Biomasa coraz częściej stosowana jest już nie tylko jako pożywienie dla zwierząt, materiał budulcowy czy izolacyjny ale także jako źródło ekologicznej i w pełni odnawialnej energii. Elektrownie skupują jej coraz więcej uruchamiając w swoich blokach energetycznych linie do współspalania z węglem ograniczając tym samym emisje dwutlenku węgla do atmosfery. Także w prywatnych gospodarstwach można już spotkać się ze spalaniem biomasy do celów grzewczych. Podstawowym parametrem tak spalanej biomasy jest jej wartość opałowa, a ta bardzo mocno związana jest z wilgotnością.

Trafiła mi się ostatnio niewątpliwa przyjemność pracy przy budowie brykieciarki hydraulicznej, za pomocą której z rozdrobnionej biomasy (słomy siana, trocin) można wytłaczać poręczne i łatwe w stosowaniu brykiety. Niestety już na tym etapie zauważyliśmy, że wilgotność materiału bazowego ma wpływ nie tylko na kaloryczność produktu, który później będziemy spalać, ale także na sam proces prasowania. By dobrze dopracować budowane urządzenie niezbędne było precyzyjne wyznaczenie wilgotności materiału, który używaliśmy jako półprodukt do produkcji brykietu.

Czym jest wilgotność materiału, która sprawia tyle problemów ? określa się ją jako stosunek masy wody zawartej w badanej próbce do masy fazy stałej - wysuszonej w temperaturze 105 stopni Celsjusza. Wyraża się ją w procentach wagowych i niekiedy nazywa wilgotnością wagową. Jest kilka metod określenia ilości wilgoci w substancjach stałych, stosuje się pomiary przewodności elektrycznej, absorpcji promieniowania mikrofalowego ale chyba najprostszą a zarazem dokładną metodą jest pomiar masy substancji, w której chcemy oznaczyć wilgotność, następnie jej suszenie w temp. 105 ^oC i pomiar masy po suszeniu.


Rys. 1 Brykiet ze zmielonego siana.

Miałem już spore doświadczenie w oznaczaniu wilgotności i suszeniu substancji z czasów szkoły średniej i studiów chemicznych. Spędzałem długie godziny na suszeniu przeróżnych odczynników do przygotowania roztworów mianowanych do dalszych analiz chemicznych, czy suszeniu osadów strącanych w analizach wagowych. Wyglądało to w ten sposób, że najpierw należało wysuszyć do stałej masy samo naczynko wagowe, następnie wsypywało się do środka badaną substancję i znów ważyło. Później do suszarki na jakiś czas, po wyjęciu próbkę należało wystudzić do temperatury pokojowej, ale by tego dokonać należało próbkę zabezpieczyć przed wilgocią z powietrza więc z suszarki próbka trafiała do eksykatora, szklanego naczynia z chlorkiem wapnia, który jest bardzo higroskopijny i wychwytywał wilgoć zanim pochłonęła by ją próbka. Po wystudzeniu i zważeniu próbka znów trafiała do suszarki i cała sekwencja powtarzała się tak długo aż różnica pomiędzy trzema ostatnimi pomiarami nie różniła się zbyt wiele. Oznaczało to że w końcu wysuszyliśmy substancję do stałej masy.

Rys. 2 Rozdrobnienie brykietu przed suszeniem.

Stosowanie tradycyjnej metody było by bardzo pracochłonne, dlatego ktoś jakiś czas temu postanowił połączyć precyzyjną wagę wraz z komorą suszenia i kontrolerem temperatury. W wyniku tego zabiegu powstało urządzenie nazywane wagosuszarką.
Generalną zaletą takiego urządzenia jest możliwość określenia początkowej wagi próbki przed suszeniem, bieżących pomiarów w trakcie suszenia bez konieczności wyjmowania i studzenia. Zaletą jest także możliwość automatycznego wykrycia osiągnięcia stałej masy, czy możliwość rejestrowania procesu ważenia za pomocą komputera zapisując w czasie kolejne próbki masy. Dzięki temu możemy stworzyć wykres przebiegu procesu suszenia.
Nowoczesne wagosuszarki jak np. przedstawiona na zdjęciu obok, produkowana przez radomską firmę Radwag są inteligentnymi urządzeniami, które oprócz tego, że same wykrywają punkt osiągnięcia stałej masy i zakończenia pomiaru mogą suszyć próbkę w ściśle określony sposób. Możemy wybierać różne warianty tzw. profili suszenia czyli warunków i czasów w jakich próbka będzie suszona, bo nie wszystkie substancje od razu i szybko można nagrzać do maksymalnej temperatury. Rozpisałem się trochę, ale może poprzestanę już na tych informacjach bo urządzenie kosztuje ponad 4.000 zł i jest raczej poza zasięgiem hobbystów :)

Rys. 3 Luźno usypana próbka biomasy w tyglu kwarcowym.

To, że nowoczesna wagosuszarka jest poza zasięgiem nie oznacza, że nie możemy zrobić sobie czegoś taniej. Postanowiłem sam połączyć w miarę precyzyjną i w miarę tanią wagę z komorą suszenia. Mam nadzieję że nikt nie będzie się śmiał bo tą komorę zrobiłem z puszki po ananasach konserwowych. Miało to swoje zalety ... nie do końca związane z projektem. Opis zacznę może od stoliczka, który będzie odpowiadał za przeniesienie masy próbki z komory na szalkę wagi.

Rys. 4 Stolik łączący komorę suszenia z wagą.

Wykonałem go chwilę grzebiąc w pudle do którego trafiają wszystkie śruby i elementy z rozbiórek różnych urządzeń. Tak naprawdę to duża podkładka, aluminiowa czerniona tulejka dystansowa oraz aluminiowy talerz z nagwintowanym otworem.

Rys. 5 Komora suszenia wykonana z puszki po ananasach konserwowych.

Teraz zabieramy się za naszą puszkę. Przede wszystkim nie możemy jej otworzyć w tradycyjny sposób otwieraczem. Należy ją przeciąć po obwodzie w odległości ok. 3 cm od górnej powierzchni. Jednak, zanim zaczniemy ciąć po obwodzie, warto najpierw zająć się górną powierzchnią, bo tam musimy wykonać kilka technologicznych otworów i dużo wygodniej będzie to zrobić póki puszka będzie jeszcze cała. Ale zanim opis pokażę kolejne zdjęcie.

Rys. 6 Górna część komory suszenia.

Jak widać na zdjęciu, w wieczku musimy wykonać jeden, centralny otwór na obsadzenie oprawki pod żarówkę halogenową oraz dużą ilość małych otworków wentylacyjnych, przez które powstające ciepło będzie unosić wilgoć z komory. Gdy wykonany już te otwory możemy odciąć wieko puszki i zabezpieczyć powstałe krawędzie np. zaginając i zaciskając blachę do środka, uchroni nas to później przed skaleczeniami w trakcie pomiarów. Kolejnymi czynnościami do wykonania będzie dokładne umycie puszki, wykonanie otworu w dnie oaraz w bocznej ściance. Otwór w bocznej ściance (lub kilka otworów) musimy tak dobrać by umożliwiały wprowadzenie czujnika temperatury możliwie jak najbliżej suszonego materiału. Ostatnią czynnością będzie przykręcenie zbudowanej komory do statywu, który umożliwi zawieszenie jej nad wagą. Powinniśmy zadbać o to by możliwa była regulacja wysokości komory.

Rys. 7 Kontroler temperatury ESM9990 wraz z przekaźnikiem półprzewodnikowym.