kuivumisnopeus

Kuivumisnopeus (drying rate) on kosteuden siirtymisen nopeus märästä materiaalista kuivaan tilaan. Yleisesti se ilmoitetaan massan kuivuneen veden määrän muutoksena aikayksikköinä tai kosteuspitoisuuden muutoksena per aikayksikkö. Tyypillisiä yksiköitä ovat kilogrammaa vettä per neliömetri ja tunti (kg/m^2·h) tai kilogrammaa vettä per kilogramma kuivaa ainesta per tunti (kg/kg_d·h).

Kuivumisprosessi koostuu ulkoisesta haihdutuksesta pinnalla sekä sisäisestä kosteuden diffuision siirtymisestä materiaalin sisällä. Haihdunta on riippuvainen kuivatusilman lämpötilasta, kosteudesta ja virtausbrytistä, kun taas sisäinen diffuusio määrittää, kuinka nopeasti kosteus siirtyy pintaan. Näiden mekanismien yhteisvaikutus määrittää koko prosessin nopeuden.

Tärkeimmät vaikuttavat tekijät ovat: kuivatusilman lämpötila ja suhteellinen kosteus, ilmavirrän nopeus ja suunta, materiaalin pinta-ala ja kerroksen paksuus, sekä huokoisuus, läpäisevyys ja kosteuspitoisuus materiaalissa. Lisäksi sekä alkukosteus että materiaalin termiset ominaisuudet vaikuttavat.

Mittaus ja mallit: kuivumisnopeutta seurataan yleensä painon muutoksena ajan funktiona (N = -dM/dt) tai kosteuspitoisuuden muutoksena. Kuivumisnopeuden käyttäytymistä kuvataan usein kuivumisdiagrammeilla, joissa on vakionopeudellinen jakso ja putoavan nopeuden jakso. Yleisiä malliperheitä ovat Newtonin, Page’n ja Henderson–Pabis -tyyppiset mallit sekä diffuusiopohjaiset lähestymistavat.

Sovellukset ja optimointi: kuivatusprosessit ovat keskeisiä elintarvikkeissa, kuten hedelmissä ja vihanneksissa, sekä puu- ja tekstiiliteollisuudessa. Nopeutta voidaan parantaa esimerkiksi esikäsittelyllä, ohuemmilla viipaloilla, kuivaustilan hallinnalla (ilmavirta, lämpötila, alipaine), tai käyttämällä erilaisia kuivausmenetelmiä (esim. kuivaus kuumalla ilmalla, alipainekuivaus, freeze-drying).