Wzór na wilgotność papieru - definicja i znaczenie
- Szczegóły
W przemyśle papierniczym wilgotność to jeden z kluczowych parametrów wpływających na jakość finalnego produktu. Decyduje ona o jego właściwościach użytkowych, mechanicznych i estetycznych. Wilgotność materiałów sypkich odgrywa często niebagatelną rolę dla całego procesu. Wszędzie gdzie zmiana wilgotności materiału podnosi koszty produkcji poprzez wydłużenie procesu suszenia czy dodawanie wody; powoduje dodatkowe zużycie energii; zwiększa masę produktu czy też negatywnie wpływa na jakość produktu końcowego, konieczna jest jej kontrola.
Definicja wilgotności materiałów
Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale. Są różne definicje wilgotności materiałów. Niestety nie ma jednolitych symboli literowych przyjętych dla wilgotności materiału ani w języku polskim ani w angielskim. W artykule został przyjęty symbol literowy M (od ang. Wilgotność względna jest najczęściej używaną miarą wilgotności. Jest prosta w interpretacji i praktyczna w użyciu. Na przykład jeżeli wilgotność względna kukurydzy wynosi 15% to oznacza, że np. w próbce 100 gram kukurydzy 15 gramów stanowi woda a 85 gramów to sucha masa kukurydzy.
Jeżeli chodzi o wilgotność bezwzględną, to dobrze definicję tej wilgotności oddaje angielska nazwa „moisture ratio” - wilgotność bezwzględna jest stosunkiem masy wody do masy suchego materiału. Korzystając z tego samego przykładu jak wyżej, jeżeli 85 gramów to sucha masa kukurydzy a 15g to woda, więc wilgotność bezwzględna będzie wynosiła (15/85)*100 = 17.6%. Wilgotność bezwzględna jest zawsze większa od wilgotności względnej. Wilgotność bezwzględna ma zastosowanie w badaniach naukowych oraz przy przetwórstwie materiałów. Ze względów historycznych wilgotność bezwzględna jest używana przy pomiarach wilgotności drewna.
Wilgotność względna a wilgotność bezwzględna
Poniższy wykres przedstawia relacje między wilgotnością względną i bezwzględną. Charakterystyczną wartością wilgotności względnej jest 50% - wtedy wilgotność bezwzględna wynosi 100%. Dla wilgotności do 10% wilgotność względna i bezwzględna różni się nieznacznie (nie więcej niż ok.
Powyższy przykład pokazuje duże różnice wilgotności materiału w zależności od typu wilgotności. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika jaka wilgotność jest na wyjściu czujnika. W razie potrzeby można dokonać odpowiedniego przeliczenia na potrzebny typ wilgotności.
Przeczytaj także: Wszystko, co Musisz Wiedzieć o Wodzie Destylowanej
Wpływ wilgotności na papier i procesy przetwórcze
Papier jest wykonany z celulozy i przez to jest higroskopijny (pochłaniający wilgoć). Wilgotność papieru w stanie gotowym wynosi zazwyczaj od 3 do 6% (w zależności od wilgotności otoczenia). Dodawanie lub usuwanie wilgoci w procesie przetwarzania jest kosztowne, więc im dokładniejsze są pomiary i kontrole, tym większa jest wydajność.
Firmy zajmujące się przetwarzaniem papieru wysokiej jakości muszą uzyskać płaskie i równe arkusze. Jeśli górna i dolna część arkusza papieru ma różną wilgotność, jego boki rozszerzają się lub kurczą, to spowoduje to zwijanie się krawędzi. Samozwijanie się papieru powoduje awarie (zacięcia) w kolejnych etapach drukowania, cięcia i pakowania, co opóźnia produkcję, zwiększa ilość odpadów i zmniejsza wydajność. Papier może nabierać lub tracić wilgoć w zależności od wilgotności otoczenia zarówno podczas transportu jak i przechowywania.
Wielu przetwórców mierzy zapasy papieru przed jego powlekaniem. Prawidłowy poziom wilgotności gwarantuje, że powłoka zostanie prawidłowo nałożona na podłoże papierowe. W celu optymalizacji procesu przetwarzania można wprowadzać poprawki dotyczące poziomu wilgotności.
Jeśli wilgotność papieru jest zbyt niska, można użyć nawilżaczy, które występują w formie rolek, dysków, pary, spreju lub innych technik implementacji. Dodatkowe nawilżanie przez rolki można zoptymalizować poprzez regulację ich prędkości, szerokość szczelin i pochylenia rolek aplikatora. Ponowne nawilżanie parowe jest regulowane poprzez regulację ilości pary nanoszonej na papier. Nawilżacze z dyskiem mogą być regulowane poprzez sterowanie ilością wody lub prędkością obrotową dysku. Zwilżacze natryskowe można regulować przez ilość dostarczanej wody lub liczbę mikrooprysków na sekundę.
Suszarki to podgrzewane cylindry, które odprowadzają wilgoć i mogą być wykonane w technice konwekcyjnej, promiennikowej, wykorzystującej promieniowanie podczerwone lub innej. Wilgotność papieru można kontrolować poprzez regulację prędkości wstęgi podczas przechodzenia przez suszarkę lub regulację temperatury suszarki.
Przeczytaj także: Budowa oczyszczalni rozsączającej w Polsce - formalności
W stałej instalacji pomiarowej samodzielne czujniki wilgotności NIR są zazwyczaj montowane na środku wstęgi lub na środku oraz po jej lewej i prawej stronie. Tak konfiguracja pozostawia część obszaru wstęgi papieru bez nadzoru, co może powodować niewykrywanie problemów. Implementacja czujników wilgotności on-line do pomiaru wilgotności w trybie NIR pozwala na szybkie uruchamianie linii, zwiększa wydajność produkcji, zmniejsza ilość odpadów i pozwala na archiwizację danych dla konkretnej maszyny lub przebiegu całej produkcji w celu ich dokumentowania.
Bez systemu pomiarowego on-line zbadanie wilgotności wymaga uruchomienia linii, pobrania próbki papieru i przekazania jej do laboratorium fabrycznego w celu analizy. Dopiero po uzyskaniu wyników można dokonać regulacji systemu produkcyjnego. Taki ręczny proces często musi być powtarzany do momentu, aż linia będzie pracować efektywnie.
Metody pomiaru wilgotności materiałów sypkich
Znane są cztery metody pomiaru wilgotności materiałów sypkich, wykorzystujące różne zjawiska fizyczne, różniące się stopniem złożoności układu pomiarowego czy możliwościami montażu, dobierane zawsze do konkretnego rodzaju materiału, do konkretnej aplikacji:
- Pomiar mikrofalowy: Metoda bezkontaktowa, stosowana w przypadku materiałów sypkich nieprzewodzących.
- Pomiar neutronowy: Polega na pomiarze szybkich neutronów spowalnianych przez atomy wodoru.
- Pomiar w oparciu o podczerwień: Bazuje na zjawisku pochłaniania przez mierzone materiały fal podczerwieni.
- Pomiar pojemnościowy wilgotności: Jedyna metoda kontaktowa, bazująca na pomiarze stałej dielektrycznej materiałów sypkich.
Pomiary wilgotności tektury i papieru pakowego
Wilgotność tektury i papieru pakowego to zawartość wody w materiale, wyrażana zazwyczaj jako procent masy wody w stosunku do masy całkowitej produktu. Ten parametr ma kluczowe znaczenie dla jakości, trwałości oraz efektywności procesów produkcyjnych i logistycznych w branży opakowaniowej. Materiały papiernicze są materiałami higroskopijnymi, co oznacza, że naturalnie pochłaniają i oddają wilgoć z otoczenia, dążąc do równowagi z panującymi warunkami klimatycznymi.
W praktyce przemysłowej stosuje się kilka sprawdzonych metod pomiaru wilgotności. Ich wybór zależy od wymagań dokładności, dostępnego sprzętu i charakterystyki badanej próbki. Papiertech wykorzystuje te metody, aby precyzyjnie kontrolować parametry swoich wyrobów. Dotyczy to tektury litej (300-900 g/m²), tektury meblowej (1000-2400 g/m²) i papieru pakowego szarego (80-280 g/m²).
Przeczytaj także: Bezpieczeństwo chlorowania alkanów
Metody pomiaru wilgotności stosowane w Papiertech:
- Metoda wagowa (suszarkowa): Polega na ważeniu próbki przed i po jej całkowitym wysuszeniu w suszarce laboratoryjnej.
- Metoda kapacancyjna (pojemnościowa): Wykorzystuje zjawisko zmiany pojemności elektrycznej między elektrodami w zależności od zawartości wody w tekturze.
- Metoda rezystancyjna: Bazuje na pomiarze oporu elektrycznego, który zmienia się w zależności od poziomu wilgoci.
- Metoda kondensacji punktowej: Opiera się na chłodzeniu powierzchni próbki do momentu pojawienia się pierwszych kropli wody, czyli punktu rosy.
Dla metod elektrycznych, takich jak kapacancyjna czy rezystancyjna, procedura jest znacznie szybsza. Wystarczy przyłożyć elektrody do powierzchni tektury lub papieru i odczytać wynik z cyfrowego wilgotnościomierza. Nowoczesne wilgotnościomierze posiadają wyświetlacze LCD i często oferują możliwość zapisu danych oraz automatyczną kompensację temperatury.
Na dokładność pomiarów wilgotności tektury i papieru wpływa wiele czynników. Temperatura otoczenia podczas pomiaru: Zmiany temperatury wpływają na wilgotność względną powietrza i zdolność materiału do wymiany wilgoci. W Papiertech dbamy o przeprowadzanie pomiarów w warunkach zgodnych z rygorystycznymi wytycznymi. Regularnie kalibrujemy nasze urządzenia i przestrzegamy norm branżowych.
Znaczenie równowagowej wilgotności względnej (ERH)
Równowagowa zawartość wilgoci względnej w papiere (ERH - Equilibrum Relative Humidity). Papier w swojej naturze jest higroskopijny i dąży do osiągnięcia stanu równowagi w danej wilgotności otoczenia. W związku z tym wilgotność względna powietrza w strukturze papieru będzie taka sama jak wilgotność wewnątrz sterty lub ryzy papieru.
Wilgotność względna równowagowa może być zdefiniowana jako wartość wilgotności względnej otaczającego powietrza w której to brak wymiany wilgoci z papierem. Jeżeli istnieje różnica pomiędzy [%] wilgotności względnej otaczającego powietrza (np. na hali) a wartością ERH w stercie papieru, następuje wymiana pary wodnej w efekcie której będzie zmiana wartości ERH i zawartości wody. Jeżeli [%] RH jest taki sam jak ERH, nie występuje jakakolwiek wymiana i wszystkie parametry pozostają stabilne.
ERH jest bardzo pomocnym parametrem dla określenia jakości papieru. Czym większa różnica wilgotności jaką posiada papier w stosunku do wilgotności pomieszczenia, w którym się znajduje tym większe jest niebezpieczeństwo, że podczas druku mogą wystąpić problemy. Poczynając od różnicy 8~10% RH trzeba liczyć się z falowaniem krawędzi arkuszy lub przy niskiej wilgotności z powstawaniem ładunków elektrostatycznych.
Szczególnie w zimnych i mokrych porach roku przed drukiem należy dopasować wilgotność papieru do warunków panujących w pomieszczeniu, w którym się on znajduje. Proces ten uzależniony jest od warunków klimatycznych pomieszczenia i wielkości stosu papieru.
Wpływ wilgotności na właściwości papieru
Zwiększanie wilgotności papieru powoduje zmiany jego właściwości fizycznych, między innymi pogorszenie właściwości wytrzymałościowych, zwiększanie odkształceń liniowych, zwiększanie ściśliwości (wzrost miękkości papieru), zwiększanie szorstkości papieru (zmniejsza się jego gładkość), wzrost grubości (przy pomiarze bez obciążeń).
Dopasowanie temperatury stosu papieru do warunków klimatycznych pomieszczenia powinno zawsze odbywać się przy zapakowanym stosie papieru. Wilgotność ma również wpływ na właściwości elektrostatyczne papieru. Przy suchym papierze lub klimacie pomieszczenia powstające poprzez tarcie ładunki elektrostatyczne w efekcie arkusze papieru przyciągają się.
Jako efekt naładowań elektrostatycznych mogą wystąpić: podwójne arkusze, problemy z wykładaniem, brak pasera czy odbijanie świeżej farby. Papier zwykle jest produkowany do określonej wartości ERH. Jeżeli papier jest narażony na warunki wyższe lub niższe niż te zdefiniowane wartością ERH mogą pojawić się problemy z marszczeniem, wybrzuszeniem, falą na krawędziach oraz zmiana wymiarów (patrz wykres poniżej).
Skutkiem tego jest niska jakość druku a szczególnie druku offsetowego, zerwanie wstęgi papieru, zmiany gramatury itd. HUMIMETER RH5 z sondą mieczową umożliwia pomiar zarówno wilgotności względnej równowagowej w ryzie jak i wilgotności względnej w otoczeniu. Różnica pomiędzy ERH i wilgotnością otoczenia do ±5% jest akceptowalna. Większa > 8-10% RH, może powodować zbyt szybką wymianę pary wodnej co w konsekwencji prowadzić do deformacji krawędzi papieru i pogarsza jakość druku.
Wilgotność papieru większa niż 60% ERH powoduje, że czas schnięcia farby drukarskiej trwa do trzech razy dłużej niż zwykle. Optymalna wartość przechowywanie i transportu kart papieru to ok. 45% wilgotności względnej (w temperaturach od 10°C do 30°C). Ile czasu stos papieru potrzebuje do wyrównania różnicy temperatur pomiędzy nim a temperaturą otoczenia? Zależy to oczywiście od jego rozmiaru. Za normę uznaje się przechowywanie papieru przez jeden lub dwa dni przy różnicy temperatur 10°C dla objętości 1m³.
Wilgotność papieru nie powinna być również zbyt niska (<42% RH), może to prowadzić do pojawienia się ładunków elektrostatycznych. W zależności od aktualnej temperatury i wilgotności względnej powietrza, papier może absorbować różne ilości wody dopóki nie dojdzie do równowagi z istniejącym otoczeniem w pomieszczeniu.
Wilgotność powietrza w archiwach
Sprawdzanie temperatury i wilgotności w archiwum pomaga w utrzymaniu przechowywanych dokumentów we właściwym stanie przez długi czas. Zasady przyjęte w praktyce działania archiwów określają właściwe warunki magazynowania dokumentów. Dokumenty papierowe wymagają utrzymywania temperatury w przedziale 14-18°C i stosunkowo niskiej wilgotności w zakresie 30-50%. Sugeruje się przy tym dość rygorystyczne przestrzeganie stabilności tych parametrów.
Dodatkowe czynniki ryzyka występujące w pomieszczeniach archiwalnych to światło i ciekła woda. Proponowany system nadzoru mikroklimatu dla archiwum działa w trybie ciągłym, monitorując temperaturę i wilgotność względną powietrza 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. System wykrywa przekroczenia dozwolonych warunków i sygnalizuje je w postaci alarmów. Czujniki pomiarowe wyposażone są w buforową pamięć pomiarów, a główna rejestracja zachodzi w centralnym rejestratorze.
Wilgotność powietrza a komfort człowieka
Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Jednym z podstawowych parametrów powietrza wpływającego na komfort środowiska, w którym przebywają ludzie jest wilgotność powietrza. W prawidłowo nawilżonym środowisku, człowiek czuje się lepiej. Nie występują wówczas problemy z, popękanymi ustami przesuszonymi oczami, a śluzówka nosa jest odpowiednio nawilżona.
Osoby przebywające w odpowiednio nawilżonym pomieszczeniu mają znacznie mniejszą podatność na infekcje i choroby układu oddechowego. Dopuszczalna wilgotność względna powietrza w mieszkaniach wynosi od 35 do 70%. Jednak optymalna wartość to 40-50%. Zarówno za wysoka, jak i za niska wartość ma bardzo duży wpływ na nasze życie i funkcjonowanie.
Prawidłowe działanie płuc i skóry jest możliwe wyłącznie w wilgotności względnej od 40 do 70%. Jednakże utrzymywanie wysokiego poziomu wilgotności jest szkodliwe dla mebli, książek i różnego rodzaju sprzętów znajdujących się w mieszkaniu. Zwłaszcza elementy metalowe mogą łatwiej ulegać korozji. Duża wilgoć względna to także idealne warunki do rozwoju grzybów, pleśni i bakterii. To może źle działać nie tylko na jedzenie, lecz także meble czy przedmioty codziennego użytku. A to znów bardzo szybko wpływa negatywnie na stan zdrowia.
Bardzo niska wilgotność powietrza jest mało komfortowa, ponieważ trudno jest oddychać, szybko pojawia się uczucie pragnienia, a skóra wysycha. Zbyt wysoka jest częstą przyczyną chorób gośćcowych, zapaleń stawów, ogólnego osłabienia odporności. Dlatego warto regularnie sprawdzać, jaka jest wilgotność względna w pomieszczeniu.
tags: #wzór #na #wilgotność #papieru #definicja
