Uscare lemn - Wood drying

Teanc de cherestea cu uscare la aer

Uscarea lemnului (de asemenea, condimentarea cherestelei sau condimentarea lemnului ) reduce conținutul de umiditate al lemnului înainte de utilizare. Când uscarea se face într-un cuptor , produsul este cunoscut sub numele de cherestea sau cherestea uscată în cuptor , în timp ce uscarea cu aer este metoda mai tradițională.

Există două motive principale pentru uscarea lemnului:

Prelucrarea lemnului

Când lemnul este utilizat ca material de construcție, fie ca suport structural într-o clădire sau în obiecte de prelucrare a lemnului , acesta va absorbi sau expulza umezeala până când va fi în echilibru cu împrejurimile sale. Echilibrarea (de obicei uscarea) provoacă contracții inegale în lemn și poate provoca daune lemnului dacă echilibrarea are loc prea rapid. Echilibrarea trebuie controlată pentru a preveni deteriorarea lemnului.

Arderea lemnului

Când lemnul este ars ( lemn de foc ), de obicei este mai bine să îl uscați mai întâi. Deteriorarea prin contracție nu este o problemă aici, așa cum ar putea fi în cazul uscării în scopuri de prelucrare a lemnului. Umezeala afectează procesul de ardere, cu hidrocarburi ne-arse care urcă pe horn. În cazul în care un jurnal umed 50% este arsă la temperatură ridicată, cu extragerea căldurii bună din gazele de eșapament care duce la o evacuare de 100 ° C temperatură , aproximativ 5% din energia jurnalului este irosită prin evaporare și încălzirea vaporilor de apă. Cu condensatoarele, eficiența poate fi sporită în continuare; dar, pentru aragazul normal, cheia pentru arderea lemnului umed este să-l arzi foarte fierbinte, poate aprindând focul cu lemn uscat.

Busteni de lemne de foc mici uscate la fața locului

În anumite scopuri, lemnul nu este uscat deloc și este folosit verde . Adesea, lemnul trebuie să fie în echilibru cu aerul din exterior, ca pentru lemnul de construcție sau aerul din interior, ca și pentru mobilierul din lemn.

Lemnul este uscat la aer sau uscat într-un cuptor special construit ( cuptor ). De obicei, lemnul este tăiat înainte de uscare, dar uneori buștenii sunt uscați întregi.

Întărirea carcasei descrie cherestea sau cherestea care a fost uscată prea rapid. Lemnul se usucă inițial de pe coajă (suprafață), micșorând coaja și punând miezul sub compresie. Când acest înveliș are un conținut scăzut de umiditate, acesta se va „seta” și va rezista la contracție. Miezul lemnului este încă la un conținut de umiditate mai mare. Acest miez va începe apoi să se usuce și să se micșoreze. Cu toate acestea, orice contracție este rezistată de coaja deja „setată”. Acest lucru duce la stresuri inversate; tensiuni de compresie pe carcasă și tensiuni de tensiune în miez. Acest lucru are ca rezultat stresul ușor numit întărirea carcasei. [Lemnul] întărit în carcasă poate să se deformeze considerabil și periculos atunci când stresul este eliberat prin tăiere .

Tipuri de lemn

Lemnul este împărțit, în funcție de originea sa botanică, în două feluri: lemn de esență moale, din copaci de conifere și lemn de esență tare, din copaci cu frunze late. Rășinoasele sunt mai ușoare și, în general, au o structură simplă, în timp ce lemnele tari sunt mai dure și mai complexe. Cu toate acestea, în Australia, rasinoase descriu în general copacii din pădurile tropicale, iar lemnul tare descrie speciile de sclerofile ( Eucalyptus spp ).

Rășinoasele, cum ar fi pinul, sunt de obicei mult mai ușoare și mai ușor de prelucrat decât lemnele tari, cum ar fi lemnul de pomi fructiferi. Densitatea de rășinoase variază de la350 kg / m ³ până la700 kg / m ³ , în timp ce lemnele tari sunt450 kg / m ³ până la1250 kg / m ³ . Odată uscate, ambele constau din aproximativ 12% umiditate ( Desch și Dinwoodie, 1996 ). Datorită structurii mai dense și mai complexe a lemnului de esență tare, permeabilitatea sa este mult mai mică decât cea a lemnului de esență moale, ceea ce face ca uscarea să fie mai dificilă. Deși există de aproximativ o sută de ori mai multe specii de arbori din lemn de esență tare decât copacii de rasinoase, capacitatea de a fi uscați și prelucrați mai repede și mai ușor face din rasinoase principala aprovizionare cu lemn comercial din zilele noastre.

Relațiile lemn-apă

Lemnul copacilor vii și buștenii proaspeți conține o cantitate mare de apă, care constituie adesea peste 50% din greutatea lemnului. Apa are o influență semnificativă asupra lemnului. Lemnul schimbă continuu umezeala sau apa cu împrejurimile sale, deși rata de schimb este puternic afectată de gradul în care lemnul este etanșat.

Lemnul conține apă sub trei forme:

Apa gratis

Cea mai mare parte a apei conținută în lumina celulară este deținută doar de forțe capilare. Nu este legat chimic și se numește apă liberă. Apa liberă nu se află în aceeași stare termodinamică ca apa lichidă: este necesară energie pentru a depăși forțele capilare . În plus, apa liberă poate conține substanțe chimice, modificând caracteristicile de uscare a lemnului.

Apă legată sau higroscopică

Apa legată este legată de lemn prin legături de hidrogen . Atracția lemnului pentru apă apare din prezența grupărilor hidroxil (OH) libere în molecule de celuloză , hemiceluloză și lignină din peretele celular. Grupările hidroxil sunt încărcate negativ. Deoarece apa este un lichid polar, grupările hidroxil libere din celuloză atrag și rețin apa prin legarea hidrogenului.

Vapori

Apa din lumina celulară sub formă de vapori de apă este în mod normal neglijabilă la temperatura și umiditatea normale.

Conținutul de umiditate

Conținutul de umiditate al lemnului este calculat ca schimbare a masei ca proporție a masei uscate, prin formula (Siau, 1984):

${\ displaystyle {\ text {moist content}} = {\ frac {m _ {\ text {g}} - m _ {\ text {od}}} {m _ {\ text {od}}}} \ ori 100 \% }$

Aici, este masa verde a lemnului, este masa uscată a cuptorului (atingerea masei constante, în general, după uscare într-un cuptor stabilit la${\ displaystyle m _ {\ text {g}}}$${\ displaystyle m _ {\ text {od}}}$103 ± 2 ° C (218 ± 4 ° F ) timp de 24 de ore, așa cum este menționat de Walker și colab. , 1993). Ecuația poate fi, de asemenea, exprimată ca o fracțiune din masa apei și masa lemnului uscat în cuptor, mai degrabă decât un procent. De exemplu,0,59 kg / kg (bază uscată la cuptor) exprimă același conținut de umiditate ca 59% (bază uscată la cuptor).

Punct de saturație a fibrelor

Aceste marcaje IPPC pe un palet din lemn indică KD: uscat la cuptor, HT: tratat termic și DB: decojit. În esență, toate materialele de ambalare a lemnului care sunt exportate către un stat membru IPPC trebuie să aibă o ștampilă ca aceasta.

Când lemnul verde se usucă, apa liberă din lumina celulei, deținută doar de forțele capilare, este prima care merge. Proprietățile fizice, cum ar fi rezistența și contracția, nu sunt în general afectate de îndepărtarea apei libere. Punctul de saturație a fibrelor (FSP) este definit ca conținutul de umiditate la care apa liberă ar trebui să dispară complet, în timp ce pereții celulari sunt saturați cu apă legată. În majoritatea tipurilor de păduri, punctul de saturație a fibrelor este de 25 până la 30% conținut de umiditate. Siau (1984) a raportat că punctul de saturație a fibrelor (kg / kg) depinde de temperatura T (° C) conform următoarei ecuații: ${\ displaystyle X _ {\ text {fsp}}}$

${\ displaystyle X _ {\ text {fsp}} = 0,30-0,001 (T-20) \;}$ (1.2)

Keey și colab. (2000) utilizează o definiție diferită a punctului de saturație a fibrelor (conținut de umiditate de echilibru al lemnului într-un mediu de umiditate relativă de 99%).

Multe proprietăți ale lemnului prezintă modificări considerabile, deoarece lemnul este uscat sub punctul de saturație a fibrelor, inclusiv:

1. volum (în mod ideal, nu se produce contracție până nu se pierde o anumită apă legată, adică până când lemnul este uscat sub FSP);
2. rezistența (rezistențele cresc în general în mod constant pe măsură ce lemnul este uscat sub FSP (Desch și Dinwoodie, 1996), cu excepția rezistenței la îndoire la impact și, în unele cazuri, a rezistenței);
3. rezistivitatea electrică , care crește foarte rapid odată cu pierderea apei legate atunci când lemnul se usucă sub FSP.

Conținutul de umiditate în echilibru

Lemnul este o substanță higroscopică . Are capacitatea de a admite sau de a emite umezeală sub formă de vapori. Apa conținută în lemn exercită o presiune de vapori proprie, care este determinată de dimensiunea maximă a capilarelor umplute cu apă în orice moment. Dacă presiunea vaporilor de apă în spațiul ambiant este mai mică decât presiunea vaporilor din lemn, are loc desorbția. Cele mai mari capilare, care sunt pline de apă în acel moment, se golesc mai întâi. Presiunea vaporilor din lemn scade pe măsură ce apa este conținută succesiv în capilarele mai mici. O etapă este atinsă în cele din urmă atunci când presiunea vaporilor din lemn este egală cu presiunea vaporilor în spațiul ambiant de deasupra lemnului și încetează desorbția. Cantitatea de umiditate care rămâne în lemn în această etapă este în echilibru cu presiunea vaporilor de apă în spațiul ambiant și se numește conținut de umiditate de echilibru sau CEM (Siau, 1984). Datorită higroscopicității sale, lemnul tinde să atingă un conținut de umiditate care este în echilibru cu umiditatea relativă și temperatura aerului înconjurător.

CEM al lemnului variază semnificativ în funcție de umiditatea relativă ambientală (o funcție de temperatură), într-un grad mai mic cu temperatura. Siau (1984) a raportat că EMC variază, de asemenea, foarte ușor în funcție de specie, de stresul mecanic, istoricul de uscare a lemnului, densitatea, conținutul extractiv și direcția de absorbție în care are loc schimbarea umidității (adică adsorbție sau desorbție).

Conținutul de umiditate al lemnului în serviciu

Lemnul își păstrează caracteristicile higroscopice după ce este dat în folosință. Apoi este supus la umiditate fluctuantă, factorul dominant în determinarea EMC a acestuia. Aceste fluctuații pot fi mai mult sau mai puțin ciclice, cum ar fi schimbările diurne sau modificările sezoniere anuale.

Pentru a minimiza modificările conținutului de umiditate al lemnului sau mișcarea obiectelor din lemn în funcțiune, lemnul este de obicei uscat până la un conținut de umiditate care se apropie de condițiile medii EMC la care va fi expus. Aceste condiții variază pentru utilizările interioare în comparație cu utilizările exterioare într-o anumită locație geografică. De exemplu, conform Standardului australian pentru calitatea uscării cherestelei (AS / NZS 4787, 2001), CEM se recomandă să fie de 10-12% pentru majoritatea statelor australiene, deși cazurile extreme sunt de până la 15-18% pentru unele locuri în Queensland, Teritoriul de Nord, Australia de Vest și Tasmania. Cu toate acestea, CEM este de până la 6 până la 7% în casele și birourile uscate încălzite central sau în clădirile cu aer condiționat permanent.

Contracție și umflături

Contracția și umflarea pot apărea în lemn când se modifică conținutul de umiditate (Stamm, 1964). Contracția apare odată cu scăderea conținutului de umiditate, în timp ce umflarea are loc atunci când crește. Schimbarea volumului nu este egală în toate direcțiile. Cea mai mare schimbare dimensională are loc într-o direcție tangențială inelelor de creștere. Contracția de la miez spre exterior sau radial este de obicei considerabil mai mică decât contracția tangențială, în timp ce contracția longitudinală (de-a lungul bobului) este atât de ușoară încât este de obicei neglijată. Contracția longitudinală este de 0,1% până la 0,3%, spre deosebire de contracțiile transversale, care este de 2% până la 10%. Contracția tangențială este adesea de aproximativ două ori mai mare decât în ​​direcția radială, deși la unele specii este de cinci ori mai mare. Contracția este de aproximativ 5% până la 10% în direcția tangențială și de aproximativ 2% până la 6% în direcția radială (Walker și colab. , 1993).

Contracția transversală diferențială a lemnului este legată de:

1. alternarea lemnului târziu și a creșterilor timpurii ale lemnului în cadrul inelului anual;
2. influența razelor de lemn asupra direcției radiale (Kollmann și Cote, 1968);
3. caracteristicile structurii peretelui celular, cum ar fi modificările unghiului microfibrilelor și gropile;
4. compoziția chimică a lamelei medii.

Uscarea lemnului poate fi descrisă ca arta de a se asigura că modificările dimensionale brute prin contracție se limitează la procesul de uscare. În mod ideal, lemnul este uscat până la acel conținut de umiditate echilibrat, așa cum va fi atins ulterior (în funcțiune) de lemn. Astfel, schimbarea dimensională suplimentară va fi redusă la minimum.

Este probabil imposibil să eliminați complet modificarea dimensională a lemnului, dar eliminarea modificării dimensiunii poate fi aproximată prin modificări chimice. De exemplu, lemnul poate fi tratat cu substanțe chimice pentru a înlocui grupările hidroxil cu alte grupuri funcționale hidrofobe ale agenților modificatori (Stamm, 1964). Dintre toate procesele existente, modificarea lemnului cu anhidridă acetică a fost remarcată pentru eficiența ridicată anti-retragere sau anti-umflare (ASE) realizabilă fără deteriorarea lemnului. Cu toate acestea, acetilarea lemnului a fost lentă pentru a fi comercializată din cauza costului, coroziunii și prinderii acidului acetic în lemn. Există un volum extins de literatură referitor la modificarea chimică a lemnului (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

Uscarea lemnului este o metodă de a adăuga valoare produselor tăiate din industria primară de prelucrare a lemnului. Conform Australian Forest and Wood Products Research and Development Corporation (FWPRDC), lemnul dur tăiat verde, care este vândut la aproximativ 350 USD pe metru cub sau mai puțin, crește în valoare la 2.000 USD pe metru cub sau mai mult cu uscare și prelucrare. Cu toate acestea, procesele de uscare convenționale utilizate în prezent duc adesea la probleme semnificative de calitate din fisuri, atât externe, cât și interne, reducând valoarea produsului. De exemplu, în Queensland (Anon, 1997), în ipoteza că 10% din rasinoase uscate sunt devalorizate cu 200 USD pe metru cub din cauza defectelor de uscare, morarii au pierdut aproximativ 5 milioane de dolari pe an. În Australia, pierderea ar putea fi de 40 de milioane de dolari pe an pentru rasinoase și o cantitate egală sau mai mare pentru lemnul de esență tare. Astfel, uscarea corespunzătoare în condiții controlate înainte de utilizare este de o mare importanță în utilizarea lemnului, în țările în care condițiile climatice variază considerabil în diferite perioade ale anului.

Uscarea, dacă se efectuează imediat după tăierea copacilor, protejează, de asemenea, lemnul împotriva degradării primare, a petelor fungice și a atacului anumitor tipuri de insecte. Organismele, care cauzează degradarea și pătarea, în general nu pot prospera în cherestea cu un conținut de umiditate sub 20%. Mai mulți dăunători de insecte, deși nu toți, pot trăi numai în cherestea verde.

În plus față de avantajele de mai sus de uscare a lemnului, următoarele puncte sunt de asemenea semnificative (Walker și colab. , 1993; Desch și Dinwoodie, 1996):

1. Lemnul uscat este mai ușor, iar costurile de transport și manipulare sunt reduse.
2. Lemnul uscat este mai puternic decât lemnul verde în cele mai multe proprietăți de rezistență.
3. Lemnele pentru impregnarea cu conservanți trebuie să fie uscate în mod corespunzător, dacă trebuie realizată o penetrare adecvată, în special în cazul conservanților de tip ulei.
4. În domeniul modificării chimice a lemnului și a produselor din lemn, materialul trebuie uscat până la un anumit conținut de umiditate pentru a avea loc reacțiile adecvate.
5. Lemnul uscat, în general, funcționează, utilaje, finisaje și lipici mai bine decât lemnul verde (deși există excepții; de exemplu, lemnul verde este adesea mai ușor de învârtit decât lemnul uscat). Vopselele și finisajele durează mai mult pe lemnul uscat.
6. Proprietățile de izolare electrică și termică ale lemnului sunt îmbunătățite prin uscare.

Uscarea promptă a lemnului imediat după tăiere, prin urmare, îmbunătățește semnificativ și adaugă valoare lemnului brut. Uscarea permite o economie substanțială pe termen lung prin raționalizarea utilizării resurselor lemnoase. Uscarea lemnului este astfel un domeniu de cercetare și dezvoltare, care preocupă mulți cercetători și companii de cherestea din întreaga lume.

Mecanisme de mișcare a umezelii

Apa din lemn se deplasează în mod normal din zone mai înalte în zone cu un conținut mai mic de umiditate (Walker și colab. , 1993). Uscarea începe de la exteriorul lemnului și se deplasează spre centru, iar uscarea la exterior este, de asemenea, necesară pentru a expulza umezeala din zonele interioare ale lemnului. Lemnul atinge ulterior echilibrul cu aerul din jur în conținutul de umiditate.

Pasaje de umiditate

Forța motrice a mișcării umezelii este potențialul chimic. Cu toate acestea, nu este întotdeauna ușor să relaționăm potențialul chimic din lemn cu variabilele observabile în mod obișnuit, cum ar fi temperatura și conținutul de umiditate (Keey și colab. , 2000). Umiditatea din lemn se mișcă în interiorul lemnului sub formă de lichid sau vapori prin mai multe tipuri de căi de trecere, pe baza naturii forței motrice (de exemplu, gradient de presiune sau umiditate) și variații ale structurii lemnului (Langrish și Walker, 1993), după cum se explică în următoarea secțiune despre forțele motrice pentru mișcarea umezelii. Aceste căi constau din cavități ale vaselor, fibre, celule de raze, camere de groapă și deschiderile lor de membrană de groapă, spații intercelulare și treceri ale pereților celulari tranzitori.

Mișcarea apei are loc în aceste pasaje în orice direcție, longitudinal în celule, precum și lateral de la celulă la celulă până când ajunge pe suprafețele laterale de uscare ale lemnului. Permeabilitatea longitudinală mai mare a alburnului din lemn de esență tare este cauzată în general de prezența vaselor. Permeabilitatea laterală și fluxul transversal sunt adesea foarte scăzute în lemnele tari. Vasele din lemn de esență tare sunt uneori blocate de prezența tyloses și / sau de secretarea gingiilor și rășinilor la alte specii, așa cum am menționat mai devreme. Prezența venelor gingivale, a căror formare este adesea un rezultat al răspunsului natural de protecție al copacilor la rănire, se observă în mod obișnuit pe suprafața tăieturilor tăiate a majorității eucaliptelor. În ciuda fracției de volum în general mai mare a razelor din lemn de esență tare (de obicei 15% din volumul lemnului), razele nu sunt deosebit de eficiente în fluxul radial și nici gropile de pe suprafețele radiale ale fibrelor nu sunt eficiente în fluxul tangențial (Langrish și Walker, 1993) .

Spațiul de mișcare a umezelii

Spațiul disponibil pentru aer și umiditate în lemn depinde de densitatea și porozitatea lemnului. Porozitatea este fracția de volum a spațiului gol într-un solid. Se raportează că porozitatea este de 1,2 până la 4,6% din volumul uscat al peretelui celular din lemn (Siau, 1984). Pe de altă parte, permeabilitatea este o măsură a ușurinței cu care fluidele sunt transportate printr-un solid poros sub influența unor forțe motrice, de exemplu gradient de presiune capilară sau gradient de umiditate. Este clar că solidele trebuie să fie poroase pentru a fi permeabile, dar nu rezultă neapărat că toate corpurile poroase sunt permeabile. Permeabilitatea poate exista numai dacă spațiile goale sunt interconectate prin deschideri. De exemplu, un lemn de esență tare poate fi permeabil, deoarece există gropi intermediare cu deschideri în membrane (Keey și colab. , 2000). Dacă aceste membrane sunt ocluse sau incrustate sau dacă gropile sunt aspirate, lemnul își asumă o structură cu celule închise și poate fi practic impermeabil. Densitatea este, de asemenea, importantă pentru lemnele dure impermeabile, deoarece este traversat mai mult material de perete celular pe unitate de distanță, ceea ce oferă o rezistență crescută la difuzie (Keey și colab. , 2000). Prin urmare, pădurile mai ușoare, în general, se usucă mai repede decât pădurile mai grele. Transportul fluidelor este adesea debit în vrac (transfer de impuls) pentru lemnul moale permeabil la temperatură ridicată, în timp ce difuzia are loc pentru lemnul dur impermeabil (Siau, 1984). Aceste mecanisme sunt discutate mai jos.

Forțe motrice pentru mișcarea umezelii

Trei forțe motrice principale utilizate în diferite versiuni ale modelelor de difuzie sunt conținutul de umiditate, presiunea parțială a vaporilor de apă și potențialul chimic (Skaar, 1988; Keey și colab. , 2000). Acestea sunt discutate aici, inclusiv acțiunea capilară, care este un mecanism pentru transportul gratuit al apei în rasinoase permeabile. Diferența totală de presiune este forța motrice în timpul uscării lemnului sub vid.

Actiune capilara

Forțele capilare determină mișcările (sau absența mișcării) apei libere. Se datorează atât aderenței, cât și coeziunii. Aderența este atracția dintre apă către alte substanțe, iar coeziunea este atracția moleculelor din apă una către cealaltă.

Pe măsură ce lemnul se usucă, evaporarea apei de la suprafață creează forțe capilare care exercită o atracție asupra apei libere în zonele de lemn de sub suprafețe. Atunci când nu mai există apă liberă în lemn, forțele capilare nu mai sunt importante.

Diferențe de conținut de umiditate

Potențialul chimic este explicat aici, deoarece este adevărata forță motrice pentru transportul apei atât în ​​fazele lichide, cât și în fazele de vapori din lemn (Siau, 1984). Energia liberă Gibbs per mol de substanță este de obicei exprimată ca potențial chimic (Skaar, 1933). Potențialul chimic al aerului nesaturat sau al lemnului sub punctul de saturație a fibrelor influențează uscarea lemnului. Echilibrul va avea loc la conținutul de umiditate de echilibru (așa cum s-a definit mai devreme) al lemnului atunci când potențialul chimic al lemnului devine egal cu cel al aerului înconjurător. Potențialul chimic al apei sorbite este o funcție a conținutului de umiditate al lemnului. Prin urmare, un gradient al conținutului de umiditate al lemnului (între suprafață și centru), sau mai precis al activității, este însoțit de un gradient al potențialului chimic în condiții izoterme. Umiditatea se va redistribui în întregul lemn până când potențialul chimic este uniform pe tot parcursul, rezultând un gradient de potențial zero la echilibru (Skaar, 1988). Se presupune că fluxul de umiditate care încearcă să atingă starea de echilibru este proporțional cu diferența de potențial chimic și invers proporțional cu lungimea căii pe care acționează diferența de potențial (Keey și colab. , 2000).

Gradientul potențialului chimic este legat de gradientul conținutului de umiditate, așa cum este explicat în ecuațiile de mai sus (Keey și colab. , 2000). Modelul de difuzie folosind gradientul de conținut de umiditate ca forță motrice a fost aplicat cu succes de Wu (1989) și Doe și colab. (1994). Deși acordul dintre profilurile de conținut de umiditate prezis de modelul de difuzie bazat pe gradienții de conținut de umiditate este mai bun la un conținut de umiditate mai scăzut decât la cel mai mare, nu există dovezi care să sugereze că există mecanisme de transport ale umidității semnificativ diferite care funcționează la umiditate mai mare conținut pentru această cherestea. Observațiile lor sunt în concordanță cu un proces de transport care este condus de concentrația totală de apă. Modelul de difuzie este utilizat pentru această teză bazat pe această dovadă empirică că gradientul conținutului de umiditate este o forță motrice pentru uscarea acestui tip de cherestea impermeabilă.

Diferențele de conținut de umiditate între suprafață și centru (gradient, diferența de potențial chimic între interfață și volum) deplasează apa legată prin micile pasaje din peretele celular prin difuzie. În comparație cu mișcarea capilară, difuzia este un proces lent. Difuzarea este mecanismul sugerat în general pentru uscarea lemnului dur impermeabil (Keey și colab. , 2000). Mai mult, umezeala migrează încet datorită faptului că extractivele înfundă micile deschideri ale peretelui celular în duramen. Acesta este motivul pentru care albinul se usucă mai repede decât lemnul de inimă în aceleași condiții de uscare.

Direcții de mișcare a umidității pentru difuzie

Se raportează că raportul dintre ratele de difuzie longitudinală și transversală (radială și tangențială) pentru lemn variază de la aproximativ 100 la un conținut de umiditate de 5%, la 2-4 la un conținut de umiditate de 25% (Langrish și Walker, 1993 ). Difuzia radială este oarecum mai rapidă decât difuzia tangențială. Deși difuzia longitudinală este cea mai rapidă, este de importanță practică numai atunci când bucățile scurte sunt uscate. În general, plăcile de lemn sunt mult mai lungi decât în ​​lățime sau grosime. De exemplu, o dimensiune tipică a unei plăci verzi utilizate pentru această cercetare a fost de 6  m lungime, 250 mm lățime și 43 mm grosime. Dacă plăcile sunt tăiate în patru, atunci lățimea va fi în direcție radială, în timp ce grosimea va fi în direcție tangențială și invers pentru plăcile tăiate simplu. Cea mai mare parte a umezelii este îndepărtată din lemn prin mișcare laterală în timpul uscării.

Motive pentru despicături și fisuri în timpul uscării cherestelei și controlul acestora

Principala dificultate cu care se confruntă uscarea lemnului este tendința straturilor exterioare de a se usca mai repede decât cele interioare. Dacă aceste straturi sunt lăsate să se usuce mult sub punctul de saturație a fibrelor în timp ce interiorul este încă saturat, tensiunile (numite solicitări de uscare) sunt configurate deoarece contracția straturilor exterioare este restricționată de interiorul umed (Keey și colab. , 2000) . Se produce ruperea țesuturilor din lemn și, în consecință, se produc despărțiri și fisuri dacă aceste solicitări de peste cereale depășesc rezistența de la cereale (lipire de fibră la fibră).

Controlul cu succes al defectelor de uscare într-un proces de uscare constă în menținerea unui echilibru între rata de evaporare a umezelii de la suprafață și rata de mișcare exterioară a umidității din interiorul lemnului. Modul în care uscarea poate fi controlată va fi explicat acum. Una dintre cele mai reușite modalități de uscare sau condimentare a lemnului ar fi uscarea în cuptor, unde lemnul este plasat într-un compartiment pentru cuptor în stive și uscat prin abur și eliberând aburul lent.

Influența temperaturii, umidității relative și a ratei de circulație a aerului

Condițiile de uscare externă (temperatura, umiditatea relativă și viteza aerului) controlează condițiile limită externe pentru uscare și, prin urmare, rata de uscare, precum și afectarea ratei de mișcare a umidității interne. Rata de uscare este afectată de condițiile de uscare externe (Walker și colab. , 1993; Keey și colab. , 2000), așa cum va fi descris acum.

Temperatura

Dacă umiditatea relativă este menținută constantă, cu cât temperatura este mai mare, cu atât rata de uscare este mai mare. Temperatura influențează viteza de uscare prin creșterea capacității de reținere a umidității aerului, precum și prin accelerarea vitezei de difuzie a umidității prin lemn.

Temperatura reală într-un cuptor de uscare este temperatura bulbului uscat (de obicei notată cu Tg), care este temperatura unui amestec vapori-gaz determinată prin introducerea unui termometru cu un bec uscat. Pe de altă parte, temperatura bulbului umed (TW) este definită ca temperatura atinsă de o cantitate mică de lichid care se evaporă într-o cantitate mare dintr-un amestec nesaturat de vapori de aer. Elementul senzor de temperatură al acestui termometru este păstrat umed cu un manșon de țesătură poroasă (pânză) pus de obicei într-un rezervor de apă curată. Este necesar un debit minim de aer de 2 m / s pentru a preveni o zonă de formare a aerului umed stagnant în jurul manșonului (Walker și colab. , 1993). Deoarece aerul trece peste manșonul umed, apa se evaporă și răcește termometrul cu bec umed. Diferența dintre temperaturile bulbului uscat și a bulbului umed, depresiunea bulbului umed, este utilizată pentru a determina umiditatea relativă dintr-o diagramă higrometrică standard (Walker și colab. , 1993). O diferență mai mare între temperaturile bulbului uscat și a celui umed indică o umiditate relativă mai mică. De exemplu, dacă temperatura bulbului uscat este de 100 ° C și temperatura bulbului umed 60 ° C, atunci umiditatea relativă este citită ca 17% dintr-o diagramă higrometrică.

Umiditate relativă

Umiditatea relativă a aerului este definită ca presiunea parțială a vaporilor de apă împărțită la presiunea vaporilor saturați la aceeași temperatură și presiunea totală (Siau, 1984). Dacă temperatura este menținută constantă, umiditățile relative mai scăzute duc la rate mai mari de uscare datorită gradientului crescut de umiditate din lemn, rezultat din reducerea conținutului de umiditate din straturile de suprafață atunci când umiditatea relativă a aerului este redusă. Umiditatea relativă este de obicei exprimată procentual. Pentru uscare, celălalt parametru esențial legat de umiditatea relativă este umiditatea absolută, care este masa vaporilor de apă pe unitate de masă de aer uscat (kg de apă pe kg de aer uscat). Cu toate acestea, este influențat de cantitatea de apă din aerul încălzit.

Rata de circulație a aerului

Timpul de uscare și calitatea lemnului depind de viteza aerului și de circulația uniformă a acestuia. La o temperatură constantă și umiditate relativă, cea mai mare rată de uscare posibilă se obține prin circulația rapidă a aerului pe suprafața lemnului, oferind îndepărtarea rapidă a umezelii care se evaporă din lemn. Cu toate acestea, o rată de uscare mai mare nu este întotdeauna de dorit, în special pentru lemnele dure impermeabile, deoarece ratele mai mari de uscare dezvoltă tensiuni mai mari care pot determina crăparea sau distorsionarea cherestelei. La viteze foarte mici ale ventilatorului, mai mici de 1 m / s, fluxul de aer prin stivă este deseori flux laminar, iar transferul de căldură între suprafața lemnului și fluxul de aer în mișcare nu este deosebit de eficient (Walker și colab. , 1993). Eficiența scăzută (externă) a transferului de căldură nu este neapărat o problemă dacă mișcarea internă a umezelii este limitarea cheie a mișcării umidității, așa cum este și pentru majoritatea lemnelor dure (Pordage și Langrish, 1999).

Clasificarea cherestelor pentru uscare

Lemnele sunt clasificate după cum urmează, în funcție de ușurința de uscare și de gradul lor de uscare se degradează:

Păduri foarte refractare

Aceste păduri sunt lente și dificil de uscat dacă produsul final nu trebuie să aibă defecte, în special fisuri și crăpături. Exemple sunt cherestele structurale grele, cu densitate ridicată, cum ar fi burlanul ( Eucalyptus paniculata ), butucul negru ( E. pilularis ), guma albastră sudică ( E. globulus ) și cutia de perii ( Lophostemon cofertus ). Acestea necesită o protecție considerabilă și o îngrijire împotriva condițiilor de uscare rapidă pentru cele mai bune rezultate (Bootle, 1994).

Lemn moderat refractar

Aceste cherestele prezintă o tendință moderată de crăpare și despicare în timpul condimentării. Pot fi condimentate fără defecte cu condiții de uscare moderat rapide (adică se poate utiliza o temperatură maximă a bulbului uscat de 85 ° C). Exemple sunt guma albastră Sydney ( E. saligna ) și alte cherestele de densitate medie (Bootle, 1994), care sunt potențial potrivite pentru mobilier.

Lemnele refractare

Aceste păduri pot fi condimentate rapid pentru a fi libere de defecte chiar și prin aplicarea temperaturilor ridicate (temperaturi cu bec uscat mai mare de 100 ° C) în cuptoarele industriale. Dacă nu sunt uscate rapid, ele pot dezvolta decolorare (pată albastră) și mucegai la suprafață. Exemple sunt rasinoase și cherestea de densitate mică, cum ar fi Pinus radiata .

Model

Rata de uscare a lemnului depinde de o serie de factori, dintre care cei mai importanți sunt temperatura, dimensiunile lemnului și umiditatea relativă. Simpson și Tschernitz au dezvoltat un model simplu de uscare a lemnului în funcție de aceste trei variabile. Deși analiza a fost făcută pentru stejarul roșu, procedura poate fi aplicată oricărei specii de lemn prin ajustarea parametrilor constanți ai modelului.

Pur și simplu, modelul presupune că rata de schimbare a conținutului de umiditate M în raport cu timpul t este proporțională cu cât de departe eșantionul de lemn este de conținutul său de umiditate de echilibru , care este o funcție a temperaturii T și a umidității relative h : ${\ displaystyle M_ {e}}$

${\ displaystyle {\ frac {dM} {dt}} = - {\ frac {M-M_ {e}} {\ tau}}}$

unde este o funcție a temperaturii T și a dimensiunii tipice a lemnului L și are unități de timp. Dimensiunea tipică a lemnului este aproximativ cea mai mică valoare a ( ), care sunt dimensiunile radiale, tangențiale și respectiv longitudinale, în inci, cu dimensiunea longitudinală împărțită la zece, deoarece apa se difuzează de aproximativ 10 ori mai rapid în direcția longitudinală (de-a lungul bobului) decât în ​​dimensiunile laterale. Soluția la ecuația de mai sus este: ${\ displaystyle \ tau}$${\ displaystyle L_ {r}, \, L_ {t}, \, L_ {L} / 10}$

${\ displaystyle {\ frac {M-M_ {e}} {M_ {0} -M_ {e}}} = e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}}}$

Unde este conținutul inițial de umiditate. S-a constatat că pentru cheresteaua de stejar roșu, „constanta de timp” a fost bine exprimată ca: ${\ displaystyle M_ {0}}$${\ displaystyle \ tau}$

${\ displaystyle \ tau = {\ frac {L ^ {n}} {a + bp _ {\ text {sat}} (T)}}}$

unde a , b și n sunt constante și este presiunea de saturație a vaporilor de apă la temperatura T . Pentru timpul măsurat în zile, lungimea în inci și măsurat în mmHg, s-au găsit următoarele valori ale constantelor pentru cheresteaua de stejar roșu. ${\ displaystyle p _ {\ text {sat}} (T)}$${\ displaystyle p _ {\ text {sat}}}$

a = 0,0575

b = 0,00142

n = 1,52

Rezolvarea pentru timpul de uscare produce:

${\ displaystyle t = - \ tau \, \ ln \ left ({\ frac {M-M_ {e}} {M_ {0} -M_ {e}}} \ right) = {\ frac {-L ^ { n}} {a + bp _ {\ text {sat}} (T)}} \, \ ln \ left ({\ frac {M-M_ {e}} {M_ {0} -M_ {e}}} \ dreapta)}$

De exemplu, la 150  ° F, folosind ecuația Arden Buck , presiunea de vapori de saturație a apei este de aproximativ 192 mmHg (25,6 kPa). Constanta de timp pentru uscarea unei plăci de stejar roșu de 1 inci (25 mm) la 150  ° F este apoi de zile, care este timpul necesar pentru a reduce conținutul de umiditate la 1 / e = 37% din abaterea inițială de la echilibru. Dacă umiditatea relativă este 0,50, atunci utilizând ecuația Hailwood-Horrobin , conținutul de umiditate al lemnului la echilibru este de aproximativ 7,4%. Timpul de reducere a cherestelei de la 85% umiditate la 25% umiditate este de aproximativ 4,5 zile. Temperaturile mai ridicate vor produce timpi de uscare mai rapide, dar vor crea, de asemenea, solicitări mai mari în lemn, deoarece gradientul de umiditate va fi mai mare. Pentru lemnul de foc, aceasta nu este o problemă, dar în scopuri de prelucrare a lemnului, solicitări ridicate vor face ca lemnul să se crape și să fie inutilizabil. Timpii normali de uscare pentru a obține verificări minime de condimentare (fisuri) în 25 mm (1 inch sau 4/4 cherestea) Stejarul roșu variază de la 22 la 30 de zile, iar în 8/4, (50 mm sau 2 inch) va varia de la 65 până la 90 de zile. ${\ displaystyle \ tau = 3.03}$    

Metode de uscare a lemnului

În linii mari, există două metode prin care lemnul poate fi uscat:

• uscarea naturală sau uscarea aerului
• uscarea artificială

Uscare în aer

Uscarea în aer este uscarea lemnului prin expunerea acestuia la aer. Tehnica uscării cu aer constă în principal în realizarea unui teanc de cherestea tăiată (cu straturile de scânduri separate prin autocolante) pe fundații ridicate, într-un loc curat, răcoros, uscat și umbros. Rata de uscare depinde în mare măsură de condițiile climatice și de mișcarea aerului (expunerea la vânt). Pentru o uscare cu aer reușită, trebuie să fie amenajat un flux continuu și uniform de aer în grămada de cherestea (Desch și Dinwoodie, 1996).

Rata pierderii de umiditate poate fi controlată prin acoperirea scândurilor cu orice substanță care este relativ impermeabilă la umiditate; uleiul mineral obișnuit este de obicei destul de eficient. Acoperirea capetelor buștenilor cu ulei sau vopsea groasă le îmbunătățește calitatea la uscare. Înfășurarea scândurilor sau a buștenilor în materiale care vor permite o anumită mișcare a umezelii funcționează în general foarte bine cu condiția ca lemnul să fie tratat mai întâi împotriva infecțiilor fungice prin acoperirea cu benzină / benzină sau ulei. Uleiul mineral nu se va înmuia, în general, la mai mult de 1-2 mm sub suprafață și se îndepărtează ușor prin rindeluire atunci când lemnul este uscat în mod corespunzător.

• Beneficii: Poate fi mai puțin costisitoare utilizarea acestei metode de uscare (există încă costuri asociate cu depozitarea lemnului și cu procesul mai lent de introducere a lemnului pe piață), iar uscarea cu aer produce adesea o calitate superioară, mai ușor de lucrat decât cu uscare la cuptor.
• Dezavantaje: În funcție de climă, durează câteva luni până la câțiva ani pentru a usca lemnul la aer.

Uscarea la cuptor

Cuptor mare de uscare a lemnului, folosit pentru arțar

Procesul de uscare artificială sau „la cuptor” constă în principal în introducerea căldurii. Aceasta poate fi direct, folosind gaze naturale și / sau electricitate sau indirect, prin schimbătoare de căldură încălzite cu abur. Energia solară este, de asemenea, o opțiune. În acest proces, controlul deliberat al temperaturii, umidității relative și al circulației aerului creează condiții variabile pentru a realiza profiluri de uscare specifice. Pentru a realiza acest lucru, cheresteaua este stivuită în camere, care sunt echipate cu echipamente pentru a controla temperatura atmosferică, umiditatea relativă și rata de circulație (Walker și colab., 1993; Desch și Dinwoodie, 1996).

Uscarea în cameră oferă un mijloc de a depăși limitările impuse de condițiile meteorologice neregulate. La uscarea la cuptor, ca și în cazul uscării cu aer, aerul nesaturat este utilizat ca mediu de uscare. Aproape toate lemnele comerciale din lume sunt uscate în cuptoare industriale. O comparație între uscarea la aer, cuptorul convențional și uscarea solară este dată mai jos:

1. Lemnul poate fi uscat până la orice conținut scăzut de umiditate dorit prin uscare convențională sau solară în cuptor, dar în uscare cu aer, conținutul de umiditate mai mic de 18% este dificil de atins pentru majoritatea locațiilor.
2. Timpii de uscare sunt considerabil mai mici în uscarea convențională în cuptor decât în ​​uscarea solară în cuptor, urmată de uscarea în aer.
   • Aceasta înseamnă că, dacă este implicată cheltuirea capitalului, acest capital rămâne mai mult timp când se folosește uscarea cu aer. Pe de altă parte, instalarea, funcționarea și întreținerea unui cuptor industrial este costisitoare.
   • În plus, lemnul care este uscat la aer ocupă spațiu, ceea ce ar putea costa și bani.
3. La uscare cu aer, există un control redus asupra condițiilor de uscare, astfel încât ratele de uscare nu pot fi controlate.
4. Temperaturile utilizate în uscarea cuptorului ucid de obicei toate ciupercile și insectele din lemn dacă se utilizează o temperatură maximă a bulbului uscat de peste 60 ° C pentru programul de uscare. Acest lucru nu este garantat la uscarea cu aer.
5. Dacă uscarea în aer se face necorespunzător (expusă la soare), rata de uscare poate fi prea rapidă în lunile uscate de vară, provocând crăpături și despicături și prea lentă în lunile reci de iarnă.

Avantajele semnificative ale uscării convenționale în cuptor includ un randament mai mare și un control mai bun al conținutului final de umiditate. Cuptoarele convenționale și uscarea solară ambele permit uscarea lemnului la orice conținut de umiditate, indiferent de condițiile meteorologice. Pentru majoritatea operațiunilor de uscare pe scară largă, uscarea solară și convențională în cuptor este mai eficientă decât uscarea în aer.

Cuptoarele de tip compartiment sunt cele mai utilizate în companiile de cherestea. Un cuptor compartimentat este umplut cu un lot static de cherestea prin care circulă aerul. În aceste tipuri de cuptoare, lemnul rămâne staționar. Condițiile de uscare sunt variate succesiv în funcție de tipul de lemn uscat. Această metodă de uscare se potrivește foarte bine nevoilor companiilor de cherestea, care trebuie să usuce cherestea de specii și grosimi variate, inclusiv de lemn de esență refractară care este mai susceptibil de verificare și despicare decât alte specii.

Principalele elemente de uscare a camerei sunt:

Materiale de construcție

Camerele sunt în general construite din zidărie de cărămidă sau dale goale de ciment-beton. Tablele sau aluminiul prefabricat într-o construcție cu pereți dubli cu izolație termică sandwich, cum ar fi vată de sticlă sau spume poliuretanice, sunt materiale utilizate și în unele cuptoare moderne din lemn. Cu toate acestea, camerele de zidărie din cărămidă, cu var și tencuială (mortar) la interior și vopsite cu acoperiri impermeabile, sunt utilizate pe scară largă și s-au dovedit a fi satisfăcătoare pentru multe aplicații.

Incalzi

Încălzirea se face de obicei prin schimbătoare de căldură cu aburi și țevi de diferite configurații (de exemplu, tuburi simple sau cu aripioare (transversale sau longitudinale)) sau prin conducte mari de fum prin care sunt trecute gazele fierbinți dintr-un cuptor cu lemne. Doar ocazional se folosește electricitate sau gaz pentru încălzire.

Umidificare

Umidificarea se realizează în mod obișnuit prin introducerea aburului viu în cuptor printr-o conductă de pulverizare cu abur. Pentru a limita și controla umiditatea aerului atunci când cantități mari de umiditate sunt evaporate rapid din lemn, există în mod normal o prevedere pentru aerisirea camerei în toate tipurile de cuptoare.

Circulația aerului

Circulația aerului este mijlocul de a transporta căldura și umezeala departe de toate părțile unei sarcini. Cuptoarele cu circulație forțată sunt cele mai frecvente, unde aerul este circulat prin intermediul ventilatoarelor sau al suflantelor, care pot fi instalate în afara camerei cuptorului (cuptorul cu ventilator extern) sau în interiorul acestuia (cuptorul cu ventilator intern).

Pe tot parcursul procesului, este necesar să se păstreze un control strâns al conținutului de umiditate folosind un sistem de măsurare a umidității, pentru a reduce supra-uscarea și pentru a permite operatorilor să știe când să tragă încărcătura. De preferință, acest contor de umiditate în cuptor va avea o funcție de închidere automată.

Programele de uscare a cuptorului

Uscarea satisfăcătoare a cuptorului poate fi realizată de regulă prin reglarea temperaturii și umidității aerului care circulă pentru a controla conținutul de umiditate al cherestelei la un moment dat. Această condiție se realizează prin aplicarea programelor de uscare a cuptorului. Obiectivul dorit al unui program adecvat este de a asigura uscarea cherestelei la viteza cea mai rapidă posibilă, fără a provoca degradări inacceptabile. Următorii factori au o influență considerabilă asupra programelor.

Speciile

Variațiile în proprietățile anatomice, fizice și mecanice dintre specii afectează timpul de uscare și rezultatele generale.

Grosimea cherestelei

Timpul de uscare este invers legat de grosime și, într-o oarecare măsură, de lățimea cherestelei.

Indiferent dacă plăcile de cherestea sunt tăiate în sfert, tăiate plat sau tăiate bastard (mixte)

Modelul de tăiere influențează distorsiunea datorată anizotropiei de contracție.

Uscarea permisă se degradează

Programele de uscare agresive pot provoca crăparea și distorsiunea lemnului.

Utilizarea intenționată a lemnului

Cerințele mecanice și estetice vor necesita ținte de umiditate diferite, în funcție de utilizarea intenționată.

Având în vedere fiecare dintre factori, niciun program nu este neapărat adecvat, chiar și pentru încărcături similare ale aceleiași specii. Acesta este motivul pentru care există atât de multe cercetări de uscare a lemnului axate pe dezvoltarea unor programe de uscare eficiente.

Cuptor de dezumidificare

O cameră de dezumidificare poate fi un sistem neventat (buclă închisă) sau un sistem parțial ventilat care folosește o pompă de căldură pentru a condensa umezeala din aer utilizând partea rece a procesului de refrigerare (evaporator). Căldura astfel adunată este trimisă pe partea fierbinte a procesul de refrigerare (condensator) pentru reîncălzirea aerului și returnează acest aer mai uscat și mai cald în interiorul cuptorului. Ventilatoarele suflă aerul prin grămezi ca într-un cuptor normal. Aceste cuptoare funcționează în mod tradițional între 100 ° F și 160 ° F și utilizează aproximativ jumătate din energia unui cuptor convențional.

Cuptor cu vid

Aceste cuptoare pot fi cele mai rapide la uscare și cele mai eficiente cu utilizarea energiei. La vid apa fierbe la o temperatură mai scăzută. Pe lângă viteză, un cuptor cu vid poate produce și o calitate îmbunătățită a lemnului.

Presiunea ambiantă scăzută scade punctul de fierbere al apei, dar cantitatea de energie necesară pentru a schimba lichidul în vapori este aceeași. Economiile provin din faptul că nu sunt necesare încălzirea unei clădiri uriașe și nu sunt necesare aerisirea căldurii în timp ce scade umiditatea.

Deoarece toată apa gratuită poate fi îndepărtată la mai puțin de 115 ° F, calitatea este îmbunătățită.

În timp ce uscarea convențională folosește aer cald și uscat pentru a îndepărta apa de pe suprafață, cuptoarele cu vid pot fierbe apă din lemn. Acest lucru permite unui cuptor cu vid bun să usuce foarte repede lemnul foarte gros. Este posibil să uscați 12/4 stejar roșu proaspăt de pe ferăstrău la 7% în 11 zile.

Deoarece lemnul este uscat cu un gradient de vapori - presiunea vaporilor până la presiunea ambiantă - umiditatea poate fi menținută foarte ridicată. Din această cauză, un cuptor cu vid bun poate usca stejarul alb de 4,5 "gros, proaspăt de pe ferăstrău la 8% în mai puțin de o lună. Un lucru care anterior se credea că este imposibil.

Cuptor solar

Un cuptor solar este o încrucișare între uscarea cuptorului și uscarea aerului. Aceste cuptoare sunt, în general, o seră cu ventilator la temperatură ridicată și orificii de ventilație sau sistem de condensare. Cuptoarele solare sunt mai lente și variabile din cauza vremii, dar au un cost redus.

Condimentarea cu apă

Imersiunea în apa curentă îndepărtează rapid seva și apoi lemnul este uscat la aer. „... reduce elasticitatea și durabilitatea lemnului și, de asemenea, îl face fragil.” Dar există perspective concurente, de exemplu, "Duhamel, care a făcut multe experimente pe acest subiect important, afirmă, că lemnul pentru folosirea tâmplarului este cel mai bine pus în apă pentru o perioadă de timp și apoi uscat; deoarece face ca lemnul să fie mai puțin susceptibil de deformare și se sparge la uscare; dar, adaugă el, „acolo unde este necesară puterea, nu ar trebui să fie pus în apă” ".

Fierbere sau condimente cu abur

Scufundarea în apă clocotită sau aplicarea aburului accelerează uscarea lemnului. Se spune că această metodă provoacă o contracție mai mică "... dar este costisitoare de utilizat și reduce rezistența și elasticitatea lemnului."

Condimente chimice sau sărate

Condimentarea sării este scufundarea lemnului într-o soluție de uree, azotat de sodiu, care acționează ca agenți de deshidratare. Apoi lemnul este uscat la aer.

Condimentarea electrică

Condimentarea electrică implică trecerea unui curent electric prin cherestea, provocând acumularea de căldură uscând lemnul. Această metodă este costisitoare, dar este rapidă și uniformă.

Defecte de uscare

Defectele de uscare sunt cea mai comună formă de degradare a lemnului, alături de probleme naturale, cum ar fi nodurile (Desch și Dinwoodie, 1996). Există două tipuri de defecte de uscare, deși unele defecte implică ambele cauze:

1. Defecte din anizotropia de contracție, care rezultă în deformare: cupare, înclinare, răsucire, strâmbare, arc și diamantare.
2. Defecte de uscare neuniformă, care rezultă în ruperea țesutului lemnului, cum ar fi verificări (suprafață, capăt și interior), despicături de capăt, pieptănare cu miere și întărire a carcasei. Se poate produce și colapsul, adesea prezentat ca ondulație sau așa-numita spălare a suprafeței lemnului (Innes, 1996). Colapsul este un defect care rezultă din aplatizarea fizică a fibrelor peste punctul de saturație a fibrelor și, prin urmare, nu este o formă de anizotropie de contracție.

Organizațiile standard din Australia și Noua Zeelandă (AS / NZS 4787, 2001) au dezvoltat un standard pentru calitatea lemnului. Cele cinci măsuri ale calității uscării includ:

1. gradientul conținutului de umiditate și prezența stresului de uscare rezidual (întărire)
2. verificări de suprafață, interne și finale;
3. colaps;
4. distorsiuni;
5. decolorarea cauzată de uscare.

Cuptor de uscare a lemnului

Există astăzi o varietate de tehnologii de uscare a lemnului: convenționale, dezumidificare, solare, vid și frecvență radio.

Cuptoarele uscate convenționale din lemn (Rasmussen, 1988) sunt fie construcții de tip pachet (încărcător lateral), fie construcție de cale (tramvai). Majoritatea cuptoarelor pentru cherestea din lemn de esență tare sunt cuptoare cu încărcare laterală în care sunt folosite camioane cu furcă pentru a încărca pachete de cherestea în cuptor. Majoritatea cuptoarelor pentru cherestea de rasinoase sunt tipuri de șenile în care pachetele de cherestea sunt încărcate pe mașinile cu șemineu / șenile pentru încărcarea cuptorului.

Cuptoarele convenționale moderne cu temperatură ridicată și viteză ridicată a aerului pot usca, de obicei, cherestea verde de 1 inci (25 mm) în 10 ore până la un conținut de umiditate de 18%. Cu toate acestea, stejarul roșu verde de 1 inch are nevoie de aproximativ 28 de zile pentru a se usca până la un conținut de umiditate de 8%.

Căldura este introdusă de obicei prin intermediul aburului care trece prin schimbătoarele de căldură cu aripi / tuburi controlate de supape pneumatice de pornire / oprire. Mai puțin frecvente sunt supapele pneumatice proporționale sau chiar diferiți actuatori electrici. Umiditatea este eliminată printr-un sistem de guri de aerisire, a căror structură specifică este de obicei specială pentru un anumit producător. În general, aerul rece și uscat este introdus la un capăt al cuptorului, în timp ce aerul cald și umed este expulzat la celălalt. Cuptoarele convenționale din lemn de esență tare necesită, de asemenea, introducerea umidității prin pulverizare cu abur sau prin sisteme de aburire a apei reci, pentru a menține umiditatea relativă din interiorul cuptorului să nu scadă prea mult în timpul ciclului de uscare. Direcțiile ventilatorului sunt inversate de obicei periodic pentru a asigura uscarea uniformă a încărcăturilor mai mari ale cuptorului.

Majoritatea cuptoarelor pentru cherestea de rasinoase funcționează sub temperatura de 115 ° C (239 ° F). Programele de uscare a cuptorului din lemn de esență tare mențin temperatura bulbului uscat sub 80 ° C (176 ° F). Este posibil ca speciile dificil de uscat să nu depășească 60 ° C (140 ° F).

Cuptoarele de dezumidificare sunt foarte asemănătoare cu cuptoarele convenționale din construcția de bază. Timpii de uscare sunt de obicei comparabili. Căldura este furnizată în principal de o unitate integrală de dezumidificare care servește și pentru îndepărtarea umidității. Căldura auxiliară este adesea furnizată devreme în program, unde căldura necesară poate depăși căldura generată de unitatea DH.

Cuptoarele solare sunt cuptoare convenționale, construite de obicei de către amatori pentru a menține costurile inițiale de investiții scăzute. Căldura este asigurată prin radiația solară, în timp ce circulația internă a aerului este de obicei pasivă.

În 1949, o companie din Chicago a introdus un cuptor de uscare a lemnului care folosea lămpi cu infraroșu, despre care pretindeau că au redus timpul standard de uscare de la 14 zile la 45 de minute.

Tehnologiile mai noi de uscare a lemnului au inclus utilizarea presiunii atmosferice reduse pentru a încerca să accelereze procesul de uscare. Există o varietate de tehnologii de vid, care variază în primul rând în ceea ce privește metoda căldurii este introdusă în sarcina lemnului. Cuptoarele cu vid plătite cu apă fierbinte folosesc plăci de încălzire din aluminiu cu apa care circulă ca sursă de căldură și funcționează de obicei la presiune absolută redusă semnificativ. Discontinuu și SSV (abur supraîncălzit) folosesc atmosfera pentru a introduce căldură în încărcătura cuptorului. Tehnologia discontinuă permite ca întreaga încărcare a cuptorului să ajungă la presiunea atmosferică maximă, aerul din cameră este apoi încălzit și, în cele din urmă, este aspirat. SSV rulează la atmosfere parțiale (de obicei în jur de 1/3 din presiunea atmosferică maximă) într-un hibrid de vid și tehnologie convențională a cuptorului (cuptoarele SSV sunt semnificativ mai populare în Europa, unde lemnul recoltat local este mai ușor de uscat comparativ cu speciile găsite în America de Nord) . Cuptoarele RF / V (frecvență radio + vid) folosesc radiațiile cu microunde pentru a încălzi încărcătura cuptorului și au de obicei cel mai mare cost de funcționare datorită căldurii de vaporizare oferite de electricitate, mai degrabă decât de combustibil fosil local sau de surse de lemn uzat.

Studiile economice valide ale diferitelor tehnologii de uscare a lemnului se bazează pe energia totală, capitalul, asigurarea / riscul, impactul asupra mediului, forța de muncă, întreținerea și costurile de degradare a produselor pentru sarcina de a îndepărta apa din fibra de lemn. Aceste costuri (care pot fi o parte semnificativă a întregului cost al instalației) implică impactul diferențial al prezenței echipamentelor de uscare într-o instalație specifică. Un exemplu în acest sens este că fiecare echipament (într-o fabrică de fabricație a cherestelei) de la tăietorul verde la sistemul de alimentare de la moara de rindea este „sistemul de uscare”. Deoarece mii de tipuri diferite de fabrici de produse din lemn există în întreaga lume și pot fi integrate (cherestea, placaj, hârtie etc.) sau de sine stătător (numai cherestea), costurile reale ale sistemului de uscare pot fi determinate numai atunci când se compară costurile și riscurile totale ale instalației cu și fără uscare.

Emisiile totale (dăunătoare) în aer produse de cuptoarele pentru lemn, inclusiv sursa lor de căldură, pot fi semnificative. De obicei, cu cât funcționează temperatura cuptorului, cu atât se produc cantități mai mari de emisiuni (pe kilogram de apă îndepărtată). Acest lucru este valabil mai ales în uscarea furnirelor subțiri și uscarea la temperaturi ridicate a lemnului de esență moale.

Standardele OSHA privind instalațiile pentru cuptorul uscat

1910.265 (f) (3) (i) (a): ușile principale ale cuptorului trebuie prevăzute cu o metodă de menținere a acestora deschise în timpul încărcării cuptorului.

1910.265 (f) (3) (i) (b): Contraponderele de pe ușile verticale de ridicare trebuie să fie în cutie sau să fie păzite în alt mod.

1910.265 (f) (3) (i) (c): Trebuie prevăzute mijloace adecvate pentru a fixa ferm ușile principale, atunci când acestea sunt decuplate de suporturi și umerașe, pentru a preveni răsturnarea.

1910.265 (f) (3) (ii) (a): Dacă procedurile de operare necesită accesul la cuptoare, cuptoarele trebuie prevăzute cu uși de evacuare care funcționează ușor din interior, se leagănă în direcția de ieșire și sunt situate în sau lângă ușă principală la capătul pasajului.

1910.265 (f) (3) (ii) (b): Ușile de evacuare trebuie să aibă o înălțime și o lățime adecvate pentru a găzdui un bărbat de dimensiuni medii.

1910.265 (f) (4): Gropi . Gropile trebuie să fie bine ventilate, drenate și iluminate și trebuie să fie suficient de mari pentru a găzdui în siguranță operatorul cuptorului împreună cu dispozitive de funcționare, cum ar fi supape, amortizoare, tije de amortizare și capcane.

Vezi si

• Shake-uri (cherestea)

Referințe

Lecturi suplimentare

• ABARE (2000). Inventarul plantațiilor naționale, martie 2000. 4p.
• Anon. (1997). Piețe de cherestea, acasă și departe: cultivatorii australieni valorifică cererea internațională. Pie, Buletin informativ al organizațiilor de cercetare și dezvoltare internaționale și naționale din Australia (PIE), internaționale și naționale. Volumul 7 (Ediția de vară): p14.
• Bootle, KR (1994). Lemnul în Australia: tipuri, proprietăți și utilizări. Compania de carte McGraw-Hill, Sydney. 443p.
• Desch, HE și Dinwoodie, JM (1996). Lemn: structură, proprietăți, conversie și utilizare. A 7-a ed. Macmillan Press Ltd., Londra. 306p.
• Doe, PD, Oliver, AR și Booker, JD (1994). Un model de conținut non-liniar și de umiditate a programelor variabile de uscare a lemnului de esență tare. Proc. A 4-a conferință internațională IUFRO de uscare a lemnului, Rotorua, Noua Zeelandă. 203-210pp.
• Haque, MN (1997). Modificarea chimică a lemnului cu anhidridă acetică. Disertație MSc. Universitatea din Țara Galilor, Bangor, Marea Britanie. 99p.
• Hoadley, R. Bruce (2000). Understanding Wood: A Craftsman's Guide to Wood Technology (Ed. A doua). Taunton Press . ISBN 1-56158-358-8.
• Innes, T. (1996). Îmbunătățirea calității experimentate a lemnului de esență tare cu referire specială la colaps. Teză de doctorat. Universitatea din Tasmania, Australia. 172p.
• Keey, RB, Langrish, TAG și Walker, JCF (2000). Uscarea cherestelei la cuptor. Springer, Berlin. 326p.
• Kollmann, FFP și Cote, WAJ (1968). Principiile științei și tehnologiei lemnului. I. Lemn masiv. Springer-Verlag, New York. 592p.
• Kumar, S. (1994). Modificarea chimică a lemnului. Wood and Fiber Sci., 26 (2): 270-280.
• Langrish, TAG și Walker, JCF (1993). Procese de transport în lemn. În: Walker, JCF Prelucrarea primară a lemnului. Chapman și Hall, Londra. pp121–152.
• Panshin, AJ și de Zeeuw, C. (1970). Manual de tehnologie a lemnului. Volumul 1, ediția a treia. McGraw-Hill, New York, 705 p.
• Pordage, LJ și Langrish, TAG (1999). Simularea efectului vitezei aerului în uscarea lemnului de esență tare. Drying Technology - An International Journal, 17 (1 și 2): 237-256.
• Rasmussen, EF (1988). Laboratorul Produselor Forestiere, Departamentul Agriculturii SUA. (ed.). Manual de utilizare pentru cuptorul uscat . Consiliul de cercetare a lemnului tare.
• Rowell, RM (1983). Modificarea chimică a lemnului. Rezumat produs forestier, 6 (12): 363-382.
• Rowell, RM (1991). Modificarea chimică a lemnului. În: Hon, DN-S și Shiraishi, N. (eds), Wood and Cellulosic Chemistry. pp. 703-756. Marcel Dekker, Inc., New York.
• Siau, JF (1984). Procese de transport în lemn. Springer-Verlag, New York. 245p.
• Sjostrom, E. (1993). Chimia lemnului: Fundamente și aplicații. Academic Press Limited, Londra. 293p.
• Skaar, C. (1988). Relațiile cu apa din lemn. Springer-Verlag, New York. 283p.
• Stamm, AJ (1964). Știința lemnului și celulozei. Ronald Press, New York. 509p.
• Standard Australia (2000). Lemn - Clasificare în grupuri de rezistență. Australian / Noua Zeelandă Standard (AS / NZS) 2878. Sydney. 36p.
• Standard Australia (2001). Lemn - Evaluarea calității uscării. Australian / Noua Zeelandă Standard (AS / NZS) 4787. Sydney. 24p.
• Strumillo, C. și Kudra, T. (1986). Uscare: Principii, aplicații și proiectare. Gordon și Breach Science Publishers, New York. 448p.
• Walker, JCF, Butterfield, BG, Langrish, TAG, Harris, JM și Uprichard, JM (1993). Prelucrarea primară a lemnului. Chapman și Hall, Londra. 595p.
• Wise, LE și Jahn, EC (1952). Chimia lemnului. Vol 2. Reinhold Publishing Corp., New York. 1343p.
• Wu, Q. (1989). O investigație a unor probleme în uscarea cherestelelor din eucaliptul din Tasmania. M.Eng. Sc. Teză, Universitatea din Tasmania. 237p.

linkuri externe

• Jurnalul de tehnologie de uscare
• Bois, Paul J. .. "Manipularea, uscarea și depozitarea cherestelei de stejar greu" Buletinul tehnic al laboratorului american de produse forestiere nr. 8 1978.