MÓDSZEREK 1 A vizsgált fafajok

rosttelítettségi pontjának is. A következő pontban megvizsgáljuk ennek meghatározását.

3. MÓDSZEREK 3.1 A vizsgált fafajok

Vizsgált minták Debreceni Erdőspuszták erdeiből kerültek ki. Frissen vágott, 10 [cm], vagy annál kisebb átmérőjű, 2-3 [cm] szélességű áganyag, több helyről gyűjtve, fafajra jellemző darabokat válogatva. A vizsgált fajok az olasz nyár (Populus italica euramericana) és a fehér akác (Robinia pseudoacacia). Választásom oka jelentős területi részarányuk, az akác kemény, a nyár puhafa, eltér az RTP-jük is, sok szempontból a két szélsőséget képviselik. Ugyanakkor mindkét fajt használják energiafaként, jellemzően rövid vágásfordulóval.

Az olasznyár őshonos fafajunk keresztezett, vegetatív úton szaporított, ültetvényszerűen művelt változata. Rendkívül gyors növekedés és kis sűrűség (~360 [kg/m³]) jellemzi. Gesztje élőnedvesen több vizet (200 [%]) tartalmaz, mint szíjácsa (120 [%]). Kiváló ipari fa, de energiaültetvények fája is lehet megfelelő termőhelyen. Nemesnyarak alkotják erdeink 6,3 [%]-át. Kéregaránya fiatalon 18 [%]. A rosttelítettségi pontja 0,292 [kg/kg]. [8]

1 „A www.amsz.hu egy nonprofit meteorológiai portál, amely azzal a célja jött létre, hogy olyan országos amatőr észlelői hálózatot alakítson ki, ahol pontosabb és hitelesebb adatokat tud szolgáltatni az érdeklődőknek.

Tagjaink automata mérőállomásukkal bővítik az oldal adatbázisát.”

20

A homokfásítás fája a fehér akác. Nem őshonos, 1710 körül került hazánkba, tömegesen XIX. század közepe óta ültetik. Remekül alkalmazkodott éghajlatunkhoz, mára hungarikummá vált. Legnagyobb európai állományai nálunk találhatók, területarányuk országosan 24 [%]. Gyors növekedése ellenére a legsűrűbb ~770 [kg/m³], legkeményebb fajaink között van. Rendkívül tartós. Igen jó tűzifa, élőnedvesen is ég. Színes gesztű, kéreg térfogataránya magas, ~28 [%].A rosttelítettségi pontja 0,195 [kg/kg]. [6]

1. ábra. A vizsgált fafajok 1−4 Olasz nyár; 5−8 Fehér akác 3.2 A Mérés módszere

Célom a vizsgált minták víztartalmának, rosttelítettségi pontjának megállapítása házi eszközökkel. Ehhez ismernünk kell a 0 [%] vizet tartalmazó fa, valamint egy ettől eltérő állandó, pontosan ismert páratartalmon tartott anyag súlyát.

Első lépés a fa száraz tömegének kimérése. Laboratóriumi körülmények között a vízmentesség az anyag 24 órán keresztüli 103 [°C]-on tartásával érhető el, képződő páratartalom egyidejű elvonásával. Így lassan, kívülről befelé melegedve az anyag felületén keresztül párolog el a víztartalom. Ahogy a bevezetőben írtam, egy másik vízelvonási mód a nagyfrekvenciájú vagy mikrohullámú sugárzás alkalmazása. Ezek belülről melegítik az anyagot, vízmolekulák energiáját növelik, így a vízvesztés gyors. Miután a víz elpárolgott, extrakt anyagok kezdenek forrni, gyorsan elérhető a gyulladási, égési hőmérséklet, így a minta tönkre mehet. Ez utóbbi módszerrel házi körülmények között is végezhető, de gyakori ellenőrzés szükséges a mérés közben. [8],[9] [10]

A mérés során felhasznált eszközöket a 2. táblázat tartalmazza.

2. Táblázat A száraz tömeg meghatározásához használt eszközök

Eszköz Márka, típus

Mérési/Működési tartomány,

pontosság

Megjegyzés Digitális

konyhai mérleg

Dimarson DM-187

1–5.000 [g], 1[g]-os pont1[g]-osság

Mikrohul-lámú sütő MM07 700W, 2450MHz Tesco saját márkás Digitális SH 102 (-20) - 80 °C Nedves gézbe

21

A fafajonként egyszerre berakott 4-4 korong alakú minta (darabja ≅75g) volt. Vízvesztést segítendő, bütümetszeteket használtunk, az anizotrópia jelenségét kihasználva. Azonos fokozaton (≈280W), egységnyi ideig (5 perc) történő energiaközlést követő tömegmérések adatait feljegyeztük. Minden szakasz után visszahűtöttük kezdeti hőmérsékletre (20°C), ventilátor segítségével, majd újra szárítottuk a mintát. A súlyállandóságot elérve az eredményeket feljegyeztem. Itt a fa víztartalma 0 [%]. Ez az „m0”(száraz, vízmentes tömeg).

A következő lépésben egy adott relatív nedvességtartalom mellett kellett meghatározni a súlyállandóságkor beálló nedves fa tömeget. A folyamat lassú, hetekig eltarthat, amíg bekövetkezik a súlyállandóság. Ezen feltételek mesterséges megteremtése érdekében kihasználtuk, hogy bizonyos sók telített vizes oldatainak közvetlen, zárt környezetében állandó páratartalom tapasztalható. A vizsgálat során réz szulfát (CuSO4−5∙H2O) telített vizes oldatát használtuk. Emellett 20°C-on, 98% relatív nedvességtartalom alakul ki. [12]

Ha tudjuk 98%-os relatív páratartalom esetén a nedves fa tömegét („mn”) és tudjuk a száraz fa tömegét („m0”), akkor a (6)-os összefüggés segítségével meg tudjuk határozni az ehhez tartozó „ENTRH” egyensúlyi fanedvességet. Ezt felhasználva, a (8)-as összefüggés alapján meg tudjuk határozni a vizsgált fa rosttelítettségi pontját („RTPvalósfa”). Ehhez még szükséges, hogy egy átlagos fa esetén ismerjük a 98%-hoz tartozó ENT/RTP arányt. Ez Lugosi Armand:

Faipari kézikönyv 1-47 diagramot használva 0,9825.

3. EREDMÉNYEK

Az első mérési sorozatban a mintákat mikrohullámú sütőben szárítottuk súlyállandóság beálltáig. Ehhez 50 percre volt szükség. Az olasz nyár (1-4. minta) és a fehér akác (5.-8.

minta) eredményeit a 3. táblázat tartalmazza.

3. Táblázat Az olasz nyár, a fehér akác és a puszta szil minták tömegváltozása száradáskor

Olasz nyár Fehér akác

22

A második mérési sorozat a minták tömegének meghatározása 98 %-os relatív páratartalom mellett („mRH”). Az eredményeket az 4. táblázat tartalmazza.

4. Táblázat A minták tömege 98% relatív páratartalom mellett Fafaj Minta sorszám Tömeg

A (6)-os, a (8)-as és a (9)-es összefüggést és a két mérési sorozat eredményeit felhasználva kiszámoltuk a minták RTP értékét, és azt, hogy téli körülmények között mekkora bruttó nedvességtartamúak. A (10)-es összefüggéssel pedig meghatároztuk a minták fűtőértékét téli légállapoton. A nyert eredményeket mutatja be az 5. táblázat.

5. Táblázat A minták rosttelítettségi pontja és téli relatív nedvességtartalom mellett a nettó és bruttó nedvességtartalmuk. rosttelítettségi pontot és a téli bruttó és nettó nedvességtartalmat, valamint az ezekből számolt gyakorlati fűtőértéket. Ezt mutatja be a 6. táblázat.

6. Táblázat A mintákból meghatározott átlagok rosttelítettségi pontja és téli relatív nedvességtartalom mellett a nettó és bruttó nedvességtartalmuk.

Fa átlag m0 mRH ENTRH RTP ENTtél gvíz,tél Ha,gyak

g g kg/kg kg/kg kg/kg kg/kg MJ/kg Olasz nyár 38 50 0,316 0,321 0,186 0,157 14,89 Fehér akác 53,75 64,5 0,200 0,204 0,118 0,105 16,56

23 4. KIÉRTÉKELÉS

A nyert adatokat összevetettük az irodalmi adatokkal. Elsőnek a 6. táblázatban szereplő átlagokat. A gyakorlati fűtőértéket a Holland Energetikai Kutató Központ nyilvános mérései jelentik, míg az RTP értékeit, csak több szakirodalomban találtuk meg. A nyert eredmények eltérését a 7. táblázat tartalmazza.

7. Táblázat A mintákból meghatározott átlagok rosttelítettségi pontjának és gyakorlati fűtőértékének eltérése gyakorlati fűtőértékben nincs ekkora eltérés, csak 0,76-1,17 % között változnak az értékek.

A következőkben megvizsgáltuk ezeket az egyes minták esetén is illetve azt, hogy mennyire térnek el az átlagtól. Elsőnek a rosttelítettségi pont esetén. (8. táblázat)

8. Táblázat A minták eltérés az átlaguktól és az irodalmi adatoktól a rosttelítettségi pontnál Fafaj

Az összehasonlításból kitűnik, hogy az olasz nyár minták (-8,13)-5,86 %-ban térnek el az átlagtól, ezzel ennek a mérési sorozatnak van a legnagyobb szórása. Ebből is az első minta amely nagyon eltér, ahogy az irodalmi adatokból való összevetésből is látszik. A fehér akác esetén (-3,77)-2,17% az eltérés az átlagtól, és a szórás itt a legkisebb. A szakirodalomi adatoktól az első mintát leszámítva legfeljebb 8,93%-ban térnek el.

A 9. táblázat hasonló módon, de a gyakorlati fűtőértéket vizsgálja.

9. Táblázat A minták eltérés az átlaguktól és az irodalmi adatoktól a gyakorlati fűtőértéknél Fafaj

24

Itt az eltérés nagyon kicsi, az átlagtól a 8 minta legfeljebb 1,42%-ban tér el, míg a Holland Energetikai Kutató Központ méréseitől 2,24%-ban. Ha figyelembe vesszük a házi mérés pontosságának korlátjait (pl. a mérleg osztása, mérési pontossága, hibahatára). Akkor kijelenthető, hogy házi módszerekkel, és néhány egyenlet megfelelő használatával pontos eredményeket tudunk adni a vizsgált gyakorlati fűtőértékére.

5. ÖSSZEGZÉS

A cikkben megvizsgáltuk a fa nedvességtartalmának és rosttelítettségi pontjának hatását a fa fűtőértékére. Utóbbinak meghatározását elvégeztük otthoni környezetben fellelhető eszközök segítségével. A nyert eredményeket összevettettük a szakirodalmi adatokkal, az egyes minták esetén jellemzően 10% alatti az eltérés.

A fa fűtőértékei közül az átlagos téli tárolási körülmények között kialakuló értéket kívántuk meghatározni. Ehhez meghatároztuk az utóbbi évtized jellemző átlagos téli relatív páratartalmát. Az ehhez a páratartalomhoz meghatároztuk a mérések alapján az alsó fűtőértéket, melyet összevetettünk a Holland Energetikai Kutató Központ hitelesített méréseivel. Az eltérések a minták esetén 2,24 % alattiak, míg a 4 mintából képzett átlagnál már csak 1,17%.

A későbbiekben első lépésként ki szeretnénk terjeszteni a módszert további fafajokra is.

6. FELHASZNÁLT IRODALOM

[1] LOUGHLIN, D.H., DODDER, R. S.: Engineering economic assessment of whole-house residential wood heating in New York, Biomass and Bioenergy Volume 60, January 2014, Pages 79-87, ISSN: 0961-9534

[2] HUTKAINÉ, Z. G., KOÓS, T., SZŰCS I.: Faalapú biomassza energiacélú hasznosításának globális és helyi levegőkörnyezeti hatásai. Anyagmérnöki Tudományok. 38/1. pp. 137–146. 2013, ISSN: 2063-6784

[3] BODNÁR I: Fás szárú biomasszák és települési szilárd hulladékok termikus hasznosítása. Miskolc, 2017. ISBN: 978-963-12-7604-6

[4] KOSTAS, E. T., BENEROSO, D., ROBINSON, J. P.: The application of microwave heating in bioenergy: A review on the microwave pre-treatment and upgrading technologies for biomass Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 77, September 2017, Pages 12-27, ISSN: 1364-0321

[5] MOLNÁR,S.: Faanyagismeret. Budapest: Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, 1999. ISBN: 978-963-95-5317-0

[6] VERES, R.: Faipari anyag- és gyártásismeret. Pécs: Szega Books Kiadó, 2008. ISBN: 978-963-97-0215-8

[7] ECN Phyllis2 Database for biomass and wasteh. https://www.ecn.nl/phyllis2/ [Hozzáférés dátuma:

2017. 11. 27. 10:14].

[8] LUGOSI, A.: Faipari kézikönyv, Budapest, Műszaki könyvkiadó, 1976, ISBN: 963-10-1383-9 [9] IMRE, L.: Szárítási kézikönyv. Budapest, Műszaki Könyvkiadó, 1974 ISBN: 963-10-0626-3

[10] ZHOU, H., XU, R, MA, E.: Effects of Removal of Chemical Components on Moisture Adsorption by Wood. BioResources. 2016. 11/2. pp. 3110-3122. ISSN 1930-2126

25

FERDE FOGAZATÚ FOGASKERÉKPÁROK SZÁMÍTÓGÉPPEL