[Thermodynamica] Opslag van sigaren

Moderator: physicalattraction

Berichten: 7

[Thermodynamica] Opslag van sigaren

LS

Enkele weken heb ik al een discussie met een aantal mensen over de opslag van longfiller sigaren. Het begint aardig wetenschappelijk te worden en ik ben nu op een punt aangekomen dat mijn kennis niet toereikend is. Wellicht weet iemand raad.

Het volgende is mijn verhaal. Ergens ga ik de mist in, maar ik weet niet waar. Help me! :)

Longfiller sigaren gedijen goed bij een bepaalde luchtvochtigheid. Iedereen roept altijd dat dit een RLV van 70% moet zijn, zonder daar verder dieper over na te denken. (Dit is overigens geen waarde oordeel)

Nu weet ik dat de RLV afhankelijk is van de temperatuur. Immers een RLV van 70% bij 25 graden Celcius is niet hetzelfde als een RLV van 70% bij 15 graden Celcius. In het laatste geval is de absolute hoeveelheid vocht kleiner.

De plantendeskundigen zeggen dat bepaalde molekulen in de tabaksbladeren van de sigaren moeilijker binden met watermolekulen in de gasfase vanwege de hogere kinetische energie. Klinkt logisch in mijn oren, maar ff dat zo is, weet ik niet, maar ik neem even voor het gemak aan dat dat zo is.

Wat volgens mij ook geldt is dat tussen 0 graden en 100 graden, water in de vloeibare fase zit en naarmate de temperatuur omhoog gaat vanaf nul graden, er meer en meer watermolekulen in de gasfase geraken en bij 100 graden is dat 100%.

Deze verhalen combinerend krijg je het volgende:

1) door de temperatuur te verhogen van een afgesloten hoeveelheid lucht met absolute hoeveelheid water, zal de RLV dalen. De hoeveelheid vocht waarmee de bladeren omgeven zijn, blijft gelijk

2) door de temperatuur te verhogen van deze afgesloten hoeveelheid lucht, zal het aantal molekulen die naar de gasfase overgaan groter worden, waardoor de molekulen in de bladeren zich in potentie met minder watermolekulen kunnen binden.

De vraag is nu: hoe is het verloop van de molekulen die overspringen naar de gasfase in relatie tot de temperatuur? Ofwel: hoeveel procent van de watermolekulen is bij 15 graden celcius al in de gasfase, hoeveel bij 25 graden, hoeveel bij 50 graden etc, etc. Is dit een lineair verband of juist een exponentieel verband of weer anders? Ik heb het idee dat in de lagere temperatuur regionen dit heel langzaam gaat en in de hogere temperatuur regionen ineens zeer snel. Maar dat is puur mijn gevoel.

Licht in deze duisternis zou zeer welkom zijn! [rr]

alvast met dank,

Ralph

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Die RV daalt via een ingewikkelde exponentiële functie van de temperatuur. Sleutelwoord in deze zoektocht is Mollier.

In de praktijk wordt altijd gewerkt met diagrammen hiervan, de zg Mollier-diagrammen.

hier heb je een duidelijk voorbeeld van een mollier diagram voor waterdamp in lucht.

http://www.uni-duisburg.de/FB7/FG02/Mathcad/felu.jpg

Door deze op te zoeken via google-afbeeldingen met zoekterm mollier en te kiezen voor weergeven op ware grootte krijg je hem meer dan schermgroot en kun je makkelijker waarden aflezen.

ik heb een tijd geleden in een topic eens uitgelegd hoe dat diagram werkt. Ik zal eens zien of ik dat topic kan terugvinden.

RV is niet de beste maat hiervoor, vochtdeficit is een betere.

Voordat we dat gaan uitleggen zul je eerst weg moeten kunnen met dat Mollier-diagram. [rr]
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 7

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

dank je Jan,

Ik ben me aan het verdiepen in djt diagram, maar ik moet je eerlijk zeggen dat het me niet geheel duidelijk is. Ik snap niet hoe ik de diagonale as moet lezen.

groet, Ralph

Gebruikersavatar
Berichten: 9.240

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Ik ken geen mollier diagrammen, maar wel PV en TV diagrammen.

Over Mollier: http://www.natmus.dk/cons/tp/mollier/moll2.htm

Over P(ressure)V(olume) diagrammen van water

http://gaia.ecs.csus.edu/~reardonf/MET140/phaseq.htm

Afbeelding (PVT diagram):

Afbeelding

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Ik kan dat topic niet terugvinden, wel iets over een droge-nattebolthermometer aan de hand van een tabel die op dat diagram is gebaseerd, misschien vergis ik me daarmee.

Als je het diagram waarheen ik linkte voor je hebt, vergeet dan even alle lijntjes die niet blauw zijn. Voor jou zijn alleen die blauwe van belang denk ik. Op de verticale as de temperatuur in °C, en op de horizontale het waterdampgehalte in grammen water per kg droge lucht. (absolute vochtigheid in tegensteling tot relatieve vochtigheid)

De blauwe krommen in de tabel zijn lijnen van gelijke RV. De onderste is hierbij RV 100%.

kun je terugvinden dat lucht met een temperatuur van 20°C en een RV van 70% ongeveer 10,5 g waterdamp per kg droge lucht bevat?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 7

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

kun je terugvinden dat lucht met een temperatuur van 20°C en een RV van 70% ongeveer 10,5 g waterdamp per kg droge lucht bevat?
Ja, dat kan ik vinden inderdaad.

Bij 30 graden en 70% is dat dan 19 gr, of?

Wellicht zit ik wel verkeerd te zoeken en stel ik mijn vraag volledig verkeerd:

Dit is het stuk waar e.e.a. staat uitgelegd:
Tobacco leaves (like most plant material) consist primarily of carbohydrates and proteins. Protein and carbohydrate molecules contain many binding sites for water molecules. A certain proportion of the water binding sites need to be occupied by water molecules in order for the tobacco leaves to be adequately pliable, to burn properly and to age properly. So when we think about humidity as it relates to cigar storage, the most relavent factor to consider is: are the correct proportion of water binding sites occupied? Water molecules bind to other molecules via hydrogen bonds. Van der Waals interactions also participate. This applies to water bound to protein and carbohydrate molecules (e.g. tobacco leaves) or to other water molecules (e.g. liquid water). For the purposes of this discussion, water bound to tobacco leaves will be treated like liquid water.

Temperature is the main factor determining whether a water molecule will be more likely to be in either the gas or liquid (or bound) phases. This is because at higher temperatures, water molecules (like any other molecule) will have more kinetic energy. The more kinetic energy a molecule has, the higher its probability of being in the gas phase. This is because it will have sufficient kinetic energy to break out of the hydrogen bonds and Van der Waals interactions that would otherwise keep it bound. At lower temperatures molecules have less kinetic energy so when they collide with a carbohydrate molecule, for example, its kinetic energy is insuficient to break away from it. The important point here is that at higher temperatures, a water molecule is more likely to be in the gas phase and less likely to be bound. At lower temperatures a water molecule is more likely to be bound and less likely to be in the gas phase.

Another point that needs to be explained here is the concept of relative humidity. Simply stated, relative humidity is the ratio of the concentration of water in the gas phase divided by the maximal concentration of water the air can hold (the saturating concentration) at a given temperature. Air holds more water at higher temperatures. Therefore, if you hold the relative humidity constant and increase the temperature, the concentration of water molecules in the gas phase will increase. If you think about this superficially you may think that because the concentration of water molecules increases in the gas phase as you increase the temperature (holding relative humidity constant)that your cigars will become over-humidified. This is WRONG. Remember, as you increase the temperature, the water molecules are less likely to be bound to the tobacco and more likely to be in the gas phase. Thus, to keep the same proportion of water binding sites in the tobacco occupied by water molecules, the concentration of water molecules in the gas phase must be increased when temperature is increased."  
Wat ik hier uithaal is dat men zegt dat als de temperatuur toeneemt, niet alleen de RLV afneemt, maar ook de hoeveelheid watermolekulen die een binding aan kunnen gaan omdat bij een hogere temperatuurd de kinetische energie van zo'n molecuul toeneemt.

Ik geloof alleen niet dat in het temperatuur bereik van 15-25 graden celcius dit verschil zo enorm groot is.

Kan je dat ook in dat Mollier diagram aflezen?

groet, ralph

Berichten: 7

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

ik zit net wat te Googlen,

hebben we het hier dan niet gewoon over de eerste hoofdwet van de Thermodynamica? Dat temperatuur en energie recht evenredig zijn?

M.a.w. de kinetische energie bij 25 graden celcius is 298/288 zo groot? En de kans op binding daarmee 298/288 zo klein?

groet, R.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Je aflezing bij 30°C is ook correct.

even terug naar de 20°C. Bij 70% RV bevat een kg lucht dus 10,5 g waterdamp. Komen we er nou aan dat die RV lang niet alles zegt. Want volg die 20°C lijn maar eens totdat 'ie de 100%RV lijn kruist. Dan zie je dat lucht van 20°C dus maximaal (bijna) 15 g waterdamp kan bevatten. Een beetje meer, en het gaat misten, er treedt condensatie op. Dat punt heet daarom in luchtbehandelingstaal ook het "dauwpunt".

Het verschil tussen het werkelijke waterdampgehalte en het maximale waterdampgehalte bij een bepaalde temperatuur heet het vochtdeficit.

Nou is de grafiek die we nu gebruiken een beetje te smal om bij 30°C en 70% RV dar vochtdeficit te gaan bepalen, of je moet de krommen extrapoleren. Maar laten we even de andere kant opgaan: we leggen de sigaren in lucht van 10°C en 70% RV. De relatieve vochtigheid is constant, maar wat gebeurt er met dat vochtdeficit? Juist, dat wordt kleiner. En als je met die techniek dat ook in een geëxtrapoleerde grafiek doet voor 30°C zie je dat dat vochtdeficit véél groter wordt dan bij 20°C.

Nog gekker wordt het wanneer je sigaren opgesloten liggen. In zo'n humidor vindt weinig uitwisseling met de buitelnlucht plaats, de absolute vochtigheid in g/kg is zo goed als constant. Stel die humidor bevat lucht van 20°C en 10,5 g/kg. En nu loopt de temperatuur op naar 24°C: in de grafiek ga je dus verticaal naar boven naar de 24°C lijn. Als je naar de RV-krommen kijkt zakt je RV naar ongeveer 55%, dat lijkt niet zó schokkend, een 20 % afname zou je zeggen. Maar ga nou eens op zoek naar het dauwpunt van 24°C? Dan zie je dat dat op ongeveer 19 g/kg ligt. Nu is je vochtdeficit dus blijkbaar 19-10,5 = 8,5 g/kg lucht. Dat is bijna een verdubbeling, ofwel een 90 % toename!!!

Het punt is, dat de mate waarin water verdampt uit een natte doek (of een sigaar) een veel betere relatie vertoont met het vochtdeficit dan met de RV. Dat betekent dan ook dat het evenwicht: vocht in de sigaar<==>vocht in de lucht veel makkelijker naar rechts kan verschuiven dan de RV zou doen denken.

Alle luchtbehandelingsregelapparatuur werkt dan ook met vochtdeficit en niet met RV.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 7

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Volgens mij snap ik het. [rr]

Volgens mij is jouw boodschap dat het gebruik van de RV voor vochtregulering van de lucht veel te onnauwkeurig is en dat bij wijze van spreken elke humidor een regulator zou moeten hebben die op basis van het vochtdeficiet werkt. Of zie ik dat verkeerd?

gr, Ralph

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Nee, dat zie je goed. Die RV is geen goede maat om een indruk te krijgen van hoe hard dingen opdrogen.

Overigens komen die zaken die je aanhaalde uit die engelse link vervolgens naar boven. En niet alleen dat. Nog niet zo heel lang geleden zijn we tot de conclusie gekomen dat verdamping uit wateroppervlakten niet alleen afhangt van temperatuur en vochtevenwichten, maar ook van invallend licht. Fotonen slaan watermoleculen aan een oppervlak los en de gasfase in. Daar kwamen ze achter toen ze vreemde meetwaarden vonden aan verdampingsmeters voor meteorologische doeleinden. En zo kwamen ze aan het zg. "Global Dimming" effect. Maar goed, daar zullen je sigaren zo direct geen last van hebben.

Als je maar onthoudt dat 70% RV bij 15°C een heel ander drogingseffect heeft dan 70% RV bij 25°C (terwijl je onwetend zou vermoeden dat er niets aan de hand was). Want het vochtdeficit bij 25°C is beduidend groter. [rr]
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Berichten: 7

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Als je maar onthoudt dat 70% RV bij 15°C een heel ander drogingseffect heeft dan 70% RV bij 25°C (terwijl je onwetend zou vermoeden dat er niets aan de hand was). Want het vochtdeficit bij 25°C is beduidend groter.   [rr]
Het enige wat ik nog niet begrijp wat de grootte van het effect is als de temperetuur omhoog gaat dat de watermolekulen ineens een stuk minder goed binden. Ik snap wel dat ze meer kinetische energie krijgen en daardoor minder snel zullen binden. Ik kan me alleen niet voorstellen dat dat effect nou zo gigantisch groot is. Net zo groot zeg maar als de verandering van het vochtdeficit.

groet, Ralph

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Die watermoleculen zitten met waterstofbruggen losjes vast op ander moleculen. Hang maar eens een plaatje metaal op aan een paar kleine magneetjes, die het plaatje nét houden.

Afbeelding

Geef nou dat plaatje eens een klein tikje? Plaatje blijft hangen, plaatje gaat wel een beetje heen en weer en op en neer bewegen. Een iets harder tikje, mogelijk nog geen problemen. Maar als je zo doorgaat komt er onvermijdelijk een moment dat je zo hard tikt, (of zachtjes tikt maar op een cruciale plaats, een cruciaal moment in de beweging of in een cruciale richting) dat je juist één van de verbindingen verbreekt, en daarmee de andere waarschijnlijk even later ook.

Op een traject van 100°C ga je van muurvast kristal (ijs, maar ook daarin krijgt een watermolecuul nog wel eens zo'n cruciale tik dat het losschiet) naar een trillingstoestand waarbij geen waterstofbrug het meer houdt en alle watermoleculen los als stoom door de ruimte vliegen.

Welke van alle van belang zijnde zaken bij dat hele evenwicht nou eigenlijk het belangrijkste is zou ik niet durven zeggen. Maar ik denk de kans dat een eenmaal losgeslagen watermolecuul weer op die sigaar terugkomt, of dat twee losgeslagen watermoleculen elkaar tegenkomen en kleine druppeltjes gaan vormen. De beste maat daarvoor is vochtdeficit. En zoals je kunt bedenken is dat dus ook afhankelijk van die temperatuur en daarmee van die gemiddelde interne en kinetische energie.

Uiteindelijk dus allemaal een kwestie van kansen.

(Trouwens, voor de goede orde, dat watermolecuul is natuurlijk zelf ook niet zo rigide als dat metalen plaatje. Misschien beter om het te vergelijken met drie metalen blokjes die onderling ook weer met veren verbonden zijn. Inwendig trilt dat dus ook nogal.)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 4.168

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Best RalpM,

Het probleem wat je hebt is algemeen bij het drogen of bevochtigen van allerlei stoffen. Er is een evenwicht tussen de concentratie (of partieeldruk) van waterdamp in de lucht en de concentratie van ge-adsorbeerd water in de vaste stof (in dit geval tabak). Dit verband heet adsorptie-isotherm en inderdaad, hoe hoger de temperatuur hoe moeilijker het voor een stof is om de watermolekulen vast te houden. Dit geldt niet alleen voor watermolekulen op tabak (of levensmiddelen) maar ook bijvoorbeeld voor organische dampen op actieve kool. De term Langmuir ken je misschien nog van school. Of Freundlich.

Google op adsorptie isotherm waterdamp of adsorption isotherm of Langmuir isotherm, al dan niet met tussenstreepje of spatie of niks en je vindt genoeg algemene informatie hierover. Voeg tabak of tobacco of water vapour toe en wellicht vindt je op den duur zelfs hier een isotherm voor.
Hydrogen economy is a Hype.

Berichten: 7

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Ik ben toch nog eens verder gaan neuzen en heb wat kennissen geraadpleegd. Dit waren hun bevindingen:
RalphM schreef:RL is volgens mij een zeer onbetrouwbare maat omdat de RL ook afhangt van de  temperatuur. Zo zal bij een afgelsloten hoeveelheid lucht met met een temperatuur van 15 graden een andere RL krijgen als deze verwarmd wordt naar 25 graden celcius.  

 

Wat ik wel eens gehoord heb dat men derhalve in de tuinbouw werkt met het "vochtdeficit", dat veel nauwkeuriger werkt omdat hierin de invloed van de  

temperatuur al verwerkt is. Dit valt af te lezen uit een Mollier diagram.

Echter, even weer terugkerend naar de RL, zal je zien dat de RL afneemt als  

een gelijkblijvende hoeveelheid lucht van 15 graden naar 25 graden verwarmd  

wordt. Een sigarenliefhebber zou dan gaan roepen dat zijn sigaren gaan verdrogen omdat de RL aan het afnemen is, echter, de absolute hoeveelheid waterdamp blijft gelijk. Ikzelf zeg dan: niets aan het handje!

Van de andere kant zal door een temperatuur stijging de kinetische energie van de watermolekulen toenemen en zal de kans op een binding met de molekulen in het tabaksblad weer afnemen. M.a.w. de tabaksbladen zullen juist verdrogen, als de  

temperatuur omhoog gaat terwijl de absolute hoeveelheid waterdamp in de  

lucht gelijk blijft.

De vraag die dan bij mij opkomt is: wat is nou gevoeliger? De zakkende RH agv temperatuurstijging of het gebrek aan bindingsmogelijkheden agv temperatuurstijging?

Als dat een 1:1 verband zou zijn, zou je bij een temperatuurstijging van een hoeveelheid lucht, de absolute hoeveelheid waterdamp in die lucht ook moeten laten toenemen teneinde de RL constant te houden. Dat lijkt me een heel raar iteratief procesje omdat je, du moment dat je die waterdamp gaat toevoegen, zowel temperatuur- als RL- verschillen hebt met de afgesloten heoveelheid lucht van het proefje.
1e kennis schreef:Je kunt het zien als een chemische evenwicht van water met 'sigaar'

   H2O_g + sigaar <-> H2O_ads

De evenwicht voorwaarde is:

 

   [H2O] (1-s) / s  = exp (-G_a/RT)

Hierbij is s de relatieve hoeveelheid 'sites' bezet door water, en (1-s) de relatieve hoeveelheid lege sites.

G_a is de adsorptie vrije enthalpie.

(Dergelijke formules gelden voor elk chemisch evenwicht)

 

Tegelijkertijd kun je evenwicht hebben met vloeibaar water, alleen al het vloeibaar water is op, anders zou je 100% luchtvochtigheid hebben. Als je 100% rlv zou hebben, heb je de verzadigings dampdruk:

 

 [H2O]_verz =  exp (-G_v/RT)

G_v is de verdamping vrije enthalpie.

 

Maar als

   G_v ~ G_a

 

dan geldt:

 

   [H2O] (1-s) / s  ~ [H2O]_verz

 

of

   s/(1-s)  ~ [H2O]/[H2O]_verz = RLV.

 

Dus het klopt redelijk als de adsorptie vrije enthaklpie ongeveer gelijk is aan de verdampings vrije enthalpie.

Dit klopt waarschijnlijk redelijk voor paardenharen en sigaren, maar niet voor echte droogmiddelen.

Waarschijnlijk kun je het ook omkeren:

Een grote lading paardenharen, of afgekeured sigaren, kun je als buffer gebruiken om de luchtvochtigheid constant te houden. Nog beter is misschien een lading gedeeltelijk verzadigd droogmiddel. Die werkt als buffer voor zowel de temerpatuur als de luchtvochtigheid. Zodra het bijvoorbeeld koud wordt, gaat het droogmiddel een klein beetje meer adsorberen, maar daar komt veel warmte bij vrij, waardoor het toch niet koud wordt.
2e kennis schreef:Het punt is: de absolute hoeveelheid waterdamp blijft niet gelijk als de temperatuur omhoog gaat in een afgsloten hoeveelheid lucht, waar de sigaren in opgeslagen liggen.

Er gaat water uit de sigaar de lucht in. De lucht wordt dus natter, de sigaar droger. De relatieve vochtigheid wordt lager, afhakelijk van de hoeveelheid sigaar en lucht. Bij oneindig sigaargewicht blijft de relatieve vochtigheid gelijk. ( Dit is de truuk om er een droogmiddel bij te doen)

Lieden met een chemisch achtergrond hebben met dit probleem veel minder moeite. Zij hebben geleerd dat:

Als je in een systeem met twee meerdere “Phases” ( hier een sigaarphase en een luchtphase) een stof hebt die in meerdere phases aanwezig is ( hier dus water) dan is de activiteit van die stof in alle phases gelijk.

De Chemicus weet dus: de activiteit van water in de sigaar en de lucht zijn gelijk.

Hij weet ook dat de activiteit van water in lucht 1 is bij verzadiging, en daaronder lineair met het watergehalte. De activiteir is dus gelijk aan de relative vochtigheid.

Verder weet hij dat de water-activiteit in de sigaar evenredig is met het watergehalte.

Dus her watergehalte in de sigaar is constant voor constante relative vochtigheid, onafhankelijk van de temperatuur.

De chemicus weet verder dat dit slechts bedaderingen zijn, maar dat het in dit geval dicht bij de waarheid zal zitten. Indien je meer wil weten moet je experimenten uitvoeren.

De chemie benadering is uiteraard hetzelfde als bovenstaande formules, volgt uit de enkele van de  700 formules in the hoofdstuk in Perry.
M.a.w.....RH schijnt dus volgens deze theorie, bij benadering, WEL een goede maatstaf te zijn.... :) :) :?:

met groet, Ralph

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 51.259

Re: [Thermodynamica] Opslag van sigaren

Met je 1e kennis kan ik een heel eind meegaan, toch zeker als hij de idee aandraagt een grote hoeveelheid buffermateriaal in te brengen.

Met je tweede kennis ben ik het nog lang niet eens. Als wat hij zegt waar zou zijn zou er nooit stoom ontstaan, (en omgekeerd nooit regen ook). En toch was ik nat vandaag. [rr]
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN...
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

Reageer