MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA Ústav lesnické a dřevařské techniky VLIV LISOVACÍHO TLAKU A VELIKOSTI FRAKCÍ VSTUPNÍHO MATERIÁLU NA VLASTNOSTI SMRKOVÝCH A BUKOVÝCH BRIKET Bakalářská práce 2012/2013 Jindřich Vařejka

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vliv lisovacího tlaku a velikosti frakcí vstupního materiálu na vlastnosti smrkových a bukových briket zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendelovy univerzity o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:. podpis studenta

Poděkování Velmi rád bych poděkoval panu Ing. Janu Šrajerovi Ph.D., za odbornou pomoc, důležité rady a konzultace, při začátcích tvorby mé bakalářské práce. Dále bych rád poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. et Ing. Janu Klepárníkovi, za cenné rady a vynikající vedení mé bakalářské práce. Také bych rád poděkoval rodičům a všem blízkým, kteří mě po celou dobu studia velmi podporovali.

Abstrakt Jméno posluchače: Jindřich Vařejka Název bakalářské práce: Vliv lisovacího tlaku a velikosti frakcí vstupního materiálu na vlastnosti smrkových a bukových briket Tato bakalářská práce se zabývá dřevěnými briketami, které jsou vyrobeny ze smrkového a bukového odpadu různých frakcí. Brikety jsou vyrobeny na jednom lisovacím stroji, čtyřmi různými tlaky. Je testována pevnost briket v tahu, objemové změny a mechanická odolnost v provozních podmínkách. V bakalářské práci je také uveden současný stav výroby dřevěných briket, využití dřevěných briket, jejich výhody a nevýhody, popis postupu sítové analýzy, charakteristika vstupního materiálu a stanovení výsledných parametrů vzorků. Klíčová slova Briketa, Biomasa, Pevnost v tahu, Frakce, Mechanická odolnost Abstract Name: Jindřich Vařejka Name of the bachelor work: Influence of compacting pressure and the size of the fraction of input material properties of spruce and beech briquettes This bachelor work deals with wood briquettes, which are made of spruce and beech waste different fractions. Briquettes are made on the same pressing machine, four different pressures. Is tested tensile strength of briquettes, volume changes and mechanical resistance in operating conditions. The bachelor work is also given the current state of wood briquettes, use of wood briquettes, their advantages and disadvantages wood briquettes, description of the procedure sieve analysis, characteristics of the input material and the determination of the parameters of the resulting samples. Key words Briquette, Biomass, Tensile strength, Fraction, Mechanical resistance

Obsah 1 Úvod 9 2 Cíl práce 10 3 Biomasa 11 3.1 Charakteristika... 11 3.2 Dělení biomasy... 12 3.3 Zpracování biomasy... 13 4 Biopaliva 14 4.1 Charakteristika... 14 4.2 Tuhá biopaliva... 14 4.2.1 Rozdělení... 14 4.2.2 Dřevo jako palivo... 15 5 Dřevěné brikety 17 5.1 Výhody použití... 17 5.2 Výroba dřevěných briket... 17 5.3 Vlastnosti lisovaného materiálu... 18 5.3.1 Chemické složení... 19 5.3.2 Hustota dřeva... 20 5.3.3 Vlhkost materiálu... 20 5.3.4 Struktura materiálu... 21 5.3.5 Velikost frakce materiálu... 21 5.3.6 Výhřevnost lisovaného materiálu... 22 5.4 Briketovací lisy... 22 5.4.1 Rozdělení... 22 5.5 Význam a vliv geometrie lisovací komory a součinitele tření... 23 5.5.1 Tlakové poměry ve válcové lisovací komoře při jednoosém lisování... 24 5.6 Vliv kuželovitosti stěn lisovací komory... 24 5.7 Vliv druhu lisovacího nástroje na kvalitu výlisků... 25 5.7.1 Lisovací píst mechanického lisu... 26 5.7.2 Lisovací píst hydraulického lisu... 26

5.7.3 Lisovací šnek... 27 5.8 Kvalita dřevěných briket... 27 5.9 Měření mechanické odolnosti briket dle normy... 28 5.10 Skladování dřevěných briket... 29 6 Materiál a metodika 31 6.1 Materiál na výrobu briket... 31 6.1.1 Smrkové brikety... 31 6.1.2 Bukové brikety... 32 6.2 Sítová difrakce... 36 6.3 Výroba briket... 37 6.4 Stereometrický odhad objemu... 39 6.4.1 Brikety bez středového otvoru... 40 6.4.2 Měření objemu a hustoty... 40 6.4.3 Objemové změny... 41 6.5 Zkouška pevnosti v tahu... 41 6.5.1 Příprava zkušebních vzorků... 42 6.5.2 Použitá lepidla... 43 6.6 Měření mechanické odolnosti v provozních podmínkách... 44 7 Výsledky 46 7.1 Měření objemových změn u smrkových briket... 46 7.1.1 Okamžitý objem a hustota... 46 7.1.2 Objemové změny... 48 7.2 Pevnost v tahu u smrkových briket... 50 7.2.1 Lisovací tlak 15 N. mm -2... 50 7.2.2 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2... 51 7.2.3 Lisovací tlak 11,8 N. mm -2... 52 7.2.4 Lisovací tlak 10 N. mm -2... 53 7.3 Mechanická odolnost smrkových briket... 55 7.4 Pevnost v tahu u bukových briket různých frakcí... 56 7.4.1 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 0)... 56 7.4.2 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 1)... 57 7.4.3 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 3)... 58 7.4.4 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 4)... 59

7.4.5 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 5)... 60 7.4.6 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 6)... 61 7.5 Sítová analýza - SM... 62 8 Diskuse 64 8.1 Zhodnocení výsledků... 64 8.1.1 Objemové změny... 64 8.1.2 Pevnost v tahu u smrkových briket... 64 8.1.3 Mechanická odolnost smrkových briket... 65 8.1.4 Pevnost v tahu u bukových briket různých frakcí... 66 9 Závěr 67 10 Summary 68 11 Použité zdroje 69 11.1 Literatura... 69 11.2 Internetové zdroje... 70

1 Úvod Od začátku vývoje lidstva člověk používal přírodu jako zdroj nekonečného množství surovin, tedy i energetické suroviny. Nejprve to bylo dřevo, uhlí, různé rudy, později ropa, zemní plyn a jiné suroviny, které byl člověk postupem času schopen zpracovat. V minulosti se považovaly zdroje ropy, uhlí, zemního plynu za nekonečné a nevyčerpatelné. Dnes už víme, že to není pravda. Zásoby uhlí se odhadují na 225 let, ropy na 40 let a zemního plynu na 25 let, obrovské množství těchto surovin jsou ukryty ve velkých hloubkách oceánů a moří, avšak v současnosti ještě neznáme takovou technologii, kterou bychom byli schopni tyto zásoby využívat. Tento fakt nás nutí hledat nové zdroje, respektive hledat nové, efektivnější technologie využití již známých obnovitelných zdrojů, které jsou prakticky nevyčerpatelné (Šooš, 2001). 9

2 Cíl práce Cílem této bakalářské práce je obecné literární přiblížení biomasy a především dřevěných briket. Popsat jejich výrobu a vlastnosti a také zmínit výhody a nevýhody při jejich použití. Poté analyzovat vstupní materiál, který nám poslouží k vlastní výrobě vlastních vzorků briket. Další částí práce bude vlastní zkoušení, neboli posouzení vlivu lisovacího tlaku a velikosti frakcí vstupního materiálu na vlastnosti smrkových a bukových briket. Smrkové i bukové brikety budou vyrobeny z dřevního odpadu o různé frakci z truhlářské dílny. Cílem bude měření mechanické pevnosti briket v tahu, měření objemových změn za zhoršených klimatických podmínek a měření mechanické odolnosti briket v provozních podmínkách. Výsledkem, této bakalářské práce, bude vyhodnocení jednotlivých zkoušek a porovnání s výsledky diplomové práce Ing. Kryštofa Horáka, tyto výsledky nám prozradí, jaký bude nejvhodnější lisovací tlak u briket vyrobených ze smrkových pilin a hoblin, v porovnání s bukovými briketami, odzkoušených ve zmíněné diplomové práci Ing. Kryštofa Horáka. 10

3 Biomasa 3.1 Charakteristika Vzhledem k úbytku fosilních paliv je biomasa řazena, jako jedna z možných náhrad. V průmyslově vyspělých zemích se s využitím fosilních zdrojů energie stala biomasa až do 20. století téměř bezvýznamnou. Například v Německu nedosahoval podíl biomasy ani 3 %. Na začátku 21. století, když došlo k výraznému růstu cen ropy, přišlo i v průmyslově vyspělých zemích využití biomasy ke cti. Kromě tradičního využití ve formě palivového dřeva se v rostoucí míře využívá moderních forem jejího využití. Biomasu nemusíme jen jednoduše spalovat na otevřeném ohni, je to možné také v moderních spalovacích zařízeních nebo elektrárnách k výrobě elektrické energie či k výrobě plynu či paliva (Quaschning, 2010). Biomasa je souhrnný název pro organickou hmotu v původní přírodní formě, která vzniká na základě fotosyntézy jímáním a transformací sluneční energie v rostlinách jako jsou stromy, byliny, trávy, atd. Energetické využití biomasy zahrnuje mnoho různých technologických způsobů a cest získávání energie z látek organického původu. Jedná se o procesy výroby bioplynu, pohonných hmot (bionafta a bioetanol), odpadního tepla (např. z kompostování), ale nejjednodušším a nejrozšířenějším způsobem získávání energie z biomasy je její spalování, kde výsledným produktem je tepelná energie. Ta je následně využita pro vytápění, technologické procesy nebo pro výrobu elektrické energie. V našich klimatických podmínkách jsou nejčastěji využívaná tuhá biopaliva, zejména brikety, neboť jsou řešením pro likvidaci dřevěného odpadu, především pilin a hoblin. I přes své výhody, jako je např. obnovitelnost, nízká cena, široká dostupnost, má biomasa i některé své nevýhody. Patrně největší nevýhodou je nižší výhřevnost v porovnání s konvečními palivy a při spalování může také docházet k tvorbě škodlivých látek. Přehled výhod a nevýhod použití biomasy je uveden v následující tabulce 1 (Biomasa, 2008). 11

Tab. 1 Biomasa: Výhody a nevýhody použití (Biomasa, 2008; Karpíšková, 2010) Výhody všeobecná dostupnost (tuzemský zdroj) příznivá cena (kusové dřevo - nejlevnější) nízký obsah popelovin a emisí (moderní kole a krby) využití odpadu (zbytek po spalování lze využít jako hnojivo) dotace na kotle (nejvyšší pro automatické kotle) Nevýhody nároky na skladovací prostory (pelety, brikety - nižší nároky) manipulace s topivem a popelem (minimální u automatických kotlů) nutnost likvidace popela náklady spojené s přepravou paliva složitější manipulace v porovnání s elektřinou a plynem V oblasti energetického využití biomasy můžeme také narazit na pojem dendromasa, ta je definovaná jako biologická hmota stromu, která v rámci běžného biologického procesu odumírá a rozkládá se. Zjednodušeně můžeme říct, že při využití biomasy se energie uvolňuje ve formě tepla spalováním, dochází tedy ke vzniku oxidu uhličitého a ten může být opět zachycen rostlinami, tento cyklus se stále opakuje (Výklad pojmů: Dendromasa, 2010) 3.2 Dělení biomasy Energetickou biomasu lze zatřídit do několika kategorií, které se však mohou částečně překrývat: fytomasa - hmota rostlin obecně dendromasa - stromy speciálně cíleně pěstovaná (energetická) biomasa - zejména byliny a rychle rostoucí dřeviny biopaliva o pevná o kapalná o plynná odpadní biomasa o z rostlinné výroby - sláma, plevy, zbytky z čištění zrnin apod. o z živočišné výroby - hnůj, kejda o z těžby a zpracování dřeva - nehroubí, piliny, hobliny, odřezky apod. biologicky rozložitelný odpad o komunální - zbytky potravin, papírové obaly, o průmyslový - odpady z výroby papíru, cukru, mouky, odpady z jatek apod. 12

3.3 Zpracování biomasy Biomasa může být před konečným využitím zpracovávána různými technologickými procesy: mechanické procesy o řezání (těžba a zpracování dřeva na řezivo a palivo), odpadem jsou piliny, které slouží k výrobě dřevních pelet a briket o drcení - používá se například jako předstupeň při výrobě pelet a briket o štěpkování - pro následné použití k výrobě tepla, případně i elektrické energie o lisování pelet nebo briket - pro následné použití k výrobě tepla, případně i elektrické energie o lisování oleje - pomineme-li potravinářství, je olej následně esterifikován na metylester (MEŘO - metylester řepkového oleje, známý jako bionafta) termické procesy o spalování - výroba tepla s následnou možností výroby elektřiny, v současnosti nejrozšířenější způsob využití biomasy, v některých zařízeních může být biomasa spolu spalována s fosilními palivy. o zplynování - přeměna organické hmoty na plyn, probíhá skrze oxidaci za vysokých teplot, obvykle pro následné použití ve spalovacích motorech buď k pohonu vozidel, nebo k výrobě elektřiny a tepla o rychlá pyrolýza - produktem je kapalina podobná ropě, která je následně i podobným způsobem zpracovávána chemické procesy o esterifikace - výroba metylesteru (bionafty) z oleje mikrobiologické procesy o alkoholové kvašení - výroba metanolu, etanolu, ale i izobutanolu pro další použití, kromě spalování a přimíchávání do benzínu se uvažuje i o využití v palivových článcích o anaerobní digesce - výroba bioplynu s následnou možností úpravy na biometan, možnosti použití biometanu jsou shodné se zemním plynem o kompostování - využívá přímo teplo produkované mikroorganismy (Bechník, 2009) 13

4 Biopaliva 4.1 Charakteristika Biopaliva jsou nejstarším zdrojem energie, který lidstvo využívá. Známky kontrolovaného užití ohně jsou k nalezení již v době před 1,4 miliony let, avšak spolehlivé způsoby rozdělání ohně jsou známy patrně jen asi 10 000 let. Dominantním zdrojem tepla bylo po velkou většinu této doby dřevo (Osička a kol. 2012) Biopaliva jsou také produkty, které se vyrábí z biomasy a slouží jako zdroje energie. K jejich výrobě se používá biomasa pěstovaná primárně pro tento účel, jako jsou například obiloviny, olejniny, trávy, dále pak odpady z rostlinné a živočišné výroby, komunální odpady a odpady průmyslové. Biopaliva můžeme rozdělit na tuhá, kapalná a plynná (Horák, 2011). 4.2 Tuhá biopaliva Tuhá biopaliva jsou produkty, které se v podmínkách, při kterých jsou skladovány, dopravovány a připravovány pro energetické využití, nachází v tuhém stavu. 4.2.1 Rozdělení kusové dřevo - polena obvykle o délce 300 až 500 mm, případně kusové odpady z dřevozpracujícího průmyslu dřevěné štěpky - zejména z odpadů při těžbě dřeva, nověji i z cíleně pěstovaných rychle rostoucích dřevin, kotle na štěpku jsou sice schopny spalovat i čerstvou biomasu, z energetického hlediska je však jednoznačně výhodnější štěpku před spalováním nechat vysušit pelety z dřevního odpadu - vyrábí se z pilin lisováním skrze otvory v matrici, obvyklý průměr je kolem 5 mm, délka asi 20 mm pelety z alternativních surovin - vyrábí se zejména z cíleně pěstovaných energetických plodin brikety z dřevního odpadu - vyrábí se z hoblin a pilin za nižších tlaků než pelety, jsou obvykle válcového tvaru o průměru kolem 100 mm a délce 200 mm a více, používají se podobně jako kusové dřevo, v průběhu hoření se však rozpadají 14

brikety z energetických bylin semena plodin - používají se obvykle semena obilovin nepoužitelná pro potravinářské nebo krmivářské účely, použití je podobné jako u pelet, existují kotle schopné spalovat pelety i semena balíkovaná sláma - jedná se obvykle o vedlejší produkt při pěstování potravinářských a průmyslových plodin, který je jinak považován za odpad balíkované celé rostliny - jedná se obvykle o cíleně pěstované energetické plodin, může se však jednat i o obilniny, ve srovnání s čistou obilnou slámou mají vyšší obsah dusíku a ostatních prvků a proto i horší emisní charakteristiky (Bechník, 2009) Tab. 2 Objemové hmotnosti paliv ze dřeva (Biomasa, 2008) Stav paliva Měrná hmotnost (kg/m) Hmotnost kusu (kg/ks) Způsob manipulace Polínka 30-50 cm 250-500 1-3 ručně Polena 100 cm měkká 300-550 10-20 ručně i mechanicky Polena 100 cm tvrdá 420-630 15-30 ručně i mechanicky Štěpka (dle vlhkosti) 180-260 0,02-0,1 mechanicky Pelety (sypná hmotnost) 350-600 0,02 mechanicky Brikety (sypná hmotnost) 400-650 1-2 ručně i mechanicky 4.2.2 Dřevo jako palivo Dřevo je jednoznačně převažující surovinou pro vytápění. Dřeva se využívá v různých podobách (obr. 1). Spadané stromy a větve se nejdříve nařežou na stejnou délku, můžeme to nazývat kulatinou. Když se kulatina rozštípe, ať již tradičně sekerami, nebo strojově, vznikají polena. Řezačky posekají dřevo na štěky a odpad, méně hodnotné dřevo se také zpracuje. Piliny a hobliny se mohou dále zpracovat na dřevěné brikety nebo dřevěné pelety. Speciální lisy je lisují do určitých tvarů, aniž by bylo zapotřebí přidávat pojivo. Dřevo se spojí pomocí ligninu, který je v něm obsažen a po slisování zůstává tvar stabilní (Quaschning, 2010) 15

Obr. 1 Různé tvary, na které se zpracovává palivové dřevo. Zleva doprava: dřevní štěpka, polena, kulatina, dřevěné pelety. 16

5 Dřevěné brikety Dřevěné lisované brikety patří mezi ekologické palivo, jsou vyráběny především z dřevěných odpadů truhlářských dílen při dřevovýrobě. Mezi ně patří především hobliny, piliny a další. Dřevěné brikety se lisují za pomoci briketovacího stroje vysokými tlaky, mají různé tvary, nejčastěji používaný je klasický válcovitý tvar, ale mohou být například i hranaté nebo s otvorem. S dřevěnými briketami můžeme topit prakticky ve všech druzích kotlů, kamen a krbů. Obr. 2 Dřevěné brikety (Brikopal, 2009) 5.1 Výhody použití ekologicky nezávadné a šetrné k životnímu prostředí, čistá dřevní surovina bez dalších pojiv a přísad původně odpadní surovina přeměněná v ekologický produkt minimum popela, který je možno dále použít ke kompostování vysoká výhřevnost díky velmi nízké vlhkosti použité suroviny možnost použití bez nutnosti pořízení speciálních kotlů nízké náklady na topení snadná manipulovatelnost, malé nároky na skladování možnost dlouhodobého skladování v suchém prostředí (Jilos, 2011) 5.2 Výroba dřevěných briket Energeticky je výroba briket poměrně náročná, protože vyžaduje vyšší úroveň dezintegrace vstupního materiálu, při současném snížení jeho vlhkosti. Výhodná je 17

proto jejich výroba již z materiálu vysušeného a dezintegrovaného v průběhu jiného, předcházejícího technologického procesu - např. z pilin a hoblin pocházejících z již vysušeného řeziva při dřevozpracující výrobě (Pastorek, 2004). Většinou jde tedy o suchý materiál, určitým rizikem je v některých provozech přítomnost lepidel, barev a umělých hmot. Piliny a hobliny lze přímo spalovat v kotlích k tomu určených nebo se z nich dají dále lisovat dřevěné brikety. Dřevěné brikety se vyrábí mechanicky velkým tlakem, k výrobě tedy slouží suchý dřevní odpad, drť, piliny nebo hobliny (6-12% vody). Zpracovávají se zpravidla do tvaru válečků, n-úhelníků nebo kvádrů, mohou být plné nebo s dutým otvorem. Vyrábí se o průměru 40 až 100 mm, délky do 300 mm s měrnou objemovou hmotností 1 až 4 kg. dm -3. Výhřevnost 16,5 až 18,5 MJ. kg -1. Obsah popele v sušině 0,5 až 1,1 % (Bufka, 2005). Brikety s dírou se obecně vyrábějí jen při větších průměrech (vnější průměr brikety je větší než 88 mm) z důvodu lepšího hoření. Výroba takových briket je náročnější a výkon stroje se přitom sníží až o jednu čtvrtinu. Tvary jednotlivých briket jsou znázorněny na obrázku 3 (Šooš, 2001). a) b) c) Obr. 3 a) válcová briketa, b) válcová briketa s otvorem, c) briketa ve tvaru kvádru 5.3 Vlastnosti lisovaného materiálu Charakteristické vlastnosti jehličnatého a listnatého dřeva z pohledu zhutňování jsou velmi důležité, proto si popíšeme jejich charakteristické vlastnosti, které jsou důležité při výrobě briket. Při různých druzích materiálu a při různých podmínkách na vstupu, dostáváme na výstupu různé vlastnosti dřevěných briket. Základní vlastnosti materiálů chemické složení materiálu hustota materiálu hmotnost materiálu vlhkost materiálu 18

stavba a struktura materiálu pórovitost frakce výhřevnost materiálu 5.3.1 Chemické složení Biomasy, respektive jednotlivé dřeviny, se mezi jednotlivými rostlinnými druhy liší, v průměru rostliny obsahují asi 25 % ligninu a 75% uhlovodíků. Uhlovodíková složka se skládá z mnohých molekul cukrů spojených do dlouhých řetězců polymerů. Dvě významné složky uhlovodíků jsou celulóza a hemicelulóza. Příroda využívá dlouhé polymery celulózy na stavbu vláken, které dávají rostlinám dostatečnou pevnost. Ligninová složka působí jako lepidlo, které drží spolu celulózové vlákna. Rozdíl v chemickém složení dřeva je nejen mezi skupinou listnatých a jehličnatých dřevin, ale také mezi jednotlivými druhy dřevin. Obr. 4 Zastoupení hlavních organických látek ve dřevě jehličnatých a listnatých dřevin (Šlezingerová, 1999) 19

5.3.2 Hustota dřeva Každý druh dřeviny má svoji specifickou hustotu, rozdílnou od ostatních (Tab. 3). Hustota významně ovlivňuje mechanické a fyzikální vlastnosti dřeva. Vyšší měrná hustota vstupního materiálu, předpokládá lepší zhutnění výsledného výlisku. Můžeme říci, že hustota dřeva nabývá na významu při jeho mechanickém a chemickém zpracování, kde se klade důraz na hmotnostním množství dřevní hmoty. Například těžké dřevo je pevnější, tvrdší a odolnější proti opotřebení a mechanickému zpracování než lehké dřevo (Křižan a Matúš 2009). Tab. 3 Hustota našich hospodářsky nejvýznamnějších dřevin (Šlezingerová, 1999). Hustota v absolutně Dřeviny suchém dřevě ρ 0 (kg.m -3 ) Smrk (SM) 420 Jedle (JD) 405 Modřín (MD) 560 Borovice lesní (BO) 505 Dub (DB) 680 Jasan (JS) 670 Ořešák (OR) 660 Třešeň (TR) 570 Buk (BK) 685 Olše (OL) 495 Javor (JV) 630 5.3.3 Vlhkost materiálu Hustotu dřeva, a tím také hmotnost dřeva, ovlivňuje především vlhkost, šířka ročních letokruhů a podíl letního dřeva, poloha v kmenu a věk stromu. Hustota a hmotnost dřeva se zvyšují s vlhkostí, přičemž hmotnost a objem dřeva se nemění stejně. Zatímco objem dřeva se zvyšuje jen do bodu nasycení vláken. Při dalším přibírání vlhkosti nad tuto hranici se objem dřeva nemění. Když je vlhkost lisovaného materiálu velmi malá a naopak, když je velmi velká (mimo optimálního rozmezí 8-15%), částice materiálu nejsou soudržné a výlisek se rozpadá. Při nízkých vlhkostech zase dochází ke spékání materiálu. Výzkumy a experimenty dokázaly, že vlhkost má vliv také na plastifikaci ligninu. Teplota měknutí ligninu však závisí i na druhu dřeviny, z které je lisovaný. Teplota fázového přechodu ligninu z tuhého do 20

plastického stavu je přímo úměrný jeho molekulové hmotnosti a nepřímo úměrný obsahu vlhkosti. Obr. 5 Příklad kvádrových dřevěných briket lisovaných při různé vlhkosti materiálu (vlevo cca 18%, vpravo cca 10%) 5.3.4 Struktura materiálu Mechanické vlastnosti závisí na uspořádání tuhých částic v prostoru. Strukturu (vnitřní stavbu) materiálu definuje charakter a geometrické uspořádání pevných částic a povahu vazeb mezi nimi. Ta závisí na počtu a pevnosti kontaktních vazeb, které jsou důsledkem velikosti, tvaru, drsnosti a pevnosti tuhých částic, povahy interakce jednotlivých fází, stavu partikulární látky, atd. Faktory, které vymezují strukturu materiálu, můžeme rozdělit do třech skupin: charakter tuhých částic, geometrické uspořádání částic a povaha vazeb mezi nimi. Do první skupiny patří především individuální a skupinové charakteristiky tuhých částí. Je to pevnost, složení a stavba tuhých částí, jejich velikost, tvar a drsnost povrchu. Druhá skupina faktorů definuje geometrické uspořádání tuhé fáze. Nejjednodušším z nich je průměrná objemová hmotnost a z ní odvozená pórovitost. Třetí skupinou charakteristik struktury jsou vazby mezi pevnými částicemi. Při partikulárních látkách lze odlišit dva typy vazeb: vazby vlivem venkovního zatížení, které nazýváme třecí vazby a vazby vyvolané vnitřním napětím, které nazýváme soudržnými vazbami. Tyto vznikají na základě různých vazbových mechanismů. 5.3.5 Velikost frakce materiálu Z pohledu lisování je velmi důležité poznat složení materiálu, strukturu a velikost frakce. Struktura a velikost frakce výrazně ovlivňují vazebné mechanismy. Velikost frakce ovlivňuje samotné lisování. Ovlivňují plynulost procesu lisování a výslednou kvalitu výrobku. Čím je vstupní velikost frakce vyšší, tím je potřeba větší výkon na lisování. Výrobek má nižší homogenitu a pevnost. S rostoucí velikostí frakce klesají také vazebné síly, což má za následek rychlí rozpad výlisku v procesu hoření (když 21

výlisek rychleji shoří, je to nevýhoda). Lisovací tlak roste s nárůstem velikosti frakce lisovaného materiálu. Při lisování bez pojiva se povrchové plochy pilin mají dotýkat na největší ploše. Velikost dotykové plochy pilin roste s rostoucí jemností materiálu a s rostoucím lisovacím tlakem (Křižan a Matúš, 2009). 5.3.6 Výhřevnost lisovaného materiálu Čím vyšší je výhřevnost vstupní frakce, tím vyšší je výhřevnost vyrobené brikety. Aby byli brikety kvalitní z každého druhu dřeva, musíme tyto zákonitosti respektovat. Je důležité vědět, jaké technologické parametry zajistit po celou dobu lisování, pro vylisované brikety, aby kvalitou splňovaly normu (Křižan a Matúš, 2009). Problematikou tuhých paliv v podobě briket se zabývají tyto normy ČSN P CEN/TS 15210-2, ČSN P CEN/TS 15150, ČSN P CEN/TS 15234. 5.4 Briketovací lisy Z hlediska perspektivy rozvoje standardizovaných fytopaliv představují nejdůležitější stroje briketovací a peletovací lisy. Vytvářejí standardní trvalé formy fytopaliv, schopné dopravy na velké vzdálenosti, optimální pro skladování a pro automatické přikládání při provozu kotlů a různých topenišť. Vyrábějí se s výkonností od 0,1 t/h (pro menší dřevozpracující truhlářské výrobny) až po výkonnosti 5 t/h pro velké peletárny navazující i na velké elektrárny a teplárny. Rozlišujeme tři systémy briketovacích lisů. 5.4.1 Rozdělení Mechanické pístové - pracují na principu klikového mechanismu s mohutnými setrvačníky. Vyznačují se nejvyššími tlaky v lisovací komoře, kterou opouští nekonečně dlouhá briketa, přesně krácená za výstupem odřezávací pilou. Výkonnost lisu bývá zpravidla kolem 1 t/h, tvar briket je většinou válcový, ale vyrábějí se i se šestihranným průřezem nebo brikety ve tvaru hranolu. Hydraulické pístové - pracují s menšími tlaky než mechanické, jsou levnější, ale výkonnost je nižší - od 0,05 do 0,5 t/h. Vhodné pro briketování stébelnin nebo směsi stébelnin a pilin. Mají poněkud menší soudržnost a jsou určeny pro užití v blízkosti výroby bez časté manipulace. 22

Šnekové - potřebný lisovací tlak se vytváří otáčením lisovacího šneku v konické komoře. Soudržnost briket je velmi dobrá, neboť vysoké tlaky a tření materiálu na šneku výrazně ohřívá ve dřevě obsažený lignin a ten působí jako pojivo. Povrch briket je po vychlazení pokryt ztuhlým, vosku podobným, ligninem a je tak chráněn proti vlhkosti. Nevýhodou je značné opotřebování lisovacích šneků a komor, jestliže surovina obsahuje písek. Výhodou však je, že kromě briket je možno po výměně výstupní matrice u některých typů vyrábět i pelety (Andert a kol. 2006). Obr. 6 Klikový lis pro výrobu briket (Andert a kol. 2006) 5.5 Význam a vliv geometrie lisovací komory a součinitele tření Na základě teorie jednoosého lisování v uzavřené komoře můžeme analyzovat vliv změny délky lisovací komory a vliv změny součinitele tření mezi lisovaným materiálem a lisovací komorou. Tento součinitel závisí od materiálu lisovací komory a lisovaného materiálu a jeho stavu (vlhkost, teplota, atd.). Průměr lisovací komory v součinnosti s její délkou má vliv na vlastnosti výlisku a také na opotřebení nástrojů. U dřevěných briket platí, že pro pomalé hoření, což je u paliva žádoucí vlastností, musí být poměr povrchu k objemu co možná nejmenší. Rovněž u lisovacích nástrojů (píst, závitovka, kladka, atd.) je předpoklad, že čím je menší poměr povrchu k objemu, tím je opotřebení nástrojů menší. Proto je žádoucí, když je to možné, hledat i optimální rozměry výlisku z různých hledisek. Průměr lisovací komory však bývá většinou pevně stanovený na základě požadavků tvaru a velikosti výsledných výlisků z vnějších podnětů (trh, účel použití, atd.). 23

5.5.1 Tlakové poměry ve válcové lisovací komoře při jednoosém lisování Tlakové poměry v uzavřené lisovací komoře při jednoosém lisování, kde protitlak je vyvolaný zátkou, jsou znázorněné na obr. 7. Tlakové poměry v lisovací komoře mezi pístem a zátkou je možné vysvětlit na elementu lisovaného materiálu dx, přičemž jeho hmotnost se během lisovacího procesu zanedbá. p ap - axiální tlak pístu (N mm -2 ) p p - protitlak v lisovací komoře (N mm -2 ) p r - radiální tlak (N mm -2 ) p a - axiální tlak na zátku (N mm -2 ) d p - průměr lisovací komory (mm) μ - součinitel tření (-) Lp - délka lisovacího pouzdra (mm) Obr. 7 Tlakové poměry v lisovací komoře při jednoosém lisování 5.6 Vliv kuželovitosti stěn lisovací komory Při přetlačování lisovaného materiálu, přes kuželovou komoru, dochází k více osovému lisování a teda i ke zvýšení kvality výlisků v podobě vyšší hustoty. Mají lepší mechanické vlastnosti, ale dochází k většímu opotřebení nástrojů. 24

Obr. 8 Základní části kuželové lisovací komory Válcová část je vstupní zásobník pro lisovací proces. Do této části přichází materiál, který se vlivem vnější síly vyvozené lisovacím pístem začíná zhutňovat. Záchytná kuželová část je část lisovací komory, ve které probíhá základní deformace východiskového materiálu, dochází tu vlivem vnější síly a vlivem kuželovitého tvaru k více osovému zhutnění. V kalibrační části je výlisek držený určitou dobu pod tlakem, tato doba je velmi důležitá součást lisovacího procesu. Kalibrační část dává výlisku konečný tvar a udržuje ho ještě pod tlakem a teplotou, což je vhodné kvůli zamezení rychlému rozpadu výlisku po opuštění kuželové části. 5.7 Vliv druhu lisovacího nástroje na kvalitu výlisků U briketování pozorujeme výraznější vnitřní poruchy výrobku, které ovlivňují kvalitu, než u peletování. Patří sem zejména pevnost a mechanické vlastnosti těchto výlisků. Při briketování můžeme princip lisování rozdělit na tři skupiny, přičemž každý má svůj specifický nástroj a jiný vliv na kvalitu výlisků. 25

5.7.1 Lisovací píst mechanického lisu Tvorba výlisku na mechanických lisech s lisovacím pístem probíhá v otevřené lisovací komoře, kde je materiál lisovaný a protlačovaný přes lisovací hubici prostřednictvím lisovacího pístu. Výlisek je tvořený lisováním materiálu prostřednictvím přímočarého vratného pohybu pístu, tímto je při každém zdvihu pístu vytvořena jistá tenká část výlisku - jeden plát. Soudržnost jednotlivých částí zabezpečuje speciálně tvarovaný konec pístu, který přeráží jednotlivé části a vytváří tak mezi následujícími částicemi výlisku spoj tvarovým stykem. Protože výlisek vzniká spojením jednotlivých částí, vznikají poruchy soudržnosti (trhliny) právě na rozhraní jednotlivých částí výlisku (obr. 9), to snižuje kvalitu výlisku, zejména jeho mechanickou pevnost. Obr. 9 Struktura výlisku - poruchy 5.7.2 Lisovací píst hydraulického lisu Na hydraulickém lise dochází k lisování v uzavřené komoře celého objemu materiálu potřebného na vytvoření jednoho výlisku naráz (na jeden zdvih pístu). Při tomto principu briketování je možno vytvářet různé tvary výlisků. Se zvětšováním délky výlisku, materiál přestává být homogenně zhutněný v celém objemu a vznikají poruchy ve struktuře výlisku, to nepříznivě působí na jeho kvalitu. Ve výlisku vznikají trhliny (obr. 10) a není dosáhnutý vysoký stupeň lisování v celém objemu, a nejen hustota, ale především mechanická pevnost výlisku se výrazně zhoršuje. 26

Obr. 10 Struktura výlisku - poruchy 5.7.3 Lisovací šnek Prostřednictvím lisovacího šneku se dosahuje nejlepší kvality výlisků. Je možné vytvářet různé tvary, od válcových přes n-úhelníkové, s dírou, anebo bez díry. Materiál není lisovaný po částech, ale kontinuálně, čímž nevznikají poruchy ve struktuře. Výlisek vzniká jako nekonečný, který se následně dělí na požadované délky. Kontinuální lisování materiálu zabezpečuje vysoký stupeň zhutnění a vysokou úroveň mechanických ukazatelů kvality výlisků (obr. 11), (Křižan a kol. 2009). Obr. 11 Struktura výlisku - bez poruch 5.8 Kvalita dřevěných briket Kvalitní dřevěné brikety dosahují výhřevnosti až 18 MJ/kg, čímž přesahují hodnoty běžného hnědého uhlí (14-16 MJ/kg). Poměr obsahu sušiny a vody (vlhkost) briket výrazně ovlivňuje jejich výhřevnost. Když se voda při hoření odpařuje, snižuje tím základní výhřevnost sušiny biomasy. Popel ze spálených biopaliv obsahuje prvky jako je dusík (N), fosfor (P), draslík (K), vápník (Ca), hořčík (Mg), hydroxid draselný 27

(KOH), oxid křemičitý (SiO 2 ), kyselinu fosforečnou (H 3 PO 4 ) a další důležité stopové prvky a lze ho využít i jako velmi dobré minerální hnojivo. Porovnání kvality dřevěných briket s různými biopalivy jsou uvedeny v tabulce 4. Tab. 4 Výhřevnost MJ/kg min (max) Obsah vody % min (max) Popeloviny % min (max) Srovnání kvality různých biopaliv. Brikety Pelety Dřevo Štěpka Hnědé uhlí Černé uhlí Obilní sláma Nafta 18 18 18 15 14 (23) 27 (32) 16 42,5 9,2 7,5 10 20 10 (30) 10 (40) 12-0,35 0,35 0,2 (1) 1 (3) 3 (33) 3,7 (17) 3 - Vedle výhřevnosti a popelnatosti je součástí všech evropských norem na biopaliva také hodnota slisování biopaliv, vyjádřená měrnou hmotností. Ta nesmí být nikdy menší než 1000 kg/m 3, což znamená, že slisovaná biopaliva nesmí být lehčí než voda. Vysoká měrná hmotnost biopaliv zaručuje, že nepřijímají vzdušnou vlhkost, což prodlužuje jejich dobu skladování a délku hoření. Důležitou vlastností briket je i jejich soudržnost a odolnost proti nárazu při dopravě (Gabrielová, 2010). 5.9 Měření mechanické odolnosti briket dle normy V dnešní době je u dřevěných briket velmi důležitá jejich mechanická odolnost. Brikety jsou namáhány zvláště při převozu nákladními vozy a při manipulaci, v daných okamžicích mohou být vystaveny nárazům a otěrům, proto se měří mechanická odolnost dle normy ČSN EN 15210 Tuhá biopaliva - Stanovení mechanické odolnosti pelet a briket - Část 2: Brikety z roku 2011. Tato norma nám definuje požadavky a metody pro stanovení mechanické odolnosti briket. Zkoušený vzorek se má podrobit řízeným nárazům ve zkušebním bubnu, normou daných rozměrů. Podstata metody Zkušební vzorek se podrobí řízeným nárazům způsobených vzájemným narážením briket a jejich narážením na stěny v definovaném otáčejícím se zkušebním bubnu. Z hmotnosti vzorku zbývajícího po oddělení odřených částic se vypočítá mechanická odolnost. 28

Přístroj Jedná se o buben ve tvaru válce (obr. 12). a) vnitřní tloušťka: 598± 8 mm b) vnitřní průměr: 598± 8 mm 200± 2 - minimální tloušťka bubnu 1 mm - vnitřní povrch hladký bez rýh 598± 8 - přepážka: délka 598± 8 mm výška 200± 2 mm tloušťka 1 mm - předepsané otáčky 21± 0,1 ot/min Obr. 12 Technický nákres zkušebního bubnu Síto Podle průměru brikety, přibližně ekvivalentní 2/3 průměru brikety nebo její úhlopříčky, nesmí být větší než 45 mm. Postup zkoušky Zkušební podíl o hmotnost 2± 0,1 kg se ponechá po dobu 5 minut ve zkušebním bubnu, při předepsaných otáčkách. Poté se vše proseje sítem, zbylé vzorky na sítu, které nepropadly okem síta, se musí zvážit a poté se vypočítá procento mechanické odolnosti z celých briket. Výpočet Výpočet provedeme pomocí vzorce: DU - mechanická odolnost briket (%) m A - hmotnost po zkoušce (g) m E - hmotnost před zkouškou (g) 5.10 Skladování dřevěných briket Pro kvalitu dřevěných briket má skladování velký význam. Velikost skladovacího prostoru se v porovnání s hnědým uhlím sníží skoro o polovinu až, v porovnání s černým uhlím se zvýší. Tab. 5 uvádí některé vybrané druhy paliv, které jsou nejčastěji využívány k vytápění, jejich hmotnosti a nutný skladovací prostor (Horák, 2011). Brikety se ve srovnání s uhlím lépe a čistěji skladují a také manipulace je snazší a čistější. 29

Brikety by se měly skladovat v suchém prostředí, v bezpečné vzdálenosti od lehce zápalných látek a zdroje zapálení. Při skladování ve vlhkém prostředí nebo při přímém kontaktu s vodou, dochází k nabobtnání briket a jejich postupnému rozpadu na piliny (Jihobrik, 2010). Při suchém skladování mají prakticky neomezenou dobu skladovatelnosti (Franc, 2010). Norma, která se zabývá skladováním tuhých biopaliv, je norma ČSN 44 1315- Tuhá paliva - Skladování. Toto norma se vztahuje na tuhá paliva, jako jsou např. černé a hnědé uhlí, brikety apod. Platnost této normy byla zrušena roku 2007. Tab. 5 Hmotnosti a nutný skladovací prostor paliv nejčastěji využívaný pro vytápění (Horák, 2011) Palivo Hmotnost Průměrná hmotnost Prostor (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (m 3 /MWh) Palivové dříví-polena 320-450 385 0,6-0,8 Palivové dříví-odřezky 210-300 255 0,9-1,2 Štěpka 270-380 325 1,3 Rašelina 350-400 375 0,8 Dřevěné brikety 800-1100 950 0,25-0,3 Hnědé uhlí 650-780 715 0,41 Černé uhlí 770-880 825 0,17 Přechází-li uživatel rodinného domu s ústředním topením z kotle, který dosud využíval například černé uhlí, na topení briketami, musí počítat se změnou velikosti skladovacího prostoru. 30

6 Materiál a metodika 6.1 Materiál na výrobu briket Jako materiál na výrobu briket posloužily smrkové a bukové piliny a hobliny různých frakcí, z odlišných procesů výroby, jejich vlhkost se pohybovala od 8-10 %. Tyto piliny byly uskladněny v suchém prostředí, v igelitových pytlích, aby bylo zabráněno přístupu vlhkosti. 6.1.1 Smrkové brikety U smrkových briket byly použity dvě různé frakce, které byly v násypce smíchány dohromady, jednalo se o piliny z procesu srovnávání - pytel s označením p7 SM (obr. 13) a z procesu tloušťkování - pytel s označením p8 SM (obr. 14). Oba materiály prošly sítovou analýzou, která nám znázornila zastoupení jednotlivých frakcí. Obr. 13 Dřevní odpad z procesu srovnávání (p7 SM) 31

Obr. 14 Dřevní odpad z procesu tloušťkování (p8 SM) 6.1.2 Bukové brikety Bukové brikety byly vyrobeny z materiálu z různých výrobních operací. Pomocí sítové difrakce, bylo získáno šest různých frakcí, jednalo se o V0 - frakce 1 až Ø mm (obr. 15), V1 - frakce 3 až 1 mm (obr. 16), V3 - frakce 5 až 4 mm (obr. 17), V4 - frakce 6 až 5 mm (obr. 18), V5 - frakce 11 až 6 mm (obr. 19) a V6 - frakce 20-11 mm (obr. 20). Všechny tyto frakce byly postupně slisovány, od frakce V0 po frakci V6. Vyrobené brikety byly označeny danou frakcí a následně očíslovány (obr. 21). Dané brikety, byly pečlivě změřeny pomocí posuvného měřítka a zváženy, byly vybrány od každé frakce tři nejvíce rozměrově a hmotnostně podobné brikety, tedy celkem 18 briket, které byly zkoušeny na pevnost v tahu. Pro přesnější výsledky by bylo vhodné odzkoušet více vzorků, avšak nedostatek materiálu to nedovoloval. 32

Obr. 15 Frakce V0 Obr. 16 Frakce V1 33

Obr. 17 Frakce V3 Obr. 18 Frakce V4 34

Obr. 19 Frakce V5 Obr. 20 Frakce V6 35

Obr. 21 Bukové brikety - označení frakcí 6.2 Sítová difrakce Sítová difrakce slouží k tomu, abychom zjistili hmotnost a procentuální zastoupení jednotlivých velikostí frakcí z určité výrobní operace. K tomu, nám slouží difrakční přístroj (obr. 22), který se skládá ze sedmi sít, tyto síta mají různé velikosti otvorů (obr. 23). Analyzovaný materiál sypeme na horní síto. Materiál zachycený na jednotlivých sítech je přesně zvážen. Obr. 22 Přístroj na sítovou difrakci 36

Obr. 23 Jednotlivá síta 6.3 Výroba briket Důležitým faktorem této bakalářské práce byla výroba vlastních briket. Brikety byly lisovány na briketovací lisu BRIKLIS-BRIKSTAR 25-12 (obr. 24), vyrobený firmou Briklis, která vyrábí briketovací lisy pro zpracování odpadů již od roku 1991. Tento lis se skládá z velkoobjemové násypky, kde se nachází i čidlo minimální hladiny materiálu. V násypce je dále nahrnovací zařízení, které slouží ke stálému promíchávání a plynulému přívodu dřevního odpadu do šnekového dopravníku (obr. 25). Šnekový dopravník dopraví odpad do hydraulického agregátu, kde probíhá samotné lisování, po levé straně je snadno přístupný ovládací panel. Napájecí napětí tohoto lisu je 400 V a napětí potřebné k ovládání 24 V, maximální provozní tlak je 18 N. mm -2 (Horák, 2011). Obr. 24 Briketovací lis BRIKLIS-BRIKSTAR 25-12 37

a) b) Obr. 25 Dno násypky: a) promíchávací zařízení, b) šnekový dopravník K dispozici bylo jen omezené množství předem vybraných frakcí, tudíž muselo být čidlo na minimální hladinu přelepeno lepicí páskou, jinak by se briketovací lis nespustil. Po vsypání frakcí do násypky, musel být odmontován kryt nouzového otvoru a muselo být zajištěno plynulé zásobování šnekového dopravníku, aby byl stále zaplněn, abychom zabránili tvoření vzduchových mezer a lis vyráběl kontinuálně brikety stejné kvality, pro co nejpřesnější měření. Při výrobě vzorků briket byly použity následující tlaky 15 N. mm -2, 13,6 N. mm -2, 11,8 N. mm -2, 10 N. mm -2. V našem případě, jsme začaly lisovat tlakem nejvyšším, tedy tlakem 15 N. mm -2 a postupně ho snižovaly, nejprve muselo být odlisováno několik briket, které nebyly použity k měření, je zde vidět plynulý přechod ke kvalitním briketám (obr. 26), než začal lis vyrábět vlastnostmi podobné brikety, mezi přechody z jednoho tlaku na druhý muselo být také několik briket vyřazeno (obr. 27). 38

Obr. 26 Brikety, které nebyly použity k měření označeny šipkou Obr. 27 Přibližná délka vyřazených briket při změně tlaku 6.4 Stereometrický odhad objemu Objemy jednotlivých briket byly změřeny dle ČSN P CEN/TS 15150. Předmětem normy je popis metody stanovení hustoty částic lisovaných paliv, např. pelet nebo briket. V příloze A je stereometrický odhad objemu, se kterým pracujeme. Je to navržený postup odhadu pro pravidelně tvarované válcovité brikety nebo i pelety. Tento postup se dá použít u briket bez středového otvoru, ale i u briket se středovým otvorem. Nás bude zajímat stereometrický odhad objemu u briket bez středového otvoru. Měření bylo prováděno posuvným měřítkem. 39

6.4.1 Brikety bez středového otvoru Obr. 28 Měření briket bez středového otvoru Měření posuvným měřítkem: - Délka (L): Dvě měření na briketu, každé s 90 stupňovým vyosením - Vnější průměr (De): Šest měření na briketu (dvakrát na obou koncích a ve středu v ½ L). Výpočet kde: V p - objem brikety (cm 3 ) L - délka (cm) Dem - průměrná hodnota z 6 měření pro De (cm) 6.4.2 Měření objemu a hustoty Brikety, u kterých bylo vyžadováno k dalšímu testování změření objemu a hustoty, netýká se briket, které budou testovány na pevnost v tahu, byly důkladně změřeny pomocí posuvného měřítka, postup dle ČSN P CEN/TS 15150. Byl vypočítán stereometrický odhad objemu, vylisované brikety byly také ihned zváženy na digitálních váhách KERN PCB, poté mohla být vypočítána i měrná hmotnost briket. Měrná hmotnost byla počítána pomocí vzorce ρ = m/v. Výsledná hodnota byla převedena na konečnou jednotku kg/m 3. 40

Obr. 29 Měření rozměrů a hmotnosti briket, pomocí laboratorních vah a posuvného měřítka 6.4.3 Objemové změny Důležitým parametrem evropských norem je hodnota slisovaných ekologických paliv, která je vyjádřená měrnou hmotností. Ta by neměla být menší než 1000 kg/m 3, neměla by tedy být lehčí než voda (Horák, 2011). Z námi naměřených průměrných hodnot hustoty smrkových vzorků briket u jednotlivých lisovacích tlaků, kdy největší hustotu mají vzorky lisované tlakem 15 N. mm -2 a to 854,923 kg/m 3, a tedy ke stanovené hustotě 1000 kg/m3, která zajišťuje nepřijímání vzdušné vlhkosti, mají celkem daleko. Naměřené výsledky byly proto zapsány do tabulek č. 6 až 9 a poté uskladněny do sklepa, který se nachází přibližně 1 metr pod půdním povrchem. Klimatické podmínky ve sklepě byly následující: vlhkost 82 % a teplota při měření 7,5 C. Vzorky smrkových briket byly ponechány v těchto zhoršených klimatických podmínkách čtrnáct dnů a poté následovalo opětovné změření jejich rozměrů a vypočítání objemu jednotlivých vzorků. Při uskladnění se tyto zhoršené podmínky projevily především objemovými změnami (V14), které jsou zaznamenány, dle jednotlivých skupin vzorků v tabulkách č. 10 až 13. 6.5 Zkouška pevnosti v tahu Zkouška pevnosti v tahu byla dělána dle metodiky Ing. Jana Šrajera Ph.D. Výsledky z diplomové práce z roku 2011 od Ing. Horáka, kde se zabýval měření pevnosti v tahu u bukových briket, budou porovnány s našimi naměřenými výsledky smrkových briket, s výstupním vyhodnocením. Zkouška probíhala na zkušebním stroji Instron (obr. 30), rozsah měření je od 0 do 5000 N, zařízení se nachází ve zkušebně Ústavu nábytku, designu a bydlení. Vzorky 41

briket byly namáhány v axiálním směru brikety (obr. 31), výsledkem bylo zjistit pevnost brikety v tahu v tomto směru. Zkušební stroj je připojen na notebook, který slouží jako výstupní zařízení zkušebního stroje a zpracovává jednotlivé výsledky zkoušených vzorků briket, pomocí daného programu zaznamenává všechny potřebné měřené parametry do přehledné tabulky a zároveň vykreslí graf. Obr. 30 Zkušební stroj Instron s výstupem na notebook Obr. 31 Z prava axiální směr namáhání a probíhající zkouška pevnosti v tahu 6.5.1 Příprava zkušebních vzorků Vzorky byly připraveny dle metodiky diplomové práce Ing. Kryštofa Horáka za pomoci Ing. Jana Šrajera Ph.D., který vyřešil uchycení vzorků do trhacího stroje tak, že jednotlivé brikety jsou slepeny mezi dva čtverce bukové překližky o rozměrech 90x90 mm, otvor v překližce pro briketu byl do překližky vyfrézován pomocí CNC 42

stroje, uchycení vzorků je vyřešeno pomocí přípravku, kde podstatnou roli hraje hliníkový blok s drážkou, který je přilepen pomocí tavného lepidla na čtverci překližky o rozměrech také 90x90 mm. Jsou k dispozici dva přípravky, které se jednotlivě mění na každý vzorek, kde jsou uchyceny pomocí vrutů 3,5x 25 mm. Na obrázku č. 32, jsou zobrazené všechny potřebné komponenty k uchycení vzorku do trhacího stroje, ocelovou čelist značí (č. 1), která se zasouvá do drážky hliníkového bloku (č. 2), tento hliníkový blok je přilepen pomocí tavného lepidla Unimelt 710 k bukové překližce o rozměrech 90x90 mm (č. 3). 1. 3. 2. Obr. 32 Jednotlivé komponenty k uchycení vzorku do trhacího stroje 6.5.2 Použitá lepidla Pro výrobu vzorků na zkoušku v tahu byly použity následující lepidla: ISOLEMFI 3100 RAPIDE Technické údaje: Popis: jednosložkové polyuretanové lepidlo Báze: polyuretan Konzistence: kapalina Vytvrzení: vzdušnou vlhkostí Otevřená čas při 20 C : 16 min Doba stlačení při 20 C: 1 h Konečné vytvrdnutí při 20 C: 24 h Vodě odolnost: výborná - D4 (dle ČSN EN 204) Tepelná odolnost spoje: 5-35 C 43

Unimelt 710 Jedná se o tavné tyčinky, které se používají na lepení dřeva, kovů a některých plastů včetně obtížně lepitelných. Doporučená teplota zpracování je 180-200 C. Tavné lepidlo Unimelt bylo použito pro slepení čtverce překližky (PDP) s hliníkovými bloky, po odzkoušení bylo zapotřebí daný přípravek znovu oddělit. 6.6 Měření mechanické odolnosti v provozních podmínkách Pro měření mechanické odolnosti briket v provozních podmínkách, jsme se řídili dle normy ČSN EN 15210 Tuhá biopaliva - Stanovení mechanické odolnosti pelet a briket - Část 2: Brikety z roku 2011, avšak jako zkušební buben byla zvolena zednická míchačka, abychom se co nejvíce přiblížili a nasimulovaly požadavky udané v normě. Podstata metody Zkušební vzorek se podrobí řízeným nárazům způsobených vzájemným narážením briket a jejich narážením na stěny v námi zvoleném zkušebním bubnu. Z hmotnosti vzorku zbývajícího po oddělení odřených částic se vypočítá mechanická odolnost. Přístroj Jedná se o buben ve tvaru válce (obr. 33). a) vnitřní tloušťka: 512 mm 161 b) vnitřní průměr: 698 mm 698 - tloušťka bubnu je 1 mm - vnitřní povrch hladký bez rýh - 2 přepážky: délka 512 mm výška 161 mm tloušťka 2 mm - naměřené otáčky 24,5 ot/min Obr. 33 Námi zvolený zkušební buben Síto Podle průměru brikety bylo zvoleno síto o průměru ok 40 mm. Postup zkoušky Od každého lisovacího tlaku (10; 11,8; 13,6; 15 N. mm -2 ) bylo k dispozici 10 vzorků briket, těchto 10 vzorků, od každého tlaku, bylo dohromady zváženo a po těchto deseti vzorcích vložených do zkušebního bubnu probíhala zkouška mechanické odolnosti. Vzorky se ponechaly po dobu 4 minuty a 17 sekund ve zkušebním bubnu, 44

při 24,5 otáčkách za minutu, celkem tedy za tento čas zkušební buben udělá 105 otáček podle normy. Poté se vše proseje sítem o velikosti oka 40 mm, zbylé vzorky na sítu, které nepropadly okem síta, se musí zvážit a poté se vypočítá procento mechanické odolnosti. Výpočet Výpočet provedeme pomocí vzorce: DU - mechanická odolnost briket (%) m A - hmotnost po zkoušce (g) m E - hmotnost před zkouškou (g) Obr. 34 Vzorky briket po zkoušce, z leva lisované tlakem (10; 11,8; 13,6; 15 N. mm -2 ) 45

7 Výsledky 7.1 Měření objemových změn u smrkových briket 7.1.1 Okamžitý objem a hustota V tabulkách 6 až 9, jsou naměřené výsledné hodnoty, které byly měřeny ihned po vylisování vzorků. Průměr hustoty vzorků lisovaných tlakem 15 N. mm -2 (tab. 6) je 854,923 kg/m 3, v tabulkách č. 6-9 můžeme vidět, že s klesajícím tlakem klesá i hustota, v případě lisovacího tlaku 13,6 N. mm -2 je průměrná hustota 822,879 kg/m 3, u lisovacího tlaku 11,8 N. mm -2 je průměrná hustota vzorků 794,167 kg/m 3 a u lisovacího tlaku 10 N. mm -2, již pouze 759,780 kg/m 3, můžeme tedy vidět lineární závislost, čím nižší lisovací tlak, tím nižší průměrná hustota vylisovaných vzorků smrkových briket. Tab. 6 Naměřené hodnoty smrkových briket lisovaných při tlaku 15 N. mm -2 č. vzorku Okamžitý objem a hustota briket (SM) po vylisování při tlaku 15 N. mm - ² Dem (cm) L (cm) V (cm³) m (g) hustota (kg/m³) 1. 6,688 4,148 145,636 128,5 882,337 2. 6,694 4,551 160,078 138,62 865,951 3. 6,680 4,094 143,396 125,96 878,405 4. 6,703 4,238 149,486 128,13 857,135 5. 6,691 4,485 157,621 138,6 879,324 26. 6,701 4,412 155,502 130,4 838,576 27. 6,693 4,495 158,055 134,92 853,626 28. 6,714 4,725 167,187 136,66 817,409 29. 6,689 4,480 157,345 132,82 844,130 30. 6,704 4,286 151,225 125,87 832,339 Průměr 6,696 4,391 154,553 132,048 854,923 Maximum 6,714 4,725 167,187 138,620 882,337 Směrodatná odchylka 0,010 0,196 7,159 4,968 21,928 Medián 6,694 4,446 156,424 131,610 855,381 46

Tab. 7 Naměřené hodnoty smrkových briket lisovaných při tlaku 13,6 N. mm -2 č. vzorku Okamžitý objem a hustota briket (SM) po vylisování při tlaku 13,6 N. mm - ² Dem (cm) L (cm) V (cm³) m (g) hustota (kg/m³) 40. 6,693 4,476 157,399 130,50 829,104 41. 6,698 4,267 150,267 124,18 826,395 42. 6,714 4,293 151,895 120,91 796,012 43. 6,699 4,665 164,339 135,48 824,392 44. 6,709 4,872 172,157 137,63 799,444 65. 6,709 4,618 163,182 136,62 837,226 66. 6,710 4,983 176,119 145,10 823,876 67. 6,686 4,554 159,783 131,42 822,491 68. 6,698 4,731 166,572 139,95 840,177 69. 6,719 4,520 160,195 132,91 829,675 Průměr 6,704 4,598 162,191 133,470 822,879 Maximum 6,719 4,983 176,119 145,100 840,177 Směrodatná odchylka 0,010 0,229 8,158 7,195 14,441 Medián 6,704 4,586 161,689 134,195 825,394 Tab. 8 Naměřené hodnoty smrkových briket lisovaných při tlaku 11,8 N. mm -2 č. vzorku Okamžitý objem a hustota briket (SM) po vylisování při tlaku 11,8 N. mm - ² Dem (cm) L (cm) V (cm³) m (g) hustota (kg/m³) 80. 6,708 5,048 178,292 140,99 790,781 81. 6,716 5,025 177,877 138,30 777,505 82. 6,731 5,189 184,518 144,09 780,900 83. 6,728 4,842 172,011 134,59 782,449 84. 6,711 4,985 176,211 140,19 795,580 105. 6,714 4,740 167,725 133,17 793,979 106. 6,710 4,607 162,842 129,36 794,392 107. 6,718 4,812 170,493 135,97 797,509 108. 6,714 4,836 171,122 138,37 808,604 109. 6,700 5,067 178,568 146,42 819,970 Průměr 6,715 4,915 173,966 138,145 794,167 Maximum 6,731 5,189 184,518 146,420 819,970 Směrodatná odchylka 0,009 0,176 6,309 5,115 12,866 Medián 6,714 4,913 174,111 138,335 794,186 47

Tab. 9 Naměřené hodnoty smrkových briket lisovaných při tlaku 10 N. mm -2 č. vzorku Okamžitý objem a hustota briket (SM) po vylisování při tlaku 10 N. mm - ² Dem (cm) L (cm) V (cm³) m (g) hustota (kg/m³) 120. 6,718 5,361 189,913 144,59 761,348 121. 6,728 5,239 186,144 140,48 754,685 122. 6,721 4,645 164,706 123,92 752,372 123. 6,722 4,799 170,235 127,90 751,313 124. 6,717 5,152 182,458 139,85 766,476 145. 6,715 4,848 171,577 130,53 760,765 146. 6,721 5,123 181,616 139,19 766,396 147. 6,731 5,264 187,217 142,68 762,111 148. 6,725 5,006 177,706 133,90 753,492 149. 6,727 4,957 176,045 135,35 768,839 Průměr 6,722 5,039 178,762 135,839 759,780 Maximum 6,731 5,361 189,913 144,590 768,839 Směrodatná odchylka 0,005 0,229 8,182 6,745 6,426 Medián 6,722 5,064 179,661 137,270 761,057 7.1.2 Objemové změny Tab. 10 Objemové změny briket lisovaných tlakem 15 N. mm -2 č. vzorku Dem (cm) Objemové změny po 14 dnech L (cm) m (g) V 14 (cm³) V (cm³) R (%) 1. 7,142 5,950 141,16 238,21 145,64 63,57 2. 7,173 6,436 151,42 259,95 160,08 62,39 3. 7,121 5,695 136,72 226,68 143,40 58,08 4. 7,224 6,319 140,05 258,84 149,49 73,16 5. 7,191 6,443 151,2 261,50 157,62 65,91 26. 7,237 6,501 143,86 267,26 155,50 71,87 27. 7,207 6,338 147,93 258,38 158,06 63,48 28. 7,259 6,911 150,14 285,89 167,19 71,00 29. 7,181 6,149 145,53 248,86 157,35 58,16 30. 7,204 6,163 138,05 251,06 151,22 66,02 Průměr 7,194 6,290 144,606 255,66 154,55 65,36 Maximum 7,259 6,911 151,420 285,89 167,19 73,16 Směrodatná odchylka 0,042 0,331 5,485 16,09 7,16 5,34 Medián 7,197 6,328 144,695 258,61 156,42 64,74 48

Tab. 11 Objemové změny briket lisovaných tlakem 13,6 N. mm -2 č. vzorku Dem (cm) Objemové změny po 14 dnech L (cm) m (g) V 14 (cm³) V (cm³) R (%) 40. 7,231 6,351 143,24 260,70 157,40 65,63 41. 7,176 5,994 136,46 242,28 150,27 61,23 42. 7,206 6,140 133,63 250,30 151,89 64,78 43. 7,247 6,583 148,15 271,38 164,34 65,13 44. 7,303 7,075 151,73 296,17 172,16 72,03 65. 7,259 6,290 148,33 260,12 163,18 59,41 66. 7,295 7,072 158,73 295,44 176,12 67,75 67. 7,218 6,318 143,84 258,36 159,78 61,69 68. 7,206 6,616 153,35 269,66 166,57 61,89 69. 7,180 6,249 145,93 252,87 160,20 57,85 Průměr 7,232 6,469 146,339 265,73 162,19 63,74 Maximum 7,303 7,075 158,730 296,17 176,12 72,03 Směrodatná odchylka 0,044 0,368 7,558 18,01 8,16 4,20 Medián 7,225 6,334 147,040 260,41 161,69 63,34 Tab. 12 Objemové změny briket lisovaných tlakem 11,8 N. mm -2 č. vzorku Dem (cm) Objemové změny po 14 dnech L (cm) m (g) V (cm³) V (cm³) R (%) 80. 7,279 7,296 155,20 303,42 178,29 70,18 81. 7,327 7,415 153,08 312,42 177,88 75,64 82. 7,243 7,296 156,92 300,44 184,52 62,83 83. 7,153 6,843 145,67 274,79 172,01 59,75 84. 7,144 6,896 151,36 276,24 176,21 56,77 105. 7,171 6,689 145,15 270,02 167,72 60,99 106. 7,153 6,575 141,75 264,08 162,84 62,17 107. 7,240 6,966 149,75 286,64 170,49 68,12 108. 7,137 6,806 151,40 272,12 171,12 59,02 109. 7,368 7,360 161,85 313,63 178,57 75,64 Průměr 7,221 7,014 151,213 287,38 173,97 65,11 Maximum 7,368 7,415 161,850 313,63 184,52 75,64 Směrodatná odchylka 0,083 0,303 6,003 18,57 6,31 6,85 Medián 7,206 6,931 151,380 281,44 174,11 62,50 49

Tab. 13 Objemové změny briket lisovaných tlakem 10 N. mm -2 č. vzorku Dem (cm) Objemové změny po 14 dnech L (cm) m (g) V (cm³) V (cm³) R (%) 120. 7,516 8,154 159,25 361,59 189,91 90,40 121. 7,336 7,886 153,32 333,18 186,14 78,99 122. 7,446 7,574 137,62 329,64 164,71 100,14 123. 7,354 7,164 140,02 304,12 170,24 78,65 124. 7,446 8,027 153,83 349,33 182,46 91,46 145. 7,397 7,136 143,93 306,46 171,58 78,61 146. 7,385 7,813 155,12 334,45 181,62 84,15 147. 7,392 8,058 157,48 345,62 187,22 84,61 148. 7,596 8,180 149,24 370,53 177,71 108,51 149. 7,366 7,341 149,65 312,67 176,04 77,61 Průměr 7,423 7,733 149,946 334,76 178,76 87,31 Maximum 7,596 8,180 159,25 370,53 189,91 108,51 Směrodatná odchylka 0,081 0,403 7,332 22,57 8,18 10,39 Medián 7,394 7,849 151,485 333,81 179,66 84,38 7.2 Pevnost v tahu u smrkových briket Výsledky byly zaznamenávány do grafu a do přehledné tabulky, kde nás nejvíce zajímá zatížení při maximálním. Tyto hodnoty zatížení při maximálním, u smrkových briket, budou dále komentovány a porovnávány s výsledky z diplomové práce Ing. Kryštofa Horáka, který zkoumal zatížení při maximálním u bukových briket. 7.2.1 Lisovací tlak 15 N. mm -2 Na grafu č. 1, vidíme jednotlivé průběhy křivek pro jednotlivé vzorky briket, s označenými maximálními hodnotami, všechny potřebné výsledky jsou uvedené v tabulce č. 14. U briket lisovaných nejvyšším tlakem 15 N. mm -2, byla nejvyšší hodnota naměřena u vzorku číslo 9/#4, kde maximální tahové protažení je 144,15 N. Naopak nejmenší naměřená hodnota, byla naměřena u vzorku číslo 23/#8 a jeho hodnota je 92,33 N. Po celkovém zhodnocení jsou výsledky celkem vyrovnané a jejich výsledný průměr se rovná 123,24 N. Medián vychází 126,91 N a rozdíl je tedy pouhých 3,67 N. 50

Graf 1. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 15 N. mm -2 Tab. 14 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 15 N. mm -2 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním tahovém protažení Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 6/#1 34,73234 124,3991 0,17933 75,2 49,51 7/#2 38,60567 138,2721 0,17053 82,0 49,51 8/#3 30,39126 108,8509 0,18075 92,1 49,51 9/#4 40,24543 144,1451 0,26131 92,5 49,51 10/#5 30,76409 110,1863 0,11146 64,1 49,51 21/#6 38,58020 138,1809 0,31472 97,3 49,51 22/#7 36,13668 129,4290 0,21112 89,1 49,51 23/#8 25,77832 92,32898 0,13721 77,0 49,51 24/#9 32,32036 115,7603 0,12009 81,5 49,51 25/#10 36,53747 130,8645 0,12432 48,3 49,51 Průměr 34,40918 123,2417 0,18108 79,91 49,51 Maximum 40,24543 144,1451 0,31472 97,3 49,51 Směrodatná odchylka 4,5335 16,2374 0,06585 14,8349 0 Medián 35,43451 126,9141 0,17493 81,75 49,51 7.2.2 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 Na grafu č. 2, můžeme pozorovat, že největší výchylku měly brikety č. 60/#6, hodnota zatížení při maximálním činí 19,37 N, nejnižší naopak briketa č. 62/#8, hodnota je 111,76 N. Celkový průměr měřených vzorků při maximálním vychází 140,35 N. Medián 135,53 N, rozdíl je 4,82 N. 51

Graf 2. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2 Tab. 15 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním tahovém protažení Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 45/#1 38,83297 139,0862 0,17566 80,6 49,51 46/#2 32,65105 116,9447 0,15211 69,6 49,51 47/#3 36,84574 131,9686 0,13947 65,5 49,51 48/#4 49,86348 178,5936 0,20274 73,6 49,51 49/#5 39,33164 140,8723 0,23803 77,0 49,51 60/#6 55,66550 199,3744 0,34581 92,5 49,51 61/#7 33,33377 119,3900 0,13319 69,9 49,51 62/#8 31,20337 111,7596 0,26159 124,5 49,51 63/#9 42,73187 153,0507 0,24660 82,0 49,51 64/#10 31,40560 112,4839 0,16857 80,3 49,51 Průměr 39,1865 140,3524 0,20638 81,55 49,51 Maximum 55,6655 199,3744 0,34581 124,5 49,51 Směrodatná odchylka 8,19884 29,3654 0,06689 16,95519 0 Medián 37,83935 135,5274 0,1892 78,65 49,51 7.2.3 Lisovací tlak 11,8 N. mm -2 Na grafu č. 3, pozorujeme celkem pravidelné křivky protažení jednotlivých vzorků. Naměřený průměr při maximálním je 143,63 N, což je prozatím nejvyšší naměřený průměr z vyhodnocených skupin. Medián vychází 52

138,76 N, rozdíl 4,87 N. Nejvyšší naměřená hodnota byla naměřena u brikety č. 85/#1 a to 174,26 N. Nejnižší naopak u brikety č. 86/#2, pouhých 116,26 N. Graf 3. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 11,8 N. mm -2 Tab. 16 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 11,8 N. mm -2 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 85/#1 48,65400 174,2617 0,31269 96,2 49,51 86/#2 32,46125 116,2649 0,23474 105,8 49,51 87/#3 42,91197 153,6958 0,21765 90,9 49,51 88/#4 37,56537 134,5461 0,31065 118,1 49,51 89/#5 36,34888 130,1891 0,21877 89,1 49,51 100/#6 35,89218 128,5533 0,23881 88,8 49,51 101/#7 41,98974 150,3926 0,28944 101,2 49,51 102/#8 38,76964 138,8594 0,20930 99,2 49,51 103/#9 38,71397 138,6599 0,19007 86,4 49,51 104/#10 47,71702 170,9058 0,34551 103,3 49,51 Průměr 40,1024 143,6329 0,25676 97,9 49,51 Maximum 48,654 174,2617 0,34551 118,1 49,51 Směrodatná odchylka 5,1952 18,60739 0,05318 9,7558 0 Medián 38,7418 138,7597 0,23678 97,7 49,51 7.2.4 Lisovací tlak 10 N. mm -2 Grafu č. 4, znázorňuje křivky pro tlak 10 N. mm -2, všechny potřebné výsledky a údaje jsou uvedené v tabulce č. 17. 53

U smrkových briket lisovaných nejnižším tlakem 10 N. mm -2, byla nejvyšší hodnota naměřena u vzorku číslo 143/#9, kde maximální tahové protažení je 151,16 N. Na druhou stranu nejmenší naměřená hodnota, byla naměřena u vzorku číslo 144/#10 a jeho hodnota je 95,27 N. Po celkovém zhodnocení jsou výsledky velmi stálé a jejich výsledný průměr se rovná 121,45 N. Medián vychází 121,05 N a rozdíl činí tedy pouhých 0,40 N. Graf 4. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 10 N. mm -2 Tab. 17 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 10 N. mm -2 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 125/#1 27,01312 96,7516 0,14547 69,2 49,51 126/#2 39,89936 142,9056 0,37029 105,6 49,51 127/#3 34,67896 124,2080 0,15400 62,4 49,51 128/#4 29,79513 106,7158 0,25026 119,4 49,51 129/#5 40,25973 144,1963 0,26970 89,1 49,51 140/#6 28,14988 100,8231 0,25268 123,3 49,51 141/#7 37,57951 134,5967 0,15210 63,8 49,51 142/#8 32,91285 117,8824 0,31546 115,7 49,51 143/#9 42,20490 151,1633 0,39858 117,7 49,51 144/#10 26,59960 95,27049 0,24307 112,7 49,51 Průměr 33,9093 121,4513 0,25516 97,89 49,51 Maximum 42,2049 151,1633 0,39858 123,3 49,51 Směrodatná odchylka 5,87998 21,06005 0,08866 24,53752 0 Medián 33,79591 121,0452 0,25147 109,15 49,51 54

7.3 Mechanická odolnost smrkových briket Mechanická odolnost vzorků smrkových briket, byla měřena v provozních podmínkách. Zkušební buben byl nasimulován zednickou míchačkou, abychom se co nejvíce přiblížili zadání v normě. Popis zkoušky mechanické odolnosti briket v provozních podmínkách popisuje odstavec č. 6.6. Výsledky zkoušky pro jednotlivé smrkové brikety lisované různými tlaky jsou uvedeny v tabulkách č. 18-21. Tab. 18 Výsledky zkoušky mechanické odolnosti - lisovací tlak 15 N. mm -2 Hmotnost před Hmotnost po Mechanická zkouškou zkoušce odolnost briket m E (g) m A (g) DU (%) 1333,37 1208,34 90,62 Tab. 19 Výsledky zkoušky mechanické odolnosti - lisovací tlak 13,6 N. mm -2 Hmotnost před Hmotnost po Mechanická zkouškou zkoušce odolnost briket m E (g) m A (g) DU (%) 1368,34 1243,46 90,87 Tab. 20 Výsledky zkoušky mechanické odolnosti - lisovací tlak 11,8 N. mm -2 Hmotnost před Hmotnost po Mechanická zkouškou zkoušce odolnost briket m E (g) m A (g) DU (%) 1362,09 1241,02 91,11 Tab. 21 Výsledky zkoušky mechanické odolnosti - lisovací tlak 10 N. mm -2 Hmotnost před Hmotnost po Mechanická zkouškou zkoušce odolnost briket m E (g) m A (g) DU (%) 1458,49 1297,94 88,99 55

7.4 Pevnost v tahu u bukových briket různých frakcí 7.4.1 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 0) U těchto vzorků velikostí frakce 0 jsme naměřili dva extrémy, nejvyšší naměřená hodnota zatížení při maximálním byla 168,55 N a naopak nejnižší pouhých 57,33 N. Naměřený průměr je 110,38 N, medián 105,24 N, rozdíl tedy 5,14 N. Graf 5. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 0 Tab. 22 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 0 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 200/#1 29,38273 105,2390 0,08219 52,7 49,51 201/#2 16,00736 57,3328 0,06246 48,3 49,51 202/#3 47,06027 168,5540 0,13442 61,1 49,51 Průměr 30,8167867 110,375 0,09302 54,03 49,51 Maximum 47,06027 168,554 0,13442 61,1 49,51 Směrodatná odchylka 15,5760455 55,788 0,03718 6,503 0 Medián 29,38273 105,239 0,08219 52,7 49,51 56

7.4.2 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 1) Naměřené výsledky u frakce 1, vykazují v naměřeném průměru ještě o 17,72 N nižší pevnost vzorků briket, nežli u vzorků lisovaných z frakce 0, průměr zde vychází 92,66 N, medián 91,71 N, rozdíl tedy pouhých 0,95 N. Graf 6. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 1 Tab. 23 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 1 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 210/#1 34,85496 124,8380 0,10748 63,1 49,51 211/#2 17,14928 61,4228 0,08684 76,6 49,51 215/#3 25,60428 91,7056 0,04303 25,1 49,51 Průměr 25,8695067 92,6556 0,07912 54,9333 49,51 Maximum 34,85496 124,838 0,10748 76,6 49,51 Směrodatná odchylka 8,85581927 31,7185 0,03291 26,7036 0 Medián 25,60428 91,7056 0,08684 63,1 49,51 57

7.4.3 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 3) Zde se nám naměřené výsledky opět přiblížili naměřeným výsledkům z frakce 0. Naměřený průměr zde vychází 129,24 N, medián 107,60 N, vysoký rozdíl 21,64 N, způsobený vzorkem č. 223/#3. Graf 7. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 3 Tab. 24 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 3 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 220/#1 30,04295 107,603 0,10441 56,7 49,51 221/#2 28,71876 102,861 0,06441 47,3 49,51 223/#3 49,49205 177,263 0,27327 74,6 49,51 Průměr 36,0845867 129,242 0,14736 59,5333 49,51 Maximum 49,49205 177,263 0,27327 74,6 49,51 Směrodatná odchylka 11,6300655 41,6548 0,11086 13,8688 0 Medián 30,04295 107,603 0,10441 56,7 49,51 58

7.4.4 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 4) Zde máme již výsledky poměrně vysoké, průměrná hodnota celých 206,86 N, medián 216,73 N, rozdíl je 9,87 N Graf 8. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 4 Tab. 25 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 4 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 230/#1 49,94991 178,903 0,16180 52,7 49,51 231/#2 62,80270 224,937 0,21290 53,7 49,51 232/#3 60,51178 216,732 0,20993 50,3 49,51 Průměr 57,7547967 206,858 0,19488 52,2333 49,51 Maximum 62,8027 224,937 0,2129 53,7 49,51 Směrodatná odchylka 6,8556014 24,5544 0,02868 1,74738 0 Medián 60,51178 216,732 0,20993 52,7 49,51 59

7.4.5 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 5) U této frakce vychází nejvíce rovnoměrné výsledky, hodnoty u tří vzorků briket se pohybují v rozmezí 233,69-235,81 N, průměr je tedy 234,65 N, medián 234,44 N, rozdíl tedy pouhých 0,21 N. Graf 9. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 5 Tab. 26 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 5 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 243/#1 65,24714 233,693 0,22528 60,1 49,51 244/#2 65,83881 235,812 0,25989 66,5 49,51 248/#3 65,45626 234,442 0,25348 72,3 49,51 Průměr 65,51407 234,649 0,24622 66,3 49,51 Maximum 65,83881 235,812 0,25989 72,3 49,51 Směrodatná odchylka 0,3000414 1,07465 0,01841 6,10246 0 Medián 65,45626 234,442 0,25348 66,5 49,51 60

7.4.6 Lisovací tlak 13,6 N. mm -2 (frakce 6) Tato frakce již nemá tak rovnoměrné výsledky jako v případě frakce 5, avšak v průměru jsou hodnoty naměřené ze tří vzorků vyšší a to o 4,23 N, průměr vychází 238,88 N, medián 244,61 N, rozdíl je 5,73 N. Graf 10. Průběh namáhání briket v tahu pro lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 6 Tab. 27 Výsledky zkoušky v tahu - lisovací tlak 13,6 N. mm -2, velikost frakce 6 Číslo vzorku/ #číslo v grafu Tahové napětí při maximálním Zatížení při maximálním Energie při maximálním Čas při maximálním Axiální měřená délka (zdroj deformace) (kpa) (N) (J) (sec) (mm) 250/#1 59,27450 212,301 0,27863 78,7 49,51 251/#2 68,29575 244,612 0,29573 58,8 49,51 252/#3 72,51933 259,739 0,25795 53,3 49,51 Průměr 66,6965267 238,884 0,27744 63,6 49,51 Maximum 72,51933 259,739 0,29573 78,7 49,51 Směrodatná odchylka 6,76568673 24,2323 0,01892 13,363 0 Medián 68,29575 244,612 0,27863 58,8 49,51 61