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Título : Model of Electromagnetic Interaction With Granular Product and Insects
Autor : DR. LUÍS NIÑO DE RIVERA Y OYARZABAL
M.C. Iryna Ponomaryova
Fecha de publicación : 14-jun-2011
Resumen : In a panorama of the electromagnetic field applications the range of radio frequencies (RF) met success in food processing, especially in grain cereal disinfection and drying. Electromagnetic RF energy penetrating a grain volume result in dielectric heating that causes its drying and pest (insects, microscopic fungi) mortality when the temperature is critical for them. This work proposes a new theoretical mathematical model of electromagnetic interaction with a small homogeneous dielectric ellipsoid of rotation which represents an individual kernel. Through the solution of the general problem of macroscopic electrodynamics and the boundary condition application for the system “air – kernel” the model permits to calculate precisely the energy expenses by absorption and dissipation in an individual kernel when electromagnetic energy converts into heat (dielectric heating). The calculation result depends on the characteristics of both the electromagnetic field (electric field intensity, frequency) and the dielectric individual objects (geometry, volume, dielectric parameters). Knowledge of dielectric parameters is considered to be a principal part of the model development. The dielectric properties depend on temperature, moisture content, the object volumetric density and field frequency that are proved with the experimental part of this work. The method of dielectric parameters measurement is proposed and experimentally tested that forms the base for the technology of the agricultural product disinfection and drying. The experiments on the dielectric parameters measurement were conducted for wheat grain Triticum aestivum L. and granary weevil Sitophilus granarius L. The grain processing is presented for two different types of chambers, the coaxial irradiation chamber and the irradiation chamber with plane capacitor. The experimental part was done for wheat grain Triticum aestivum L., granary weevil Sitophilus granarius L. and the species of microscopic fungi Aspergillus fumigatus, Cladosporium cladosporioides and Aspergillus candidus for the frequencies 47.5, 900 and 2,450 MHz at different processing regimes. The granary weevil (Sitophilus granarius L.) control achieved till 100% of insect mortality. The microscopic fungi control was about 21-97% that requires more investigation. Creation of the present mathematical model contributes not only to the development of food processing technology (particularly grain crops processing), but also forms the solid basis as a perspective to create models of electromagnetic interaction with much more complicated systems such as the human body cells for electric stimulation methods and consequent disease cure at the cellular level
Descripción : En el panorama de las aplicaciones del campo electromagnético el rango de radiofrecuencias encontró el éxito en el procesamiento de alimentos, específicamente en desinfección y secado de los granos de cereales. La energía electromagnética de radiofrecuencia que penetra el volumen del grano resulta en el calentamiento dieléctrico que causa el secado del mismo y morbilidad de las pestes (insectos, hongos microscópicos) alcanzando el nivel de las temperaturas críticas para ellas. Este trabajo propone el modelo matemático teórico nuevo de la interacción electromagnética con un pequeño homogéneo dieléctrico elipsoide de rotación que representa un grano individual. Mediante la solución del problema general de electrodinámica macroscópica y aplicación de las condiciones de frontera del sistema “aire-grano” el modelo nos permite calcular con precisión los gastos energéticos por absorción y disipación en un grano individual en la conversión de la energía electromagnética al calor. El resultado de los cálculos depende tanto de las características del campo electromagnético (intensidad del campo eléctrico, frecuencia) como de los objetos dieléctricos individuales (geometría, volumen, parámetros dieléctricos). El conocimiento de los parámetros dieléctricos se considera como la parte principal del desarrollo del modelo y están en función de la temperatura, humedad, densidad volumétrica del objeto y la frecuencia del campo esencialmente, lo que se comprueba en la parte experimental del trabajo. Se propone el método de medición de los parámetros dieléctricos probado experimentalmente que forma la base de la tecnología de desinfección y secado de productos agrícolas. Los experimentos de la medición de los parámetros dieléctricos se realizaron con los granos de trigo Triticum aestivum L. y los escarabajos del grano Sitophilus granarius L. Se diseñaron dos tipos de las cámaras de desinfección: la cámara de la irradiación coaxial y la cámara con el capacitor plano. Se realizó la parte experimental con el trigo Triticum aestivum L., los escarabajos del grano Sitophilus granarius L. y los especies de los hongos microscópicos Aspergillus fumigatus, Cladosporium cladosporioides y Aspergillus candidus a las frecuencias 47.5, 900 y 2,450 MHz a diferentes regímenes del procesamiento. Se logró el control del Sitophilus granarius L. hasta 100% de morbilidad y de los hongos microscópicos de 21-97% lo que requiere la investigación más profunda. La creación del modelo matemático presente contribuye no solo al desarrollo de la tecnología del procesamiento de los alimentos como los productos agrícolas en particular, sino también forma la base solida como la perspectiva para la creación de los modelos de interacción electromagnética con los sistemas mucho más complicados como las células del cuerpo humano para los efectos de estimulación eléctrica y consecuente superación de las enfermedades a nivel celular.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/12675
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