Wysychanie: Jak higroskopijność wpływa na wagę i jakość produktów?

Wilgotność względna powietrza to kluczowy czynnik w praktycznie każdej branży procesie produkcyjnym,  od produkcji żywności, przez obróbkę drewna, po przemysł chemiczny. W takich branżach zarówno surowce, jak i gotowe produkty wykazują się określoną higroskopijnością, co oznacza, że pochłaniają lub oddają wilgoć w zależności od poziomu wilgotności względnej otoczenia.

Czym jest higroskopijność i jakie ma znaczenie w produkcji?

O materiale zrównoważonym z otaczającą go atmosferą mówi się, że osiągnął stan wilgotności równowagowej (EMC). Taki materiał, jeżeli będzie przechowywany prawidłowo, razem z otaczającym go powietrzem osiągnie wilgotność względną w stanie równowagi (ERH), co będzie oznaczało stabilny stan. Jednak zmiany w temperaturze powietrza i jego wilgotności względnej natychmiast zmieną punkt równowagi, wskazując na konieczność kontrolowania temperatury i wilgotności.

Wysychanie jest bardzo ważnym czynnikiem w procesie dojrzewania i sezonowania produktów – bez kontrolowanego wysuszania mięsa nie byłoby szynki parmeńskiej, a nie wysuszone drewno nie nadawałoby się do budowy.

Ale pomiędzy kontrolowanymi warunkami produkcyjnymi a obniżeniem jakości produktu jest bardzo cienka granica. Jeżeli wilgotność względna. powietrza spadnie poniżej punktu krytycznego, produkty staną się bezużyteczne i będzie trzeba je zutylizować.

Jak kontrolować higroskopijność i wilgotność względną?

W stanie równowagi materiał higroskopijny nie traci ani nie pochłania wilgoci – pozostaje stabilny, nie zmienia wagi ani kształtu. Ilość wody zawarta w produkcie higroskopijnym zależy od wilgotności względnej otaczającego powietrza.
Właściwości higroskopijne materiału są definiowane współczynnikiem rozszerzalności wilgotnościowej – CME (coefficient of moisture expansion).

Na wykresie przedstawiono wartość CME niektórych materiałów:

Źródło: BuildingScience.com

Sezonowanie drewna a higroskopijność 

Drewno wychodzące z tartaku może zawierać do 30% wody. Jeżeli wilgotność względna powietrza jest zbyt niska, drewno jako materiał higroskopijny – zacznie intensywnie tracić wilgoć. Można wręcz powiedzieć, że drewno zachowuje się jak gąbka – w razie niskiej wilgotności oddaje wilgoć do powietrza.   

Odpowiednia ilość wilgoci zwiększa wytrzymałość drewna. Dobrze wysezonowane drewno osiągnęło punkt równowagi, w którym naturalna higroskopijność drewna jest pod kontrolą, dzięki czemu zachowuje ono swój kształt. Cykl życia drewna konstrukcyjnego, które jest przechowywane w warunkach kontrolowanego klimatu, jest liczony w stuleciach.

Co więcej, sezonowane drewno jest znacznie mniej podatne na degradację z powodu grzybów lub insektów. Innymi słowy – jest biologicznie stabilne. Dlatego właśnie sezonowanie drewna jest kluczowym procesem w każdej branży opartej na wykorzystaniu tego surowca – w produkcji mebli, instrumentów, budownictwie itp, 

Jeżeli drewno jest przechowywane w warunkach stałej wilgotności względnej (w.w.), osiągnie stan wilgotności równowagowej (EMC). Pozostanie na tym poziomie wilgotności, póki nie zmieni się temperatura i wilgotność względna powietrza.

Dla przykładu – zawartość wilgoci w sklejce w temperaturze 25°C wynosi:
6% EMC przy 40% w.w.
10% EMC przy 70% w.w.
28% EMC przy 100% w.w.

To jeden z głównych powodów, dla których przemysł drzewny często wykorzystuje systemy nawilżania powietrza – aby utrzymać poziom wilgotności powietrza odpowiedni dla sezonowania i przechowywania wyrobów z drewna. Jeżeli wilgotność względna jest zbyt niska, drewno zamiast sezonować, wysuszy się. 

Taki produkt będzie spisany na straty. Paczenie, pękanie i niekontrolowane zmiany wymiarów mogą sprawić, że produkt wykonany z drewna stanie się bezwartościowy. Przy obróbce drewna utrzymywanie odpowiedniej wilgotności powietrza decyduje o wydajności produkcji oraz zminimalizowaniu odpadów materiału. 

Zawartość wilgoci w kawałku drewna to suma ilości wody (lub wilgoci) zawartej w tym kawałku drewna. Zawartość wilgoci mierzy się jako różnicę pomiędzy masą drewna z wilgocią „m” i bez wilgoci „m_od” (masa po wysuszeniu w piecu), podzieloną przez masę drewna bez wilgoci „m_od”: 

Zawartość wilgoci = (m – m_od)/m_od  

Wilgoć w drewnie to wolna woda (woda znajdująca się w szczelinach drewna) lub związana woda (woda międzykomórkowa). Gdy zabraknie wolnej wody mówimy, że drewno osiągnęło swój punkt nasycenia włókien.

Optymalny poziom wilgotności względnej powietrza w produkcji drewna wynosi zwykle 50-60% i należy go utrzymywać przez okrągły rok.

Odpowiednia ilość wilgoci zwiększa wytrzymałość i stabilność drewna. Dzięki sezonowaniu naturalna higroskopijność drewna jest pod kontrolą.

Dowiedz się więcej o wpływie higroskopijności na jakość drewna.

Każdy produkt spożywczy będzie oddawać wilgoć do otaczającego powietrza, jeżeli wilgotność względna powietrza nie będzie utrzymywana na odpowiednim poziomie, który różni się w zależności od rodzaju produktu. Dotyczy to m.in. serów, mięsa czy pieczywa – produktów o wyraźnej higroskopijności.

Rygorystyczna kontrola wilgotności powietrza pozwala produktom, takim jak ser dojrzewać w odpowiednim tempie. W przypadku większości serów idealna wilgotność względna powietrza wynosi 75-95%. 

Jeżeli powietrze, w którym przechowywane jest mięso jest zbyt suche, często waga tego mięsa spada nawet o 4% – większość producentów wolałaby tego uniknąć.

Systemy nawilżania powietrza od Airtec® zostały stworzone z myślą o kontroli wilgotności w środowisku z materiałami higroskopijnymi.

Nasze doświadczenie obejmuje pracę z szerokime spektrum surowców i produktów higroskopijnych, od drewna po żywność. Najczęściej zaczynamy od oceny zakładu, w ramach której analizujemy rozplanowanie uwarunkowań konkretnego obiektu produkcyjnego, wymagania surowców oraz gotowych produktów, a także istniejące na terenie zakładu instalacje wentylacyjne i źródła ciepła. Na tym etapie prac ściśle współpracujemy z klientami, ponieważ to właśnie oni mają najlepszą wiedzę na temat swoich procesów produkcyjnych oraz idealnych warunków dla danego produktu. 

Dzięki temu możemy prawidłowo ocenić, gdzie i jak należy zainstalować system nawilżania powietrza, aby dany zakład stał się bardziej rentowny, ograniczył przestoje i uniknął strat produktów i uszkodzeń sprzętu.

Firma Airtec® często ściśle współpracuje z dostawcami urządzeń do odwadniania czy osuszania, aby znaleźć najlepsze rozwiązanie dla zakładów przetwarzających żywność.

Firma Airtec® może się pochwalić wieloletnim doświadczeniem w zakresie planowania, instalowania i serwisowania systemów nawilżania powietrza – poznaj historie naszych klientów tutaj.

Dowiedz się, jak możemy pomóc w Twoim projekcie