CC BY
1ОСЦИЛИРАЩИ РЕЖИМИ ЗА СУШЕНЕ НА БУКОВИ ДЕТАЙЛИ
ВАСИЛ ЧАКЪРОВ
Институт за гората Българска академия на науките
Абстракт: Изследвани са два осцилиращи режима на сушене на букови детайли с различна продължителност на активния и пасивния период - 2/2 ч. и 3/3 ч. Доказан е положителният им ефект при релаксация на вътрешните напрежения на дървесината. Дефектите от тях са по-малки, което прави и загубите на материал по-малки, от което следва по-добър икономически ефект.
Ключови думи: дървесина, вътрешни напрежения, влажност_
OSCILLATING REGIMES TO DRY BEECH DETAILS
(SUMMARY) Two oscillating regimes with different long-time duration of the active and passive period for drying of beech details were studied - 2/2 h and 3/3 h. Their positive effect on wood/timber internal stresses relaxation is approved. The defects from them are less, which makes the material losses less thus better economic effect.
Key words: wood/timber, internal stresses, humidity
Увод
При мебелното производство основна операция е сушенето на дървесината. Без правилно, ефективно и качествено сушене производството на съвременни мебели е немислимо.
У нас и в Европа съществуват многобройни начини този процес да се извършва така, че да се подобряват технологичните свойства на дървесината, да се удължи трайността й, да се запазят формата и рамерите й и др. Не на последно място е от значение и себестойността на сушилния процес (Николов, Виделов, 1979; Николов, Райчев, 1980).
Режимите на сушене са съвкупност от въздействия на обработващата среда - сушилния агент, върху материала. За практиката е важно разписването на обработващата среда по време според състоянието на материала. Обикновено режимът се задава като постоянни и променливи параметри (Енерджи ревю, 2012). Например скоростта на циркулация на обработващата среда (юш), която е сравнително постоянна при добра вентилационна система на камерата. Променливи параметри са температурата (t°C), влажността на обработващата среда (ф) и влажността на дървесината (Wt). Температурата определя степента на нагряване на дървесината и влияе върху физико-механичните й свойства и влагопроводимостта й (Строители, 2009; Brian, 2005). Степента на насищане се изразява в процент и определя скоростта на изпарение на влагата от повърхността. Влажността и размерите на изсушавания материал са режимни параметри, но те са дадености, които трябва да се съобразяват при определяне на останалите параметри.
Режимите на сушене на дървени бичени материали се класифицират по различни показатели. Според принципа на действие са непрекъснати и циклични (пулсиращи, осцилиращи). При непрекъснато действащите, измененията на параметрите са по степени, в зависимост от влажността, времето и вътрешните напрежения. Те са постоянни през целия процес. При осцилиращите се променят за всеки отрязък от време, като се използва температурата и скоростта на циркулация или комбинация от двете.
Използването на осцилиращи режими има редица предимства и в настоящото проучване е направен опит да се обоснове използването им за сушене на широколистни бичени материали с оглед намаляване загубите на материал поради дефекти.
Материали и методи
Изпитанията са проведени в сушилни камери тип DQKC (Полша). За контролиране на параметрите на сушилния агент е монтиран психометър - за отчитане на температурата. За определяне на началната, текущата и послойната влажност е изпозван тегловния метод с техническа везна и сушилен шкаф. Използвани са букови детайли с размери 830/70/70 mm. Използвани са два вида образци: едните - за определяне разпределението на влагата по напречното сечение на дървесината в различни моменти; другите - за определяне на пълни вътрешни и остатъчни напрежения по време на сушилния процес (силови проби).
Послойната влажност е определена чрез проби с размер по направление на влакната 20 mm и широчина, равна на тази на контролната дъска. След изрязване на пробата тя се разрязва на части - за началната влажност, за текущата и за послойната. Челните отрези не са взети под внимание - за да бъде избегнато влиянието на челното изпаряване.
Силовите проби са вземани в началото, по време и в края на сушилния процес. Те са със стандартизиран размер по направление на влакната и са изрязвани от пробните образци през часови интервали, съвпадащи с тези за определяне на послойната влажност. Всяка силова проба е изрязвана на банциг и има форма на П, като дебелината на зъба е 5-6 mm, а височината Ь - равна на широчината на дъската В. За всяка проба е измервано отклонението на зъбите и е изчислена относителната деформация Г по уравнението:
Г =------------------------------------------(1),
2Ь
където £ е дебелината на пробата, mm, 51 - разстоянието между крайните точки на зъбите, mm, Ь - височината на зъбите, mm.
Отчитано е също така качеството на сушене по следните показатели: съответствие на крайната влажност към зададената; разлика във влажността по дебелина; дефекти в изсушавания материал.
Проведени са два експериментални цикъла при две начални влажности на буковите детайли. Параметрите им са представени в таблица 1 и 2.
Таблица 1 Продължителност на циклите
Начална влажност (%) Пасивен период (без работа на вентилаторите и отоплението) Активен период (с работа на вентилаторите и отоплението)
44,14 2 часа 2 часа
48,90 3 часа 3 часа
Таблица 2 Параметри на сушенето
Влажност на дървесината, Wt% Температура на сушилния агент, 0С Относителна влажност на обработващата среда, ф%
Над 40 53 83
30-20 56 71
20-8 65 31
Резултати и обсъждане
В началото на активния период се пускат вентилаторите и отоплението. Температурата в камерата се повишава бързо и след 20-25 мин достига зададените/режимните стойности. През пасивния период температурата на сухия термометър намалява най-интензивно през първите 15 мин. Най-силно се променя температурата на сушилния агент - според продължителността на активния и пасивния период на един цикъл. При по-голяма продължителност по-осезателна е пулсацията й. Температурата в началото на първия стадий на сушене е била 830С (активен период) и спада до 78,50С (пасивен период). През междинний стадий е била 720С (активен период), спадайки през пасивния до 670С, т.е. при цикъл на нагряване 2 ч. температурата в камерата не спада повече от 4-50С на цикъл и се покачва сравнително бързо - за 15-20 мин. През втория стадий на сушене от 3РС през активния период пада на 27,20С през пасивния. Следователно пулсациите й почти не зависят от стадия на сушене.
При по-продължителния цикъл (3/3 ч.) положението е подобно, но поради по-голямата продължителност спада по-ниско - с 5-60С.
Относителната влажност на обработващата среда също се променя в рамките на един цикъл. При затваряне на крановете на отоплителната инсталация и спиране на вентилаторите бързо се покачва, а след отваряне на вентилационните отвори бързо се понижава. През първия стадий е била 83%, бързо се покачва до 87% и след отварянето спада до 78% (цикъл 3/3 ч.) и 80% (цикъл 2/2 ч.).
Влажността на дървесината се променя по следния начин: за цикъла 2/2 ч. за външните слоеве намалява бързо (с 42% - достига до 32,7%), за вътрешните остава сравнително постоянна и равномерно разпределена (38%). В края на процеса достига около 8% (8-8,1%), като разлика между централните и повърхностните слоеве на практика няма.
За цикъла 3/3 ч. в началото се наблюдава незначително повишение на влажността на дървесината - до 49,17% във външните слоеве и до 48,53-48,73% във вътрешните. В края на процеса достига до около 9% (9,7-9,9%).
В таблица 3 са представени видимите дефекти на изсушения материал и разпределението на влажността по напречното сечение на буковия материал. Данните са за цикличните режими (2/2 ч., 3/3 ч.) и нормативен режим.
Таблица 3
Дефекти и разпределение на влажността при сушене на буков материал
режим Средна крайна влажност, Wt% Отклонение от Wt% Пукнатини, брой Влажностен градиент, AW%
челни повърхностни вътрешни
Цикличен, 3/3 ч. 8 0,4 4 - - 0,6
Цикличен, 2/2 ч. 8 0,3 2 1 - 0,5
Нормативен 8 0,5 2 - - 0,5
Наличието на положителен температурен градиент, характерно за края на пасивния и началото на активния период дава възможност за по-бързото привижване на влагата от централните към повърхностните слоеве. Сумарният ефект от влиянието на двата градиента, съвпадащи по посока е налице при двата режима на изсушавания материал. След пасивния период се наблюдава леко увеличение на влажността в повърхностните слоеве, което
намалява големината на влажностния градиент и се пластифицират повърхностните слоеве. Ефектът е подобен на провеждане на междинно топлинно-влажностно обработване и позволява по-твърд режим през активния период.
Деформациите на дървесината са различни в момента на изрязването на пробите (F) и след 24 ч (F24). Това се дължи на характера на придвижването и отделянето на влагата. Във всички случаи има уравновесяване на пълните вътрешни напрежения в обема на изсушавания материал и деформациите на зъбите са незначителни - F = 0^1,2.
Деформациите, получени след изравняване на влагата по напречното сечение, са резултат от остатъчните напрежения F24 и са доста разнообразни. Числените стойности достигат до 10,4 (при най-ниска стойност около 1), което води до огъване на зъбите на силовата проба до пълен контакт в горния край. Това се дължи на значителното ускоряване на изпарителния процес по време на активния период - тогава и F24 е по-голямо отколкото през пасивния период. F24 варира в интервала 7,0^10,4 след активния период, докато след пасивния се снижава с 3^5%. Периодичната смяна на периодите на сушене определя положителния ефект при релаксацията на вътрешните напрежения, като по-ясно това е изразено за режима 3/3 ч.
Изводи
Цикличните режими осигуряват по-високо качество на изследвания материал, както по отношение на външния вид, така и по отношение на равномерното разпределение на влагата в обема на детайлите от букова дървесина. При режими с различна продължителност по-благоприятен е цикълът 3 ч./3 ч. - общо 6 ч. до достигане на 20% влажност. След тази влажност ефектът е незначителен и дори може да бъде отрицателен. Периодичното сменяне на режимите води до положителен ефект при релаксация на вътрешните напрежения. Така рискът от неблагоприятно въздействие върху материала е сведен до минимум - режимите са по-меки. Това означава, че дефектите от вътрешни напрежения са по-малки, загубите на материал също, което води до по-добър икономически ефект.
ЛИТЕРАТУРА
1. Енерджи ревю. 2012. Системи за сушене и обезводняване на биомаса. 2, 63-66. https://www.energy-review.bg/Files/broeve/NRG_2012_2.pdf
2. Николов, Св., Виделов, Хр. 1979. Наръчник по сушене на дървесината, Техника, С.,
213.
3. Николов, Св., Райчев, А. 1980. Сушене на дървесината, 163.
4. Строители. 2009. Тайната на вечната дървесина - термодървесина, VI, 1, http://stroiteli .elmedia.net/smt/bg/2009-
1/editorials/%D1%82%D0%B0%D0%B9%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%B0-%D0%BD%D0%B0-%D0%B2%D0%B5%D1%87%D0%BD0/oD00/oB00/oD1%82%D0%B0-%D0%B4%D1%8A%D1%80%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%B8%D0%BD%D0%B0-%D1%82%D0%B5%D1 %80%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D1%8A%D1%80%D0%B2%D0%B 5%D1%81%D0%B8%D0%BD%D0%B0_00826.html
5. Brian, B. 2005. Kiln dry lumber at home. https://www.instructables.com/id/Kiln-Dry-Lumber-At-Home/
