Utilization of Steel Slag for Road BedConstruction. Proceeding of The 14thNational Convention on Civil Engineering;2009 May 13-15; Nakhonratchasima.Suranaree University of Technology; 2009.MAT p.267-272. (In Thai)

[9] Housman MR. Engineering Principles ofGround Modification. Sydney: McGraw –Hill Publ. Co; 1990.

[10] Phetcharat S. Shearing Resistance of DustStone Mixed Cement by CBR Method.Proceeding of The 12th National Conventionon Civil Engineering; 2007 May 2-4;Phitsanulok. Naresuan University; 2007.MAT p.35-40. (In Thai)


[11] Grammeng A, Thongchai A. Compressivestrength behaviors of cement-fly ashstabilized granitic soil. Proceeding of The10th National Convention on CivilEngineering; 2005 May 2-4; Chonburi. KingMongkut’s Institute of TechnologyLadkrabang; 2005. GTE p.1-6. (In Thai)

[12] Gomentamsopon S, Wanthong P, Kanta A,Hemmoon P. Soft Clay Improvement UsingBagasse Ash and Hydrated Lime.Proceeding of The 16th NationalConvention on Civil Engineering; 2011 May18 – 20; Chonburi. Mahidol University;2011. GTE 063 p.1-9. (In Thai)

[13] Wanthong P, Sangdet N, Srigarwin W,Chantawan E. Clay Improvement usingRice Husk and Hydrate Lime. Proceedingof The 16th National Convention on CivilEngineering; 2011 May 18-20; Chonburi.Mahidol University; 2011. GTE 064 p.1-9(In Thai)

[14] Thongchai A, Boonsung A. StrengthProperties of Soil –Cement – Fly Ash forDeep Mixing Stabilization in Chiang MaiSubsoil. Journal of Industrial Technology.2010; 4(2): 19-27. (In Thai)



ผลกระทบของพารามเิตอรการเชือ่มตอมมุเงยสำหรบักระบวนการเชือ่มวงจรอเิลก็ทรอนกิสEffect of welding parameter on pitch angle for electronic circuit processธนพงศ ปญจติ* กนตธร ชำนปิระศาสน และ กรีต ิสลุกัษณThanapong Punchit*, Kontorn Chamniprasart and Keerati Sulaksnaสาขาวชิาวศิวกรรมเครือ่งกล มหาวทิยาลยัเทคโนโลยสีรุนาร ีจงัหวดันครราชสมีา 30000

Received November 2011Accepted January 2012


การเชือ่มมคีวามสำคญัตอการประกอบวงจรอเิลก็ทรอนกิส กระบวนการดงักลาวมพีารามเิตอรหลายตวัทีต่องควบคมุเพือ่ใหการเชือ่มมคีณุภาพ ไดแก กำลงัไฟฟา เวลาของการเชือ่ม อตัราการปอนกาซเฉือ่ย แรงกดของหวัเชือ่มและตำแหนงของการเชือ่ม การศกึษาคณุลกัษณะและผลกระทบของพารามเิตอรแตละตวัจงึมคีวามสำคญัตอการปรับปรุงคุณภาพงานเชื่อม งานวิจัยนี้ศึกษาผลกระทบของพารามิเตอรดังกลาวที่มีตอมุมเงยตัวของชิ้นงานหลังเชื่อม วิธีบ็อกซ-เบหนเคนถูกนำมาใชออกแบบการทดสอบ พารามิเตอรของเครื่องเชื่อมถูกแปรคาการทดสอบบนชวงที่การเชื่อมเกิดขึ้นได ขอมูลการทดสอบถูกนำไปวิเคราะหทางสถิติโดยใหความสนใจความแปรปรวนเปนหลกั จากนัน้นำไปสรางความสมัพนัธระหวางมมุเงยตวัและพารามเิตอรการเชือ่ม แบบจำลองทีไ่ดบงชีถ้งึผลกระทบของแตละปจจัยที่มีตอมุมเงยตัวซึ่งนำไปสูการปรับใชในกระบวนการเชื่อมไดคำสำคญั : การเชือ่ม การออกแบบการทดลอง มมุเงย สมการความสมัพนัธ วธิบีอ็กซ-เบหนเคน

Abstract

Laser welding process plays important role in assembling the small component. In the process, thereare many parameters that must be controlled in order to yield the good welding quality such as currentpower, welding time, inert gas feed rate, pressing force, and welding position. An understanding in thecharacteristics of those parameters makes the engineers to improve the quality of welding. This researchstudies the effects of those influent parameters to the pitch angle of the welding joints. The Box-Behnkenmethod is investigated for design the experiment. The parameters for controlling the machine arevaried within the available range of the welding. The experimental data is taken into account for analyzing

59-67

*Corresponding author. Tel.: 044-224-410-1


statistically and the variation of the data is of interest. The experimental data is then taken into accountfor formulating the correlations between the pitch angle and those welding parameters. The correlationscan be used to predict the effect of each parameter to the pitch angle and leading to apply in thewelding process.Keywords : Welding, Design of experiment, Pitch angle, Correlation equation, Box-Behnken method

1. บทนำ

การเชือ่มเปนกระบวนการประสานเนือ้วสัดใุหเขากัน ซึ่งปจจุบันมีหลายประเภทและใชงานอยางแพรหลายในอตุสาหกรรมตางๆ สำหรบัอตุสาหกรรมผลิตชิ้นสวนอิเล็กทรอนิกส ซึ่งประกอบดวยชิ้นสวนขนาดเลก็และตองการความเทีย่งตรงสงูในการประกอบการเชื่อมจึงมักถูกนำมาประยุกตใชในกระบวนการผลิต ขอดีคือ มีความแมนยำในการเชื่อมสูง แตดวยความทีช่ิน้สวนทีเ่ชือ่มมขีนาดเลก็ ผลกระทบจากการเชื่อมมักทำใหเกิดการโกงของชิ้นงานที่ เรียกวาการเงยตัวขึ้น โดยเฉพาะอยางยิ่ง การเชื่อมวงจรอิเล็กทรอนิกส ซึ่งในปจจุบันพบวาความผิดพลาดที่เกิดขึ้นเกิดจากกระบวนการเชื่อมเพื่อประกอบวงจรกับแผนโลหะ ดังนั้นการศึกษาคุณลักษณะและผลกระทบของพารามิเตอรตางๆ ของกระบวนการเชื่อมจึงมีความสำคัญตอการปรับปรุงคุณภาพงานเชือ่ม โดยอาศยัหลกัการการออกแบบการทดลอง และการวเิคราะหขอมลูทางสถติ ิเพือ่ศกึษาพฤตกิรรมและจำลองผลกระทบของพารามิเตอรการเชื่อมใหอยูในรปูแบบสมการความสมัพนัธ ซึง่จะแสดงใหเหน็ถงึการเปลีย่นแปลงคาพารามเิตอรตางๆ ในรปูแบบสมการ

2. ทฤษฎีที่เกี่ยวของ

2.1. การออกแบบการทดลอง

การออกแบบการทดลอง หมายถงึการวางแผนการทดลองเพือ่ใหไดมาซึง่ขอมลูทีเ่หมาะสม สามารถนำไปใชวิเคราะหทางสถิติหาขอสรุปที่สมเหตุผลได

การออกแบบการทดลองเปนสิ่งจำเปนหากตองการหาขอสรุปที่มีความหมายจากขอมูลที่มีอยู ยิ่งถาเปนปญหาที่เกี่ยวของกับความผิดพลาดในการทดลองดวยแลว วธิกีารทางสถติเิปนวธิเีดยีวทีส่ามารถนำมาใชในการวิ เคราะหผลการทดลองนั้นได ดังนั้นสิง่สำคญั 2 ประการสำหรบัการทดลองคอื การออกแบบการทดลอง และการวเิคราะหขอมลูเชงิสถติ ิทัง้สองนี้เกี่ยวของและสืบเนื่องตอกันอยางมาก ทั้งนี้เพราะการวเิคราะหเชงิสถติทิีเ่หมาะสมนัน้ขึน้กบัการออกแบบการทดลองทีน่ำมาใช [7]

2.2. แนวทางการออกแบบการทดลอง

แนวทางการออกแบบการทดลองมีขั้นตอนดงันี ้ [1] (1) ทำความเขาใจปญหา วตัถปุระสงคของการทดลอง สืบหาขอมูลที่เกี่ยวของ (2) เลือกปจจัยระดบั และขอบเขต เพือ่นำมาใชแปรคาในการทดลองกำหนดขอบเขตการแปรคาของปจจัย และกำหนดระดับที่จะเกิดขึ้นในการทดลอง (3) เลือกปจจัยตอบสนองที่จะใหขอมูลเกี่ยวกับกระบวนการที่กำลังศึกษาอยู (4) เลือกการออกแบบการทดลอง ซึ่งจะเกีย่วของกบัจำนวนการทดลอง ลำดบัการทดลองที่ใชเกบ็ขอมลู และการตดัสนิใจวาควรใชวธิบีลอ็กหรอืการสุมอยางใดอยางหนึ่งหรือไม (5) ทำการทดลองตดิตามดกูระบวนการทำงานอยางระมดัระวงัจนแนใจวาทุกอยางเปนไปตามแผน (6) วิเคราะหขอมูลเชงิสถติ ิเพือ่หาผลลพัธและขอสรปุทีเ่กดิขึน้วาเปนไปตามวัตถุประสงคของการทดลองหรือไม มีเหตุผลสนบัสนนุและมคีวามนาเชือ่ถอืหรอืไม และ (7) สรปุ


ผลโดยนำเอาวิธีการทางกราฟมาชวย นอกจากนี้ควรทำการทดลอง เพื่อยืนยันผลและตรวจสอบความถูกตองของขอสรุป


สถติเิปนศาสตรทีเ่กีย่วของกบัการเกบ็รวบรวมนำเสนอ และวิเคราะหขอมูลอยางเปนระบบ เปนเครือ่งมอืชวยอธบิายลกัษณะของขอมลูประมาณคาที่แทจรงิของระบบ [3] จดัแบงได 2 กลมุหลกั ดงันี้

(1) คาแนวโนมสศูนูยกลางของขอมลู (Centraltendency) ใชหาคากลางของขอมลู คานีเ้กีย่วของกบัคาสถิติ 3 คาไดแก (1) คาเฉลี่ย (Mean) ถูกใชเพื่อนำไปใชหาคาเบี่ยงเบนมาตรฐาน (Standarddeviation: S) ของขอมลู (2) คามธัยฐาน (Median)คือคาในตำแหนงกลางของขอมูล ถูกใชเมื่อขอมูลมีความเบมาก และ (3) คาฐานนิยม (Mode) เปนคาความถีส่งูสดุในขอมลูชดุนัน้ ซึง่คาเหลานีจ้ะตองมกีารวเิคราะหกอนวาขอมลูมคีวามเบีย่งเบนโดยธรรมชาติหรือไมเพราะจะมีผลตอคาแนวโนมสูศูนยกลาง

(2) คาการกระจาย (Dispersion) หรอืคาการเปลี่ยนแปลงในระบบ สามารถวัดไดดวยคาทางสถิติหลายคาดวยกนั เชน คาพสิยั (Range) คาความเบีย่งเบนมาตรฐาน คาความแปรปรวน (Variance: S2)เปนตน

คาสถิติทั้ง 2 กลุมจะเปนสวนหนึ่งของการทดสอบเพื่อหาขอสรุปทางสถิติเกี่ยวกับคาเฉลี่ยของระบบในกรณศีกึษาเปรยีบเทยีบกลมุตวัอยางมากกวาสองกลุมขึ้นไป ซึ่งเรียกวาการวิเคราะหความแปรปรวน (Analysis of Variance: ANOVA) เปนวธิหีลกัที่ใชในการวิเคราะหขอมูลที่ไดจากการออกแบบการทดลอง


การออกแบบการทดลองมีหลายวิธี โดยรายละเอียดของการออกแบบการทดลองในการศึกษา

ปจจัยที่ 3 ระดับ มีดังนี้ (1) 3k-p factorial ใชศึกษาปจจัยเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ โดยสามารถประมาณคาผลกระทบเชงิเสน (Linear Effects) และผลกระทบกำลงัสอง (Quadratic Effects) ไดทัง้หมดแตไมเหมาะสมในการศกึษาปจจยัเชงิปรมิาณทัง้หมด(2) 3k full factorial ใชศึกษาปจจัยเชิงคุณภาพและเชงิปรมิาณ ประมาณคาผลกระทบเชงิเสน ผลกระทบกำลังสอง และผลกระทบรวมไดทุกกรณีที่เปนไปไดแตตองใชงบประมาณมาก เนื่องจากจำนวนการทดลองสงูกวาแผนอืน่ๆ โดยหากพจิารณาที ่5 ตวัแปรจะตองทำการทดลองจำนวน 243 การทดลอง (3) CentralComposite Designs (CCD) เหมาะสำหรับศึกษาปจจยัเชงิปรมิาณ แตถามปีจจยัเชงิคณุภาพ 1 ปจจยัก็ยังคงใชวิธีนี้ได ซึ่งประมาณคาผลกระทบเชิงเสนไดทุกคา และเลือกศึกษาผลกระทบกำลังสอง เลือกศกึษาผลกระทบรวม 2 ปจจยัได ซึง่หากพจิารณาที ่5ตวัแปร จะทำการทดลองจำนวน 20 การทดลอง แตในการทดลองจำเปนตองมกีารปรบัคาพารามเิตอรใหเข ากับรูปแบบการทดลองซึ่ งอาจอยูนอกชวงการทดลอง จงึไมยดืหยนุสำหรบัใชในทางปฏบิตัจิรงิ(4) Box-Behnken ใชศึกษาปจจัยเชิงปริมาณ และอาจจะใชศึกษาปจจัยเชิงคุณภาพไดในบางกรณีขึ้นกับจำนวนปจจัย สามารถประมาณคาผลกระทบเชิงเสน ผลกระทบกำลังสอง และผลกระทบรวมของ2 ปจจัยไดทุกคา หากพิจารณาที่ 5 ตัวแปร จะตองทำการทดลองจำนวน 46 การทดลอง จากทีก่ลาวมาจะเห็นวาแบบการทดลองตางๆ มีขอดีขอเสียที่แตกตางกัน จึงควรเลือกการออกแบบการทดลองที่เหมาะสมกับงาน

Box-Behnken (1960) ไดนำเสนอการออกแบบการทดลองแบบ 3 ระดับเพื่อศึกษาตัวแปรเชิงปริมาณ การทดลองแบบ Box-Behnken เปนการทดลองทีม่ปีระสทิธภิาพและนยิมใชมากในกรณศีกึษาปจจัยที่ 3 ระดับ โดยเฉพาะกรณีที่ตองการสรางสมการความสัมพันธเมื่อปจจัยเปนปจจัยเชิงปริมาณ


วธิ ีBox–Behnken จะใชหลกัการของ 22 แฟคทอเรยีลเต็มรูปผนวกกับจุดกึ่งกลางรวมเขาไป งานวิจัยนี้จึงเลือกวิธี Box-Behnken เพราะเหมาะสมภายใตเงื่อนไขที่มีอยูคือจำนวนชิ้นทดสอบ อีกทั้งเปนแบบการทดสอบที่นิยมใชในภาคอุตสาหกรรม เชนการหาสภาวะที่เหมาะสมของเงื่อนไขการเชื่อมแบบแม็กเอ็ม โดยใชเทคนิคการออกแบบการทดลอง [4]และการหาพารามเิตอรทีเ่หมาะสมทีส่ดุของการเชือ่มแบบลวดเชือ่มแกนฟลกัซ สำหรบัเหลก็เอสท ี37 [6]

3. ระเบียบวิธีวิจัย

3.1. การเลือกปจจัย ระดับ ขอบเขต และตัวแปรตอบสนอง

ในงานวิ จั ยนี้ ศึ กษากระบวนการ เชื่ อมวงจรอิเล็กทรอนิกส ซึ่งมีพารามิเตอรผลกระทบที่เกีย่วของดงัแสดงในรปูที ่1

รปูที ่1 พารามเิตอรทีม่ผีลกระทบตอกระบวนการเชือ่ม

การศึกษาพารามิเตอรในครั้งนี้มีการคัดกรองโดยอาศัยหลักความเปนไปไดในการทดสอบและคำแนะนำจากผเูชีย่วชาญ ไดพารามเิตอรทีจ่ะทำการ

ศึกษา 5 ตัวคือ กำลังไฟฟา เวลาของการเชื่อมอัตราการปอนกาซเฉื่อย แรงกดของหัวเชื่อม และตำแหนงของการเชือ่ม โดยพารามเิตอรการเชือ่มทัง้ 5พารามิเตอร สามารถปรับคาไดจากซอฟตแวรของเครือ่งเชือ่ม สำหรบัคณุภาพของงานเชือ่มในขัน้แรกจะพิจารณาความสมบูรณของรอยเชื่อม วาเกิดการไหมบริเวณรอยเชื่อมหรือไม หรือรอยเชื่อมไมตอกันระหวางวงจรที่เชื่อม จากนั้นจึงนำไปตรวจวัดคามุมเงย ซึ่งจะเลือกคานี้เปนตัวแปรตอบสนองที่จะนำมาหาความสมัพนัธของพารามเิตอรตอไป และในการกำหนดระดับของพารามิเตอรเพื่อนำมาเปลี่ยนแปลงคาในระหวางทำการทดสอบนั้นเลือกที่ 3 ระดับ คือระดับต่ำ (-1) ระดับกลาง (0) และระดับสูง (+1)เนื่องจากตองการศึกษาพารามิเตอรอยางละเอียดโดยคาระดบัต่ำคอื คาต่ำสดุของพารามเิตอรทีต่องการศึกษา คาระดับกลางคือ คากลางระหวางคาต่ำที่สุดและมากทีส่ดุทีจ่ะศกึษา และคาระดบัสงูคอื คาสงูสดุของพารามิเตอรที่ตองการศึกษา ซึ่งระดับเหลานี้ถูกเลือกมาจากการปรับคาจากซอฟตแวรที่สามารถปรับคาได กลาวคืออยูในชวงที่การเชื่อมสามารถเกิดขึ้นได โดยไมคำนึงถึงผลกระทบของกระบวนการดงัแสดงในตารางที ่1

ตารางที ่1 ปจจยั ระดบัและขอบเขตของปจจยั


ตารางที ่2 รปูแบบการทดลองแบบ Box-Behnken ที่ไดจากโปรแกรม Minitab

3.2 การเลือกการออกแบบการทดลอง

งานวิจัยนี้ใชการออกแบบการทดลองแบบBox-Behnken เพือ่ศกึษาผลกระทบของปจจยัทีม่ตีอการเงยตวัของวงจรอเิลก็ทรอนกิสหลงัเชือ่ม และสรางแบบจำลองความสัมพันธระหวางมุมเงยตัวกับพารามิเตอรการเชื่อมดวยวิธี Box-Behnken ที่ไดกำหนดระดบัของปจจยัไวที ่3 ระดบั คอื ระดบัต่ำ ระดบักลางและระดับสูง ปจจัยที่ใชในการศึกษามี 5 ปจจัย ดังแสดงในตารางที ่1 รปูแบบการทดสอบถกูสรางขึน้โดยโปรแกรม Minitab ซึง่เปนโปรแกรมดานการวเิคราะหทางสถิติที่ใชกันอยางแพรหลายในภาคอุตสาหกรรมจงึไดรปูแบบการทดสอบทัง้หมด 46 ชดุ โดยแตละชดุมกีารทำซ้ำ 4 ครัง้ เพือ่ประมาณคาความผดิพลาดและประเมนิผลทีเ่กดิจากปจจยัหนึง่ในการทดสอบ ดงันัน้จึงมีจำนวนการทดสอบทั้งสิ้น 184 การทดสอบดังตัวอยางแสดงในตารางที่ 2 โดยใชคาระดับในแตละปจจยั ในตารางที ่1 แทนตวัเลข –1, 0, +1 เพือ่ใชสรางรปูแบบการทดสอบ โดยขัน้ตอนการทดสอบจะอางองิตามคอลมัน Run Order ซึง่เปนลำดบัการทดสอบที่

3.3 การทดสอบ

การทดสอบดำเนินตามแผนการทดลองของBox-Benken ซึ่งมีรูปแบบและระดับการทดสอบดังตารางที ่2 และลกัษณะงานเชือ่มแสดงดงัรปูที ่2 โดยขั้นตอนการเชื่อมจะเริ่มจากหัวเชื่อมเคลื่อนที่ไปยังตำแหนงของการเชือ่มทีเ่ซต็ไว โดยตำแหนงนีว้ดัเทยีบกับแนวกึ่งกลางแผนโลหะ ซึ่งมีคาบวกเมื่อวัดไปทางขวาและเปนลบเมื่อวัดไปทางซาย จากนั้นหัวเชื่อมจะกดลงไปยังแผนโลหะที่วางตัวอยูบนบอรดดวยขนาดแรงกดที่กำหนดไว กำลังไฟฟาหนวยมิลลิวัตตถกูปลอยจากแหลงจายสงผานเขาสหูวัเชือ่มชึง่ทำจากทงัสเตนคารไบน ความตานทานไฟฟาในเนือ้วสัดขุองหัวเชื่อมจะทำใหเกิดความรอนขึ้นเมื่อกระแสไฟฟาไหลผาน โดยสวนปลายหัวเชื่อมจะเกิดความรอนสูงสุดเพราะมีพื้นที่หนาตัดเล็กสุด กำลังไฟฟาจะถูกปลอยดวยชวงเวลาที่กำหนดดวยขนาดมิลลิวินาทีความรอนกอใหเกิดการหลอมแผนโลหะเชื่อมติดกับวงจรของบอรด แกสเฉื่อยซึ่งในที่นี้ใชไนโตรเจนถูกใชเพือ่คลมุบรเิวณเชือ่มปองกนัมใิหออกซเิจนและความชืน้ในอากาศเขาไปรวมตวักบัรอยเชือ่ม ซึง่พารามเิตอรที่เกี่ยวของกับกระบวนการขางตนถูกเซ็ตจากเครื่องเชื่อมและการทำงานเปนไปอยางอัตโนมัติ หลังการเชือ่มเสรจ็แผนโลหะจะเกดิการโกงตวัขึน้ดวยขนาดมมุทีเ่รยีกวามมุเงย ซึง่เปนสิง่ทีไ่มตองการใหเกดิและตองมีการปรับปรุงเพื่อใหไดผลิตภัณฑที่มีคุณภาพ


รปูที ่2 กระบวนการเชื่อมแผนชิป

4. ผลการทดสอบ

ผลการทดสอบถูกนำไปประมวลผลดวยโปรแกรม MINITAB เพือ่วเิคราะหความแปรปรวนและผลกระทบของพารามิเตอรที่มีตอกระบวนการเชื่อมโดยในที่นี้กำหนดตัวแปรตางๆ แทนพารามิเตอรการเชือ่มดงันี ้A แทนกำลงัไฟฟา (mW) B แทนเวลาของการเชือ่ม (ms) C แทนอตัราการปอนกาซเฉือ่ย (kg/h) D แทนแรงกดของหัวเชื่อม (mN) และ E แทนตำแหนงของการเชื่อม (mm) ผลวิเคราะหแสดงในตารางที ่3 โดยแบงเปน 4 สวนคอื การตรวจสอบขอมลูผลการทดสอบ การวเิคราะหคาสมัประสทิธิก์ารตดัสนิใจ การสรางสมการความสัมพันธระหวางมุมเงยกับพารามเิตอรการเชือ่ม และการทดสอบความเหมาะสมของสมการ

4.1 การตรวจสอบขอมูลผลการทดสอบ

ขั้นตอนนี้เปนกระบวนการทางสถิติที่อาศัยการนำกราฟเขามาชวยวิเคราะหขอมูล โดยนิยมทำการตรวจสอบ 3 สวน ไดแก การตรวจสอบการ

กระจายแบบแจกแจงปกติ การตรวจสอบความเปนอิสระของขอมูล และการตรวจสอบเสถียรภาพความแปรปรวน ดงันี้

รปูที ่3 ฮีสโตแกรมแสดงกระจายของขอมูล

การตรวจสอบความเปนอิสระของขอมูล โดยใชแผนภูมิการกระจายสังเกตลักษณะการกระจายของจุดที่แทนขอมูลบนแผนภูมิ วาเปนรูปแบบอิสระหรือไม จากรูปที่ 4 สวนตกคาง (Residual) คือคาประมาณความคาดเคลื่อนที่ขอมูลเบี่ยงเบนไปจากสมการความสัมพันธ และลำดับของขอมูล(Observation Order) จะเห็นไดวาผลการทดสอบมีการกระจายอยางสม่ำเสมอรอบแกนอางอิงศูนยไมเอนเอยีงไปสวนใดสวนหนึง่ แสดงวาขอมลูมคีวามเปนอิสระ

รปูที ่4 ความสัมพันธของสวนตกคางกับลำดับของขอมูล


การตรวจสอบเสถยีรภาพความแปรปรวน โดยใชแผนภูมิการกระจายคาความคาดเคลื่อน จากรูปที่5 พบวาสวนตกคางของผลการทดลองมีการกระจายรอบแกนอางองิศนูยในบางขอมลู แตยงัมอีกีหลายชดุขอมูลที่มีการกระจายรอบแกนอางอิงที่ไมคงที่ อันเนือ่งมาจากสาเหตผุลลพัธของคามมุเงยในแตละครัง้ทีไ่ดจากการทดสอบในกระบวนการทำซำ้ มคีวามแตกตางกันมากเกินไป จึงกอใหเกิดความแปรปรวนที่ไมคงที่

รูปที่ 5 ความสัมพันธของสวนตกคางกับคาที่ถูกทำนาย

4.2 การวิเคราะหคาสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ

คาสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) เกิดจากอตัราสวนระหวางคา SSRegr และคา SST ดงันัน้ R จงึเปนตัวระบุเปอรเซ็นตการเปลี่ยนแปลงของมุมเงย ที่สามารถอธิบายไดดวยสมการที่ประมาณขึ้น

Re2 1gs E

T T

SS SSRSS SS

= = − (1)

เมือ่ SSRegr เปนผลรวมของกำลงัสองของคาเบีย่งเบนทีส่มการอธบิายได SSE เปนผลรวมของกำลงัสองของคาเบี่ยงเบนที่สมการอธิบายไมได SST เปนผลรวมระหวาง SSRegr กบั SSE

ในทางปฏบิตัคิา R จะมคีวามไวในการเปลีย่นแปลง กลาวคอื เมือ่จำนวนตวัแปรอสิระในสมการเพิม่ขึน้ คา R จะเกดิการเปลีย่นแปลงตามไปดวย ดงันัน้จงึใชคา R ทีท่ำการปรบัคาแลว ( 2

adjR ) แทน2 1adj

MSERMST

= − (2)เมื่อ

1SSTMSTn

=−

(3)เมื่อ MSE เปนคาเฉลี่ยความเบี่ยงเบนกำลังสองที่สมการอธบิายไมได และ MST เปนคาเฉลีย่ความเบีย่งเบนกำลังสองทั้งหมด

ซึ่งคานี้ใชอธิบายเปอรเซ็นตการเปลี่ยนแปลงของมุมเงย ที่สามารถอธิบายไดดวยตัวแปรอิสระในสมการเชนกนั เมือ่พจิารณา R จากผลการทดสอบในตารางที ่3 พบวามคีาเทากบั 72.0% และ มคีาเทากบั68.56% จงึเปนคาสมัประสทิธิก์ารตดัสนิใจทีน่าพอใจในระดับหนึ่ง

4.3 แบบจำลองความสัมพันธระหวางมุมเงยและพารามิเตอรการเชื่อม

คาสัมประสิทธิ์ของพารามิเตอรที่วิเคราะหไดทางสถิติ ไดถูกนำมาสรางสมการเพื่ออธิบายความสมัพนัธระหวางมมุเงย ( ) และพารามเิตอรการเชือ่มไดดังสมการที่ 4 ซึ่งสมการประกอบไปดวยสวนของผลกระทบหลกั สวนของผลกระทบรวม และสวนของผลกระทบกำลังสอง


จากสมการจะเหน็วาพารามเิตอรเวลาของการเชื่อม (B) มีผลกระทบตอมุมเงยมากที่สุด สวนพารามเิตอรกำลงัไฟฟา (A) อตัราการปอนกาซเฉือ่ย(C) แรงกดของหัวเชื่อม (D) และตำแหนงของการเชือ่ม (E) มผีลกระทบตอมยุเงยเชนกนั โดยเปนความสัมพันธของผลกระทบหลักและความสัมพันธของผลกระทบรวมระหวางปจจัย


งานวจิยันีไ้ดประยกุตการออกแบบการทดลองทางสถติ ิในการศกึษาคณุลกัษณะและผลกระทบของพารามิเตอรที่มีตอการเงยตัวในกระบวนการเชื่อมวงจรกับแผนโลหะของการประกอบวงจรอิ เล็กทรอนิกส โดยปจจัยที่ศึกษามี 5 ปจจัยไดแก กำลังไฟฟา เวลาของการเชือ่ม อตัราการปอนกาซเฉือ่ย แรงกดของหวัเชือ่ม และตำแหนงของการเชือ่ม ขอมลูการทดสอบถกูนำ ไปวเิคราะหทางสถติ ิจากนัน้นำไปสรางสมการความสมัพนัธระหวางมมุเงยตวักบัพารามเิตอรการเชือ่ม และพบวาพารามเิตอรเวลาของการเชือ่มมีผลกระทบตอการเงยตัวของชิ้นงานมากที่สุด


ขอขอบคุณศูนยวิจัยรวมเฉพาะทางดานสวนประกอบฮารดดิสกไดรฟ (I/UCRC) สำหรับทุนสนับสนุนการวิจัย


[1] Chutima P. Design of Experiments. 1th ed.Chulalongkorn University; 2002. (In Thai).

[2] Ploypanichcharoen K. Statistics forengineers. 6th ed. Technology PromotionAssociation (Thailand-Japan); 2002. (InThai).

[3] Sudasna-na-Ayudthya P, Luangpaiboon P.Design and Analysis of Experiments. 1th ed.Top; 2008. (In Thai).

[4] Ampaiboon A. Optimization of MAG-MWelding Condition Using ExperrimentDesign Technique. IE Network Conference.2008 Oct 20-22.

[5] Ampaiboon A. Optimization of Gas MetalArc Welding Factor. IE NetworkConference. 2007 Oc Oct 24-26.

[6] Ampaiboon A. Optimal parameters of theflux core welding for steel ST 37. IE NetworkConference. 2005 Oc Oct 20-22.

[7] Montgomery, D.C. 2009. Design andanalysis of experiment. (7th Edition), TheUnited States of America: John Wiley &Sons.

[8] Box, G.E.P., Behnken, D.W. 1960; Somenew three level designs for the study ofquantitative variable, Technometrics 2,455-475.


ตารางที ่3 ผลการวเิคราะหทางสถติดิวย MINITAB

เมือ่Coef = คาสมัประสทิธิข์องสมการความสมัพนัธSE Coef = คาความคาดเคลื่อนมาตรฐานของการ

ประมาณคาสมัประสทิธิ์T-Value = คาสถติทิีใ่ชพจิารณาใน t-distributionP-Value = เปนคาที่ใชในการทดสอบสมมติฐาน

โดย เปรียบเทียบกับคา α ในที่นี้ใชα = 0.05

R-Sq = สมัประสทิธิก์ารตดัสนิใจ (R2)R-Sq(adj) = สมัประสทิธิก์ารตดัสนิใจทีท่ำการปรบัคา

(R2adj)Seq SS = ผลรวมของกำลงัสองของคาเบีย่งเบนAdj SS = ผลรวมของกำลังสองของคาเบี่ยงเบนที่

ทำการปรบัคาแลวAdj MS = คาเฉลี่ยความเบี่ยงเบนกำลังสองที่

ทำการปรบัคาแลวF = คาสถติทิีใ่ชพจิารณาใน F-distributionLin. = การวเิคราะหผลกระทบเชงิเสนSqu. = การวเิคราะหผลกระทบกำลงัสองInt. = การวิเคราะหผลกระทบรวมระหวาง

ปจจยัLOF = การทดสอบความเหมาะสมของสมการ



69-76

อทิธพิลของความสงูเบดตอกาซไอเสยีในเตาเผาแกลบแบบไซโคลนEffect of the height of bed on exhaust gas in a rice husk fired cyclone combustorวศิษิฐ ลลีาผาตกิลุ*Wisit Lelaphatikul*ภาควชิาวศิวกรรมเครือ่งกล มหาวทิยาลยัสยาม จงัหวดักรงุเทพมหานคร 10160

Received June 2011Accepted January 2012

*Corresponding author. Tel.: 02-457-0068 ext. 121 fax: 02-457-0068 ext. 5244Email address: [email protected], [email protected]


บทความนีน้ำเสนอการศกึษาเชงิทดลองการเผาไหมในเตาเผาไซโคลน โดยหองเผาไหมมลีกัษณะเปนทรงกระบอกขนาดเสนผานศนูยกลางภายในเทากบั 1.4 m มคีวามสงูรวม เทากบั 2.8 m ในการทดลองกำหนดความสงูของเบดในเตาเผาทัง้หมด 4 ระดบั คอื 30, 45, 50 และ 60 cm ซึง่จะมกีารตดิตัง้ทอฉดีอากาศไวในแนวสมัผสัผนงัหองเผาไหม เพื่อทำใหอากาศภายในเกิดการไหลแบบหมุนวน โดยแตละการทดลองกำหนดคาอัตราสวนสมมูล( Φ ) เทากบั 0.8 ทีอ่ตัราการไหลของเชือ้เพลงิแกลบคงทีเ่ทากบั 0.04 kg/s จากผลการทดลอง ทีร่ะดบัความสงูเบด เทากบั 50 cm กาซไอเสยีทีว่ดัจากทางออกทอไอเสยีประกอบดวย O2=18%, CO=1,651 ppm, SOX=8 ppmและ NOX= 49 ppm ซึง่สามารถวดัประสทิธภิาพทางความรอนสงูสดุได 85 %คำสำคญั : เตาเผาไซโคลน เบด การไหลอากาศแบบหมนุวน อตัราสวนสมมลู

Abstract

This paper presents the experimental study of the combustion in a cyclone combustor. The combustionchamber is a cylindrical shape 1.4 m in diameter and 2.8 m in height. The height of bed in chamber isdesigned to be adjustable at four levels: 30, 45, 50 and 60 cm as desired with a set of air nozzlesplacing circumferentially on the chamber to produce air-swirl flow inside. The equivalence ratio ( Φ )was set to be 0.8. The feed rate of rice husk was held constant at 0.04 kg/s. Experimental results showthat the emission of exhaust gas from stack is composed of O2=18%, CO=1,651 ppm, SOX=8 ppm andNOX= 49 ppm at 50 cm bed-height. The maximum thermal efficiency is 85%.Keywords : Cyclone combustor, Bed, Air-swirl flow, Equivalence ratio


1. บทนำ

ในภาวะปจจุบันราคาน้ำมันเชื้อเพลิงมีราคาสงูขึน้ เนือ่งจากวกิฤตการณทางเศรษฐกจิและคาดวาราคาน้ำมันก็จะสูงขึ้นอีก เพราะจำนวนของน้ำมันที่กำลังมีแนวโนมลดนอยลง ทำใหตนทุนในการเดินเครื่องจักรเพื่อการผลิตเพิ่มสูงขึ้น จึงไดเล็งเห็นความสำคัญของการใชพลังงานในรูปตาง ๆ เพื่อใชในการขับเคลื่อนทางอุตสาหกรรม, เกษตรกรรม และ การดำรงชีวิต เพราะในปจจุบันการพัฒนาทางดานเศรษฐกิจจะเจริญเติบโตกาวหนาไดนั้น ประการสำคัญคือ การใชพลังงานในรูปแบบตางๆ ใหเกิดประโยชนสูงสุด ซึ่งในปจจุบันประเทศไทยมีการพฒันาทางดานอตุสาหกรรมอยางตอเนือ่ง โดยเฉพาะอยางยิง่การพฒันาดานการเกษตรกรรม ซึง่พืน้ทีส่วนใหญทัว่ทกุภาคของประเทศไทยเปนพืน้ทีเ่กษตรกรรมจึงมีสิ่งที่เหลือใชทางเกษตรกรรมมากมาย ที่พบมากไดแก แกลบ ฟาง ชานออย เปนตน ซึง่สามารถนำมาใชใหเกดิประโยชนได โดยผานกระบวนการเปลีย่นรปูสิ่งที่เหลือใชนั้นมาเปนพลังงานทดแทน เพื่อลดการนำเขาพลังงานจากตางชาติ ไดแก น้ำมันปโตรเลียมและ ถานหนิ เปนตน ในทีน่ีไ้ดใหความสนใจกบัแกลบขาว ซึง่เมือ่นำขาวเปลอืก 100 kg ไปสแีลวจะไดแกลบประมาณ 26.12 kg (คดิเปนประมาณ 26 เปอรเซน็ตโดยน้ำหนัก) จะไดคาความรอน (Overall grosscalorific value of rice husk) ประมาณ 2,900–4,560kcal/kg. เมือ่เปรยีบเทยีบกบัน้ำมนัเตา จะไดคาความรอนเพยีงครึง่หนึง่ แตราคาต่ำกวามาก เมือ่นำแกลบมาเปนพลังงานทดแทน จะทำใหประหยัด ลดการนำเขา และเปนวตัถดุบิทีใ่ชไดอยางเหลอืเฟอ แตถาใชวิธีการเผาไหมแกลบในเตาเปดปกติจะทำใหไดปรมิาณความรอนนอยกวาทีค่วรจะได และทำใหเกดิมลพิษทางอากาศ เนื่องจากขี้เถาที่เกิดจากการเผาไหม ฉะนั้นวิธีเผาไหมเพื่อใหมีประสิทธิภาพของการเผาไหมดีที่สุดและสภาพแกสที่ออกจากปลองไฟเปน

มลพษินอยทีส่ดุ โดยใชเทคนคิการหมนุวนของอากาศความเร็วสูงแบบปนปวน

ปจจบุนัไดมกีารวจิยัทัง้ในและตางประเทศ ซึง่ทำการวิจัยเกี่ยวกับเตาเผาประเภทตาง ๆ มากมายอาทเิชน งานวจิยัของ พงษเจต พรหมวงศ [1] ทำการศึกษาการเผาไหมเชื้อเพลิงแกลบในชองวางภายในหองเผาไหมแบบวอรเทค (Vortex Combustor : VC)ซึ่งมีการใหอากาศสวนที่สอง เพื่อเพิ่มการคลุกเคลาระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศ จากการทดลอง พบวาอณุหภมูภิายในหองเผาไหมมคีวามสม่ำเสมอ และวดัอณุหภมูภิายในสงูสดุไดประมาณ 1,000-1,200 OC,งานวจิยัของ ประจกัษ จติรทีพิย [2] ทำการศกึษารปูแบบการไหลและลกัษณะการสนัดาปของหองเผาไหมแบบไซโคลนที่ใชขี้เลื่อยเปนเชื้อเพลิง โดยใชหองเผาไหมจำลองผลติจากวสัดแุอลคาไรด ทีอ่ตัราสวนสมมลูอยูระหวาง 1.5-2.0 จากการทดลอง จะเกิดการเผาไหมตั้งแตสวนลางจนถึงปากทางออกแกสไอเสียลักษณะของเปลวไฟมีความแปรปรวนต่ำ มีอุณหภูมิเปลวไฟอยใูนชวง 900-1,000 OC, งานวจิยัของ สพุจนนานำโชค [3] ทำการศกึษาการเผาไหมขีเ้ลือ่ยในหองเผาไหมแบบไซโคลนชนดิอากาศเขาหลายชองทาง ซึง่ทำใหขี้เลื่อยไหลเวียนอยูในหองเผาไหมไดนานขึ้นจากการทดลองหองเผาไหมลักษณะดังกลาวจะใหอณุหภมูสิงูสดุประมาณ 1,200 OC, งานวจิยัของ SenNieh และ Tim T. Fu [4] ไดทำการทดลองโดยการทดสอบการไหลในเตาแบบจำลอง Hot test modelของเตาแบบวอรเทค โดยใชถานหนิผงและงานวจิยัตอเนื่องถึงการทดสอบเตาแบบวอรเทค โดยใชเชื้อเพลิงDry Ultra Find Coal และ Coal Water Fuel จากการทดลองพบวา สามารถใชเชือ้เพลงิไดคมุคา ยาวนานมปีระสทิธภิาพในการเผาไหมสงู ประหยดัเชือ้เพลงิในการ start up และ ใชกบัเชือ้เพลงิแขง็ไดหลายชนดิ

ในงานวจิยันี ้ไดทำการศกึษาความสงูของเบดในเตาเผาไซโคลน ซึ่งระบบการเผาไหมของเตาเผาแบบนี้จะใหประสิทธิภาพในการเผาไหมสูง และ


สามารถควบคมุมลพษิทีเ่ปนปญหาตอสิง่แวดลอมไดจึงมีการวิจัยและพัฒนา เพื่อนำพลังงานความรอนที่ไดมาใชใหเกิดประโยชนสูงสุดตอไปในอนาคต

2. วิธีการการวิจัย

2.1 อปุกรณการทดลอง

การติดตั้งชุดอุปกรณการทดลอง เริ่มตนจากการประกอบตัวถังไซโคลน (cyclone combustor)แตละสวนเขาดวยกัน โดยอากาศที่ใชในการทดลอง

ประกอบดวยอากาศ 3 สวน คอื อากาศสวนปฐมภมูิ(primary air) เปนอากาศทีเ่ขาทาง primary inlet air,อากาศสวนทุติยภูมิ (secondary air) เปนอากาศที่ฉดีเขาทางทอลม secondary inlet air และ อากาศสวนตตยิภมู ิ(thirdary inlet air) โดยอากาศทัง้ 3 สวนจะไดจากแหลงตนกำลัง คือ blower จำนวน 2 ชุดไดแก primary blower และ secondary blower และมี butterfly valve ทำหนาที่ปรับอัตราการไหลของกาซไอเสยีทีท่อทิง้ไอเสยี (stack) โดยม ีthirdary blower

1. primary blower 2. secondary blower 3. hopper 4. primary inlet air5. secondary inlet air 6. thirdary inlet air 7. cyclone combustor8. butterfly valve 9. stack 10. thirdary blower

รปูที ่1 ผังแสดงชุดอุปกรณการทดลองเตาเผาแกลบแบบไซโคลน


รปูที ่2 ลกัษณะการเผาไหมระหวางเชือ้เพลงิกบัอากาศ และ Bed Height ภายในหองเผาไหมไซโคลน

ตารางที ่1 ขอมลูองคประกอบของเชือ้เพลงิแกลบ [5]

คา Equivalence ratio เปนคาที่แสดงถึงปรมิาณอากาศตอเชือ้เพลงิทีใ่ชในการเผาไหมจรงิตอทางทฤษฎ ี โดยจะหาคา Equivalence ratio ไดจากสมการตอไปนี ้[6]

( / )Φ

( / )f a act

f a sto

m mm m

= (1)

เมื่อ ma คอื อตัราการไหลของอากาศ (kg/min)mf คอื อตัราการไหลของเชือ้เพลงิ (kg/min)

โดยสัดสวนผสมจะเรียกวาสวนผสมหนา Fuel-rich mixture เมือ่ Φ > 1สวนผสมพอดทีางเคม ีStoichiometric เมือ่ = 1สวนผสมบาง Fuel-lean mixture เมือ่ < 1

ในการศกึษาสมรรถนะของไซโคลน ไดทำการทดลองหาจากประสิทธิภาพทางความรอนของไซโคลน ซึง่สามารถหาได จากสมการดงันี ้[5]

. .100%

.a p

thf

m c Tm LHV

η⎡ ⎤Δ

= ×⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

(2)

โดย ηth = ประสทิธภิาพทางความรอนของเตาเผาma = มวลของอากาศ (kg)mf = มวลของเชือ้เพลงิแกลบ (kg)cp = The constant pressure specific heat

of air (1.007 kJ/kg.K)[6]ΔT= ผลตางของอณุหภมูทิางเขาและทางออก

หองเผาไหม (K)


LHV = Lower Heating Value of Rice Husk(13,517 kJ/kg) [5]

2.2 วิธีการทดลอง

(1) ตดิตัง้เตาเผาไหมแบบไซโคลน (ดงัรปูที ่1)(2) ทำการอนุเตาเผา ดวย LPG จนอณุหภมูิ

ประมาณ 450-600 OC(3) ปอนเชือ้เพลงิแกลบทีผ่สมกบัอากาศ โดย

ปรบัอากาศที ่Blower 1 เพือ่ใหเกดิการเผาไหมเริม่ตนกอน จนอณุหภมูเิริม่คงทีป่ระมาณ 700 OC และหยดุการให LPG

(4) ปรบัอตัราการไหลของอากาศใหคา Φ =0.8

(5) ปรับอัตราการปอนเชื้อเพลิงแกลบคงที่เทากบั 0.04 kg/s และปรบัอากาศที ่Blower 2 ใหจายอากาศมายงัอากาศสวนที ่2 และอากาศสวนที ่3 เทากบั 80% และ 20% ของอากาศทัง้หมด ตามลำดบั

(6) เมือ่ความสงูของเบดภายในมรีะดบัความสงูที ่30 cm ทำการวดักาซไอเสยีทีเ่กดิจากการเผาไหมทุก 10 นาที จนถึง 120 นาท ีบนัทกึผลการทดลอง

(7) ทำการทดลองซ้ำขอ 5 เพิม่ระดบัความสงูเบด จากเดมิ 30 cm เปน 45, 50 และ 60 cm ตามลำดบั บนัทกึผลการทดลอง

3. ผลการวจิยัและอภปิราย

จากการทดลอง ไดทำการศกึษาความสงูของเบดที่มีผลตอการเกิดกาซจากการเผาไหม ไดแก O2,CO, SOX และ NOX ดงันี้

จากรปูที ่3 พบวาจากผลทดลอง ทีร่ะดบัความสงูเบด 30-50 cm จะมจีำนวนของ O2 ทีว่ดัไดอยใูนชวง 18.3-18.5% ซึ่งปริมาณของ O2 ที่วัดไดนั้นเกดิจากการใหอากาศสวนเกนิในขณะเกดิการเผาไหมแกเตาเผาไซโคลน จึงทำใหมี O2 เหลือหลังจาก

การเผาไหม และที่ระดับความสูงเบด 30-50 cm นี้เบดจะมีปริมาณการทับถมของเชื้อเพลิงที่เผาไหมไมสมบูรณบางสวนเหลืออยู ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับอากาศสวนเกินที่ฉีดเขาไปใหม ทำใหเกิดปฏิกิริยาการเผาไหมระหวางเชือ้เพลงิกบัอากาศไดอยางตอเนือ่ง

รปูที ่3 กาซออกซเิจน (O2) ทีต่ำแหนง Bed Heightเทากบั 30, 45, 50 และ 60 cm

สวนผลการทดลองทีร่ะดบัความสงูเบด 60 cmนัน้เกดิการทบัถมของเชือ้เพลงิทีเ่บดมากเกนิไป ทำใหอากาศสวนเกนิทีฉ่ดีเขาไปใหม ทำปฏกิริยิาการเผาไหมกบัเชือ้เพลงิไมตอเนือ่งมากนกั เพราะตามหลกัทฤษฎีของการเผาไหมเชื้อเพลิงแข็ง จะเริ่มที่ผิวชั้นนอกของอนภุาคกอนแลวจงึลามเขาไปทีแ่กนกลาง โดยเชือ้เพลงิทีม่ขีนาดของอนภุาคใหญ (เปรยีบไดกบัเบดทีม่ีระดับสูงเกินไป) จะทำใหการเผาไหมของเชื้อเพลิงเกิดขึ้นไดอยางชา ๆ เฉพาะที่ปริเวณผิวหนาของเบดเทานัน้ ซึง่ปรมิาณ O2 ในอากาศสวนเกินที่ฉีดเขาไปในเตาเผา จึงไมสามารถทำปฏิกิริยาการเผาไหมไดทนัทกีบัเชือ้เพลงิ จงึเหลอืปรมิาณ O2 มากกวาทีร่ะดบัความสูงอื่น ดังนั้นการวัด O2 ที่ระดับความสูงเบดที่60 cm นีจ้งึสามารถวดัปรมิาณ O2 ไดมากกวาระดบัความสงูเบดทีต่ำแหนง 30-50 cm


รปูที ่4 กาซคารบอนมอนอกไซด (CO) ที่ตำแหนงBed Height เทากบั 30, 45, 50 และ 60 cm

จากรูปที่ 4 พบวาทีร่ะดบัความสงูของเบดในชวง 30-60 cm คา CO ทีว่ดัไดอยใูนเกณฑสงูอยใูนชวง 1,450-1,700 ppm เนือ่งจากการเผาไหมระหวางเชือ้เพลงิกบัอากาศ เกดิขึน้อยางไมทัว่ถงึ โดยขัน้ตอนการเผาไหมเริม่เมือ่เชือ้เพลงิแกลบถกูปอนเขาเตาเผาดานบน ในลักษณะสัมผัสเสนรอบวง ซึ่งในขณะเกิดการเผาไหมนั้น เชื้อเพลิงแกลบจะตกลงมาบนฐานของหองเผาไหมตามแรงโนมถวงของโลกและเกิดการทับถม ของเชื้อเพลิงที่เผาไหมไมสมบูรณจนเกิดเปนชัน้ความหนาของเบด ซึง่บรเิวณผวิหนาของเบดที่มอีากาศสมัผสัเทานัน้ทีม่กีารเผาไหม ทำใหเชือ้เพลงิสวนใหญยงัคงไมถกูเผาไหม โดยทีร่ะดบัความสงูเบดที่ 45 cm สามารถวดัปรมิาณ CO ไดสงูสดุประมาณ1700 ppm ซึ่งแสดงไดวาที่ระดับดังกลาว เกิดปฏิกิริยาการเผาไหมระหวางเชื้อเพลิงแกลบและอากาศมากทีส่ดุ จงึทำใหเกดิกาซ CO สงูทีส่ดุ แตแตกตางกับที่ระดับความสูงเบด 60 cm เพราะที่ระดับความสงูนีต้องมปีรมิาณของเชือ้เพลงิมากทีส่ดุ ซึง่ตามหลกัความเปนจรงิแลว ถาม ีCarbon ในปรมิาณมากเมื่อเกิดปฏิกิริยารวมกับอากาศสวนเกินภายในหองเผาไหม ก็ควรตองมี CO มากเชนกัน แตจากการทดลองนี ้ทีร่ะดบัความสงู 60 cm เกดิปฏกิริยิาการเผาไหมต่ำ ฉะนั้นจึงเปนสาเหตุใหเกิดการรวมตัวของ

Carbon กับอากาศในปริมาณที่นอย โดยคา COที่วัดไดจึงมีคาต่ำกวาการทดลองที่ระดับความสูงเบด30-50 cm

โดยจากการทดลองคา CO ที่วัดไดอยูในปรมิาณทีส่งู เนือ่งมาจากอกีเหตผุลทีว่า การเผาไหมที่สมบูรณนั้นตองเกิดการคลุกเคลาระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศอยางเหมาะสม แตในกรณีของการทดลองนี้ เชื้อเพลิงแกลบไมไดเกิดการคลุกเคลากับอากาศอยางทั่วถึง เหมือนกับกรณีการไหลปนปวนของเตาเผาแบบวอรเทคและเตาเผาฟลอูดิไดซเบด ที่เกิดการคลุกเคลาระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศทั่วทั้งหองเผาไหม ซึง่คา CO ทีว่ดัไดของเตาเผาทัง้สองอยูในชวงระหวาง 250-400 ppm เทานัน้

รปูที ่5 กาซซลัเฟอรออกไซด (SOX) ทีต่ำแหนง BedHeight เทากบั 30, 45, 50 และ 60 cm

จากรปูที ่5 ปรมิาณ SOX ทีว่ดัไดมปีรมิาณคอนขางต่ำอยูในชวง 4.5-16 ppm เนื่องมาจากวากาซSOX มี Sulfur เปนองคประกอบหลกั โดยมกัจะพบไดในเชือ้เพลงิ ประเภท น้ำมนัดบิ ถานหนิ และอยใูนสารประกอบของโลหะตาง ๆ ไดแก อลูมิเนียม ทองแดงสงักะส ีตะกัว่ และ เหลก็ เปนตน แตในการทดลองนี้ใชแกลบเปนเชือ้เพลงิในการเผาไหม ซึง่มอีงคประกอบของ Sulfur ในปริมาณต่ำ จึงทำใหในขณะเกิดปฏิกิริยาการเผาไหมกับอากาศนั้น เกิดปริมาณของ


SOX ไมสงูมากนกั โดยทีร่ะดบัความสงูเบดที ่45 cmสามารถวดัปรมิาณ SOX ไดสงูสดุประมาณ 16 ppmซึง่แสดงไดวาทีร่ะดบัดงักลาว การเกดิปฏกิริยิาการเผาไหมระหวางเชื้อเพลิงแกลบและอากาศเกิดมากที่สุดจงึทำใหเกดิการรวมตวัของ Sulfur ในเชือ้เพลงิแกลบกบัอากาศเกดิเปน SOX สงูทีส่ดุ แตแตกตางกบัทีร่ะดบัความสูงเบด 60 cm เพราะที่ระดับความสูงนี้ตองมีปรมิาณของเชือ้เพลงิมากทีส่ดุ ซึง่ตามหลกัความเปนจรงิแลว ถาม ีSulfur ในปรมิาณมาก เมือ่เกดิปฏกิริยิารวมกบัอากาศสวนเกนิภายในหองเผาไหม กค็วรตองมี SOX มากเชนกัน แตในจากการทดลองนี้ ที่ระดับความสูง 60 cm เกิดปฏิกิริยาการเผาไหมต่ำ ฉะนั้นจงึเปนสาเหตใุหเกดิการรวมตวัของ Sulfur กบัอากาศในปริมาณที่นอย โดยสามารถวัดปริมาณ SOX ไดประมาณ 4.5 ppm

รปูที ่6 กาซออกไซดของไนโตรเจน (NOX) ทีต่ำแหนงBed Height เทากบั 30, 45, 50 และ 60 cm

จากรปูที ่6 การทดลองการเผาไหมทีค่วามสงูเบด 30, 45, 50 และ 60 cm สามารถวดัคา NOX อยูในชวง 44-52 ppm ซึง่จดัวาอยใูนปรมิาณไมมากนกัเนื่องจาก NOX จะเกิดขึ้นไดตองอาศัยปจจัยของอณุหภมูทิีส่งู ในขณะเกดิการเผาไหม โดยจากผลการทดลอง รูปที่ 5 และ รูปที่ 6 จะมีแนวโนมของกาซไอเสียที่วัดไดคลายคลึงกัน โดยที่ระดับความสูงเบด

45 cm สามารถวดัปรมิาณ NOX ไดสงูทีส่ดุ เทากบั 52ppm ซึง่คา NOX นัน้ขึน้อยกูบัปจจยัขององคประกอบตาง ๆ ของกาซไอเสยี เชน ไฮโดรคารบอน โอโซน และสารประกอบของซัลเฟอร (sulfur) โดยจากรูปที่ 5สามารถวดัคา SOX ไดสงูทีส่ดุทีต่ำแหนงความสงูเบดเทากบั 45 cm ฉะนัน้จงึเปนสาเหตทุีท่ำใหระดบัความสูงเบด ที่ 45 cm จึงสามารถวัดคา NOX ไดสูงที่สุดเชนเดียวกัน

4. สรปุ

1.จากการทดลอง การเพิม่ระดบัความสงูเบดของเตาเผาไซโคลน พบวา มผีลตอปรมิาณกาซไอเสยีที่วัดได ซึ่งระดับความสูงเบดที่เหมาะสมตอการเผาไหม โดยใหปริมาณกาซไอเสียที่ยอมรับได และใหประสทิธภิาพทางความรอนทีว่ดัไดสงูสดุ (ดงัรปูที ่7)คอื ทีร่ะดบั 50 cm หรอื ประมาณ 0.2 เทาของความสูงเตาเผา

2.การเผาไหม ที่ทำใหเกิดกาซไอเสียในปรมิาณต่ำนัน้ (โดยเฉพาะองคประกอบของ CO และO2) เชือ้เพลงิควรจะเกดิการคลกุเคลากบัอากาศอยางเหมาะสม ตลอดชวงเวลาการเผาไหม ซึง่ถาเชือ้เพลงิไมเกิดปฏิกิริยาดังกลาวแลว คา CO ที่วัดไดจะมีปริมาณที่สูงมาก

รปูที ่7 ประสทิธภิาพทางความรอนทีต่ำแหนง Bed


5. กติตกิรรมประกาศ

ขอขอบคุณ มหาวิทยาลัยสยาม ที่ใหทุนอุดหนุนงานวิจัยนี้


[1] Promvonge P. A Low Emission AnnularVortex Combustor Firing Rice Husk Fuel:Part II – Experiment Investigation. The FirstRegional Conference on Energy Technologytowards a Clean Environment; 2000 Dec1-2; The Empress Hotel, Chang Mai,Thailand.

[2] Jittrepit P. The Burning Characteristics of aSawdust-fired Cyclone Combustor [M.Engthisis]. Bangkok: King Mongkut’s Instituteof Technology North Bangkok; 1993.(In Thai).

[3] Nanumchok S. The Burning of Sawdust ina Multi-Air Inlet Cyclone Combustor [M.Engthesis]. Bangkok: King Mongkut’s Instituteof Technology North Bangkok; 1993.(In Thai).

[4] Nieh S, Fu T.T. Development of a Non-Slagging Vortex Combustor (VC) for Space/Water Heating Applications. Proceedingsof the 5th International Coal Conference:Pittsburgh; 1988. p. 761-768.

[5] Lelaphatikul W. Parameter Analysis on RiceHusk Fired in a Fluidized Bed Combustor.Proceeding of the 4th Conference on EnergyNetwork of Thailand (E-NETT); 2008 May14-16; Rose Garden Riverside Hotel,Nakhon Pathom, Thailand; 2008. p. 152-158.

[6] Turns S.R. An Introduction to Combustion:Concepts and Applications. 2nd

International Editions. Singapore; 2000.



77-83

การพฒันาเครือ่งสำรวจรงัสทีีท่ำงานรวมกบัเครือ่งเลนเกมบอยDevelopment of a game boy based radiation survey meterปยเทพ ชอบทำกจิ เดโช ทองอราม* และ สวุทิย ปณุณชยัยะPiyathep Chobthumkit, Decho Thong-Aram* and Suvit Punnachaiya ภาควชิาวศิวกรรมนวิเคลยีร จฬุาลงกรณมหาวทิยาลยั จงัหวดักรงุเทพมหานคร 10330

Received November 2011Accepted January 2012


งานวิจัยนี้เปนการพัฒนาเครื่องสำรวจรังสีที่ทำงานรวมกับเครื่องเลนเกมบอยสำหรับการวัดอัตราปริมาณรังสีโดยออกแบบใหสามารถวดัอตัราการรบัปรมิาณรงัส ี(exposure rate) ในยาน 0-100 mR/hr และวดัอตัรานบัรงัสี(count rate) ในยาน 0-5.5 x104 CPM แสดงผลบนหนาจอของเครือ่งเลนเกมบอย โดยสเกลยานวดัเปลีย่นไดอตัโนมตั ิ3 ยาน ระบบวดัรงัสปีระกอบดวยสวนสำคญัหลกั 4 สวน ไดแก หวัวดัรงัสไีกเกอรมลูเลอรแบบหนาตางบาง แหลงจายไฟฟาศกัดาสงู สวนปรบัแตงรปูสญัญาณพลัสและสวนเชือ่มโยงสญัญาณระหวางระบบวดัรงัสกีบัเครื่องเลนเกมบอยในรูปของตลับเกมที่อาศัยการทำงานรวมกันดวยไมโครคอนโทรลเลอร PIC16F877A และPSD813F2 จากการประยุกตใชเครื่องเลนเกมบอยทำงานรวมกับระบบวัดรังสีที่พัฒนาขึ้นพบวาสวนแสดงผลกราฟฟกของเครื่องเลนเกมบอยมีความยืดหยุนในการออกแบบสวนแสดงผลทั้งอนาลอกและดิจิตอล พรอมทั้งตวัอกัษรของหนวยวดัและมเิตอรเขม็ อกีทัง้ยงัสามารถใชปมุฟงกชนัและแปนสวติซบนเครือ่งเลนเกมบอยในการควบคุมการทำงานของระบบวัดรังสีทำใหประหยัดและใชงานงาย มีอัตราการสิ้นเปลืองกำลังไฟฟา 296 mWสามารถใชงานตอเนือ่งไดนาน 8 ชัว่โมง เมือ่ใชกบัแบตเตอรชีนดิลเิทยีม-ไอออนขนาดความจ ุ700 mA-hr สำหรบัผลทดสอบการวดัอตัราการรบัปรมิาณรงัสทีีพ่ลงังาน 662 keV จากตนกำเนดิรงัสมีาตรฐานซเีซยีม-137 ทีค่าเตม็สเกลในยาน (100 mR) x0.01, x0.1 และ x1 พบวามคีวามคลาดเคลือ่นนอยกวา ±2.2 เปอรเซน็ต นอกจากนี้ระบบวัดรังสีที่พัฒนาขึ้นยังสามารถใชตรวจวัดอัตรานับรังสีแอลฟาและบีตาไดคำสำคัญ: เครื่องสำรวจรังสี เครื่องเลนเกมบอย ไมโครคอนโทรลเลอร อัตราการรับปริมาณรังสี หัววัดรังสีไกเกอรมูลเลอร

*Corresponding author. Tel.: 02-218-6772Email address: [email protected]


Abstract

This research aimed to develop a game boy based radiation survey meter for radiation dose ratemeasurement. The measuring range of exposure rate in the range of 0-100 mR/hr and count rate inthe range of 0-5.5 x104 CPM were designed to display on the game boy monitor with 3 automaticallyranges changing. The system composed of 4 main parts: e.g., the thin window Geiger Muller detector,high voltage power supply, signal pulse shaper and interfacing part for communication between radiationcounter and game boy in form of a plug-in game cartridge under the cooperation of microcontrollerPIC16F877A and PSD813F2. By applying a game boy as a base operation of the developed radiationsurvey meter, it was found that the graphic display utility gave high flexible support in analog anddigital display designing, both alpha-numerical measuring unit and analog meter. Moreover the functionand joy stick keys were useful for assigning the control functions of measuring system, resulted inaffordable and ease of use. The power consumption was 296 mW and with 700 mA-hr Li-ion battery,the continuous operation last 8 hours. For the exposure rate calibration using a 662 keV of cesium-137standard source, it was found that at exposure rate range, e.g. (100 mR) x0.01, x0.1, and x1 gavemeasuring errors of less than ±2.2%. In addition, the developed system could be used for measurementa counting rate of alpha and beta radiations.Keywords: Survey meter, Game boy, Microcontroller, Exposure rate, Geiger Muller counter

1.บทนำ

เครือ่งสำรวจรงัส ี(survey meter) เปนเครือ่งมอืวัดนิวเคลียรที่จำเปนสำหรับการวัดอัตราปริมาณรังสีดานความปลอดภยัในการปฏบิตังิานทางรงัส ีประเทศไทยมกีารใชสารกมัมนัตรงัสชีนดิตางๆ อยางกวางขวางในดานการแพทยและอุตสาหกรรมทั้งภาครัฐและเอกชน อยางไรก็ตามรังสีนั้นใหทั้งประโยชนและโทษจงึตองระมดัระวงัในการควบคมุดแูล ปจจบุนัมแีนวโนมในการนำสารกัมมันตรังสีมาใชงานเพิ่มมากขึ้นอยางตอเนือ่ง จงึทำใหมโีอกาสเสีย่งสงูทีส่ารกมัมนัตรงัสีอาจจะปะปนกับขยะและหลุดลอดสูชุมชนไดนอกจากนีย้งัมผีลติภณัฑทีม่สีารกมัมนัตรงัสปีะปนอยูตามธรรมชาติสูงออกมาจำหนาย โดยประชาชนในชมุชนไมสามารถทราบไดเลยวาผลติภณัฑหรอืบรเิวณพื้นที่อยูอาศัยมีสารกัมมันตรังสีคุกคามอยูดังนั้นการเรียนรูเพื่อกระตุนใหเกิดการตื่นตัวในการวัดรังสี

เบื้องตน จึงเปนกิจกรรมที่จำเปน อันจะชวยสงผลทางออมในการเขาใจเรื่องพลังงานนิวเคลียรดวยเครื่องมือสำคัญที่จะสนับสนุนการเรียนรู คือ เครื่องสำรวจรังสี แตเนื่องจากมีราคาแพงไมสามารถจัดหาในปริมาณมากมาใชงานได ดังนั้นผูวิจัยจึงมีแนวคิดในการพฒันาเครือ่งสำรวจรงัสสีำหรบังานวดัรงัสทีัว่ไปทีม่รีาคาประหยดั ใชงานงายและมจีดุดงึดดูความสนใจขึน้มาใชเอง จากงานวจิยัทีผ่านมาพบวาไดมกีารพฒันาเครื่องนับรังสีที่ทำงานรวมกับคอมพิวเตอร [1] แตมีขนาดใหญจึงไมเหมาะกับการใชงานนอกสถานที่ผู วิจัยเห็นวาเครื่องเลนเกมบอยเปนที่ รูจักของประชาชนทัว่ไปและยงัเปนทีน่ยิมเลนกนัอยางแพรหลายจึงไดนำเอาเครื่องเลนเกมบอยมาประยุกตใชในการออกแบบเปนเครื่องสำรวจรังสีที่มีราคาประหยัดและใชงานงาย [2, 3] โดยยงัคงสภาพการทำงานเดมิของเครื่องเลนเกมบอยอยู เพื่อใหสามารถนำกลับมาใช


เลนเกมได

2. ขัน้ตอนการออกแบบและสราง

2.1 โครงสรางของเครือ่งสำรวจรงัสี

รปูที ่1 แผนภาพของเครือ่งสำรวจรงัสทีัว่ไป [4]

การทำงานเบือ้งตนเมือ่รงัสเีขาสหูวัวดัไกเกอรมูลเลอรที่รับการไบอัสจากแหลงจายไฟฟาศักดาสูงจะกำเนิดสัญญาณพัลสสงใหวงจรปรับแตงรูปสัญญาณพัลสแบบเอกซโพเนนเชียล (exponential)ใหเปนสัญญาณลอจิก เพื่อไปกระตุนใหกำเนิดสัญญาณเสียงตามอัตรานับรังสีและแปลงอัตรานับรงัสเีปนระดบัศกัดาไฟฟาเพือ่แสดงผลดวยมเิตอรเขม็ที่ยานวัดอัตราปริมาณรังสีตางๆ สำหรับการพัฒนาเครื่องสำรวจรังสีในงานวิจัยนี้ไดประยุกตเครื่องเลนเกมบอยใหทำงานรวมกบัไมโครคอนโทรลเลอรในการวัดอัตราปริมาณรังสีและแสดงผล มีผลใหสวนของระบบวัดรังสีเหลือเพียง หัววัดไกเกอรมูลเลอร แหลงจายไฟฟาศักดาสูงและวงจรปรับแตงรูปสัญญาณ

2.2 เครือ่งเลนเกมบอย

เครื่องเลนเกมบอยที่เลือกใชในงานวิจัยนี้เปนรุนเกมบอยแอดวานซเอสพี ซึ่งเปนลิขสิทธิ์ของบริษัทนินเทนโด สามารถเชื่อมโยงสัญญาณแบบขนาน(parallel) ผานทางตลับเกมโดยมีหัวตอสัญญาณ

รปูที ่2 หัวตอสำหรับตลับแกมบอย

จากรูปที่ 2 หัวตอที่ใชสำหรับการเชื่อมโยงสัญญาณกับอุปกรณภายนอกประกอบดวย

- บสัแอดเดรสขนาด 16 บติ (A0-A15)- บสัขอมลูขนาด 8 บติ (D0-D7)- บสัควบคมุขนาด 6 บติ

2.3 โปรแกรมเมเบลิซสิเตม็ดไีวซ

โปรแกรมเมเบิลซิส เต็มดี ไวซ ; พี เอสด ี(PSD813F2) เปนไอซีที่มีความเหมาะสม สำหรับเชื่อมโยงสัญญาณกับเครื่องเลนเกมบอยเนื่องจากสามารถกำหนดฟงกชันการทำงานของไอซีนี้กับไมโครโปรเซสเซอร [5] ภายในของเครือ่งเลนเกมบอยได อยางมีประสิทธิภาพ โดยโครงสรางภายในของไอซี PSD813F2 ประกอบดวยสวนสำคญัดงันี้

(1) บัสแอดเดรสและบัสขอมูลที่สามารถเชื่อมตอเขากับไมโครโปรเซสเซอรของเกมบอยไดโดยตรง

(2) อินพุตและเอาตพุตพอรตสำหรับตอใชงานภายนอก

(3) หนวยความจำชนดิ RAM ขนาด 2 กโิลไบต(4) หนวยความจำชนดิ FLASH ขนาด 128

กโิลไบต(5) โปรแกรมเมเบลิลอจกิดไีวซทัง้แบบ PLD

และ CPLD สำหรับถอดรหัสการอางแอดเดรสและ


รปูที ่3 คอนฟกกเูรชนัของไอซพีเีอสดทีีอ่อกแบบขึน้ [5]

ไอซีพีเอสดีสามารถออกแบบฟงกชันการทำงานตามตองการไดโดยการเขียนโปรแกรมดวยภาษา ABEL-HDL ซึ่งเปนภาษาทางดานฮารดแวรทำใหงายตอการออกแบบฟงกชนัการทำงานในแตละพอรตดวยโปรแกรม PSD Soft express ซึ่งฟงกชันและคอนฟกกเูรชนั (configuration) ทีไ่ดออกแบบไวแสดงดงัรปูที ่ 3 จากนัน้นำไปคอมไพลใหเปนไฟลทีม่ีนามสกลุ .gb ซึง่เปนไฟลสำหรบัเครือ่งเลนเกมบอย

2.4 การพฒันาสวนของไมโครคอนโทรลเลอร

สวนของไมโครคอนโทรลเลอร เลือกใชไอซีเบอร PIC16F877A ของบริษัทไมโครชิพ นำมาออกแบบและพัฒนาโปรแกมสำหรับควบคุมการทำงานของระบบนับสัญญาณพัลสพรอมทั้งตั้งเวลาและจดัการสงขอมลูอตัรานบัรงัส ี[6, 7] ทีไ่ดจากหวัวดัรังสีหลังผานวงจรปรับแตงรูปสัญญาณ เขาประมวลผลบนเครื่องเลนเกมบอย เพื่อแสดงผลบนหนาจอเครือ่งเลนเกมบอย ผานทางพอรตบ ี(PORT B) ของไอซีโปรแกรมเมเบิลซิสเต็มดีไวซ

2.5 เครือ่งสำรวจรงัสทีีท่ำงานรวมกบัเครือ่งเลนเกมบอย

จากขอมลูของระบบทีก่ลาวมาในขางตนไดถกูนำมาใชออกแบบและสรางเครือ่งสำรวจรงัสทีีส่ามารถ

วัดอัตราการรับปริมาณรังสี (exposure rate) ไดในยาน 0-100 mR/hr และวดัอตัรานบัรงัส ี(count rate)ไดในยาน 0-5.5 x104 CPM แสดงผลบนหนาจอของเครื่องเลนเกมบอย โดยสามารถปรับสเกลยานวัดไดอตัโนมตั ิ3 ยานวดั (100 mR) x0.01, x0.1 และ x1ซึ่ ง โค ร งสร า งของระบบที่ ออกแบบขึ้ นแสดงดงัแผนภาพในรปูที ่4 ประกอบดวยสวนสำคญัดงันี้

(1) หัววัดรังสีชนิดไกเกอรมูลเลอรแบบหนาตางบางของ LND รนุ 712 ทีม่คีวามสามารถในการตรวจวดัไดทัง้รงัส ีแอลฟา บตีา และแกมมา

(2) แหลงจายไฟฟาศักดาสูง ที่สามารถปรับคาศกัดาไฟฟาไดตัง้แต 0 ถงึ 1,000 โวลต จายกระแสไดสูงสุด 250 ไมโครแอมแปร สำหรับใหไบอัสหัววัดรังสี

(3) วงจรปรบัแตงรปูสญัญาณ ทำหนาทีป่รบัแตงรปูสัญญาณจากหวัวดัรงัส ีซึง่มรีปูสัญญาณพลัสแบบเอกซโพเนนเชียล ขั้วลบใหเปนสัญญาณพัลสลอจิกขั้วบวก ปอนใหกับวงจรนับจำนวนสัญญาณพัลสและตั้งเวลาการนับสัญญาณพัลสดวยไมโครคอนโทรลเลอร

(4) ระบบนับสัญญาณพัลสและตั้งเวลานับสัญญาณพัลสดวยไมโครคอนโทรลเลอรทำหนาที่นับจำนวนสัญญาณพัลสลอจิกจากการนับรังสีตอหนวยเวลา จำนวนนับที่ไดนี้จะถูกสงผานพีเอสดีไปประมวลผลยงัเครือ่งเลนเกมบอยใน 2 แบบ คอื อตัราการรบัปรมิาณรงัสเีฉล่ียจากผลการนบัรงัสตีอ 1 วนิาทีจำนวน 3 ครัง้ พรอมปรบัเทยีบดวยคาคงที ่แสดงผลในหนวย mR/hr และอตัรานบัรงัสใีนหนวย CPM ซึง่คาที่ประมวลไดจะนำไปแสดงผลบนหนาจอเครื่องเลนเกมบอย

(5) สวนเชื่อมโยงสัญญาณระหวางระบบนับรงัสกีบัเครือ่งเลนเกมบอย เปนการทำงานรวมกนัของไอซีพีเอสดีและไมโครคอนโทรลเลอรในการสื่อสารขอมูล


รปูที ่4 แผนภาพเครือ่งสำรวจรงัสทีีท่ำงานรวมกบัเครือ่งเลนเกมบอย

รปูที ่5 เครื่องสำรวจรังสีที่ทำงานรวมกับเครื่องเลนเกมบอยที่พัฒนาขึ้น

ในรูปที่ 5 แสดงเครื่องสำรวจรังสีที่ทำงานรวมกับเครื่องเลนเกมบอยตนแบบที่พัฒนาขึ้นออกแบบใหแสดงผลคาวัดทั้งเชิงเลขและมิเตอรเข็มพรอมกนั ซึง่มเิตอรเขม็ชวยใหสงัเกตการเปลีย่นแปลงระดบัอตัราการรบัปรมิาณรงัสไีดงาย ขณะทีก่ารแสดงผลเชิงตัวเลขทำใหอานคาไดแมนยำ

3. ผลการทดสอบสมรรถนะของเครือ่งสำรวจรงัสี

3.1 การทดสอบระบบนบัสัญญาณพลัส

การทดสอบระบบนับสัญญาณพัลสและตั้งเวลานับสัญญาณพัลส เปนการทดสอบขีดจำกัดการประมวลขอมูลของระบบดวยการนับสัญญาณพัลสลอจิกจากเครื่องกำเนิดรูปสัญญาณ โดยแปรเปลีย่นความถีจ่าก 0 Hz ถงึ 10 kHz ปอนใหกบัระบบที่พัฒนาขึ้นและแบงยานแสดงผลเปน 3 ยานดังรูปที่ 6 ผลทดสอบแสดงดังกราฟความสัมพันธระหวางความถีอ่นิพตุและจำนวนนบัของระบบนบัรงัสีดงัรปูที ่7

รปูที ่6 แผนภาพการจัดอุปกรณสำหรับทดสอบระบบนบัสญัญาณพลัส


รปูที ่7 กราฟความสัมพันธระหวางความถี่อินพุตและจำนวนนับตอนาที

3.2 การทดสอบอัตราการสิ้นเปลืองกำลังไฟฟาของระบบ

การทดสอบอัตราการสิ้นเปลืองกำลังไฟฟาของระบบขณะทำงานดวยแหลงจายไฟฟาจากแบตเตอรีลิเทียมไอออนขนาดศักดาไฟฟา 3.7 โวลตและความจุ 700 มิลลิแอมแปร-ชั่วโมง ผลทดสอบพบวาระบบใชกระแสเตม็ที ่80 มลิลแิอมแปร คดิเปนกำลังไฟฟาสิ้นเปลือง 296 มิลลิวัตต และสามารถทำงานตอเนือ่งได 8 ชัว่โมง

3.3 การทดสอบการวดัรงัสี

(1) ทดสอบการวัดอัตราการรับปริมาณรังสีการทดสอบการวดัอตัราการรบัปรมิาณรงัสทีีพ่ลงังาน662 keV ในยานวดั (100 mR) x0.01, x0.1 และ x1ทำไดโดยจัดระบบวัดปริมาณรังสีดังแผนภาพรูปที่ 8ใชตนกำเนิดรังสีมาตรฐานซีเซียม-137 ความแรงรงัสี74 mCi คำนวณอัตราการรับปริมาณรังสีตามระยะหางจากตนกำเนิดรังสีในชวง 0-100 mR/hr และวัดอัตราการรับปริมาณรังสีดวยระบบที่พัฒนาขึ้นไดผลทดสอบดังกราฟเปรียบเทียบอัตราการรับปริมาณรังสีที่ วัดไดกับคาที่คำนวณจากตนกำเนิดรั งสี

รปูที ่8 การจดัระบบวดัรงัส ี[4]

รปูที ่9 กราฟเปรียบเทียบอัตราไดรับปริมาณรังสีที่วัดไดกับคาที่คำนวณจากตนกำเนิดรังสีมาตรฐาน

(2) การทดสอบการวดัอตัรานบัรงัสไีดทดสอบความสามารถในการตรวจวดัอตัรานบัรงัสแีอลฟาและบตีา ดวยหวัวดัไกเกอรมลูเลอรซึง่มพีืน้ทีร่บัรงัส ี0.89cm2 โดยจัดรูปแบบวัดในลักษณะ 2π ใชตนกำเนิดรังสีแอลฟา Th-230 ความแรงรังสี 0.8 nCi และตนกำเนิดรังสีบีตา Cl-36 ความแรงรังสี 1.139 μCiสามารถวัดอัตรานับรังสีได 720 CPM และ 89,000CPM ตามลำดับ คิดเปนประสิทธิภาพสัมบูรณของการวดัรงัสแีอลฟาและบตีาเทากบั 3.5% และ 3.7%ตามลำดับ


4. สรปุผล

ผลการพัฒนาเครื่องสำรวจรังสีที่ทำงานรวมกับเครื่องเลน เกมบอยพบวาสวนแสดงผลกราฟฟกของเครื่องเลนเกมบอยมีความยืดหยุนในการออกแบบสวนแสดงผลทัง้อนาลอกและดจิติอล พรอมทัง้ตวัอักษรของหนวยวัดและมิเตอรเข็ม อีกทั้งสามารถใชปุมฟงกชันและแปนสวิตซบนเกมบอยในการควบคุมการทำงานของระบบวดัรงัสทีำใหประหยดัและใชงานงายขึ้น สำหรับผลทดสอบสมรรถนะของเครื่องตนแบบที่สรางขึ้นโดยแบงการอานผลออกเปน 3 ยาน(5.5 x103 CPM) x0.1, x1 และ x10 พบวาสามารถวัดอัตรานับพัลสได 0–5.5 x104 CPM และมีสมัประสทิธิค์วามเปนเชงิเสน (R2) ของการตอบสนองอัตรานับรังสีในแตละยานแสดงผลเปน 0.99971,0.99885 และ 0.99963 ตามลำดบั ระบบมอีตัราการสิ้นเปลืองกำลังไฟฟา 296 mW สามารถใชงานตอเนื่องไดนาน 8 ชั่วโมง เมื่อใชกับแบตเตอรีชนิดลเิทยีม-ไอออนขนาดความจ ุ700 mA-hr สวนการวดัอตัราการรบัปรมิาณรงัสอีอกแบบใหสามารถวดัไดในชวง 0–100 mR/hr โดยสเกลยานวดัเปลีย่นไดอตัโนมตัิ3 ยาน (100 mR/hr) x0.01, x0.1 และ x1 ผลทดสอบการวัดอัตราการรับปริมาณรังสีที่พลังงาน 662 keVจากตนกำเนิดรังสีมาตรฐานซีเซียม-137 พบวามีความคลาดเคลื่อนไมเกิน ±2.2 เปอรเซ็นต ในชวง0–100 mR/hr นอกจากนีร้ะบบวดัรงัสทีีพ่ฒันาขึน้ยงัสามารถใชตรวจวัดอัตรานับรังสีแอลฟาและบีตาจากสารกมัมนัตรงัสไีด อนัเปนประโยชนสำหรบัเรยีนรกูารวัดรังสีจากสารกัมมันตรังสีที่มีอยูในธรรมชาติและประยกุตใชในการวดัการเปรอะเปรือ้นสารกมัมนัตรงัสี

5. กติติกรรมประกาศ

งานวจิยันีไ้ดรบัทนุอดุหนนุวทิยานพินธสำหรบันิสิตจากบัณฑิตวิทยาลัย จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัยและขอขอบคุณ ศูนยเชี่ยวชาญนิวเคลียรเทคโนโลยี

สำหรับวิเคราะหและทดสอบวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย ที่ไดอำนวยความสะดวกดานเครื่องมือและอุปกรณตางๆ สำหรับงานวิจัยนี้


[1] Vangkarn A. Development of anEconomical Portable Scaler using CPLD[MEng thesis]. Bangkok: ChulalongkornUniversity; 2009. (In Thai).

[2] Marcel Cremmel, October 2006. GameboyElectro-cardiogram (GBECG). ElektorElectronics Magazine: 32-41.

[3] Steve Willis, October and November 2000.Gameboy Digital Sampling Oscilloscope(GBDSO). Elektor Electronics Magazine:34-39 and 12-15.

[4] Punnachaiya S. Nuclear radiation detectionand instrumentation [Documentation ofteaching]. Bangkok: ChulalongkornUniversity; 1995. (In Thai).

[5] Thanasarntungjararn C. The z80. Bangkok:Physics center; 1997. (In Thai).

[6] Prakormpul T. The C programminglanguage. Bangkok: Simplify; 2010.(In Thai).

[7] Prawatborrisuit A. Revised manual to learnthe C programming language. Bangkok:Provision; 2009. (In Thai).



85-93

การจดจำสญัญาณเสยีงเพือ่จำแนกชนดิของเครือ่งดนตรไีทยดวยอลักอรทิมึ C5.0Thai musical instrument recognition and classification using C5.0 algorithmปรญิญา ทองคำ1) วนดิา แกนอากาศ1) กติตพิงษ มสีวาสดิ์2) และ วโิรจน ทวปีวรเดช*1)

Parinya Thongkam1), Wanida Kanarkard1), Kittiphong Meesawat2) and Wiroj Taweepworadej*1)

1)ภาควชิาวศิวกรรมคอมพวิเตอร มหาวทิยาลยัขอนแกน จงัหวดัขอนแกน 400022)ภาควชิาวศิวกรรมไฟฟา มหาวทิยาลยัขอนแกน จงัหวดัขอนแกน 40002

Received March 2011Accepted January 2012

*Corresponding author. Tel.: 089-449-0020


บทความนีเ้สนอการนำเสยีงของเครือ่งดนตรไีทย 4 ประเภท จำนวน 9 ชนดิดนตร ีมาสกดัลกัษณะเฉพาะดวยคาสมัประสทิธิป์ระมาณพนัธะเชงิเสน เพือ่เรยีนรกูารจดจำเสยีงและจำแนกสญัญาณเสยีงของเครือ่งดนตรดีวยอลักอริทมึ C5.0 โดยทำการเปรยีบเทยีบประสทิธภิาพกบัอลักอรทิมึ Back Propagation และอลักอรทิมึ Support VectorMachine ผลการทดลองพบวาอัลกอริทึม C5.0 มีประสิทธิภาพในการรูจำและจำแนกเสียงของเครื่องดนตรีไทยมากทีส่ดุ ซึง่มคีวามถกูตองถงึ 99.77% รองลงมาไดแก อลักอรทิมึ SVM และอลักอรทิมึ Back Propagation นอกจากนี้ โมเดลการจดจำแบบ C5.0 ยังแสดงใหเห็นถึงความสามารถที่ดีกวาอีกสองโมเดลทั้งดานความคงทนตอขอมลูผดิพลาด เวลาในการวเิคราะหทีม่ปีระสทิธภิาพ และความยดืหยนุของอลักอรทิมึคำสำคญั อลักอรทิมึ C5.0 การคดัแยกขอมลู ดนตรไีทย

Abstract

This paper proposes the machine learning for the recognition and classification of Thai musicalinstruments. A set of features extracted from 9 Thai musical instruments are investigated for content-based classification of musical instrument timbres. The Linear Prediction Coding is used to producesimple matrices from complex sound waveforms for instrument recognition. These matrices arepresented to a recognition model of C5.0 algorithm. A thorough evaluation of the resulting performancesand comparative analysis with SVM and Back Propagation Model is presented. A C5.0 model showsan accuracy rate of 99.77% outperforms the other two models due to its robustness, time-efficient andflexibility of modeling algorithmKeywords C5.0 Algorithm, Data classification, Thai musical instruments


1. บทนำ

งานวิจัยที่เกี่ยวของกับสัญญาณเสียงเครื่องดนตรีมีแพรหลาย โดยสวนใหญเปนงานวิจัยที่ศึกษากบัเครือ่งดนตรสีากล ทัง้ในดานการนำเครือ่งดนตรแีตละประเภทมาวิเคราะหและสังเคราะหลักษณะเสียงลกัษณะการเกดิเสยีง ความถี ่จงัหวะ ความยาวคลืน่เสยีง หรอืแมแตการนำเสยีงของวงดนตรมีาทำการคดัแยกวา มเีครือ่งดนตรปีระเภทใดบางในสญัญาณเสยีงตวัอยาง โดยอาศยัลกัษณะเฉพาะของเสยีงของเครือ่งดนตรีแตละชนิด [1] ในงานวิจัยของประเทศจีนโดยYu et al. [2] ไดทำการคัดแยกชนิดเครื่องดนตรีพื้นเมอืงของจนีทัง้หมด 4 ชนดิดวยอลักอรทิมึ GaussinMixture Model(GMM) ไดคาความถกูตอง 85% และGunasekaran and Revathy [3] ไดพัฒนาแอพพลเิคชนัในการระบลุกัษณะเฉพาะของสญัญาณเสียงที่ไดจากเครื่องดนตรีบรรเลงเดี่ยวจากประเทศอนิเดยี ดวยการแยกคณุสมบตัเิดน ๆ ของเสยีงเครือ่งดนตรี แลวทำการเรียนรูจำดวย Support VectorMachine และ Multilayer Perceptron ไดคาความถกูตอง 89.7%

ในประเทศไทยมีการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับศาสตรทางดานดนตร ีเชน วณชิชากร และฐมิาพร [4]ไดใชเทคนิคในการรูจำเสียง (Voice Recognition)ดวยโมเดล SVM ในการรูจำโนตเพลง เชนเดียวกับวีระ ทองไพบูลยและคณะ [5-6] ไดนำเสนอการรูจำโนตเพลงโดยการวัดความถี่เสียงของเครื่องดนตรีแตละประเภท แลวนำมาเปรียบเทียบกับฐานขอมูลความถี่ เพื่อจำแนกเปนโนตแตละเสียง และหาลกัษณะเดนของเสยีงแตละเครือ่งดนตร ีโดยใชเครือ่ง

ดนตรี 7 ชนดิ ประกอบดวย เครือ่งส ีต ีและเปา สวนวรีะ ทองไพบลูย [6] สรางแอพพลเิคชนัเพือ่แสดงโนตเพลงไดจากสญัญาณเสยีงในรปูแบบ .wav file โดยวธิีการแยกเสยีงใช Fourier transform เปรยีบเทยีบกบัฐานขอมูลเสียง ทำใหสามารถระบุโนตใหกับเสียงตัวอยางได

อลักอรทิมึ C5.0 เปนอลักอรทิมึโมเดลใหม ซึง่พฒันามาจากอลักอรทิมึ C4.5 [7] ใหมปีระสทิธภิาพเพิ่มขึ้นทั้งในดานความเร็วในการประมวลผล และการบริหารจัดการหนวยความจำ อัลกอริทึม C5.0สามารถทำงานไดกบัขอมลูทีม่คีานำ้หนกัแตกตางกนัและขอมลูทีย่งัไมสามารถระบกุลมุได อลักอรทิมึ C5.0ถูกนำมาใชในงานวิจัยในดานตาง ๆ เชน Asheibiet. Al. [8] ใชอลักอรทิมึ C5.0 ในการกำหนดคาตวัแปรที่ตางกันเพื่อระบุลักษณะเดนของแตละกลุมขอมูลสวน Niu et al. [7] ไดนำอัลกอริทึม C5.0 มาสรางระบบรจูำการทำงานของ DBMS ในสวนการคัดแยกชุดคำสั่ง ความถูกตองของการคัดแยกไดจากการทดสอบชดุขอมลู และ Park [9] ไดนำอลักอรทิมึ C5.0มาชวยพัฒนาระบบการวินิจฉัยความเสี่ยงที่จะเปนโรคเนือ้งอกชนดิ Melanoma ซึง่เปนประโยชนแกคนไขทีเ่ขามาตรวจสขุภาพ หากพบวามคีวามเสีย่งทีจ่ะเปนโรคจะไดทำการรักษาไดทันทวงที

งานวิจัยนี้เสนอแนวคิดที่จะนำความสามารถของอลักอรทิมึ C5.0 มาใชกบัการรจูำและจำแนกเสยีงเครือ่งดนตรไีทย 4 ประเภท จำนวน 9 ชนดิ โดยทำการทดลองเปรยีบเทยีบประสทิธภิาพอลักอรทิมึ C5.0 กบัอลักอรทิมึ Back Propagation และอลักอรทิมึ SVMเพือ่วดัความสามารถของแตละอลักอรทิมึในดานการ


รูจำและจำแนกขอมูลเสียงเครื่องดนตรีไทย

2. วตัถปุระสงคของการวจิยั

2.1 พัฒนากระบวนการสกัดสัญญาณเสียงของเครือ่งดนตรไีทย ทีส่ามารถสะทอนเอกลกัษณของเครื่องดนตรีไทยแตละชนิด

2.2 นำอัลกอริทึม C5.0 มาพัฒนางานวิจัยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบการเรียนรูจำและคัดแยกสัญญาณเสียงของเครื่องดนตรีไทย

2.3 เปรียบเทียบประสิทธิภาพที่ไดจากการทำงานของอัลกอริทึม C5.0 กับอัลกอริทึม BackPropagation และอลักอรทิมึ SVM

3. ความรเูกีย่วกบัเครือ่งดนตรไีทย

ดนตรีไทย แบงเปนประเภทตามลักษณะการบรรเลง 4 ประเภทไดแก ดดี ส ีตแีละเปา โดยเครือ่งดนตรแีตละชนดินัน้กม็รีปูลกัษณ เสยีง รวมทัง้วสัดทุี่ใชแตกตางกนัออกไป งานวจิยันีส้นใจศกึษาสญัญาณเสยีงของเครือ่งดนตรไีทยรวม 9 ชนดิ แบงเปน ประเภทดดี 1 ชนดิ ไดแก จะเข ประเภท ส ี2 ชนดิ ไดแก ซอดวงและซออ ูประเภทต ี4 ชนดิ ไดแก ระนาดเอก ระนาดทุม ฆองวงใหญ และฆองวงเล็ก และ ประเภทเปาจำนวน 2 ชนดิ ไดแก ขลยุ และป เครือ่งดนตรทีีศ่กึษามีชวงของคาระดับเสียง และ ความถี่ที่ แตกตางกันแสดงไดดงัตารางที ่1 (6) โดยเครือ่งดนตรทีีม่ชีวงของระดบัเสยีงและความถีก่วางทีส่ดุไดแก ป โดยมรีะดบัเสยีง 32 เสยีง ตัง้แตเสยีง “โด [114.27 Hz]” จนถงึเสยีง “ฟา [2,460.81 Hz]” สวนเครือ่งดนตรทีีม่ชีวงของระดับเสียงและความถี่แคบที่สุดไดแก เครื่องดนตรีประเภทสี เชน ซอดวง และ ซออู ซึ่งมีระดับเสียง 9เสียง โดยซอดวงมีระดับเสียงตั้งแตเสียง “ซอล[1,358.48 Hz]” จนถงึเสยีง “ลา [2,999.76 Hz]” และ

ซออมูรีะดบัเสยีงตัง้แตเสยีง “โด [228.55 Hz]” จนถงึเสยีง “เร [504.67 Hz]”

4. กระบวนการสกดัลกัษณะเดนของเสยีงดนตรี

งานวจิยันีใ้ชคาสมัประสทิธิป์ระมาณพนัธะเชงิเสน(Linear Prediction Coding)ในการสกดัสญัญาณเสยีงของชดุขอมลูตวัอยาง โดยเริม่จากการคำนวณคาประมาณของสเปกตรมักำลงัสำหรบัแตละเฟรม ดวยการคูณแตละคาของสัญญาณในเฟรมดวยฟงกชันหนาตาง และนำสญัญาณทีไ่ดมาผานการแปลงฟเูรยีรแบบเรว็ (Fast Fourier Transform: FFT) เพือ่แปลงสญัญาณเสยีงจากแกนเวลาใหอยใูนแกนความถี ่จากนั้นจึงหาคาสเปกตรัมกำลัง (Power Spectrum)p(ω) และทำการเปลี่ยนแกนความถี่ใหอยูในแกนความถี่บารก (Bark) Ω(ωωωωω) โดยใชฟงกชันวอรป(Warping Function) ตามสมการ (1) เพือ่ลดอทิธพิลของสเปกตรัมความถี่สูง

0.52( ) ln ( ) 1

1200 1200ω ωω δπ π

⎡ ⎤⎡ ⎤Ω = + +⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥⎣ ⎦(1)

โดยที่ คา ωωωωω หมายถึง คาความถี่เชิงมุมในหนวยของเรเดียนตอวินาที หลังจากนั้น ทำการลดความไวของสเปกตรัมดวยการกรองดวยหนาตางสี่เหลีย่มคางหม ูซึง่หนาตางสีเ่หลีย่มคางหมไูด จากการประมาณสเปกตรัมกำลังของเสนโคงแถบวิกฤต(Critical Band Curve) ดงัสมการที่ (2)

2.5( 0.5)

1.0( 0.5)

0 , 1.310 , 1.3 0.5

( ) 1 0.5 0.510 0.5 2.5

0 2.5

ψ

Ω+

− Ω+

Ω < −⎧⎪ − ≤ Ω < −⎪⎪Ω = − ≤ Ω <⎨⎪ ≤ Ω <⎪

Ω ≥⎪⎩

(2)


ตารางที ่1 ระดับเสียงและคาความถี่เสียงสำหรับดนตรีไทย


หลงัจากนัน้ ทำการเนนสเปกตรมัอกีครัง้หนึง่โดยใชโคงความดังเทียบเทา (Equal-LoudnessCurve) เพือ่ถวงน้ำหนกัสเปกตรมัตามหลกัของการรบัฟงของมนษุยทีจ่ะมคีวามไวตอเสยีงไมเทากนัในแตละชวงความถี ่ดงัสมการ ที ่(3)

2 6 4

2 6 2 2 9 6 26

( 56.8 10 )( )

( 6.3 10 ) ( 0.38 10 )( 9.58 10 )E

ω ωω

ω ω ω

⎡ ⎤+ ×⎣ ⎦=⎡ ⎤+ × × + × + ×⎣ ⎦ (3)

โดยที่ คา E(ω) คอื คาประมาณของความไวในการรบัเสยีงของหมูนษุยทีค่วามถีต่าง ๆ และเมือ่ใชโคงความดังเทียบเทาทำการเนนสเปกตรัมแลว จึงทำการประมาณกฎกำลงัของการไดยนิ (Power Lawof Hearing) ดวยการบบีแอมพลจิดูรากทีส่าม (CubicRoot Amplitude Compression) เพื่อลดความแปรปรวนในขนาดของสเปกตรมัแถบวกิฤต จากนัน้จะทำการแปลงฟูเรียรแบบไมตอเนื่องผกผัน (InverseDiscrete Fourier Transform, IDFT) โดยแกชดุสมการเชิงเสนและทำการเวียนเกิดเซปสตรัม (CepstrumRecursion) เพื่อใหไดลักษณะเดนของเสียงออกมา[4]

5. อลักอรทิมึ C5.0

อลักอรทิมึ C5.0 เปนอลักอรทิมึทีม่กีารเรยีนรูแบบอาศยัการดแูลโครงสรางผลลพัธ ทีแ่ทนดวยโครงสรางตนไม Niu et al. [7] นำเสนอกระบวนการทำงานของอัลกอริทึม C5.0 โดยใชคาทฤษฎีขาวสารของคุณสมบัติที่มีคามากตั้ ง เปนโหนดเริ่มตน และทำกระบวนการเดมิยอนกลบั โดยใชคา InformationEntropy รวมดวย เพื่อคำนวณคาของคุณสมบัติ Aเริม่ตน หาคา Information Entropy จากสมการที ่(4)

1( ) log( )

n

i ii

Info S p p=

= ∑ (4)

เมือ่ คา S หมายถงึ ลำดบัชดุขอมลูตวัอยาง และ คาPi หมายถึง คาความนาจะเปนที่ไดจากการสุมตัวอยางที่เกิดขึ้นใน S โดยการวัดคา InformationGain เพือ่เปนการสรางลำดบัดงัสมการที ่ (5)

( )

( , ) ( ) ( )AA

v values A

SGain S A Info S Info S

S∈

= − ×∑ (5)ขอมูลการแบงแยกออกของขอมูล (Split

Information) ตามสมการที ่ (6) คอืคา Entropy ของแตละคณุสมบตัขิอง A โดยจะตองทำการขจดัคาโนมเอยีง (Bias) ของคุณสมบัติ คำนวณไดจากสมการที่(6)

1( , ) log( )

ni i

i

S SSplitInfo S A

S S=

= ∑ (6)

จากนั้นหาคา Gain Ratio ดวยการนำคา Gainทีค่ำนวณไดหารดวยคา Split Information ดงัสมการที ่(7)

( , )( , )( , )

Gain S AGainRatio S ASplitInfo S A

= (7)

6. วธิกีารทดลอง

เสยีงของเครือ่งดนตรทีีท่ดสอบบนัทกึเปนไฟลเสยีงแบบ .wav File ทีม่อีตัราชกัตวัอยาง (SamplingRate) ของความถีใ่นสญัญาณเสยีง 44,100 ตวัอยางตอวนิาที โดยทำการบนัทกึ 8 ตวัโนต ไดแก ด ฺร ฺมฺ ฟฺ ซฺล ฺท ฺและ ดํ สำหรบั จะเข ซออ ูระนาดเอก ระนาดทมุฆองวงใหญ ฆองวงเลก็ ขลยุ และ ป สำหรบัซอดวงทำการบนัทกึเพยีง 7 ตวัโนต ไดแก ด ฺร ฺมฺ ฟฺ ซฺ ล ฺและท ฺเนือ่งจาก ซอดวงเปนเครือ่งดนตรทีีไ่มมโีนตเสยีง ดํโนตแตละตัวไดมาจากการเลนเพลงตอเนื่อง ที่ตัดเสยีงออกมาเปนโนตเดีย่ว ตวัโนตละ 5 เสยีง ดำเนนิการสกดัสญัญาณสยีงดวยคา LPC order = 20 และทำการสกดั 10 เฟรมตอเสยีง


ขอมูลเสียงมาตรฐานไดจากเสียงของเครื่องดนตรีตวัอยางจำนวน 4 ชนดิ ไดแก จะเข ซอดวง ระนาดเอกและขลุย ทำใหไดจำนวนเสียงทั้งหมด 155 เสียงจำนวน 1,550 ตวัอยาง สวนสญัญาณเสยีงขอมลูจรงิไดจากสัญญาณเสียงเครื่องดนตรี 9 ชนิดที่ใชเปนขอมลูในการทดลอง ทำใหไดขอมลูทัง้หมด 355 เสยีงจำนวน 3,550 ตัวอยาง โดยขอมูลทั้งหมดประกอบดวยพารามเิตอรทีแ่ตกตางกนัจำนวน 21 คา

ขอมูลมาตรฐานถูกนำมาประมวลผลดวยอลักอรทิมึ C5.0 อลักอรทิมึ SVM และอลักอรทิมึ BackPropagation เพือ่หาคาพารามเิตอรทีเ่หมาะสมในแตละอัลกอริทึม ที่ใชปรับคาพารามิเตอรในการทดสอบกบัสญัญาณเสยีงขอมลู ผลการทำงานของขอมลูจรงิดวยอลักอรทิมึตาง ๆ ตามคาพารามเิตอรทีไ่ดทำการปรบัไวอยางเหมาะสม ถกูนำมาเปรยีบเทยีบวเิคราะหถึงประสิทธิภาพในการจำแนกขอมูลในแตละอัลกอริทมึ จากโปรแกรม Matlab ซึง่เปนเครือ่งมอืสำคญั และมปีระสทิธภิาพ เหมาะสำหรบัการวเิคราะหขอมลูทางเทคนิคที่มีความซับซอนมาก ๆ โดยสามารถเรียกใชเครื่องมือที่กำหนดไว หรือสามารถเขียนเพื่อสรางฟงกชันใชงานเองได

7. ผลการทดลอง

การปรบัคาพารามเิตอรและคาความถกูตองที่สำคัญ สำหรับแตละอัลกอริทึมที่ ไดจากผลการประมวลผลดวยขอมูลมาตรฐาน แสดงดังตารางที่ 2โดยอลักอรทิมึ C5.0 เปนอลักอรทิมึทีม่ปีระสทิธภิาพในการจดจำและจำแนกขอมูลสูงสุด

ตารางที่ 2 คาพารามิเตอรและคาความถูกตองที่ไดจากการประมวลผลดวยขอมูลมาตรฐาน

ผลการจำแนกขอมูลเสียงจริงดวยอัลกอริทึมC5.0 ในรูปแบบ Confusion Matrix ตามคาพารามเิตอรทีไ่ดจากการทดสอบดวยขอมลูมาตรฐานจำแนกตามเครือ่งดนตรไีดดงัตารางที ่3 ซึง่พบวา อลักอริทึม C5.0 สามารถจำแนกเครื่องดนตรีไทยไดถูกตองทัง้หมด 100% จำนวน 4 ชนดิ ไดแก ฆองวงเลก็ระนาดทุม ป และ ขลุย ซึ่งเปนเครื่องดนตรีประเภทตแีละเปา จำแนกไดถกูตอง 99.75% จำนวน 3 ชนดิไดแก ซออ ูฆองวงใหญ และ ระนาดเอก และ จำแนกไดถูกตอง 99.5% จำนวน 2 ชนิด ไดแก จะเข และซอดวง โดยที ่จะเข และ ซออ ูจำแนกผดิเปนป สวนซอดวง ฆองวงใหญ และ ระนาดเอก จำแนกผดิเปนซออู


ผลการจำแนกสญัญาณเสยีงเครือ่งดนตรไีทยดวยอัลกอริทึม SVM ในรูปแบบ Confusion Matrixแสดงดงัตารางที ่4 ซึง่พบวา การจำแนกเครือ่งดนตรีมีความผิดพลาดในทุกชนิดของเครื่องดนตรี โดยเปนการจำแนกผิดไปเปนเครื่องดนตรีชนิด ตาง ๆ แตไมพบวามีการจำแนกผิดไปเปนป และเครื่องดนตรีที่มีการจำแนกถูกตองมากกวา 90.00% มีเพียง 2 ชนิดเทานัน้ ไดแก ป และ ขลยุ

จากการประมวลผลดวยขอมูลจริง 9 ชนิดดนตรี พบวาอัลกอริทึมแตละชนิด สามารถคัดแยกสัญญาณเสียงเครื่องดนตรีไทยประเภทเครื่องตีและเครือ่งเปาไดด ีโดยมตีารางที ่5 แสดงการจำแนกขอมลูจริงดวยอัลกอริทึม Back Propagation ในรูปแบบConfusion Matrix ซึ่งพบวา ความสามารถในการจำแนกเครื่องดนตรีไทยดวยอัลกอริทึม BackPropagation คอนขางต่ำ โดยเครือ่งดนตรทีีส่ามารถจำแนกไดถกูตองสงูสดุ คอื ป ซึง่มคีวามถกูตองเพยีง84.25%

ตารางที ่3 การจำแนกขอมลูเสยีงจรงิดวยอลักอรทิมึ C5.0 ในรปูแบบ Confusion Matrix

ตารางที ่4 การจำแนกขอมลูเสยีงจรงิดวยอลักอรทิมึ SVM ในรปูแบบ Confusion Matrix


ความถูกตองในการจำแนกเครื่องตีและเครือ่งเปามากกวาประเภทเครือ่งดดีและเครือ่งส ีทัง้นี้เนื่องจาก เครื่องดีดและเครื่องสีเปนเครื่องดนตรีที่มีสายเปนสวนกำเนิดเสียง ทำใหเสียงตัวอยางไมสม่ำเสมอ มีผลใหเกิดขอผิดพลาดในการจำแนกมากขึ้นและเมื่อเปรียบเทียบคาความถูกตอง และระยะเวลาในการประมวลผลทัง้ 3 อลักอรทิมึ โดยคดิจากระยะเวลารวมตั้งแตเริ่มประมวลผลจนสิ้นสุดการทำงานและระยะเวลาการทำงานโดยเฉลีย่ตอเครือ่งดนตร ีไดผลลัพธดังตารางที่ 6 ซึ่งแสดงใหเห็นวาอัลกอริทึมC5.0 มีประสิทธิภาพเหนือกวาอัลกอริทึม BackPropagation และอลักอรทิมึ SVM ทัง้ในแงสามารถประมวลผลไดมีความถูกตองสูง และในแงประมวลผลไดรวดเร็วกวา

ตารางที ่5 การจำแนกขอมลูเสยีงจรงิดวยอลักอรทิมึ Back Propagation ในรปูแบบ Confusion Matrix

ตารางที ่6 การเปรยีบเทยีบประสทิธภิาพของอลักอรทิมึC5.0 Back Propagation และ SVM

8. สรปุผลการทดลอง

การประมวลผลดวยขอมูลจริงมีความถูกตองเปนแนวทางเดียวกันกับการประมวลผลดวยขอมูลมาตรฐาน กลาวคอื เมือ่พจิารณาถงึคาความถกูตองและระยะเวลาในการทำงานของโมเดล อัลกอริทึมC5.0 มีความสามารถในการจำแนกขอมูลสัญญาณเสียงของเครื่องดนตรีไทยไดเร็ว และมีความถูกตองมากทีส่ดุ โดยอลักอรทิมึ C5.0 มโีครงสรางการทำงานในสวนการปรบัคา Boosting และการตดัโหนด Treeที่ไมมีผลตอการจำแนกออกไป ทำใหไดคาความถูกตองเพิม่ขึน้ โดยอลักอรทิมึ SVM และ อลักอรทิมึ BackPropagation มคีวามสามารถในการจำแนกฯ ลดทอนลงมาตามลำดับ ซึ่งอาจเปนเพราะวา ในงานวิจัยชิ้นนีม้จีำนวนกลมุขอมลูทีต่องการจำแนกมากถงึ 9 กลมุซึ่งไมเหมาะกับแนวคิดในการจำแนกขอมูลที่ใชในโมเดล SVM และ Back Propagation สงผลใหคาความถูกตองในการจำแนกขอมูลลดลง



[1] Agostini G, Longari M, Pollastri E. Musicalinstrument timbres classification withspectral features. EURASIP Journal onApplied Signal Processing. 2003; 1: 1-13.

[2] Yu J, Chen X, Yang D. Chinese folk musicalinstruments recognition in polyphonicmusic. Proceedings of the InternationalConference on Audio, Language andImage Processing; 2008 Jul 7-9; Shanghai,China. 2008. p. 1145-1152.

[3] Gunasekaran S, Revathy K. Fractaldimension analysis of audio signals forIndian musical instrument recognition.Proceedings of the International Conferenceon Audio, Language and Image Processing;2008 Jul 7-9; Shanghai, China. 2008.p. 257-261.

[4] Pongthatsana W, Phetkaew T. Thaiclassical music (ja-khae) notes recognitionusing Support Vector Machines.Proceedings of the 12th National ComputerScience and Engineering Conference;2008 Nov 20-21; Chonburi, Thailand. 2008.p. 1-8. (In Thai).

[5] Tongpaibul W, Suwancheewasiri C,Pongyart W. An identification of Thaitraditional musical instruments by featureextraction using neural network.Proceedings of the 10th National ComputerScience and Engineering Conference;Khon Kaen, Thailand. 2006 Oct 25-27,2006. p. 467-473. (In Thai).

[6] Tongpaibul W. An algorithm for note andinstrument recognition of Thai traditionalmusic instrument [MSc thesis]. Bangkok:King Mongkut’s Institute of TechnologyNorth Bangkok; 2006. (In Thai).

[7] Niu Z, Zong L, Yan Q, Zhao Z. Auto-recognizing DBMS workload based onC5.0 algorithm. Proceedings of the IEEESecond International Workshop onKnowledge Discovery and Data Mining;2009 Jan 23-25; Moscow, Russia. 2009.p. 777-780.

[8] Asheibi A, Stirling D, Sutanto D.Classification and explanatory rules ofharmonic data. Proceedings of theAustralasian Universities Power EngineeringConference; 2008 Dec 14-17; Sydney,Australia. 2008. p. 1-5.

[9] Park D-C. Classification of audio signalsusing Fuzzy c-Means with divergence-based kernel. Pattern Recognition Letters.2009; 30(9): 794-798.



95-111

Humidity and temperature control in an evaporative cooling system of a poultry houseKritsadang Senawong1), Sorayute Winitchai2) and Thana Radpukdee*3)

1) Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Khon Kaen University, Khon Kaen, Thailand 400022) Industrial Technology Assistant Program, Khon Kaen University, Khon Kaen, Thailand 40002,3) Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Khon Kaen University, Khon Kaen, Thailand 40002

Received September 2011Accepted January 2012

*Corresponding author. Tel.: 081-262-4949Email address: [email protected]

Abstract

This paper presents a mathematical model and a robust control technique for temperature andhumidity control in an evaporative cooling system of a poultry house. The model was considered frommass and energy balance relations of air and water in the system. To validate the mathematical model,its responses were compared with a real system by using a set of feed forward experimental signals.Additionally, the well known sliding mode control with decoupling control law was also applied to themodel. The simulation in case of summer conditions shows its behavior and demonstrates the ability ofthe proposed control technique in order to compensate for the changing ambient air conditions aroundthe house.Key words: Sliding mode control, Evaporative cooling control, Poultry house


1. Introduction

Currently, the number of domestic poultryhouses that have changed from open to closedsystem has increased for the sake of inside aircondition control. Such systems use evaporativeair conditioning systems for an appropriateadjustment of temperature and moisture content.This change results in higher production per unitof poultry house. With suitable design oftemperature and moisture controller, incrementof production and energy efficiency in terms ofequipment used can be achieved. To reach thatpoint, a mathematical model that elaboratesrelationship between temperature and humidityhas to be derived first.

To validate the model, its response iscompared with a real plant (Fig.1). The plant hasa size of 14*125*4 m3, the number of chicken is60,000, and a chicken weighs 2 kg. For moredetails of the plant, see Table 1.

This work is organized as follows. Section2 constructs a set of mathematical models.Section 3 introduces the response comparisonbetween the model and the real plant, while inSection 4, simulation in the case of summer ispresented. Finally, conclusions are given inSection 5. Figure 2 shows the Researchmethodology.

Table 1 Plant description

whereρair is air density

pC is specific heat of air,T HV V is inside air and heat

chN is number of animalsAU is coefficient of heat convection

λ is Latent heat

Figure 1 The poultry house in this study (a casestudy of a chicken farm in Khon Kaen, Thailand)

Nomenclature Valueρair 1.2 kg/m3

pC 1.005 kJ/(kg⋅K),T HV V 70% of poultry house

size (14 x 125 x 4 m3)chN 60,000 unitAU 0.712 kW/K [6]λ 2.257 kJ/

2H Og


Figure 2 Research methodology

2. Mathematical modeling of an evaporativeair-conditioning system

In this section, the theory of energy andmass balance in air and water is used to constructa set of equations. The equations can explainthe relation of temperature and moisture contentinside any control volume in terms of ordinarydifferential equations. In this form, further controllaw design can be conveniently made. However,before we get to those equations, thefundamental direct evaporative cooling processhas to be considered first. Figure 3 shows thedirect evaporative cooling process with constantenthalpy because of the adiabatic processassumption.

With the evaporative process, ambient airis cooled and moisture added from direct contactwith water in the cooling pad simultaneously. Theprocess is shown in the Psychometric chart fromstate 1 to 2 with the hypothesis that there is noloss of heat to the environment during theadiabatic process. In the other words, somesensible heat from the outside air is transformedto be latent heat for evaporation as show in Figure4. The cooled supply air absorbs energy toincrease its temperature from state 2 to 3.

Figure 3 A direct evaporative cooling systemand the Psychometric chart illustrating theconstant enthalpy Process


Figure 4 Simplified Evaporative Air-ConditioningProcess [3]

In order to find the relationship betweenthe inside air conditions and the evaporativecooling process, a block diagram of an airconditioning system is illustrated in Figure 6.Almost saturated air will occur when the air fromstate 1 passes the cooling pad into state 2. If thecooling pad effectiveness is 100%, state 2 canhave perfect saturation with relative humidity of100%. However it is not true in practice. Finallyfrom State 2 to State 3, heat in the process willcause decrement of relative humidity. The cooledair state 2 (assume no moisture absorption in thepoultry house) is mixed with the air in the poultryhouse. Then the mixture will reach the requiredtemperature and be removed from the poultryhouse eventually.

2.1 Model for feed forward control

To meet the desired conditions the cooledsupply air is sufficient against the amount ofcooling load. To achieve this goal, the coolingload has to be calculated first. Assume that bothdry air and water vapor are perfect gases.

Then the mass flow rate of the air ( ) can bedetermined by the cooling load as follows.[3]Cooling load = Mass Flow rate x [Enthalpy of

state(3)-Enthalpy of state(2)]

(1)

whereCpu = Cpa + ωCpv is the specific heat of wet air.As shown in Eq.(1), given the cooling loadQtotal and air mass flow rate, the final temperatureinside the control volume T3 can be evaluatedby

31

a2 (2)

From Eq. (2), we can consider the terms1/ a and T2 as input to the system. Considerthe relation for Cooling pad efficiency (ε ) as inEqs (3) and (4). If (T1−Twb1

) is the wet bulbdepression,

(5)

(4)or

The pad efficiency or cooling effectiveness (ε )relates to speed of the air passing through thecooling pad in the form of an exponential decayas shown in Figure 5 and Eq (5).

From the work of Camargo et al [4].the effectiveness can be considered from

(3)

T2 = T1 −ε [ T1− Twb1]

T1−T 2T1−Twb1

ε =

ε = 1 − e -h c Ama Cpu.[ ]

ma.


Figure 5 Characteristic curves for effectiveness [8]

wherehc is coefficient of heat convection of

Cooling pad (w/m2.OC)A is heat exchanger evaporation area

of cooling pad (m2)Cp is specific heat of air (J/kg.K)

is air mass flow rate (kg/s)

In the above equation, with constant airmass flow rate ( ) the effectiveness (ε ) can befound. From considering Eqs. (2),(4) and (5), theequation that has the inside temperature (T3) asresponse and air mass flow rate ( ) as controlsignal is formed to be Eq. (6).

(6)

2.2 Model for feedback control

From Eq. (6), the inside temperature (T3)can be found from the heat load (QTotal). However,the heat load varies all the time. So, this equationcan be used for feed forward control only. Itcannot respond to the changing environment.However, the heat load can be updatedaccording to the outside temperature. It is still

Figure 6 Block diagram of the ideal steady state evaporative cooling process.(Where T is Dry-bulb Temperature, φ is Relative Humidity, H is Enthalpy and ω is humidity ratio

ma.

ma.

ma.


difficult to enforce the system because there isno compensation in model errors of the heat load(4) . In order to design a feedback control system,the balance of mass and energy has to beconsidered as follows.Energy balanceInside energy changes

= Energy input – Energy outputMass balanceInside humidity changes

= Water input – Water outputThese relations can be expressed as

ch c v evin

air p T

dTC V Q Q Q Q

dtρ = + − − (7)

ch ev in

air T air out air in

dV w w w w

dt

ωρ = + + − (8)

where airρ is air density

pC is specific heat of airTV is inside air (m3)inT is inside temperature ( 0C)t is time in secondQch is sensible and latent heat from chicken

in kJ/sQc is heat load from the ceiling and wallinto the poultry house in kWQv is heat loss from ventilation in kWQev is heat used to evaporate water in kW

ωin is humidity ratio in the poultry house ingmoisture/kgdry airwch is humidity ratio from chicken ingmoisture/s

wair out is humidity ratio from ambient air intothe poultry house in gmoisture/swev is humidity ratio from evaporated waterin gmoisture/swair in is humidity ratio out the poultry house

in gmoisture/s

From Equations (7) and (8), each term ontheir right hand side can be supplied as in thefollowing sections.

(1) Sensible heat (Qch) and Humidity (wch) fromchicken

From data from the case study, onechicken generates heat and water of 10 Btu/hrand 105 cc./day, respectively, these data havebeen considered by an expert. In this work, bothparameters follow the equation in the work ofDaskalov(6) which used the case of 20 kg piglets.This is because there is no equation for chickensexpressed as a function of sensible heat andambient temperature. Rough estimation in themodel can be done due to the ability of SlidingMode Control (SMC) that can compensate foruncertainty in that model. Therefore, with 2kg perchicken, 60000 chickens is equivalent to 6000piglets in Daskalov’s equation. However, theequation was not designed for poultry but theobjective of this work is to give guidelines forautomatic control system design. However, ifthere is a relationship for the chicken, it can besubstituted into the control model easily.


ch ch 0.096 0.8 1.85 10 7 10 4 (9)

wch = ch 0.001 0.26 2 6.465 81.6

(10)

whereNch is number of animalsQch is sensible heat from the animals (kW)Tin is inside air temperature (OC)wch is humidity ratio production from the

animals (kg/h)

(2) Heat load from the Ceiling and Wall into thepoultry house (QC)

Normally, the heat conduction through thebuilding can be expressed as a linear functionof temperature difference between inside andoutside.

[ ]c A out inQ U T T= − (11)whereUA is coefficient of heat convection of

ceiling and wall (kW/K)outT is outside air temperature (OC)

(3) Heat loss from ventilation (QV)This loss not only depends on the

temperature difference, it also varies accordingto the ventilation rate as expressed in Eq. (12)

[ ]V air R p out inQ V C T Tρ= − (12)whereVR is Volume of air flow rate (m3/s)(4) Heat used to evaporate water (Qev)

The heat used to evaporate water can beobtained easily by multiplication of the latent heatof vaporization by the amount of evaporatedwater.

ev evQ wλ= (13)where λ is Latent heat(5) Value of humidity ratio from ambient aircoming to the poultry house ( air outw )

air out air R outw Vρ ω= (14)

(6) Value of humidity ratio flow out of the poultryhouse ( air inw )

air in air R inw Vρ ω= (15)where

,air out air inw w are external and inside absolutehumidity in

2H Og /kgdryair respectively.


Substituting equations (9) - (15) into equations (7) and (8) yields( ) [ ]

[ ]47

ch 0.096 0.8 1.85 10 10in A out in evin Rout in

air p T T

N T U T T wdT V T Tdt C V V

λ

ρ

−⎡ ⎤× × − × + + − −⎣ ⎦= − − (16)

[ ]2

ch 0.001 0.26 6.465 81.6in in evin Rin out

air H T

N T T wd V w wdt V Vω

ρ

⎡ ⎤× × − + +⎣ ⎦= − − (17)

Then substituting the plant parameters from Table 1 into Eq. (16) and (17) leads to

( ) [ ]45 3 3

( 3)

77.76 1.801 10 10 10 0.12036 10

[ ]0.1059 104900

inin out in

out in Rev

dT T T Tdt

T T Vw

− − −

−

⎡ ⎤= − × + × + × − −⎣ ⎦−

× −(18)

[ ]2 3

80.265 6.5918 83.26 10

4.72 103600 4900

in inin Rev in out

T Td Vw w wdtω

−−

⎡ ⎤− + ×⎣ ⎦= + × − − (19)

The above set of equations can be simplified to be multi input/output (Mi/Mo). That is

1

2

1 2

3 4 (20)

Where ( ) [ ]45 3 31 77.76 1.801 10 10 10 0.12036 10in out inf T T T− − −⎡ ⎤= − × + × + × −⎣ ⎦

2 3

2

0.265 6.5918 83.26 103600

in inT Tf

−⎡ ⎤− + ×⎣ ⎦=

31 0.1059 10b −= ×

[ ]2 4900

out inT Tb

−=

83 4.72 10b −= ×

[ ]4 4900

in outw wb

−=

One way to control the inside temperature(Tin) and humidity (Win) is to use some nonlinearcontrol design to compensate the system fornonlinearity and uncertainty. For this work the wellknown sliding mode control technique withLyapunov stability analysis has been used todesign a control law in section 4. Before goingto that section, validation of the mathematicalmodel has to be done.

3. Model validation

To ensure correction of the model, responsecomparison of the real plant and the model wasconducted by using the same actual input signalas illustrated in Figure 7. Collected data in thegraph shows increment of air flow and switchingoperation of the water pump. These control inputsignals have been tested in the real plant and


fed forward to the mathematical model in termsof Volume of air flow rate (VR) and water flow rate(wev).

By using the control input signal in Figure 7,the air flow rate is all the way from about 32 m3/sup to 104 m3/s while the under flow with 15 m3/sconstant rate is on/off for 6/10 minutesrespectively. A comparison of output signals isshown in Figure 8.

From the responses in Figure 8 theweather condition values from the derivedmathematical model are quite close to the realmeasured values. Error between real conditionsand model in terms of inside temperature andabsolute humidity are 0.5487% and 2.9417 %respectively. These errors are acceptable inorder to design a control law based on robustcontrol technique. Such a technique will bepresented in the next section.

4. Sliding mode control and simulation results

Due to limitations of the controller in thefarm (using an open loop controller) and controlstability concerns for production, a closed loopcontrol experiment was not set up in this work.However, with the acceptable accuracy of themodel, the simulation results of the SMC arepresented here.

In the SMC technique, the sliding functionhas to be defined first. The errors betweenresponse and desired condition of the insidetemperature and humidity content are given by:Sliding function for temperature:ST = Tin - Tind (21a)Sliding function for humidity:Sw = win - wind (21b)where

Tind is the designed temperaturewind is the designed humidity content

Figure 7 Air flow rate (m3/s) and water flow rate (kg/s)


Although the sliding function has been

constructed, the control law cannot be derived

yet because of the coupling condition of the

control distribution matrix in equation (20) (2nd

term of its RHS). Therefore, the decoupling

process will be done here. The assumption is

that all arguments in that matrix are known and

its determinant is not zero (detB 0). Note that

if the values are not known exactly, those

imperfections still can be compensated for by

the nature of the sliding mode control. Let

(22)

Then the control signal matrix of eq.

(20) can be

(23)

By using the Lyapunov direct method,

the Lyapunov function candidate can be written

as

(24)

where

is any estimated value

is an estimation error of the residual

error that corresponding to a bound

( ) of a nonlinear form

( )

is an estimation error of the residual

error that corresponding to a bound

( ) of a nonlinear form

( )

and its 1st derivative is

(25)

It has been noted here that

uncertainties in the system are assumed to be

bound. So there must exist bound MT & M

W in

the system. And because set point control of

Tind

and wind

will be applied, the residual

uncertainty of RT, R

W can be a slow variation

value. Therefore, Equation (25) is simplified to

be

(26)

In order to satisfy the Lyapunov

stability condition ( < 0), the control law in this

work is chosen to be

where

cT & c

w are any positive definite values

that can be used to adjust concentration of

convergence. Their magnitude can be chosen

as MT and M

w, respectively. Then the residual

error estimation is

Substitute the control law in Eq. (27) into

the system Eq. (26), its error dynamics can be

expressed by

(28)

(27)


Figure 8 Comparison of the climate in thehouse between mathematical models and realconditions.

It has been seen that the control systemis stable in the Lyapunov sense with the controllaw in Eq. (27). The control system componentscan be seen in Figure 9.

Figure 9 Block diagram of the closed LoopControl System in the Matlab simulation.

Performance of the control law in Eq. (27) will beshown in this section by simulation. Parametersfor the model in Eq. (20) are addressed asfollows. Ambient conditions are temperature of33 OC, 40% relative humidity and moisturecontent of 12.5 gH2O/kgdry air. The model has twosaturation portions caused by real plantconditions. That is, ranges of air exchange andwater flow rate are between 35–175 m3/s and0–13 kg/s, respectively. Uncertainties are alsoadded in the forms of outside temperature andmoisture by using ΔTout-in is andΔWin-out is 1 x 10-3 sin 2

900tπ . It has been noticed

that arbitrary uncertainty value can be added intothe system as long as the value still bounds anddoes not make actuators in the model becomesaturated. The inside desired conditions in thiswork are 27 OC, 70% relative humidity and16.8 gH2O/kgdry air of moisture.

The simulation results are shown in threecases as follows.

Case 1 feed forward control,Case 2 no variation of outside conditions,Case 3 sinusoidal variation of outside

conditions.

1 sin t2π900


4.1 Case 1 feed forward control.

Results of the feed forward control havealready been illustrated in Figure 8 of section 3.Normally, to meet the design conditions with thistechnique, an operator must have enoughexperience to set the actuator as in Figure 7.Although the set of control signals may berecorded and then used by a predefinedcontroller, it is still unusable for ambientchanging. As you can see in Figure 10, by usingthe same control signal as Figure 7, the responsecannot track the same response (real condition)if there exists uncertainties in the outside air.

From Figure 10, it is seen that closed loopcontrol with uncertainties compensation isnecessary for the air condition control in thepoultry house.

4.2 Case 2 no variation of outside condition

Simulation results of the control system ofthis case are shown as Figure 11 and Figure 12.It is not surprising that the temperature andmoisture responses in Figure 11 track their setpoint very well. Small steady state errors inmoisture are present because integral action ofthe control law did not include it and frommismatch between the plant and control lawparameter. Figure 12 shows the correspondingcontrol input of Figure 11. The inputs are

flattening out after about 400 seconds due to itscontrol response having reached the referencevalue.

4.3 Case 3 sinusoidal variation of outsidecondition

In this case, the uncertainty is given as asinusoidal function as stated earlier. The resultsof the simulation for this case are shown in Figure13 and Figure 14.

From the response in Fig.13, there is slightfluctuation after a time of about 200 sec. This isbecause of variation of outside conditions. For atransient period (before 200 sec.), there is a spikeof both responses and saturation of the controlinput signal. This transient behavior occurs dueto the added uncertainties making the largerinput signal in the first period compared to thesecond. The input thus becomes saturated.However, the adaptation law that has beenoperating since the beginning of the controlaction will give suitable input signals after thetemperature and moisture reach the set point.Therefore the transient spike responsesdisappear eventually. This case shows that thecontroller can overcome the uncertainties andnonlinearities in the plant and make inside airconditions comfortable for chickens accordingto the operating designing conditions.


Figure 10 (a) The response of inside temperature ( inT ) and (b) The response of inside absolutehumidity ( inw ) of case 1.



Figure 12 The control signal (a) RV and (b) evw of case 2.



Figure 14 The control signal (a) RV and (b) evw v of case 3

5. Conclusion

In this work, the mathematical models ofair conditioning in a closed type poultry houseare presented. For close loop control, the energyand mass of water balance was used to derivethe mathematical model. The constructed modelwas verified using the experimental input/outputdata. The errors of output between simulation andcollected data are 0.5% and 2.9% fortemperature and moisture, respectively.Therefore this acceptable model could be usedfor controller design. Due to the presence ofnonlinearity, uncertainty and coupling structure,the SMC and adaptation law with simpledecoupling technique was applied to force the

complex system to reach the desired condition.It has been noted here that the control volume inthis work is an active mixing volume at about 60%of total volume. For larger size of poultry housethat has much deviation of temperature andhumidity, one may divide it into small volumesbefore applying this technique. The simulationresults show that the SMC can force the systemto the set point against variation of ambientconditions.

6. Acknowledgement

This research was supported by CleanerTechnology Internship Program, Khon KaenUniversity Node and National Metal and Materials


7. References

[1] Rattanathanaopat A.Improving Efficiency ofEvaporative Cooling in Poultry, Departmentof Energy Technology, King Mongkut’sUniversity of Technology Thonburi,Bangkok. 2546. (In Thai)

[2] Barmish B. R.,Leitmann G. On ultimateboundedness control of uncertain systemsin the absence of matching assumption.IEEE Transactions on Automatic Control.1982;27(1):153-158.

[3] Bom Gret Jan et al, EvaporativeAir-Conditioning, Washington, D.C., U.S.A,The World Bank. 1999

[4] Camargo J R, et al. ExperimentalPerformance of a direct evaporative cooleroperating during summer in a Brazilian city.Intl. J. Refrig. 2005 ;28(7): 1124-1132.

[5] Corless M J, Leitmann G. Continuous statefeedback guaranteeing uniform ultimateboundedness for uncertain dynamicsystems. IEEE Transactions on AutomaticControl. 1981;26(5):1139-1144.

[6] Daskalov, et al. Non-linear AdaptiveTemperature and Humidity Control inAnimal Buildings Bio systems Engineering2005;93 :1–24

[7] Giabaklou Z, Ballinger J A. A PassiveEvaporative Cooling System by NaturalVentilation. Building and Enviroment1996;31(6):503-507.

[8] Jo�o M, Pimenta D, Wagner P. De CastroAnalysis of Different Applications ofEvaporative Cooling Systems, Departmentof Mechanical Engineering, University ofBrasilia. 2005.

[9] Lawrence S A, Tiwari G N, PerformanceStudy of an Evaporative Cooling System fora Typical House in Port Moresby.Solar &Wind Technology. 1989;6(6):717-724.

[10] Mills A F, Basic Heat & Mass Transfer,California, Prentice Hall, 1999;274-276,842-844.

[11] Roengruen P et al, A Study Of an AutomaticControl System for a Poultry House.Department of Instrumentation Engineering,Faculty of Engineering, King Mongkut’sInstitute of Technology LadkrabangBangkok. (In Thai)

[12] Neamtang P. Reduction of Heat LoadsThrough Poultry Roof, Department ofEnergy Technology, King Mongkut’sUniversity of Technology Thonburi,Bangkok. 2546. (In Thai)

[13] Radpukdee T, Jirawattana P. Uncertaintylearning and compensation: an applicationto pressure tracking of an electro-hydraulicproportional relief valve. ControlEngineering Practice. 2009;17:291-301

[14] Simmons J D, Lott B D, Evaporative CoolingPerformance Resulting From Changes InWater Temperature. Applied Engineeringin Agriculture.1996;12(4):497-500.


[15] Slotine J J E, Li W. Applied NonlinearControl. New Jersey: Prince-Hall InternationalInc. USA. 1991

[16] Sodha M S et al. Thermal Performance of aRoom Coupled to an Evaporative CoolingTower. Proceedings of The BiennialCongress of The International Solar EnergySociety. 1991 August 19-23, Colorado,USA. 1991;3: Part 3 p. 3095-3100.

[17] Yunus A C, Michael A B, Thermodynamics:An Engineering Approach. Singapore1989.

วศิวกรรมสาร มข.K K U Engineering Journal

ขอแนะนำในการสงตนฉบับบทความเพื่อพิจารณาตีพิมพวารสารวิศวกรรมสาร มหาวิทยาลัยขอนแกน มีกำหนดออกเปนราย 3 เดือน คือ มกราคม-มีนาคม,

เมษายน-มิถุนายน, กรกฎาคม-กันยายน และตุลาคม-ธันวาคม จัดพิมพโดยคณะวิศวกรรมศาสตรมหาวทิยาลยัขอนแกน เพือ่เปนการสงเสรมิและเผยแพรความร ูผลงานทางวชิาการ งานวจิยัทางดานวศิวกรรมศาสตรและเทคโนโลยี พรอมทั้งยังจัดสงเผยแพรตามสถาบันการศึกษาตางๆ ในประเทศดวย บทความที่ตีพิมพลงในวิศวกรรมสาร มหาวิทยาลัยขอนแกน ทุกบทความ นั้น จะตองผานความเห็นชอบจากผูทรงคุณวุฒิในสาขาทีเ่กีย่วของและสงวนสทิธิต์าม พ.ร.บ. ลขิสทิธิ ์ พ.ศ. 2535

ตนฉบับบทความโปรดปฏิบัติตามหลักเกณฑอยางเครงครัด จัดพิมพดวยโปรแกรม Microsoft Word for Window

ชนดิตวัอกัษรในบทความฉบบัภาษาไทยและภาษาองักฤษจะตองใชตวัอกัษร Cordia New ทัง้หมด ความยาวของตนฉบบัจะตองไมเกนิ 10 หนา มจีำนวนคำไมเกนิ 10,000 คำ

กรุณาใชกระดาษขนาด A4 ปรับเคาโครงขนาดกระดาษ ความกวาง 7.5 นิ้ว ความสูง 10.5 นิ้วและรูปแบบหนาเปน 2 คอลัมน ระยะหาง 0.19 นิ้ว กรอบของบทความกำหนดดังนี้ ขอบดานบน 0.88 นิ้วขอบดานลาง 0.75 นิ้ว . ดานซาย 1 นิ้ว .และดานขวา 0.75 นิ้ว สามารถโหลดรูปแบบไดที่http://www.en.kku.ac.th/enjournal/

โครงสรางบทความเนื้อเรื่องของบทความตองประกอบดวยหัวขอตามลำดับดังนี้

1. บทนำ2. วิธีการการวิจัย3. ผลการวิจัยและอภิปราย4. สรปุ5. กิตติกรรมประกาศ6. เอกสารอางอิง

สถานที่ติดตอในการจัดสงบทความเพื่อพิจารณาตีพิมพ1) จดัสงบทความผานเวบ็ไซต http://www.en.kku.ac.th/enjournal2) ทางอเีมล สามารถสงไฟลบทความมาที ่ [email protected]) จดัสงเปนเอกสาร 1 ชดุ โดยสงมาที่

กองบรรณาธกิารวศิวกรรมสาร มข. ตกึเพยีรวจิติร (ชัน้ 7) คณะวศิวกรรมศาสตรมหาวทิยาลยัขอนแกน 123 ถนนมติรภาพ อำเภอเมอืง จงัหวดัขอนแกน 40002

โทร. (043) 362145-6 ตอ 706 โทรสาร (043) 362142

แบบฟอรมสงบทความเพือ่พจิารณาลงตพีมิพกบัวศิวกรรมสาร มข.

วนัที.่.................เดอืน.....................................พ.ศ...............

ขาพเจา (นาย/นาง/นางสาว).........................................................................................................................ขอสงบทความ บทความวจิยั บทความวชิาการชื่อบทความ (ภาษาไทย) ............................................................................................................

............................................................................................................(ภาษาอังกฤษ) ............................................................................................................

........................................................................................................... ชือ่-นามสกลุ ผเูขยีน (ภาษาไทย) ชือ่-นามสกลุ ผเูขยีน (ภาษาองักฤษ)1.......................................................................... 1..........................................................................2.......................................................................... 2..........................................................................3.......................................................................... 3..........................................................................4.......................................................................... 4..........................................................................5.......................................................................... 5..........................................................................6.......................................................................... 6..........................................................................

ชื่อ-และที่อยูผูเขียนที่สามารถติดตอไดสะดวก................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................จงัหวดั.............................................................รหสัไปรษณยี.....................................................โทรศพัท..............................................................................โทรศพัทมอืถอื..................................................................โทรสาร.................................................................E-mail: .....................................................................................

ขาพเจาขอรับรองวาบทความนี้ [ ] เปนผลงานของขาพเจาแตเพยีงผเูดยีว[ ] เปนผลงานของขาพเจาและผรูวมงานตามชือ่ทีร่ะบุ ในบทความจรงิ

ขาพเจาขอรับรองวาบทความนี้ไมเคยลงตีพิมพในวารสารใดมากอน และจะไมนำบทความดังกลาวลงตีพิมพในวารสารฉบับอื่น ทั้งนี้ หากขาพเจาขอถอนบทความและไมลงตีพิมพในวารสารวิศวกรรมสาร มข.หรอืเพกิเฉยไมสงบทความฉบบัแกไขเพือ่ลงตพีมิพ ขาพเจาจะเปนผรูบัผดิชอบคาตอบแทนผทูรงคณุวฒุผิปูระเมนิบทความทั้งหมด

ลงนาม..................................................................(.................................................................)

ลงนาม...................................................................(.................................................................)

อาจารยทีป่รกึษา



ชือ่บทความภาษาไทย Cordia New (ขนาด 16 จดุ ตวัเขม)ชือ่บทความภาษาองักฤษ Cordia.New (ขนาด 16 จดุ ตวัเขม)สทุธพิร วารสีงูเนนิ1) ทวทิย จนัทรสด2) และ กนัยรตัน โหละสตุ*3) (ขนาด 14 จดุ)Suthiporn Vareesongnern1), Tawid Jansod2), and Kanyarat Holasut*3)

1)ภาควชิาวศิวกรรมเครือ่งกล มหาวทิยาลัยขอนแกน จงัหวดัขอนแกน 40002 (ขนาด 12 จดุ)2)ภาควชิาวศิวกรรมเครือ่งกล มหาวทิยาลยัเชยีงใหม จงัหวดัเชยีงใหม 502003)ภาควชิาวศิวกรรมเคม ีมหาวทิยาลยัขอนแกน จงัหวดัขอนแกน 40002

Received NovemberAccepted August


ตัวอยางการจัดพิมพเอกสารตนฉบับสำหรับตีพิมพในวิศวกรรมสาร มหาวิทยาลัยขอนแกน ควรปฏิบัติตามคำแนะนำอยางเครงครดั บทคดัยอควรมเีพยีงยอหนาเดยีวทีอ่ธบิายถงึ วตัถปุระสงค วธิกีารศกึษา ผลการศกึษาและสรปุ ไมควรเกนิ 300 คำ คำหลกัทีเ่ปนภาษาองักฤษใหตวัอกัษรคำแรกเปนตวั พมิพใหญ คำในลำดบัถดัไปเปนตัวพิมพเล็กคำสำคญั : จำนวน 4 ถงึ 6 คำ ภาษาไทยแตละคำเวนวรรค 1 จดุ ไมตองมจีลุภาค (,)

Abstract

This is an instruction for manuscript preparation for Publication KKU Engineering Journal. Please followthis guideline strictly. The abstract should contain a single paragraph describing objectives,methodology and a summary of important results and its length should not exceed 300 words.Keywords : 4-6 keywords, separated by colons. and the first letter of each keyword must be capitalletter

* Corresponding author. Tel.: +0-000-000-0000 ; fax: +0-000-000-0000


1. บทนำ

บทความนี้แสดงตัวอยางแนวทางการเตรียมตนฉบับของคุณ เพื่ อตีพิ มพ ในวิ ศวกรรมสารมหาวิทยาลัยขอนแกน และโปรดปฏิบัติตามหลักเกณฑอยางเครงครัด จัดพิมพดวยโปรแกรมMicrosoft Word for Window ความยาวของตนฉบบัจะตองไมเกนิ 10 หนา มจีำนวนคำไมเกนิ 10,000 คำ

1.1. ขนาดกระดาษและระยะขอบ

กรุณาใชกระดาษขนาด A4 ปรับเคาโครงขนาดกระดาษ ความกวาง 7.5 นิว้ ความสงู 10.5 นิว้และรูปแบบหนาเปน 2 คอลัมน ระยะหาง0.19 นิ้วกรอบของบทความกำหนดดงันี ้ขอบดานบน 0.88 นิว้ขอบดานลาง 0.75 นิว้. ดานซาย 1 นิว้.และดานขวา0.75 นิ้ว ใหเวน 1 บรรทดัระหวางหวัเรือ่งทกุครัง้ ใหเปนไปตามรูปแบบของวิศวกรรมสาร มหาวิทยาลัยขอนแกน

สามารถโหลดรูปแบบไดที่http://www.en.kku.ac.th/enjournal/

1.2. ชนิดตัวอักษร

ในบทความฉบับภาษาไทยและภาษาอังกฤษจะตองใชตวัอกัษร Cordia New ทัง้หมด ชือ่บทความใชตัวอักษรขนาด 16 จุด ตัวหนา ผูแตงใชตัวอักษรธรรมดาขนาด 14 จุด สถาบันและขอมูลติดตอใชตัวธรรมดาขนาด 12 จดุ หวัเรือ่งและหวัเรือ่งยอยใชอกัษรธรรมดาขนาด 14 จุด การบรรยายและเนื้อหาใชตัวธรรมดาขนาด 14 จดุ คำในวงเลบ็ทีเ่ปนภาษาองักฤษใหเปนตัวเล็กทั้งหมด

1.3 สำหรบัการลำดบัหวัขอยอย

ใหใชตัวอักษรขนาด 14 จุด ใชตัวเอียงใหชดิทางกรอบซาย แตละหวัขอยอยจะเวน 1 บรรทดั

(ปรับใหบรรทัดมีขนาดเทากับอักษรขนาด 8 จุด)สวนหัวขอยอยใหเขียนตามตัวอยาง ดังรายการตอไปนี้1. รายการแรกในรายการนี้2. รายการที่สอง

2.1. รายการยอย3. รายการสุดทาย

1.4 โครงสรางบทความ

เนือ้เรือ่งของบทความตองประกอบดวยหวัขอตามลำดับดังนี้1. บทนำ2. วธิกีารการวจิยั3. ผลการวจิยัและอภปิราย4. สรปุ5. กติตกิรรมประกาศ6. เอกสารอางองิ

2. ชื่อบทความ

ชื่อบทความใหเริ่มตนบทความที่บรรทัดแรกโดยใชตวัอกัษรขนาด 16 จดุ และเปนตวัหนา จดัชือ่บทความชิดทางกรอบซาย

3. ชื่อผูแตงและสถานที่ติดตอ

ชือ่ผแูตงใหพมิพใตชือ่บทความ จดัชือ่ผแูตงใหอยชูดิทางกรอบซาย ใชตวัอกัษรธรรมดาขนาด 14 จดุในกรณมีผีทูำวจิยัหลายทานจากหนวยงานตางกนัใหกำกบัตวัยก 1), 2) ไวหลงัชือ่ สำหรบั Correspondingใหใสเครือ่งหมาย *กำกบัไวทายชือ่ สถานทีต่ดิตอ ใหพมิพทีอ่ยหูนวยงาน รหสัไปรษณยี ประเทศ พมิพใตชือ่ผแูตงใชตวัธรรมดาขนาด 12 จดุ จดัชดิทางกรอบซาย


4. บทคัดยอ

บทความภาษาไทยจะตองมีบทคัดยอภาษาไทยและภาษาอังกฤษ ใหเวน 1 บรรทัดจากสถานที่ตดิตอ พมิพบทคดัยอใตหวัขอ “บทคดัยอ/Abstract”เนื้อความของบทคัดยอไมควรเกิน 15 บรรทัด หรือ300 คำ สวนบทความภาษาองักฤษไมตองมบีทคดัยอภาษาไทย

5. คำสำคัญ

บทความแตละเรือ่งควรจะมคีำสำคญั 4-6 คำเพื่อระบุหัวขอสำคัญที่กลาวถึงในบทความ ควรใสคำสำคัญตอจากบทคัดยอโดยไมตองเวนบรรทัด

6. เนื้อความ

เมื่ อขึ้นยอหนาใหม ไมตองเวนบรรทัดเมื่อจะเริ่มตนพิมพยอหนาใหม ใหพิมพบทความบนดานเดยีวของกระดาษ A4 โดยไมตองใสหมายเลขหนาเวลาพิมพบทความ

7. ผลการวิจัย

เสนอผลการวิจัยอยางชัดเจน ตรงประเด็นควรมี รูปภาพ หรือตารางประกอบ ซึ่งเมื่อมีรูปหรือตารางประกอบตองระบุเชื่อมโยงในเนื้อหาบทความการอธิบายไมซ้ำซอนกัน สำหรับการระบุหนวยตางๆใชภาษาไทยและใชการอธิบายเปอรเซ็นตดวยคำวารอยละ ในกรณีที่กำหนดหนวยเปนภาษาอังกฤษใหระบุแบบเดียวกันทั้งหมด

7.1. การลำดับตัวเลข

การลำดับตัวเลขเพื่ออางถึง รูปภาพ ตารางและสมการจะตองเปนเลขอาราบคิ ทกุสมการจะตองมวีงเลบ็วางไวชดิขอบขวา ดงัตวัอยางตอไปนี้

1 22g

kTp mμλ ⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

(1)

ตวัอกัษรในสมการใหใช Time new Roman ขนาด 10ตวัสญัลกัษณใหใช Symbol ขนาด 10 ใช MathTypeหรอื Equation Editor ในการเขยีนสมการ

7.2. รูปภาพและตาราง

รูปภาพและตารางจะตองมีความกวางเพยีงพอทีจ่ะลงในหนึง่คอลมันได หรอืในกรณจีำเปนเพื่อการรักษารายละเอียดในภาพอาจยอมใหกวางเตม็หนากระดาษ ผแูตงจะตองรบัผดิชอบในการจดัภาพใหอยูในขนาดที่กำหนดนี้ โดยสามารถมองเห็นรายละเอียดและอานตัวหนังสือในภาพไดชัดเจนโดยตัวอักษรที่ใชอธิบายรูปจะตองไมต่ำกวาขนาด 10รูปภาพลายเสนจะตองใชเสนหมึกสีดำวาดดวยโปรแกรม เชน Visio, Adobe Illustrator, MacromediaFreehand หรือโปรแกรมวาดรูปอื่นๆ สวนภาพถายควรเปนภาพที่มีความคมชัด

รปูภาพควรมรีายละเอยีดเทาทีจ่ำเปน รปูภาพทุกรูปจะตองมีหมายเลขและคำบรรยายภาพกำกับใตภาพ โดยใหเรยีงตามลำดบัทีป่รากฏ จาก รปูที ่1,รูปที่ 2 , ... พิมพหมายเลขและชื่อรูปไวใตรูปภาพจะตองกำหนดใหอยตูรงกลางเอกสาร ใหเวนชองวาง1 บรรทดั หลงัคำบรรยายรปู รปูภาพทกุรปู และตารางทุกตารางที่ปรากฏในบทความจะตองมีการอางอิงในเนื้อหา

ในกรณทีีเ่ปนตารางจะตองมคีำบรรยายกำกบัตารางไวเหนือตารางโดยใหเรียงตามลำดับที่ปรากฏจาก 1, 2, 3,... ตารางจะตองกำหนดใหชิดขอบซายของเอกสาร ใหเวนชองวาง 1 บรรทดักอนคำบรรยายตารางและหลงัตาราง ตามตวัอยางตารางดงันี้


ตารางที ่1ตวัอยางการเขยีนตารางที ่1

Redox moiety Diluent Method k0 (s-1)R1 D1 ILIT 3.4 x 104

CV 3.3 x 104

R2 D2 ILIT 6.0 x 104

ตารางที่ 2ตวัอยางการเขยีนตารางที ่2

x ar/mr 2ζrωr0.1 2.7470e+01 2.7483e+010.5 3.5352e+01 3.5360e+01

8. การอภิปรายผล

การอภิปรายผลวิ จั ย เพื่ อ ให ผู อ านม ีความเห็นคลอยตามเพื่อเปรียบเทียบกับผลการวิจัยของผอูืน่ เพือ่เสนอลทูางทีจ่ะใชประโยชน หาขอยตุใินการวิจัยบางอยาง ฯลฯ ผลการวิจัยและการอภิปรายผลอาจนำมาเขียนไวในตอนเดียวกัน

9. สรุป

สรุปประเด็นและสาระสำคัญของงานวิจัยไมควรมีความยาวมากเกินไป โดยบทความของทานควรไดรับการตรวจสอบจากผูรวมเขียนทุกทานกอนทำการสงบทความ


เพื่อเปนการแสดงความขอบคุณผูใหทุนสนับสนุนสรุปประเด็นและสาระสำคัญของงานวิจัยไมควรมีความยาวมากเกินไป โดยบทความของทานควรไดรับการตรวจสอบจากผูรวมเขียนทุกทานกอนทำการสงบทความ


การเขียนเอกสารอางอิงใชระบบแวนคูเวอร(vancuvour style) จะตองเปนภาษาอังกฤษเทานั้นในกรณีที่เปนภาษาไทย ใหเขียนเปนภาษาอังกฤษและตอทายดวย (In Thai) สวนชือ่ผแูตงใหใชนามสกลุขึ้นกอนแลวตามดวยอักษรยอของชื่อนั้น

ทั้งนี้เพื่อความสมบูรณและความนาเชื่อถือของบทความทานควรใชเอกสารอางอิงจากวารสารที่อยูในฐาน TCI ((Thai Journal Citation IndexCentre) ทีส่ามารถตรวจสอบไดไมนอยกวารอยละ 70และควรใชการอางองิจากรายงานผลการวจิยั เอกสารประกอบการประชมุ และหรอืวทิยานพินธเทาทีจ่ำเปน

11.1. การอางองิในเนือ้หา

แบบการอางองิเอกสารในเนือ้หาของบทความใชระบบตัวเลข ใหเรียงลำดับเลขตามลำดับของเอกสารทีม่กีารอางถงึในเนือ้หาและหมายเลขทีอ่างถงึในเนือ้เรือ่งนัน้จะตองตรงกบัหมายเลขทีม่กีารกำกบัไวในสวนเอกสารอางอิงดวย ใหใชตัวเลขอารบิคในวงเลบ็ตอทายขอความทีน่ำมาอางองิในบทความ เชน[1] หรอื [2-4, 8, 10] หมายถงึอางถงึลำดบัผแูตงที ่1หรอื ลำดบัที ่2, 3, 4, 8, 10 โดยเรยีงลำดบัจากหมายเลข 1, 2, 3,... ไปจนถงึเลขทีส่ดุทาย ตามการอางองิการเขียนเอกสารอางอิง


11.2. ตัวอยางการเขียนเอกสารอางอิงทายเรื่อง

เขียนอางอิงแบบแวนคูเวอร และใสอางอิงในทายเรื่องเฉพาะที่มีปรากฏในเนื้อหาบทความหรือบทความวิจัยเทานั้น

1. การเขียนอางอิงจากหนังสือ[1] Murray PR, Rosenthal KS, Kobayashi GS,

Pfaller MA. Medical microbiology. 4th ed.St. Louis: Mosby; 2002.

2. การเขียนอางอิงจากวารสาร[2] Bua-art S, Saksirirat W, Kanokmedhakul S,

Hiransalee A, Lekphrom R. Extraction ofbioactive compounds from luminescentmushroom (Neonothopanus nambi) and itseffect on root-knot nema-tode(Meloidogyne incognita). KKU Res J.2010;15(1): 726-37. (In Thai).

3. การเขียนอางอิงจากวิทยานิพนธ[3] Srisuk M. Cloning and characterization of

gene insulin [MSc thesis]. Khon Kaen: KhonKaen University; 2002. (In Thai).

4. การเขียนอางอิงจากบทความจากการประชุมวิชาการ

[4] Bengtsson S, Solheim BG. Enforcement ofdata protection, privacy and security inmedicalinformatics. In: Lun KC, DegouletP, Piemme TE, Rienhoff O, editors.MEDINFO 92. Proceedings of the 7th WorldCongress on Medical Informatics; 1992 Sep6-10; Geneva, Switzerland. Amsterdam:North-Holland; 1992. p. 1561-5.

5. การเขียนอางอิงจากบทความจากสิทธิบัตร[5] Pagedas AC, inventor; Ancel Surgical R&D

Inc., assignee. Flexible endoscopicgrasping and cutting device andpositioning tool assembly. United Statespatent US 20020103498. 2002 Aug 1.

6. บทความวารสารอเิลก็ทรอนกิส[6] Morse SS. Factors in the emergence of

infectious diseases. Emerg Infect Dis [serialonline] 1995 Jan-Mar [cited 1996 Jun5];1(1):[24 screens]. Available from: URL:http://www.cdc.gov/ncidod/EID/eid.htm.

kku engineering journal vol35no3

Documents

faculty of engineering

khon kaen university

international affairs3

scopus isi

tci asean citationindex

pitch angle

sutep chooklin

sahalaph homwuttiwong