Viljankäsittelyn tehostaminen tulevaisuuden yksiköissä Jukka Ahokas & Hannu Mikkola Maataloustieteiden laitos Helsingin yliopisto ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 1
Kuivauksen tehostamisen perusperiaatteet Suurennetaan laitteiden kokoa Hankitaan useita kuivureita Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 2
Viljan vesipitoisuuden ja lämpötilan vaikutus turvalliseen varastointiaikaan (Kosmina 1956, Bewer 1957, ref. Agena 1961) Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan 3.10.2013 3
Kuivauskapasiteetti o Kuivauskapasiteetti on kokonaisuus, johon vaikuttavat: o Kuivurin tilavuus o Uunin teho o Elevaattoreiden tehot o Tuuletettavan puskurivaraston käyttö o Jäähdytyssiilon käyttö o Kuivuriautomatiikka o Erän kuivausaika/vuorokausirytmi o Viljan kosteus o Viljojen tuleentumisaika ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 4
Poistettavan vesimäärän laskeminen M vpoisto M sato w a 100 w l w a M vpoisto = Poistettava vesimäärä M sato = Loppukosteudessa w l olevan sadon määrä, kg w a = Alkukosteus, % w l = Loppukosteus, % ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 5
Kuivaamistarve o Jokaista poistettua vesikiloa kohti tarvitaan 1,4 desilitraa öljyä o Jos puintikosteus on 20 %, sato on kuivana 3 500 kg (13,5 %) Vettä on haihdutettava 284 kg ja kuivaamiseen tarvitaan: o 40 l polttoöljyä o 0,5 m 3 (30 %) haketta o 110 kg viljaa (25 % kosteus) o Jos vilja korjataan 500 ha alalta, vettä pitää haihduttaa 142 tonnia. Tähän tarvitaan n. 20 000 l öljyä vuosittain. Jos kuivataan hakkeella, tarvitaan 250 m 3 haketta (30 %). Viljaa tarvittaisiin 55 000 kg. www.helsinki.fi/yliopisto 6
Käytössä olevien korjuupäivien määrä Puintipäivän kriteeri: ilman suhteellinen kosteus 80% Puintipäivän pituus on elokuussa n. 10 h/vrk Puintipäivän pituus on syyskuussa n. 6 h/vrk Puinnit alkavat Etelä-Suomessa keskimäärin 10. elokuuta 10 % tapauksista puinnit ovat alkaneet vasta syyskuussa Esim. Korjuujakso elokuun puolivälistä syyskuun loppuun = 45 vrk. Kriteeri 1 ja 80% todennäköisyys korjuupäiväkerroin on 0,35 16 korjuupäivää. Puintipäivän pituus on 8 h/vrk => 128 h käytettävissä. Laine A. 1996. Konekapasiteetin mitoitus ja konekustannukset viljan ja nurmirehun tuotannossa. TTS julkaisuja 349. ravikeskus Energiatehokkuutta 2.10.2013 viljankuivaukseen Jokimaan 3.10.2013 7 ravikeskus 2.10.2013 3.10.2013 7
Kuivauspäivät ja kuivurin kapasiteetti kg/erä 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1200 1000 800 600 400 200 0 0 100 200 300 400 500 ha hl/erä Keskimäärin kaksi kuivauserää vuorokaudessa Jos kuivurin kapasiteetin pitää vastata puintikapasiteettia, saadaan esim. 16 pv ja 2 erää/pv = 32 erää/satokausi Koko korjattavan sadon pitäisi siten mahtua 32 erään. Erän koko, kg Erän koko, hl ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 8
Uunin tehontarve, kun korjuuala on 1 30 ha/päivä 1200 Oletukset: Viljaa 4000 kg/ha kuivana 13,5 % Kaksi erää/vrk, uunissa lämpö 20 h/vrk Uunin tehontarve, kw 1000 800 600 400 200 Alkukosteus 18 % Alkukosteus 22 % 0 0 10 20 30 Korjuuala päivässä, ha Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 9
Uunin koko Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 10
Uunin teho MMM-RMO C2.2 mukaan Uunin teho, kw 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0 200 400 600 800 1000 1200 Kuivurin tilavuus, hl Uunin teho, kw/m 3 P, kw P, kw/m3 Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 11
Polttoaineen tarve m 3 /h 6,0 Polttoaineen tarve, m 3 /h 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0 200 400 600 800 1000 Öljy Hake, 15 % Hake, 40 % Palaturve Olki Uunin teho, kw Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 12
Mittaustuloksia kauraerän kuivauksesta v. 2001 Lähde: Suomi, P, Lötjönen, T., Mikkola, H., Kirkkari, A-M. & Palva, R. 2003. Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja elintarviketalous 31. 100 s. 140 120 Kaura 19.9.2001 Viljan alkukosteus 20 %, kuivausasetus 100 C C, % Rh kg 30000 25000 Tulolämpö 100 20000 Ulkokosteus 80 60 15000 Ulkolämpö Poistolämpö 40 20 10000 5000 Poistokosteus Vaaka kg 0 10:28 10:34 10:40 10:46 10:52 10:58 11:04 11:10 11:16 11:22 11:28 11:34 11:40 11:46 11:52 11:58 12:04 12:10 12:16 12:22 12:28 12:34 12:40 12:46 12:52 12:58 13:04 Kello 0 Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 13
Energiansäästömahdollisuuksia o Kuivauksen energian kulutusta on teknisesti mahdollista vähentää jopa yli 50% o Kuivaamisesta voidaan kokonaan luopua, jos käytetään muita säilöntätapoja o Öljystä voidaan luopua siirtymällä uusiutuviin polttoaineisiin - vilja voidaan kuivata kokonaan kotimaisella polttoaineella o Hyötyykö viljelijä tästä taloudellisesti talous on eri asia kuin energiansäästö! www.helsinki.fi/yliopisto 14
Energian säästö o Öljypolttimen säätö, vaikutus 0 15 % o Kuivaus hyvän sään aikaan, vaikutus 0 20 % o Kuivurin eristäminen, vaikutus 10 20 % o Korkea kuivauslämpötila, vaikutus 10-15 % o Ylikuivaamisen välttäminen, vaikutus 10-20% o Poistoilman lämmön talteenotto, vaikutus jopa yli 50 % ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 15
Polttimen säätäminen Laskentaperusteet Vilja-ala 100 ha Puintikosteus 22 % Varastointikosteus 13 % Sato 3500 kg/ha Öljypolttimen säädön, vaikutus 0 15 % Energiansäästön takaisinmaksuaika Öljyn hinta 1 /l Öljyä kuluu vuodessa 5 700 l Kustannus polttimen säädöstä 400 Energiansäästö, 5 % 270 Takaisinmaksuaika 1,5 vuotta Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 16
Kuivaaminen hyvän sään aikana 15 C Ilmaa lämmitettävä 55 C Tässä esimerkissä kylmällä säällä tarvitaan lähes 20% enemmän energiaa! 70 C 5 C Ilmaa lämmitettävä 65 C 3.10.2013 17 Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto
Kuivausolosuhteet Helsinki Elokuu % Syyskuu % Lokakuu % Elokuu C Syyskuu C Lokakuu C Ilman kosteus 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Lämpötila C 0 0 4 8 12 16 20 24 Kellonaika 0 ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 18
Viljan taspainokosteus Viljan tasapainokosteus, % 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 Ilman suhteellinen kosteus (RH), % Ohra Kaura Vehnä Energiatehokkuutta viljankuivaukseen ravikeskus 2.10.2013 Jokimaan www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 19
Kuivurin eristäminen Eristäminen Vaikutus 10 20 % Kustannus 2000 Säästö, 10 % 540 Takaisinmaksuaika 3,7 vuotta 20 C - 20 C 70 C 10 C Talo Kuivuri Eristäminen lyhentää myös kuivausaikaa! ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 20
Eristäminen ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 21
Pintalämpötiloja o Kuivurin tuloilmapuolen päädyn pintalämpötilat ovat n 30 50 C o Tästä aiheutuu 200 300 W/m 2 lämpövirta o 10 m 2 peltipinta aiheuttaa 2 3 kw lämpöhäviön o Tuloilmaputken pintalämpötilat ovat 50 60 C ja lämpövirta on 400 500 W/m 2 o 5 m pitkän ja 0,63 m halkaisijaltaan olevan putken vaipan ala on n 10 m 2 ja lämpöhäviö on 4 5 kw ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 22
Syksyn 2011 tuloksia eristämisen vaikutuksesta Erä Alkukosteus [%] Kaasun kulutus eristämättömässä kuivurissa [m3] Kaasun kulutus eristetyssä kuivurissa [m3] Energian säästö [%] 1 24 209 182 13 2 21 209 156 25 3 22 144 134 7 4 17 99 71 28 5 15,5 78 65 17 6 19,5 128 98 23 7 16 72 51 29 Keskiarvo 20 % Energiatehokkuutta viljankuivaukseen Jokimaan ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 23
Korkea kuivauslämpötila o Korkea lämpötila nopeuttaa kosteuden siirtymistä jyvässä o Kuuma ilma pystyy sitomaan enemmän vettä viljasta o Lämpötilan nosto: o Pienentää energian kulutusta o Lisää kuivurin kapasiteettia o Lisää kuivurin lämpöhäviöitä eristys nousee tärkeäksi o Siemenviljaa ja leipäviljaa ei saa kuivata liian kuumalla ilmalla ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 24
Tuloksia kuivausilman lämpötilan noston vaikutuksesta Lähde: Suomi et al. 2003. Viljan korjuu ja varastointi laajenevalla viljatilalla. Maa- ja elintarviketalous 31. ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 25
Viljan lämmönkestävyyteen vaikuttavat o Viljan kosteus. Hyvin kostean viljan kuivuessa jyvään syntyy jännityksiä, jotka voivat rikkoa jyvän rakenteen ja aiheuttavat vaurioita o Lämmölle altistumisaika. Jyvä lämpenee nopeasti kuivausilman lämpötilaan ja vauriot lisääntyvät, jos altistumisaika pitenee. o Kuivurin rakenne. Rakenne ja toimintatapa ratkaisevat kuinka kauan jyvä altistuu korkealle lämpötilalle. o Viljalaji tai -lajike. Viljalajike vaikuttaa viljan kestävyyteen. ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 26
Kotimainen polttoaine Hake Polttoaine pitää varata ennakkoon Vaatii investointeja, uusi uuni, automaattinen polttoaineen syöttö, automaattinen tuhkan poisto Biopolttoöljy Voidaan hyödyntää nykyisiä uuneja Kannattavaa vain jos saadaan rouhe käytettyä Vilja Huonokuntoisen viljan käyttö lämmitykseen Lämpökeskuksen hyödyntäminen Kuivurin tehontarve on paljon suurempi kuin rakennusten tehon tarve => lämpökeskuksen lämmöllä voidaan vain auttaa kuivuria Vesipattereiden ja lämpöputkien asentaminen on kallista. ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 27
T1 Kylmäilmakuivaus o Kuluttaa 1/4:n lämminilmakuivauksen energiamäärästä o Hyvä vastaanottokapasiteetti voidaan hyödyntää parhaat puintikelit "Varastokuivuri" o Pitkä kuivausaika o Vilja ei hiodu alempi hl-paino o Vilja ei kierrä jatkuvasti esipuhdistimen kautta enemmän roskia o Ei kauppakelpoista viljaa ilman lisälämpöä o Soveltuu huonosti, jos on monia lajeja ja lajikkeita o Paksu kerros vaatii suuren puhallintehon ja viljan kierrättämisen ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 28
Dia 28 T1 Kylmäilmakuivauksen energiankulutus on 0,35 kwh/haihdutettu vesi-kg. Lämminilmakuivauksessa kuluu polttoöjyä 0,14 l/haihdutettu vesi-kg ja sähköä 0,103 kwh/haihdutettu vesikilo. Tekijä; 13.3.2009
Yhteenveto o Kuivauskapasiteettiin tarpeeseen vaikuttavat vilja, sää ja vuorokaudessa kuivattavien erien määrä o Energian säästäminen: o Eristä kuumat pinnat o Käytä korkeita kuivauslämpötiloja älä kuitenkaan pilaa satoa o Älä ylikuivaa o Kuivaa hyvän sään aikana ja vältä yökuivausta o Vaihda kotimaiseen polttoaineeseen, jos se on taloudellisesti järkevää ravikeskus 2.10.2013 www.helsinki.fi/yliopisto 3.10.2013 29