Austrocknung: Wie Gewichts- und Qualitätsverluste bei Produkten vermieden werden können
Die Luftfeuchtigkeit – oder streng genommen die relative Luftfeuchtigkeit – ist ein entscheidender Faktor in fast jeder verarbeitenden Industrie wie der Lebensmittelproduktion, der Holzverarbeitung und der chemischen Industrie. In diesen Industrien sind sowohl die Rohstoffe als auch die Fertigprodukte von Natur aus hygroskopisch – sie neigen also dazu, als Reaktion auf die relative Feuchtigkeit in ihrer Umgebung Wasser zu verlieren oder zu binden.
Wenn ein Material sich im Gleichgewicht mit seiner Umgebungsatmosphäre befindet, sagt man, dass es seine Gleichgewichtsfeuchte erreicht hat. Bei korrekter Lagerung befindet sich ein solches Material mit seiner Umgebungsluft in der Gleichgewichtsfeuchte, es besteht also ein stabiler Zustand. Änderungen der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit führen jedoch sofort zu einer Verschiebung des Gleichgewichtspunkts, was eine Regelung der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit erfordert.
Austrocknung ist ein wichtiger Faktor bei der Reifung und Ablagerung von Produkten – ohne die kontrollierte Trocknung von Fleisch gäbe es weltweit nur sehr wenig Parmaschinken und ohne die richtige Trocknung des frisch geschnittenen Materials nur sehr wenig verwertbares Bauholz.
Aber die Grenze zwischen einer geregelten Produktionsumgebung und dem Verlust an Produktqualität ist delikat. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit unter einen kritischen Punkt fällt, werden die Produkte unbrauchbar und müssen entsorgt werden.
Hygroskopie – der SchwammeffektRohstoffe wie Holz, Zellulosefasern (wie Papier und Karton), Zucker, Salze und verschiedene Polymerverbindungen sind von Natur aus hygroskopisch. Das bedeutet, dass sie bei jeder Gelegenheit Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnehmen und abgeben. Es bedeutet auch, dass sie Feuchtigkeit verlieren, wenn die Umgebungsluft trockener ist als das Produkt – das hygroskopische Material und seine Umgebung (z. B. die Raumluft) suchen immer ein Feuchtigkeitsgleichgewicht. In gewisser Weise wirkt hygroskopisches Material wie ein Schwamm.
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Die Wassermenge in einem hygroskopischen Produkt hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit seiner Umgebung ab. Das Maß der hygroskopischen Eigenschaften eines Materials wird in der Regel mit seinem Feuchteausdehnungskoeffizienten angegeben.
Dieses Schaubild gibt Ihnen einen Überblick über die Feuchteausdehnungskoeffizienten einiger gängiger Materialien:
Quelle: BuildingScience.com
Holz muss ablagern
Holz direkt aus dem Sägewerk kann einen Wassergehalt von bis zu 30 % haben. Ist die relative Luftfeuchtigkeit zu gering, beginnt das Holz sofort Feuchtigkeit zu verlieren. Tatsächlich wirkt Holz wie ein Schwamm – und gibt bei geringer Luftfeuchtigkeit sein Wasser an die Luft ab.
Die richtige Feuchtigkeitsmenge macht das Holz widerstandsfähiger gegen mechanische Kräfte. Gut abgelagertes Holz hat einen Gleichgewichtspunkt erreicht, bei dem die natürlichen hygroskopischen Eigenschaften des Holzes austariert sind, sodass das Holz seine Form behalten kann – tatsächlich hat Bauholz bei geregeltem Klima eine Lebensdauer, die in Jahrhunderten gemessen wird.
Außerdem ist abgelagertes Holz viel weniger anfällig für den Befall von Pilzen oder Insekten – anders gesagt, es ist biologisch stabil geworden. Deshalb ist das Ablagern von Holz ein entscheidender Prozess in jeder Industrie, die mit Holz zu tun hat: Möbel, Instrumentenbau, Bauwesen usw.
Wenn Holz einer konstanten relativen Feuchtigkeit ausgesetzt bleibt, erreicht es schließlich seine Gleichgewichtsfeuchte. Das Holz behält diesen Feuchtigkeitswert, solange die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit gleich bleiben.
Als Beispiel sei der Feuchtigkeitsgehalt von Sperrholz bei 25 °C genannt:
6 % Gleichgewichtsfeuchte bei 40 % relativer Luftfeuchtigkeit
10 % Gleichgewichtsfeuchte bei 70 % relativer Luftfeuchtigkeit
28 % Gleichgewichtsfeuchte bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit
Dies ist einer der vielen Gründe, warum die Holzindustrie häufig Luftbefeuchtungssysteme einsetzt: Aufrechterhaltung einer relativen Luftfeuchtigkeit, die mit der korrekten (Ab-)Lagerung von Holzprodukten vereinbar ist. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit zu niedrig ist, lagert das Holz nicht ab, sondern trocknet aus.
Das Ergebnis kann ein vollständiger Wertverlust des Produkts sein: Verformungen, Risse und unkontrollierbare Abmessungen können dazu führen, dass jedes Holzprodukt wertlos wird. In der holzverarbeitenden Industrie ist die Aufrechterhaltung der richtigen Luftfeuchtigkeit ganz einfach eine Frage der Gewährleistung maximaler Produktivität und der Minimierung von Produktabfällen.
Der Feuchtigkeitsgehalt eines Holzstücks ist die Gesamtmenge der Wassers (oder der Feuchtigkeit), die in diesem Holzstück enthalten ist. Der Feuchtigkeitsgehalt wird als Differenz zwischen der Masse von Holz mit Feuchtigkeit „m“ und ohne Feuchtigkeit „mot“ (ofentrockene Masse) gemessen, geteilt durch die Masse von Holz ohne Feuchtigkeit „mot“:
Feuchtigkeitsgehalt = (m – mod)/mod
Die Feuchtigkeit im Holz ist entweder freies Wasser (Wasser in Hohlräumen im Holz) oder gebundenes Wasser (Zellwasser). Wenn kein freies Wasser mehr vorhanden ist, sagt man, dass das Holz seinen Fasersättigungspunkt erreicht hat.
Die optimale relative Luftfeuchtigkeit bei der Holzproduktion liegt in der Regel bei 50–60 % und muss das ganze Jahr über innerhalb dieser Grenzen gehalten werden.
Weniger Rindfleisch: Warum die Luftfeuchtigkeit in der Lebensmittelproduktion wichtig ist
Alle Lebensmittel verlieren Feuchtigkeit an die Umgebungsluft, es sei denn, die relative Luftfeuchtigkeit wird auf einem richtigen Wert gehalten – der von Produkt zu Produkt sehr unterschiedlich ist.
Eine genaue Regelung der Luftfeuchtigkeit ermöglicht es Produkten wie Käse, mit der gewünschten Geschwindigkeit zu reifen – für die meisten Käseprodukte ist eine relative Luftfeuchtigkeit von 75–95 % ideal.
Wenn die Luft im Fleischlager zu trocken ist, kann das Gewicht eines Fleischprodukts leicht um bis zu 4 % sinken – ein Verlust, den die meisten Produzenten vermeiden wollen.
Die Luftfeuchtigkeit hoch halten
Airtec®-Luftbefeuchtungssysteme sind so ausgelegt, dass die relative Luftfeuchtigkeit jederzeit auf einem ganz genauen Wert gehalten wird und Ihre produktive Umgebung geschützt ist.
Die Projektingenieure von Airtec sind Experten im Entwerfen von Luftbefeuchtungslösungen für jede Art hygroskopischer Produkte. Wir beginnen oft mit einer Standortuntersuchung, in der wir die Auslegung einer Produktionsanlage, die konkreten Anforderungen an Rohstoffe und Fertigprodukte sowie die vorhandenen Lüftungs- und Wärmequellen in der Produktionsanlage analysieren. In dieser Phase arbeiten wir eng mit unseren Kunden zusammen, die über fundierte Kenntnisse ihrer Produktionsprozesse und der Idealbedingungen für das jeweilige Produkt verfügen.
Dies gibt uns sehr deutliche Anhaltspunkte dafür, wo und wie ein Luftbefeuchtungssystem eingesetzt werden könnte, um die Anlage wesentlich produktiver zu machen, Ausfallzeiten zu senken und die Zerstörung von Produkten oder Geräten zu vermeiden.
Airtec® arbeitet oft eng mit Lieferanten von Entfeuchtungs- oder Trocknungsanlagen zusammen, um zu einer idealen Lösung für lebensmittelverarbeitende Betriebe zu kommen.
Sehen Sie, wie wir das für andere gemacht haben
Airtec® verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Planung, Installation und Wartung von Luftbefeuchtungssystemen – schauen Sie sich hier unsere Fallbeispiele an.