Ahşap kurutma - Wood drying

Havayla kuruyan kereste yığını

Odun kurutma (aynı zamanda kereste baharat veya ahşap baharat ) azaltır nem içeriğine ait ahşap kullanımdan önce. Kurutma bir fırında yapıldığında , ürün fırında kurutulmuş kereste veya kereste olarak bilinir , havayla kurutma ise daha geleneksel yöntemdir.

Ahşabı kurutmanın iki ana nedeni vardır:

Ağaç işleri: Ahşap bir yapı malzemesi olarak kullanıldığında, ister bir binada yapısal bir destek olarak isterse ahşap işleme nesnelerinde olsun, çevresiyle dengeye gelene kadar nemi emecek veya dışarı atacaktır . Dengeleme (genellikle kurutma) ahşapta eşit olmayan büzülmeye neden olur ve dengeleme çok hızlı gerçekleşirse ahşaba zarar verebilir. Ahşaba zarar vermemek için denge kontrol edilmelidir.
odun yakma: Odun yakıldığında ( yakacak odun ), genellikle önce onu kurutmak en iyisidir. Ağaç işleme amaçlı kurutma durumunda olabileceği gibi, büzülmeden kaynaklanan hasar burada bir sorun değildir. Nem, yanmamış hidrokarbonların bacadan yukarı çıkmasıyla yanma sürecini etkiler. Egzoz gazından 100 °C'lik bir egzoz sıcaklığına yol açan iyi bir ısı çıkışı ile yüksek sıcaklıkta %50 ıslak kütük yakılırsa , kütüğün enerjisinin yaklaşık %5'i su buharının buharlaştırılması ve ısıtılması yoluyla boşa harcanır. Kondenserler ile verimlilik daha da arttırılabilir; ama normal soba için, ıslak odun yakmanın anahtarı onu çok sıcak yakmak, belki de kuru odunla ateşe vermektir.

Yerinde kuruyan küçük yakacak odun kütükleri

Bazı amaçlar için ahşap hiç kurutulmaz ve yeşil kullanılır . Çoğu zaman, ahşap , inşaat ahşabında olduğu gibi dışarıdaki havayla veya ahşap mobilyalarda olduğu gibi içerideki havayla dengede olmalıdır .

Ahşap, hava ile kurutulur veya özel olarak yapılmış bir fırında ( fırın ) kurutulur . Genellikle odun kurutulmadan önce kesilir, ancak bazen kütük bütün olarak kurutulur.

Sertleşme, çok hızlı kurumuş kereste veya keresteyi tanımlar. Ahşap başlangıçta kabuktan (yüzeyden) kurur, kabuğu küçültür ve çekirdeği sıkıştırma altına alır. Bu kabuk düşük nem içeriğine sahip olduğunda 'sertleşecek' ve büzülmeye karşı direnecektir. Ahşabın çekirdeği hala daha yüksek bir nem içeriğine sahiptir. Bu çekirdek daha sonra kurumaya ve büzülmeye başlayacaktır. Bununla birlikte, herhangi bir büzülme zaten 'ayarlanmış' kabuk tarafından karşılanır. Bu, ters gerilimlere yol açar; kabuktaki sıkıştırma gerilmeleri ve çekirdekteki çekme gerilmeleri. Bu durum sertleştirme adı verilen giderilmeyen stresle sonuçlanır. Sertleştirilmiş [ahşap], testere ile gerilim serbest bırakıldığında önemli ölçüde ve tehlikeli bir şekilde eğilebilir .

Ahşap türleri

Ağaç, botanik kökenine göre iki türe ayrılır: iğne yapraklı ağaçlardan yumuşak ağaçlar ve geniş yapraklı ağaçlardan sert ağaçlar. Yumuşak ağaçlar daha hafiftir ve yapıları genellikle basittir, oysa sert ağaçlar daha sert ve daha karmaşıktır. Bununla birlikte, Avustralya'da yumuşak ağaç genellikle yağmur ormanı ağaçlarını, sert ağaç ise Sclerofil türlerini ( Eucalyptus spp ) tanımlar .

Çam gibi yumuşak ağaçlar , meyve ağacı gibi sert ağaçlardan tipik olarak çok daha hafiftir ve işlenmesi daha kolaydır . Yoğunluk Angiospermaelerin arasında değişmektedir350 kg / m ³ için700 kg/m ³ , sert ağaçlar450 kg/m ³ ila1250 Kg / m ³ . Kuruduktan sonra her ikisi de yaklaşık %12 nem içerir ( Desch ve Dinwoodie, 1996 ). Sert ahşabın daha yoğun ve daha karmaşık yapısı nedeniyle geçirgenliği yumuşak ahşabınkinden çok daha azdır ve kurumasını zorlaştırır. Sert ağaç türlerinin yumuşak ağaç ağaçlarından yaklaşık yüz kat daha fazla olmasına rağmen, daha hızlı ve daha kolay kurutulma ve işlenme özelliği, yumuşak ahşabı günümüzde ticari ahşabın ana kaynağı haline getirmektedir.

Ağaç-su ilişkileri

Canlı ağaçların ve taze kütüklerin kerestesi, genellikle ahşabın ağırlığının %50'sinden fazlasını oluşturan büyük miktarda su içerir. Suyun ahşap üzerinde önemli bir etkisi vardır. Ahşap, çevresiyle sürekli olarak nem veya su alışverişinde bulunur, ancak değişim oranı ahşabın sızdırmazlığının derecesinden büyük ölçüde etkilenir.

Ahşap üç biçimde su içerir:

Bedava su: Hücre lümeninde bulunan su kütlesi sadece kılcal kuvvetler tarafından tutulur. Kimyasal olarak bağlı değildir ve serbest su olarak adlandırılır. Serbest su, sıvı su ile aynı termodinamik durumda değildir: kılcal kuvvetlerin üstesinden gelmek için enerji gereklidir . Ayrıca serbest su, ahşabın kuruma özelliklerini değiştiren kimyasallar içerebilir.
Bağlı veya higroskopik su: Bağlı su, hidrojen bağları yoluyla ahşaba bağlanır . Ahşabın su için çekiciliği , hücre duvarındaki selüloz , hemiselüloz ve lignin moleküllerinde serbest hidroksil (OH) gruplarının varlığından kaynaklanmaktadır . Hidroksil grupları negatif yüklüdür. Su polar bir sıvı olduğu için, selülozdaki serbest hidroksil grupları hidrojen bağı ile suyu çeker ve tutar.
Buhar: Hücre lümenindeki su buharı formundaki su , normal sıcaklık ve nemde normalde ihmal edilebilir düzeydedir.

Nemli içerik

Ahşabın nem içeriği, aşağıdaki formülle, kuru kütlenin bir oranı olarak kütle değişimi olarak hesaplanır (Siau, 1984):

{\text{nem içeriği}}={\frac {m_{\text{g}}-m_{\text{od}}}{m_{\text{od}}}}\times 100\%

Burada, ahşabın yeşil kütlesi , fırın kuru kütlesidir (genel olarak 0 dereceye ayarlanmış bir fırında kurutulduktan sonra sabit kütleye ulaşılması). $m_{\metin{g}}$ $m_{\metin{od}}$ 103 ± 2 °C (218 ± 4 °F ) Walker ve diğerleri tarafından belirtildiği gibi 24 saat . , 1993). Denklem aynı zamanda suyun kütlesinin bir yüzdesi ve fırında kurutulmuş odun kütlesinin bir yüzdesi olarak ifade edilebilir. Örneğin,0,59 kg/kg (fırın kuru esası), %59 (fırın kuru esası) ile aynı nem içeriğini ifade eder.

lif doyma noktası

Ahşap palet üzerindeki bu IPPC işaretleri, KD: fırınlanmış, HT: ısıl işlem görmüş ve DB: kabuğu soyulmuş olduğunu gösterir. Esasen bir IPPC üye devletine ihraç edilen tüm ahşap ambalaj malzemelerinin bunun gibi bir damgası olmalıdır.

Yeşil ağaç kuruduğunda, yalnızca kılcal kuvvetler tarafından tutulan hücre lümeninden serbest su ilk giden olur. Mukavemet ve büzülme gibi fiziksel özellikler genellikle serbest suyun uzaklaştırılmasından etkilenmez. Lif doyma noktası (FSP), hücre duvarları bağlı suya doygun iken serbest suyun tamamen gitmesi gereken nem içeriği olarak tanımlanır. Çoğu ağaç türünde, lif doyma noktası %25 ila %30 nem içeriğindedir. Siau (1984), elyaf doyma noktasının (kg/kg) aşağıdaki denkleme göre T sıcaklığına (°C) bağlı olduğunu bildirmiştir : $X_{\metin{fsp}}$

X_{\text{fsp}}=0.30-0.001(T-20)\;

(1.2)

Keey et al. (2000), lif doyma noktasının farklı bir tanımını kullanır (%99 bağıl nem ortamında ahşabın denge nem içeriği).

Ahşabın birçok özelliği, ahşabın lif doyma noktasının altında kurutulmasıyla önemli değişiklikler gösterir, bunlara aşağıdakiler dahildir:

hacim (ideal olarak bir miktar bağlı su kaybolana kadar, yani odun FSP'nin altında kuruyana kadar büzülme olmaz);
mukavemet (darbe-bükülme mukavemeti ve bazı durumlarda tokluk hariç, ahşap FSP'nin altında kurutuldukça mukavemetler genellikle tutarlı bir şekilde artar (Desch ve Dinwoodie, 1996);
ahşap FSP'nin altında kuruduğunda bağlı su kaybıyla çok hızlı artan elektrik direnci .

Denge nem içeriği

Ahşap higroskopik bir maddedir. Buhar şeklinde nem alma veya verme özelliğine sahiptir. Ahşabın içerdiği su, herhangi bir zamanda suyla doldurulmuş kılcal damarların maksimum boyutu ile belirlenen kendi başına buhar basıncı uygular. Ortam boşluğundaki su buharı basıncı, ahşap içindeki buhar basıncından düşükse, desorpsiyon gerçekleşir. O sırada suyla dolu olan en büyük boyutlu kılcal damarlar önce boşalır. Su art arda daha küçük kılcal damarlarda tutulduğundan, ahşap içindeki buhar basıncı düşer. Ahşabın içindeki buhar basıncının ahşabın üzerindeki ortam boşluğundaki buhar basıncına eşit olduğu bir aşamaya ulaşılır ve daha fazla desorpsiyon sona erer. Bu aşamada ahşapta kalan nem miktarı, ortam boşluğundaki su buharı basıncı ile dengededir ve denge nem içeriği veya EMC olarak adlandırılır (Siau, 1984). Higroskopikliği nedeniyle ahşap, çevredeki havanın bağıl nemi ve sıcaklığı ile dengede olan bir nem içeriğine ulaşma eğilimindedir.

Ahşabın EMC'si, ortam bağıl nemine (sıcaklığın bir fonksiyonu) göre, sıcaklıkla daha az derecede önemli ölçüde değişir. Siau (1984), EMC'nin ayrıca tür, mekanik stres, ahşabın kuruma geçmişi, yoğunluk, ekstraktif içeriği ve nem değişiminin gerçekleştiği sorpsiyon yönü (yani adsorpsiyon veya desorpsiyon) ile çok az değiştiğini bildirmiştir.

Hizmetteki ahşabın nem içeriği

Ahşap, kullanıma sunulduktan sonra higroskopik özelliklerini korur. Daha sonra, EMC'sini belirlemede baskın faktör olan dalgalı neme tabi tutulur. Bu dalgalanmalar, günlük değişimler veya yıllık mevsimsel değişiklikler gibi az çok döngüsel olabilir.

Ahşabın nem içeriğindeki değişiklikleri veya kullanımdaki ahşap nesnelerin hareketini en aza indirmek için ahşap genellikle maruz kalacağı ortalama EMC koşullarına yakın bir nem içeriğine kadar kurutulur. Bu koşullar, belirli bir coğrafi konumdaki dış kullanımlara kıyasla iç kullanımlar için farklılık gösterir. Örneğin, Avustralya Kereste Kurutma Kalitesi Standardına göre (AS/NZS 4787, 2001), EMC'nin Avustralya eyaletlerinin çoğu için %10-12 olması tavsiye edilir, ancak aşırı durumlar bazı eyaletlerde %15 ila 18'e kadar çıkabilir. Queensland, Kuzey Bölgesi, Batı Avustralya ve Tazmanya'daki yerler. Ancak, kuru merkezi ısıtmalı evlerde ve ofislerde veya sürekli olarak iklimlendirilen binalarda EMC %6 ila 7 kadar düşüktür.

Büzülme ve şişme

Nem içeriği değiştiğinde ahşapta büzülme ve şişme meydana gelebilir (Stamm, 1964). Nem içeriği azaldıkça büzülme, arttığında ise şişme meydana gelir. Hacim değişimi her yönde eşit değildir. En büyük boyutsal değişiklik, büyüme halkalarına teğet bir yönde gerçekleşir. Özden dışa doğru veya radyal olarak büzülme, genellikle teğetsel büzülmeden önemli ölçüde daha azdır, boyuna (tane boyunca) büzülme ise genellikle ihmal edilecek kadar azdır. Boyuna büzülme, %2 ila %10 olan enine büzülmelerin aksine %0,1 ila %0,3'tür. Teğetsel büzülme, bazı türlerde beş kat kadar büyük olmasına rağmen, genellikle radyal yöndekinin yaklaşık iki katıdır. Büzülme teğet yönde yaklaşık %5 ila %10 ve radyal yönde yaklaşık %2 ila %6'dır (Walker ve diğerleri , 1993).

Ahşabın diferansiyel enine büzülmesi aşağıdakilerle ilgilidir:

yıllık halka içinde geç odun ve erken odun artışlarının münavebesi;
ahşap ışınlarının radyal yön üzerindeki etkisi (Kollmann ve Cote, 1968);
mikrofibril açı modifikasyonları ve çukurlar gibi hücre duvarı yapısının özellikleri;
orta lamel kimyasal bileşimi.

Ahşabın kurutulması, büzülme yoluyla brüt boyut değişikliklerinin kurutma işlemiyle sınırlı kalmasını sağlama sanatı olarak tanımlanabilir. İdeal olarak, ahşap, daha sonra (hizmet sırasında) ahşap tarafından elde edilecek olan denge nem içeriğine kadar kurutulur. Böylece, daha fazla boyutsal değişiklik minimumda tutulacaktır.

Ahşabın boyut değişikliğini tamamen ortadan kaldırmak muhtemelen imkansızdır, ancak boyuttaki değişikliğin ortadan kaldırılması kimyasal modifikasyonla yaklaşık olarak yapılabilir. Örneğin ahşap, hidroksil gruplarını diğer hidrofobik fonksiyonel modifiye edici ajan gruplarıyla değiştirmek için kimyasallarla işlenebilir (Stamm, 1964). Mevcut tüm prosesler arasında, asetik anhidrit ile ahşap modifikasyonu, ahşaba zarar vermeden elde edilebilen yüksek büzülme önleme veya şişme önleme verimliliği (ASE) için not edilmiştir. Bununla birlikte, ahşabın asetilasyonu, maliyeti, korozyonu ve asetik asidin ahşapta tutulması nedeniyle ticarileştirilmesi yavaş olmuştur. Ahşabın kimyasal modifikasyonu ile ilgili geniş bir literatür vardır (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

Kereste kurutma, birincil ahşap işleme endüstrilerinden biçilmiş ürünlere değer katmanın bir yöntemidir. Avustralya Orman ve Ağaç Ürünleri Araştırma ve Geliştirme Kurumu'na (FWPRDC) göre, metreküp başına yaklaşık 350 $ veya daha düşük bir fiyata satılan yeşil kereste sert ağaçların değeri, kurutma ve işleme ile metreküp veya daha fazla 2.000 $'a yükseliyor. Bununla birlikte, şu anda kullanılan geleneksel kurutma işlemleri, genellikle hem harici hem de dahili çatlaklardan kaynaklanan önemli kalite sorunlarına yol açarak ürünün değerini düşürür. Örneğin, Queensland'de (Anon, 1997), kurutulmuş yumuşak ahşabın %10'unun, kurutma kusurları nedeniyle metreküp başına 200$ değer kaybettiği varsayımıyla, testere değirmencileri yılda yaklaşık 5 milyon dolar kaybediyor. Avustralya'da kayıp, yumuşak ağaç için yılda 40 milyon dolar ve sert ağaç için eşit veya daha yüksek bir miktar olabilir. Bu nedenle, iklim koşullarının yılın farklı zamanlarında önemli ölçüde değiştiği ülkelerde, kullanımdan önce kontrollü koşullar altında uygun kurutma, kereste kullanımında büyük önem taşımaktadır.

Kurutma, ağaçların kesilmesinden hemen sonra yapılırsa, ahşabı birincil çürümeye, mantar lekelerine ve belirli türdeki böceklerin saldırılarına karşı da korur. Nem oranı %20'nin altında olan kerestelerde çürümeye ve lekelenmeye neden olan organizmalar genellikle gelişemezler. Hepsi olmasa da birkaç böcek zararlısı yalnızca yeşil kerestede yaşayabilir.

Kereste kurutmanın yukarıdaki avantajlarına ek olarak, aşağıdaki noktalar da önemlidir (Walker ve diğerleri , 1993; Desch ve Dinwoodie, 1996):

Kurutulmuş kereste daha hafiftir ve nakliye ve taşıma maliyetleri azalır.
Kurutulmuş kereste, çoğu mukavemet özelliğinde yeşil keresteden daha güçlüdür.
Koruyucularla emprenye edilecek keresteler, özellikle yağ tipi koruyucular söz konusu olduğunda, uygun penetrasyonun gerçekleştirilmesi için uygun şekilde kurutulmalıdır.
Ahşap ve ahşap ürünlerin kimyasal modifikasyonu alanında, uygun reaksiyonların gerçekleşmesi için malzemenin belirli bir nem içeriğine kadar kurutulması gerekir.
Kuru ahşap genellikle yeşil keresteden daha iyi çalışır, makineler, cilalar ve yapıştırıcılar (istisnalar olsa da; örneğin, yeşil ahşabın tornalanması genellikle kuru ahşaptan daha kolaydır). Boyalar ve cilalar kuru ahşapta daha uzun süre dayanır.
Ahşabın elektrik ve ısı yalıtım özellikleri kurutularak iyileştirilir.

Kesildikten hemen sonra ahşabın hızlı kuruması, bu nedenle ham keresteyi önemli ölçüde iyileştirir ve değer katar. Kurutma, kereste kaynaklarının kullanımını rasyonelleştirerek önemli ölçüde uzun vadeli ekonomi sağlar. Ahşabın kurutulması, dünya çapında birçok araştırmacıyı ve kereste şirketini ilgilendiren bir araştırma ve geliştirme alanıdır.

Nem hareketinin mekanizmaları

Ahşaptaki su normalde daha yüksek bölgelerden daha düşük nem içeriğine sahip bölgelere doğru hareket eder (Walker ve diğerleri , 1993). Kurutma ahşabın dışından başlar ve merkeze doğru hareket eder ve ahşabın iç bölgelerindeki nemi dışarı atmak için dışarıda kurutma da gereklidir. Ahşap daha sonra nem içeriğinde çevredeki hava ile dengeye ulaşır.

Nem geçitleri

Nem hareketinin itici gücü kimyasal potansiyeldir. Bununla birlikte, ahşaptaki kimyasal potansiyeli sıcaklık ve nem içeriği gibi yaygın olarak gözlemlenebilir değişkenlerle ilişkilendirmek her zaman kolay değildir (Keey ve diğerleri , 2000). Tahtadaki nem, itici kuvvetin doğasına (örneğin basınç veya nem gradyanı) ve ahşap yapısındaki değişikliklere (Langrish ve Walker, 1993) bağlı olarak çeşitli geçiş yolları boyunca sıvı veya buhar olarak ahşap içinde hareket eder (Langrish ve Walker, 1993). nem hareketi için itici güçler hakkında bir sonraki bölüm. Bu yollar, damarların boşluklarından, liflerden, ışın hücrelerinden, çukur odalardan ve çukur membran açıklıklarından, hücreler arası boşluklardan ve geçici hücre duvarı geçitlerinden oluşur.

Suyun hareketi bu geçitlerde herhangi bir yönde, hücrelerde boylamasına ve yanal olarak ahşabın yanal kurutma yüzeylerine ulaşana kadar hücreden hücreye gerçekleşir. Sert ağacın diri odununun daha yüksek uzunlamasına geçirgenliği genellikle damarların varlığından kaynaklanır. Sert ağaçlarda yanal geçirgenlik ve enine akış genellikle çok düşüktür. Sert ağaçlardaki damarlar bazen tilozların mevcudiyeti ve/veya daha önce bahsedildiği gibi diğer bazı türlerdeki sakız ve reçinelerin salgılanmasıyla tıkanır. Oluşumu genellikle ağaçların yaralanmaya karşı doğal koruyucu tepkisinin bir sonucu olan sakız damarlarının varlığı, çoğu okaliptüsün biçilmiş tahtalarının yüzeyinde yaygın olarak gözlenir. Sert ağaçlarda ışınların genel olarak daha yüksek hacimli fraksiyonuna (tipik olarak ahşap hacminin %15'i) rağmen, ışınlar radyal akışta özellikle etkili değildir ve liflerin radyal yüzeylerindeki çukurlar teğet akışta etkili değildir (Langrish ve Walker, 1993). .

Nem hareket alanı

Ahşapta hava ve nem için mevcut alan, ahşabın yoğunluğuna ve gözenekliliğine bağlıdır. Gözeneklilik, bir katıdaki boşluğun hacim oranıdır. Gözenekliliğin, ahşap hücre duvarının kuru hacminin %1,2 ila 4,6'sı olduğu bildirilmektedir (Siau, 1984). Öte yandan, geçirgenlik, örneğin kılcal basınç gradyanı veya nem gradyanı gibi bazı itici kuvvetlerin etkisi altında sıvıların gözenekli bir katı içinden taşınma kolaylığının bir ölçüsüdür. Katıların geçirgen olması için gözenekli olması gerektiği açıktır, ancak tüm gözenekli cisimlerin geçirgen olduğu anlamına gelmez. Geçirgenlik ancak boşluklar açıklıklarla birbirine bağlıysa var olabilir. Örneğin, bir sert ağaç geçirgen olabilir, çünkü zarlarda açıklıklar olan damarlar arası oyuklar vardır (Keey ve diğerleri , 2000). Bu membranlar tıkalı veya kabukluysa veya çukurlar aspire edilirse, ahşap kapalı hücreli bir yapı alır ve neredeyse geçirimsiz olabilir. Yoğunluk, geçirimsiz sert ağaçlar için de önemlidir, çünkü birim mesafe başına daha fazla hücre duvarı malzemesi geçilir, bu da difüzyona karşı artan direnç sunar (Keey ve diğerleri , 2000). Bu nedenle, genel olarak daha hafif ahşaplar, daha ağır ahşaplardan daha hızlı kurur. Akışkanların taşınması, yüksek sıcaklıkta geçirgen yumuşak ağaçlar için genellikle toplu akış (momentum transferi) iken, geçirimsiz sert ağaçlar için difüzyon meydana gelir (Siau, 1984). Bu mekanizmalar aşağıda tartışılmaktadır.

Nem hareketi için itici güçler

Difüzyon modellerinin farklı versiyonlarında kullanılan üç ana itici güç, nem içeriği, su buharının kısmi basıncı ve kimyasal potansiyeldir (Skaar, 1988; Keey ve diğerleri , 2000). Bunlar, geçirgen yumuşak ağaçlarda serbest su taşınması için bir mekanizma olan kılcal hareket dahil olmak üzere burada tartışılmaktadır. Toplam basınç farkı, ahşabın vakumla kurutulması sırasındaki itici güçtür.

Kılcal etki

Kılcal kuvvetler, serbest suyun hareketlerini (veya hareketin yokluğunu) belirler. Hem yapışma hem de kohezyondan kaynaklanmaktadır. Adezyon, suyun diğer maddelere olan çekimi, kohezyon ise sudaki moleküllerin birbirini çekmesidir.

Ahşabın kurumasıyla, yüzeyden suyun buharlaşması, yüzeylerin altındaki ahşabın bölgelerindeki serbest suyu çeken kılcal kuvvetler oluşturur. Ahşapta artık serbest su olmadığında kılcal kuvvetler artık önemli değildir.

Nem içeriği farklılıkları

Kimyasal potansiyel, suyun ahşapta hem sıvı hem de buhar fazlarında taşınması için gerçek itici güç olduğu için burada açıklanmıştır (Siau, 1984). Maddenin molü başına Gibbs serbest enerjisi genellikle kimyasal potansiyel olarak ifade edilir (Skaar, 1933). Doymamış havanın veya lif doyma noktasının altındaki ahşabın kimyasal potansiyeli ahşabın kurumasını etkiler. Ahşabın kimyasal potansiyeli çevreleyen havanınkine eşit olduğunda, ahşabın denge nem içeriğinde (daha önce tanımlandığı gibi) denge oluşacaktır. Emilen suyun kimyasal potansiyeli, ahşap nem içeriğinin bir fonksiyonudur. Bu nedenle, ahşap nem içeriği (yüzey ve merkez arasında) veya daha spesifik olarak aktivite gradyanına, izotermal koşullar altında bir kimyasal potansiyel gradyanı eşlik eder. Nem, kimyasal potansiyel her yerde tekdüze olana kadar ahşabın her tarafına yeniden dağılır, bu da dengede sıfır potansiyel gradyanı ile sonuçlanır (Skaar, 1988). Denge durumuna ulaşmaya çalışan nem akışının, kimyasal potansiyeldeki farkla orantılı ve potansiyel farkın etki ettiği yol uzunluğuyla ters orantılı olduğu varsayılır (Keey ve diğerleri , 2000).

Kimyasal potansiyeldeki gradyan, yukarıdaki denklemlerde açıklandığı gibi nem içeriği gradyanı ile ilgilidir (Keey ve diğerleri , 2000). Bir itici güç olarak nem içeriği gradyanını kullanan difüzyon modeli Wu (1989) ve Doe ve diğerleri tarafından başarıyla uygulandı . (1994). Nem içeriği gradyanlarına dayalı difüzyon modeli tarafından tahmin edilen nem içeriği profilleri arasındaki uyum, düşük nem içeriklerinde yüksek nem içeriklerine göre daha iyi olsa da, daha yüksek nemde çalışan önemli ölçüde farklı nem taşıma mekanizmaları olduğunu gösteren hiçbir kanıt yoktur. Bu kerestenin içeriği. Gözlemleri, toplam su konsantrasyonu tarafından yönlendirilen bir taşıma süreci ile tutarlıdır. Bu tez için difüzyon modeli, nem-içerik gradyanının bu tip geçirimsiz keresteyi kurutmak için bir itici güç olduğuna dair bu ampirik kanıta dayalı olarak kullanılmıştır.

Yüzey ve merkez arasındaki nem içeriğindeki farklılıklar (gradyan, arayüz ve kütle arasındaki kimyasal potansiyel farkı), bağlı suyu difüzyon yoluyla hücre duvarındaki küçük geçitlerden geçirir. Kılcal hareketle karşılaştırıldığında, difüzyon yavaş bir süreçtir. Geçirimsiz sert ağaçların kurutulması için genel olarak önerilen mekanizma difüzyondur (Keey ve diğerleri , 2000). Ayrıca, özütleyicilerin öz odundaki küçük hücre duvarı açıklıklarını tıkaması gerçeğinden dolayı nem yavaşça göç eder. Bu nedenle, aynı kurutma koşulları altında diri odun genellikle öz odundan daha hızlı kurur.

Difüzyon için nem hareket yönleri

Odun için boyuna ve enine (radyal ve teğet) difüzyon oranlarının oranının, %5 nem içeriğinde yaklaşık 100 ile %25 nem içeriğinde 2-4 arasında değiştiği bildirilmektedir (Langrish ve Walker, 1993). ). Radyal difüzyon, teğet difüzyondan biraz daha hızlıdır. Boyuna difüzyon en hızlı olmasına rağmen, sadece kısa parçalar kurutulduğunda pratik bir öneme sahiptir. Genellikle ahşap levhalar genişlik veya kalınlıktan çok daha uzundur. Örneğin, bu araştırma için kullanılan tipik bir yeşil tahta boyutu 6 m uzunluğunda, 250 mm genişliğinde ve 43 mm kalınlığındaydı. Levhalar çeyrek kesilmişse, genişlik radyal yönde olurken kalınlık teğet yönde olacaktır ve düz biçilmiş tahtalar için bunun tersi olacaktır. Nemin çoğu, kurutma sırasında yanal hareketle ahşaptan uzaklaştırılır.

Ahşabın kurutulması sırasında yarılma ve çatlakların nedenleri ve kontrolü

Ahşabın kurutulmasında yaşanan başlıca zorluk, dış katmanlarının iç katmanlara göre daha hızlı kuruma eğilimidir. İç kısım hala doymuşken bu tabakaların lif doyma noktasının çok altında kurumasına izin verilirse, dış tabakaların büzülmesi ıslak iç kısım tarafından sınırlandırıldığı için gerilmeler (kuruma gerilmeleri olarak adlandırılır) kurulur (Keey ve diğerleri , 2000). . Tahta dokularında yırtılma meydana gelir ve sonuç olarak, damar boyunca bu gerilimler damar boyunca mukavemeti (lif-lif bağı) aşarsa yarılmalar ve çatlaklar meydana gelir.

Bir kurutma işleminde kuruma kusurlarının başarılı kontrolü, yüzeyden nemin buharlaşma hızı ile nemin ahşabın içinden dışa doğru hareket hızı arasındaki dengenin korunmasından oluşur. Kurutmanın nasıl kontrol edilebileceği şimdi açıklanacaktır. Ahşabı kurutmanın veya baharatlandırmanın en başarılı yollarından biri, ahşabın yığınlar halinde bir fırın bölmesine yerleştirildiği ve buharla kurutulduğu ve buharın yavaşça serbest bırakıldığı fırında kurutma olacaktır.

Sıcaklık, bağıl nem ve hava sirkülasyon hızının etkisi

Dış kurutma koşulları (sıcaklık, bağıl nem ve hava hızı), kurutma için dış sınır koşullarını ve dolayısıyla kuruma hızını kontrol eder ve ayrıca iç nem hareketinin hızını etkiler. Kurutma hızı, şimdi açıklanacağı gibi, harici kurutma koşullarından etkilenir (Walker ve diğerleri , 1993; Keey ve diğerleri , 2000).

Sıcaklık: Bağıl nem sabit tutulursa, sıcaklık ne kadar yüksek olursa kuruma hızı da o kadar yüksek olur. Sıcaklık, havanın nem tutma kapasitesini artırarak ve aynı zamanda nemin ahşaptan difüzyon hızını hızlandırarak kuruma hızını etkiler.
Bir kurutma fırınındaki gerçek sıcaklık, kuru termometre ile bir termometre yerleştirilerek belirlenen bir buhar-gaz karışımının sıcaklığı olan kuru termometre sıcaklığıdır (genellikle Tg ile gösterilir). Öte yandan, yaş termometre sıcaklığı (TW), çok miktarda doymamış bir hava-buhar karışımı içinde buharlaşan az miktarda sıvının ulaştığı sıcaklık olarak tanımlanır. Bu termometrenin sıcaklık algılama elemanı, genellikle bir temiz su haznesine konan gözenekli bir kumaş kılıf (bez) ile nemli tutulur. Manşon çevresinde durgun nemli hava oluşumunu önlemek için minimum 2 m/s'lik bir hava akışı gereklidir (Walker ve diğerleri , 1993). Hava ıslak kovanın üzerinden geçtiği için su buharlaşır ve ıslak termometreyi soğutur. Kuru termometre ve ıslak termometre sıcaklıkları arasındaki fark, yaş termometre depresyonu, standart bir higrometrik tablodan bağıl nemi belirlemek için kullanılır (Walker ve diğerleri , 1993). Kuru termometre ve ıslak termometre sıcaklıkları arasındaki daha yüksek fark, daha düşük bir bağıl neme işaret eder. Örneğin, kuru termometre sıcaklığı 100 °C ve yaş termometre sıcaklığı 60 °C ise, bağıl nem higrometrik tablodan %17 olarak okunur.
Bağıl nem: Bağıl nem hava ile aynı sıcaklık ve toplam basınçta (Siau, 1984) doymuş buhar basıncı ile bölünmesi su buharının kısmi basıncı olarak tanımlanır. Sıcaklık sabit tutulursa, daha düşük bağıl nem, havanın bağıl nemi azaldığında yüzey katmanlarındaki nem içeriğinin azalmasından kaynaklanan artan nem gradyanından dolayı daha yüksek kuruma hızlarıyla sonuçlanır. Bağıl nem genellikle yüzde olarak ifade edilir. Kurutma için, bağıl nem ile ilgili diğer temel parametre, birim kuru hava kütlesi başına su buharı kütlesi olan mutlak nemdir (kg kuru hava başına kg su). Ancak ısınan havadaki su miktarından etkilenir.
Hava sirkülasyonu oranı: Kuruma süresi ve kereste kalitesi, hava hızına ve homojen sirkülasyonuna bağlıdır. Sabit bir sıcaklık ve bağıl nemde, mümkün olan en yüksek kuruma hızı, havanın ahşabın yüzeyinde hızlı sirkülasyonu ile elde edilir ve ahşaptan buharlaşan nemin hızlı bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar. Bununla birlikte, özellikle geçirimsiz sert ağaçlar için daha yüksek bir kuruma hızı her zaman arzu edilmez, çünkü daha yüksek kuruma hızları, ahşabın çatlamasına veya bozulmasına neden olabilecek daha büyük gerilimler geliştirir. 1 m/s'den daha düşük çok düşük fan hızlarında, yığından geçen hava akışı genellikle laminer akıştır ve kereste yüzeyi ile hareketli hava akışı arasındaki ısı transferi özellikle etkili değildir (Walker ve diğerleri , 1993). Çoğu sert ağaçta olduğu gibi, iç nem hareketi nemin hareketinin temel sınırlamasıysa, ısı transferinin düşük etkinliği (dışsal olarak) mutlaka bir sorun değildir (Pordage ve Langrish, 1999).

Kurutma için kerestelerin sınıflandırılması

Keresteler, kuruma kolaylığına ve kurumaya yatkınlık derecesine göre şu şekilde sınıflandırılır:

Son derece refrakter ağaçlar: Nihai ürün kusurlardan, özellikle çatlaklardan ve yarıklardan arındırılacaksa, bu ahşapların kuruması yavaş ve zordur. Örnekler, ironbark ( Eucalyptus paniculata ), blackbutt ( E. pilularis ), güney mavi sakızı ( E. globulus ) ve fırça kutusu ( Lophostemon cofertus ) gibi yüksek yoğunluklu ağır yapısal kerestelerdir . En iyi sonuçlar için hızlı kuruma koşullarına karşı önemli ölçüde koruma ve özen gerektirirler (Bootle, 1994).
Orta derecede refrakter ağaçlar: Bu keresteler, baharatlama sırasında orta derecede çatlama ve ayrılma eğilimi gösterir. Orta derecede hızlı kurutma koşullarıyla (yani maksimum 85 °C kuru termometre sıcaklığı kullanılabilir) kusurlardan arındırılabilirler. Örnekler, mobilya için potansiyel olarak uygun olan Sydney mavi sakızı ( E. saligna ) ve orta yoğunluktaki diğer ahşaplardır (Bootle, 1994).
Ateşe dayanıklı olmayan ahşaplar: Bu ahşaplar, endüstriyel fırınlarda yüksek sıcaklıklar (100 °C'den fazla kuru termometre sıcaklıkları) uygulansa bile kusurlardan arındırmak için hızla terbiye edilebilir. Hızlı kurumazlarsa, yüzeyde renk değişikliği (mavi leke) ve küf oluşabilir. Örnekler yumuşak ağaçlar ve Pinus radiata gibi düşük yoğunluklu kerestelerdir .

modeli

Ahşabın kuruma hızı, en önemlileri sıcaklık, ahşabın boyutları ve bağıl nem olan bir dizi faktöre bağlıdır. Simpson ve Tschernitz, bu üç değişkenin bir fonksiyonu olarak basit bir ahşap kurutma modeli geliştirdiler. Analiz kızıl meşe için yapılmış olmasına rağmen, modelin sabit parametreleri ayarlanarak prosedür herhangi bir ağaç türüne uygulanabilir.

Basitçe ifade etmek gerekirse, model nem içeriği M'nin t zamanına göre değişim hızının , sıcaklık T ve bağıl nem h'nin bir fonksiyonu olan, odun numunesinin denge nem içeriğinden ne kadar uzakta olduğuyla orantılı olduğunu varsayar : $M_{e}$

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

nerede T sıcaklığının bir fonksiyonu ve tipik bir ahşap boyutu L ve zaman birimlerine sahiptir. Tipik ahşap boyutu kabaca ( ) 'nin sırasıyla radyal, teğetsel ve boyuna boyutlar olan inç cinsinden en küçük değeridir , boylamsal boyut on'a bölünür, çünkü su boyuna yönde (tane boyunca) yaklaşık 10 kat daha hızlı yayılır. yan boyutlardan daha fazladır. Yukarıdaki denklemin çözümü: ${\görüntüleme stili\tau }$ $L_{r},\,L_{t},\,L_{L}/10$

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

İlk nem içeriği nerede . Kırmızı meşe kerestesi için "zaman sabiti" nin şu şekilde iyi ifade edildiği bulundu: $M_{0}$ ${\görüntüleme stili\tau }$

\tau ={\frac {L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}

burada bir , B ve n, sabit ve bir su doymuş buhar basıncı sıcaklığında T . Gün cinsinden ölçülen süre, inç cinsinden uzunluk ve mmHg cinsinden ölçülen süre için, kırmızı meşe kerestesi için aşağıdaki sabit değerleri bulundu. $p_{\text{sat}}(T)$ $p_{\text{sat}}$

bir = 0.0575

b = 0,00142

n = 1.52

Kuruma süresi için çözme verimi:

t=-\tau \,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\sağ)={\frac {-L^{ n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}\,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\ sağ)

Örneğin, 150 °F'de, Arden Buck denklemi kullanılarak , suyun doygun buhar basıncının yaklaşık 192 mmHg (25.6 kPa) olduğu bulunur. 1 inç kalınlığındaki (25 mm) bir kırmızı meşe levhayı 150 °F'de kurutmak için zaman sabiti daha sonra günlerdir, bu da nem içeriğini dengeden ilk sapmasının 1/e = %37'sine düşürmek için gereken süredir. Bağıl nem 0,50 ise, Hailwood-Horrobin denklemi kullanılarak dengede ahşabın nem içeriği yaklaşık %7,4'tür. Keresteyi %85 nem içeriğinden %25 nem içeriğine düşürme süresi yaklaşık 4,5 gündür. Daha yüksek sıcaklıklar daha hızlı kuruma süreleri sağlar, ancak nem gradyanı daha büyük olacağından ahşapta daha büyük stresler de yaratırlar . Yakacak odun için bu bir sorun değildir, ancak ahşap işleme amaçları için yüksek gerilimler ahşabın çatlamasına ve kullanılamaz hale gelmesine neden olur. Minimum baharat kontrolü (çatlak) elde etmek için normal kuruma süreleri 25 mm (1 inç veya 4/4 kereste) Red Oak 22 ila 30 gün arasında değişir ve 8/4, (50 mm veya 2 inç) 65 ila 65 arasında değişir. 90 güne kadar. ${\görüntüleme stili\tau =3.03}$

Kereste kurutma yöntemleri

Genel olarak, kerestenin kurutulabileceği iki yöntem vardır:

doğal kurutma veya hava kurutma
suni kurutma

Hava kurutma

Havada kurutma, kerestenin havaya maruz bırakılarak kurutulmasıdır. Havayla kurutma tekniği temel olarak temiz, serin, kuru ve gölgeli bir yerde yükseltilmiş temeller üzerinde bir kereste yığını (yapıştırılmış levha katmanları ile) yapmaktan oluşur. Kuruma hızı büyük ölçüde iklim koşullarına ve hava hareketine (rüzgara maruz kalma) bağlıdır. Başarılı bir hava kurutması için kereste yığını boyunca sürekli ve düzgün bir hava akışının düzenlenmesi gerekir (Desch ve Dinwoodie, 1996).

Nem kaybı oranı, kalasların nispeten neme karşı geçirimsiz olan herhangi bir maddeyle kaplanmasıyla kontrol edilebilir; sıradan mineral yağ genellikle oldukça etkilidir. Kütüklerin uçlarının yağ veya kalın boya ile kaplanması, kuruduktan sonra kalitelerini artırır. Nemin bir miktar hareketine izin verecek malzemelerle kaplama tahtaları veya kütükler, ahşabın mantar enfeksiyonuna karşı ilk önce petrol/benzin veya yağ ile kaplanması şartıyla genellikle çok iyi çalışır. Mineral yağ genellikle yüzeyin 1-2 mm altında ıslanmaz ve kereste uygun şekilde kuruduğunda planya ile kolayca çıkarılır.

Yararları: Bu kurutma yöntemini kullanmak daha ucuz olabilir (ahşabın depolanmasıyla ve ahşabın pazara daha yavaş sunulmasıyla ilgili maliyetler hala vardır) ve havayla kurutma, genellikle daha yüksek kalitede, daha kolay işlenebilen bir ahşap üretir. fırın kurutma ile.
Dezavantajları: İklime bağlı olarak, ahşabın havayla kurutulması birkaç aydan birkaç yıla kadar sürer.

fırın kurutma

Akçaağaç için kullanılan büyük odun kurutma fırını

Yapay veya 'fırında' kurutma işlemi temel olarak ısı verilmesinden oluşur. Bu, doğrudan, doğal gaz ve/veya elektrik kullanılarak veya buharla ısıtılan ısı eşanjörleri aracılığıyla dolaylı olarak olabilir. Güneş enerjisi de bir seçenektir. Bu süreçte sıcaklık, bağıl nem ve hava sirkülasyonunun kasıtlı kontrolü, belirli kurutma profilleri elde etmek için değişken koşullar yaratır. Bunu başarmak için kereste, atmosferik sıcaklığı, bağıl nemi ve sirkülasyon oranını kontrol etmek için ekipmanla donatılmış odalara istiflenir (Walker ve diğerleri', 1993; Desch ve Dinwoodie, 1996).

Hazneli kurutma, düzensiz hava koşullarının getirdiği sınırlamaların üstesinden gelmek için bir yol sağlar. Fırın kurutmada, havayla kurutmada olduğu gibi, kurutma ortamı olarak doymamış hava kullanılır. Dünyanın hemen hemen tüm ticari keresteleri endüstriyel fırınlarda kurutulmaktadır. Havada kurutma, konvansiyonel fırın ve güneşte kurutmanın bir karşılaştırması aşağıda verilmiştir:

Kereste, geleneksel veya güneş fırınında kurutma ile istenen herhangi bir düşük nem içeriğine kurutulabilir, ancak havayla kurutmada, çoğu yerde %18'den az nem içeriği elde etmek zordur.
Kurutma süreleri, geleneksel fırında kurutmada, güneş fırınında kurutmaya göre önemli ölçüde daha kısadır, ardından havayla kurutma yapılır.
- Bu, sermaye harcaması söz konusuysa, bu sermayenin havayla kurutma kullanıldığında daha uzun süre oturduğu anlamına gelir. Öte yandan, endüstriyel bir fırının kurulması, işletilmesi ve bakımı pahalıdır.
- Ayrıca havada kurutulan ahşap yer kaplar ve bu da paraya mal olabilir.
Havayla kurutmada, kurutma koşulları üzerinde çok az kontrol vardır, bu nedenle kurutma hızları kontrol edilemez.
Fırında kurutmada kullanılan sıcaklıklar, kurutma programı için 60 °C'nin üzerinde bir maksimum kuru termometre sıcaklığı kullanılırsa, tipik olarak ahşaptaki tüm mantarları ve böcekleri öldürür. Bu, havayla kurutmada garanti edilmez.
Havada kurutma yanlış yapılırsa (güneşe maruz kalırsa), kuru yaz aylarında kuruma hızı aşırı hızlı olabilir, çatlama ve yarılmalara neden olabilir, soğuk kış aylarında ise çok yavaş olabilir.

Geleneksel fırın kurutmanın önemli avantajları arasında daha yüksek verim ve nihai nem içeriğinin daha iyi kontrolü yer alır. Hem geleneksel fırınlar hem de güneşte kurutma, ahşabın hava koşullarından bağımsız olarak herhangi bir nem içeriğine kadar kurutulmasını sağlar. Çoğu büyük ölçekli kurutma işlemi için güneş enerjisiyle ve geleneksel fırında kurutma, havada kurutmadan daha verimlidir.

Bölmeli tip fırınlar en çok kereste işletmelerinde kullanılmaktadır. Bir bölmeli fırın, içinden havanın dolaştırıldığı statik bir kereste yığını ile doldurulur. Bu tip fırınlarda kereste sabit kalır. Kurutma koşulları, kurutulmakta olan kereste tipine göre art arda değişir. Bu kurutma yöntemi, kontrol ve ayırmaya diğer türlere göre daha yatkın olan ateşe dayanıklı sert ağaçlar da dahil olmak üzere çeşitli tür ve kalınlıktaki keresteleri kurutmak zorunda olan kereste şirketlerinin ihtiyaçlarına çok uygundur.

Oda kurutmanın ana unsurları şunlardır:

İnşaat malzemeleri: Odalar genellikle tuğla duvardan veya içi boş çimento-beton levhalardan yapılmıştır. Cam yünü veya poliüretan köpükler gibi sandviç ısı yalıtımlı çift duvarlı yapıda sac veya prefabrik alüminyum, bazı modern ahşap fırınlarda da kullanılan malzemelerdir. Bununla birlikte, içi kireçli ve (harçlı) sıvalı ve geçirimsiz kaplamalarla boyanmış tuğla kagir odalar yaygın olarak kullanılmaktadır ve birçok uygulama için tatmin edici bulunmuştur.
Isıtma: Isıtma genellikle buharlı ısı eşanjörleri ve çeşitli konfigürasyonlardaki borular (örneğin düz veya kanatlı (enine veya boyuna) borular) veya içinden bir odun fırınından gelen sıcak gazların geçtiği büyük baca boruları ile gerçekleştirilir. Isıtma için sadece ara sıra elektrik veya gaz kullanılır.
nemlendirme: Nemlendirme genellikle bir buhar püskürtme borusu aracılığıyla fırına canlı buhar verilerek gerçekleştirilir. Büyük miktarlarda nem keresteden hızla buharlaştığında havanın nemini sınırlamak ve kontrol etmek için, normal olarak her tür fırında odanın havalandırılması için bir hüküm vardır.
Hava sirkülasyonu: Hava sirkülasyonu, bir yükün tüm bölümlerinden ısıyı ve nemi uzaklaştırmak için kullanılan araçtır. Cebri sirkülasyon fırınları, havanın, fırın odasının dışına (dış fanlı fırın) veya içine (dahili fanlı fırın) monte edilebilen fanlar veya üfleyiciler aracılığıyla sirküle edildiği yerlerde en yaygın olanıdır.

İşlem boyunca, aşırı kurumayı azaltmak ve operatörlerin şarjı ne zaman çekeceklerini bilmelerini sağlamak için bir nem ölçer sistemi kullanarak nem içeriğini yakından kontrol etmek gerekir. Tercihen, bu fırın içi nem ölçer, otomatik kapanma özelliğine sahip olacaktır.

Fırın kurutma programları

Tatmin edici fırın kurutması, genellikle, herhangi bir zamanda kerestenin nem içeriğini kontrol etmek için dolaşan havanın sıcaklığı ve nemi düzenlenerek gerçekleştirilebilir. Bu koşul, fırın kurutma programları uygulanarak elde edilir. Uygun bir programın istenen amacı, kerestenin mümkün olan en hızlı hızda, sakıncalı bir bozulmaya neden olmadan kurutulmasını sağlamaktır. Aşağıdaki faktörlerin çizelgeler üzerinde önemli bir etkisi vardır.

türler: Türler arasındaki anatomik, fiziksel ve mekanik özelliklerdeki farklılıklar kuruma sürelerini ve genel sonuçları etkiler.
kereste kalınlığı: Kuruma süresi, kalınlık ve bir dereceye kadar kereste genişliği ile ters orantılıdır.
Kereste tahtalarının çeyrek biçilmiş, düz biçilmiş veya piç kesilmiş (karışık-biçilmiş) olup olmadığı: Testere deseni, büzülme anizotropisi nedeniyle bozulmayı etkiler.
İzin verilen kurutma bozulması: Agresif kurutma programları ahşabın çatlamasına ve bozulmasına neden olabilir.
Ahşabın kullanım amacı: Mekanik ve estetik gereksinimler, kullanım amacına bağlı olarak farklı nem hedefleri gerektirecektir.

Faktörlerin her biri göz önüne alındığında, aynı türün benzer yükleri için bile tek bir program mutlaka uygun değildir. Bu nedenle, etkili kurutma programlarının geliştirilmesine odaklanan çok fazla kereste kurutma araştırması var.

nem alma fırını

Bir nem alma odası, havalandırmasız bir sistem (kapalı döngü) veya soğutma işleminin soğuk tarafını (evaporatör) kullanarak havadaki nemi yoğunlaştırmak için bir ısı pompası kullanan kısmen havalandırılmış bir sistem olabilir. Bu şekilde toplanan ısı, cihazın sıcak tarafına gönderilir. havayı yeniden ısıtmak ve bu daha kuru ve daha sıcak havayı fırının içine geri döndürmek için soğutma işlemi (kondenser). Fanlar havayı normal bir fırında olduğu gibi yığınların arasından üfler. Bu fırınlar geleneksel olarak 100 °F ila 160 °F arasında çalışır ve geleneksel bir fırının enerjisinin yaklaşık yarısını kullanır.

Vakum fırını

Bu fırınlar, enerji kullanımı ile en hızlı kurutma ve en verimli olabilir. Vakumda su daha düşük bir sıcaklıkta kaynar. Bir vakumlu fırın, hızın yanı sıra ahşapta daha iyi bir kalite de üretebilir.

Düşük ortam basıncı, suyun kaynama noktasını düşürür, ancak sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken enerji miktarı aynıdır. Tasarruf, büyük bir binayı ısıtmak ve nemi düşürürken ısıyı boşaltmak zorunda olmamaktan gelir.

Tüm serbest su 115'F'nin altında çıkarılabildiğinden kalite iyileştirilir.

Geleneksel kurutmada yüzeydeki suyu almak için ılık ve kuru hava kullanılırken, vakumlu fırınlar ahşabın içinden suyu kaynatabilir. Bu, iyi bir vakumlu fırının çok kalın ahşabı çok hızlı bir şekilde kurutmasını sağlar. 12/4 Red Oak'ı testereden taze olarak 11 günde %7'ye kadar kurutmak mümkündür.

Odun bir buhar gradyanı - ortam basıncına buhar basıncı - ile kurutulduğundan nem çok yüksek tutulabilir. Bu nedenle, iyi bir vakumlu fırın, testereden yeni çıkmış 4,5" kalınlığındaki Beyaz Meşe'yi bir aydan kısa bir sürede %8'e kadar kurutabilir. Daha önce imkansız olduğu düşünülen bir başarı.

güneş fırını

Bir güneş fırını, fırında kurutma ile havada kurutma arasında bir geçiştir. Bu fırınlar genel olarak olan sera yüksek sıcaklıklı bir fan ve ya delikler veya bir yoğunlaştırma sistemi. Güneş fırınları hava şartlarından dolayı daha yavaş ve değişkendir, ancak maliyeti düşüktür.

Su baharatı

Akan suya daldırma özsuyu hızla giderir ve ardından ahşap havada kurutulur. "...ahşabın esnekliğini ve dayanıklılığını azaltır ve aynı zamanda kırılgan hale getirir." Ancak birbiriyle çatışan bakış açıları var, örneğin, "Bu önemli konuda birçok deney yapan Duhamel, marangozun kullanması için kerestenin bir süre suya konulmasının ve daha sonra kurutulmasının ahşabın bükülme olasılığını azalttığı için en iyisi olduğunu belirtiyor. ve kuruma sırasında çatlar; ancak, 'güç gerektiğinde suya konmamalıdır' diye de ekliyor."

Kaynatma veya buharla baharatlama

Kaynar suya daldırma veya buhar uygulaması ahşabın kurumasını hızlandırır. Bu yöntemin daha az büzülmeye neden olduğu söylenir "... ancak kullanımı pahalıdır ve ahşabın mukavemetini ve elastikiyetini azaltır."

Kimyasal veya tuzlu baharat

Tuzla baharatlama, ahşabın tümü dehidre edici maddeler olarak işlev gören bir üre, sodyum nitrat çözeltisine daldırılmasıdır. Daha sonra ahşap havada kurutulur.

Elektrikli baharat

Elektriksel baharatlama, kereste boyunca bir elektrik akımının akmasını ve ahşabı kurutmak için ısının birikmesini içerir. Bu yöntem pahalıdır, ancak hızlı ve tek tip kalitededir.

kurutma kusurları

Kurutma kusurları, budak gibi doğal problemlerin yanı sıra kerestede en yaygın bozulma şeklidir (Desch ve Dinwoodie, 1996). İki tür kurutma kusuru vardır, ancak bazı kusurlar her iki nedeni de içerir:

Büzülme anizotropisinden kaynaklanan ve bükülmeye neden olan kusurlar: çukurlaşma, eğilme, burulma, eğrilik, yay ve elmaslama.
Kontroller (yüzey, uç ve iç), uç yarıkları, bal peteği ve kabuk sertleşmesi gibi ahşap dokusunun yırtılmasıyla sonuçlanan düzensiz kurutmadan kaynaklanan kusurlar. Genellikle oluklu olarak gösterilen çökme veya ahşap yüzeyin sözde yıkanması da meydana gelebilir (Innes, 1996). Çökme, liflerin doyma noktasının üstüne kadar fiziksel olarak düzleşmesinden kaynaklanan bir kusurdur ve dolayısıyla bir büzülme anizotropisi biçimi değildir.

Avustralya ve Yeni Zelanda'daki standart kuruluşlar (AS/NZS 4787, 2001) kereste kalitesi için bir standart geliştirmiştir. Kurutma kalitesinin beş ölçüsü şunları içerir:

nem içeriği gradyanı ve artık kuruma geriliminin varlığı (sertleşme);
yüzey, iç ve son kontroller;
çöküş;
bozulmalar;
kurutmadan kaynaklanan renk değişikliği.

Ahşap kurutma fırını

Günümüzde çeşitli ahşap kurutma fırını teknolojileri mevcuttur: geleneksel, nem alma, güneş, vakum ve radyo frekansı.

Konvansiyonel odun kuru fırınları (Rasmussen, 1988) ya paket tipi (yan yükleyici) ya da palet tipi (tramvay) yapıdadır. Sertağaç kereste fırınlarının çoğu, kereste paketlerini fırına yüklemek için çatal kamyonların kullanıldığı yandan yüklemeli fırınlardır. Yumuşak ağaç kereste fırınlarının çoğu, fırının yüklenmesi için kereste paketlerinin fırın/palet arabalarına yüklendiği palet tipleridir.

Modern yüksek sıcaklıklı, yüksek hava hızlı geleneksel fırınlar tipik olarak 1 inç kalınlığındaki (25 mm) yeşil keresteyi 10 saatte %18 nem içeriğine kadar kurutabilir. Bununla birlikte, 1 inç kalınlığındaki yeşil Red Oak, %8'lik bir nem içeriğine kadar kuruması için yaklaşık 28 gün gerektirir.

Isı tipik olarak açık/kapalı pnömatik valfler tarafından kontrol edilen kanatlı/borulu ısı eşanjörlerinden geçen buhar yoluyla verilir. Daha az yaygın olan oransal pnömatik valfler ve hatta çeşitli elektrikli aktüatörlerdir. Nem, belirli bir yerleşim düzeni genellikle belirli bir üreticiye özel olan bir havalandırma sistemi aracılığıyla giderilir. Genel olarak, fırının bir ucundan soğuk kuru hava verilirken diğer ucundan sıcak nemli hava dışarı atılır. Sert ahşap konvansiyonel fırınlar ayrıca, kurutma döngüsü sırasında fırın içindeki bağıl nemin çok düşük düşmesini önlemek için buhar püskürtme veya soğuk su sisleme sistemleri yoluyla nemin verilmesini gerektirir. Daha büyük fırın şarjlarının eşit şekilde kurutulmasını sağlamak için fan yönleri tipik olarak periyodik olarak tersine çevrilir.

Yumuşak kereste fırınlarının çoğu 115 °C (239 °F) sıcaklığın altında çalışır. Sertağaç kereste fırını kurutma programları tipik olarak kuru termometre sıcaklığını 80 °C'nin (176 °F) altında tutar. Zor kuruyan türler 60 °C'yi (140 °F) geçmemelidir.

Nem alma fırınları, temel yapı olarak geleneksel fırınlara çok benzer. Kuruma süreleri genellikle karşılaştırılabilir. Isı, öncelikle nemi gidermeye de yarayan entegre bir nem alma ünitesi tarafından sağlanır. Yardımcı ısı, gerekli ısının DH ünitesi tarafından üretilen ısıyı aşabileceği durumlarda genellikle programın erken saatlerinde sağlanır.

Güneş fırınları, genellikle ilk yatırım maliyetlerini düşük tutmak için hobiler tarafından inşa edilen geleneksel fırınlardır. Isı, güneş radyasyonu yoluyla sağlanırken, iç hava sirkülasyonu tipik olarak pasiftir.

1949'da bir Chicago şirketi, standart kurutma süresini 14 günden 45 dakikaya indirdiğini iddia ettikleri kızılötesi lambalar kullanan bir ahşap kurutma fırını tanıttı.

Daha yeni ahşap kurutma teknolojileri, kurutma işlemini hızlandırmak için azaltılmış atmosfer basıncının kullanılmasını içeriyor. Öncelikli olarak odun yüküne ısı verilmesi yöntemine göre değişen çeşitli vakum teknolojileri mevcuttur. Sıcak su plakalı vakum fırınları, ısı kaynağı olarak su sirkülasyonu olan alüminyum ısıtma plakaları kullanır ve tipik olarak önemli ölçüde azaltılmış mutlak basınçta çalışır. Süreksiz ve SSV (süper ısıtılmış buhar), fırın şarjına ısı vermek için atmosferi kullanır. Süreksiz teknoloji, tüm fırın şarjının tam atmosfer basıncına ulaşmasını sağlar, odadaki hava daha sonra ısıtılır ve son olarak vakum çekilir. SSV, vakum ve geleneksel fırın teknolojisinin bir melezinde kısmi atmosferlerde (tipik olarak tam atmosferik basıncın yaklaşık 1/3'ü) çalışır (SSV fırınları, yerel olarak hasat edilen ahşabın Kuzey Amerika'da bulunan türlere kıyasla daha kolay kurutulduğu Avrupa'da önemli ölçüde daha popülerdir) . RF/V (radyo frekansı + vakum) fırınları, fırın şarjını ısıtmak için mikrodalga radyasyonu kullanır ve yerel fosil yakıt veya atık odun kaynaklarından ziyade elektrik tarafından sağlanan buharlaşma ısısı nedeniyle tipik olarak en yüksek işletme maliyetine sahiptir.

Farklı ahşap kurutma teknolojilerine ilişkin geçerli ekonomik çalışmalar, toplam enerji, sermaye, sigorta/risk, çevresel etkiler, işçilik, bakım ve ağaç lifinden su ayırma görevi için ürün bozulma maliyetlerine dayanmaktadır. Bu maliyetler (tüm tesis maliyetlerinin önemli bir parçası olabilen), belirli bir tesiste kurutma ekipmanının varlığının farklı etkilerini içerir. Bunun bir örneği, yeşil budayıcıdan planya değirmenindeki besleme sistemine kadar (bir kereste üretim tesisindeki) her ekipmanın "kurutma sistemi" olmasıdır. Dünya çapında binlerce farklı türde ahşap ürünleri üretim tesisi bulunduğundan ve entegre (kereste, kontrplak, kağıt vb.) veya tek başına (sadece kereste) olabileceğinden, kurutma sisteminin gerçek maliyetleri ancak karşılaştırma yapıldığında belirlenebilir. kurutmalı ve kurutmasız toplam tesis maliyetleri ve riskleri.

Odun fırınlarının ısı kaynakları da dahil olmak üzere ürettiği toplam (zararlı) hava emisyonları önemli olabilir. Tipik olarak, fırının çalıştığı sıcaklık ne kadar yüksek olursa, o kadar büyük miktarda emisyon üretilir (çıkarılan her pound su için). Bu, özellikle ince kaplamaların kurutulması ve yumuşak ağaçların yüksek sıcaklıkta kurutulması için geçerlidir.

Kuru Fırın Tesislerine İlişkin OSHA Standartları

1910.265(f)(3)(i)(a): Ana fırın kapıları, fırın yüklenirken onları açık tutma yöntemiyle sağlanacaktır.

1910.265(f)(3)(i)(b): Dikey asansör kapılarındaki karşı ağırlıklar kutulanacak veya başka bir şekilde korunacaktır.

1910.265(f)(3)(i)(c): Ana kapıları, taşıyıcılardan ve askılardan ayrıldıklarında devrilmeyi önlemek için sıkıca sabitlemek için yeterli araçlar sağlanacaktır.

1910.265(f)(3)(ii)(a): İşletme prosedürleri fırınlara erişim gerektiriyorsa, fırınlarda içeriden kolayca çalışan, çıkış yönünde sallanan ve fırının içinde veya yakınında bulunan kaçış kapıları sağlanacaktır. geçidin sonundaki ana kapı.

1910.265(f)(3)(ii)(b): Kaçış kapıları, ortalama boyda bir adamı barındırmak için yeterli yükseklik ve genişliğe sahip olacaktır.

1910.265(f)(4): Çukurlar . Çukurlar iyi havalandırılacak, drene edilecek ve aydınlatılacak ve fırın operatörünü vanalar, damperler, damper çubukları ve kapanlar gibi çalıştırma cihazlarıyla birlikte güvenli bir şekilde barındıracak kadar büyük olacaktır.

Ayrıca bakınız

Sallar (kereste)

Referanslar

daha fazla okuma

ABARE (2000). Ulusal Plantasyon Envanteri, Mart 2000. 4s.
Anon. (1997). Evde ve dışarıda kereste pazarları: Uluslararası talepten yararlanan Avustralyalı yetiştiriciler. Pie, Avustralya'nın Uluslararası ve Ulusal Birincil Endüstriler ve Enerji (PIE) Ar-Ge Kuruluşları Bülteni. Cilt 7 (Yaz Sayısı): s14.
Bootle, KR (1994). Avustralya'da Ahşap: Türleri, Özellikleri ve Kullanımları. McGraw-Hill Kitap Şirketi, Sidney. 443p.
Desch, HE ve Dinwoodie, JM (1996). Kereste: Yapı, Özellikler, Dönüşüm ve Kullanım. 7. baskı. Macmillan Press Ltd., Londra. 306p.
Doe, PD, Oliver, AR ve Booker, JD (1994). Değişken Sertağaç Kurutma Programlarının Doğrusal Olmayan Gerinim ve Nem İçeriği Modeli. Proc. 4. IUFRO Uluslararası Ahşap Kurutma Konferansı, Rotorua, Yeni Zelanda. 203-210s.
Haque, MN (1997). Ahşabın Asetik Anhidrit ile Kimyasal Modifikasyonu. Yüksek Lisans Tezi. Galler Üniversitesi, Bangor, Birleşik Krallık. 99p.
Hoadley, R. Bruce (2000). Ahşabı Anlamak: Bir Zanaatkarın Ahşap Teknolojisi Rehberi (2. baskı). Taunton Basın . ISBN'si 1-56158-358-8.
Innes, T. (1996). Çöküşe Özel Referans ile Mevsimlik Sertağaç Kereste Kalitesinin İyileştirilmesi. Doktora tezi. Tazmanya Üniversitesi, Avustralya. 172p.
Keey, RB, Langrish, TAG ve Walker, JCF (2000). Kerestenin Fırında Kurutulması. Springer, Berlin. 326p.
Kollmann, FFP ve Cote, WAJ (1968). Ağaç Bilimi ve Teknolojisinin İlkeleri. I. Masif Ahşap. Springer-Verlag, New York. 592p.
Kumar, S. (1994). Ahşabın kimyasal modifikasyonu. Wood and Fiber Sci., 26(2):270-280.
Langrish, TAG ve Walker, JCF (1993). Ahşapta Taşıma İşlemleri. İçinde: Walker, JCF Birincil Ahşap İşleme. Chapman ve Hall, Londra. s.121–152.
Panshin, AJ ve de Zeeuw, C. (1970). Ahşap Teknolojisi Ders Kitabı. Cilt 1, Üçüncü Baskı. McGraw-Hill, New York, 705 s.
Pordage, LJ ve Langrish, TAG (1999). Sertağaç kerestesinin kurutulmasında hava hızının etkisinin simülasyonu. Kurutma Teknolojisi - Uluslararası Bir Dergi, 17(1&2):237-256.
Rasmussen, EF (1988). Orman Ürünleri Laboratuvarı, ABD Tarım Bakanlığı. (ed.). Kuru Fırın Operatörleri Kılavuzu . Sertağaç Araştırma Konseyi.
Rowell, RM (1983). Ahşabın kimyasal modifikasyonu. Orman Ürünü Özeti, 6(12):363-382.
Rowell, RM (1991). Ahşabın Kimyasal Modifikasyonu. İçinde: Hon, DN-S ve Shiraishi, N. (eds), Wood and Cellulosic Chemistry. s. 703–756. Marcel Dekker, Inc., New York.
Siau, JF (1984). Ahşapta taşıma işlemleri. Springer-Verlag, New York. 245p.
Sjöstrom, E. (1993). Odun Kimyası: Temelleri ve Uygulamaları. Academic Press Limited, Londra. 293p.
Skaar, C. (1988). Ahşap Su İlişkileri. Springer-Verlag, New York. 283p.
Stamm, AJ (1964). Ahşap ve Selüloz Bilimi. Ronald Press, New York. 509p.
Standart Avustralya (2000). Kereste - Mukavemet Gruplarına Göre Sınıflandırma. Avustralya/Yeni Zelanda Standardı (AS/NZS) 2878. Sidney. 36p.
Standart Avustralya (2001). Kereste - Kurutma Kalitesinin Değerlendirilmesi. Avustralya/Yeni Zelanda Standardı (AS/NZS) 4787. Sidney. 24p.
Strumillo, C. ve Kudra, T. (1986). Kurutma: İlkeler, Uygulamalar ve Tasarım. Gordon ve Breach Science Publishers, New York. 448p.
Walker, JCF, Butterfield, BG, Langrish, TAG, Harris, JM ve Uprichard, JM (1993). Birincil Ahşap İşleme. Chapman ve Hall, Londra. 595p.
Wise, LE ve Jahn, EC (1952). Ahşap Kimyası. Cilt 2. Reinhold Publishing Corp., New York. 1343p.
Wu, Q. (1989). Tazmanya Okaliptüs Kerestelerinin Kurutulmasında Bazı Sorunların İncelenmesi. M.Müh. sc. Tez, Tazmanya Üniversitesi. 237p.

Dış bağlantılar

Kurutma Teknolojisi dergisi
Bois, Paul J.. "Ağır Meşe Kereste Taşıma, Kurutma ve Depolama" ABD Orman Ürünleri Laboratuvarı teknik bülteni #8 1978.

Languages

In other projects