Airtec® Blog

Kuivaus ja kuivuminen: miten tuotteen painon ja laadun muutokset voidaan estää?

Kun ilmankosteus on matala, hygroskooppiset tuotteet saattavat kutistua, kuivua tai pilaantua, mikä voi johtaa tuotteen laadun ja mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen, varastointiajan lyhenemiseen ja myyntipainon putoamiseen. Lue lisää tästä artikkelista.

Ilmankosteus – tai suhteellinen ilmankosteus (RH) – on ratkaisevassa asemassa lähes kaikissa teollisuusprosesseissa esimerkiksi elintarviketuotannossa, puunjalostuksessa ja kemianteollisuudessa. Näiden alojen raaka-aineet ja tuotteet ovat luonnostaan hygroskooppisia, mikä tarkoittaa sitä, että ne joko luovuttavat tai imevät kosteutta ympäröivän ilman suhteellisen kosteuden muuttuessa.

Ympäröivän ilman kanssa tasapainossa oleva materiaali on saavuttanut tasapainokosteussuhteensa (EMC). Varastoitaessa tämäntyyppisellä materiaalilla ja sitä ympäröivällä ilmalla on tasapainoilman suhteellinen kosteus (ERH), jolloin vakaat olosuhteet on saavutettu. Ilman lämpötilan ja suhteellisen kosteuden muutokset vaikuttavat kuitenkin välittömästi tähän tasapainoon. Siksi sekä lämpötilan että kosteuden säätö voi olla tarpeen.

Kuivaus on tärkeä tekijä tuotteiden kypsyttämisessä ja tasaannuttamisessa. Parmankinkkua olisi maailmassa kovin vähän, jos lihan kuivatuksen olosuhteet eivät olisi optimaaliset. Myös rakennusteollisuudessa käytettävää puuta olisi niukasti, jos hakatun puun tasaannuttamista ei hoidettaisi oikein.

Asianmukaisten tuotanto-olosuhteiden ja tuotteen laadun heikkeneminen voi kuitenkin olla kiinni äärimmäisen pienestä poikkeamasta. Jos suhteellinen ilmankosteus laskee kriittisen pisteen alapuolelle, tuotteet saattavat pilaantua käyttökelvottomiksi, ja ne on hävitettävä.

Hygroskooppisuus – prosessi verrattavissa pesusieneen

Raaka-aineet, kuten puu, selluloosakuitu (paperi ja kartonki), sokerit, suolat ja monet polymeeriyhdisteet ovat luonnostaan hygroskooppisia.

Tämä tarkoittaa sitä, että ne imevät kosteutta ympäröivästä ilmasta tai luovuttavat kosteutta takaisin ilmaan aina kun mahdollista. Ne luovuttavat kosteutta, jos ympäröivä ilma on tuotetta kuivempaa. Hygroskooppinen materiaali ja sitä ympäröivä ilma pyrkivät löytämään kosteustasapainon kaikkina aikoina. Hygroskooppista materiaalia voikin tässä suhteessa verrata pesusieneen.

Tasapainoilman suhteellinen kosteus: Kun materiaali on hygroskooppisesti tasapainossa, se ei luovuta kosteutta ympäröivään ilmaan eikä se ime siitä kosteutta. Se pysyy vakaana menettämättä painoaan tai mekaanista lujuuttaan.

Hygroskooppisen tuotteen veden määrä riippuu sen ympäristön suhteellisesta ilmankosteudesta (RH). Materiaalin hygroskooppisten ominaisuuksien arvo määritellään yleensä sen kosteuslaajenemiskertoimena (CME).

Tässä kaaviossa kuvataan joidenkin yleisimpien materiaalien CME-kertoimet.

Lähde: BuildingScience.com

Puu on tasaannutettava

Suoraan sahalta toimitetun puun kosteuspitoisuus voi olla jopa 30 prosenttia. Jos suhteellinen ilmankosteus on liian matala, puu alkaa menettää kosteuttaan heti. Puussa tapahtuvaa ilmiötä voidaan myös verrata pesusieneen: puu luovuttaa kosteutta ilmaan, jos ilmankosteus on matala.

Kun kosteuspitoisuus on oikea, puu kestää paremmin mekaanisia voimia. Asianmukaisesti tasaannutettu puu on saavuttanut tasapainotilan, jolloin puun hygroskooppiset ominaisuudet ovat hallinnassa ja puu säilyttää muotonsa. Kun rakennusteollisuudessa käytettävää puuta varastoidaan oikeissa olosuhteissa, sen käyttöikä voi olla jopa vuosisatoja.

Tasaannutettu puu ei myöskään pilaannu niin helposti sienien ja hyönteisten vaikutuksesta. Puu on tällöin siis myös biologisesti vakaa. Puun tasaannutus on siksi ensiarvoisen tärkeä prosessi kaikessa puuteollisuudessa, esimerkiksi huonekalujen ja soitinten valmistuksessa sekä rakennusalalla.

Kun puu varastoidaan suhteellisen kosteuden (RH) pysyessä tasaisena, se saavuttaa jossain vaiheessa tasapainokosteussuhteensa (EMC). Puun kosteuspitoisuus säilyy tällä tasolla niin kauan kuin lämpötila ja suhteellinen ilmankosteus pysyvät tasaisina.

Vanerin kosteuspitoisuus 25 °C:een lämpötilassa:
EMC on 6 %, kun suhteellinen kosteus on 40 %
EMC on 10 %, kun suhteellinen kosteus on 70 %
EMC on 28 %, kun suhteellinen kosteus on 100 %

Ilmankostutusjärjestelmiä tarvitaan puuteollisuudessa, koska suhteellinen ilmankosteus on pidettävä vakaana, jotta puutuotteet voidaan tasaannuttaa ja varastoida oikein. Jos suhteellinen kosteus on liian matala, puun tasaannutus ei onnistu vaan puu kuivuu.

Lopputuloksena voi olla käyttökelvoton ja vääntynyt tai halkeillut tuote, jonka mitat voivat heitellä ja jolla ei ole tuotannollista arvoa. Tuotannon tehokkuus voidaan varmistaa ja jätteen määrää voidaan vähentää, kun ilmankosteus pidetään oikealla tasolla puuteollisuuden tuotantolaitoksissa.

Puukappaleen kosteuspitoisuus vastaa sen sisältämän veden (tai kosteuden) kokonaismäärää. Puun kosteuspitoisuus voidaan laskea seuraavasti: märkäpaino ”m” – kuivapaino ”m_od” (uunikuiva massa) / kuivapaino ”m_od”:

Kosteuspitoisuus = (m – m_od)/m_od

Puussa oleva kosteus on joko vapaata vettä (puun onteloissa olevaa vettä) tai sidottua vettä (soluväleissä olevaa vettä). Kun vapaata vettä ei enää ole, puusyyt ovat saavuttaneet kyllästymispisteensä.

Optimaalinen suhteellinen ilmankosteus on puuteollisuudessa yleensä 50–60 prosenttia. Kosteus tulee pitää näiden raja-arvojen puitteissa kaikkina vuodenaikoina.

Ilmankosteus elintarviketuotannossa

Kaikki elintarvikkeet luovuttavat kosteutta ilmaan, jos suhteellista ilmankosteutta ei pidetä oikealla tasolla. Eri tuotteilla voi olla hyvinkin erilaiset kosteustasot.

Esimerkiksi juustoa voidaan kypsyttää halutulla nopeudella, kun ilmankosteutta säädetään tarkasti. Useimpien juustotuotteiden kohdalla optimaalinen suhteellinen ilmankosteus on 75–95 prosenttia.

Jos lihatuotteiden varastotilojen ilma on liian kuiva, lihan paino saattaa laskea jopa 4 prosenttia. Useimmat elintarvikevalmistajat haluavat kuitenkin välttää tämän.

Optimaalisen ilmankosteuden varmistaminen

Airtecin® ilmankostutusjärjestelmät on suunniteltu niin, että ne pitävät suhteellisen ilmankosteuden erittäin tarkalla tasolla kaikkina aikoina. Näin voidaan varmistaa tuotantoympäristön asianmukaiset olosuhteet.

Airtecin projekti-insinöörit ovat alan asiantuntijoita, jotka pystyvät suunnittelemaan ilmankostutusratkaisun minkä tahansa hygroskooppisten tuotteiden tarpeisiin. Lähtökohtana on tuotantolaitoksen kartoitus, jossa keräämme tietoja laitoksen rakenteesta ja prosesseista, raaka-aineisiin ja lopputuotteisiin liittyvistä vaatimuksista sekä tämänhetkisistä ilmanvaihtoratkaisuista ja lämmönlähteistä. Kartoitus tehdään tiiviissä yhteistyössä asiakkaiden kanssa, koska he tuntevat omat tuotantoprosessinsa parhaiten ja tietävät, millaiset olosuhteet tarjoavat optimaaliset puitteet kyseisten tuotteiden valmistukselle.

Saamme näiden tietojen perusteella käsityksen siitä, missä ja miten ilmankostutusjärjestelmää voitaisiin hyödyntää, jotta tuotantoa voidaan tehostaa ja vältetään käyttökatkot sekä tuotteiden tai laitteiden vaurioituminen.

Airtec® tekee tiivistä yhteistyötä myös kuivatukseen ja kosteuden poistamiseen erikoistuneiden toimittajien kanssa, jotta elintarviketeollisuuden asiakkaat saavat optimaalisen ratkaisun.

Tutustu asiakkaidemme kokemuksiin