Puun palaminen on mielenkiintoinen kemiallinen ja fysikaalinen ilmiö, jossa puun sisältämät aineet muuttuvat kaasumaiseen muotoon, palavat näkyvällä liekillä ja sysäävät ilman atomit siinämäärin liikkeeseen, että syntyy lämpöä.
Lähestyn tässä kirjoituksessa puun palamisen reaktioita kansantajuisesti niin kuin ne itse olen tajunnut. Koko teksti ei välttämättä ole aivan oppikirjan mukaista, mutta siinämäärin oikeaa että näitä asioita huomioimalla voi vaikuttaa puun palamiseen ja tehostaa oman tulisijansa toimintaa.
Puun palamisen edellytykset
Puun, kuten kaiken muunkin materiaalin, palaminen tarvitsee kolme erillistä asiaa. Mikäli jokin näistä ei toteudu, prosessi ei jatku ja tuli sammuu. Tähän samaan yhtälöön perustuu myös tulipalojen sammuttaminen, ja toisaalta tehokkaan palamisen mahdollistaminen.
Puun palaminen on tehokasta silloin, kun kaikki nämä toteutuvat oikeassa suhteessa keskenään.
Lämpö – Puun syttymislämpötila
Lämpö, tarkemmin sanottuna kuumuus, on tärkeä asia ennen kaikkea palamisen puhtauen näkökulmasta. Mitä kuumempi liekki on, sitä puhtaammin puusta irtoavat kaasut palavat ja sitä vähemmän palamatonta ainesta kulkeutuu savujen mukana ulkoilmaan.
Lämpöä syntyy palamisreaktiossa kaiken aikaa. Palamisen edellytyksenä on, että lämpöä muodostuu riittävästi jotta kuumuus riittää hajottamaan puuta palaviksi yhdisteiksi.
Puu alkaa kemiallisesti pehmenemään ja hajoamaan 180 celsiusasteen lämpötilassa ja hajoaminen on suurimmillaan 320-380 asteen välillä.
Ennen kuin puu pääsee riittävän kuumaksi, yli 180 asteiseksi, on puussa olevan veden höyrystyttävä. Veden höyrystyminen tapahtuu 100 asteen yläpuolella ja yleisesti voikin ajatella, että puun lämpötila ei voi nousta palamispisteeseen ennen kuin kaikki puuhun imeytynyt vesi on höyrystynyt. Tästä johtuen märän puun polttaminen ei ole tehokasta.
Vaikka äkkiä voisi ajatella että on sama kuivaako puu pannuhuoneen lämmössä vai tulipesässä, on näillä kahdella tavalla kuitenkin eräs ratkaiseva ero.
Tulipesässä kuivuva puu laskee liekin lämpötilaa ja tekee palamisesta epäpuhtaampaa. Muistammehan että phdas palaminen vaatii mahdollisimman korkean lämpötilan. Tämä huomioiden voidaan todeta, että vaikka veden poistamiseen menee näennäisesti sama määrä energiaa, tehdään se sitten pannuhuoneen lämmössä tai tulipesässä, poistuu vesi puusta vähemmän saastuttavalla tavalla kun annetaan tulelle vain kuivaa puuta.
Happi – Riittävä ilmansaanti varmistaa puhtaan palamisen
Koska palaminen on materiaalin yhtymistä happeen ja siten muuttumista toiseen olomuotoon, on happi erittäin tärkeä tekijä palamisreaktiossa. Meitä ympäröivässä ilmassa on happea noin 21 prosenttia. Koska ilmaa on yleensä hyvin saatavilla siellä missä on elämääkin, on ilman ohjaaminen tuleen hyvä keino hapen lisäämiseksi.
Palamisreaktiolle tärkeän hapen lisäksi ilmassa on aina myös typpeä, itseasiassa paljon enemmän kuin happea. Ilman typpipitoisuus on 78 prosenttia, eikä typpeä tarvita palamisessa mihinkään. Ilmassa oleva typpi on itseasiassa vain haitaksi palamisen kannalta, mutta koska ilmaa on paljon helpommin saatavilla kuin puhdasta happea, on käsittelemättömän ilman käyttäminen useimmissa tapauksissa kuitenkin kustannustehokkain ratkaisu.
Ilmassa oleva typpi haittaa palamista kahdella tavalla. Koska typpi on palamaton kaasu, on se turhaan hapen tiellä palamisreaktiossa. Koska typpi on tiviisti happeen sitoutuneena, tulee se myös lämmittää palamislämpötilaan jotta hapen ja prosessin lämpötila saadaan pysymään korkeana. Nämä kaksi asiaa johtavat siihen, että tulelle pitää tehokkaan palamisen mahdollistamiseksi antaa vain sen verran ilmaa kuin se tarvitsee. Liika ilma jäähdyttää liekkiä turhaan, liian pieni ilmamäärä taas saa aikaan lähinnä epäpuhdasta palamista, häkää ja tervaa, joka likaa tulipesän seiniä ja savupiippua.
Materiaali – Kaikki palaa parhaiten kuivana.
Kun puhutaan puun polttamisesta, materiaali joka palaa on tietysti puu. Mitä vähemmän puussa on puhdasta vettä, sitä helpommin puu nousee syttymislämpötilaansa ja sitä kuumempana puusta irtoavat kaasut voivat palaa.
Yhtä kautta ajateltuna juuri kaadetussa puussa on toisaalta eniten palavaa, koska heti puun kaatamisen jälkeen alkaa luonnollinen, hidas palaminen, jota lahoamiseksikin kutsutaan. Suurissa lämpökeskuksissa joissa on mahdollista ottaa talteen puun poltosta lämpö sekä itse palamisesta että myöskin savukaasuista, voidaan polttaa myös juuri kaadettua ja hyvin tuoretta puuta. Tutkimusten mukaan tällaisissa laitoksissa saadaan tuoreen puun polttamisesta energiaa talteen jopa enemmän kuin kuivan puun poltosta. On huomioitava että tällaista järjestelmää ei ole mahdollista soveltaa kotitalouskokoon jonka vuoksi takkapuiden on parasta olla edelleenkin mahdollisimman kuivia.
Puu palaa vähitellen
Kun puu saavuttaa syttymislämpötilan ja näkyvä liekki alkaa tehdä tehtäväänsä, hiiltyy puun pintakerros vähitellen palon edetessä. Puun hiiltymisnopeus on hieman alle 1mm minuutissa, joten esimerkiksi sentin paksuisen puun palaminen silloin kun liekki on vain toisella puolella kestää noin 10 minuuttia.
Palamisessa puun pinnalle muodostunut hiilikerros on todella hyvä eriste ja vähänkään paksumpi puu voi palaa yhdeltä puolelta ja olla toiselta puolelta samaan aikaan aivan kosketuslämpötilassa. Myöskin hiiltyneen puun sytyttäminen on tästä johtuen vaikeaa.
Mitä enemmän palavaa pintaa, sitä nopeampaa palaminen on.
Olet varmasti huomannut että pienet puutikut palavat kuin itsestään, kun taas suuren halon sytyttäminen on aikamoinen prosessi. Tämä johtuu siitä, että puu hajoaa palaviksi kaasuiksi vain pieni kerros kerrallaan. Mitä enemmän pinta-alaa on liekin alla yhtaikaa, sitä helpommin liekki pysyy hengissä.
Tästä johtuen sytyttäminen on helpointa tehdä aivan pienillä puusuikaleilla. Kun nämä pienet puun palat palavat, höyrystävät ne taas suuremman puun pintaa ja prosessi etenee toivottuun suuntaan. Kohti tehokasta palamista.