Upload
diplomski5
View
111
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
KLIMATIZACIJA ZRAKA,
GLAVNI ČIMBENIK
KONVEKTIVNOG SUŠENJA
PILJENOG DRVA
Doc.dr.sc. Ante Čikić, dipl.ing.stroj.
Varaždin, 25. veljača 2011. PO VARAŽDIN
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
KONVEKTIVNO SUŠENJE PILJENOG DRVA (DRVNE MASE)
1. Opći pojmovi i definicije
- Toplinsko umjetno sušenje – podrazumijeva odstranjivanje jednog dijela ili ukupne
količine vode iz drva djelovanjem topline, a da mu se pri tome ne umanjuje kvaliteta.
- Svrha sušenja drva u sušari – da se pravilno sloţeno piljeno drvo osuši na
odgovarajući postotak vlage što je moguće brţe sa što manjim troškovima ne umanjujući
njegovu tehničku kvalitetu za obradu i upotrebu.
- Komorna konvektivna sušara – je grijana prostorija odgovarajuće termodinamičke i
konstruktivne stabilnosti u kojoj se prema potrebnom reţimu sušenja mogu odrţavati
temperatura , relativna vlaga i brzina strujanja zraka w.
Opremljena je: sustavima za grijanje, vlaţenje i prisilnu cirkulaciju zraka, te
instrumentima i regulacijskom opremom za upravljanje i voĎenje procesa sušenja raznih
vrsta i sortimenata pravilno sloţene piljene drvne mase.
- Sloţaj drva – je prizmatični oblik pravilno sloţenih komada piljene drvne mase na
odgovarajuće letvice s meĎusobnim razmakom odreĎenim u ovisnosti o debljini drva u
sloţaju.
Letvice (jela, smreka, specijalno oblikovani kompozitni materijal) moraju biti postavljene
točno jedna iznad druge u vertikalnom smjeru, a broj letvica u jednom redu ovisi o debljini
i sortimentu drva. Površina dodira drvne mase i letvice treba biti što manja, da se na tim
mjestima ne mijenjaju ili remete reţimi sušenja.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
1.1 Podjela vlage u drvu
- Slobodna vlaga – nalazi se u krupnijim kapilarama (porama) drva i ne utječe na njegova
svojstva, osim što mu tijekom procesa sušenja mijenja masu. Količina te vode ovisi o
volumenu pora – strukturi drva. Nije vezana za stijenke drva i lakše se odvodi sušenjem
od vezane vlage koja je čvrsto upijena u njegove stijenke.
- Vezana vlaga – nalazi se adsorbirana u šupljikavim staničnim stijenkama drva i bitno
utječe na sušenje, potrebno je dovesti više topline za njeno odvoĎenje u odnosu na
toplinu za odnošenje slobodne vlage (vode), jer se gubljenjem vezane vode drvo uteţe pri
čemu mu se mijenjaju mehanička, električna i toplinska svojstva.
- Kemijski vezana vlaga – nalazi se u spojevima od kojih je izgraĎeno drvo i ne utječe na
proces tehničkog sušenja drva.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
1.2 Postotak vlage (sadrţaj vlage)- Definira se omjerom izmeĎu mase vode u drvu i mase apsolutno suhog drva (% ili kgw/kgsd)
Pod apsolutno suhim drvom podrazumijeva se drvo sušeno na temperaturi od 101°C do
105°C, sve dok mu se praktično ne prestane mijenjati masa.
1.3. Higroskopna i gruba vlagahigroskopna – vezana vlaga…………gruba (nadhigroskopna) – slobodna vlaga
- Kod sušenja: gruba vlaga, misli se na takvu vlagu kod koje je tlak pare u robi (drvu)
praktički jednak onom iznad slobodne površine vode, a kod higroskopne vlage tlak pare u
drvu je osjetljivo manji od onog nad slobodnom površinom vode iste temperature.
Kod drva, zbog izrazito nehomogene strukture ne moţe se povući oštra granica izmeĎu
grube i higroskopne vlage, već je to stvar dogovora, odnosno eksperimentalne metode u
kojoj promatramo odvajanje grube od higroskopne vlage.
1.4 Toĉka zasićenosti vlakanaca drvaSadrţaj ili postotak vlage kod kojeg su stanične stijenke drva potpuno zasićene vezanom
vodom , a u krupnijim kapilarama (porama) nema slobodne vode naziva se točka
zasićenosti vlakanca drva ili točka zasićenja.
Znaĉaj toĉke zasićenosti – definira sadrţaj vlage ispod kojeg stanične stijenke počinju
gubiti vezanu vlagu s posljedicom intenzivnog utezanja drva i vidljivih promjena fizikalnih
svojstava.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA
STROJARSTVA
Utezanje nekih
vrsta drva
(prema F.
Kollmannu)
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Točka zasićenosti vlakanaca drva – za različite vrste
mekog i tvrdog drva kreće se izmeĎu 20% i 40%;
(najčešće izmeĎu 25% i 32%)
Ovisi o uvjeta sušenja, naročito o temperaturi i relativnoj
vlazi te vrsti i gustoći drva.
Za meko drvo: obično izmeĎu 18% i 26%.
Za tvrdo drvo: obično izmeĎu 25% i 40 %, najčešće oko
30%.
A.Čikić: istraţivanje za bukvu (područje Bilogore) za 160
uzoraka – točka zasićenosti: 25% do 38% pri = 20°C i
= 55%. Povećanjem temperature sušenja i sniţavanjem
relativne vlage točka zasićenosti vlakanaca drva se
smanjuje.
Vlaga ravnoteţe raznih organskih
tvari kod: θ = 21°C, p = 1 bar – za
zrak (1 – koţa, 2 – duhan, 3 –
sapun, 4 – drvo, 5 - struna od
crijeva, 6 - ljepilo
1.5. Vlaga higroskopske ravnoteţe-Svojstvo higroskopnosti: ako je piljeno drvo dovoljno dugo u
dodiru sa zrakom stalne temperature, prilagoditi će svoju
vlagu vlazi zraka.
- vlaga higroskopske ravnoteţe (vlaga ravnoteţe) – utvrĎuje
odreĎeni sadrţaj (postotak) vlage u drvu ovisno o
temperaturi i vlazi zraka.
Načelno: kod iste relativne vlage zraka i njegovoj višoj
temperaturi odgovara niţa vlaga ravnoteţe drva.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Vlaga higroskopske ravnoteţe za drvo – prema R. Keylwerthu
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
1.6 Brzina sušenja
Brzina sušenja promatra se pod stalnim uvjetima i definira se s količinom vode koja se
ishlapljuje s njegove površine u jedinici vremena, pri čemu se pod stalnim uvjetima
podrazumijeva: temperatura , relativna vlaga i brzina strujanja zraka w.
Kvalitativni prikaz tijeka sušenja za higroskopne materijale s visokim
sadrţajem (iznad 80%) početne vlage (primjer: piljeno drvo u sušari)
I faza
II faza
III faza
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Naĉelno: u prva dva odsječka sušenja (I i II faza) mjerodavno je ishlapljivanje s površine
drva, a u trećem odsječku (III faza) dominira difuzija te pojave kapilarnosti i kapilarnih sila u
strukturi drva.
I faza sušenjaU prvom vremenskom intervalu do točke A, brzina sušenja je konstantna. Površina piljenog
drva je prekrivena tankim slojem vode što sprječava naglo sušenje. Ishlapljivanjem s
površine se odvodi najveći dio u drvu sadrţane grube vlage i brzina sušenja ovisi o kretanju
i svojstvima zraka (Dalton i Lewis).
II faza sušenjaPočinje u točki A i traje do točke A1. u tom intervalu površina drva je djelomično ovlaţena i
sve brţe se isušuje. Brzina sušenja u početku opada naglije, a zatim sve sporije. Dovod
vode iz unutrašnjosti je usporen, a kod stalne temperature suhog termometra (temperatura
u sušari), prosječna temperatura površine drva je veća od temp. vlaţnog termometra i
tijekom sušenja relativno brzo raste. Preostali dio grube vlage odvodi se ishlapljivanjem, a
procesom difuzije pospješuje se odvajanje higroskopne vlage od staničnih stijenki i njeno
kretanje prema površini drvne mase.
III faza sušenja Treći vremenski interval počinje u točki A1 i traje dok drvo ne postigne vlagu ravnoteţe po
cijelom presjeku, do kraja sušenja. Brzina sušenja se znatno usporava i postotak vlage u
drvu je manji od točke zasićenosti vlakanaca . U krupnijim kapilarama nema grube vlage. Za
odvoĎenje higroskopne vlage mjerodavna je difuzija. Temperatura na površini drva raste i
pribliţava se temperaturi zraka u sušari.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
1.7 Poĉetni srednji sadrţaj vlage drvne maseOvisi o vrste i gustoće drva. Svjeţe oboreno drvo i do 600%.
Piljeno drvo pripremljeno za sušenje (bez predsušenja, ili prirodnog sušenja): 60% do
100%, obično 60% do 95%.
Odstupanje od srednje vlaţnosti svih sloţenih komada drva za sušenje: 5 – 6%.
Odnos izmeĊu najveće koliĉine vode koju drvo moţe primiti i volumne gustoće
drva u apsolutnom suhom stanju
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
1.8 Konaĉni srednji sadrţaj vlage drvne mase
To je sadrţaj vlage koji se ţeli postići nakon
provedenih svih faza ciklusa sušenja.
Vrijednost konačnog srednjeg sadrţaja vlage drva ovisi
o tehnološkim zahtjevima i/ili konačnoj destinaciji
proizvoda.
Prosječno se drvo suši u granicama konačnog
srednjeg sadrţaja vlage od 5% do 12%, obično 8% do
10%.
Veće vrijednosti od 12% (oko 15% do 18%), za
proizvode koji se dugotrajno transportiraju morem ili
nekim drugim transportnim sredstvom.
Kod sušenja elemenata na niski srednji sadrţaj vlage,
oko 8%, a skladište se u sloţajevima na dulji
vremenski period u nekondicionirane prostore
potrebno ih je po oplošju obloţiti s PVC tankim
folijama.
Raspodjela vlage po debljini drva u 4 stupnja
koji redom sljede kod tipiĉnog konvektivnog
sušenja; A kod vrlo ranog, B, C i D kod
kasnijh faza sušenja.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
1.9 Gustoća drvne maseGustoća drvne mase se izraţava omjerom količine mase i jediničnog volumena u apsolutno
suhom stanju.
Gustoća drvne mase u apsolutno suhom stanju je varijabilna, ovisi o: vrstama drva i
značajno utječe na brzinu i kvalitetu sušenja.
Što je gustoća veća, drvo se polaganije suši i najčešće se više uteţe, veća je vjerojatnost
nastanka grešaka od sušenja.
Veoma vaţno za sušenje:
- utvrditi sve utjecajne faktore i paţljivo ih analizirati,
- sastaviti reţim sušenja prilagoĎen odreĎenoj vrsti, debljini i gustoći drvne mase.
Za praktično korištenje, drvna masa se prema gustoći dijeli:
meko drvo……..…………………ρo < 400 kg/m3,
srednje tvrdo drvo……..…………………400 < ρo < 600 kg/m3,
tvrdo drvo……..…………………ρo > 600 kg/m3,
izrazito tvrdo drvo……..…………………ρo > 820 kg/m3.
Što je veća gustoća drva u apsolutno suhom stanju to se u jedinici volumena nalazi veća
količina drvne tvari.
Primjer: ako dvije vrste drva sadrţe isti postotak vlage, onda ona vrsta koja ima veću
gustoću sadrţi veću količinu vode.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Volumna
gustoća u
apsolutno suhom
stanju nekih
vrsta drva
(prema
F. Kollmannu)
gustoća
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Utjecajni parametri konvektivnog sušenja piljenog drva
1. Na strani zraka: temperatura , relativna vlaga i brzina strujanja w zraka (I grupa).
2. Na strani piljenog drva: vrsta, gustoća, dimenzije (posebno debljina), mehanička,fizikalna i higroskopna svojstva, srednja početna i srednjakonačna vlaga drva (II grupa).
Povezivanjem i kompatibilnosti uvjeta sušenja (I grupa) sa faktorima II grupe
(materijal sušenja) formira se reţim sušenja prilagoĊen odreĊenoj drvnoj masi
koja se suši.
Mijenjajući pojedine faktore I grupe (,,w), mijenja se reţim sušenja, provodi se brţe ili
sporije oduzimanje vlage drvu prilagoĎujući se svojstvima, stanju i dimenzijama sušenog
materijala i njegovoj sklonosti pojavi i nastanku grešaka tijekom sušenja.
Faktori II grupe su zadane veliĉine, zahtjeva se odreĊeni i prilagoĊeni reţim sušenja,
da bi osušili drvo do konačnog sadrţaja vlage u što kraćem vremenu, bez umanjenja
njegove kvalitete.
MeĊusobno zavisnom promjenom parametara I grupe utjeĉe se na brzinu i kvalitetu u
svim fazama sušenja drva.
Pojednostavljeno: temperatura je najutjecajniji parametar, relativna vlaga indirektno
utjeĉe na brzinu sušenja, a kretanjem zraka odnosi se vlaga s površine drva.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
2. Konvektivno sušenje piljene drvne mase u sušari – razlozi: radi pravilne pripreme za polufinalnu i/ili finalnu obradu drva (u ≤ 12%),
kada je osušen ispod točke zasićenosti vlakanaca podloţan je dimenzijskim
promjenama i potrebno je provoditi tehnički proces stabilizacije zbog
maksimalno moguće kompenzacije higroskopnosti drva kod niskog sadrţaj vlage,
postiţe se brzo i kvalitetno sušenje uz mogućnost kontinuiranog voĎenja
procesa za svaku vrstu, gustoću i sortiment drva,
kod prirodnog sušenja piljenog drva na otvorenom prostoru nema učinkovite
mogućnosti kontrole i utjecaja na promjenu (,,w), nastaje niz površinskih i
dubinskih grešaka – smanjuje se kvaliteta i iskoristivost drva,
drvo je ţiv i higroskopan materijal,
dugotrajnim prirodnim sušenjem imobilizira se sirovinski kapital,
prirodnim sušenjem drvo teško postiţe vlagu higroskopne ravnoteţe, a kada to i
postigne, površina drva je “cementirana”, moguće izvinuta i napukla, drvna masa
zadrţava svojstvo higroskopnosti što dovodi do promjene dimenzija,
svjeţe ispiljeno i pripremljeno drvo treba odmah konvektivno kontrolirano sušiti
do konačnog sadrţaja vlage,……itd.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Osnovni elementi za provedbu sušenja piljenog drva
1. Prostorija za sušenje (komora) – dimenzije za predviĎeni kapacitet punjenja
i sušenja piljene drvne mase. Zidovi, krov i vrata trebaju biti od čvrste strukture
s niskom toplinskom vodljivosti, dobro brtvljeni. Kontrolirani i automatski
voĎeni proces sušenja drva.
2. Lamelni grijaĉi zraka – pogonski medij: topla/vrela voda (najčešće),
suhozasićena para, termalno ulje; regulacija Q = f (Δ), G = konstantno.
3. Izmjena zraka – izmjena dijela vlaţnijeg cirkulirajućeg s istom količinom
svjeţeg zraka; parovi bočnih ili krovnih otvora s servomotorskim upravljanjem
serijom spregnutih klapni ugraĎenih u otvore za cirkulaciju zraka prema
higrometrijskim uvjetima u sušari.
4. Cirkulacija zraka – ventilatori – aksijalni reverzibilni, promjenjiv broj okretaja,
Ne = f(Vz, dp, ηv). Broj ventilatora i hidrauličke karakteristike ovise o: veličini
sušare, kapacitetu punjenja, maksimalnoj količini zraka u cirkulaciji, vrstama,
gustoći i debljini drva koji će se u sušari djelovanjem različitih reţima sušiti od
srednjeg visokog do srednjeg niskog sadrţaja vlage drva.
Transportirana količina zraka najvećim dijelom mora prolaziti preko ogrjevne
površine grijača zraka, kroz razmake izmeĎu sloţenog drva u sloţajevima, te
kruţno u ciklus termodinamičke obrade, u cilju odnošenja vlage s površine
drva prema trenutnim uvjetima reţima sušenja.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
5. Ovlaţivanje cirkulirajućeg zraka – omekšanom vodom visokog tlaka
(najčešće i PH = 7 – 8), otplinjenom suhozasićenom parom (često problem
zbog unosa toplinske energije i poremećaja reţima sušenja). Automatsko
doziranje raspršivanjem vode (tlak i do 80 bar) u sitne čestice (≤ 50 μm) u
cirkulirajući zrak sukladno reţimu u odreĎenom intervalu sušenja.
6. Pravilno sloţeni i postavljeni sloţajevi drva.
7. Mjerne sonde vlaţnosti drvne mase (ubodne elektrode ili kontinuirano
praćenje dozvoljene deformacije sušene drvne mase.
8. Ravnoteţna vlaga tijekom procesa sušenja.
9. Sustav za automatsko voĊenje, upravljanje, kontrolu i nadzor
(stacionarni i/ili daljinski) sušenja piljenog drva.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Karakteristiĉni oblik sušare
piljenog drva (shematski
prikaz – V ≈ 100 m3)
presjek a – a presjek b - b
tlocrt 1. Izolirani zidovi i krov sušare
2. Ventilatori
3. Odvod – dovod zraka
4. Sloţajevi drva
5. Lamelni grijači zraka
6. Ovlaţivanje zraka vodom
7. Profilirani meĎustrop
8. Pokreta vrata
9. Hidraulički mehanizam
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
SUŠARE – PRIMJERI 1 (POPREĈNI PRESJEK)
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
KONVEKTIVNA SUŠARA – PRIMJER 2
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
KONVEKTIVNA SUŠARA
PRIMJER 2
1. Sloţajevi drva
2. Razvod medija grijanja
3. Ventilatori
4. Grijači zraka
5. Ovlaţivanje zraka
6. MeĎustrop
7. Odsisni ventilator s zaklopkom (izmjena zraka)
8. Dovod svjeţeg zraka
9. Upravljački ormar
10. Mjerno mjesto – psihrometar (danas EMC)
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Lamelni grijaĉi
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Reverzibilni ventilatori - sklop
Boĉni vent. otvori
Toplinska podstanica
Stropni ventilacijski otvori
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
SUŠARA PILJENOG DRVA – PRIMJER MONTAŢE
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Sloţaj (evi) piljenog drva – priprema, slaganje i postavljanje u sušaru
Karakteristični sloţaj piljenog drva
Horizontalni razmak izmeĎu dvije letvice u sloţaju
ovisi o debljini drvne mase, preporučljivo je:
Preporučljive debljine letvica pri slaganju piljenog
drva u sloţajeve:
Zbog unificarnosti izrade prihvatljivo: kvadratični
presjek debljine 25 mm i 38 mm.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Sloţaj (evi) piljenog drva – priprema, slaganje i postavljanje u sušaru
Pravilno postavljanje Nepravilno postavljanje
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Sloţaj (evi) piljenog drva – priprema, slaganje i postavljanje u sušaru
Pravilno postavljeni
sloţajevi u sušaru
Nepravilno
postavljeni sloţajevi
u sušaru
Pravilno
oblikovan sloţaj
Osušeno piljeno
drvo: bijela
bukva, elementi,
debljina 60 mm
Postavljeni sloţajevi drva u sušaru,
elementi, hrast, d = 50 mm
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Mjerne sonde vlaţnosti drvne mase
Mjerenjem odrţavanja i sniţavanja srednje vlage drva tijekom sušenja vodi se reţim
sušenja odreĊene, vrste, gustoće i sortimenta drva u sušari.
Metode mjerenja:• električna svojstva drvne tvari i električnoj vodljivosti vlage (ubodne elektrode,
najĉešća primjena u praksi),
• dozvoljena volumna deformacija piljenog drva tijekom provedbe reţima u svim fazama
sušenja (kontinuirano, primjenjuje se u specifičnim slučajevima),
• termografska + spektrometrijska (kontinuirano praćenje temperaturnih promjena u funkciji
trenutne vlage materijala i uspostavljenog reţima tijekom svih faza sušenja drva,
korištenjem numeričkih vrijednosti prema odgovarajućem etalonu za odreĎenu vrstu,
gustoću i sortiment drva – istraţivanje, u razvoju).
Elektriĉna svojstva drvne tvari i elektriĉna vodljivost vode – ubodne elektrodePrimjena: Sklopovi sa više ubodnih elektroda (6 – 12) postavljaju se u paru na različita
karakteristična mjesta u sloţajeve drva. Mjerenje srednje vrijednosti vlage drva (svih ili izabranih
sondi) kontinuirano je u funkciji odrţavanja i promjene uvjeta reţima sušenja drvne mase.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Postavljanje mjernih (ubodnih)
sondi u sloţajeve - primjer
Ubodne sonde u sušari
prije korištenja - primjer
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Ravnoteţna vlaga tijekom procesa sušenja
• Ako se drvo nalazi dovoljno dugo vremena u dodiru sa
zrakom stalne temperature prilagoditi će svoju vlagu vlazi
zraka (svojstvo higroskopnosti) .
• Vlaga ravnoteţe utvrĎuje odreĎeni postotak vlage u drvu
ovisno o temperaturi i vlazi zraka.
• Načelno: kod iste relativne vlage zraka, njegovoj višoj
temperaturi odgovara niţa vlaga ravnoteţe drva. Drvo koje
ima veći postotak vlage suši se, a ono koje ima vlagu
manju od ravnoteţne ovlaţiti će se.
Ravnoteţnom vlagom drvne mase u odreĎenoj klimi smatra se vlaţnost drva u higroskopnoj
ravnoteţi sa tom klimom definiranom temperaturom i relativnom vlagom zraka (EMC –
Equilibrium Moisture Content ).
Zbog odnosa vlage drva s vlagom zraka kod odreĎene temperature, preko “EMC” se
odreĎuje i odrţava potrebna relativna vlaga zraka prema reţimu u svim fazama sušenja.
Primjeri: = 15°C i = 65% odgovara EMC ≈ 12%, = 30°C i = 45% odgovara EMC ≈ 8%.
Proces sušenja: indirektno odreĎivanje relativne vlage zraka; koristi se tanka celulozna
lamela koja brzo svoju vlagu prilagoĎava vlazi okoline i uspostavlja ravnoteţni odnos.
Mjerenjem sadrţaja vlage celulozne lamele i pretvaranjem u EMC vrijednost (ravnoteţna vlaga
za drvnu masu) utvrĎuje se reţimom potrebna vrijednost relativne vlage zraka u sušari.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Reţimi i oštrina (potencijal) sušenja
Reţimi sušenja – sastoje se od niza meĎusobno povezanih vrijednosti
temperature , relativne vlage i brzine strujanja w zraka u sušari kojima se
utvrĎuje brzina sušenja odreĎene vrste, gustoće i sortimenta drva.
Svakoj vrsti, gustoći, debljini i sortimentu drva pripada odgovarajući reţim
sušenja tako da se sukcesivnom dozvoljenom i meĊusobno ovisnom
promjenom parametara sušenja na strani vlaţnog zraka (,,w) ostvari
maksimalna oštrina sušenja, bez umanjenja kvalitete osušenog drva.
Oštrina sušenja – definira gradijent sušenja u periodu oduzimanja vezane vlage,
a maksimalni gradijent sušenja u periodu oduzimanja vezane vlage utvrĎuje
brzinu sušenja u odnosu na dozvoljena utezanja pri čemu drvna masa do kraja
sušenja (do niskog srednjeg konačnog sadrţaja vlage) mora zadrţati svoja
mehanička i fizikalna svojstva.
Izraţava se odnosom (meĊunarodna oznaka): DG = WM/EMC
DG – drying gradient, WM – wood moisture, EMC – equilibrium moisture content
DG > 1 - drvo se suši, DG < 1 - drvo se ovlaţuje,
DG = 1 - drvo je u higroskopnoj ravnoteţi.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Termodinamiĉka obrada zraka tijekom reţima sušenja
Temperatura: grijanje zraka, miješanje svjeţi/optočni zrak, izmjena zraka.
Relativna vlaga zraka: ovlaţivanje zraka, odnošenje vlage drvne mase,
izmjena zraka svjeţi/otpadni zrak.
Brzina strujanja zraka: promjenjiva brzina strujanja zraka tijekom pojedinih
faza sušenja
Cjelovita obrada zraka u nizu intervala tijekom provedbe reţima sušenja:
klimatizacija zraka – ključni uvjet pravilnog sušenja odreĎene piljene
drvne mase do niskog srednjeg sadrţaja vlage.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Termodinamiĉka obrada zraka tijekom reţima sušenja
Shematski prikaz
pojednostavljenog
procesa
termodinamičke
obrade cirkulirajućeg
zraka u sušari
(primjer 1)
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Termodinamiĉka obrada zraka tijekom reţima sušenja
h – x dijagram – primjer 1
h – x dijagram – primjer 2
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
3. Ciklusi sušenja piljene drvne mase
Svaki ciklus sušenja koji se provodi prema odreĎenom reţimu dijeli se na
osnovne faze, a svaka faza se dijeli u meĎufaze (t.z.v. koraci sušenja) ovisno o
vrste, gustoće, debljine i sortimenta drvne mase te početnog i konačnog
sadrţaja vlage.
Osnovne faze sušenja:
a) zagrijavanje drvne mase – bitno, trenutna vanjska temperatura, vrsta drva i
sortiment, količina zraka, početna vlaţnost, ljeto - samo ventilacija, zima,
progrijavanje drvne mase, zagrijavanje postupno 3 – 8°C/satu. Zagrijavanje po
debljini drva 1,5 – 3 sata/1cm debljine drva izmeĎu dva temp. skoka.
- Pasivno zagrijavanje: do 20°C bez kontrole vlaţnosti uz kontrolirani rast
temperature i cirkulacije zraka.
Ako je vanjska temperatura zraka veća od 10°C kraće se vrijeme provodi
cirkulacija zraka, zatim odmah sljedi aktivna faza zagrijavanja.
- Aktivno zagrijavanje: provodi se od = 20°C do temperature o (1) početka
reţima sušenja. Kontrolira se temperatura, relativna vlaga i brzina strujanja
zraka. Ako su isušeni površinski slojevi i zatvorene pore drva (t.z.v.
cementirane površine) potrebno je provoditi dodatnu klimatizaciju – otvaranje
pora, jer bi u protivnom bio ugroţen ili usporen proces sušenja.
Zagrijavanjem se ne suši drvo već se priprema za aktivnu fazu sušenja.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Početna klimatizacija se u pravilu provodi i kada je početna vlaţnost drva oko 40 do
50%, a neophodna je kada je ispod ili oko točke zasićenosti vlakanaca odreĎene
vrste, gustoće i debljine drva.
b) Aktivna faza sušenja
b1) Sušenje iznad toĉke zasićenosti vlakanaca - započinje na nekoj
temperaturi 1 predviĎenog reţima sušenja. Najvećim dijelom se odnosi
slobodna voda, ali se u pojedinim unutarnjim slojevima drva pokreće
djelomično i vezana voda zbog veoma zamršenih fizikalnih pojava, naročito
kada je sniţen sadrţaj vlage ispod 50 – 60%. Sušenje se provodi do točke
zasićenosti vlakanaca, obično oko 30% vlaţnosti drva.
Sušenje se moţe provoditi prema tri načela (od oko 80 – 95% do oko 30%
vlage drva)
- 1 = const., EMC = const. W = const. (najmanje znanje i iskustvo o
sušenju, spori proces)
- 1 = const., EMC const. W = const. (prosječno znanje i iskustvo,
nesigurnost u procesu nešto brţeg sušenja, za manje debljine “lakših” vrsta drva)
- 1 const., EMC const. W const. (vrlodobro znanje i bogato iskustvo o
sušenju, klizajući reţim po sigurnosnoj granici, brţe sušenje drva).
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
b2) Sušenje ispod toĉke zasićenosti vlakanca drvne mase
dodatno podizanje temperature s – odvaja i odnosi se vezana vlaga čvrsto
upijena u stanične stijenke drva. Dovodi se više toplinske energije pri višoj
temperaturi. Gradijent sušenja je veći.
Dominantni utjecaj na brzinu sušenja ima temperatura, nešto manji utjecaj
relativna vlaga, a najmanji brzina strujanja zraka.
Karakteristično je stupnjevito podizanje temperature s od 1 do 2 uz
smanjenje EMC prema reţimu sušenja. Prema reţimu u ovoj fazi se drvo
uteţe, ali pri tome nesmije doći do deformacija i raznih grešaka na drvnoj masi.
b3) Sušenje ispod toĉke zasićenosti vlakanca drvne mase
konstantna temperatura 2 - gradijent sušenja je najveći. Zadnja faza se
provodi pri najvećoj temperaturi prema reţimu sušenja. Sadrţaj vlage drva se
smanjuje od oko 15% do konačne vrijednosti. Ako prethodno nisu nastale
greške, mala je vjerojatnost nastanka grešaka u ovoj fazi sušenja. Odrţava se
2 = const i EMC = const. do kraja sušenja.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
c) Izjednaĉavanje i kondicioniranje piljene drvne mase
Izjednačavanje se provodi na kraju sušenja da se smanje razlike u vlazi
izmeĎu pojedinih komada drva, a kondicioniranje da se izjednači vlaga po
debljini komada drva i da se drvo oslobodi naprezanja.
Oba postupka daju zadovoljavajuće rezultate za konačni postotak vlage drva
izmeĎu 5 do 12%.
Izjednačavanje: početak – pokusni komad ima najmanje 2% manju vlagu od
one na koju se drvo suši. Trajanje – dok najvlaţniji pokusni komad ne
postigne konačni postotak vlage na koju se drvo suši.
Pri tome je 2 = const i EMC – za oko 2% niţa od konačnog postotka vlage
na koju se drvo suši.
Kondicioniranje – počinje kada je srednji postotak vlage najvlaţnijeg
pokusnog komada jednak konačnom postotku na koji se drvo suši, bez
obzira da li se provodi izjednačavanje. U sušari se odrţava temperatura
prema zadnjem stupnju reţima, ali da je moguće odrţavati odgovarajuću
vlagu ravnoteţe.
Vlaga ravnoteţe treba biti za meko drvo 1,5 – 2%, a za tvrdo drvo 2 – 3%
veća od konačnog postotka vlage na koje se drvo suši
(za debljine ≥ 20 mm).
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
d) HlaĊenje osušene piljene drvne mase
Postupno se provodi hlaĎenje prema odreĎenom satnom padu gradijenta
temperature u sušari, ovisno o vanjskim mikroklimatskim prilikama.
Sniţavanje temperature 2 do oko 30 do 38°C provodi se u koracima sa
oko 5 do 8°C/satu, a nakon toga osušena drvna masa se prirodno hladi.
Temperatura se u sušari prirodno smanjuje isključivanjem sustava za
grijanje. Odrţava se kontrolirana cirkulacija zraka uz vlagu ravnoteţe
izjednačavanja/kondicioniranja ili zadnjeg stanja aktivne faze sušenja.
Pri temperaturi drvne mase oko 30°C ili prema predviĎenim uvjetima
sušenja iz sušare se iznose sloţajevi drva, a pri niţim vanjskim
temperaturama kad je temperatura drvne mase u sušari oko 20°C.
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
PROVEDBA REŢIMA SUŠENJA U KONVEKTIVNOJ SUŠARI – PRIMJER, hrast d = 25 mm
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Reţim sušenja – voĊenje, upravljanje i kontrola
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
BRZINE CIRKULIRAJUĆEG ZRAKA KROZ
SLOŢAJEVE DRVA (PREPORUKA)
HRVATSKA KOMORA
INŽENJERA STROJARSTVA
Utjecaj razmaka X na brzinu sušenja cx i na smanjenje srednjeg sadrţaja vlage uxs piljenica
drva u sloţaju debljine d1 = 38 mm za prikazane uvjete
HRVATSKA KOMORAINŽENJERA
STROJARSTVA
Utjecaj temperature z na brzinu sušenja cx i na smanjenje
srednjeg sadrţaja vlage uxs piljenica drva u sloţaju debljine d1 = 38
mm za prikazane uvjete
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Utjecaj relativne vlage z na brzinu sušenja cx i na smanjenje srednjeg sadrţaja vlage uxs
piljenica drva u sloţaju debljine d1 = 38 mm za prikazane uvjete
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
Utjecaj brzine strujanja w na brzinu sušenja cx i na smanjenje srednjeg sadrţaja vlage uxs
piljenica drva u sloţaju debljine d1 = 38 mm za prikazane uvjete
HRVATSKA KOMORA INŽENJERA STROJARSTVA
HVALA NA POZORNOSTI!