Система керованого двобічного конвективно-променевого сушіння зерна

Ткаченко, Максим Юрійович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8377
Title:	Система керованого двобічного конвективно-променевого сушіння зерна
Authors:	Гальченко, Володимир Якович Ткаченко, Максим Юрійович
Keywords:	конвективно-променеве сушіння;НВЧ-опромінення;магнетрон;сушильна установка;розподіл напруженості електромагнітного поля
Issue Date:	15-Dec-2025
Abstract:	У роботі обґрунтовано теоретичні положення та подано практичні результати розробки сушильної установки для двобічного конвективно-променевого сушіння і знезараження зерна з використанням НВЧ-енергії. The work substantiates the theoretical foundations and presents practical results for the development of a drying unit for bilateral convective-radiative drying and disinfection of grain using microwave energy.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8377
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Диплом-магистр_Ткаченко М.pdf Restricted Access	КРМ Ткаченко М.	3.35 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
IEPKACbKHÄ JEPKABHüT EXHOJIOTIYHMMY HIBEPCHTET 
(nosne naliueHyaanng BHIOro HawALHoro zax1ay) 
DAKYIbTET EJEKTPOHHHX TEXHOJJOTIúI POBOTOTEXHIKM 
(HORne maiMCHy BaHHIa inCTKrYTy, HaIRa Qaxy ILTeTy (BiiÍ1CHHA) 
KADEJIPA IIPVJIAJIOEYIVBAHHA, MEXATPOHIKM TA 
KOMIIKOTEPM3OBAHMX TEXHOJJOriý 
(nonna naiBa kape,ipu (npcaMeTHO, IKKAOBoi KOMÍci)) 
lonyuieHO 10 3axHCTy 
3aBinyBay Kahenpu IIMKT 
MakcHM BOHIAPEHKO 
2025 p. 
IIOACHIOBAJTBHA 3AT1CKA 
n0 KBAIihikauianoï poQoTH 
MaricTpa 
(ocB0THbO-KBaniþikauiaHnÄ piBeHL) 
Ha TeMy «CHCTeMa KepOBaHOrO IBOÕ14HOrO KOHBeKTHBHO 
IIpOMeHeBOrO CVIIIHHA 3epHa» 
KBatihikaujaHa poõoTa MaricTpa micTHTb pe3yNbTaTH B1aCHHX AocniTKEHb. 
pe3yIbTaT0B 0T eKcT0B 0HIHX aBTopiB MakOT5 IOCHIlaHHA Ha BiMOBiJHBeu KToKpHeCpTeAioH HA 0ine, 
MakcHM TKAYEHKO 
(nianHc, npi3BHuue Ta iHiuiaTH) 
BuKOHaB 3106yBay OCB0TH 2 Kypcy, rpyH MPCA-47 
3a cneLjaNbH0CTHO 174 ABTOMaTH3ais, KOMII' OTePHO 
0HTerpoBaH0 TeXHOIOrii Ta poõoTOTeXH0Ka 
3a oCB0THLOIO IIporpaMoOFO 
«PoooTOTeXH0YHÈ CHCTeMH Ta aBTOMaTH3aui» 
MakcHM TKAYEHKO 
KepiBHuK BononHMHp TAJIbYEHKO 
(npisBue Ta iHijau) 
PeueH3eHT Cepri~ BHCJIOVX 
(ripisBMue Ta iHiuiaH) 
lepkacu - 2025 poKy 
YEPKACbKHMIEPKABHHM TEXHO.1OTI4HHM YHIBEPCHTET 
aKyJbTeT NnexHO10iç. Q6mOmpaHcnopmy ma MAMUHOOY016aHHA 
eleKmpDOHHUX 
Kaeapa Madoovà6aHHS, MeNampouiKU ma KOMN Omepu3O6aH1L mEHO ROM 
Ocsimiü pisenb Mazicmp 
Cnenia.iblicTb /4«tsmoMamu3auis. kOMn komepre-iumepOsaii mENHO IOi ma 
poóomomeNHÌNU» 
OcBiTHa nporpaMa <«PoóomomexHiVHi cucnmeMH ma QEm0Mamu3AUIz 
3ATBEPTKYHO 
3aBiiy Ba4 kaeipa IIMKT 
MakcaM 5OHIAPEHKO 
2025 pox 
3 4 BIA H H A 
HA KBAIIOIKAII0HY POBOTY MAIICTPA 
TxaveHKa Masciuua lOpiiosUYQ 
1. TeMa poõoTH: CHeTeMa KepoBaHOrO JBOoiMHOro KOHBeNTHBHO-npOMeHeBOTO C\WHHS 3ePH• 
HaVKOBH KepiBHHK poõoTH Tab4eHKO Ba.1oUIMHp AkOBII4, Nodecop adepH, 1.T.H. npoÒeop 
3aTBePADKEHI HaKa3oM BHIIOrO HaBYaNbHOro 3akiauy Bi] "13` BepecHS 2025 pOxv Ne 261 03-03 
2. CTpoK NOgaHHa 3BO po00TH 9r pvAHa 2025 poxy 
3. Mera a0cailkenH9: n028ae B_ 0ÑpVHTYBAHH0 HeoóxiTHIN TROPeTHYHHN NOIOKCHD 1: 
po3poóKH HOBOi cvUHIbHOÈ VCTaHOBKH. IIpuHuHn iî i 0a3veTbCA Ha BO0i4HOV KOHBeKTHBHO 
ipoMeHeBOMY CVIHHI 3a 10nOMOrOK) HB4-eHeprii, AKa reHeD\eTbcA KiBKOMa MrHeTDOHAMH 
Maloi Ta cepebOi lOTYKHOCT0. 
(O6'CKn docideN- - pouec cylilHHA 3ePHOBHN KVbTVD, 
IIpeduem_docid.xeuUA po3paxyHOK pO3ojIY HanpykCHocT0 B0014YHOTO KOHBeKTHBH 
npoMeHCBOrO CYIIHHA BY MOBax JBOCTopoHHbOO onpoMIHeHHA CICKTDOMATH0THHM NQNeM HBY, 3 
YpaxvBaHHAM eheKTIB NOrWHaHHA TA )a3H BiJPHToÏ NBHTi. 
Merou a0c.uiJKeHE. Jua BHpiueHUA nOCTARIEHIN 3AB 1aHb Bp oóori npoBo1 M.1HCS .O3paxvHKOB0 
1a eKcepHMeHTAlbHI l0C11KEHHA, IlO ba3YOTbCA Ha MaTeMaTHYHOMV anapari. 
3 
. CTpyKTypa ii o6cr po6oTH, Knanihikauina poó0Ta MariCTpa cKINaJ|aCTBCA 31 BCTYIIY, 
lbOTmpb0X poiiB, BHCHOnK0B, CHHCKy BIKOpucTanHX NKCPe)T 
5. llpeseraniï ua 25 cJairax. 
6. KoncyJIDTAUTH PpoyiriB kBaJJiikaniinoi poooTH MaricTpa 
Posin IIpi3BunIc, iHiLLjaJIH Ta IOcajta Ilimc, JtaTa 
3aBIlaHEISA 3aBJ[aIHA 
KOHcyJbTarTa 
BHIaB npuäas 
Teoperrni 
MerouMHHi TabyeHKO B.S., 1.T.H., npoecop, 
npodecop Kapcxpu IIMKT 
EkCnepHMeHTAJIb-H0 
A0cJTHIHIHILKHH 
HopMoKoHTpoJb TuyKOB B.B., K-T TeXH. Hayk, |OI., 
1014, Ka)expu IIMKT 
7. Mara BHNayi 3aBlaHHA 9" BepecHA 2025poKy 
KAJJEHLAPHMÝI IJIAH 
No 
3/n Hassa eraniB KBanihikauiaHoi poQoTH Maricrpa CrpoK BHKOHaHHA eTarriB 
poõoTH IpumiTKa 
OrnanoBM po3iJI 09.09.25 -6.10.25 
2 BHK 
TeopeTHHHÄ po3nin 07.10.2.5 -20.10.25 
3 BHK 
MeroNHHHÄ pos1iI 21.10.25 - 03.11.25 
4 BHK 
EkcnepuMEHTaIbHHí po3ni1 04.11.25 -01.12.25 
5 BHK 
OdopMJIEHHA IO1CHIOBatbHOi 3aHcKH 
02.12.25-09.12.25 
6 OpopmieHHA IpEseHTanii BHK 
02.12.25 09.12.25 
OdopMIeHHA CYIpOBiNHOÏ 1OKyMeHTaLii BUK 
01.12.25- 05.12.25 
Po6oTa Han noIOB0JJKO BHK 
06.12.25  09.12.25 
BHK 
MarictparT 
(TAnnc) MakcHM TKAYEHKO 
(npi3suuue Ta iHija.n) 
KepisHnK poõoTH 
(ninuc BononuMHp TAJIL4EHKO 
(npisBue Ta inijanH) 
4 
 
РЕФЕРАТ 
 
Тема: Система керованого двобічного конвективно-променевого 
сушіння зерна (Ткаченко М.Ю.). 
У поданій кваліфікаційній роботі магістра представлені як теоретичні 
основи, так і практичні результати створення та реалізації пристрою для 
керованого сушіння зерна, що поєднує конвективний та двобічний променевий 
методи. 
Мета та завдання дослідження: 
Мета магістерської роботи полягає в обґрунтуванні необхідних 
теоретичних положень для розробки нової сушильної установки. Принцип її дії 
базується на двобічному конвективно-променевому сушінні за допомогою 
НВЧ-енергії, яка генерується кількома магнетронами малої та середньої 
потужності. 
Для досягнення цієї мети було розроблено та вирішено такі завдання: 
• провести огляд наукової літератури, що стосується обраної теми; 
• встановити характер взаємодії двобічного конвективно-променевого 
сушіння із зерном; 
• сконструювати експериментальну установку для сушіння та 
знезараження зерна з двостороннім НВЧ-опроміненням; 
• визначити розподіл напруженості двобічного конвективно-променевого 
сушіння у робочій камері. 
• розробити рекомендації щодо експлуатації системи керування 
магнетронами. 
 Об'єкт дослідження – процес сушіння зернових культур. 
Предмет дослідження – розрахунок розподілу напруженості двобічного 
конвективно-променевого сушіння в умовах двостороннього опромінення 
електромагнітним полем НВЧ, з урахуванням ефектів поглинання та фази 
відбитої хвилі. 
 
  
5 
 
Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному: 
• експериментально підтверджено ефективність застосування 
електромагнітного випромінювання високих і надвисоких частот для сушіння 
зерна, що призводить до покращення його якості та підвищення передпосівних 
властивостей. 
• виконано розрахунки розподілу напруженості електричного поля як 
функції поперечних координат для різних видів сільськогосподарської продукції 
з різним рівнем вологості. У розрахунках враховано двостороннє опромінення та 
фазовий вплив відбитих хвиль, зумовлений конфігурацією відбиваючих 
поверхонь. 
• доведено, що правильний вибір товщини шару зерна та оптимальне 
розташування відбиваючих поверхонь дозволяє досягти високої однорідності 
розподілу двобічного конвективно-променевого сушіння в активній робочій 
камері. 
Практичне значення отриманих результатів 
На основі проведених досліджень запропоновано методи та технічні 
засоби для вдосконалення процесу сушіння зернових культур за допомогою 
НВЧ-випромінювання. 
Технічний результат роботи включає створення математичних моделей 
процесу, а також розробку рекомендацій для роботи з системою керування 
магнетронними випромінювачами. 
Структура та зміст розділів 
У першому розділі проведено огляд вітчизняних та зарубіжних 
літературних джерел. Встановлено, що серед існуючих методів (вентиляційне, 
конвективне гарячим повітрям, ІЧ-випромінювання) найбільш перспективним є 
використання двобічного конвективно-променевого сушіння у НВЧ-діапазоні. 
Такий підхід забезпечує зниження енергоспоживання, скорочення тривалості 
процесу, покращення якості зерна, автоматизацію та мобільність обладнання. 
Другий розділ присвячений аналізу взаємодії НВЧ-випромінювання з 
біологічними матеріалами для визначення особливостей впливу на зерно. 
  
6 
 
З’ясовано, що процес сушіння залежить від комплексу нелінійних фізичних 
параметрів. Проектування ефективних сушарок вимагає обов'язкового 
врахування залежностей вологості від потужності НВЧ-джерел та просторово-
часових змін температури. Підкреслено необхідність оптимізації режимів 
сушіння. 
У третьому розділі розроблено методики дослідження та представлено 
експериментальні дані, що підтверджують позитивний вплив НВЧ-опромінення 
на переробні властивості зерна. Зокрема, зафіксовано збільшення коефіцієнта 
лущення, зниження міцності ядра, зменшення енерговитрат на розмелювання, 
зниження вмісту крохмалю та підвищення відбивної здатності борошна. 
Четвертий розділ містить варіанти конструкцій сушарок, що мають значні 
переваги над традиційними аналогами. Використання двостороннього 
опромінення сипучого матеріалу забезпечує високу однорідність поля у 
поперечному перерізі. Запропонована архітектура демонструє потенціал для 
масштабування продуктивності: використання N окремих джерел потужністю P 
замість одного джерела NP підвищує надійність, знижує вартість та 
експлуатаційні витрати. Наведено математичні залежності для розрахунку 
розподілу напруженості електричного поля та щільності потужності в активній 
камері з урахуванням хвильового відбиття та фазових співвідношень. 
Ключові слова: ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ, МАГНЕТРОН, НВЧ 
СУШАРКА, ОПРОМІНЕННЯ, ЗЕРНОВІ КУЛЬТУРИ, ОПТИМІЗАЦІЯ. 
 
Список основних публікацій магістранта 
Maksym TKACHENKO, Volodymyr HALCHENKO. Controlled two-sided 
convective-beam grain drying system. 2025, Proc. Ukr. Science & Research 
Methodology – 2025  Conf.: Cherkasy, Nov. 2025. -  p. 85-87. 
 
 
 
 
  
7 
 
ABSTRACT 
 
Topic: System of controlled two-sided convective-radial drying of grain 
(Tkachenko M.Yu.). 
The submitted master's thesis presents both the theoretical foundations and 
practical results of the creation and implementation of a device for controlled drying 
of grain, combining convective and two-sided radiation methods. 
Purpose and objectives of the research: 
The purpose of the master's thesis is to substantiate the necessary theoretical 
provisions for the development of a new drying plant. The principle of its operation is 
based on two-sided convective-radiative drying using microwave energy, which is 
generated by several magnetrons of low and medium power. 
To achieve this goal, the following tasks were developed and solved: 
• to conduct a review of the scientific literature related to the selected topic; 
• to establish the nature of the interaction of two-sided convective-radiative 
drying with grain; 
• to design an experimental installation for drying and disinfecting grain with 
two-sided microwave irradiation; 
• to determine the intensity distribution of two-sided convective-radiative 
drying in the working chamber. 
• to develop recommendations for the operation of the magnetron control 
system. 
The object of the study is the drying process of grain crops. 
The subject of the study is the calculation of the intensity distribution of two-
sided convective-radiative drying under conditions of two-sided irradiation with a 
microwave electromagnetic field, taking into account the effects of absorption and 
the phase of the reflected wave. 
The scientific novelty of the obtained results is as follows: 
  
8 
 
• the effectiveness of using high and ultrahigh frequency electromagnetic 
radiation for drying grain has been experimentally confirmed, which leads to an 
improvement in its quality and pre-sowing properties. 
• calculations of the distribution of electric field intensity as a function of 
transverse coordinates have been performed for different types of agricultural 
products with different levels of humidity. The calculations take into account two-
sided irradiation and the phase effect of reflected waves, due to the configuration of 
reflecting surfaces. 
• it has been proven that the correct choice of the grain layer thickness and the 
optimal location of reflecting surfaces allows achieving high uniformity of the 
distribution of two-sided convective-radiative drying in an active working chamber. 
Practical significance of the results 
Based on the conducted research, methods and technical means for improving 
the process of drying grain crops using microwave radiation have been proposed. 
The technical result of the work includes the creation of mathematical models 
of the process, as well as the development of recommendations for working with the 
magnetron emitter control system. 
Structure and content of the sections 
The first section reviews domestic and foreign literature. It was found that 
among the existing methods (ventilation, hot air convection, IR radiation), the most 
promising is the use of two-sided convective-radiation drying in the microwave 
range. This approach provides reduced energy consumption, reduced process 
duration, improved grain quality, automation and mobility of equipment. 
The second section is devoted to the analysis of the interaction of microwave 
radiation with biological materials to determine the characteristics of the effect on 
grain. It was found that the drying process depends on a complex of nonlinear 
physical parameters. The design of effective dryers requires mandatory consideration 
of the dependence of humidity on the power of microwave sources and 
spatiotemporal temperature changes. The need to optimize drying modes is 
emphasized. 
  
9 
 
The third section develops research methods and presents experimental data 
confirming the positive effect of microwave irradiation on the processing properties 
of grain. In particular, an increase in the peeling coefficient, a decrease in kernel 
strength, a decrease in energy consumption for grinding, a decrease in starch content, 
and an increase in the reflectivity of flour were recorded. 
The fourth section contains variants of dryer designs that have significant 
advantages over traditional counterparts. The use of two-sided irradiation of bulk 
material provides high field uniformity in the cross section. The proposed 
architecture demonstrates the potential for scaling productivity: the use of N separate 
sources with power P instead of one source NP increases reliability, reduces cost and 
operating costs. Mathematical relationships are given for calculating the distribution 
of electric field strength and power density in the active chamber, taking into account 
wave reflection and phase relations. 
Keywords: ELECTROMAGNETIC FIELD, MAGNETRON, 
MICROWAVE DRYER, IRRADIATION, GRAIN CROPS, OPTIMIZATION. 
 
Maksym TKACHENKO, Volodymyr HALCHENKO. Controlled two-sided 
convective-beam grain drying system. 2025, Proc. Ukr. Science & Research 
Methodology – 2025  Conf.: Cherkasy, Nov. 2025. -  p. 85-87. 
 
  
10 
 
ЗМІСТ 
ВСТУП 11 
 1. ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ СУШКИ ЗЕРНА 14 
1.1. Короткий огляд способів сушки зерна 14 
1.2. Існуючі сушарки, що використовують нвч-поле 19 
Висновки до розділу 1. 28 
 2. АНАЛІЗ ВЗАЄМОДІЇ ДВОБІЧНОГО КОНВЕКТИВНО- 29 
ПРОМЕНЕВОГО СУШІННЯ З ЗЕРНОМ 
2.1. Основні параметри електромагнітної хвилі при поширенні в 29 
середовищі 
2.2. Зміна вологості зерна при зміні діелектричних властивостей 35 
2.3. Особливості взаємодії нвч випромінювання в речовині 38 
Висновки до розділу 2. 41 
 3. ДОСЛІДЖУВАЛЬНІ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ 42 
СУШІННЯ ЗЕРНА 
3.1. Методика визначення впливу нвч випромінювання на термін 42 
зберігання зерна в різних середовищах та його життєвідроджувальну 
здатність 
3.2. Методика оцінки впливу теплового випромінювання на зерно 45 
3.3. Методика проведення та перевірки експерименту 52 
3.4. Методика сканування за допомогою растрового електронного 54 
мікроскопа 
Висновки до розділу 3 64 
 4. ОСОБЛИВОСТІ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ ЗЕРНА 66 
4.1. Конструкція установки для сушіння та знезараження зерна нвч- 66 
полем 
4.2. Розподіл напруженості двобічного конвективно-променевого 73 
сушіння в робочій камері 
Висновки до 4 розділу 81 
ВИСНОВКИ 82 
СПИСОК ВИКОРИСТАННИХ ДЖЕРЕЛ 84 
ДОДАТКИ 88 
 
 
 
 
ВСТУП 
  
11 
 
 
Актуальність дослідження 
Розвиток аграрного сектору, зокрема збільшення обсягів виробництва 
рослинницької та тваринницької продукції, є життєво необхідним для 
забезпечення продовольчої безпеки населення. Збереження врожаю є однією з 
ключових умов цієї безпеки. Сушіння традиційно залишається найбільш 
результативним методом консервації сировини, оскільки ефективно зупиняє 
небажані біохімічні процеси. 
Водночас, недостатня потужність і обмежена кількість наявних 
зерносушильних комплексів щороку стають причиною значних втрат врожаю 
через затримки в обробці. 
Сучасне агровиробництво активно шукає шляхи прискорення процесу 
сушіння. Серед перспективних методів: попередній підігрів зернової маси, 
використання електроактивованого повітря, рециркуляційні цикли, зміна 
складу газового середовища та вакуумні технології. 
Останнім часом особливої уваги набуває використання двостороннього 
конвективно-променевого сушіння на надвисоких частотах (НВЧ). Ця 
технологія відкриває можливості для модернізації існуючих промислових 
сушарок, а також для створення ефективних установок для передпосівної 
обробки насіння. 
Застосування НВЧ-технологій для сушіння та знезараження зерна 
вважається перспективним та економічно вигідним завдяки низці переваг: 
Висока енергоефективність. 
Спрямованість енергії майже виключно на матеріал (мінімальний нагрів 
конструкцій та повітря). 
Висока швидкість обробки та рівномірне прогрівання по всьому об’єму. 
Ефективна дезінсекція (знезараження від шкідників). 
Екологічність (відсутність токсичних викидів). 
Можливість точного керування потужністю для запобігання перегріву. 
Компактність установок та їхня мобільність. 
  
12 
 
Незважаючи на значні переваги, більшість існуючих НВЧ-сушарок 
інтегровані в конвеєрні або шахтні системи. Впровадження цієї технології у 
бункерні сушильні комплекси залишається недостатньо дослідженим, хоча її 
ефективність підтверджена науковими роботами. Таким чином, вдосконалення 
процесу сушіння зерна через контрольоване двостороннє опромінення НВЧ-
полем є нагальною науково-технічною проблемою. 
Мета та завдання дослідження 
Мета роботи полягає в теоретичному обґрунтуванні та розробці концепції 
нової сушильної установки. Принцип її дії базується на двобічному 
конвективно-променевому сушінні за допомогою НВЧ-енергії, що генерується 
кількома магнетронами малої та середньої потужності. 
Для досягнення поставленої мети було розроблено та виконано такі 
завдання: 
Провести аналіз наукової літератури, пов’язаної з обраною тематикою. 
Встановити характер взаємодії двобічного конвективно-променевого 
сушіння із зерном. 
Сконструювати експериментальний стенд для сушіння та знезараження 
зерна з двостороннім НВЧ-опроміненням. 
Визначити розподіл напруженості двобічного конвективно-променевого 
поля в робочій камері. 
Розробити рекомендації щодо експлуатації системи керування 
магнетронами. 
Об'єкт дослідження – процес сушіння зернових культур. 
Предмет дослідження – розрахунок розподілу напруженості двобічного 
конвективно-променевого поля в умовах двостороннього опромінення 
електромагнітним полем НВЧ, з урахуванням ефектів поглинання та фази 
відбитої хвилі. 
Методи дослідження – аналіз фізичних процесів взаємодії НВЧ-
випромінювання з матеріалами, а також принципи конвективного та 
променевого теплообміну. 
  
13 
 
Наукова новизна та практичне значення 
Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному: 
Експериментально підтверджено ефективність використання 
електромагнітного випромінювання високих і надвисоких частот для сушіння 
зерна, що забезпечує покращення його якості та підвищення передпосівних 
властивостей. 
Виконано розрахунки розподілу напруженості електричного поля як 
функції поперечних координат для різних видів сільськогосподарської 
продукції з різним рівнем вологості. У розрахунках враховано двостороннє 
опромінення та фазовий вплив відбитих хвиль, зумовлений конфігурацією 
відбиваючих поверхонь. 
Доведено, що правильний вибір товщини шару зерна та оптимальне 
розташування відбиваючих поверхонь дозволяє досягти високої однорідності 
розподілу двобічного конвективно-променевого поля в активній робочій 
камері. 
Практичне значення отриманих результатів На основі проведених 
досліджень запропоновано методи та технічні засоби для вдосконалення 
процесу сушіння зернових культур за допомогою НВЧ-випромінювання. 
Технічний результат роботи включає створення математичних моделей 
процесу, а також розробку рекомендацій для роботи з системою керування 
магнетронними випромінювачами. 
 
 
 
 
 
 
1. ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ СУШКИ ЗЕРНА 
 
  
14 
 
1.1. Короткий огляд способів сушки зерна 
 
У багатьох кліматичних зонах значна частина врожаю зернових, олійних 
та інших культур збирається з підвищеною вологістю, що створює перешкоди 
для їхнього тривалого зберігання. Основна мета сушіння сільськогосподарської 
продукції – це зниження вмісту вологи до рівня, який гарантує її стабільне 
зберігання. 
Проте сушіння має ширше значення, ніж просто видалення вологи. Під 
час процесу відбуваються важливі фізичні та біохімічні зміни, що впливають на 
якість зерна. Повітря слугує не лише теплоносієм і вологопоглиначем: кисень 
активізує біохімічні процеси в зародку та ендоспермі при підвищенні 
температури, сприяючи фізіологічному дозріванню та покращенню його якості. 
Своєчасне та коректне сушіння підвищує стійкість зерна до зберігання, 
покращує його насіннєві та продовольчі характеристики, вирівнює масу за 
зрілістю та вологістю, а також покращує зовнішній вигляд. Крім того, сушіння 
знижує активність шкідників і патогенної мікрофлори, а також може 
покращувати технологічні властивості пошкодженого зерна. 
Одним із перспективних підходів є використання інфрачервоного (ІЧ) 
випромінювання. На відміну від традиційних конвективних методів, ІЧ-
сушіння часто не потребує органічного палива. Інфрачервоні промені 
(спектральний діапазон 760 нм – 420 мкм) мають високу теплову дію, що 
забезпечує ефективне нагрівання внутрішньої вологи зернини. Це гарантує 
високу ефективність та економічність, оскільки енергія спрямовується 
безпосередньо на вологу, а температура самого зерна залишається в межах 
оптимальних значень (40–60°С). 
ІЧ-сушіння при зазначених температурах ефективно знищує мікрофлору 
на поверхні, мінімізує втрати тепла через вентиляцію та не перегріває 
обладнання. Промені можуть передавати енергію без прямого контакту, 
оскільки повітря для них прозоре. 
  
15 
 
Інфрачервоне випромінювання також цінне для передпосівної обробки 
насіння: воно знижує твердість зернин, активує ферменти, покращує посівні 
властивості та скорочує час підготовки до проростання. Наприклад, при 
потужності 40–50 Вт/м² протягом 15–25 секунд температура зерна 
підвищується до 30–50°С, що позитивно впливає на швидкість проростання, 
врожайність та якість кінцевого продукту. 
 
Рисунок 1.1 - Залежність коефіцієнта пропускання ІЧ випромінювання 
 
Використання випромінювання у процесі сушіння 
Інфрачервоне (ІЧ) сушіння. Інфрачервоне випромінювання має виражену 
дезінфекційну дію, ефективно знезаражуючи зернові культури та захищаючи 
насіння від шкідливої мікрофлори. Обробка зерна за допомогою ІЧ-енергії 
(близько 17 кВт·год) можлива без втрати його якості. 
Різні типи зерна мають неоднакову здатність пропускати ІЧ-промені. 
Основна особливість методу полягає в тому, що швидко нагріваються 
переважно поверхневі шари зернини. Це сприяє ефективному зняттю луски 
(лушпинню). Хоча метод забезпечує високу швидкість (близько 25% вологи 
випаровується за 90–100 секунд, а залишкова волога видаляється протягом 5–6 
хвилин, досягаючи кінцевої вологості 12–14% за 8–10 хвилин), він потребує 
значних енергетичних витрат. Тому ІЧ-сушіння часто застосовують у 
комбінації з активною вентиляцією. Основними перевагами є швидкість і 
  
16 
 
простота процесу, а також забезпечення високої якості зерна та покращення 
передпосівних властивостей насіння. 
Конвективне сушіння гарячим повітрям. Конвективне сушіння є 
традиційним і передбачає прогрівання зернової маси за допомогою потоку 
нагрітого повітря (або суміші повітря з топковими газами). Гарячий теплоносій 
проходить через шари зерна, використовуючи відвідні та підвідні канали. Цей 
підхід сприяє загальній рівномірності просушування, однак сам процес є 
енергоємним і може бути нерівномірним: зерно, розташоване далі від каналів, 
сохне гірше, тоді як сусідні зернини можуть зазнавати пошкоджень через 
перегрів. 
При роботі з високою вологістю зерна необхідно використовувати нижчу 
температуру теплоносія та збільшувати час сушіння. Для мінімізації ризику 
ураження мікрофлорою та механічних пошкоджень часто застосовують 
комбіновані режими: спочатку вологість знижують гарячим повітрям 
(наприклад, з 40% до 20%), а потім завершують сушіння звичайною 
вентиляцією до стандартних 14%. 
Додаткові дослідження стосуються використання озоно-повітряних 
сумішей та іонізованого повітря для зменшення енерговитрат і отримання 
бактерицидного ефекту. Однак застосування таких сумішей вимагає точного 
контролю концентрації озону через його токсичність і швидку деструкцію. 
Сушіння імпульсним електромагнітним полем (НВЧ). Метод сушіння з 
використанням імпульсного двобічного конвективно-променевого сушіння 
(НВЧ) ґрунтується на принципі поглинання електромагнітних хвиль вологим 
матеріалом. Ключова перевага полягає в тому, що суха частина зерна 
практично не нагрівається. 
Волога, що міститься всередині зернини, під впливом НВЧ-
випромінювання зазнає ефекту "молекулярного тертя", що спричиняє 
внутрішній об’ємний нагрів і швидке випаровування води. Це створює градієнт 
вологості, направлений від центру до поверхні, що значно прискорює процес. 
  
17 
 
Даний метод ефективний навіть на завершальних стадіях сушіння (низька 
вологість) і дозволяє досягти високої продуктивності при збереженні якості 
зерна. НВЧ-енергія виробляється екологічно чисто та проникає через весь об’єм 
матеріалу. Інтенсивність обробки безпосередньо залежить від діелектричних 
властивостей зерна та напруженості електромагнітного поля. 
 
 
Рисунок  1.2 - Механізм видалення вологи із зерна при сушінні 
електромагнітним полем НВЧ 
 
За законом Джоуля-Ленца можна розрахувати потужність, що виділяється 
при нагріві зерна полем НВЧ: 
   (1.1) 
де Р - потужність, Вт/м3; є - діелектрична проникність матеріалу;  
Е - напруженість електричного поля, В/м. tg d - тангенс кута діелектричних 
втрат; f - частота випромінення електромагнітного поля, Гц; 
Інноваційне НВЧ-сушіння діелектричних матеріалів 
Принцип дії та переваги 
  
18 
 
Сушіння діелектричних матеріалів, зокрема зерна, за допомогою 
двобічного конвективно-променевого методу на основі НВЧ-поля (надвисоких 
частот) є високоефективною та екологічною технологією. Ефективність 
процесу визначається взаємодією: 
Параметрів електромагнітного поля (напруженість E та частота f). 
Діелектричних характеристик матеріалу (діелектрична проникність та 
тангенс кута діелектричних втрат). 
Основою нагріву є діелектрична поляризація: високочастотне поле 
викликає швидкий рух пов'язаних електричних зарядів (диполів) у матеріалі, 
що генерує струми зміщення та провідності. Цей процес призводить до 
об'ємного внутрішнього нагріву матеріалу. 
Переваги: Цей метод забезпечує високу продуктивність, рівномірний 
нагрів по всьому об'єму та є екологічно чистим. Він значно ефективніший і 
менш енергоємний, ніж традиційне сушіння гарячим повітрям, яке є 
паливозатратним і тривалим. 
Збереження якості та перенесення вологи 
НВЧ-сушіння змінює механізм перенесення вологи порівняно з 
конвективними методами: 
Внутрішній тиск пари: Зернина нагрівається зсередини, що спричиняє 
утворення тиску водяної пари, спрямованого від центру до поверхні. Це 
гарантує рівномірне висушування і, що важливо, допомагає зберегти зародок 
насінини. 
Механізм перенесення: Оскільки макрокапіляри у зерні відсутні, волога 
переноситься всередині матеріалу переважно за рахунок молекулярного 
перенесення водяної пари через дисперсне середовище. Цей механізм знижує 
енергетичні витрати, зберігаючи високу якість зерна. 
Дезінсекція та знезараження (Вибірковий прогрів) 
Захист зерна від шкідників і мікроорганізмів після сушіння є важливим 
етапом. Традиційні методи (хімічна обробка, фумігація) є тривалими, 
енергоємними та несуть ризики для екології та здоров'я. 
  
19 
 
НВЧ-дезінсекція пропонує безпечну альтернативу завдяки ефекту 
"вибіркового прогріву": 
Вибірковий прогрів: Нагрівання в зерні та тілі комахи безпосередньо 
залежить від вмісту вологи. Тіла шкідників, як правило, мають вищу ефективну 
діелектричну проникність, ніж сухе зерно, що спричиняє їх швидше й 
інтенсивніше нагрівання. 
Ефективність: Експерименти підтвердили, що при робочій частоті 2.45 
ГГц шкідники ефективно знищуються всього за 2 секунди експозиції. Критична 
температура, що призводить до пошкодження самого зерна, становить 55–57C, і 
вона досягається лише через 900 секунд (15 хвилин), що підкреслює високу 
селективність і безпеку методу. 
 
1.2. Існуючі сушарки, що використовують НВЧ-поле 
 
Класифікація сушильних систем та інноваційні НВЧ-технології 
Принципи класифікації зерносушарок: 
Зерносушарки поділяють на категорії на основі низки конструктивних і 
технологічних критеріїв, що визначають їхню ефективність та особливості 
експлуатації: 
Критерій класифікації Приклад різновиду 
Схема руху агента Прямоточні, протиточні, перехресноточні (відносно зерна) 
Щільний шар (шахтні), рухомий шар (барабанні), 
Структура зернового шару 
псевдозріджений шар 
Кількість зон Однозонні, багатозонні (для різних режимів) 
Прямий (змішування з топковими газами), непрямий (через 
Спосіб нагріву агента 
теплообмінник) 
Шахтні, барабанні, камерні, рециркуляційні, конвеєрні, 
Конструктивні особливості 
бункерні 
Використання агента Прямоточні, з рециркуляцією сушильного агента 
 
 
Типологія НВЧ-установок 
Сучасні розробки в галузі інтенсивного сушіння зосереджені на 
високочастотних (ВЧ) та надвисокочастотних (НВЧ) установках. Ці системи, як 
  
20 
 
правило, поділяються на чотири основні групи за умовами роботи та 
комбінуванням методів: 
1. Сушарки при атмосферному тиску: Використовують лише 
електромагнітне поле для нагріву. 
2. Вакуумні сушарки: Обробка матеріалу відбувається у вакуумних 
камерах (знижений тиск). 
3. Комбіновані атмосферні системи: Поєднують НВЧ-нагрів із 
традиційним конвективним сушінням (гарячим повітрям) при нормальному 
тиску. 
4. Комбіновані вакуумні системи: Поєднують НВЧ-нагрів з конвекцією 
або інфрачервоним випромінюванням у вакуумній робочій камері. 
Конструктивні рішення: Приклад конвеєрної НВЧ-сушарки 
Більшість модернізованих НВЧ-сушарок, призначених для промислової 
інтенсифікації, мають шахтний або конвеєрний дизайн. 
Наприклад, конвеєрна установка для комбінованого сушіння зерна (за 
схемою В. І. Пахомова) працює наступним чином: 
• Подача: Зерно завантажується у завантажувальний бункер (6). 
• Переміщення: Воно рівномірно розподіляється та транспортується 
через робочу зону за допомогою стрічкового транспортера (7). 
• Комбінована обробка: Зерно піддається одночасній дії двох факторів: 
o Конвективне сушіння: Повітря подається через повітропроводи (4). 
o НВЧ-опромінення: Багаторазове опромінення забезпечується 
хвилеводними пристроями (2). 
Така конструкція дозволяє максимально використати переваги обох 
методів сушіння. 
 
  
21 
 
 
Рисунок 1.3 - Принципова схема конвеєрної установки для комбінованого 
сушіння зерна з використанням енергії НВЧ 
 
Приклади конструктивних рішень промислових НВЧ-сушарок 
Промислові установки, що використовують надвисокі частоти (НВЧ) для 
сушіння, часто реалізують комбінований підхід (НВЧ + конвекція). Це 
необхідно для досягнення максимальної ефективності, рівномірності видалення 
вологи та запобігання перегріву матеріалу. 
1. Комбінована конвеєрна сушарка «Sober» (США) 
Американська компанія «Sober» розробила промислову установку, 
оптимізовану, зокрема, для сушіння картопляних чипсів. 
Ключові особливості цієї конвеєрної системи: 
Рух матеріалу: Оброблюваний матеріал (чипси) безперервно 
транспортується стрічковим конвеєром. 
НВЧ-опромінення: Енергія подається безпосередньо в робочу зону через 
щілинний хвилевід, забезпечуючи об'ємний нагрів продукту. 
  
22 
 
Конвективна підтримка: Одночасно із НВЧ-опроміненням відбувається 
конвективне сушіння гарячим повітрям, яке подається через спеціально 
спроектовану систему повітропроводів. 
2. Версії НВЧ-сушарки «Мівак» 
Установка «Мівак» демонструє два різні конструктивні підходи до 
організації робочої зони НВЧ-опромінення: 
Варіант а) (Горизонтальний транспорт): 
Матеріал переміщується горизонтальним транспортером, проходячи 
через зону інтенсивного НВЧ-поля. Це типово для сушіння шаруватого 
матеріалу або продуктів, що легко руйнуються. 
Варіант б) (Вертикальна зона): 
Зона опромінення орієнтована вертикально. Така схема може бути 
кращою для сипучих матеріалів (наприклад, зерна) або для установок з 
обмеженим простором, де матеріал переміщується під дією сили тяжіння або 
вертикального конвеєра. 
Обидві версії «Мівак» базуються на використанні потужних НВЧ-
генераторів та довгих хвилеводів, необхідних для забезпечення ефективного 
розподілу та передачі енергії на велику площу або об'єм оброблюваного 
продукту. 
 
 
Рисунок 1.4 - Схема виробничої установки для сушіння чіпсів 
  
23 
 
Крім того, в деяких роботах використовується послідовний нагрів 
декількома магнетронами (нагрівання в кілька етапів), але не проведені 
дослідження, які відображають зміну швидкості, при режимі НВЧ впливу. 
 
 
Рисунок 1.5 - НВЧ сушарка «Мівак», а - горизонтальний тип; б - вертикальний 
тип, де 1 -- прийомний бункер; 2 - конденсатор; 3 - хвилевід; 4 - НВЧ генератор; 
5 - транспортер; б - вакуумний насос; 7 - сушильна камера. 
 
 Комбінована шахтна зерносушарка з НВЧ-модулем 
Шахтні сушарки є ще одним поширеним типом обладнання, де ефективно 
застосовується НВЧ-інтенсифікація для прискорення та покращення процесу 
видалення вологи із зерна. 
Конструктивна схема та компоненти 
На представлено принципову схему комбінованої установки шахтного 
типу, оптимізованої для використання НВЧ-енергії. 
Основні функціональні вузли установки: 
(1) Робоча камера: Безпосередньо шахта, де відбувається основний 
процес сушіння. 
  
24 
 
(2) Верхній стрічковий транспортер: Використовується для подачі або 
попередньої обробки зерна. 
(3) Норія (ковшовий елеватор): Механізм вертикального транспортування 
зерна. 
(4) Хвилевідний пристрій: Пристрій для цільового введення НВЧ-енергії 
в потік або шар зерна. 
(5) Нижній стрічковий транспортер: Використовується для вивантаження 
або передачі зерна на наступний етап. 
(6) Вентилятор: Забезпечує подачу сушильного агента (повітря) для 
конвективної складової процесу. 
Принцип послідовної роботи 
Процес сушіння в цій комбінованій шахтній сушарці організований 
послідовно: 
Початкове подання: Зерно подається норією (3) на верхній транспортер 
(2). На цьому етапі відбувається попереднє просушування, ймовірно, за 
допомогою конвективного методу (гарячим повітрям). 
НВЧ-обробка: Потім зерно переходить на нижній вивантажувальний 
транспортер (5). Тут матеріал піддається впливу НВЧ-поля, яке вводиться через 
хвилевідний пристрій (4). 
Фіналізація: Після НВЧ-обробки зерно направляється на повторне 
сушіння (або на додатковий конвективний етап у шахті, або на охолодження). 
Така схема дозволяє ефективно інтегрувати переваги глибокого, 
швидкого внутрішнього нагріву (НВЧ) із традиційним, більш дешевим 
видаленням поверхневої вологи (конвекція). 
  
25 
 
 
Рисунок 1.6 - Принципова схема сушки зерна з використанням НВЧ 
енергії в установці шахтного типу 
 
Комбінована вакуумна НВЧ/ІЧ-сушарка: Принцип роботи та виклики 
Розглянута установка є прикладом високоефективної комбінованої 
сушарки, яка використовує синергію надвисоких частот (НВЧ) та 
інфрачервоного (ІЧ) випромінювання в умовах вакууму. 
Конструкція та процес сушіння 
Ця конструкція розроблена для сушіння гранульованих продуктів, 
зокрема зерна, і працює за наступною послідовністю: 
Завантаження: Гранульований матеріал подається із зовнішньої ємності у 
вакуумну камеру  через спеціалізований вхідний шлюз (10), що дозволяє 
підтримувати низький тиск. 
Транспортування: Продукт рівномірним тонким шаром розподіляється на 
транспортерній стрічці . 
  
26 
 
Обробка: Стрічка послідовно переміщує матеріал через низку зон 
сушіння (16). У кожній зоні продукт одночасно піддається впливу 
мікрохвильового та інфрачервоного опромінення. 
Видалення вологи: Комбінація променевого нагріву та низького тиску 
значно підвищує ефективність випаровування вологи, яка оперативно 
відкачується з камери за допомогою вакуумного насоса (8). 
Вивантаження: Висушений продукт покидає вакуумну камеру через 
вихідний шлюз. 
Виклик однорідності поля 
Ключовою проблемою ефективної роботи установки є забезпечення 
однорідності електромагнітного поля всередині робочих зон (16): 
НВЧ-хвиля, що генерується генератором та випромінюється антенами, 
зазнає численних відбиттів від внутрішніх металевих стінок камери та 
спеціальних перетинок. 
Ці багаторазові відбиття призводять до втрати первинної однорідності 
поляризації та нерівномірного розподілу енергії по об'єму продукту, що може 
знижувати загальну ефективність сушіння. 
 
 
Рисунок 1.7 - Сушарка з вакуумною камерою в якій застосовується 
застосовуються електромагнітне поле НВЧ діапазону та інфрачервоне 
випромінювання. 
  
27 
 
Синергія НВЧ, ІЧ та вакууму: Вдосконалення сушіння 
Комбінована сушарка, що використовує НВЧ-поле, інфрачервоне (ІЧ) 
випромінювання та знижений тиск, демонструє ефективний підхід до сушіння 
діелектричних матеріалів. 
Взаємодія хвиль та температурний профіль 
Незважаючи на втрату первинної однорідності поляризації НВЧ-хвиль 
через відбиття від металевих поверхонь, це явище має позитивний ефект. 
Інтерференція (накладання) відбитих електромагнітних хвиль допомагає 
уникнути локальної неоднорідності розподілу потужності, яка була б 
неминучою при ідеальній однорідній поляризації. 
НВЧ-дія: Забезпечує внутрішній об'ємний нагрів продукту. 
ІЧ-дія: Генерація ІЧ-випромінювання відбувається за допомогою 
металевих пластин з нагрівальними елементами. Ці пластини є прозорими для 
НВЧ-хвиль завдяки спеціальним щілинам. ІЧ-випромінювання нагріває продукт 
переважно ззовні, сприяючи вирівнюванню його загального температурного 
профілю (як окремих зернівок, так і всього шару). 
Автоматична адаптація та переваги вакууму 
Автоматична регуляція потужності: У міру просування стрічки по камері 
(4), вологість продукту знижується. Менш вологі матеріали поглинають менше 
енергії, тому в наступних зонах (16) автоматично відбувається зниження 
щільності поглинаної потужності як НВЧ, так і ІЧ-випромінювання, що 
запобігає пересушуванню. 
Вакуумна перевага: Нагрівання відбувається в умовах зниженого тиску. 
За цих умов вода закипає при значно нижчій температурі, що дозволяє 
ефективно видаляти вологу без ризику термічного пошкодження або псування 
продукту. 
 
 
 
 
  
28 
 
Висновок до 1 розділу  
 
Аналіз існуючих методів сушіння зернових культур визначив 
перспективність застосування двостороннього НВЧ-опромінення під 
керуванням спеціалізованого пристрою. 
Порівняльний аналіз методів: 
1. Різноманіття методів: Існує широкий спектр технологій сушіння 
сипучих агропродуктів: активна вентиляція, гаряче повітря (конвекція), 
інфрачервоне випромінювання та НВЧ-хвилі. 
2. Недоліки конвективного сушіння (гаряче повітря): Хоча гаряче повітря 
знижує ризик зараження мікроорганізмами, цей процес нерівномірний, 
енерговитратний, не підходить для зерна з дуже високою вологістю та несе 
ризик перегріву, що погіршує кінцеву якість. 
3. Особливості ІЧ-випромінювання: Інфрачервоне випромінювання 
ефективне для дезінсекції та забезпечує рівномірне просушування поверхні. 
Однак, осідання пилу на випромінювачах суттєво знижує його ефективність. 
4. Переваги НВЧ-технології: Застосування НВЧ-поля забезпечує низку 
значних переваг: 
o Скорочення енергоспоживання та часу сушіння. 
o Підвищення якості обробленого зерна. 
o Сприяння автоматизації процесу та мобільності установок. 
Порівняльний аналіз беззастережно підтверджує, що НВЧ-технологія є 
більш продуктивною та енергоефективною порівняно з активною вентиляцією 
та ІЧ-випромінюванням. Подальші дослідження НВЧ-поля відкривають значні 
перспективи його використання не лише в агропромисловому комплексі, але й 
у інших сферах, включаючи медицину. 
  
29 
 
2. АНАЛІЗ ВЗАЄМОДІЇ ДВОБІЧНОГО КОНВЕКТИВНО-
ПРОМЕНЕВОГО СУШІННЯ З ЗЕРНОМ 
 
2.1. Основні параметри електромагнітної хвилі при поширенні в 
середовищі 
 
Вплив діелектричних властивостей на НВЧ-сушіння біологічних 
матеріалів 
Діелектричні властивості біологічних матеріалів, таких як зерно, є 
результатом складної молекулярної взаємодії, переважно між молекулами води 
та основними компонентами продукту (білками, вуглеводами). 
Роль води та ключові діелектричні параметри 
Ступінь діелектричної активності матеріалу безпосередньо залежить від 
стану води: вільна вода (не зв'язана з компонентами) має значно вищу 
діелектричну активність порівняно зі зв'язаною водою. 
Діелектричні характеристики, що визначають взаємодію з 
електромагнітним полем, описуються двома ключовими показниками: 
1. Діелектрична проникність: Міра здатності матеріалу накопичувати 
електричну енергію (характеризує поляризацію). 
2. Коефіцієнт втрат: Міра здатності матеріалу поглинати та розсіювати 
(перетворювати на тепло) електромагнітну енергію. 
Фактори, що впливають на діелектричні властивості 
Показники  не є константами, вони динамічно змінюються залежно від 
трьох основних факторів: 
• Вологість: Із збільшенням вмісту вологи обидва параметри  зростають. 
• Частота: При зниженні частоти опромінення значення збільшуються. 
• Температура: Діелектрична проникність зростає з підвищенням 
температури. Залежність коефіцієнта втрат від температури є нелінійною і 
сильно залежить від поточної вологості та частоти НВЧ-хвилі. 
  
30 
 
Чим менший коефіцієнт втрат, тим менша частка електромагнітної енергії 
перетворюється на тепло. 
Глибина проникнення та нагрівання 
Діелектричне нагрівання відбувається внаслідок селективного 
поглинання електромагнітної енергії молекулами води, що призводить до 
інтенсивного внутрішнього (об'ємного) утворення тепла в матеріалі (наприклад, 
у зерні). 
Глибина проникнення ($\delta$) є критичним параметром для сушіння: 
• Визначення: Це відстань, на якій інтенсивність (напруженість $E$) 
електромагнітного поля зменшується до 36.8% (тобто 1/e 0.368) від її 
початкового значення на поверхні матеріалу. 
• Значення: Цей показник прямо вказує на те, наскільки глибоко НВЧ-
поле здатне прогріти продукт, що визначає ефективність об'ємного сушіння. 
 
     (2.1) 
де d - глибина проникнення електромагнітного поля, см; Х0 - значення довжини 
хвилі у вільному середовищі, см. 
Динаміка поширення та поглинання НВЧ-енергії у матеріалах 
Здатність електромагнітної хвилі проникати в діелектричний матеріал та 
ефективність його нагрівання визначається складною залежністю між 
параметрами випромінювання та властивостями середовища. 
1. Глибина проникнення (Пенетрація) 
Глибина проникнення визначає, наскільки глибоко електромагнітне поле 
зберігає свою інтенсивність у матеріалі, і залежить від кількох 
взаємопов'язаних факторів: 
Частота хвилі (f): При зниженні частоти (і, відповідно, збільшенні 
довжини хвилі) зростає здатність поля проникати в біологічні матеріали. Це дає 
можливість прогрівати великі об'єми зерна. 
Діелектрична проникність: Незважаючи на загальну складність 
  
31 
 
залежності, збільшення  може сприяти глибшому проникненню в певних 
умовах. 
Вологість матеріалу (W): У міру сушіння вологість знижується, що 
призводить до зниження діелектричної проникності. Як наслідок, під час 
самого процесу сушіння глибина проникнення збільшується. 
Поглинальна потужність (Інтенсивність нагріву) 
Поглинальна потужність (P) – ключовий параметр, який безпосередньо 
корелює зі швидкістю нагрівання матеріалу. Вона зростає за наступних умов: 
Збільшення частоти (f): Зростання частоти електромагнітного 
випромінювання зазвичай призводить до більшого поглинання енергії. 
Збільшення інтенсивності поля (E): Збільшення потужності самого 
опромінення. 
Високий коефіцієнт втрат: Сильна залежність від коефіцієнта 
діелектричних втрат матеріалу. Чим вище цей коефіцієнт, тим більше енергії 
перетворюється на тепло. 
Величину розсіяної (поглиненої) потужності P можна кількісно 
визначити за відповідними розрахунками. 
 
Р = 55,63.10-12 f E2єV, (2.2) 
де Р - розсіяна потужність, Вт; f - частота прикладеного поля, Гц;  
Е - напруженість поля, В/см; є - коефіцієнт діелектричних втрат; V - об’єм 
матеріалу, см3; 
Регулювання НВЧ-поля для оптимізації сушіння 
Здатність матеріалу поглинати електромагнітну енергію та глибина її 
проникнення є ключовими параметрами, що вимагають точного регулювання 
для забезпечення ефективного та безпечного процесу сушіння. 
Управління розсіяною потужністю 
Для збільшення розсіяної (поглиненої) потужності (P), яка безпосередньо 
впливає на швидкість нагрівання, необхідно підвищувати частоту 
випромінювання (f) та напруженість електричного поля (E). 
  
32 
 
Обмеження: Незважаючи на бажання максимізувати потужність, її 
зростання суворо обмежується з міркувань безпеки та надійності: 
• Безпека (Аварійні ситуації): Необхідно запобігати перегріву матеріалу 
(наприклад, зерна), що може призвести до його псування або займання. 
• Збереження обладнання: Надмірні значення f або E можуть спричинити 
пошкодження хвилеводних пристроїв, магнетронів та інших компонентів 
установки. 
Вплив діелектричних властивостей на проникнення 
При сталій робочій частоті (f) ослаблення потужності, що поглинається 
середовищем, та величина глибини проникнення безпосередньо пов'язані з 
діелектричними властивостями матеріалу, а саме: діелектричною проникністю 
та коефіцієнтом втрат. 
Зв'язок між параметрами поля (E, f) та діелектричними характеристиками 
матеріалу є складним і багатофакторним. Тому для адекватної характеристики 
поля, що поширюється крізь товщу зерна, у практиці найчастіше 
використовують амплітуду та фазу коефіцієнта пропускання. 
    (2.3) 
де |τ| - модуль коефіцієнта передачі; ф - фазовий кут коефіцієнта передачі; j - 
постійна розповсюдження електромагнітної хвилі; 
   (2.4) 
де α - постійна згасання; β - фазова постійна; є* - відносна комплексна 
діелектрична проникність матеріалу; 
    (2.5) 
σ - питома провідність матеріалу, См/см; є  = 8,854.10-12
0  Ф/м - діелектрична 
проникність вакууму; γ0 = 2π/λ0) - постійна розповсюдження хвилі в повітрі; λ 0 
- довжина хвилі в повітрі, см; 
Оцінка ослаблення потужності електромагнітної хвилі 
  
33 
 
Для кількісної оцінки ослаблення електромагнітної енергії при 
проходженні крізь шар діелектричного матеріалу (зерна) використовується 
модуль коефіцієнта передачі. 
Принцип розрахунку коефіцієнта передачі 
Модуль коефіцієнта передачі обчислюють, порівнюючи амплітудні 
значення випромінювання у двох випадках: 
1. Вимірювання амплітуди хвилі, що пройшла крізь шар досліджуваного 
матеріалу. 
2. Вимірювання амплітуди хвилі при відсутності матеріалу в об'ємі. 
Згасання потужності 
Потужність випромінювання, що проходить крізь шар зерна, зменшується 
відповідно до експоненціального закону згасання за формулою, що включає 
множник. 
Розрахунок потужності на виході: 
Відомо, що на вході матеріалу (x=0) потужність дорівнює P_0. Якщо шар 
матеріалу має товщину t (тобто x=t), то прикладене значення потужності на 
виході (P_t), за умови відсутності відбиття, розраховується за формулою: 
 
     (2.6) 
Згасання [12] характеризує загальне зниження потужності, виражається 
як: 
  (2.7) 
Фазове зміщення у товщі матеріалу розраховують виходячи зі значень 
початкового та кінцевого вимірювання фазового кута електромагнітної хвилі в 
площині х=t. Вимірювання початкової фази, ф0, в вільному просторі, через які 
проходить електромагнітна хвиля (рис.2.1) , зв'язане з фазовою постійною β0, та 
товщиною шару t, згідно:  
 
  
34 
 
 
а. – верхня діаграма 
б. – нижня діаграма 
Рисунок  2.1 - Поширення плоскої однорідної електромагнітної хвилі у 
вільному просторі (а) та крізь шар діелектрика (б) 
 
З урахуванням періодичного характеру, фаза електромагнітної хвилі в 
середовищі з втратами буде кратною π чи 2πn в фазі, де n ціле значення, та 
існує для зразка товщина шару якого дорівнює t. Вираз виразимо так: 
   (2.8) 
Так як значення довжини хвилі λ, в середовищі з втратами буде меншим, 
порівняно середовищем без втрат λ0, то значення лівої частини виразу (2.8) буде 
додатнім; тому, значення правої частина теж повинно бути додатнім для 
довільного значення фазового кута. Через це існують обмеження у рівнянні 
  
35 
 
(2.9): 
  (2.9) 
Для вирішення двозначності фазового зсуву досліджують декілька зразків 
з різною товщиною шару, бо існують різні методи розв’язку даного рівняння. 
 
 
2.2. Зміна вологості зерна при зміні діелектричних властивостей 
 
Кількість наявної вологи в зерні впливає його якість при його сушінні та 
зберіганні. Вміст вологи розраховують за формулою: 
 
де mw - маса вологого матеріалу; md - маса сухого матеріалу; 
 Динаміка електромагнітних хвиль у зерні 
Швидкість поширення електромагнітних хвиль у діелектричному 
середовищі, такому як зерно, є функцією кількох ключових факторів: частоти 
(або довжини хвилі) випромінювання, відносної діелектричної проникності 
матеріалу та його фізичних розмірів. 
Вплив вологи на характеристики хвилі 
Коли лінійно поляризована електромагнітна хвиля з кутовою частотою 
проникає в зерно, зміна вмісту вологи кардинально впливає на її 
характеристики. 
Різниця діелектричної проникності: Вода (незалежно від стану — вільна 
чи зв'язана) має значно іншу діелектричну проникність, ніж сухі компоненти 
зерна (вуглеводи, білки). 
Наслідок: Вплив вологи на швидкість поширення та інші параметри хвилі 
суттєво відрізняється від впливу сухих складових. 
  
36 
 
Цей критичний взаємозв'язок між швидкістю поширення (v), 
діелектричною проникністю та вмістом вологи виражається фундаментальною 
залежністю: 
   (2.10) 
де k і n представляють два електромагнітні параметри хвилі, яка розглядається. 
Зважаючи на складність приведеного рівняння 2.5, його можна розв’язати 
використавши два рівняння, при цьому вирахувавши значення концентрації 
води та густину сухого матеріалу (зерна) використавши два вимірювані 
хвильові параметри: 
   (2.11) 
 
Динаміка електромагнітної хвилі в зерні та особливості вимірювання 
 Вплив густини зерна на вимірювання 
Об'ємна щільність (густина) зерна не є сталою величиною. Вона залежить 
від фізичних властивостей (форми, розміру зернівок) та умов середовища 
(вологості, температури, умов зберігання). 
• Проблема вимірювання: Зміни об'ємної щільності впливають на 
швидкість поширення та глибину проникнення електромагнітної хвилі. Цей 
вплив схожий на вплив зміни вмісту вологи, що може спотворювати результати 
діелектричного вимірювання вологості. 
• Технологічний виклик: Підтримка стабільної щільності зерна під час 
діелектричних вимірювань є технологічно складним завданням, що створює 
потенційне джерело похибки. 
Експериментальний аналіз поведінки хвилі 
Було проведено експериментальне дослідження для оцінки поведінки 
електромагнітної хвилі та впливу можливих внутрішніх багаторазових 
відбиттів у матеріалі: 
  
37 
 
Методика: Зразок зерна (із зафіксованою вологістю та густиною) 
переміщували між передавальною та приймальною антенами, змінюючи його 
положення. 
Вимірювання: Фіксувалися показники затухання (ослаблення) хвилі та 
фазовий зсув. 
Результати: Рівень ослаблення та фазовий зсув залишилися стабільними в 
усіх тестових положеннях, не перевищивши точності вимірювального приладу 
(0.25 дБ для ослаблення). Це свідчить про відносну стійкість взаємодії хвилі з 
матеріалом. 
Збереження поляризації та S-параметри 
Експерименти підтвердили, що після проходження крізь зразок зерна 
електромагнітна хвиля зберігає свою початкову лінійну поляризацію: 
Підтвердження: Коли приймальну антену обертали навколо осі, було 
зафіксовано різке зниження рівня сигналу навіть при невеликому куті повороту. 
Це доводить, що хвиля не втратила своєї спрямованості. 
Кількісна оцінка: Для кількісного визначення взаємодії хвилі з 
конкретним зразком матеріалу вимірюються параметри розсіювання (S-
параметри). 
Визначення характеристик: Шляхом вимірювання модуля (S) та фази S-
параметрів, за допомогою відповідних розрахункових формул, можна точно 
визначити затухання (ослаблення) та фазове зміщення, що є характерними 
показниками для досліджуваного зразка зерна. 
 
де n - ціле число, яке отримують вибравши товщину для потрібної товщини 
проникнення, провівши вимірювання на двох частотах або шляхом повторних 
вимірювань зразків зерна з шаром різної товщини. Фазу можна виміряти лише в 
діапазоні -180 +180 градусів. 
Робимо висновок, що при більшій товщині шару зерна, ніж довжина 
хвилі, спостерігається фазова неоднозначність. 
  
38 
 
2.3. Особливості взаємодії НВЧ випромінювання в речовині 
 
Принципи НВЧ-нагріву та взаємодія поля з речовиною 
Коли матеріал потрапляє під дію змінного електромагнітного поля, його 
внутрішня реакція визначається двома основними типами струмів, які 
виникають усередині. 
Електрична реакція матеріалів 
Взаємодія матеріалу з полем породжує: 
Струми зміщення: Виникають через зміну електричного поля з часом. 
Вони відображають динаміку самого поля (змінне поле $E$ індукує змінне поле 
$B$) і не включають рух вільних зарядів. 
Струми провідності: Виникають унаслідок руху вільних зарядів 
(наприклад, електронів). Вони прямо пов'язані з електропровідністю матеріалу і 
є джерелом тепла. 
Співвідношення цих струмів визначає класифікацію речовини та її 
реакцію: 
Провідники: Сильно поглинають енергію). 
Діелектрики: Здебільшого деформують поле.  
2. Глибина проникнення та об'ємний нагрів 
Глибина проникнення: Цей параметр критично важливий, оскільки він 
визначає, наскільки глибоко електромагнітне поле зберігає свою інтенсивність. 
Вона залежить від частоти, провідності, а також діелектричних та магнітних  
властивостей матеріалу. Зверніть увагу, що не є сталою, оскільки температура, 
спричинена НВЧ-полем. 
Об'ємний ефект: НВЧ-хвилі (дециметрового та сантиметрового 
діапазонів) мають унікальну здатність проникати у внутрішні шари речовини. 
Цей об'ємний нагрів дозволяє прогріти матеріал швидше і рівномірніше по 
всьому його об'єму, на відміну від повільних традиційних методів зовнішнього 
нагріву. 
Ефективність НВЧ-технології, сфокусована на воді 
  
39 
 
Переваги НВЧ-нагріву зробили його поширеним, оскільки він забезпечує 
високу продуктивність, рівномірний нагрів, точне управління та є екологічним. 
Ключова роль води: Вода, що міститься в біологічних матеріалах 
(наприклад, у зерні), є надзвичайно ефективним поглиначем НВЧ-енергії. 
Селективне поглинання: Під впливом НВЧ-поля вода активно поглинає 
енергію, причому ефективність поглинання зростає зі збільшенням частоти 
(максимум 95-98% досягається при 30 ГГц). 
Механізм сушіння: Перетворення НВЧ-енергії на внутрішнє тепло 
підвищує тиск водяної пари всередині матеріалу. Цей тиск буквально 
виштовхує воду через мікрокапіляри, забезпечуючи надзвичайно швидке та 
рівномірне сушіння (так званий "об'ємний струс"). 
Оптимізація та конструкції 
Здатність НВЧ-поля селективно діяти на воду використовується для 
сушіння сільськогосподарських матеріалів. Для досягнення максимальної 
ефективності та однорідності сушіння необхідна локалізація випромінювання 
та ретельний вибір оптимальних режимів хвиль у робочій камері. 
Таблиця 2.1. - Сучасні НВЧ-сушарки розрізняються за режимом хвиль 
Застосування та 
Режим хвилі Характеристика 
особливості 
Формуються зустрічними 
Можуть викликати 
хвилями однакової 
резонансні явища та 
Стоячі хвилі амплітуди. Створюють вузли 
неоднорідний нагрів 
(мінімум енергії) та пучності 
матеріалу. 
(максимум енергії). 
Використовуються для 
матеріалів із високим 
Енергія розподіляється поглинанням. Для 
Біжучі хвилі поступово в напрямку рівномірного нагрівання 
поширення. матеріал необхідно 
перемішувати або змінювати 
розподіл поля в часі. 
Поєднують характеристики Забезпечують більш 
Змішані хвилі 
обох режимів. рівномірний розподіл енергії. 
 
 
 
  
40 
 
Структура та оптимізація НВЧ-сушарок 
Типова НВЧ-сушарка (установка для сушіння на надвисоких частотах) 
складається з кількох ключових взаємодіючих компонентів: 
Генератор НВЧ-енергії (наприклад, магнетрон). 
Хвилевідна система для транспортування енергії. 
Робоча камера (резонатор), де відбувається безпосередня обробка 
матеріалу. 
Транспортний механізм (конвеєр, шахта) для переміщення продукту. 
Система вентиляції/вакууму (для видалення вологи). 
Для підвищення ефективності та зменшення габаритів сушарки 
використовують: 
Комп'ютерне моделювання (наприклад, у ANSYS): Це дозволяє 
оптимізувати форму, розміри та розташування внутрішніх вузлів (зокрема, 
робочої камери та хвилеводів) ще на етапі проектування. Таке моделювання 
допомагає зменшити фізичні розміри камери і водночас підвищити 
ефективність передачі енергії. 
Стендові випробування: Налаштування кінцевої системи проводиться на 
спеціальних стендах. 
Методика вимірювань 
Для отримання повних та точних даних про роботу установки 
вимірювання проводять у різних режимах потужності: 
Низька потужність: Електродинамічні характеристики (розподіл поля, S-
параметри, власні частоти) вимірюють на малих рівнях потужності, щоб 
уникнути термічних змін у матеріалі. 
Висока потужність: Дослідження температурних режимів та електричної 
міцності (безпека, надійність ізоляції) проводять на високих робочих 
потужностях. 
Ключова вимога: Для коректного порівняння результатів необхідно 
забезпечити співпадіння рівнів енергії, що використовується для досліджень, із 
реальними робочими режимами. 
  
41 
 
Висновки до розділу 2 
 
Процес сушіння зерна є складною нелінійною системою, яка залежить від 
великої кількості взаємопов'язаних фізичних параметрів, що динамічно 
змінюються як у часі, так і в просторі оброблюваного матеріалу. 
Ефективне проєктування сучасних НВЧ-сушарок вимагає виходу за 
рамки простих емпіричних методів. Необхідне глибоке розуміння нелінійних 
залежностей, а саме: 
Залежність вологості від потужності НВЧ: Поглинальна здатність 
матеріалу (і, відповідно, швидкість нагрівання) безпосередньо залежить від 
вмісту вологи. Зменшення вологості змінює діелектричні властивості, що 
вимагає автоматичного або програмованого коригування потужності 
випромінювачів для підтримки оптимальної швидкості сушіння та запобігання 
перегріву. 
Взаємозв'язок вологості та температурних змін: Температура впливає на 
швидкість випаровування та механізми перенесення вологи (наприклад, 
дифузію). Водночас, надмірні температурні зміни можуть пошкодити якість 
зерна (деактивація ферментів, порушення зародка). 
Оптимізація режимів сушіння є вирішальною для підвищення 
ефективності та якості: 
Висока якість: Оптимальні режими дозволяють видаляти вологу швидко, 
але без перевищення критичних температур, що зберігає життєздатність та 
харчову цінність кінцевого продукту. 
Точне узгодження потужності НВЧ-поля з поточною вологістю мінімізує 
необґрунтовані енерговитрати та скорочує час обробки. 
  Отже, комплексний аналіз усіх цих взаємодій є фундаментом для 
створення інтелектуальних систем керування НВЧ-сушарками, здатних 
адаптуватися до мінливих умов і максимізувати як продуктивність, так і якість 
обробки. 
  
42 
 
 3. ДОСЛІДЖУВАЛЬНІ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ 
СУШІННЯ ЗЕРНА 
 
3.1. Оцінка впливу НВЧ-сушіння та вакуумної обробки на якість і 
життєздатність зерна 
 
Метою цього дослідження було порівняльне вивчення ефективності 
різних методів сушіння пшениці, моніторинг динаміки вологообміну, а також 
оцінка впливу цих методів на якість борошна та здатність зерна до зберігання. 
Для оцінки того, як волога розподіляється та видаляється зсередини зерна 
пшениці I сорту, застосовували спеціалізовану методику: 
 Підготовка: Зерно штучно зволожували водним розчином 
метиленового синього (2.5%). Барвник слугував індикатором: його глибина 
проникнення у зерно корелює з вмістом вологи. 
 Моніторинг: Протягом шести годин сушіння, щогодини зі 100 зерен 
робили тонкі зрізи (0.5–1.0 мм) у середній частині. 
 Вимірювання: Зрізи досліджували під мікроскопом, фіксуючи, 
наскільки глибоко барвник проник у тканини на поточний момент часу. 
Кінцевою умовою було досягнення однакової кінцевої вологості для всіх 
тестованих методів. 
Порівняння методів сушіння (3 Варіанти) 
Дослідження охоплювало два основні підходи, розділені на три 
експериментальні варіанти: 
Метод Варіант Опис обробки 
1 (Атмосферний Короткочасне (10 сек) сушіння гарячим 
Імерсійне сушіння 
тиск) повітрям при нормальному тиску. 
Обробка у вакуумній камері (10 сек) для 
2 (Короткочасний 
Вакуумне сушіння видалення поверхневої вологи, після чого тиск 
вакуум) 
нормалізували. 
Аналогічно Варіанту 2, але протягом 6 годин 
Вакуумне сушіння 3 (Вакуумний удар) щогодини багаторазово створювали та знімали 
додатковий вакуум («вакуумний удар»). 
 
  
43 
 
Аналіз традиційної термічної обробки (ТО) виявив її недоліки 
(нерівномірна зміна кольору, зміцнення пошкоджених ядер, що збільшує їх 
кількість у крупі). 
На противагу, сушіння під вакуумом продемонструвало кращі результати: 
• Коефіцієнт однорідності: Зріс до 78.6% (проти 77.8% при ТО, 
вихідний: 74.6%). 
• Цілісність ендосперму: Зберігається на високому рівні (0.94 порівняно 
з вихідним 0.96), що важливо для якості крупи. 
ослідження стійкості зберігання борошна 
Для оцінки довгострокового впливу різних методів на кінцевий продукт, 
вивчали стійкість зберігання борошна, отриманого з чотирьох груп зерен: 
1. Вихідне зерно (контроль). 
2. Зерно, оброблене традиційною ТО. 
3. Зерно, сушене під вакуумом. 
4. Зерно, оброблене ТО під вакуумом (комбінований метод). 
Борошно зберігали в стандартних лабораторних умовах, контролюючи 
якість за показником кислотності (методом бовтанки), а також вмістом вологи, 
крохмалю та декстринів. 
Результати всіх кількісних вимірювань (уключаючи динаміку вологи та 
показники якості борошна) були детально зафіксовані в таблицях 3.1 та 3.2. 
Таблиця 3.1 - Зміна кислотності пшеничного борошна за бовтанкою в 
процесі зберігання  
Кислотність борошна 
Спосіб отримання борошна Тривалість зберігання (міс.) 
0 1 2 3 4 5 6 
З вихідного зерна 5,8 6,2 6,2 6,4 6,8 7,2 7,2 
З зерна після ІЧ 4,4 4,8 5,2 5,3 5,4 5,5 5,5 
Із зерна після сушіння під 
3,6 3,9 4,2 4,6 5,0 5,4 5,5 
НВЧ 
Із зерна після сушіння під 
1,8 2,0 2,8 3,2 3,6 3,7 3,7 
НВЧ+ІЧ 
 
 
  
44 
 
Таблиця 3.2 - Зміна вологості в пшеничному борошні в процесі зберігання  
Вологість борошна,% 
Спосіб отримання борошна 
вихідна через 6 міс 
З вихідного зерна 9,2 13,2 
Із зерна після ІЧ 8,6 12,4 
Із зерна, що пройшов сушку НВЧ 8,3 11,8 
Із зерна минулого ІЧ 8,0 11,4 
 
 Вплив термічної та вакуумної обробки на стабільність борошна 
Аналіз результатів дослідження підтвердив, що термічна обробка (ТО) 
зерна є ефективним інструментом для покращення якості борошна та 
продовження терміну його зберігання, особливо при застосуванні вакууму. 
Динаміка кислотності та стабілізація ферментів 
Початкове зниження кислотності: Усі методи ТО (як традиційні, так і з 
використанням вакууму) призвели до зниження кислотності свіжозмеленого 
борошна порівняно з необробленим контролем. 
Причина: Це зниження пояснюється частковою інактивацією ферментів 
та денатурацією білків, спричиненою комбінованою дією підвищених 
температури та вологості. 
Порівняння при зберіганні: Хоча кислотність поступово зростала в усіх 
зразках протягом шести місяців, найнижча кислотність наприкінці періоду була 
зафіксована у борошна, отриманого із зерна, обробленого ТО під вакуумом. 
Стабілізація: До кінця повного терміну зберігання показники кислотності 
у всіх зразках обробленого борошна вирівнялися, демонструючи схожий рівень 
стабільності, досягнутий завдяки ТО. 
Зниження гігроскопічності та продовження термінів зберігання 
Покращення здатності борошна до тривалого зберігання безпосередньо 
пов'язане зі зниженням його гігроскопічності (здатності поглинати вологу, як 
показано в таблиці 3.2). 
Механізм: Волого-теплова обробка викликає зміни у хімічному складі 
зерна, що зменшує його здатність поглинати вологу з повітря. 
  
45 
 
Вологість: Вологість борошна стабілізувалася в усіх зразках, що свідчить 
про швидке досягнення рівноважного стану сорбції після ТО. 
Ключовий висновок: Застосування термічної обробки під вакуумом є 
найбільш ефективним: воно збільшує стійкість зберігання пшеничного борошна 
приблизно в 1.5–2.2 рази, подовжуючи безпечний термін зберігання з 6–8 
місяців до 9–17.6 місяців. 
 
3.2. Методика оцінки впливу теплового випромінювання на зерно  
 
Цінність сировини та роль термічної обробки (ТО) 
Використання нетрадиційної сировини з високим вмістом білка та 
вітамінів, наприклад, зернового борошна, є важливим сучасним напрямком у 
харчовій промисловості. Хоча це борошно відповідає вимогам до поживної 
цінності, його основним недоліком є низька стабільність при зберіганні. 
Рішення: Термічна обробка (ТО) визнана ефективним методом для 
збільшення терміну безпечного зберігання як крупи, так і борошна, оскільки 
вона стабілізує ферменти та знижує гігроскопічність. 
Умови ефективності зерносушарок 
Ефективна робота зерносушарок вимагає ретельного дотримання 
оптимальних термотехнологічних режимів. Це необхідно для забезпечення 
максимальної продуктивності, мінімальних витрат тепла та збереження 
біологічної якості зерна. 
Масштабний ефект: Процес сушіння суттєво різниться при переході від 
одиничного зерна до елементарного та товстого шару зерна. 
Тепломасообмін: Зовнішній тепломасообмін має ключове значення; 
підвищення швидкості сушильного агента прямо прискорює сушіння. 
Удосконалення графоаналітичного розрахунку 
  
46 
 
Через складність аналітичних рівнянь, що вимагають визначення великої 
кількості коефіцієнтів, для опису процесу сушіння часто використовуються 
спрощені графоаналітичні методи (графічні залежності або номограми). 
Удосконалення методики: Існуюча графоаналітична методика, заснована 
на температурних режимах для зерна з початковою вологістю до 20%, була 
вдосконалена для роботи з високо вологим зерном (понад 22%). 
Обмеження: Встановлено обмеження на максимальну температуру 
нагріву, щоб запобігти деградації якості та біологічним втратам. 
Призначення: Ця методика розроблена спеціально для визначення 
оптимальних терморежимів у вакуумних зерносушарках з рухомим шаром. 
Продуктивність вакуумної сушарки 
У розробленій методиці продуктивність вакуумної сушарки оцінюється 
таким чином: 
Вона обернено пропорційна загальному часу сушіння. 
Вона прямо пропорційна швидкості сушіння (N), яка описується 
відповідною математичною залежністю. 
: 
       (3.1) 
де qT - питома витрата тепла при 100%-му насиченні агента сушіння вологою, 
ккал/кг; L - масова питома витрата теплоносія, кг/кг.год; J0 і J1 - тепломісткість 
вологи до і після сушіння зернової маси, ккал/кг.  
       (3.2) 
де F - площа підвода теплоносія в зернову масу, м2; Gcyx - суха маса матеріалу, 
кг; γv - швидкість сушки в перерахунку на масу сухого зерна, кг/м2.с.  
Енергоефективність та оптимізація вакуумного сушіння зерна 
Ефективність сушіння залежить від максимально можливого 
використання теплоносія. Хоча ідеальний стан (100% використання) описується 
  
47 
 
теоретичними моделями (формула 3.1), на практиці до нього наближаються 
шляхом інтеграції охолоджувальної зони в сушильний цикл та використання 
вентильованих сховищ для фінального охолодження зерна. 
Енергоефективність вакуумного сушіння 
Випробування інноваційної вакуумної зерносушарки підтвердили її 
значну енергетичну перевагу: 
Економія енергії: Застосування вакуумної технології дозволяє зменшити 
енергетичні витрати на процес сушіння майже на $20\%$ порівняно зі 
стандартними методами. 
Оптимізація режиму: Для максимальної вигоди доцільно повністю 
використовувати продуктивність сушарок у режимі вакуумної дегазації. Час, 
традиційно відведений на охолодження, слід перенести на період основного 
сушіння, оптимізуючи загальний цикл. 
Аналіз теплових витрат і продуктивності 
Аналіз питомої витрати тепла (q_T) (тепло, необхідне для випаровування 
вологи) для теоретичної сушарки (100\% насичення теплоносія) показав: 
Стабільність питомої витрати: У робочому діапазоні температур (до 70C) 
питома витрата тепла (q_T) змінюється незначно — від 790 до 740  ккал (менше 
10% зміни). 
Визначальні фактори продуктивності: З цього випливає, що 
продуктивність сушарки в основному визначається величиною q_T і є 
пропорційною інтенсивності теплопостачання шару (Q). 
 Оптимальна та фактична витрата теплоносія 
Для максимальної ефективності необхідно точно контролювати масову 
витрату теплоносія (L): 
Теоретична оптимальна витрата: Дослідження встановили, що 
оптимальна масова витрата теплоносія у вакуумних зерносушарках має 
становити L=8…10 кг/год. 
Експериментальна витрата: Реальні випробування показали, що фактична 
витрата, необхідна для підтримки процесу, становить L=4–6  кг/год. 
  
48 
 
 
 
Рисунок 3.1 - Залежність питомої витрати тепла в теоретичній сушарці від 
параметрів процесу сушіння: qT - питома витрата тепла;  t1 - температура 
нагрівника; t2 - фактична температура сушіння; φ2 - питомий волого видалення. 
 
Підвищення часу експозиції та температури нагрівача може призвести до 
збільшення температури нагріву зерна вище гранично допустимої, що істотно 
впливає на зниження якості зерна (схожість та енергію проростання).  
З урахуванням зазначеного залежності (2.1)-(2.3) були покладені в основу 
розробки номограми для визначення ефективних режимів роботи вакуумних 
сушарок. При цьому залежності питомої витрати тепла qT = f(t1) і часу сушки τ 
= f(t1) від температури нагрівача, при сушці з 25 до 15%, отримані за 
допомогою графічних залежностей (по Фрегеру Ю.Л.) питомої витрати тепла і 
  
49 
 
експозиції від параметрів процесу сушіння. Обмеження гранично допустимих 
температур нагріву зерна від часу сушіння  при його вологості 15, 
25 і 35% будувалися за відомою формулою С.Д. Птіцина:  
   (3.3) 
де Wн - початкова вологість зерна,%; τ - експозиція (час) сушіння, хв.  
Все вищевикладене дозволило розробити номограми (рис.3.2) визначення 
терморежимів сушіння зерна підвищеної вологості для шарів зерна, що 
піддається сушінню - вертикально переміщуваного і щільного нерухомого, 
стосовно вакуумним зерносушарок.  
 
 
Рисунок 3.2 - Номограма визначення ефективного режиму сушіння зерна в 
тонкому нерухомому і рухомому шарах.  
 
 
  
50 
 
Комплексний контроль терморежимів та аналіз структури зерна 
Ефективність сушіння зерна залежить від точного контролю гранично 
допустимої температури, яка критично залежить від вологості матеріалу. 
Розроблена методика використовує номограми для визначення оптимальних 
параметрів обробки. 
Номограмний метод визначення оптимальних терморежимів 
Для збереження біологічної якості зерна встановлюються максимальні 
температури нагріву для різних рівнів вологості: 15%, 25% та 35%. Наприклад, 
Точка А позначає граничну температуру для зерна з вологістю 15%. 
Визначення параметрів сушіння: 
1. Початкова установка: Визначається гранично допустима 
температура нагріву сухого зерна, що слугує вихідним орієнтиром (Точка Б для 
продовольчого зерна в рухомому шарі). 
2. Визначення граничної температури нагріву: За допомогою 
графічних залежностей, а потім перетин з кривою W = 25% визначається 
гранична температура нагріву зерна з поточною вологістю. 
3. Ключові параметри процесу: Перетин відповідної вертикальної лінії 
з залежністю дає час сушіння та температуру теплоносія (t_1). 
4. Енергетична оцінка: Проєкція t_1 на криву Q_T = f(t_1) дозволяє 
визначити питому витрату тепла (q_T) на процес. 
Конкретні оптимальні режими для W=25%: 
Рухомий шар використовується для безперервної потокової роботи, тоді 
як нерухомий шар застосовується для обробки малих партій зерна. 
Методичні підходи до досліджень 
А. Кількісна оцінка впливу теплового випромінювання 
Розроблена методика дозволяє кількісно оцінити вплив теплового 
випромінювання на зерно, що обробляється у вакуумній сушарці (застосовна як 
для рухомого, так і для нерухомого шару). 
  
51 
 
Можливості: Методика дозволяє встановлювати оптимальні режими 
сушіння  з урахуванням початкової вологості, призначення та якості зерна, а 
також оцінювати енерговитрати на процес. 
Б. Растрова електронна мікроскопія (РЕМ) для аналізу структури 
Електронний мікроскоп (ЕМ) використовує електронний пучок для 
значного збільшення об'єктів і виявлення найдрібніших структурних деталей, 
недоступних для світлової мікроскопії. 
• Растрова електронна мікроскопія (РЕМ): Це ключовий інструмент, 
який використовується для аналізу структурних змін у зерні, висушеному 
різними методами (вакуумним та термічним на повітрі). 
• Принцип РЕМ: На відміну від освітлення всього зразка, РЕМ фокусує 
електронний пучок на одній точці поверхні, а потім сканує його, 
переміщаючись по всій площі, формуючи зображення за рахунок реєстрування 
вторинних електронів. 
. 
 
Рисунок 3.3 - Схема роботи растрового електронного мікроскопа: 
1 – джерело електронів; 2 – прискорююча система; 3 – магнітна лінза;  
4 – котушки, що відхиляють; 5 – зразок; 6 – детектор відбитих електронів;  
7 – кільцевий детектор; 8 – аналізатор. 
  
52 
 
На відміну від просвічувальних мікроскопів (ПЕМ), де зображення 
створюється електронами, що проходять крізь матеріал, РЕМ (Скануючий 
Електронний Мікроскоп) формує зображення, реєструючи вторинні електрони, 
відбиті від поверхні досліджуваного зразка. 
Цей підхід забезпечує дві важливі переваги: 
Відсутність обмежень товщини: Оскільки електрони не повинні 
проходити наскрізь, товщина зразка не є обмежувальним фактором, що значно 
спрощує етап його підготовки. 
Спрощена конструкція: Немає потреби у створенні надглибокого 
вакууму, що робить конструкцію приладу менш складною. 
Фокусування, сканування та збільшення 
1. Формування електронного пучка: Для звуження пучка електронів 
використовуються електронні лінзи. Вони зменшують діаметр пучка до 
дуже малих значень (теоретично до 0.2 нм, хоча на практиці діаметр 
зазвичай становить кілька або десятки нанометрів). 
2. Сканування поверхні: Цей тонкий сфокусований пучок сканує обрану 
ділянку поверхні зразка, переміщуючись по ній за принципом, схожим на 
рух електронного променя у старому кінескопі телевізора. 
3. Визначення збільшення: Збільшення в РЕМ визначається як відношення 
розміру фінального зображення на моніторі до фактичного розміру 
області зразка, яку було проскановано електронним пучком. Збільшення 
може коливатися від 10 до 100 мільйонів разів. 
 
3.3. Методика проведення та перевірки експерименту  
 
Методика налаштування та калібрування Растрового Електронного 
Мікроскопа (РЕМ) 
Для забезпечення точності та достовірності результатів роботи РЕМ 
необхідно суворо дотримуватися послідовності підготовчих та калібрувальних 
дій. 
  
53 
 
 Підготовчий етап 
1. Встановлення міри: На робочий стіл мікроскопа поміщають рельєфну 
міру (стандартизований контрольний зразок з відомим рельєфом) для 
подальшої перевірки калібрування. 
2. Запуск системи: Виконуються стандартні операції: 
o Відкачування повітря з камери зразків (створення вакууму). 
o Встановлення необхідної прискорювальної напруги. 
o Юстирування (тонке налаштування) електронного зонда. 
Наведення та Фокусування 
1. Пошук зразка: При низькому збільшенні (від 20 до 100) знаходять 
область, де розташована контрольна рельєфна міра. 
2. Поступове збільшення: Масштаб поступово нарощують, при цьому 
на кожному етапі проводять фокусування електронного пучка. Процес 
зупиняють, коли на моніторі отримують чітке зображення виступу, зазначеного 
у паспорті міри. 
Калібрування та перевірка 
Проводиться комплексна перевірка установки з використанням рельєфної 
міри: 
Орієнтація зображення: Контролюють, чи паралельна вертикальна вісь 
зображення перпендикуляру міри. При необхідності виконують корекцію 
(шляхом обертання міри або растру пучка). 
Перевірка розгортки: Перевіряють, чи паралельна площина міри 
напрямку рядкової розгортки РЕМ. Це визначається за рівністю відповідних 
відрізків на відеопрофілях. 
Тонке налаштування: Виконують фінальне калібрування, що включає: 
o Перевірку величини струму зонда. 
o Компенсацію астигматизму. 
o Налаштування струму об'єктивної лінзи. 
Фіналізація та сканування 
  
54 
 
• Коригування: Якщо результати перевірки не відповідають 
встановленим вимогам, рельєфну міру переміщують, і весь цикл налаштування 
повторюють. 
• Сканування: Після успішної перевірки та калібрування проводять 
сканування основного досліджуваного елемента, отримуючи деталізоване 
зображення його поверхні. 
 
3.4. Методика сканування за допомогою растрового електронного 
мікроскопа 
 
  Включення мікроскопа  
  1) натиснути кнопку 220 В  (рисунок 3.4).  
 
Рисунок 3.4 - Електронні блоки керування растрового електронного мікроскопа 
 
2) Послідовність роботи з Растровим Електронним Мікроскопом (РЕМ) 
Наведена нижче інструкція деталізує необхідні кроки для активації, 
налаштування, роботи (фотографування) та коректного вимкнення РЕМ, 
включаючи маніпуляції з вакуумною та електронною системами. 
Підготовка та Активація Мікроскопа 
1. Створення Початкового Вакууму: Активуйте відповідні кнопки на Блоці 
Центральної Індикації (БЦІ). Дочекайтеся, поки контрольна лампочка 
  
55 
 
повідомить про досягнення тиску 1.33 Па (контроль здійснюється за 
вакуумметром ВМБ-14). 
2. Створення Високого Вакууму: Увімкніть магніторозрядний насос (кнопка 
на БЖ) та одночасно вимкніть механічний насос (панель «Мережа»). 
Мікроскоп готовий, коли вакуум досягне 4 Па (повідомить індикаторна 
лампочка). 
3. Активація Електронного Пучка та Детектора: Увімкніть індикацію на БП-
68 і плавно встановіть робочий струм високої напруги в діапазоні 200–
300 мкА. Активуйте кнопки «ФЕУ» та «сцинтилятор» на БП-67, потім 
регулюйте ручку «ФЕУ» до появи шумових сигналів на екрані 
електронно-променевої трубки (ЕПТ). 
4. Юстирування Електронної Гармати: Поверніть ручку «сітка» на БП-67 до 
упору вправо. Спостерігаючи растр на ЕПТ, виконайте грубе 
регулювання гармати за допомогою гвинтів відносно анодної камери 
(спочатку одна пара, потім друга) до досягнення максимальної 
яскравості. Яскравість зображення коригується ручками на БІ та БП-67. 
5. Налаштування Зображення: Використовуйте ручки на БП-67 для 
фокусування та встановіть необхідне збільшення за допомогою 
перемикача та ручки (контроль здійснюється за цифровим табло). 
Процедура Фотографування Зразка 
1. Підготовка Кадру: Визначте ділянку для дослідження, сфокусуйте 
зображення, скоригуйте астигматизм та встановіть необхідне збільшення. 
2. Налаштування Яскравості для Експозиції: Поверніть ручку «ФЕУ» проти 
годинникової стрілки до моменту, коли рядок на ЕПТ ледь світиться, а 
зображення стає ледве помітним. 
3. Підключення Фотоапарата: Закріпіть перехідне кільце, встановіть 
потрібну витримку та діафрагму, підключіть фотонасадку та наведіть 
різкість на зображення. 
4. Вибір Експозиції: Виберіть режим «розгортка»: «ФОТО 1» (експозиція 40 
секунд) або «ФОТО 2» (80 секунд). 
  
56 
 
5. Запуск: Зачекайте, поки зникне залишкове зображення на ЕПТ. Натисніть 
кнопку «Старт» на БЕ, щоб відкрити затвор фотоапарата (індикатор 
«СТАРТ» горітиме). Після закінчення часу експозиції затвор закрийте. 
Коректне Вимкнення Мікроскопа 
1. Вимкнення Високої Напруги: Переконайтеся, що кнопка «Мережа» на 
БП-68 вимкнена. 
2. Закриття Вакуумного Затвора: Натисніть кнопку «Затвор» на БЦІ для 
закриття високовакуумного затвора ЗЕПм-100. 
3. Вимкнення Мережі: Після зупинки електромеханічного затвора вимкніть 
живлення 220 Вт на передній панелі БЦІ. 
4. Загальне Відключення: Вимкніть тумблер «МЕРЕЖА» на передній панелі 
блоку живлення БП.01 та повністю відключіть живлення на силовому 
щитку. 
Аналіз Результатів 
На рисунку 3.5 представлена залежність глибини проникнення вологи у 
зерно пшениці від часу сушіння для трьох варіантів початкового зволоження 
(для середньої відстані від поверхні до центру зернівки 0.75 мм). 
 
 
  
57 
 
 
Рисунок 3.5 - Вплив часу сушіння на глибину проникнення вологи в пшеницю 
 
Аналіз ефективності вакуумного сушіння та його вплив на міцність зерна.  
Вплив вакууму на швидкість сушіння та структурні зміни зерна 
Аналіз результатів дослідження підтверджує, що застосування вакууму є 
надзвичайно ефективним для прискорення видалення вологи із зерна пшениці. 
Прискорення процесу сушіння 
• Вакуумне сушіння (Крива 2): Зерно досягає повної сухості протягом 
шести годин. 
• Вакуумні імпульси (Крива 1): Додаткове застосування імпульсного 
вакууму (вакуумний удар) є найбільш ефективним, дозволяючи повністю 
висушити зерно за 4–5 годин. 
• Атмосферний тиск (Крива 3): Сушіння при нормальному тиску за той 
самий період часу не завершується. 
Ця висока ефективність пояснюється тим, що під дією вакууму капіляри 
на поверхні зерна частково звільняються від повітря, що значно полегшує 
видалення води. 
  
58 
 
Обмеження та Модернізація Вакуумних Установок 
Незважаючи на високу швидкість, метод вакуумного сушіння має певні 
експлуатаційні недоліки: 
• Контроль кінцевої вологості: При імерсійному методі (занурення зерна 
в рідину) складно досягти необхідної низької кінцевої технологічної вологості 
(6–8%) без додаткового механічного видалення залишкової поверхневої води. 
• Режим роботи: Традиційні вакуумні установки часто працюють у 
періодичному режимі, що ускладнює їх інтеграцію в безперервний 
промисловий цикл. 
Ці проблеми були вирішені у модернізованих вакуумних установках, де 
сушіння тепер контролюється і застосовується лише для обмеженої кількості 
вологи, що значно підвищує загальну ефективність процесу. 
Вплив Вакууму на Міцність Ядра (ПСІ) 
Дослідження впливу параметрів термічної обробки на Показник Стійкості 
Інтактності (ПСІ) ядра пшениці виявило двофазну залежність: 
1. Початкове Зміцнення: Міцність ядра зростає при збільшенні ступеня 
розрідження повітря до -0.05 МПа. Це, ймовірно, пов'язано з тим, що вакуум 
підвищує вологість поверхні зерна, що стимулює клейстеризацію крохмалю та 
денатурацію білка, тим самим збільшуючи твердість ядра. 
2. Подальше Зниження: Подальше посилення вакууму (понад -0.05  МПа) 
призводить до зменшення міцності ядра. Це зниження, ймовірно, спричинене 
механічним впливом сильного розрідження на внутрішню структуру зерна. 
Дані щодо впливу цих параметрів на ПСІ та якість борошна наведено в 
табл. 3.3 і 3.4. 
 
 
 
 
 
  
59 
 
Таблиця 3.3 - Вплив ступеня розрідження повітря в вакуумній установці 
на ПСИ ядра і деякі показники якості пшеничного борошна 
Коефіцієнт 
Ступінь Вологість зерна 
Вміст крохмалю відбиття 
розрідження, після 1 години (8 ПСІ ядра, % 
в борошні,% борошна, ум.од. 
МПа годин) сушіння, % 
приладу 
-0,02 16,1 (7,3) 73 81,7 -1 
-0,03 16,7 (7,45) 71 79,9 1 
-0,04 18,3 (8,03) 69 79,0 3 
-0,05 20,2 (9,21) 68 68,6 -1 
-0,06 21,4 (9,36) 69 65,1 1 
-0,08 22,5 (9,58) 70 73,2 -2 
 
Таблиця 3.4 - Вплив вологості зерна пшениці (осушення при 
атмосферному тиску) на ПСІ ядра і деякі показники якості пшеничного 
борошна 
Вологість зерна Вміст крохмалю в Коефіцієнт відбиття 
ПСІ ядра, % 
перед сушінням, % борошні борошна, у.о. 
16,9 72 80,3 3 
19,0 71 82,6 3 
21,7 71 78,2 -1 
23,1 67 82,3 -3 
24,7 67 79,0 -3 
28,1 66 79,1 -7 
 
Зміни якості борошна під впливом термічної та вакуумної обробки 
Термічна обробка (ТО) зерна, особливо у поєднанні з вакуумом, 
призводить до значних і контрольованих змін у структурі ядра та вуглеводному 
комплексі, що впливає на кінцеві властивості борошна. 
Вплив на міцність ядра 
Зміцнення ядра при ТО (Атмосферний тиск): Зниження вологості зерна 
(наприклад, з 28.1% до 16.9%) під час традиційної ТО призводить до 
зменшення показника ступеня подрібнення. Це є прямим доказом зміцнення 
ядра зерна. 
Руйнування крохмалю та засвоюваність 
Вакуумне сушіння має значний вплив на вуглеводний комплекс: 
Зменшення крохмалю: Дослідження показали, що зі зростанням глибини 
  
60 
 
розрідження (вакууму) вміст крохмалю у пшеничному борошні зменшується. 
Механізм: Це пояснюється частковим руйнуванням крохмальних гранул 
під час вакуумного сушіння, а також активізацією процесів гідролізу крохмалю 
(зокрема, неферментативних) через комбінований вплив зниженої вологості та 
температури. 
Висновок для харчування: Борошно, вироблене із зерна після вакуумної 
ТО, завдяки зниженому вмісту крохмалю, буде легше засвоюватися організмом 
людини порівняно з борошном із необробленого зерна. 
Порівняння: При сушінні за атмосферного тиску подібні зміни у вмісті 
крохмалю відбуваються меншою мірою. 
Вплив обробки на колір борошна 
Термічна обробка також змінює колір кінцевого продукту, що оцінюється 
за коефіцієнтом відбиття: 
Світлішання: Після ТО коефіцієнт відбиття зростає (наприклад, з -6 до 3 
умовних одиниць). Це означає, що борошно світлішає. 
Тенденція до потемніння: Однак, застосування надто високого ступеня 
вакууму або проведення сушіння за атмосферного тиску при високій вологості 
може призвести до потемніння борошна. 
Електронно-мікроскопічні дослідження структури 
Для детального вивчення змін у структурі зерна пшениці сорту 
«Шестопалівка» (характеристики якого наведені в Таблиці 3.5) були проведені 
електронно-мікроскопічні дослідження: 
Обладнання: Кількісні мікроморфологічні параметри поверхні зерна 
визначали методом Растрової Електронної Мікроскопії (РЕМ), використовуючи 
комплекс на базі мікроскопа "JEOL JSM-6700F". 
Аналіз: Спеціалізоване програмне забезпечення використовувалося для 
обчислення показників плоскої морфології поверхні. 
Отримані дані: Кількісний морфологічний аналіз надав точні дані щодо 
розміру та форми пір, а також питомої поверхні та пористості зерна після 
різних видів обробки. 
  
61 
 
Таблиця 3.5 - Характеристики зерна пшениці сорту «Шестопалівка»  з 
аналізу РЕМ зображень їх поверхні 
Характеристика Значення 
Напилюваний матеріал - репліка Ti - дріт 
 1,2 мм 
Кількість пір, шт 507547 
Пористість % 43,36 
Загальна площа пір, мкм2 9189825,00 
Загальний периметр пір, мкм 10540462,00 
Мінімальний діаметр пір, мкм 1,048 
Максимальний діаметр пір, мкм 619,19 
Середній діаметр пір, мкм/дісперсія 2,3651/17,4599 
Середня площа пір, мкм2/дісперсія 18,1064/566978,75 
Середній периметр пір, мкм/дісперсія 20,7675/1717,1194 
Питома поверхня пір, мкм 0,3177 
Коефіцієнт форми пір 0,092-0,979 
 
 Мікроструктура та пористість зерна пшениці 
Аналіз структури зерна пшениці демонструє його високу пористість, яка є 
ключовою для процесів вологообміну, зокрема сушіння. Ця пористість 
формується тонкими структурними елементами та різноманітними порами. 
удова зерна та розмірний розподіл пор 
Основна структура: Зерно складається переважно з тонких пластинок 
(лусочок), товщина яких варіюється від $ до 15 мкм. Між цими пластинками 
розташовані пори. 
Діапазон пор: Розмір пор у зерні охоплює широкий діапазон — від 0.005 
до 42 мкм. 
Розподіл пор за розмірами: 
Середні пори (0.1–1.0 мкм): Складають близько 50% загальної пористості. 
Великі пори (1–42 мкм): Становлять приблизно 30% загальної пористості. 
  
62 
 
Найдрібніші пори (0.005–0.1 мкм): Формують менше 20% загальної 
пористості. 
Аналіз западин за допомогою РЕМ 
Дослідження за допомогою Растрового Електронного Мікроскопа (РЕМ) 
дозволило детально вивчити поверхневі особливості: 
Еквівалентний діаметр пор, визначений за зображеннями РЕМ, 
знаходиться у значно ширшому діапазоні: від 0.5 до 620 мкм. 
Найбільші пори (розміром 268–619 мкм) зосереджені у западинах 
(заглибленнях) на поверхні зерна. 
Внесок западин у пористість: 
Западини формують значну частку пористого об’єму зерна. 
Внесок об'єму западин у загальну пористість оцінюється через середнє 
співвідношення ширини западини до суми ширини западини та гребеня . Для 
досліджуваних зерен це співвідношення становить приблизно 0.3–0.4. 
 
а   б 
 
в   г 
Рисунок 3.6 – РЕМ фотографії поверхні зерна пшениці «Шестопалівка»: а 
– х20; б – х100; в – х300; г – х1000 
  
63 
 
Пористість зерна та особливості мікроструктури 
• Загальна пористість: Відомо, що залежно від конкретного сорту 
злакової культури, загальна пористість зернівки може сягати 50%. 
• Міжчасткові пори: Для таких поверхонь із високим ступенем 
пористості характерна велика кількість міжчасткових пір (порожнин, 
розташованих між окремими структурними компонентами). 
• Розмір пор: Хоча мікропори присутні, загальна пориста поверхня 
може включати значно більші порожнини. Збільшення розмірів цих 
міжчасткових пор може досягати 100–200 мкм. 
Результати електронної мікроскопії для зразків зернини наведені на 
рисунку 3.7. 
 
 
Рисунок 3.7 - Мікроструктура зразків поверхні зерна пшениці «Шестопалівка» 
 
Оптимальні параметри якості та сушіння зерна 
Експериментальні дослідження дозволили визначити оптимальні 
характеристики пшеничного зерна, які забезпечують найкраще поєднання його 
пористості та міцнісних властивостей, а також встановити ідеальний 
температурний режим для сушіння. 
Оптимальні характеристики зерна та сушіння 
• Оптимальний вміст білка: Склад зерна, що забезпечує найкраще 
співвідношення між пористістю та міцністю, повинен містити 30–40% білка. 
  
64 
 
• Оптимальна температура сушіння: Найбільш сприятливий 
температурний інтервал для сушіння становить 48–55C. 
Мікроструктурні дані (РЕМ-аналіз) 
Результати, отримані за допомогою Растрової Електронної Мікроскопії 
(РЕМ), надали кількісні дані про мікроструктуру поверхні зерна: 
• Рельєф поверхні: Поверхня зернини має складний рельєф, 
утворений гребенями та западинами (заглибленнями). 
• Пористість: Пористість поверхні зернини є високою і становить від 
30% до 43%. 
• Діапазон пор: Розміри пор мають надзвичайно широкий діапазон, 
змінюючись від 0.005 до 600 мкм. 
 
Висновки до розділу 3 
  
Переваги НВЧ-сушіння для технологічної обробки пшениці 
На основі розроблених методик та проведених експериментальних 
досліджень було доведено, що сушіння зерна пшениці із застосуванням НВЧ-
випромінювання (НВЧ-ТО) надає низку значних переваг, які оптимізують 
подальшу переробку та підвищують якість кінцевого продукту (борошна). 
Підвищення Ефективності Переробки (Технологічні Переваги) 
НВЧ-обробка позитивно впливає на механічні властивості зерна, що 
критично важливо для млинарства: 
• Зменшення міцності ядра: Вплив НВЧ-поля, особливо у поєднанні з 
вакуумом, викликає зміни у внутрішній структурі зерна, що призводить до 
зменшення його міцності. 
• Зниження енерговитрат на подрібнення: Зменшення міцності ядра 
прямо призводить до зниження енергетичних витрат на його подрібнення 
(помел). Це робить процес переробки більш економічно вигідним. 
  
65 
 
• Підвищення коефіцієнта лущення: НВЧ-ТО також сприяє збільшенню 
коефіцієнта лущення зерна, тобто поліпшує відділення зовнішніх оболонок, що 
важливо для виробництва високоякісної крупи. 
Покращення Якості Борошна (Споживчі Властивості) 
Застосування НВЧ-сушіння впливає на хімічний склад та зовнішній 
вигляд борошна: 
• Зниження вмісту крохмалю: НВЧ-ТО стимулює часткове руйнування 
крохмальних гранул та активізацію гідролізу крохмалю. Зменшення загального 
вмісту крохмалю робить борошно легше засвоюваним для організму. 
• Покращення відбивної здатності (світлоти): Оброблене зерно дає 
борошно, яке має кращий коефіцієнт відбиття, тобто воно світліше. Це 
покращує товарний вигляд продукту і є важливим критерієм якості у 
хлібопекарській промисловості. 
  
66 
 
4.ОСОБЛИВОСТІ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ ЗЕРНА  
 
4.1. Конструкція установки для сушіння та знезараження зерна НВЧ-
полем  
 
Опис та принципи роботи НВЧ-установки для сушіння та знезараження 
зерна 
Розглянута установка являє собою високотехнологічну систему, 
призначену для сушіння та знезараження сипучих матеріалів (наприклад, зерна) 
з використанням енергії надвисоких частот (НВЧ). Вона працює на принципі 
двобічного конвективно-променевого сушіння. 
Ключові елементи конструкції 
Установка складається з наступних основних компонентів: 
Бункер завантаження: Призначений для подачі вихідного сирого 
матеріалу. 
Робоча камера: Вертикально орієнтований паралелепіпед, де відбувається 
безпосередня НВЧ-обробка матеріалу. 
Генератори енергії: Джерела, що генерують НВЧ-поле (наприклад, 
магнетрони). 
Антени-опромінювачі: Конструктивно з'єднані з генераторами для 
випромінювання хвиль у робочу камеру. 
Бункери прийому: Використовуються для збору вже обробленого 
матеріалу. 
Система випромінювання та узгодження 
Особлива увага приділена ефективній передачі енергії та узгодженню 
системи: 
Антени-опромінювачі: Вони виконані у вигляді антенних решіток (з 
хвилеводно-щілинних або хвилеводно-вібраторних антен). Ці решітки 
випромінюють електромагнітні хвилі, які мають взаємно перпендикулярні 
(ортогональні) поляризації. 
  
67 
 
Узгоджувальні елементи: Між робочою камерою та антенами 
розташовані діелектричні пластини та спеціальні відбивні поверхні 
(поляризаційні дзеркала). Вони забезпечують: 
Ефективне узгодження антен із камерою. 
Оптимальне розміщення опромінювачів. 
Пропускання випромінених хвиль у камеру, але повернення (відбиття) 
хвиль, що вже пройшли крізь матеріал, назад у зону обробки. 
Екранування (опційно): У деяких конфігураціях між лінійними антенами 
встановлюються металеві сітки-екрани. Вони прозорі для руху зерна, але 
блокують НВЧ-хвилі, допомагаючи оптимізувати розподіл поля. 
Метод усунення нерівномірності та принцип роботи 
Принцип роботи: Зерно подається у вертикальну робочу камеру. Дві 
плоскі антенні решітки, розташовані паралельно протилежним стінкам, 
одночасно випромінюють хвилі з ортогональною поляризацією, забезпечуючи 
незалежний розподіл енергії. 
Вирішення проблеми нерівномірності: Відомо, що при одноразовому 
проходженні хвилі нижні шари матеріалу отримують менше опромінення. Цей 
недолік усувається завдяки багатократному опроміненню: 
Хвиля, випромінена з одного боку, частково поглинається матеріалом і 
відбивається від поляризаційного дзеркала на протилежній стінці. 
Хвиля повертається у камеру для повторного опромінення. 
Антена з іншого боку випромінює хвилю з ортогональною поляризацією, 
яка гарантує рівномірний розподіл енергії незалежно від фазових 
співвідношень хвиль. Поляризація залишається незмінною, що забезпечує 
стабільне багатократне опромінення. 
Економічність та ККД 
Процес сушіння та знезараження НВЧ-полем підлягає ефективній 
автоматизації та оптимізації для досягнення максимальної економії енергії та 
покращення якості продукту. При проєктуванні таких високопродуктивних 
сушарок коефіцієнту корисної дії (ККД) приділяється ключова увага. 
  
68 
 
 
 
Рисунок 4.1 - Установка для сушіння зерна та інших сипучих матеріалів 
(вертикальний розріз) 
 
Рисунок 4.2 - Установка для сушіння зерна та інших сипучих матеріалів 
(горизонтальний розріз) 
  
69 
 
 Деталі конструкції та оптимізація високопродуктивної НВЧ-установки 
 Для забезпечення максимальної ефективності, рівномірності поля та 
безпеки в НВЧ-установках використовується низка спеціалізованих елементів, 
призначених для точного керування електромагнітними хвилями. 
Керування хвилями та екранування 
 Елементи керування хвилями відповідають за мінімізацію втрат і 
контроль поляризації: 
 Поляризовані дзеркала: Складаються з вузьких металевих смужок, 
орієнтованих паралельно вектору напруженості електричного поля. Це дозволяє 
точно керувати поляризацією хвилі, пропускаючи або відбиваючи її. 
 Діелектричні пластини: Розміщуються для узгодження антенних 
решіток із робочою камерою, що є критично важливим для мінімізації втрат 
енергії на межах розділу. 
 Екрани (верхній і нижній): Встановлюються для створення повністю 
екранованого простору, запобігаючи витоку НВЧ-енергії за межі робочої зони. 
 Оптимізація розмірів: Точний вибір геометричних параметрів камери 
та відстаней до діелектричних пластин і дзеркал має вирішальне значення для 
підвищення Коефіцієнта Корисної Дії (ККД) установки. 
Антенна решітка та розв'язування випромінювачів 
 Антенна решітка є ключовою для рівномірного опромінення. Вона 
складається з хвилеводно-щілинних або хвилеводно-вібраторних антен. 
 Розв'язування (Ізоляція) Випромінювачів: Для запобігання взаємному 
впливу та інтерференції між сусідніми лінійними випромінювачами 
використовуються чвертьхвильові канавки. Ця ізоляція досягається завдяки 
впливу поперечних струмів, що проходять по вершині хвилеводу, і запобігає 
передачі енергії між елементами. 
 Екрануючі сітки: Додатково для забезпечення повного розв'язування 
між лінійними опромінювачами можуть застосовуватися екрануючі сітки. 
Підключення решітки: 
  
70 
 
 З одного боку: Підключені магнетрони (як джерела НВЧ-енергії) та 
узгоджувальні пристрої для ефективної передачі потужності. 
 З іншого боку: Встановлені замикаючі пристрої для формування 
необхідних режимів стоячих хвиль або забезпечення узгодження кінця 
хвилеводної лінії. 
Переваги багатомагнетронної схеми 
 У високопродуктивних системах перевага надається використанню N 
магнетронів та N лінійних антен невеликої або середньої потужності замість 
одного потужного генератора. Ця розподілена схема надає значні 
експлуатаційні переваги: 
 Надійність: Вихід з ладу одного або кількох магнетронів не призводить 
до повної зупинки всієї установки, забезпечуючи безперервність роботи. 
 Економічність: Використання менш потужних магнетронів знижує 
загальну вартість генераторів. 
 Ресурс: Розподіл навантаження збільшує сумарний ресурс експлуатації 
антенної системи. 
 ККД: Спостерігається підвищення Коефіцієнта Корисної Дії (ККД) 
генераторів. 
 
 
Рисунок 4.3 - Установка для сушіння зерна та інших сипучих матеріалів з 
використанням додаткових екрануючих сіток (вертикальний розріз) 
  
71 
 
Ефективність багатомагнетронних систем та моделювання НВЧ-поля 
Використання кількох магнетронів невеликої або середньої потужності 
для живлення опромінювача забезпечує значну економію як на етапі 
виробництва, так і під час експлуатації установки, порівняно зі застосуванням 
одного високопотужного магнетрона. 
Розподіл електричного поля при двобічному конвективно-променевому 
сушінні 
Оцінка ефективності НВЧ-сушарки вимагає точного моделювання 
розподілу амплітуди електричної компоненти поля, особливо в середовищі, що 
поглинає енергію (наприклад, зерно). Це ускладнюється наявністю як падаючої, 
так і відбитої хвиль. 
Варіант 1: Представлення падаючої хвилі у комплексній експоненційній 
формі 
У цьому підході падаюча електромагнітна хвиля описується за 
допомогою комплексної змінної та експоненційної форми, припускаючи, що 
поляризація відбитої хвилі залишається незмінною. 
Напруженість електричного поля падаючої хвилі можна представити 
наступним виразом: 
 
Де: 
Е0 — Амплітуда напруженості електричного поля на вході в середовище 
(при z=0). 
α  — Постійна згасання (коефіцієнт загасання) середовища, що враховує 
поглинання енергії. 
β — Фазова постійна середовища, пов'язана зі швидкістю поширення 
хвилі. 
ω — Кутова частота сигналу. 
z— Поточна координата, яка відраховується від межі середовища, 
найближчої до опромінювача. 
  
72 
 
t — Час. 
 
 
Рисунок 4.4 - На представленому рисунку: l - товщина шару середовища, 
яке опромінюється електромагнітною хвилею і в якій енергія двобічного 
конвективно-променевого сушіння поглинається; l1 - відстань до відбивача, що 
повністю відбиває електромагнітну хвилю: А - перша (найближча) границя 
середовища, в якому енергія поглинається; В - друга (дальня) границя 
середовища з поглинанням енергії; С - площина відбивача, що повністю 
відбиває електромагнітну хвилю (метал). 
На проміжку ВС електромагнітна хвиля не поглинається. 
 
Так при l = z хвиля проходить відстань l, а при z=0 - відстань, що 
пройшла електромагнітна хвиля дорівнює 2l і відповідно, збільшилося її 
згасання.  змінюється фаза сигналу на відстані l при прямому русі і l - z при 
зворотному русі; множник характеризує зміну фази при русі електромагнітної 
хвилі на проміжку ВС при її русі в прямому і зворотному напрямках, тобто ф 
означає зміну фази при русі електромагнітної хвилі в одному напрямку на 
відстані ВС в середовищі без втрат [17]. 
 
де β1 - фазова постійна на проміжку ВС=l1 і дорівнює: 
 
  
73 
 
4.2. Розподіл напруженості двобічного конвективно-променевого 
сушіння в робочій камері 
 
Розподіл напруженості електричного поля на проміжку АВ визначається 
сумою хвиль, що рухаються в прямому напрямку від А до В і в зворотному, від 
В до А напрямках з врахуванням фазових співвідношень. Фазовий зсув на 
відрізку ВС:  
 
де λ - довжина хвилі в повітрі. 
Таким чином, задаючи значення ф, точніше l1 можна підібрати 
оптимальну відстань відбиваючої стінки від камери з матеріалом, що 
опромінюється. 
Сумарна хвиля на участку АВ=11. 
 
В даному виразі за дужки виноситься множники 
 
 
або: 
 
Вираз в дужках можемо представити як: 
 
де  
  
74 
 
 
 
 
Так як необхідно розрахувати розподіл амплітуд напруженості 
електричного поля, то множник ejwt приймаємо за одиницю, множники, що 
знаходяться в квадратних і фігурних дужках мають комплексний характер, 
тому амплітуда буде визначатися як модуль цих чисел, тобто: 
 
 
Тоді: 
Відомо, що sin2x + cos2x = 1, тому перший радикал дорівнює 1 і сумарна 
напруженість поля (амплітуда напруженості поля) залежно від l, z і ф приймає 
вигляд: 
 
 
Моделювання та розрахунок параметрів НВЧ-поля в сушильній камері 
Наведене рівняння слугує основою для розрахунку розподілу 
напруженості електричного поля (E) всередині робочої камери НВЧ-сушарки. 
Розподіл електричного поля в матеріалі, що сушиться, є функцією 
кількох ключових параметрів: 
• Геометричні параметри: 
o Параметри робочої камери (наприклад, довжина, кут або інші 
геометричні характеристики). 
o Поточна координата (позиція, що відраховується всередині камери). 
  
75 
 
• Параметри середовища (зерна): 
o Постійна згасання. Характеризує втрати енергії в матеріалі та 
швидкість загасання хвилі. 
o Фазова постійна. Пов'язана зі швидкістю поширення хвилі в 
середовищі. 
• Параметри хвилі: 
o Довжина хвилі. Визначається частотою випромінюваного сигналу та 
діелектричною проникністю середовища. 
Важлива примітка: При виконанні тригонометричних розрахунків 
необхідно підставляти у радіанах. 
Моделювання та розрахунки глибини проникнення НВЧ-поля були 
виконані за допомогою програмного забезпечення Mathcad 15. 
• Досліджувані матеріали: Пшениця, кукурудза та соя. 
• Умови: Температура 23C та різні рівні вологості та діелектричної 
проникності (деталі цих параметрів наведені в Таблиці 4.1). 
• Параметри опромінення: Використовувалася фіксована частота 
електромагнітного поля (ЕМП) — 6 ГГц. 
• Результат: Основним результатом розрахунку стало встановлення 
залежності глибини проникнення НВЧ-поля від товщини шару зерна в 
сушильних камерах різної ширини. 
Таблиця 4.1 - Діелектричні властивості для пшениці, кукурудзи та сої 
Частота, Пшениця Кукурудза Соя 
ГГц Вологість 10,2% Вологість 10,8% Вологість 9,8% 
 є' є" є' є" є' є" 
6 2,7 0,25 2,72 0,33 2,54 0,2 
 Вологість 17,8% Вологість 20,4% Вологість 20,3% 
 є' є" є' є" є' є" 
6 3,26 0,6 3,7 0,96 4,0 0,97 
 
  
76 
 
На рисунках 4.5 - 4.8 представлено результати розрахунків для пшениці 
при різному значенні вологості та ширині робочої камери 150 см. 
 
 
Рисунок 4.5 - Розподіл напруженості падаючих електромагнітних хвиль в 
робочій камері з двохстороннім опроміненням без врахування відбиття при 
різних значеннях діелектричної проникності (яка залежить від вологості) 
 
 
Рисунок 4.6 - Розподіл щільності потужності падаючих електромагнітних 
хвиль в робочій камері з двохстороннім опроміненням при різних значеннях 
діелектричної проникності 
  
77 
 
 
Рисунок 4.7 - Значення напруженості двобічного конвективно-
променевого сушіння в робочій камері з врахуванням відбиття при 
двохсторонньому опроміненні 
 
На рисунках 4.8 - 4.10 представлено результати розрахунків для 
кукурудзи при різному значенні вологості та ширині робочої камери 150 см. 
 
Рисунок 4.8 - Розподіл напруженості падаючих хвиль з двохстороннім 
опроміненням без врахування відбиття при різній діелектричній проникності 
  
78 
 
 
Рисунок 4.9 - Розподіл щільності потужності падаючих хвиль в робочій 
камері з двохстороннім опроміненням при різній діелектричній проникності 
 
 
Рисунок 4.10 - Значення напруженості двобічного конвективно-
променевого сушіння в робочій камері з врахуванням відбиття при 
двохсторонньому опроміненні 
 
На рисунках 4.11-4.13 представлено результати розрахунків для сої при 
різному значенні вологості та ширині робочої камери 150 см. 
  
79 
 
 
Рисунок 4.11 - Розподіл напруженості падаючих хвиль з двохстороннім 
опроміненням без врахування відбиття при різній діелектричній проникності 
 
Рисунок 4.12 - Розподіл щільності потужності падаючих хвиль в робочій 
камері з двохстороннім опроміненням при різній діелектричній проникності 
  
80 
 
 
Рисунок 4.13 - Значення напруженості двобічного конвективно-
променевого сушіння в робочій камері з врахуванням відбиття при 
двохсторонньому опроміненні 
 
 Переваги інноваційних НВЧ-сушарок та значення моделювання 
Конструкції НВЧ-сушарок, представлені в дослідженні, демонструють 
значні поліпшення порівняно з попередніми моделями, особливо у сфері 
рівномірності обробки та економічної ефективності. 
Ключові конструктивні та експлуатаційні переваги 
• Рівномірність обробки: Застосування двостороннього опромінення 
сипучого матеріалу забезпечує значно більш рівномірний розподіл енергії 
(двобічного конвективно-променевого сушіння) по всьому поперечному 
перерізу робочої камери. 
• Надійність та Економічність: Для досягнення високої 
продуктивності рекомендується масштабування за рахунок використання 
множинних джерел невеликої потужності (N джерел по P Вт) замість одного 
потужного магнетрона. Ця схема: 
o Підвищує надійність, оскільки вихід з ладу одного джерела не 
спричиняє повну зупинку системи. 
  
81 
 
o Знижує первинні та експлуатаційні витрати. 
Роль та важливість математичного моделювання 
Розроблені математичні моделі є фундаментальним інструментом для 
кількісної оцінки та оптимізації процесу: 
• Оцінка поля та потужності: Моделі дозволяють точно розрахувати 
розподіл напруженості електричного поля (E) та щільності потужності в 
поперечному перерізі активної камери. 
• Комплексний облік факторів: Моделювання враховує складні 
фізичні явища, зокрема вплив відбитих хвиль та фазові співвідношення між 
падаючими й відбитими електромагнітними сигналами. 
 
Висновки до розділу 4 
 
Проведені на основі математичних моделей розрахунки підтвердили 
ключові аспекти розподілу електромагнітної енергії в сушильній камері: 
• Напруженість електричного поля (E) не є постійною, а є складною 
функцією поперечних координат всередині камери. 
• Розподіл поля критично залежить від властивостей оброблюваного 
матеріалу, зокрема від вологості та типу сільськогосподарської культури 
(оскільки ці фактори визначають діелектричну проникність і, відповідно, 
поглинання хвилі). 
2. Оптимізація рівномірності обробки 
• Моделювання підтвердило, що для досягнення високої однорідності 
розподілу НВЧ-енергії по всьому об'єму активної камери необхідно 
враховувати два основні фактори: двостороннє опромінення та фазові зсуви 
відбитих хвиль. 
• Оптимізація досягається за рахунок точного вибору товщини шару 
зерна та розміщення відбиваючих елементів. Це дозволяє мінімізувати зони 
недостатнього або надмірного нагріву, забезпечуючи рівномірну обробку 
матеріалу.
  
82 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
 Ключові результати магістерського дослідження: НВЧ-сушіння 
У рамках магістерської роботи, присвяченої розробці сушарки на базі 
двобічного конвективно-променевого сушіння надвисоких частот (НВЧ), було 
отримано низку важливих наукових та практичних висновків. 
Ефективність та багатоцільовість НВЧ-технології 
Сучасний науково-технічний прогрес підтверджує, що пристрої НВЧ-
сушіння та знезараження сільськогосподарської продукції мають значні 
переваги над традиційними тепловими сушарками: 
• Підтверджена ефективність: Аналіз вітчизняних та зарубіжних 
наукових робіт підтвердив високу ефективність використання 
електромагнітного випромінювання високих та надвисоких частот для обробки 
зерна. 
• Багатоцільова обробка: Встановлено, що обробка електромагнітним 
полем є комплексною. Вона не лише забезпечує необхідне просушування для 
тривалого зберігання, але й одночасно підвищує якість зерна та покращує його 
передпосівні властивості (наприклад, схожість). 
Моделювання та оптимізація НВЧ-поля 
Взаємодія електромагнітної енергії з діелектричними матеріалами 
(зерном) є складним нелінійним процесом. Для його кількісної оцінки було 
виконано: 
• Розрахунки розподілу поля: Проведено серію розрахунків розподілу 
напруженості електричного поля (E) як функції поперечних координат. Моделі 
враховували різні сільськогосподарські культури та рівні вологості. 
• Досягнення однорідності: Завдяки врахуванню двостороннього 
опромінення та фазових зсувів відбитих хвиль (які залежать від розташування 
відбиваючих поверхонь), доведено: 
  
83 
 
o Правильний підбір товщини шару зерна та положення відбиваючих 
елементів дозволяє досягти високої однорідності розподілу поля по всьому 
об'єму активної камери. Це є критично важливим для уникнення локального 
перегріву та забезпечення якісного сушіння. 
Подальші напрямки досліджень 
Виконана робота закладає наукову та методологічну базу для подальшого 
розвитку технології. Визначено необхідність продовження наукових робіт за 
такими напрямками: 
• Оптимальні режими: Продовження експериментів, спрямованих на 
точне визначення оптимальних режимів обробки НВЧ-випромінюванням для 
різних зернових культур. 
• Конструктивні вдосконалення: Подальша розробка нових 
конструкцій сушарок, які гарантуватимуть максимально рівномірний розподіл 
електромагнітного поля у промислових масштабах. 
  
84 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАННИХ ДЖЕРЕЛ 
 
1. Озарків Н. М. Особливості внутрішнього тепло- і вологоперенесення у 
процесі конвективно- радіаційного сушіння  // Науковий вісник НЛТУ України . 
2002 
2. Баришніков В. А., Коваль С. І., Лапук А. С. Електромагнітні технології в 
агропромисловому виробництві. – Х.: ХНАДУ, 2017. – 300 с. (Розкриває 
застосування електромагнітного поля, зокрема НВЧ). 
3. Білей Аналіз основних способів сушіння капілярнопористих колоїдних 
матеріалів // Науковий вісник НЛТУ України . 2002. 
4. Білонога, Ю. Л., et al. "Оптимізація параметрів відцентрової сушарки з 
псевдозрідженим шаром в системі тверде тіло–повітря." Науковий вісник 
Львівського національного університету ветеринарної медицини та 
біотехнологій ім. Ґжицького 16,№ 3 (4) (2014): 3-10. 
5. Булгаков В. М., Коробка В. І. Теорія і розрахунок процесів тепло- та 
масообміну в агроінженерії. – К.: Аграрна наука, 2008. – 400 с. 
6. Голубець В. М., Озарків І. М., Ацбергер Й. Л. Теплообмін у процесі 
сушіння сипучих матеріалів з деревини у киплячому шарі // Науковий вісник 
НЛТУ України . 2003. 
7. Стахів В., “Моделювання та дослідження розділення дисперсної суміші 
двох типів зважених частинок під дією акустичного поля,” Computer Design 
Systems. Theory and Practice, vol. 6, no. 2, рр. 158-171, 2024. [Online]. Available:  
https://science.lpnu.ua/sites/default/files/journalpaper/2024/oct/36201 /6216.pdf. 
[Accessed: Oct. 2, 2024]. 
8. Головко С. М., Головко М. С. Технологія зберігання та переробки зерна. – 
К.: Вища освіта, 2006. – 480 с. (Містить розділи про режими та апарати для 
сушіння). 
9. Доманцевич М. П., Гуль К. Ю. Технологічні основи сушіння та зберігання 
зерна. – К.: НУБіП України, 225 с. (Сучасний підхід до процесів сушіння). 
10. Закон України "Про зерно та ринок зерна України" (від 04.07.2002 № 37-
  
85 
 
IV). https://www.rada.gov.ua/ (дата звернення: 15.11.2025) 
11. Замицький О. В. Інноваційні тенології в процесі сушки тонкодисперсних 
матеріалів / О. В. Замицький, Н. В. Бондар, С. О. Крадожон // Вісник 
Криворізького національного університету : зб. наук. праць. – Кривий Ріг, 2019. 
– Вип. 48. – С. 83–88. – Бібліогр.: 15 назв. – DOI: 10.31721/2306-5451-2019-1-48-
83-88 
12. Замицький О.В., Бондар Н.В., Крадожон С.А. Інноваційні тенології в 
процесі сушки тонкодисперсних матеріалів. 2019. 
13. Коц, І. В., and Н. М. Осадчук. Енергозберігаючі технології сушіння 
органічної сировини. Diss. ВНТУ, 2019. 
14. Кучеренко П. А., Попов В. І. Застосування НВЧ-енергії у харчовій та 
переробній промисловості. – К.: Техніка, 2008. – 215 с. 
15. Маркетинг стартап-проектів [Електронний ресурс] : навчальний посібник 
для усіх спеціальностей другого освітнього ступеню «магістр» / С. О. Солнцев, 
О. В. Зозульов, Н. В. Юдіна, Т. О. Царьова, Н. В. Язвінська ; за заг. ред. С.О. 
Солнцева ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові данні (1 файл: 3,2 
Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – 218 с. URL : 
http://ela.kpi.ua/handle/123456789/27437 
16. Огородник В. В., Гайворонський С. В. Системи автоматизації процесів 
сушіння зерна. – Вінниця: ВНТУ, 2015. – 180 с. 
17. Паламарчук, І. П., et al. Дослідження коливальних рухів у 
терморадіаційній сушарці. Diss. Харків: ХДУХТ, 2019. 
18. Паламарчук, І. П., С. В. Кюрчев, and В. О. Верхоланцева. "Тенденції 
розвитку конвеєрних вібраційних сушарок." The development of technical 
sciences: problems and solutions: the international research and practical conference 
(Brno city, 27–28 April 2018). Brno. 2018. 
19. Патент України. Назва патенту, що стосується двобічного НВЧ-сушіння 
або комбінованої сушарки. (Конкретні патенти слід шукати в базі даних 
Укрпатенту за ключовими словами: "НВЧ", "сушіння зерна", "двобічне 
опромінення"). 
  
86 
 
20. Пилипчук М.І., Григор'єв А.С. та Шостак В.В., Основи наукових 
досліджень: Підручник, К.: Знання, 2007. - 270 с. 
21. Розроблення стартап-проекту [Електронний ресурс] : Методичні 
рекомендації до виконання розділу магістерських дисертацій для студентів 
інженерних спеціальностей / За заг. ред. О.А. Гавриша. – Київ : НТУУ «КПІ», 
2016. – 28 с. 
22. Стрілець О. Ю., Галич О. А. Оптимізація режимів сушіння зерна із 
використанням мікрохвильового випромінювання. Наукові праці НУХТ, 2019, 
Том 25, № 5, с. 145–151. (Приклад спеціалізованої статті з українського 
видання). 
1. Стругало В. А. Технологія сушіння зерна. – К.: Урожай, 1994. – 288 с. 
23. Т. Р. Ткаченко С. Й., Співак О. Ю. Сушильні процеси та установки. 
Навчальний посібник. - Вінниця: ВНТУ, 2007. - 76 с. 
24. ТРУШ, В. С. Акустичний спосіб сушіння сипучих матеріалів. 
Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні: 
український міжвідомчий науково-технічний збірник, 2006, 40: 243-250. 
25. Царенко І. М., Булкін В. А. Автоматизовані системи управління 
технологічними процесами: Навчальний посібник. – К.: НУХТ, 2010. – 352 с. 
(Актуально для розробки керованої системи сушіння). 
26. Ярош, Я. Д. "Аналіз сучасного обладнання для низькотемпературного 
сушіння сільськогосподарських матеріалів." Вісник Житомирського 
національного агроекологічного університету 2 (1) (2016): с. 273-280. 
27. Binici, Hanifi, and Firdevs Kalaycı. "Production of perlite based thermal 
insulating material." International Journal of Academic Research and Reflection 3.7 
(2015). 
28. Demirçivi, Pelin, and Gülhayat Nasün Saygılı. "Comparative study of modified 
expanded perlite with hexadecyltrimethylammonium-bromide and gallic acid for 
boron adsorption." Journal of Molecular Liquids 254 (2018): 383-390. 
29. Gerba, Charles P. "The role of water and water testing in produce safety." 
Microbial safety of fresh produce (2009): 129-142.  
  
87 
 
30. P. M. Angelopoulos, C. Maliachova, K. Papakonstantinou, M. Taxiarchou & S. 
Diplas (2016) Structural and physical characteristics of fine perlite expanded with a 
novel method in a vertical electric furnace, Mineral Processing and Extractive 
Metallurgy, 125:2, 71-80, DOI: 10.1080/03719553.2016. 
31. Standard Management Systems QUALITY MANAGEMENT Textbook for 
students and post-graduate students on specialty 131 "Applied mechanics"/ S. 
Fomichov, A. Banin, I. Skachkov, V. Lysak, O. Gaievskiy, N. Yudina, Kiev: KIM, 
2018 – P. 266 
32. V. Marchevsky and O. Novokhat, "Kinetics of corrugated board flute drying 
with the use of infrared radiation," The Advanced Science Journal, no. 6, pp. 69-72, 
2015. 
33. Wei, Dasheng, et al. "Microstructure and mechanical properties of cold drawn 
pearlitic steel wires: Effects of drawing-induced heating." Materials Science and 
Engineering: A. 784 (2020) 
34. Yudina N.V. Methods of the Startup-Project Developing Based on ‘the Four-
Dimensional Thinking’ in Information Society // Marketing and Management of 
innovations. – 3’2017. – P.245-256.-DOI:10.21272/mmi.2017.3-23 Access mode : 
http://mmi.fem.sumdu.edu.ua/journals/2017/3/245-256.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
