Badany materiał nie wystarczy od tak po prostu wysuszyć. Biomasa ale też wiele innych substancji jest wrażliwa na wysoką temperaturę i podczas suszenia może nam się nawet zapalić niwecząc pomiar lub wręcz uszkadzając aparaturę. To oczywiście skrajny przypadek, ale może się zdarzyć. Innym problemem jest to, że w trakcie suszenia pozbawiamy ogrzewany materiał nie tylko wody ale także wszelkich lotnych substancji. Będą się Państwo mogli o tym przekonać susząc np. siano. Już po kilku minutach takiego suszenia w całym pomieszczeniu czuć było intensywny zapach. Oznacza to że wraz z wilgocią badany materiał traci również olejki eteryczne i inne lotne substancje, lub jeśli temperatura będzie zbyt wysoka zacznie się po prostu rozkładać z wydzieleniem innych gazów fałszując pomiar. Dlatego bardzo ważne jest utrzymanie odpowiedniej temperatury procesu. Ja w swojej wagosuszarce jako element grzejny zastosowałem zwykłą małą lampę halogenową o mocy 50W, oczywiście najlepszym rozwiązaniem byłby promiennik podczerwieni, ale niestety nie udało mi się tak małego zdobyć. Nie włączyłem go tak po prostu do gniazdka bo temperatura w kilka minut przekroczyła by wartości dopuszczalne i pomiar by się nie udał. Zastosowałem więc precyzyjny kontroler temperatury z algorytmem PiD, który mierzy temperaturę wewnątrz i na tej podstawie za pomocą przekaźnika półprzewodnikowego włącza i gasi lampę tak, by zadaną temperaturę utrzymać.
Rys. 8 Gotowa wagosuszarka.
Po połączeniu wszystkich elementów otrzymaliśmy urządzenie ze zdjęcia powyżej, które należy przetestować. Na pierwszych zdjęciach pokazałem brykiet, który wyprodukowaliśmy z siana, oczywiście nie możemy ułamać kawałka i włożyć do wagosuszarki, w stanie sprasowanym odparowanie wilgoci zapewne trwało by bardzo długo dlatego skruszyłem go i bardzo luźno wsypałem do małego, kwarcowego tygielka, który następnie postawię na stoliczku w komorze suszenia.
Przed rozpoczęciem pomiaru należy właściwie skalibrować i wytarować wagę o stolik i tygielek. dopiero, gdy z tymi elementami waga będzie wskazywać "0" możemy wsypać materiał, zamknąć komorę i rozpocząć pomiary.
Rys. 9 Wagosuszarka podczas pracy.
Po włączeniu urządzenia pozostaje nam jedynie obserwować zmniejszającą się wartość na wyświetlaczu wagi. Oczywiście zanim włączymy suszarkę musimy zapisać wartość początkową, która będzie niezbędna do przeprowadzenia obliczeń. Oczywiście świetnym rozwiązaniem było by podłączenie samej wagi do komputera i przy pomocy odpowiedniego oprogramowania rejestrować zmiany masy próbki w czasie. Firma Radwag posiada takie oprogramowanie ale kosztuje 400 zł netto i jak na razie mnie nie stać na taką inwestycję. W każdym bądź razie za pomocą takiego oprogramowania na ekranie rysował by się nam wykres ubytku masy w czasie i mogli byśmy w prosty sposób zaobserwować punkt ustalenia stałej masy.
Rys. 10 Wagosuszarka w trakcie pracy.
Bez oprogramowania równie dobrze można sobie poradzić, co jakiś czas obserwując wyświetlany wynik ważenia i jeśli przez ok. 5 min. waga się nie zmienia można uznać, że cała woda już z próbki wyparowała. Wtedy zapisujemy wynik końcowy, wysypujemy wysuszony materiał i próbę powtarzamy jeszcze co najmniej dwa razy.
Rys. 11 Wysuszona próbka.
Próbę dobrze jest powtórzyć i uśrednić wyniki jeśli wartości poszczególnych pomiarów różnią się od siebie. Może to być spowodowane np. tym, że próbki mogą być gęściej usypane i woda trudniej parowała. Poniżej przedstawiam wyniki moich oznaczeń i obliczenia wilgotności.
Próba 1 - Wartość początkowa: 3,540g; wartość końcowa: 3,370g
Próba 2 - Wartość początkowa: 3,817g; wartość końcowa: 3,632g
Próba 3 - Wartość początkowa: 3,875g; wartość końcowa: 3,690g
Teraz, za pomocą poniższego wzoru możemy obliczyć wilgotność substancji w każdej z prób:
Rys. 12 Wzór na wilgotność wagową substancji gdzie:
W[%] - Wilgotność wagowa,
mp - masa początkowa,
mk - masa końcowa,
Rys. 13 Obliczenie wilgotności próbki.
Stosując powyżej przedstawiony wzór i obliczenia wyliczyłem wilgotność w każdej z prób i otrzymałem:
Próba 1 - wilgotność: 4,80 %
Próba 2 - wilgotność: 4,85 %
Próba 3 - wilgotność: 4,77 %
Uśredniając wyniki z trzech prób uzyskujemy wynik 4,81 %
A teraz mały eksperyment dla kontrastu. Postanowiłem oznaczyć wilgotność świeżo ściętej trawy.
Rys. 14 Świeżo ścięta trawa przygotowywana do analizy.
W tym przypadku miałem trochę więcej czasu więc postanowiłem rejestrować ręcznie wagę próbki co 1 minutę, tak by można było narysować krzywą ubytku masy.
Rys. 15 Próbka trawy po suszeniu.
Do suszenia przygotowałem próbkę o masie 2,927g, po zakończeniu suszenia próbka ważyła 1,094g. Tak więc obliczona z powyższego wzoru wilgotność świeżej trawy wyniosła 62,62 %. Dzięki temu, że podczas całego procesu suszenia w stałych odstępach czasu notowałem zmieniającą się wagę, mogłem naszkicować poniższy wykres.
Próbka trawy po wyjęciu z suszarki wraz z utratą całej wody straciła swe właściwości stając się bardzo kruchą substancją nie posiadającą swych dawnych właściwości mechanicznych. W pracy nad procesem brykietowania siana taka wiedza bardzo się przyda bo oznacza to, że próbka nie może być nie tylko zbyt wilgotna, ale także zbyt sucha, bo po sprasowaniu brykiet zacznie pęcznieć i nie będzie miał właściwości wiążących. Zbyt suchy materiał sprawi, że brykiet po pewnym czasie po prostu się rozsypie.
Rys. 16 Wyjmowanie jeszcze gorącej próbki z komory suszenia.
Rys. 17 Sproszkowanie wysuszonej trawy w moździerzu.
By pokazać jak bardzo sucha była próbka, wsypałem ją do moździerza i po prostu w jedną chwilę utarłem na ciemnozielony pył. Skoro i tak odbiegliśmy od tematu suszenia to opiszę co działo się dalej z powstałym proszkiem. Zastanawiałem się co z nim zrobić i od razu przyszedł mi do głowy pomysł by w jakiś sposób go spalić. Ciekawym rozwiązaniem było by zbudowanie palnika na sproszkowaną biomasę i być może takie próby w najbliższej przyszłości poczynię. Jak na razie zmieszałem próbkę z odrobiną azotanu potasu i zrobiłem chyba pierwsze na świecie bio-sztuczne ognie :)
Rys. 18 Spalanie sproszkowanej, wysuszonej trawy z utleniaczem.
