62

Capitolul 5.

Pregătirea materialului lemnos în vederea uscării

Pregătirea materialului lemnos constituie prima etapă a procesului tehnologic de uscare. Ea constă în sortarea, stivuirea, etichetarea şi depozitarea corespunzătoare a cherestelei în stare umedă, înainte de introducerea în instalaţie. Pentru a obţine rezultate cât mai bune la uscarea artificială, aceste operaţii pregătitoare trebuie efectuate după anumite reguli.

5.1. Stivuirea cherestelei în vederea uscării

Stivuirea materialului este o operaţie tehnologică de mare însemnătate pentru reuşita uscării, multe defecte de uscare (de exemplu, deformarea pieselor pe lungime, bombarea, anumite coloraţii) datorându-se neglijării regulilor de bază ale stivuirii.

O stivuire corectă trebuie să asigure: -spaţii suficiente pentru circulaţia aerului printre piese; -aşezarea materialului pe feţele late pentru a evita strâmbarea şi încovoierea pieselor; -stabilitatea stivei. Înainte de stivuire, materialul se sortează, astfel încât într-o stivă să se introducă numai piese de aceeaşi specie şi aceeaşi grosime şi, pe cât posibil, aceeaşi lungime şi umiditate iniţială apropiată. Modalitatea de stivuire folosită exclusiv este cea orizontală, cu şipci de stivuire (Fig. 5.1). Aceasta are avantajul că utilizează greutatea proprie a pieselor pentru strângerea acestora în vederea evitării deformaţiilor în timpul uscării şi totodată creează spaţii de circulaţie a aerului în stivă. La aşezarea pieselor de cherestea pe un rând, se recomandă lăsarea de mici spaţii între canturile pieselor pentru o mai bună ventilaţie a stivei.

Şipcile de stivuire se realizează de regulă din lemn de molid, pentru că nu pătează. Şipcile trebuie preuscate până la umiditatea de 15% înainte de folosire pentru a nu păta materialul (din cauza umezelii care se elimină mai greu din zona de contact între şipcă şi scândură, apar aşa-numitele “pete de şipcă” – dungi transversale de culoare mai închisă)(Fig. 5.2). Pentru evitarea acestui defect la speciile predispuse la coloraţii se mai pot utiliza şipci frezate (Fig. 5.3) sau şipci ondulate din aluminiu.

63

Fig. 5.1. Stivă de cherestea realizată în vederea uscării.

Fig. 5.2. Pată de şipcă cauzată de utilizarea unor şipci umede din lemn de

pin, vizibilă chair şi după rindeluirea a 1,5mm.

a. b. Fig. 5.3. Profile optimizate pentru şipci de stivuire utilizate la uscarea

cherestelei de paltin (a) şi frasin (b) pentru evitarea pătării materialului (Trübswetter 2006).

64

Varianta clasică, cea mai frecvent întâlnită, o constituie însă şipcile de secţiune dreptunghiulară 20 x 30mm, cu lungimea egală cu lăţimea stivei (stabilită în funcţie de utilajele de transport disponibile în secţia de uscare). Pentru a asigura stabilitatea stivei, deosebit de importantă este grosimea uniformă a şipcilor, cu o toleranţă de ± 1 mm.

Şipcile de stivuire se pot refolosi, cu condiţia ca după utilizarea anterioară să nu fi suferit deteriorări (strivire, rupere, mucegăire).

La formarea stivei se vor avea în vedere următoarele reguli de bază: - între fiecare două rânduri de cherestea se va aşeza un rând de şipci; - în plan vertical şipcile vor fi strict una sub alta (vezi Fig. 5.1); - şipcile se vor aşeza obligatoriu la capetele stivei, pentru a evita deformarea pieselor pe lungime (arcuirea)(Fig. 5.4); - în interiorul stivei, şipcile se aşează la anumite distanţe în funcţie de grosimea cherestelei (Tabelul 5.1); cu cât piesele sunt mai subţiri, cu atât creşte pericolul deformării lor pe lungime şi deci şipcile trebuie aşezate la distanţe mai mici; de asemenea, se recomandă distanţe mici între şipci dacă proporţia pieselor cu fibră înclinată sau torsă este mare; - piesele cu inimă se vor aşeza cu partea dinspre inimă în sus, pentru a evita bombarea).

Tabelul 5.1 Distanţa înte şipcile de stivuire pe lungimea stivei, în funcţie de grosimea

cherestelei (STAS 9701-88) Specia lemnoasă Distanţa între şipci (în mm) la o grosime a cherestelei de:

sub 30mm 31 … 60mm peste 60mm Răşinoase 500 1000 1500 Foioase 300-400 401-600 601-800

Pentru evitarea deformării pieselor în timpul uscării datorită contragerilor inegale după cele trei direcţii structurale, se recomandă folosirea sistemelor de strângere a stivei, care pot fi constituite fie din dispozitive cu arc, aplicate în partea superioară a stivei (Fig. 5.5a), fie din plăci de beton care se aşează deasupra stivei (Fig. 5.5b). Greutatea plăcilor de presare se calculează astfel încât presiunea exercitată asupra stivei să fie de 0,4-1,0 t/m2. La presiuni mai mari există riscul strivirii materialului şi a şipcilor de stivuire.

65

Fig. 5.4. Deformarea pieselor la uscare din cauza stivuirii incorecte

(absenţa şipcilor la capete) (Foto USDA Forest Service).

a. b.

Fig. 5.5. Evitarea deformaţiilor la uscare datorită contragerilor inegale.

Dimensiunile stivelor se aleg, de regulă, în funcţie de dimensiunile pieselor de cherestea şi utilajele de transport disponibile. Astfel, lungimea stivei corespunde lungimii maxime a cherestelei. Atunci când trebuie introduse în aceeaşi stivă piese de lungime diferită, se va încerca dispunerea decalată stânga-dreapta, astfel încât stiva în ansamblu să păstreze aspectul unui paralelipiped (Fig. 5.6).

Lăţimea stivei este cuprinsă, de regulă, între 1 şi 2m, uzual fiind de 1,2m.

66

Înălţimea stivei trebuie să respecte proporţia de max. 3:1 faţă de lăţime pentru a se asigura stabilitatea acesteia, dar şi ea este limitată de utilajul de transport folosit, fiind adoptată de regulă de cca. 1m. În depozit, se pot suprapune până la 4 astfel de stive, intercalând grinzi de 10cm grosime între ele. Înălţimea exactă a stivei se calculează cu relaţia:

sst s)n(snh ⋅−+⋅= 1 [m] (5.1)

în care n reprezintă numărul de rânduri de cherestea; s – grosimea cherestelei, în m; ss – grosimea şipcii de stivuire, în m.

Fig. 5.6. Stivă realizată din piese de lungimi diferite (Trübswetter 2006).

Volumul de lemn al unei stive de cherestea se calculează conform relaţiei:

ststststst KhlLV ⋅⋅⋅= [m3/stivă] (5.2)

în care: Lst este lungimea stivei (egală cu lungimea maximă a cherestelei), în m; lst – lăţimea stivei, în m; hst – înălţimea stivei, în m; Kst – coeficientul de stivuire, care se calculează conform relaţiei:

hlLst KKKK ⋅⋅= (5.3)

în care: KL este coeficientul de stivuire pe lungimea stivei; în cazul în care nu toate piesele de cherestea au aceeaşi lungime, se adoptă: KL =0,85;

67

Kl este coeficientul de stivuire pe lăţimea stivei; pentru material tivit se consideră: Kl =0,9, iar pentru material netivit: Kl =0,6; Kh este coeficientul de stivuire pe înălţimea stivei; se calculează cu relaţia:

s,ssK

sh ⋅+=

081 (5.4)

în care: s este grosimea cherestelei, în mm; ss – grosimea şipcii de stivuire, în mm; 1,08 – coeficient care ţine seama de contragerea medie.

Exemplu rezolvat: Să se stabilească volumul de lemn al unei stive cu lăţime de 1,2m şi înălţime de cca. 1m, formată din piese de cherestea de molid, tivite, cu lungime de 2…4m, grosime de 24mm, stivuite cu şipci de 20mm grosime. Rezolvare: Vom aplica relaţia (5.2). Pentru aceasta, trebuie să determinăm mai întâi:

- lungimea stivei: Lst = 4m (se ia egală cu lungimea maximă a cherestelei);

- înălţimea exactă a stivei, conform relaţiei (5.1): hst = 1,036m (pentru n=24 rânduri);

- coeficientul KL = 0,85 (cherestea cu lungime variabilă); - coeficientul Kl = 0,9 (cherestea tivită); - coeficientul Kh, conform relaţiei (5.4): Kh = 0,52.

Rezultă: Kst = 0,85 · 0,9 · 0,52 = 0,4 şi apoi:Vst = 4· 1,2 · 1,036 ·0,4 ≅ 2m3. Rezultat: Vst = 2m3.

Să se stabilească volumul de lemn al unei stive cu lăţime de 1,6m şi înălţime de 0,9…1m, formată din piese de cherestea de fag, netivite, cu lungime de 3…6m, grosime de 40mm, stivuite cu şipci de 20mm grosime.

5.2. Uscarea în aer liber Uscarea în aer liber, numită şi uscare naturală este cel mai vechi

procedeu de uscare, cunoscut şi aplicat încă din antichitate. Uscarea naturală

68

constă în expunerea cherestelei, stivuite la şipcă în aer liber sau sub şoproane deschise, acţiunii vântului şi radiaţiei solare.

Valoarea umidităţii finale la care lemnul poate ajunge prin uscare naturală depinde de anotimp şi factorii climatici specifici zonei, care determină umiditatea de echilibru (vezi Fig. 1.3). În condiţiile ţării noastre, având în vedere mediile anuale, umiditatea de echilibru este de 12-15%. Durata necesară pentru atingerea acestei valori depinde în mare măsură de specia lemnoasă, grosime, anotimp şi condiţiile climatice specifice zonei geografice respective (valorile medii anuale ale temperaturii şi umidităţii relative a aerului, altitudinea, direcţia vânturilor dominante, frecvenţa şi intensitatea ceţii, cantitatea medie anuală de precipitaţii, expunerea la radiaţia solară etc.). În cazul răşinoaselor, durata de uscare în aer liber este de ordinul săptămâni-luni, dar la foioasele tari poate ajunge şi la durate de peste trei ani (ex: în cazul stejarului).

Din acest motiv, uscarea naturală nu mai este utilizată în prezent ca metodă exclusivă de uscare (până la umiditatea finală) decât în zonele cu climă caldă. În Europa şi la noi în ţară ea se practică preponderent ca metodă de preuscare (zvântare), în special în cazul sortimentelor de foioase tari. Valori orientative ale duratei de zvântare a cherestelei în condiţiile ţării noastre sunt indicate în Tabelul 5.2. După reducerea umdităţii până la o valoare apropiată de punctul de saturaţie a fibrei, stivele sunt introduse în instalaţii şi uscate artificial până la valoarea finală dorită.

Tabelul 5.2 Durata de zvântare în aer liber a cherestelei, în zile

Grosimea pieselor, mm Specia Perioada Sub 18 19-37 38-75 Peste 75

RĂŞINOASE Oct-Apr Mai-Sep

15-25 10-18

26-35 19-28

36-50 29-35

Minim 51 Minim 36

FOIOASE TARI Oct-Apr Mai-Sep

30-50 20-36

50-70 35-56

70-100 55-70

Minim 100 Minim 70

În afară de factorii climatici, durata şi calitatea uscării naturale mai sunt

influenţate şi de organizarea depozitului de material (alegerea şi amenajarea terenului, modul de stivuire, dispunerea stivelor etc.). În acest context, trebuie respectate, pe cât posibil următoarele reguli de organizare a depozitului:

69

- acesta se amplasează pe un teren înalt, expus vântului, ferit de obstacole (arbori, clădiri înalte);

- terenul trebuie să fie plan şi uscat (dacă este mlăştinos, trebuie drenat; denivelările se acoperă cu pământ, pietriş sau zgură; vegetaţia trebuie distrusă);

- stivele nu se aşează direct pe sol,ci la o distanţă de 50-60cm, pe podvale de beton (Fig. 5.7) pentru a evita absorbţia de umiditate din sol;

- se recomandă utilizarea unor podvale de diferite înălţimi pe lungimea stivei (Fig. 5.8) în vederea creării unei uşoare înclinări (de cca. 3%) pe lungimea stivei pentru scurgerea precipitaţiilor;

- pentru utilizarea cât mai bună a spaţiului, se pot suprapune mai multe stive pe înălţime, până la 8m, cu condiţia ca înălţimea totală să nu depăşească de 3 ori lăţimea stivei;

- în mod obligatoriu, stivele se acoperă pentru a feri lemnul de contactul direct cu precipitaţiile şi radiaţia solară; sunt de preferat acoperişurile din lemn decât prelate sau folii de plastic (care reduc circulaţia aerului şi favorizează formarea de condens şi mucegai); acoperişul trebuie să depăşească cu cca. 0,5m lungimea stivei (Fig. 5.8);

- la depozitarea pe termen mai lung a cherestelei în aer liber şi mai ales la sortimentele cu grosimi peste 40mm se recomandă aplicarea prin pensulare pe capetele pieselor a unei paste pe bază de parafină sau dispersie de ceară pentru a încetini eliminarea prea rapidă a apei prin capete şi formarea crăpăturilor de capăt din această cauză.

Fig. 5.7. Podvale din beton pentru depozitarea cherestelei

în aer liber.

Fig. 5.8. Depozitarea cherestelei stivuită la şipcă pentru uscarea/zvântarea naturală.

70

Principalele avantaje ale uscării în aer liber constau în simplitate, investiţii minime, absenţa consumului de energie.

Principalele dezavantaje constau în:

• durata îndelungată a uscării şi implicit, imobilizarea unor stocuri importante de material;

• reducerea neuniformă a umidităţii în cuprinsul stivei şi pe secţiunea pieselor (nu există nicio posibilitate de control);

• imposibilitatea de reducere a umidităţii sub 12 - 15 %;

• necesită spaţii mari de depozitare;

• expunerea lemnului la atacul ciupercilor. Uscarea în aer liber poate fi accelerată prin:

- stivuirea înclinată a cherestelei; - stivuirea orizontală în triunghi, cu “coş de aer”; - utilizarea unui mijloc de circulaţie artificială a aerului în stivă; - utilizarea energiei solare.

Stivuirea înclinată (în formă de “V întors”)(Fig. 5.9a) se practică imediat după debitare, pentru cheresteaua cu umiditate iniţială ridicată, sensibilă la mucegăire. Ea are caracter provizoriu (5-10 zile), altfel există riscul deformării pieselor, în special a celor lungi şi subţiri.

Stivuirea orizontală în triunghi (Fig. 5.9b) crează condiţii mai bune de circulaţie a aerului printre piesele de material decât stivuirea compactă, dar ocupă mai mult loc. Se practică în zonele rurale.

a. b. Fig. 5.9. Moduri alternative de stivuire a cherestelei pentru accelerarea

uscării în aer liber.

71

Viteza aerului este un factor esenţial pe durata eliminării apei libere din lemn. Sporirea vitezei de circulaţie a aerului în stivă la uscarea în aer liber este posibilă prin:

- utilizarea unui ventilator care suflă aer prin tuburi dispuse sub stivele în care s-au prevăzut “coşuri de aer” la stivuire (Fig. 5.10); aplicarea acestei soluţii în cadrul unui experiment realizat în Finlanda pe timp de vară, a permis reducerea umidităţii la grinzi de pin de 76mm de la starea verde la 18% în numai 15 zile;

- utilizarea unor ventilatoare mobile de diametru mare, care se deplasează lateral de stive şi suflă aer în acestea după un anumit program (Fig. 5.11).

Fig. 5.10. Uscare în aer liber (sub şoproane) cu circulaţie artificială a

aerului în stivele prevăzute cu coşuri de aer.

Fig. 5.11. Utilizarea ventilatoarelor laterale mobile pentru accelerarea

uscării în aer liber a cherestelei.

72

Utilizarea energiei solare este o altă modalitate de accelerare a uscării, aducând un aport suplimentar de energie termică necesară ruperii legăturilor între umiditate şi substanţa lemnoasă. Cea mai simplă formă de aplicare a acestei soluţii este un şopron din lemn, al cărui perete orientat spre sud este vopsit în negru pentru a capta energia solară şi a ridica cu câteva grade temperatura din interiorul şopronului. O soluţie mai avansată este utilizarea la exteriorul acoperişului şi a pereţilor de vest, est şi sud a unor folii de material plastic transparent, iar la interiorul acestora a unor table de aluminiu ondulat vopsite în negru. Razele soareleui străbătând folia încălzesc tablele de aluminiu şi totodată împiedică ieşirea căldurii în exterior.

Instalaţii mai complexe, dotate şi cu ventilatoare, surse de stocare a energiei, captatoare externe care se orientează după soare, sisteme de control a procesului intră deja în sfera uscării artificiale şi vor fi abordate în capitolul următor.

Fiind un procedeu ieftin şi ecologic, uscarea naturală a fost, este şi va continua să fie aplicată, preponderent în următoarele situaţii:

• ca metodă de preuscare (zvântare) a sortimentelor de foioase tari şi a grinzilor groase pentru construcţii, pentru reducerea duratei de staţionare a cherestelei în instalaţia de uscare (mare consumatoare de energie);

• în zona rurală;

• în cazul întreprinderilor mici şi mijlocii care prelucrează răşinoase subţiri şi nu dispun de sursă de agent termic.

5.3. Rezumat • Pregătirea materialului în vederea uscării constă în sortarea în funcţie de specie, grosime, umiditate, astel încât materialul introdus într-o stivă să fie cât mai omogen şi stivuirea la şipcă.

• Şipcile de stivuire se confecţionează din lemn de molid. Ele au lungime egală cu lăţimea stivei, lăţime de 30mm şi grosime de 20±1mm.

• Distanţa între şipci pe lungimea stivei se stabileşte în funcţie de grosimea cherestelei, fiind de cca. 0,3-0,5m la piesele subţiri şi 0,7-1,5m la cele cu grsoime peste 50mm.

• Umiditatea până la care poate ajunge lemnul păstrat în aer liber în condiţiile climatice ale ţării noastre este de 12-15%, dar durata de uscare până la această umiditate finală poate depăşi 3 ani (în cazul foioaselor tari).

• Uscarea în aer liber este considerată în prezent, în zona temperată,

73

o soluţie economic-eficientă de preuscare (zvântare) a cherestelei de foioase tari până aproape de punctul de saturaţie a fibrei, urmând ca uscarea până la umiditatea finală să se realizeze controlat, în instalaţii de uscare artificială.

5.4. Test de evaluare a cunoştinţelor Marcaţi cu „x” răspunsul corect: 1. Ce defecte pot să apară la depozitarea pe termen lung în aer liber a cherestelei cu umiditate ridicată ?

noduri căzătoare colaps coloraţii

2. Este posibilă evitarea deformării pieselor în timpul uscării ? da, prin amplasarea unor plăci grele de beton deasupra

stivei nu da, prin protejarea capetelor cu pelicule de parafină

3. Care sunt defectele datorate unei stivuiri necorespunzătoare ? arcuire, crăpături, pete de şipcă arcuire, bombare, pete de şipcă arcuire, bombare, căderea nodurilor

4. Ce umiditate trebuie să aibă şipcile de stivuire ? cât mai mare peste 15% sub 15%

5. De ce este importantă aşezarea şipcilor strict una sub alta în stivă ? pentru a mări temperatura aerului pentru a asigura o circulaţie uniformă a aerului pentru a reduce proporţia de coloraţii

6. La ce distanţă se dispun şipcile de stivuire în cazul unei stive de cherestea de brad, cu grosime de 38mm ?

0,5m 1m 1,5m

NOTĂ: Soluţiile exerciţiilor tip To Do şi ale testului de evaluare sunt indicate la sfârşitul cursului, în Anexa 2.