Analysis of the Thermal/Mechanical Energy in Food Extrusion Process

식품 압출성형공정의 열 및 기계에너지 분석

The energy supplied by motor of extruder, being known mostly to be dissipated as heat, was classified into two kinds of energy: a thermal energy by heat dissipation and a purely mechanical energy. The thermal energy was defined as a energy in terms of temperature rise and the mechanical energy as the motor energy minus the heat dissipated energy. A method to derive the thermal energy and the relative mechanical energy (the mechanical energy calculated regarding the mechanical energy at the lowest screw speed as zero) under the condition of constant barrel temperature was developed by which an extrusion case was analyzed. When extruding com grits with moisture $(27{\sim}37%)$ at low barrel temperature $({\leq}80^{\circ}C)$, the thermal energy slightly increased with increase in the moisture content, whereas the relative mechanical energy increased to a great extent. When increasing the screw speed, the thermal energy was nearly kept constant, whereas the relative mechanical energy largely varied. It is concluded that as the moisture content increases, the role of the mechanical energy becomes more effective than the heat energy dissipated from the motor energy.

압출성형공정에서 주로 자가발열로 전환되는 것으로 알려진 모터에너지를 자가발열 에너지와 기계에너지로 구분하였다. 온도 상승에 의한 에너지를 열에너지로 간주하였고, 모터에너지에서 자가발열로 전환된 에너지를 감한 나머지 에너지를 기계에너지로 정의하여, 일정한 배럴온도를 조건으로 할 때 열에너지 및 상대기계에너지(최저 스크류회전속도에서의 기계에너지를 0으로 기준하여 계산된 값)를 정량화할 수 있는 방법을 완성하였다. 콘그리트(corn grit)를 수분함량 $27{\sim}36%$의 범위에서 압출성형하였을 때, 스크류회전속도가 증가할수록 상대기계에너지는 크게 변화하였고, 열에너지는 거의 비슷하게 유지되었다. 수분함량이 높아질수록 상대기계에너지는 크게 증가하였고, 열에너지는 약간 증가하였다. 이로부터 수분함량이 높아질수록 모터에너지로부터 자가발열보다는 상대기계에너지의 작용이 커짐을 알 수 있었다.