CC BY
24
УДК 674.047 Проф. П.В. Бглей, д-р техн. наук; доц. 1.В. Петришак,
канд. техн. наук; acnip. А.М. Комбаров; магжтр П.П. Бглей -
НЛТУ Украши, м. Львiв
ТЕПЛОВА ОБРОБКА I СУШ1ННЯ ДЕРЕВИНИ В ПРОЦЕСАХ ГНУТТЯ
Описано фiзичнi явища переходу деревини у стан еластичност в процес II наг-р1вання. Наведено методику визначення кшькосп теплоти, яка витрачаеться у проце-сах нагр1вання деревини перед гнуттям та тд час сушшня, коли одна з поверхонь мае вологоiзоляцiю, а також методику визначення витрат теплово! енерги з електро-обiгpiвом заготовок у процес гнуття.
Ключовi слова: гнуття, нагр1вання, сушiння, масивна деревина, деформаци, стиск, розтяг, вологiсть, теплова енерпя.
Вступ. У технолопчному процеш гнуття деревини складовими части-нами е теплова обробка, гнуття i сушшня з^нутих деталей для стабЫзацп набуто! форми. У загальному технолопчному процеш виготовлення вироб1в мюце гнуття не е постшним. зазвичай, його використовують безпосередньо шсля розкроювання. Технолопчний процес вщбуваеться таким чином: роз-крш на заготовки, теплова обробка заготовок, гнуття, сушшня i мехашчна обробка гнутих заготовок. Деколи гнуттю шддають вже частково оброблеш деталь Наприклад, задш шжки гнутого стшьця згинають переважно шсля об-робки на круглопалкових кошювальних верстатах, а шсля гнуття i сушшня тшьки шлiфують.
Теплова обробка деревини вщбуваеться пiд дiею тепла водяно! пари, атмосферного повiтpя, топкових гaзiв i piдин, тепла контактуючих елеменпв, iнфpaчеpвоного випpомiнювaння та електромагштних хвиль. Основна мета теплово! обробки - змша фiзико-мехaнiчних властивостей деревини, що визна-чаеться вiдповiдними технологiчними та експлуатацшними вимогами. У бшь-шосп випaдкiв метою теплово! обробки деревини е II розм'якшення. У лггера-туpi наведено piзнi думки про причини розм'якшення деревини в процеш !! пд-pотеpмiчноI обробки та особливостей деформаци деревини в нагргтому сташ. Нaйбiльш просте та поширене пояснення причин шдвищено! дефоpмaтивностi нагргто! деревини полягае в тому, що твеpдi коло!дш речовини, якi знаходять-ся у мiжклiтинному пpостоpi, за звичайних температур цементують деревинш волокна, а в процеш нaгpiвaння переходять в гелевий стан, внаслщок чого пос-лаблюеться зв'язок мiж волокнами. З погляду сучасно! фiзико-хiмп полiмеpiв, aмоpфнi лiнiйнi полiмеpи (до яких вiдносягь целюлозу) можуть знаходитись у трьох станах: склоподiбному, в'язкотекучому та високоеластичному.
Суть переходу деревини в процеш нaгpiвaння зi склоподiбного в висо-коеластичний стан полягае в тому, що вода тут вдаграе роль пластифжато-ра - дисощюе попеpечнi зв'язки мiж макромолекулами. Руйнування цих зв'яз-кiв приводить до збшьшення гнучкостi структурних елементiв. Таким чином, фiзичнa суть розм'якшення деревини тепловою обробкою полягае в тимчасо-вому виведеннi !! з склоподiбного в еластичний стан, в якому вона здатна витримувати знaчнi пружш деформаци без руйнування.
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
На еластичшсть деревини значний вплив мають таю фактори: температура, волопсть, порода (особливосп макроструктури), вж, термiн загопвл^ мiсцезнаходження зразка у стовбурi та iншi фактори. Наприклад, бук вщнесе-но (особливо у молодому вщ) до високоеластичних порiд деревини. Забо-лонна та вершинна частина стовбура е бiльш еластичною, нiж спшодеревна.
Температура мае найбiльший вплив на еластичшсть деревини. Це по-яснюють, по-перше, тим, що збiльшення коливного руху молекул деревинно! речовини та води приводять до примусового переходу деревини в стан елас-тичностi. Неабияку роль вiдiграють тепловi дифузiйнi процеси. Так, якщо збiльшити температуру вщ 0 °С до 54 °С, вiдносна деформацiя стискування вздовж волокон може зрости майже у 5 разiв. Перехщ деревини в стан виму-шено! еластичностi е наслщком спшьно! дп на не! тепла i вологи.
Щоб деревина перейшла зi склоподiбного в еластичний стан, !! потрiб-но зволожити. З шдвищенням вологостi деревини до точки насичення дере-винних волокон !! еластичшсть зростае. Подальше зростання вологост еластичшсть не збшьшуе, а дiе скорiше навпаки. Вода, яка наповнюе капiляри, практично не стискуеться, що може призвести до руйнування деревини. Ок-рiм цього, значне зволоження приводить до збшьшення тривалосп наступно-го процесу сушiння та збшьшення витрат теплово! енергп.
Теплове обробка заготовок перед гнуттям здшснюеться шляхом !х пропарювання, зазвичай, у пропарювальних барабанах (котлах) невелико! емносп, яка забезпечуе роботу гнутарного пристрою. У таких барабанах створюеться невеликий тиск (0,02... 0,05 МПа), чому вщповщае температура середовища гс = 102.105 °С. Деревина у такому середовищi нагрiваеться до гд= 96.98 °С. Таким чином, пропарювальнi барабани забезпечують штен-сивний процес пропарювання iз збереженням якiсних показникiв деревини.
Кшьюсть тепла dQ, яка передаеться до поверхш матерiалу площею ¿Р за час ¿т вiд середовища, визначають за рiвнянням Ньютона:
dQ = а(гс - гпое) dFdт, Дж, (1)
де: а - коефщент теплообмшу, Вт/(м2 -°С); гс, гпое_ вiдповiдно, температура середовища та поверхш матерiалу, °С.
З поверхш матерiалу до його середини ця кшьюсть тепла (в пропарю-вальному барабанi створенi умови iнтенсивного теплообм^ мiж середови-щем i поверхнею матерiалу, коли Вi ^ да) передаеться, переважно, шляхом теплопровщносп, яку визначають за формулою
dQ = -X — dFdт, Дж, (2)
¿х
де: X - коефщент теплопровщносп деревини, Вт/(м-°С); ¿г/dх - градiент температури в матерiалi, °С/м.
Якщо порiвняти лiвi та правi частини рiвнянь (1) та (2) i провести вщ-повiднi скорочення, то отримаемо граничш умови третього роду:
а(гс - гпое) = . (3)
ах
Тривалють теплово! обробки деревини можна визначити за формулою
0,2331 , гс л \
Тто =--L 18 --- , с, (4)
а гс гд
де: - товщина матерiалу, см; гс, Д_ вiдповiдно, температура середовища в пропарювальному барабанi та початкова температура деревини до теплово! обробки, °С; а - коефщент теплообмiну поверхш матерiалу з середовищем, Вт/(м2-°С).
Коефщент теплообмiну можна знайти за кшьюстю тепла Q, що пере-даеться середовищем до поверхш матерiалу за одиницю часу:
а = Q/(гс -гпое), Вт/м2. (5)
Технолопею теплово! обробки передбачено поступове збшьшення температури деревини за вщповщним градiентом dt/dт. Тодi загальну кшь-кiсть тепла, яку витрачено на кожнш ступенi теплово! обробки деревини, виз-начають за формулою
Qz = iQ1 = ЕрЕСД, кВт, (6)
¿=1 ;=1
де: р - густина деревини, кг/м3; Е - кiлькiсть матерiалу, що знаходиться в пропарювальному барабаш, м3; Ci - середня питома теплоемнють деревини для i-того iнтервалу температур (¿г), кДж/(кг-°С); п - кшьюсть iнтервалiв змi-ни температури середовища.
Нагрiта деревина (заготовка) тсля пропарювання подаеться на гну-тарний верстат i разом iз металевою шиною, яка фiксуе форму заготовок тсля гнуття, завантажуеться у контейнери i подаеться у сушильну камеру. До-цiльно використовувати сушильш камери безперервно! ди. 1нтенсивнють су-шiння пропарено! деревини е на 20.40 % бшьшою, шж непропарено!. Однак у цьому випадку одна з поверхонь закрита шиною, тобто вона е закритою для випаровування вологи.
Якщо вважати, що в сушильну камеру поступають вже нагрт заготовки, то в процеш !х сушiння у сушильних камерах (перюдично! або безперервно! до) витрачаеться вiдповiдна кiлькiсть теплоти Qc, яку можна визна-чити за формулою
Qc = С^еип + Чог) • Мс, кВт, (7)
де: С] - коефщент неврахованих витрат теплоти, С1 = 1,15; чеип, чог - вщпо-вiдно питомi витрати теплоти на випаровування вологи з деревини (сушшня) i втрати теплоти через огородження вщнесеш до 1 кг вологи, що випаро-вуеться у процеш сушiння, кДж/кг, якi визначають з формул:
Чеип = 1000 • - 4,19гм, кДж/кг, (8)
¿2 - ¿0
де: 12,1о - вщповщно, ентальпiя повiтря на виходi зi штабеля (контейнерiв) та свiжого повггря, кДж/кг; ¿2, ¿0 - вщповщно, вологовмiст повiтря на виходi зi штабеля та свiжого повiтря, г/кг; гм - температура змоченого термометра, °С;
Чог = -1- Е Рог ■ Ког ■ (гс - г0), кДж/кг, (9)
Мс
Нацюнальний лкотехшчний ушверситет Украши
= 0,01py(Wo-Wk)-e кг/с, (10)
3600- Тс
де: ру - умовна густина деревини, кг/м3; W0, WK - вщповщно початкова i кшцева волопсть у процеС сушшня, %; тс - тривалють сушшня, с; Foz - площа огоро-дження, м2; Ког - коефщент теплопередач1 огородження, кВт/(м2-°С); tc - температура середовища в камер^ °С; t0 - температура зовшшнього середовища, °С.
Якщо випаровування вологи з поверхонь матер1алу е несиметричним, то температуру його поверхш визначають за формулою
--tc - — 2а
(Ji+j 2)+x (Ji - J 2)—
R 1 + Bi-
°С, (11)
де: J1, J2 - вщповщна штенсившсть з р1зних поверхонь матер1алу, (кг/м2 с); Bi - теплообмшний критерш Бю, Bi = a-R/X; r0 - питома теплота пароутворен-ня, кДж/кг; tc- температура середовища в процеС сушшня, °С; a - коефщент теплообмшу, Вт/(м2 -°С).
Якщо одна поверхня мае волого1золящю, тобто J2 = 0, то в цьому ви-падку температуру вщкрито! поверхш визначають за формулою
t(R) = t¡1 + , °С. (12)
а ^ 1 + Bi 1)
На деяких деревообробних i меблевих шдприемствах здшснюють про-цес гнуття сухих заготовок з великими рад1усами кривизни на гнутарних вер-статах з обнр1вом струмами промислово! частоти. У таких верстатах загаль-ною потужнютю до 30 кВт можна одночасно згинати до 18 заготовок товщи-ною S1 = 20...50 мм. Для нагр1вання деревини використовуються нагр1вальш елементи з напругою U = 380 В i силою струму (залежно вщ товщини матерь алу) I = 0,6.2 А. Кшьюсть тепла Q, яке видшяеться струмами промислово! частоти, визначають за законом Джоуля-Ленца:
Q = 0,24-12-R- т, Дж, (13)
де: I - сила струму, А; R - отр електричного струму, Ом; т - тривалють вит-римки, с (т = 30.90 хв залежно вщ товщини матер1алу).
Висновки. Дослщженнями встановлено, що зменшення поверхш випаровування у два рази зменшуе штенсившсть сушшня матер1алу тшьки на 30 %. Таким чином, для нер1вном1рного обтжання матер1алу потоком пов1т-ря, коли волого1зольована одна поверхня заготовок, швидюсть сушшня в р1з-них зонах вщр1зняеться неютотно. Якщо врахувати заповшьнення процесу сушшня унаслщок волого1золяцп поверхш та штенсифжащю процесу сушш-ня пропарених заготовок, яю е приблизно однаковими, то розрахунок трива-лост сушшня можна здшснювати табличним методом.
Л1тература
1. Бшей П.В. Теоретичш основи теплово! оброки i сушшня деревини / П.В. Бшей. - Ко-ломия : Вид-во "Вж", 2005. - 364 с.
2. Бшей П.В. Кер1вш техшчш матер1али з технологи камерного сушшня пиломатер1ашв / П.В. Бшей, I.A. Соколовський, В.М. Павлюст, С.П. Кунинець / за ред. проф. П.В. Бшея. -Ужгород : Вид-во "Карпати", 2010. - 140 с.
Билей П.В., Петришак И.В., Комбаров А.М., Билей П.П. Тепловая обработка и сушка древесины в процессах гнутья
Описаны физические явления перехода древесины в эластическое состояние в процессе ее нагревания. Дана методика определения количества теплоты, которая расходуется в процессах нагревания древесины перед гнутьем и в процессе сушки, когда одна из поверхностей имеет влагоизоляцию, а также методика определения затрат тепловой энергии с электрообогревом заготовок в процессе гнутья.
Ключевые слова: гнутье, нагревание, сушка, массивная древесина, деформация, сжатие, растяжение, влажность, тепловая энергия.
Biley P.V., Petryshak I.V., Kombarov A.M., Biley P.P. Heat treatment and drying of wood in the process of bending
Described in this article are physical processes that accompany the transition of wood to the state of elasticity in heating. Presented here are the methods for determination of heat quantity which is used in the process of wood heating prior to bending and in drying for the case when one of the surfaces is moisture insulated.
Keywords: bending, heating, drying, massive wood, deformations, clench, wricked, humidity, thermal energy.
УДК 637.336 Здобувач 1.В. Будтович1 - НУхарчових технологш, м. Кшв
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТЕМПЕРАТУРНИХ РЕЖИМ1В НА ПРОЦЕС ВИЗР1ВАННЯ ТВЕРДИХ СИР1В 13 НИЗЬКОЮ ТЕМПЕРАТУРОЮ ДРУГОГО НАГР1ВАННЯ
Дослщжено вплив температурних режимiв визрiвання на основш фiзико-хiмiч-ш, мжробюлопчш та органолептичш показники твердих сирiв iз низькою температурою другого на^вання у процес визрiвання. Встановлено оптимальш температурш режими визрiвання твердих сирiв iз низькою температурою другого на^вання.
Ключовг слова: твердий сир, температурш режими визрiвання, процес визр> вання, активна кислотшсть, молочнокисла мжрофлора, органолептичш показники, стушнь зршоси сиру.
Виробництво твердого сиру включае два основних етапи - виробниц-тво св1жого сиру 1 його визр1вання. Головну роль у визр1ванш сиру вдагра-ють ферменти, що продукуються мжрооргашзмами бактер1ально! закваски, тд д1ею яких вщбуваеться перетворення основних компоненпв молока (лак-този, бшюв, жир1в) у сполуки, що обумовлюють смаков1 та ароматичш влас-тивост сиру 1 його консистенщю, харчову 1 бюлопчну цшшсть, зокрема зброджують молочний цукор 1 цитрати з утворенням молочно! кислоти, вуг-лекислого газу 1 деяких шших продукпв (д1ацетилу, ацето!ну, оцтово! кислоти й ш.). Тому найглибш1 бюх1м1чш та ф1зико-х1м1чш змши компонента молока вщбуваються у перюд визр1вання сиру, пш час якого формуються кон-систенщя, рисунок, специф1чний смак 1 запах сиру [1].
Виробництво сир1в з яюсними органолептичними показниками завдяки скороченому терм1ну визр1вання дае змогу покращити економ1чш показники тдприемства, тдвищити оборотнють камер визр1вання. Тому основне завдання штенсифжацп виробництва твердих сир1в е прискорення процесу визр1вання.
1 Наук. ке^вник: доц. О. А. Савченко, канд. техн. наук
