Tutkitulla laitteella mitataan puutavaraerän kiintotilavuus upottamalla

Transkriptio

1 IDSATIHD Rauhankatu HELSINKI 17 Puhelin SELOSTE 14/1973 U P 0 T U S A L T A A N K Ä Y T T Ö 2 - M E T R I S E N K U I T U P U U N M I T T A U K S E E N Tutkitulla laitteella mitataan puutavaraerän kiintotilavuus upottamalla se kuormaimen avulla vesial taaseen. Mi tattaessa toistuvasti noin 0. 5 m3:n taakkaa ei tulosten vaihteluväli noussut 7 litraa suuremmaksi. Suurimmalla osalla koetaakoista vaihteluväli jäi alle 1 %:n. Kun kaksi pinoa mitattiin kokonaan kahteen kertaan, saatiin tulosten eroksi 0. 6 % ja 0. 5 %. Verrattaessa viiden pinon mittaustuloksia pölkyittäisee n mittaukseen erot olivat {). 3 %. Verrattaessa tuloksia upotus- punnitusmittaukseen erot olivat +o.o %. Mittauksen ajanmenekki oli min/m 3 Tulokset ovat myönteisiä. Kaksimetriselle tavaralle laitetta voidaan suositella kokeilukäyttöön. puutavaralle tarvitaan lisäselvityksiä. Sovellettaessa laitetta pitemmälle JOHDANTO Siirryttäessä kui tupuupi noj en kiintomi ttaukseen on tullut voimakkaasti esille tarve mitata pinon kiintomitta tietyissä tapauksissa ilman sitä arvionvaraisuutta, joka sisältyy kiintomittaprosentin määrit-

2 2 tämiseen pinotiheystekijäin avulla. Tätä tarvetta esiintyy erityisesti tarkastusmittauksessa, erimielisyyksiä ratkottaessa ja otantamittauksen yhteydessä. Tähän mennessä on mainituissa tilanteissa ollut käytettävissä vain joko pölkyittäin mittaus tai upotus-punnitusmittaus Arkhimedeen periaatteen mukaan. Pölkyittäin mittaus on kuitenkin työlästä, upotuemittareita taas on harvassa, alle 10 kappaletta koko maassa. Upotusmi ttareide n määrä ei kovin helj>osti lisäännykään laitteen ja sen vaatimien rakenteiden kalleude n vuoksi

3 3 Puuntutkimuksessa, varsinkin laboratorioissa on vanhastaan käytetty puun tilavuuden määrittämiseen ns. ksylometrimittausta. Kappaleen tilavuus määri tetään upottamalla se astiaan kokonaan vedenpi n nan alle ja mittaamalla syrjäytyneen vesimäärän tilavuus joko vedenpinnan korkeuden muuttumisen tai astiasta valuneen veden määrän perusteella. Käytännön laajuudessa ksylometrimittausta on käytetty meillä ainakin Oy Kaukas Ab:ssa ja Joutseno - Pulp Osakeyhtiössä4 Myös Kanadassa ja Norjassa ksylometri mittaus on ollut käytössä. Met sänhoitaja Erkki Snellman Kemijoen Uittoyhdistyksestä Kemijärveltä on kehittänyt ksylometrimittausta tavoitteena siirre ttävissä oleva kiintomitan mittauslaite tarkastus - ja otantamittausten suorittamiseksi maastossa. Kehittelytycn tuloksena hän on rakentanut upotusaltaan prototyypin. UPOTUSALTAAN RAKENNE JA MITTAUKSEN SUORITUSTAPA Snellmanin suunnittelema upotusallas käsittää varsinaisen altaan, vedenpinnan näyttöputken asteikkoineen sekä laitetta käytettäessä lisäksi hydraulikuormaimen (kuva 1, s. 9). Allas on suorakulmainen, teräslevystä rakennettu, mitoiltaan 23 0 x 110 x 150 cm. Pohja ja sei n ämät on tuettu vahvoilla kiskoilla, jot- ta allas säilyttä isi muotonsa muuttumattomana. Altaan alareunassa on tyhjennysventtiili Altaan ulkosivulla oleva näyttöputki on yhteydessä altaan veteen pohjan keskipisteen kautta. Liittymäkohdassa on siivilä. taan putki on metallia, yläosasta läpinäkyvää muovia. pää on avoin. Alaosas- Putke n ylä- Näyttöputken viereen altaan reunaan on sijoitettu asteikko, jolta voidaan l ukea vedenpinnan korkeuden muutoks ia vastaavat tilavuudet. Prototyypin asteikossa 2 mm:n muutos vastaa 5 litran suuruista tilavuuden muutosta. Upotusallas voidaan kuljettaa esimerkiksi traktorin perävaunulla mitattavan puutavaraerän luo. Mittaus tapahtuu seuraavasti. Täytetään allas vedellä noin asteikon puoliväliin ja todetaan, että allas on vaakasuorassa. Merkitään vedenpinnan korkeuslukema

4 4 muistiin. Otetaan mitattavasta erästä kuormaimella taakka, siirre- tään se altaaseen ja painetaan veden alle, kuormaimen kourassa olevaan merkkiin saakka. Me rkitään vedenpinnan korkeuslukema muistiin. Siirretään taakka pois altaasta ja otetaan vaksi. seuraav~ taakka mitatta- Taakan tilavuus on vedenpinnan korkeuslukemien erotus vähen- nettynä veden alla olleen kouran osan tilavuudella. Mittauserän tilavuus saadaa n korkeuslukemien summien erotuksena, josta on vähennetty taakkojen lukumäärällä kerrottu kouran tilavuus. Keskeisiä oivalluksia Snellmanin upotusal taassa ovat lai ttee n siirrettävyys, hydrauliikan käyttö puutavaran painamiseen vedenpinnan alle sekä näyttöputken yhdistäminen altaan veteen pohjan keskipisteessä. Viimeksi mainitun seikan tarkoituksena on vähentää veden loiskumisen vaikutus näyttöputkessa mahdollisimman vähäiseksi. Keksijä on tehnyt laitetta koskevan patenttihakemuksen. Laitteen prototyyppi on rakennettu 2-metriselle puutavaralle. Kerralla voidaan mitata noin 0.5 m3 :n taakka. Allas voidaan rakentaa muillekin puutavaran pituuksille, mutta a ltaan pinta-alan kasvaessa saattaa ilmetä ongelmia, joita ei pientä allasta käytettäessä ole. Laitteen käyttökelpoisuuden kannalta on nimittäin keskeisellä sijalla veden korkeuslukemien saanti riittävällä tnrkkuudella riittävän nopeasti. TUTKIMUKSEN SUORITUS Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää upotusaltaan käyttökelpoisuus 2- metrisen puutavaran mittauksessa sekä saada viitteitä menetelmän kehittämiseksi ja soveltamiseksi pitkälle puutavaralle. Tutkimusaineisto käsitti viisi pinoa 2-metristä kuorellista kuitupuuta puulajeittain ja tuoreusasteittain seuraavasti. Pino mänty, kuiva II 2 II tuore II 3 kuusi, kuiva II 4 koivu, kuiva II 5 11 tuore

5 5 Pinot mitattiin kokonaan upotusaltaassa, pinot 2 ja 3 kahteen kertaano Lisäksi pinot mitattiin Kemijärven tehtaalla upotus-punnituslaitteella. Vielä mitattiin pölkyittäin keskusläpimitat. Jokaisesta pinosta otettiin upotusaltaalla eroon joka 5. taakka ja tämä 20% pinosta mitattiin niin, että jokainen taakka mitattiin viisi kertaa upotusaltaassa. Kolmella mäntykuitupuutaakalla tehtiin erikoiskokeita mm. altaan kallistumisen vaikutuksen selvittämiseksi. TUTKIMUSTULOKSET Menetelmän tarkkuus Mittausmenetelmän tarkkuudella tarkoitetaan sitä, miten hyvin menetelmän tulos kuvaa sitä kohteen ominaisuutta, jota halutaan mitata. Käytännössä tarkkuutta voidaan tutkia ainoastaan vertaamalla tuloksia muilla menetelmillä saatuihin tuloksiin, jotka itse asiassa eivät ole sen oikeampia. Kaikkien mittausmenetel~ien tuloksiin sisältyy aina epätarkkuutta ; absoluuttisentarkkaamittaustulostahan ei ole mahdollista saada. Upotusallasmittauksen tuloksia verrattiin samojen erien upotuspunni tusmi ttauksen tuloksii n ja pölkyi ttäisen mittauksen tuloksiin (taulukko 1, s.10) Upotusallasmittauksella saadun tilavuuden ja pölkyittäin mitatun tilavuuden erotus vaihteli -0.3 %:sta +3.0 %:iin. Pölkyittäin mitattu tilavuus saatii n pölkkyj en nimellispi tuuden ja pituuden puoli välistä 1 cm:n tasaavalla luokituksella mitatun läpimitan perusteella. Tätä keskuskiintomittaa korjattiin %:lla niissä pinoissa, joissa esiintyi merkittäviä määriä tyvipölkkyjä. Vain pino n:o 3 jäi vaille tätä korjausta. (Pinojen tyviosuudet olivat: %, 2. 19%, 3. ' %, %. ) Upotusallasmittauksella saadun tilavuuden ja upotus- punnitusmittauksella saadun tilavuuden ero oli ~0 % %. Pinojen 1, 3 ja 4 upotus-punnitusmittaus oli suoritettu alkuvuodesta 1973, pinojen

6 6 2 ja 5 upotus-punnitusmittaus tapahtui välittömästi ennen upotusallasmittauksia. Kuivien pi nojen tuloks i ssa on syytä odottaakin sen suuntaisia eroja, kuin tässä saatiin, koska pölkyt kutistuvat kuivuessaan ja niistä irtoaa kuorta pois. Menetelmän luotettavuus Mittausmenetelmän luotettavuudella tarkoitetaan sitä, miten suuresti tulos vaihtelee yksittäisen erän mittauksessa. Luotettavuutta selvitettiin ottamalla pinoista erilleen joka 5. taakka ja mittaamalla näin saatujen erien jokainen taakka viisi kertaa peräkkäin. Taulukossa 2 (s. 10) on esitetty taakkakohtaisiaja taulukossa 3 (s. 11) eräkohtaisin tuloksia. Yksittäisen taakan mittaustulosten vaihteluväli ei noussut 7 litraa suuremmaksi. taakoista vaihteluväli jäi alle 1 %:n. Suurimmalla osalla Taakkojen summan eli eräkohtaisen tuloksen vaihteluväli oli kuivilla pinoilla hieman alle 1 %:n, tuoreilla pinoilla alle 0. 5 %:n. Useita taakkoja sisältävän mittauserän tulos saatiin selvästi alle 1 %: n vaihteluvälillä. Tuoreen puutavaran tulos saatiin näennäisesti luotett::1vrunpana kuin kuivan puutavaran tulos. Kuivan puun turpoaminen vaikuttaa nimittäin myöhempien mittauskertojen tuloksiin ja suurentaa siten vaihtelua. Taulukossa 1 esi7~tty rir.ojen 2 ja 3 toistomittaustulos osoittar myös laitteen antaman mittaustuloksen luotettavuutta: erot alkuperäiseen mittaukseen ovat % ja %. Menetelmän virhel äht e~~ Upotusallasmittauksessa vedenpinnan korkeuden tarkka havain_~ointi on laitteen tarkkuuden ja luotettavuuden kannalta keskeisin seikka. Vesi kuitenkin pyrkii aaltoilemaan altaassa voimakkaasti, kun taakka on sinne upotettu ja varsinkin sen jälkeen, kun taakka on nostettu pois altaasta. Myös voimakas tuuli aiheuttaa altaassa aaltoilua. Veden aaltoilu altaassa näkyy tietysti vedenpinnan korkeuden vaihteluna näyttörutkessa. Mitattaessa havaittiin kuitenkin, että liike

7 7 näyttöputkessa muuttuu hyvi n pian heiluriliikkeeksi, ja puolittamalla vaihteluväli saadaan korkeuslukema riittävän tarkasti. Kun taakka on upotettuna, kuluu lukeman saantiin aikaa vain muutamia sekunteja. Kun taakka on nostettu pois altaasta, aikaa kuluu sekuntia, ennen kuin vedenpinta raulro.i-tt.uu riittävästi. Tämä aika ei kuitenkaan h i dasta mi ttausta, sillä kuormaimelta kuluu huomattavasti tätä enemmän aikaa mitatun taakan pois asettamis een ja uuden ottamiseen. Tuulen vaikutus voitaneen eliminoida varus - tamalla allas kannella, joka avataan vain taakan upottamisen ajaksi. Veden imeytymisen tilavuutta lisäävä vaikutus kuivaa puuta mitattaessa on kiistaton, mutta merkitykseltään erittäin vähäinen. van puun kuoren irto8~inen Kui- on tätä huomattavasti suurempi virhelähde. Jos näyttöputki asteikkoineen johdetaan pois altaan sivusta, on tärkeätä, että sekä allas että putki ovat samansuunta isia. Jos näyttöputki sen sijaan on kiinni a ltaan sivussa, ei altaan vaakasuorassa pitäminen ole ehdottoman tärkeää, sillä kun veden pintaala altaan kallistumisen takia kasvaa, muuttuu asteikko päinvastaisessa suhteessa. Mittauksen ajanme n ekki ja kustannukset Jatkuvassa mittaustyössä kului aikaa minuuttia/m 3 Iitattujen taakkojen koko oli yleensä m3 Käytetty koura oli kookas, mikä aiheutti sen, että taakat pyrkivät olemaan hieman liian suuria tälle altaalle m3 :n taakoilla olisi nähtävästi saavutettu suurempi mittnusnopeus. tuudeltaan 230 cm cm Tutkittavana pite~pi ~llut allas oli pi- allas nlisi selvästi helpot- tanut taakan altaaseen vientiä ja siten nopeuttanut työtä. Kun allas ja koura ovat sopivan kokoiset, riippuu mittauksen ajcnmenefki kuormaimen nop eudesta, lwcuun ottamatta seuraa via viivytyksiä. Kun taakkaa upotetaan, vaatii kouran upottaminen täsmälleen oikeaan syvyyteen loppuvaiheessa hitaita liikkeitä ja edestakaista asettelua. Kun t~al:::ka on upotettu, jotta lukema voidaan saada. n odotettava muutamia sekunteja, Kun taakkap. viedään al taa s ta pois, se on pysäytettävä hetkeksi altaan yläpuolelle, jotta enin osa ryöppy-

8 8 vedestä menisi takaisin altaaseen. Muutoin joudutaan altaaseen li- säämään vettä hyvin usein, mikä taas aiheuttaa viivytystä. Yhteensä edellä esitetyt viivytykset jäävät yleensä alle puolen minuutin. Nykymuodossaan upotusallasmi ttaus vaatii kaksi henkilöä: kuormaimen käyttäjän ja lukemien ylösottajan, joka samalla tarkkailee oikeaa upotussyvyyttä. Laski en traktorin tuntikustannuksiksi kuljettajineen 4q mk ja ylösottajan päiväpalkaksi 50 mk päädytään noin 3 mk:n kuu- t i ometri kustannuks i in. Kysymys on tällöin tarkastusmittauksen tai otantamittauksen näytteen mittauksen kustannuksista. Upotusallas- mittaus on nykymuodossaankin selvästi halvempaa kuin pölkyittäin mittaus kentällä. PÄÄTELMIÄ Suoritettujen selvittelyjen perusteella voidaan Snellmanin kehittämää upotusallasmenetelmää suositella kokeilukäyttöön 2- metriselle puutavaralle. Kokeilukäytön aikana on vielätqrkkailtrva laitteen tarkkuutta ja luotettavuutta ja pyrittävä kehittelemään menetelmän yksityiskohtia edelleen. Menetelmää olisi kehitettävä niin, että yksi henkilö voi suorittaa mittauksen. Tässä kehittelytyössä ovat keskeisiä seikkoja korkeuslukeman siirtäminen kuormaimen käyttäjän havainnoitavaksi, kuormaimen sijoitus niin, että käyttäjä näkee altaaseen sekä kouran rakenteen kehittäminen. Jos halutaan käyttää upotusallasta pitemmälle puutavaralle, on aluksi selvitettävä altaan pinta- alan laajenemisen vaikutus tuloksen tarkkuuteen ja luotettavuuteen sekä pitkän taakan veden alle saamisen mahdollisesti vaatimat muutokset altaan ja kouran rakenteessa. Upotusallasmenetelmän jatkuvaa käyttöä suunniteltaessa on myös ratkaistava kylmän vuodenajan aiheuttamat ongelmat. Menetelmä on kuitenkin niin lupaavan tuntuinen, että lisäselvitysten suorittaminen on perusteltua.

9 9 A , - r 7 A-A, 1 1 ~7!JI.--- ~-- 1 L_ tt 2 +t--r+-hoo ~ , ,_j Selityksiä: 8-8 ~ = altaan seinämä 2 = hydraulikuormain 3 = veden pinta 2 3m ~======= = asteikko 5 = näyttöputki 6 = mitattava puuerä 1 / Kuva 1. Kenttäkäyttöön soveltuva puutavaran mit tausl aite, upotusallas. Kaavio laitteen rakenteesta ja toiminnasta (Piirros Erkki Snellman)

10 10 TAULUKKO 1 Upotusaltaan mi ttaustulosten vertailu pölkyittäi n mittaukseen ja upotus- punni tusmittaukseen Pino 1 mänty, 2 mänty, 3 kuusi, 4 koivu, 5 koivu, - Pinon todellinen tila:vuus eri Mene telmi en menetelmillä, m3 erotus, % Upotus- Upotus- PöJkyit- Upotusallas- allas- täi n punnitus mittaus mittaus, mittaus mittaus toisto Kemijärven tehtaalla kuiva {). 6 tuore kuiva kuiva {) tuore {). 0 2:.o TAULUKKO 2 Mittauksen toistami nen viisi kertaa upotusaltaassa. Taakkakohtaiset tulokset Taakka 1 taakka 2. taakka 3. taakka 4. taakka 5. taakka 6. taakka 7. taakka Mitatun erän alkuperä -- Pino 1 Pino 2 Pino 3 Pino 4 Pino 5_ --- mänty, mänty, kuusi, koivu, koivu, kuiv_a '- tuore kuiva kuiva tuore Viiden mittauksen tulos taakoittain, litraa keski- vaih- keski- ~ keski- lva:ih- keski- r.am- keskivalli- telu ~elu- telu- ~elu- teluarvo arvo arvo arvo arvo väli väli väli väli väli ,

11 11 TAULUKKO 3 Mittauksen toistaminen viisi kertaa upotusal taassa. Eräkohtaiset tulokset -- - Mitatun erän alkuperä Mittausjärjestyksen perusteella muodostuneet Pi no 1 Pino 2 Pino Pino 4 Pino 5_ erät mänty, mänty, kuusi, koivu, k oivu, kui va tuore kuiva kuiva tuore Erän tilavuus, litraa 1: sen mittauskerran taakat : sen - "- -" :nnen -"- -" : nnen -"- _ rr _ !1 5 : nnen _ 1! _ Vaihteluväli Esko Leinonen