Tässä nyt vielä asiasta kiinnostuneille muutama pointti mietittäväksi koskien viljankuivauksen hyötysuhdetta, lämmönsiirtymisen kautta tarkisteltuna. Antoisaa lukemista!
Viljankuivaajan kokonaishyötysuhde
Kuivaajauuni ja kuivaajakaappi muodostavat yhdessä termodynaamisen systeemin jossa siihen syötetyllä energialla kuivataan kuivaajakaappiin syötettyä viljaa.
Kuivaajauunissa poltettavasta polttoaineesta vapautuu lämpöenergiaa, joka on tarkoitus siirtää kuivaajakaappiin. Mitä korkeampi kuivaajauunin hyötysuhde on, sitä korkeamman energiamäärän uunista onnistutaan siirtämään kuivaajakaapille asti (systeemin kokonaishyötysuhteen kannalta ei ole merkitystä, onko kuumailmakanava osa uunia vai kaappia, kunhan se systeemissä määritellään kuuluvaksi kiinteänä osana toiseen niistä).
Mitä suurempi on kuivaajakaapin hyötysuhde sitä suuremman osan kuivaajauunista hyödyksi saadusta energiasta saadaan käytettyä hyödyksi viljankuivauksessa. Poistoilman mukana kulkeutuva energia (konvektio) sekä johtumis- ja säteilyhäviöt kaapista alentavat kuivaajan kaapin hyötysuhdetta, joka taas alentaa koko termodynaamisen systeemin hyötysuhdetta.
Kaikki veden höyrystämiseksi hyödynnetty energia viljankuivaajassa on hyödyksi saatua energiaa. Kuivaajan puhallettava ilmamäärä on oleellinen osa kuivumisprosessia, sillä kuivaajauunin läpikulkeva kuumailma sitoo kosteutta itseensä kulkiessaan läpi viljamassan ja näin ollen poistaa kosteutta kaapista.
Kuivaajassa oleva vilja ottaa vastaan lämpöenergiaa kahdella tapaa. Nämä tavat ovat johtuvalämmönsiirtyminen sekä säteilylämmönsiirtyminen. Johtuvaa lämmönsiirtymistä tapahtuu kun ilmamassan mukana kulkevasta lämpöenergiasta (edelleen konvektio) luovuttuu lämpötilaeron perusteella (korkeammasta matalampaan) energiaa viljamassaan sekä siinä olevaan veteen. Siirtymistä tapahtuu, kun ilma koskettaa viljan tai veden rajapintaa.
Kuitenkin merkittävämpi lämmön siirtymisen muoto on säteilylämmönsiirto, joka on palamisprosesseissa dominoiva lämmönsiirron osuus. Lämpösäteily siirtää energiaa tarvittaessa väliaineetta, esimerkiksi auringosta avaruuden tyhjiön läpi sekä ilmankehässä olevan kuivan ilmamassan läpi maanpinnalle, lämmittäen maan pinnalla olevia kappaleita huomattavasti tehokkaammin kuin paljon aiemmin kohtaamaansa ilmaa.
Kuivaajan puhallettavan ilman tapauksessa ilman lämpötilannousu tapahtuu suurimmaksi osaksi johtumisen kautta, sillä säteilylämmönsiirto itsessään ei kuumenna ilmasta kuin kostean ilman osuutta, koska ilman suurimmat osakaasut typpi ja happi eivät absorboi lämpösäteilyä itseensä. Vesimolekyylin absorptio kerroin lämpösäteilylle on korkea.
Kaikki kappaleet, kuin myös palava hiilivetyseos kuten polttoöljy, emittoivat lämpösäteilyä absoluuttisen lämpötilansa neljännen potenssin, pinnan emissiivisyyden sekä Stefanin ja Boltzmannin vakion tulona. Tästä johtuen, mitä korkeamman lämpötilan liekki saavuttaa, sitä suuremmassa määrin se luovuttaa energiansa säteilylämmönsiirtymisenä, joka siirtyy korkeammasta potentiaalista (liekistä) matalampaan potentiaalin eli viljassa olevaan veteen lämmittäen ja höyrystäen sitä. Säteilylämmönsiirtyminen tapahtuu väliaineetta eli lämmittämättä kuivaajaan puhallettavaa ilmaa.
Näin toimii lämmönsiirtymisen osalta fysiikka lämminilmakuivurilla pähkinänkuoressa, joka puolella maailmaa, aina aiemmin, nyt sekä myös tulevaisuudessa.
Se miten erilaiset yksityiskohdat, kuten käytettävä polttoaine, ympäristön olosuhteet sekä esimerkiksi viljankosteus vaikuttavat fysikaalisiin tapahtumiin on sitten käsiteltävä termodynaamisena kokonaisuutena aina kuivaajakaapillista kohden omana tapauksenaan, kuten esimerkiksi nimimerkki –SS- on monesti jo kannanotoissaan julki jo tuonutkin. Eli systeemin hyötysuhde vaihtelee monen osatekijän vaikutuksesta, joidenka huomioon ottaminen edesauttaa kuivaajan energiatehokasta käyttöä.
Mitä tulee polttoaineen kulutuksen vähentymään viljan kuivaajalla niin lasketaan nyt vielä lyhyt esimerkki. Cynic aiemmin jo oikein totesikin, että viljankuivauksen tarvittava energiamäärä on polttoöljyä käytettäessä tavanomaisesti n. 2-3 kertaa vedenhöyrystymisen vaatima energiamäärä.
Käytännössä tämä tarkoittaa 33,3 – 50 % hyötysuhdetta koko viljankuivaajan termodynaamisessa systeemissä.
Kun 30 %:n hyötysuhteesta noustaan 40 %:n hyötysuhteeseen, vähenee energiankulutus kolmanneksella. Toisin sanoen, kertomaani 40 %:n polttoöljyn kulutuksen vähentymään ei tarvitse keksijä ikiliikkujaa, kuten osa keskustelijoista jo vähän ivallisesti asian on ehtinyt muotoilla.
Pidetään jatkossakin keskustelu asiallisena, erityiskiitos nimimerkeille Cynic ja SAS.