Puunpolttomatematiikkaa

[seppol]

Vauxhall 1972, Yleensä kyllä ei tarkoiteta tätä suhdetta vaan veden määrää kokonaispainosta. Näillä on selvä ero ja kun vauxhall asian hyvin tiedät niin selitäpäs meille muillekin miten toinen lasketaan jos toinen tiedetään. Ja sitten kumpi kosteus on kysymyksessä kun mainitset 8-20 %. Jos vettä on kuivapainosta 20 %, kokonaispainosta sitä on 16,6 %. Ja tuokin lasku että 450 olisi 90 % 550: tä on väärin. Oikea prosentti on 81,8 % vettä kuivapainosta.
Jos kosteus on 71 % kuivapainosta, kokonaispainosta vettä on 41,5 %.

[seppol]

Viime elokuussa kaadoin pihakoivun ja tein siitä klapeja. Ne on olleet pinossa ulkona siitä saakka.
18.1.2016 toin 2 klapia siälle kuivamaan uunin päälle. Toinen painoi 995 g ja toinen 981 g. Lämpötila on 40-50 välillä ja sisäkosteusmittari näyttää 53 %.
Palikoiden kuivapainoa oli vaikea arvioida mutta märkäpaino tiedettiin. Paljonkohan ne painaa nyt? Yllätys on suuri. 995 g painanut painaa nyt 440 g. Kokonaispainosta vettä on haihutnut 56 %.
981 g painanut painaa nyt 670 g. Paino on vähentynyt vain 31 %.

Palikat on samasta puusta. Kosteusprosenttia tai kuvapainoa en vieläkään tiedä.

Sitten tämä tasapainokosteus.

3.2.2016 hain samasta pinosta yhden klapin. Se painoi 812 g. Sitä on säilytetty tuolilla sisällä.
Seuraavana päivänä se painoi 781 g. Keventymistä 3,8 %.
5.2 se painoi 773 g, kokonaispudotus 4,8 %
6.2 se painoi 754 g, kokonaispudotus 7,1 %
7.2. se painoi 753 g, pudotus 7,2 %
13.2 se painoi 731 g painosta oli pudonnut 10 %

[Pähkäilijä]

Kosteusprosenttia tai kuvapainoa en vieläkään tiedä.

miten tuo onnistus kotikonstein määrittää? Tehdä kinkkupaistotesti eli leivinuuniin kun siellä on lämpöä viel reilusti toista sataa ja jättää vuorokaudeksi tai oikeammin niin pitkäksi aikaa kunnes paino ei enää putoa?

[seppol]

Siinäpä se? Jostain syystä esimerkiksi tasapainokosteuden yhteydessä käytetään tätä veden määrää verrattuna kuivaan puuhun. Mutta kuten esimerkeistäni näkyy, kuivan puun paino saattaa heitellä paljonkin. Olis aina ilmoitettava erikseen kumpaa kosteutta tarkoitetaan. En minä ainakaan tiedä kumpaa kosteutta sähköinen kosteusmittari mittaa.

Kun laskin 1 kg kuivan puu teoreettisen tarvitseman happitarpeen niin tätä arvoa ei tarvi koskaan laskea uudelleen. Lambda arvo muutetaan vain lisäämällä ylimääräistä happea. Kun ilmassa on 21 % happea, se kerrotaan luvula 4,76 ja saadaan ilmamäärä.
Kosteus otetaan erillisenä huomioon. Jos kosteus on 20 % kokonaispainosta, palavaa puuta on 0,8 kg. Energiaa, savukaasuja, ilmantarvetta ym on 0,8 kertaa kuivaan verrattuna.

[ev3449]

miten tuo onnistus kotikonstein määrittää? Tehdä kinkkupaistotesti eli leivinuuniin kun siellä on lämpöä viel reilusti toista sataa ja jättää vuorokaudeksi tai oikeammin niin pitkäksi aikaa kunnes paino ei enää putoa?

On olemassa standardin mukainen tapa kosteuden määrittämiselle, jossa kappale kuivataan 103C (+-2C) lämpötilassa vakiopainoon (kesto 12-24h).

Enemmän:

Tuolta kelaa alas kohtaan "moisture content".

Ja VTT:n selvitys puun kosteusmittauksesta. Sivulta 6 eri määritelmistä.

[vauxhall1972]

Sahatavaralle tarkoitetut sähköiset mittarit näyttävät juurikin veden massan suhdetta kuivapainoon.

[seppol]

Mulla on tuollainen mittari jossa on kaksi piikkiä. Kumma kyllä lukemia on vain 44 % saakka. Jos se mittaa kosteutta kuivapainoon, kosteus kokonaispainoon on silloin vain 30 %. Jos mittari mittaisi kosteutta kokonaispainoon se vastaisi 78,6 % kosteutta kuivapainoon.

Jos mittari pystyisi mittaamaan kosteuden kuivapainoon, kuivapaino voitaisiin selvittää ilman kuivatusta. Niinpä hainkin pinosta 2 klapia. Toinen painaa 1145 g ja kosteusmittarini näyttää 22 %. Toinen painaa 555 g ja kosteus on 24 %.
Jos ensinmainitussa kuivapainosta vettä on 22 %, kuivapainoksi pitäisi tulla 938,5 g.
Toisessa tapauksessa 555 g painoinen klapi pitäisi kuivua 447,6 g painavaksi.
Pistän palikat kuivumaan ja katsotaan.

[seppol]

Lueskelin tuota VTT kosteusmittausjulkaisua ja tosiaankin. Kokopuun kosteuden mittausmenetelmää ilman kuivatusta ei ole olemassakaan. Tässä sitä on tutkittu käyttäen sähkömagneettisia tai radiometrisiä tekniikoita. Ketä kiinnostaa, voi lukea linkistä.
Jos meillä on tukkipätkä, kosteus sen eri osissa on erilainen mentäessä pinnasta syvemmälle tai tyvestä latvaan.

Mitä jos käytettäisiin Arkkimedeen mentelmää. Punnitaan tukki sekä ilmassa että vedessä.
Tukin tilavuus on punnitustulosten erotus. Tukin ominaispaino on ilmapunnitustulos jaettuna tuolla erotuksella. Puulaadusta riippuen kuivapuun ominaispaino suunnilleen tiedetään. Näistä kahdesta luvusta voidaan laskea veden määrä.
Joissain tehtaan vastaanotoissa puunippu punnitaan kurottajan vaa'alla ilmassa ja vedessä upottamalla se altaaseen. Nämä kaksi lukua laitetaan ylös ja lisäksi puunipun alkuperä. Tuloksista saadaan tarkasti hyötypuun tilavuus ja pitkän päälle nähdään mm. hakkaavan moton mittaustarkkuus.

Vielä tuosta kuivasta puusta ja kosteudesta.
Meillä on kaksi tai oikeastaan kolme suuretta. Näitä voidaan vertailla monella tavalla toisiinsa.
1. Kuinka monta % vettä on kuivapainosta
2. Kuinka monta % vettä on kokonaispainosta
3. Kuina monta % kuiva-ainetta on kokonaispainosta
4. Kuina monta % kuva-ainetta on veden painosta
On sama mikä ilmoitetaan, muut voidaan laskea. On vai kerrottava mikä ilmoitetaan

[Kettu-Pekka]

Mites tämmöinen perustavaa laatua oleva kysymys: Onko aina kuivempi puu parempi lämmitäessä vai pitääkö olla tietty kosteusprosentti?

Joku väitti ainakin että hieman kostean puun vesi luovuttaa happea palamisprosessiin ja parantaa sitä. Liekö tuossa perää?

[Pähkäilijä]

Veden lämmitys ja höyrystäminen vie energiaa polttoprosessista (litran höyrystäminen vie 0.6 kWh), jos se toisi niin sittenhän kannattas ruiskuttaa vettä mukaan. Puussa itsesäsään on happea kuten Seppo on joskus kirjoittanut

Puussa on yli 40 % painostaan happea erilaisissa sidoksissa ja vapaanakin. Se tarkoittaa sitä että kilossa kuivaa puuta on 13 moolia = n. 300 litraa happea. Tämä vapautuu kuumennettaessa ja aiheuttaa palamisen jatkumista vaikka ilmaa ei päästettäisi ollenkaan. Tämä happi riittää polttamaan 26 moolia = 13 g vetyä. Se on lähes 22 % puussa olevasta vedystä. Miten käy nyt sitten yhdisteistä vapautuvan hiilen kanssa? Millä hapella se poltetaan?

[seppol]

Ajattelin kuitenkin kirjoittaa tähän vanhaan osioon vähän puun palamisesta.

Palaminen on polttoaineen yhtymistä happeen kemiallisesti. Se tapahtuu atomitasolla atomin rakenteen kuitenkaan muuttumatta.
Atomissa on kaksi eri osatekijää ydin ja sitä kiertävät elektronit.
Ytimessä saattaa olla sekä protoneita että neutroneita. Protoneilla on positiivinen varaus ja elektroneilla negatiivinen. Normaalissa tilanteessa protoneita ja elektroneja on yhtä paljon ja ulospäin sähkövaraus on nolla.
Neutronilla ei ole sähkövarausta ja sen massa on yhtä suuri kuin neutronillakin. Atomin massa muodostuukin protoneiden ja neutroneiden yhteismassasta ytimessä.
Eri aineiden yhdistysten muodostumista on tutkittu yli 200 vuotta ja tuloksia on järjestelmällisesti kirjattu ja tulkittu. Suurimman oivalluksen teki venäläinen Mendelejev, kun hän järjesti alkuaineet jaksolliseen järjestelmään atomipainojen mukaan 1869. Järjestelmää on täydennetty ja parannettu ja nykyisin se yksinkertainen keino muodostaan teoriassa reaktioyhtälöitä.

Käytännön polttoaineita on vain vety ja hiili, jotka yhdistetään happeen. Otetaan esimerkiksi hiili C. Sen ytimessä on 6 protonia ja 6 neutronia. Näitä kiertää sisemmällä kuorella 2 ja ulommalla kuorella 4 elektronia.

Happiatomin ytimessä on 8 protonia ja 8 neutronia. Ydintä kiertää sisäkuorella 2 ja ulkokuorella 6 elektronia.
 
Molekyylin uloimmalle elektronikuorelle halutaan 8 elektronia, koska se on vakaa. Kun otetaan 1 atomi hiiltä ja 2 atomia happea, hiiliatomista otetaan kummastakin happiatomiin 2 elektronia yhteisiksi neljän jo siellä olevien lisäksi. Näin hiilidioksidimolekyylissä on 8 elektronia ulkokuorellaan.

[repa]

Molekyylin uloimmalle elektronikuorelle halutaan 8 elektronia, koska se on vakaa. Kun otetaan 1 atomi hiiltä ja 2 atomia happea, hiiliatomista otetaan kummastakin happiatomiin 2 elektronia yhteisiksi neljän jo siellä olevien lisäksi. Näin hiilidioksidimolekyylissä on 8 elektronia ulkokuorellaan.

Noin se menee.

Elektronikuoret eivät ole mitenkään kiinteitä "ratoja" tai paikkoja missä elektronit mennä vipeltää. Puhutaankin todennäköisyydestä  tai paremminkin että keskimäärin tietty määrä elektroneja on jollain tietyllä etäisyydellä ytimeen nähden.

Kun ainetta lämmitetään niin elektronit alkavat kiertää isompaa kehää ja ovat löyhemmin sidoksissa ytimeen, samalla niiden energia ja nopeus kasvaa. Hiili ja happi eivät reagoi keskenään ennenkuin niiden elektronit ovat riittävän kaukana ytimistään. Vasta sitten on mahdollista että ne hyppäävät yhteiselle kehälle. Tuossa siis selitys sille että tarvitaan "sytytysenergiaa" jotta reaktio lähtee käyntiin.
Kun aineiden ytimet menevät virekkäin, pääsevät eletronit kiertämään pienempää kehää ja luovuttavat samalla "ylimääräisen" energiansa, joka vapautuu lämpönä ympäristöön ( sillä ehdolla että ympäristö ei ole liian kuuma, jolloin elektronit eivät voi luovuttaa energiaansa ).                                   

Edelliseen perustuu myös se että kun ainetta kuumennetaan riittävästi niin elektronit karkaavat liian etäälle ja silloin esim vesi voi hajota alkuaineiksensa.

Puun sisältämät happi, hiili ja vety ovat sidoksissa toisiinsa. Jotta puu saadaan palamaan, tarvitaan energiaa näiden sidosten rikkomiseen. Puussa noita aineita on monessa muodossa mm kiinteänä, nesteenä ja kaasuna. Kaasut irtaantuvat helposti ja palavat suht pienellä kuumennuksella. Puu voi palaa esim nuotiossa melko matalassakin lämpötilassa mutta usein lämpö ei riitä rikkomaan kaikkein "sitkeimmässä" muodossa olevia yhdisteitä ja silloin syntyy paljon savua.

[AnssiKo]

Kun ainetta lämmitetään niin elektronit alkavat kiertää isompaa kehää ja ovat löyhemmin sidoksissa ytimeen, samalla niiden energia ja nopeus kasvaa. Hiili ja happi eivät reagoi keskenään ennenkuin niiden elektronit ovat riittävän kaukana ytimistään. Vasta sitten on mahdollista että ne hyppäävät yhteiselle kehälle. Tuossa siis selitys sille että tarvitaan "sytytysenergiaa" jotta reaktio lähtee käyntiin.
Kun aineiden ytimet menevät virekkäin, pääsevät eletronit kiertämään pienempää kehää ja luovuttavat samalla "ylimääräisen" energiansa, joka vapautuu lämpönä ympäristöön ( sillä ehdolla että ympäristö ei ole liian kuuma, jolloin elektronit eivät voi luovuttaa energiaansa ).                                   

Edelliseen perustuu myös se että kun ainetta kuumennetaan riittävästi niin elektronit karkaavat liian etäälle ja silloin esim vesi voi hajota alkuaineiksensa.

Puun sisältämät happi, hiili ja vety ovat sidoksissa toisiinsa. Jotta puu saadaan palamaan, tarvitaan energiaa näiden sidosten rikkomiseen. Puussa noita aineita on monessa muodossa mm kiinteänä, nesteenä ja kaasuna. Kaasut irtaantuvat helposti ja palavat suht pienellä kuumennuksella. Puu voi palaa esim nuotiossa melko matalassakin lämpötilassa mutta usein lämpö ei riitä rikkomaan kaikkein "sitkeimmässä" muodossa olevia yhdisteitä ja silloin syntyy paljon savua.

Kirjoitetaan tähän nyt sit jatkoksi viel hiukan lisää auki Repan tekstiä ja Seppol:n alustusta. Vaikka palaminen tässä mielessä onkin kokonaisuutena eksoterminen reaktio, niin tarvitaan tuo "sytytysenergia" seuraaville molekyyleille, et prosessi pysyy käynnissä. Ja lisäks tuo "sitkeiden" sidosten rikkomiseen tarvittava lämpötila eli sitä ylläpitävä lämpöenergia. Ts. jos prosessista otetaan ulos lämpöenergiaa ennen aikojaan, niin lämpötila laskee ja ensiks piukemmin sidotut eli sitkeet yhdisteet jää krakkautumatta ja palamatta. Ja jos tarpeeks vielkin enemmän otetaan lämpöenergiaa ulos, lämpö laskee edelleen ja lopuks jää jo sytytysenergiaki poies. Palo loppuu.

Tosta syystä liekki ei sais koskettaa kylmää terästä, ja tosta syystä toisiopaloissa on keraameja hidastamassa lämmön luopumista liekistä.

Nyt sit yläpalohenkilöt tuntee piston jossain, ja tietää mistä ne nokihiukkaset tulee.

Seppol:lle ja Repalle taas kysymys taannoisesta palolämpötilajutskasta. Jos tonne pannuun, vaiks nyt käänteispalon toisiopalotilaan törkätään esm. tulenkestävä puikkoanturi, niin miten hyvin sen mittaustulokset edustaa palolämpötilaa? Mites puikon paikka liekin pituuden suhteen? Vai pitäiskö sittenkin mitata esm. pyrometrilla?

[seppol]

Tarkastellaanpas reaktioon yhtyviä massoja.
Tässä maailmankaikkeudessa kaikkien alkuaineiden elektronit, protonit ja neutronit ovat samanlaisia. Atomien massa riippuu vain ytimessä olevien protonien ja neutronien yhteismäärästä. Tämä luku on merkitty alkuaineiden jaksollisen järjestelmän taulukkoon ylempänä ns. massalukuna.
Reaktioon yhtyvien atomien lukumäärät määrittää uloimpien elektronikuorien elektronien määrä. Monilla aineilla mahdollisuuksia on useampiakin. Kun nyt kuitenkin reaktiot aika lailla tunnetaan, massojen suhteet on helppo määrittä. Katsotaan montako atomia kutakin ainetta yhtyy. Lasketaan massaluvut yhteen, ja saadaan yhdisteen massa.
Avuksi on otettu mooli käsite, joka ilmoittaa massaluvut grammoina. Tällöin aineet voidaan punnita. Atomeita ei käytännössä pystytä punnitsemaan.

Esimerkiksi hiilen palaessa yhteen hiiliatomiin ( massaluku 12 ) yhtyy kaksi happiatomia ( massaluku 2 x 16  = 32 ) . Syntyy yksi mooli hiilidioksidia ( massaluku 44) . Hiilidioksidiin massasta 8 / 3 on happea. Jos hiilidioksidia on 11 kg, happea on 8 kg ja hiiltä 3 kg. Tästä syystä autojen hiilidioksidipäästöt ja myös lämmityksen, ovat suuret.