Statyka i kinetyka suszenia drewna, powietrze wilgotne - pomiar.

Opublikowano: środa, 04, grudzień 2013 11:53
Jarosław Gerszyński
Odsłony: 9815

 TarcicaStatyka suszenia.

 W technologii drewna (mebledrewnianeproducent.pl - blog poświęcony technologii drewna) suszenie jest jedną z najistotniejszych operacji. Głównym czynnikiem determinującym suszenie jest energochłonność procesu. Samo suszenie może zużywać do 70% energii przeznaczonej na proces produkcji. Proces suszenia jest bardzo kłopotliwy, czasochłonny a programy suszarnicze zapewniają dobrą jakość wynikowego materiału. W przypadku bardzo drogiego drewna jak np. mahoń oprócz programów polega się na doświadczeniu suszarników. Z definicji suszenie jest to proces usuwania substancji lotnych z materiału wilgotnego poprzez metodę termiczną. Suszenie zapewnia nam wiele korzyści tj.:

 

1. Zmniejszenie masy materiału,

2. Podwyższenie trwałości podczas przechowywania,

3. Zmniejszenie objętości,

4. Łatwiejszy przesył materiałów sypkich (np. wióry),

5. Polepszenie jakości,

6. Podwyższenie trwałości bakteriologicznej,

7. Zwiększenie odporności mebli drewnianych na pękanie i rozsychanie.



Materiały wilgotne w zależności od struktury i budowy wewnętrznej dzielimy na:

 

1. Materiały koloidalne,

2. Materiały kapilarno-porowate,

3. Materiały kapilarno-porowato-koloidalne.

 
Pomiędzy ciałem stałym a cieczą powstają siły oddziaływujące zależnie od rodzaju cieczy. Miarą tej siły jest energia potrzebna do oderwania jednego mola wilgoci od powierzchni ciała stałego. W drewnie występują kapilary które dzielimy na mikro (poniżej 0,1 mm średnicy) i makro (powyżej 0,1mm średnicy). W drewnie nie suszonym występują trzy rodzaje wody: woda konstytucyjna, woda higroskopijna i woda wolna. Woda konstytucyjna jest praktycznie nieusuwalna. Jest ona częścią związków chemicznych występujących w komórkach drewna. Woda wolna jest wodą występująca w świetle komórek, ją najłatwiej usunąć. Woda higroskopijna występuje w błonie komórkowej, nasyca ją. Cząsteczki wody osadzają się w przestrzeniach międzymicelarnych i rozpychają micele (podstawowy łańcuch budujący komórki zbudowany z celulozy). W ten sposób można tłumaczyć pęcznienie drewna pod wpływem wilgoci. Im mniejsza regularność micel tym drewno więcej wchłania wody. To jak drewno wchłania parę wodną z otoczenia tłumaczy się zjawiskiem absorpcji. Na powierzchni drewna tworzy się do pięciu warstw wody molekularnej. Kolejna warstwa wody pojawi się już w mikrokapilarze. Powstaje wtedy zjawisko menisku dolnego. Ciśnienie nasycenia pary wodnej jest niższe niż ciśnienie pary wodnej - powstaje menisk wklęsły. W tym momencie mówimy o wodzie wolnej. Zjawisko kondensacji kapilarnej to zjawisko skraplania się pary wodnej z otoczenia. Zjawisko kondensacji trwa tak długo aż ciśnienie pary nasycenia nad meniskiem będzie równe ciśnieniu pary nasyconej w powietrzu. Przy odpowiednich warunkach atmosferycznych możemy skorzystać z tego zjawiska susząc drewno bez dodatkowego nakładu energetycznego.

 
Ruch wody w drewnie.

Gdy byłem dzieckiem zastanawiałem się jak woda dostaje się na czubek drzewa. Zjawisko to tłumaczy się tzw. potencjałem kapilarnym. Wyróżnione przeze mnie wcześniej mikro i makrokapilary scalone są ze sobą na zasadzie naczyń połączonych. Wraz ze wzrostem drzewa im wyżej tym naczynie jest węższe co zapewnia odpowiednią różnicę słupa cieczy. Wysokość słupa wody w mikrokapilarze jest wyższa niż w makrokapilarze co zapewnia ssanie. Na skutek działania ssącego następuje pobranie wody z większego zbiornika(makrokapilary) do mniejszego(mikrokapilary). Drugą siłą związaną z ruchem wody w drewnie jest różnica ciśnień pary nasyconej nad meniskiem wklęsłym i meniskiem płaskim. Im mniejsza średnica kapilary tym menisk staje się bardziej płaski a ciśnienie robi się coraz mniejsze. Następuje migracja w kierunku zmniejszającego się ciśnienia. Trzecim zjawiskiem migracji jest dyfuzja. Występuje ona gdy średnica makrokapilary jest porównywalna do średnicy molekuły wody.

 
Kinematyka suszenia.

Kinematyka opisuje przebieg procesu suszenia w czasie. Współczynnik przewodzenia ciepła zmieniani się w miarę zmian wilgotności. Para wodna oraz woda są nośnikami energii cieplnej. Podczas suszenia wraz ze spadkiem wilgotności coraz trudniej ogrzać drewno ponieważ nie chce ono pochłaniać już ciepła. Do obliczenia strumienia wilgoci które musimy usunąć z drewna niezbędny nam jest współczynnik przejmowania wilgoci. Przy niskich temperaturach wartość współczynnika obniża się ze spadkiem wilgotności drewna, przy wyższych temperaturach wartość współczynnika wzrasta. Po uzyskaniu maksymalnej wilgotności, z dalszym wzrostem temp. wartość współczynnika maleje. W przedziale wilgotności 15-45%, przy 90oC i prędkości powietrza 10m/s, współczynnik wzrasta 2,5 krotnie przy fi=45%, przy zmianie parametrów na fi=15% oraz temp. 25oC współczynnik wzrasta tylko 1,2 krotnie. Gdy mówimy o wilgotności drewna w drzewnictwie mówimy o wilgotności bezwzględnej.

 

Powietrze wilgotne.

Powietrze wilgotne jest to mieszanina powietrza suchego i wilgoci w niej zawartej w postaci pary, kropel cieczy lub mgły. Ze zmianą masy wilgoci wiąże się parowanie i suszenie.

Wilgotność względna powietrza(f) – jest to stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do maksymalnego w danej temperaturze. W różnych temperaturach powietrza ta sama wilgotność będzie oznaczać różne zawartości wody w powietrzu. Wraz ze wzrostem temperatury wilgotność powietrza spada.

Tarcica

 

Metody pomiaru wilgotności powietrza:

 

1. Metoda psychrometryczna - wykorzystuje się w niej zależność intensywności parowania od niedosytu wilgoci w powietrzu. Wilgotność powietrza określa się na podstawie różnicy temperatur dwóch termometrów. Jeden z termometrów jest termometrem zwilżonym tzn. jego kocówka jest owinięta tkaniną nasączoną wodą. Woda parując obniża temperaturę termometru zwilżonego. Po odczytaniu różnicy temperatur i przy znanym przepływie powietrza możemy odczytać z tablicy psychrometrycznej wilgotność powietrza. Wysokość pomiaru nie może przekroczyć 500 m n.p.m. a gdy ją przekroczy trzeba wprowadzić poprawkę.

2. Higrometr włosowy - pasmo odtłuszczonych włosów ludzkich (blondynki) przymocowane jest z jednej strony do górnej ramki przyrządu a z drugiej do obciążnika. Zmiana długości włosa pod wpływem wilgotności będzie widziana na tarczy jako zmiana wilgotności względnej powietrza.

3. Higrometr z listkiem celulozowym - przez listek celulozowy przepływa prąd, wraz ze wzrostem wilgotności spada opór listka. Zjawisko to jest rejestrowane jako zmiana wilgotności powietrza

4. Higrometry cyfrowe - wyposażone są w różnego rodzaju detektory, kondensatory, termopary. Układ elektroniczny odpowiada za pomiar. Wynik pojawia się bezpośrednio na wyświetlaczu.

 

Jarosław Gerszyński

Autor: Jarosław Gerszyński

O autorze: Jarosław Gerszyński jest absolwentem Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Ukończył studia na kierunku Technologia drewna. Współpracuje z firmą Made of Wood Group.

Dołącz do Jarosława Gerszyńskiego na Google+

Strona: www.zrobionezdrewna.pl