lemnul copacilor vii și al buștenilor proaspeți conține o cantitate mare de apă care adesea constituie peste 50% din greutatea lemnului. Apa are o influență semnificativă asupra lemnului. Lemnul schimbă continuu umezeala sau apa cu împrejurimile sale, deși rata de schimb este puternic afectată de gradul în care lemnul este sigilat.

lemnul conține apă în trei forme:

apă liberă cea mai mare parte a apei conținute în celula lumina este deținută numai de forțele capilare. Nu este legat chimic și se numește apă liberă. Apa liberă nu este în aceeași stare termodinamică ca apa lichidă: energia este necesară pentru a depăși forțele capilare. În plus, apa liberă poate conține substanțe chimice, modificând caracteristicile de uscare ale lemnului. Apa legată sau higroscopică legată de apă este legată de lemn prin legături de hidrogen. Atracția lemnului pentru apă provine din prezența grupărilor hidroxil (OH) libere în celuloză, hemiceluloze și molecule de lignină în peretele celular. Grupările hidroxil sunt încărcate negativ. Deoarece apa este un lichid polar, grupările hidroxil libere din celuloză atrag și rețin apa prin legarea hidrogenului. Vaporii de apă din celula lumina sub formă de vapori de apă sunt în mod normal neglijabili la temperatură și umiditate normală.

conținutul de Umiditateedit

conținutul de umiditate al lemnului se calculează ca schimbare de masă ca proporție din masa uscată, prin formula (Siau, 1984):

conținutul de umiditate = m g − m od m od 100 % {\displaystyle {\text{conținutul de umiditate}}={\frac {m_{\text{g}}-m_{\text{od}}}{m_{\text{od}}}\times 100\%}

aici, M G {\displaystyle m_{\text{g}}}

este masa verde a lemnului, m od {\displaystyle m_{\text{od}}}

este masa sa uscată la cuptor (atingerea masa, în general, după uscare într-un cuptor setat la 103 xtct 2 xtct C (218 Xtct 4 Xtct F) timp de 24 de ore, după cum menționează Walker și colab., 1993). Ecuația poate fi exprimată și ca o fracțiune din masa apei și masa lemnului uscat al cuptorului, mai degrabă decât ca procent. De exemplu, 0,59 kg/kg (bază uscată la cuptor) exprimă același conținut de umiditate ca 59% (bază uscată la cuptor).

punctul de saturație a fibrelor

aceste marcaje IPPC de pe un palet de lemn indică KD: uscat în cuptor, HT: tratat termic și DB: decojit. În esență, toate ambalajele din lemn care sunt exportate către un stat membru IPPC trebuie să aibă o astfel de ștampilă.

când lemnul verde se usucă, apa liberă din celula lumina, deținută doar de forțele capilare, este prima care pleacă. Proprietățile fizice, cum ar fi rezistența și contracția, nu sunt în general afectate de îndepărtarea apei libere. Punctul de saturație a fibrelor (FSP) este definit ca conținutul de umiditate la care apa liberă ar trebui să dispară complet, în timp ce pereții celulari sunt saturați cu apă legată. În majoritatea tipurilor de lemn, punctul de saturație a fibrelor este de 25 până la 30% conținut de umiditate. Siau (1984) a raportat că punctul de saturație a fibrei X fsp {\displaystyle X_{\text{fsp}}}

(kg/kg) este dependent de temperatura T (CTC) conform următoarei ecuații: x fsp = 0,30 − 0,001 ( T − 20 ) {\displaystyle x_{\text{FSP}}=0.30-0.001(T-20)\;}

(1.2)

keey și colab. (2000) utilizează o definiție diferită a punctului de saturație a fibrelor (conținutul de umiditate de echilibru al lemnului într-un mediu de umiditate relativă de 99%).

multe proprietăți ale lemnului prezintă modificări considerabile pe măsură ce lemnul este uscat sub punctul de saturație a fibrelor, inclusiv:

1. volum (în mod ideal, nu se produce nicio contracție până când nu se pierde o anumită apă legată, adică până când lemnul este uscat sub FSP);
2. rezistență (în general, rezistența crește constant pe măsură ce lemnul este uscat sub FSP (Desch și Dinwoodie, 1996), cu excepția rezistenței la încovoiere la impact și, în unele cazuri, a rezistenței);
3. rezistivitate electrică, care crește foarte rapid odată cu pierderea apei legate atunci când lemnul se usucă sub FSP.

echilibru umiditate contentEdit

lemnul este o substanță higroscopică. Are capacitatea de a absorbi sau de a degaja umezeala sub formă de vapori. Apa conținută în lemn exercită o presiune proprie de vapori, care este determinată de dimensiunea maximă a capilarelor umplute cu apă în orice moment. Dacă presiunea vaporilor de apă din spațiul ambiant este mai mică decât presiunea vaporilor din lemn, are loc desorbția. Cele mai mari capilare, care sunt pline de apă în acel moment, goale mai întâi. Presiunea vaporilor din lemn scade pe măsură ce apa este conținută succesiv în capilare mai mici. O etapă este în cele din urmă atinsă atunci când presiunea vaporilor din lemn este egală cu presiunea vaporilor în spațiul ambiental de deasupra lemnului și desorbția ulterioară încetează. Cantitatea de umiditate care rămâne în lemn în această etapă este în echilibru cu presiunea vaporilor de apă din spațiul ambiental și este denumită conținutul de umiditate de echilibru sau EMC (Siau, 1984). Datorită higroscopicității sale, lemnul tinde să atingă un conținut de umiditate care este în echilibru cu umiditatea relativă și temperatura aerului înconjurător.

EMC de lemn variază în funcție de umiditatea relativă ambientală (o funcție de temperatură) în mod semnificativ, într-o măsură mai mică cu temperatura. Siau (1984) a raportat că EMC variază, de asemenea, foarte ușor cu speciile, stresul mecanic, Istoricul uscării lemnului, densitatea, conținutul extractiv și direcția de sorbție în care are loc schimbarea umidității (adică adsorbția sau desorbția).

conținutul de umiditate al lemnului în serviceEdit

lemnul își păstrează caracteristicile higroscopice după ce este pus în funcțiune. Apoi este supus unei umidități fluctuante, factorul dominant în determinarea EMC-ului său. Aceste fluctuații pot fi mai mult sau mai puțin ciclice, cum ar fi modificările diurne sau modificările sezoniere anuale.

pentru a minimiza modificările conținutului de umiditate din lemn sau mișcarea obiectelor din lemn în funcțiune, lemnul este de obicei uscat la un conținut de umiditate apropiat de condițiile medii EMC la care va fi expus. Aceste condiții variază pentru utilizări interioare în comparație cu utilizările exterioare într-o anumită locație geografică. De exemplu, conform standardului Australian pentru calitatea uscării lemnului (AS/NZS 4787, 2001), EMC este recomandat să fie de 10-12% pentru majoritatea statelor australiene, deși cazurile extreme sunt de până la 15 până la 18% pentru unele locuri din Queensland, Teritoriul de Nord, Australia de Vest și Tasmania. Cu toate acestea, EMC este de până la 6 până la 7% în case și birouri uscate încălzite central sau în clădiri cu aer condiționat permanent.

contracția și umflareaedit

contracția și umflarea pot apărea în lemn atunci când conținutul de umiditate este schimbat (Stamm, 1964). Contracția apare pe măsură ce conținutul de umiditate scade, în timp ce umflarea are loc atunci când crește. Modificarea volumului nu este egală în toate direcțiile. Cea mai mare schimbare dimensională are loc într-o direcție tangențială inelelor de creștere. Contracția de la miez spre exterior sau radial este de obicei considerabil mai mică decât contracția tangențială, în timp ce contracția longitudinală (de-a lungul bobului) este atât de ușoară încât este de obicei neglijată. Contracția longitudinală este de 0,1% până la 0,3%, spre deosebire de contracțiile transversale, care este de 2% până la 10%. Contracția tangențială este adesea de aproximativ două ori mai mare decât în direcția radială, deși la unele specii este de cinci ori mai mare. Contracția este de aproximativ 5% până la 10% în direcția tangențială și aproximativ 2% până la 6% în direcția radială (Walker și colab., 1993).

contracția transversală diferențială a lemnului este legată de:

1. alternanța lemnului târziu și a incrementelor timpurii ale lemnului în cadrul inelului anual;
2. influența razelor de lemn asupra direcției radiale (Kollmann și Cote, 1968);
3. caracteristicile structurii peretelui celular, cum ar fi modificările unghiului microfibril și gropile;
4. compoziția chimică a lamelei medii.

uscarea lemnului poate fi descrisă ca arta de a se asigura că modificările dimensionale brute prin contracție sunt limitate la procesul de uscare. În mod ideal, lemnul este uscat la acel conținut de umiditate de echilibru, așa cum va fi atins ulterior (în serviciu) de lemn. Astfel, schimbarea dimensională ulterioară va fi menținută la minimum.

este probabil imposibil să se elimine complet schimbarea dimensională a lemnului, dar eliminarea modificării dimensiunii poate fi aproximată prin modificări chimice. De exemplu, lemnul poate fi tratat cu substanțe chimice pentru a înlocui grupările hidroxil cu alte grupări funcționale hidrofobe ale agenților modificatori (Stamm, 1964). Dintre toate procesele existente, modificarea lemnului cu anhidridă acetică a fost remarcată pentru eficiența ridicată anti-contracție sau anti-umflare (ASE) realizabilă fără deteriorarea lemnului. Cu toate acestea, acetilarea lemnului a fost comercializată lent din cauza costului, coroziunii și prinderii acidului acetic în lemn. Există un volum extins de literatură referitoare la modificarea chimică a lemnului (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

uscarea lemnului este o metodă de adăugare a valorii produselor tăiate din industriile primare de prelucrare a lemnului. Potrivit Australian Forest and wood Products Research and Development Corporation (FWPRDC), lemnul tare tăiat verde, care este vândut la aproximativ 350 USD pe metru cub sau mai puțin, crește în valoare la 2.000 USD pe metru cub sau mai mult odată cu uscarea și prelucrarea. Cu toate acestea, procesele convenționale de uscare utilizate în prezent duc adesea la probleme semnificative de calitate din fisuri, atât pe plan extern, cât și pe plan intern, reducând valoarea produsului. De exemplu, în Queensland (Anon, 1997), presupunând că 10% din rasinoase uscate este devalorizat cu 200 dolari pe metru cub din cauza defectelor de uscare, fierăstrăul pierde aproximativ 5 milioane de dolari pe an. În Australia, pierderea ar putea fi de 40 de milioane de dolari pe an pentru rasinoase și o sumă egală sau mai mare pentru lemn de esență tare. Astfel, uscarea adecvată în condiții controlate înainte de utilizare are o importanță deosebită în utilizarea lemnului, în țările în care condițiile climatice variază considerabil în diferite perioade ale anului.

uscarea, dacă este efectuată imediat după tăierea copacilor, protejează, de asemenea, lemnul împotriva degradării primare, a petelor fungice și a atacurilor anumitor tipuri de insecte. Organismele, care provoacă degradarea și pata, în general nu pot prospera în lemn cu un conținut de umiditate sub 20%. Mai mulți, deși nu toți, dăunători de insecte pot trăi numai în cherestea verde.

în plus față de avantajele de mai sus ale uscării lemnului, următoarele puncte sunt, de asemenea, semnificative (Walker și colab., 1993; Desch și Dinwoodie, 1996):

1. lemnul uscat este mai ușor, iar costurile de transport și manipulare sunt reduse.
2. lemnul uscat este mai puternic decât lemnul verde în majoritatea proprietăților de rezistență.
3. Cherestelele pentru impregnarea cu conservanți trebuie să fie uscate în mod corespunzător dacă se dorește o penetrare adecvată, în special în cazul conservanților de tip ulei.
4. în domeniul modificării chimice a lemnului și a produselor din lemn, materialul trebuie uscat la un anumit conținut de umiditate pentru ca reacțiile corespunzătoare să apară.
5. lemnul uscat, în general, funcționează, mașini, finisaje și cleiuri mai bine decât lemnul verde (deși există excepții; de exemplu, lemnul verde este adesea mai ușor de transformat decât lemnul uscat). Vopselele și finisajele durează mai mult pe lemnul uscat.
6. proprietățile electrice și termoizolante ale lemnului sunt îmbunătățite prin uscare.

uscarea promptă a lemnului imediat după tăiere îmbunătățește semnificativ și adaugă valoare lemnului brut. Uscarea permite o economie substanțială pe termen lung prin raționalizarea utilizării resurselor de lemn. Uscarea lemnului este astfel un domeniu de cercetare și dezvoltare, care se referă la mulți cercetători și companii de lemn din întreaga lume.

mecanisme de mișcare a umidității

apa din lemn se deplasează în mod normal din zone mai mari în zone cu conținut de umiditate mai mic (Walker și colab., 1993). Uscarea începe de la exteriorul lemnului și se deplasează spre centru, iar uscarea la exterior este, de asemenea, necesară pentru a expulza umezeala din zonele interioare ale lemnului. Lemnul atinge ulterior echilibrul cu aerul din jur în conținutul de umiditate.

umiditate passagewaysEdit

forța motrice a mișcării de umiditate este potențialul chimic. Cu toate acestea, nu este întotdeauna ușor să se raporteze potențialul chimic din lemn la variabilele observabile în mod obișnuit, cum ar fi temperatura și conținutul de umiditate (Keey și colab., 2000). Umiditatea din lemn se deplasează în lemn ca lichid sau vapori prin mai multe tipuri de pasaje, în funcție de natura forței motrice (de exemplu, gradientul de presiune sau umiditate) și variațiile structurii lemnului (Langrish și Walker, 1993), așa cum se explică în secțiunea următoare privind forțele motrice pentru mișcarea umidității. Aceste căi constau din cavități ale vaselor, fibre, celule cu raze, camere de groapă și deschiderile membranei lor de groapă, spații intercelulare și pasaje tranzitorii ale pereților celulari.

mișcarea apei are loc în aceste pasaje în orice direcție, longitudinal în celule, precum și lateral de la celulă la celulă până când ajunge la suprafețele laterale de uscare ale lemnului. Permeabilitatea longitudinală mai mare a alburnului de lemn de esență tare este în general cauzată de prezența vaselor. Permeabilitatea laterală și fluxul transversal sunt adesea foarte scăzute în lemn de esență tare. Vasele din lemn de esență tare sunt uneori blocate de prezența tilozelor și/sau de secreția gingiilor și rășinilor la alte specii, așa cum am menționat mai devreme. Prezența venelor gingivale, a căror formare este adesea rezultatul răspunsului natural de protecție al copacilor la rănire, este frecvent observată pe suprafața plăcilor tăiate ale majorității eucalipților. În ciuda fracției de volum în general mai mari a razelor din lemn de esență tare (de obicei 15% din volumul lemnului), razele nu sunt deosebit de eficiente în fluxul radial și nici gropile de pe suprafețele radiale ale fibrelor nu sunt eficiente în fluxul tangențial (Langrish și Walker, 1993).

Spațiu de mișcare a umidității

spațiul disponibil pentru aer și umiditate în lemn depinde de densitatea și porozitatea lemnului. Porozitatea este fracția de volum a spațiului gol într-un solid. Porozitatea este raportată a fi de 1,2 până la 4,6% din volumul uscat al peretelui celular din lemn (Siau, 1984). Pe de altă parte, permeabilitatea este o măsură a ușurinței cu care fluidele sunt transportate printr-un solid poros sub influența unor forțe motrice, de ex.gradient de presiune capilară sau gradient de umiditate. Este clar că solidele trebuie să fie poroase pentru a fi permeabile, dar nu înseamnă neapărat că toate corpurile poroase sunt permeabile. Permeabilitatea poate exista numai dacă spațiile goale sunt interconectate prin deschideri. De exemplu, un lemn de esență tare poate fi permeabil, deoarece există găuri intervessel cu deschideri în membrane (Keey și colab., 2000). Dacă aceste membrane sunt ocluzate sau incrustate sau dacă gropile sunt aspirate, lemnul își asumă o structură cu celule închise și poate fi practic impermeabil. Densitatea este, de asemenea, importantă pentru lemnele de esență tare impermeabile, deoarece se traversează mai mult material de perete celular pe unitate de distanță, ceea ce oferă o rezistență crescută la difuzie (Keey și colab., 2000). Prin urmare, pădurile mai ușoare, în general, se usucă mai repede decât pădurile mai grele. Transportul fluidelor este adesea flux în vrac (transfer de impuls) pentru rasinoase permeabile la temperaturi ridicate, în timp ce difuzia are loc pentru lemn de esență tare impermeabil (Siau, 1984). Aceste mecanisme sunt discutate mai jos.

forțele motrice pentru mișcarea umidității

trei forțe motrice principale utilizate în diferite versiuni ale modelelor de difuzie sunt conținutul de umiditate, presiunea parțială a vaporilor de apă și potențialul chimic (Skaar, 1988; Keey și colab., 2000). Acestea sunt discutate aici, inclusiv acțiunea capilară, care este un mecanism pentru transportul gratuit al apei în rasinoase permeabile. Diferența totală de presiune este forța motrice în timpul uscării în vid a lemnului.

acțiune Capilarăedit

forțele capilare determină mișcările (sau absența mișcării) apei libere. Se datorează atât aderenței, cât și coeziunii. Adeziunea este atracția dintre apă și alte substanțe, iar coeziunea este atracția moleculelor din apă între ele.

pe măsură ce lemnul se usucă, evaporarea apei de la suprafață stabilește forțe capilare care exercită o atracție asupra apei libere în zonele de lemn de sub suprafețe. Când nu mai există apă liberă în lemn, Forțele capilare nu mai au importanță.

diferențele de conținut de Umiditateedit

potențialul chimic este explicat aici, deoarece este adevărata forță motrice pentru transportul apei atât în fază lichidă, cât și în fază de vapori în lemn (siau, 1984). Energia liberă Gibbs pe mol de substanță este de obicei exprimată ca potențial chimic (Skaar, 1933). Potențialul chimic al aerului nesaturat sau al lemnului sub punctul de saturație a fibrelor influențează uscarea lemnului. Echilibrul va avea loc la conținutul de umiditate de echilibru (așa cum a fost definit anterior) al lemnului atunci când potențialul chimic al lemnului devine egal cu cel al aerului înconjurător. Potențialul chimic al apei sorbite este o funcție a conținutului de umiditate a lemnului. Prin urmare, un gradient de umiditate a lemnului (între suprafață și centru), sau mai precis de activitate, este însoțit de un gradient de potențial chimic în condiții izoterme. Umiditatea se va redistribui pe tot lemnul până când potențialul chimic este uniform pe tot parcursul, rezultând un gradient de potențial zero la echilibru (Skaar, 1988). Se presupune că fluxul de umiditate care încearcă să atingă starea de echilibru este proporțional cu diferența de potențial chimic și invers proporțional cu lungimea căii pe care acționează diferența de potențial (Keey și colab., 2000).

gradientul în potențialul chimic este legat de gradientul conținutului de umiditate așa cum este explicat în ecuațiile de mai sus (Keey și colab., 2000). Modelul de difuzie care utilizează gradientul conținutului de umiditate ca forță motrice a fost aplicat cu succes de Wu (1989) și Doe și colab. (1994). Deși acordul dintre profilurile de conținut de umiditate prezise de modelul de difuzie bazat pe gradienții de conținut de umiditate este mai bun la conținuturi de umiditate mai mici decât la cele mai mari, nu există dovezi care să sugereze că există mecanisme de transport de umiditate semnificativ diferite care funcționează la conținuturi de umiditate mai mari pentru acest lemn. Observațiile lor sunt în concordanță cu un proces de transport care este condus de concentrația totală de apă. Modelul de difuzie este utilizat pentru această teză pe baza acestei dovezi empirice că gradientul conținutului de umiditate este o forță motrice pentru uscarea acestui tip de lemn impermeabil.

diferențele de conținut de umiditate între suprafață și centru (gradient, diferența de potențial chimic dintre interfață și vrac) deplasează apa legată prin canalele mici din peretele celular prin difuzie. În comparație cu mișcarea capilară, difuzia este un proces lent. Difuzia este mecanismul general sugerat pentru uscarea lemnului de esență tare impermeabil (Keey și colab., 2000). În plus, umiditatea migrează încet datorită faptului că extractivele conectează deschiderile mici ale peretelui celular din lemn de inimă. Acesta este motivul pentru care alburnul se usucă în general mai repede decât lemnul de inimă în aceleași condiții de uscare.

Direcții de mișcare a umidității pentru difuzieedit

se raportează că raportul dintre ratele de difuzie longitudinală și transversală (radială și tangențială) pentru lemn variază de la aproximativ 100 la un conținut de umiditate de 5%, la 2-4 la un conținut de umiditate de 25% (Langrish și Walker, 1993). Difuzia radială este oarecum mai rapidă decât difuzia tangențială. Deși difuzia longitudinală este cea mai rapidă, are o importanță practică numai atunci când piesele scurte sunt uscate. În general, plăcile din lemn sunt mult mai lungi decât în lățime sau grosime. De exemplu, o dimensiune tipică a unei plăci verzi utilizate pentru această cercetare a fost de 6 m lungime, 250 mm lățime și 43 mm grosime. Dacă plăcile sunt quartersawn, atunci lățimea va fi în direcția radială, în timp ce grosimea va fi în direcția tangențială și invers pentru plăcile tăiate simplu. Cea mai mare parte a umidității este îndepărtată din lemn prin mișcare laterală în timpul uscării.

motive pentru despicături și fisuri în timpul uscării lemnului și controlul acestorait

dificultatea principală cu care se confruntă uscarea lemnului este tendința straturilor sale exterioare de a se usca mai rapid decât cele interioare. Dacă aceste straturi sunt lăsate să se usuce mult sub punctul de saturație a fibrelor în timp ce interiorul este încă saturat, tensiunile (numite solicitări de uscare) sunt configurate deoarece contracția straturilor exterioare este restricționată de interiorul umed (Keey și colab., 2000). Ruptura în țesuturile lemnoase are loc și, în consecință, apar crăpături și fisuri dacă aceste tensiuni peste cereale depășesc rezistența peste cereale (fibre la fibre).

controlul cu succes al defectelor de uscare într-un proces de uscare constă în menținerea unui echilibru între rata de evaporare a umidității de la suprafață și rata de mișcare spre exterior a umidității din interiorul lemnului. Modul în care uscarea poate fi controlată va fi acum explicat. Una dintre cele mai reușite modalități de uscare sau condimentare a lemnului ar fi uscarea în cuptor, unde lemnul este plasat într-un compartiment de cuptor în stive și uscat prin aburire și eliberând aburul încet.

influența temperaturii, umidității relative și a ratei de circulație a aeruluiedit

condițiile de uscare externe (temperatura, umiditatea relativă și viteza aerului) controlează condițiile limită externe pentru uscare și, prin urmare, rata de uscare, precum și afectarea ratei de mișcare a umidității interne. Rata de uscare este afectată de condițiile de uscare externe (Walker și colab., 1993; Keey și colab., 2000), așa cum va fi descris acum.

temperatura dacă umiditatea relativă este menținută constantă, cu cât temperatura este mai mare, cu atât rata de uscare este mai mare. Temperatura influențează rata de uscare prin creșterea capacității de menținere a umidității aerului, precum și prin accelerarea ratei de difuzie a umidității prin lemn.

temperatura reală într-un cuptor de uscare este temperatura becului uscat (de obicei notată cu Tg), care este temperatura unui amestec vapori-gaz determinat prin introducerea unui termometru cu un bec uscat. Pe de altă parte, temperatura bulbului umed (TW) este definită ca temperatura atinsă de o cantitate mică de lichid care se evaporă într-o cantitate mare dintr-un amestec nesaturat de aer-vapori. Elementul de detectare a temperaturii acestui termometru este menținut umed cu un manșon de țesătură poroasă (pânză) pus de obicei într-un rezervor de apă curată. Este necesar un debit minim de aer de 2 m/s pentru a preveni o zonă de formare a aerului umed stagnant în jurul manșonului (Walker și colab., 1993). Deoarece aerul trece peste manșonul umed, apa este evaporată și răcește termometrul cu bec umed. Diferența dintre temperatura becului uscat și cea a becului umed, depresiunea becului umed, este utilizată pentru a determina umiditatea relativă dintr-o diagramă higrometrică standard (Walker și colab., 1993). O diferență mai mare între temperatura becului uscat și cea a becului umed indică o umiditate relativă mai scăzută. De exemplu, în cazul în care temperatura becului uscat este de 100 C și temperatura becului umed de 60 C, atunci umiditatea relativă este citită ca 17% dintr-o diagramă higrometrică. Umiditatea relativă umiditatea relativă a aerului este definită ca presiunea parțială a vaporilor de apă împărțită la presiunea vaporilor saturați la aceeași temperatură și presiune totală (siau, 1984). Dacă temperatura este menținută constantă, umiditățile relative mai mici duc la rate de uscare mai mari datorită gradientului crescut de umiditate din lemn, rezultat din reducerea conținutului de umiditate din straturile de suprafață atunci când umiditatea relativă a aerului este redusă. Umiditatea relativă este de obicei exprimată în procente. Pentru uscare, celălalt parametru esențial legat de umiditatea relativă este umiditatea absolută, care este masa vaporilor de apă pe unitatea de masă de aer uscat (kg de apă pe kg de aer uscat). Cu toate acestea, este influențată de cantitatea de apă din aerul încălzit. Rata de circulație a aerului timpul de uscare și calitatea lemnului depind de viteza aerului și de circulația uniformă a acestuia. La o temperatură constantă și umiditate relativă, cea mai mare rată de uscare posibilă este obținută prin circulația rapidă a aerului pe suprafața lemnului, oferind îndepărtarea rapidă a umezelii care se evaporă din lemn. Cu toate acestea, o rată de uscare mai mare nu este întotdeauna de dorit, în special pentru lemnele de esență tare impermeabile, deoarece ratele de uscare mai mari dezvoltă solicitări mai mari care pot provoca fisurarea sau distorsionarea lemnului. La viteze foarte mici ale ventilatorului, mai mici de 1 m / s, fluxul de aer prin stivă este adesea flux laminar, iar transferul de căldură între suprafața lemnului și fluxul de aer în mișcare nu este deosebit de eficient (Walker și colab., 1993). Eficiența scăzută (externă) a transferului de căldură nu este neapărat o problemă dacă mișcarea internă a umidității este limitarea cheie a mișcării umidității, așa cum este pentru majoritatea lemnului de esență tare (Pordage și Langrish, 1999).

Clasificarea cherestelelor pentru uscareedit

cherestelele sunt clasificate după cum urmează în funcție de ușurința lor de uscare și de înclinația lor la uscare se degradează:

lemn foarte refractar aceste păduri sunt lente și greu de uscat dacă produsul final trebuie să fie lipsit de defecte, în special fisuri și despicături. Exemple sunt lemnele structurale grele cu densitate mare, cum ar fi ironbark (Eucalyptus paniculata), blackbutt (E. pilularis), guma albastră sudică (E. globulus) și cutia de perii (lophostemon cofertus). Acestea necesită o protecție și o îngrijire considerabilă împotriva condițiilor de uscare rapidă pentru cele mai bune rezultate (Bootle, 1994). Lemn moderat refractar aceste Cherestea prezintă o tendință moderată de a crăpa și de a se împărți în timpul condimentării. Acestea pot fi condimentate fără defecte în condiții de uscare moderat rapide(adică se poate utiliza o temperatură maximă a bulbului uscat de 85 CTC). Exemple sunt Sydney Blue gum (E. saligna) și alte cherestea de densitate medie (Bootle, 1994), care sunt potențial potrivite pentru mobilier. Lemn non-refractar aceste păduri pot fi condimentate rapid pentru a fi lipsite de defecte chiar și prin aplicarea unor temperaturi ridicate (temperaturi ale bulbului uscat de peste 100 de centimetrii) în cuptoarele industriale. Dacă nu sunt uscate rapid, pot dezvolta decolorare (pată albastră) și mucegai la suprafață. Exemple sunt rasinoase și cherestea de joasă densitate, cum ar fi Pinus radiata.

ModelEdit

rata la care se usucă lemnul depinde de o serie de factori, dintre care cei mai importanți sunt temperatura, dimensiunile lemnului și umiditatea relativă. Simpson și Tschernitz au dezvoltat un model simplu de uscare a lemnului în funcție de aceste trei variabile. Deși analiza a fost făcută pentru stejarul roșu, procedura poate fi aplicată oricărei specii de lemn prin ajustarea parametrilor constanți ai modelului.

pur și simplu, modelul presupune că rata de schimbare a conținutului de umiditate M în raport cu timpul t este proporțională cu cât de departe este eșantionul de lemn de conținutul său de umiditate de echilibru M e {\displaystyle m_{e}}

, care este o funcție a temperaturii T și a umidității relative h: D M D T = − M − M E {\displaystyle {\frac {dM}{dt}=-{\frac {M-m_{e}} {\tau}}}

unde {\displaystyle \tau}

este o funcție a temperaturii T și o dimensiune tipică a lemnului l și are unități de timp. Dimensiunea tipică a lemnului este aproximativ cea mai mică valoare a ( L r , L t , L L / 10 {\displaystyle l_{r},\,l_{t},\,l_{l}/10}

) care sunt dimensiunile radiale, tangențiale și longitudinale, respectiv, în inci, cu dimensiunea longitudinală împărțită la zece, deoarece apa difuzează de aproximativ 10 ori mai rapid în direcția longitudinală (de-a lungul bobului) decât în dimensiunile laterale. Soluția la ecuația de mai sus este: M − M e M 0 − m e = e − t {\displaystyle {\frac {M-m_{e}}{m_{0}-m_{e}}=e^{-{\frac {t} {\tau}}}

unde m 0 {\displaystyle M_{0}}

este conținutul inițial de umiditate. S-a constatat că pentru cheresteaua de stejar roșu, „constanta de timp” a fost exprimată ca”div>: {\displaystyle \tau = {\frac {l^{n}}{a + bp_{\text{sat}} (T)}}

unde A, B și n sunt constante și P sat(t) {\displaystyle p_{\text{sat}} (t)}

este presiunea vaporilor de saturație a apei la temperatura T. Pentru timpul măsurat în zile, lungimea în inci și p sat {\displaystyle p_ {\text {sat}}}

măsurate în mmHg, s-au găsit următoarele valori ale constantelor pentru cherestea de stejar roșu. a = 0,0575 b = 0,00142 n = 1,52

rezolvarea randamentelor timpului de uscare:

t = − 0 − 0 − 0 ) = − L N A + b P sat ( T ) L N A+B M 0 − M e ) {\displaystyle t= − \tau \,\Ln \stânga ({\frac {m-m_{E}}{m_{0}-m_{e}}\dreapta)={\frac {- l^{n}} {a+bp_{\text{sat}} (T)}}\,\ln \stânga ({\frac {m-M_{E}} {m_{0}-m_{e}}}\dreapta)}

de exemplu, la 150 Ft F, folosind ecuația Arden Buck, presiunea vaporilor de saturație a apei este de aproximativ 192 mmHg (25,6 kPa). Constanta de timp pentru uscarea unei plăci de stejar roșu cu grosimea de 1 inch (25 mm) la 150 CTF este apoi 3.03 {\displaystyle \tau = 3.03}

zile, care este timpul necesar pentru a reduce conținutul de umiditate la 1/e =37% Din abaterea inițială de la echilibru. Dacă umiditatea relativă este de 0,50, atunci folosind ecuația Hailwood-Horrobin conținutul de umiditate al lemnului la echilibru este de aproximativ 7,4%. Timpul de reducere a cherestelei de la 85% conținut de umiditate la 25% conținut de umiditate este apoi de aproximativ 4,5 zile. Temperaturile mai ridicate vor produce timpi de uscare mai rapizi, dar vor crea, de asemenea, tensiuni mai mari în lemn, deoarece gradientul de umiditate va fi mai mare. Pentru lemn de foc, aceasta nu este o problemă, dar în scopuri de prelucrare a lemnului, tensiunile mari vor face ca lemnul să se crape și să fie inutilizabil. Timpii normali de uscare pentru a obține verificări minime de condimentare (fisuri) în 25 mm (1 inch sau 4/4 cherestea) stejar roșu variază de la 22 la 30 de zile, iar în 8/4, (50 mm sau 2 inch) va varia de la 65 la 90 de zile.