j_Capitolul 8.pdf

7/25/2019 j_Capitolul 8.pdf

1/20

98

Capitolul 8.

Procedee rapide de uscare

Reducerea duratei de uscare a fost dintotdeauna o prioritate de mareinteres pentru sectorul industrial. Parcurgerea bazelor teoretice ale fenomenelorde transfer la uscare au artat creducerea duratei de uscare este posibilprin:aplicarea unor temperaturi mai nalte, prin reducerea presiunii n spaiul deuscare i crearea unui gradient de presiune orientat n acelai sens cu cel deumiditate, precum i prin aplicarea unor cmpuri electrice de naltfrecvenicrearea unui gradient de temperaturcare determinaccelerarea difuziunii apein lemn. Avnd la bazaceste premise teoretice, au luat natere i se aplic n

prezent la nivel industrial trei aa-numite procedee rapide de uscare: uscarea latemperaturi nalte, uscarea n vid i uscarea n cureni de naltfrecven.

8.1. Uscarea la temperaturi nalte

8.1.1. Principiu

Dupcum se tie, una din cile principale de reducere a duratei de uscareeste ridicarea temperaturii. n acest sens s-au efectuat numeroase cercetri iexperimentri privind uscarea la temperaturi peste 100C.

Acestea au artat c:- datorit depirii punctului de fierbere al apei, umiditatea din straturileinterioare se transform n vapori, deplasndu-se ctre suprafaa lemnului subaciunea presiunii excedentare. Aceastdeplasare molara vaporilor este multmai rapiddect cea prin difuziune, rezistena opusde lemn fiind mai miclapresiuni excedentare mari. Ca urmare, durata uscrii se reduce cu 30 - 50%;

- odatcu creterea temperaturii, umiditatea relativa aerului scade pronunat,conducnd la deprecierea calitativ a lemnului (datorit regimului dur deuscare), prin apariia crpturilor i a coloraiilor, topirea rinii, cderea

nodurilor.Prin urmare, uscarea la temperaturi nalte este un procedeu rapid, daragresiv de uscare, aplicabil numai la speciile cu permeabilitate foarte bun ipuin sensibile, care s nu fie predispuse la crpare, respectiv la speciile derinoase de densitate mic(brad, molid, pin).

Procedeul se poate aplica n douvariante:


2/20

99

- uscarea n vapori supranclzii puri (caracterizat de o valoare a temperaturiipeste 100C la termometrul uscat i egalcu 100C la termometrul umed);

- uscarea n amestec de vapori supranclzii i aer, la presiune atmosferic(caracterizat de o valoare a temperaturii peste 100C la termometrul uscat i maimicdect 100C la termometrul umed).

Prima variant este mai puin agresiv pentru lemn i are consumenergetic redus datorit faptului c se desfoar n sistem nchis. Vaporiisupranclzii fiind nesaturai, ei pot fi utilizai la infinit prin recirculare, cucondiia renclzirii lor dupfiecare trecere prin stiv. Dezavantajul procedeuluiconstn costul ridicat al instalaiilor, cu etaneitate deosebit, greu de realizat ide ntreinut, precum i n dificultatea reglrii temperaturii (cu precizie la zecimede grad). De aceea, n practicse aplicn general a doua variantde uscare, nvapori supranclzii cu adaos de aer.

Dup o perioad de nclzire a materialului, care se realizeaz la

temperaturi sub 100C, n momentul nceperii fazei de uscare propriu-zistemperatura este ridicat la o valoare peste 100C, n general 105130C nfuncie de specie i grosime. Creterea presiunii n camer odat cutransformarea mediului n vapori supranclzii determindeschiderea clapetelordin couri. Astfel presiunea din camer revine la valoare atmosferic, dartotodatscade foarte brusc temperatura termometrului umed, aceasta conducndinevitabil la o scdere brusca umiditii de echilibru (Tabelul 8.1) i deci la unregim dur de uscare.

Sub influena temperaturii ridicate, apa din lemn se evapor rapid, fiindnecesar o vitez de circulaie a agentului de uscare mult mai mare

(v=610m/s) dect la uscarea convenionalpentru a ndeprta umiditatea dinproximitatea lemnului. De aceea, instalaiile pentru uscarea la temperaturi naltetrebuie sfie dotate cu ventilatoare mai puternice.

Tabelul 8.1

Variaia umiditii de echilibru a lemnului uscat la temperaturi nalte, nfuncie de diferena ntre temperatura termometrului uscat i umed

Temperaturatermometrului uscat,

t, C

Temperaturatermometrului umed,

tu, C

Diferenapsihrometric,

t - tu, C

Umiditatea deechilibru,

Ue, %110 100 10 8110 80 30 3110 60 50 1,5130 100 30 3130 80 50 1,2130 60 70 0,5


3/20

100

8.1.2. Performane

Datorit temperaturii ridicate, uscarea la temperaturi nalte este unprocedeu rapid de uscare, fiind caracterizatde (Cmpean .a. 2007):

durate cu 30-50% mai mici dect la uscarea convenional;

consum energetic comparabil cu cel de la uscarea convenional: cu o valoarede cca. 115kWh/m3, consumul specific de energie termiceste mai mic dect lauscarea convenionaldatoritreducerii duratei; n schimb consumul specific deenergie electric este puin mai mare (cca. 70kWh/m3) dect la uscareaconvenional din cauza puterii mai mari a ventilatoarelor; drept urmare,consumul specific total de energie la uscarea la temperaturi nalte a speciilor derinoase se situeaz n jurul valorii de 185 kWh/m3i este comparabil cu celnregistrat la uscarea convenional;

calitate satisfctoare a uscrii, defecte precum crpturile, cderea nodurilor,topirea rinii i nchiderea culorii fiind obinuite; n schimb, datoritplastifieriideterminat de temperatura ridicat, proporia deformaiilor este mult mairedus, n special dac se utilizeaz i sisteme de presare a stivei n timpuluscrii (vezi Fig. 5.5b), presiunea recomandatfiind de 1t/m2.

8.1.3. Domeniul optim de aplicabilitate

Procedeul a dat rezultate foarte bune la uscarea speciilor de rinoase i aspeciilor de foioase moi (inclusiv lemn de plantaie) destinate lamelelor de miezpentru diferite produse stratificate din lemn masiv i a grinzilor pentruconstrucii.

Principalele dezavantaje ale procedeului sunt:

- colorarea lemnului datorittemperaturii ridicate;

- fiabilitatea redusa instalaiilor datoritcoroziunii intensive;

- costul ridicat al instalaiilor i ntreinerea dificila acestora.

De aceea, procedeul se recomand numai n cazul ntreprinderilor careusucmari cantiti de rinoase sau foioase moi (n general, specii cu o bunpermeabilitate a capilarelor), ntr-o gam limitatde sortimente (pentru a puteaaplica repetitiv programe de conducere i reglare n funcie de timp), cu

destinaii pentru care nu se solicito calitate deosebit a uscrii (n special nceea ce privete coloraiile).

8.2. Uscarea n vid

Uscarea n vid a cherestelei nu este un procedeu nou, ea avnd la bazunbrevet de invenie datnd din anul 1893, al lui Charles Howard. Dupo perioad


4/20

101

de timp n care procedeul a fost abandonat fiindcnu a dat rezultatele ateptate,el revine n actualitate, tehnologiile moderne permind un studiu maiaprofundat al legilor fizice care stau la baza acestui procedeu de uscare i decigsirea unor soluii adecvate de conducere a procesului.

8.2.1. Principiu

Caracteristica principala uscrii n vid este reducerea duratei de uscaremai ales la sortimentele care se usucgreu, fra deprecia calitativ materialul.Accelerarea procesului de uscare se datoreaz aciunii vidului (presiuniisczute), care se manifestn doudirecii, i anume:

- scderea presiunii implico scdere a punctului de fierbere al apei(Fig. 8.1);prin aceasta, apa din lemn se vaporizeaz la temperaturi mai joase dect ninstalaiile cu presiune normal, menajnd lemnul;

- diferena de presiune ntre interiorul i suprafaa piesei devine, alturi degradientul de umiditate formotrice a micrii apei n lemn, accelernd astfeldifuziunea i reducnd rezistena opusde lemn la trecerea vaporilor de apspresuprafa.

n practic, vidul absolut (p = 0 bar) nu poate fi realizat. De aceea,termenul de uscare n vid este incorect, fiind vorba de fapt de o uscare lapresiune joas(p = 0,50,08bar).

Fig. 8.1. Influena presiunii asupra temperaturii de evaporare a apei(dupBrunner 1997).

Din punct de vedere fizic, uscarea n vid este o uscare prin convec ie nmediu gazos care, datorit presiunii sczute, decurge ca o uscare n vaporisupranclzii. Ca i la uscarea convenional, fenomenele de transfer implicate


5/20

102

sunt transferul de clduri transferul de umiditate ntre lemn i mediu. Dupcum s-a artat, influena vidului asupra transferului de umiditate este pozitiv, elaccelernd att evaporarea apei de la suprafa (prin scderea punctului defierbere al apei) ct i micarea apei n lemn. n schimb asupra transferului decldur, presiunea joasare o influennegativ, pentru cvidul este un foarte

ru conductor de cldur. Astfel, avnd n vedere c ndeprtarea apei de lasuprafaa materialului produce o rcire puternica lemnului, dacacestuia nu ise furnizeaz periodic sau continuu o cantitate suficient de cldur, dup untimp evaporarea i deci uscarea materialului se va ncetini foarte mult.

Aceasta constituie principala problem la uscarea n vid i anumeasigurarea unui transfer de cldur corespunztor, care s asigure o reducereuniform i continu a umiditii lemnului n ntreaga arj. Studiile privindposibilitile de minimizare a acestui neajuns au condus la punerea n practicadousoluii i anume:

uscarea n vid discontinuu (realizarea unor cicluri alternative de nclzire- vid);

uscarea n vid continuu (furnizarea continu de cldur n condiiilemeninerii permanente a presiunii sczute n instalaie).

8.2.2. Instalaii

Indiferent de procedeul aplicat, instalaia de uscare n vid este alctuitdintr-unansamblu de componente, care cuprinde (Fig. 8.2):

- autoclava 1, cu izolare termic i etaneitate deosebite, realizat din oel

inoxidabil pentru a rezista la aciunea coroziva mediului de uscare i mai ales acondensului;

- condensatorul 2, intercalat ntre autoclavi pompa de vid, menit s rceascaerul absorbit din autoclav, ncrcat cu vapori de api astfel, prin condensare,smpiedice vaporii de ap(corozivi) sajungla pompa de vid 3;

- rezervorul de aprece 4.

Fig. 8.2. Instalaie de uscare n vid elemente componente.


6/20

103

Dotarea autoclavei depinde n mare msur de procedeu, dar include nmajoritatea cazurilor plci de rcire 5 pentru condensarea vaporilor care seelimin din lemn, un schimbtor de cldur 6 folosind ca agent termic apanclzit sub presiune. (nclzirea electric se recomand numai la instalaiilemici) i, opional, 1-2 ventilatoare axiale 7, capabile s asigure o vitez de

circulaie a agentului de uscare prin stiv de cca. 10 ori mai mare dect lauscarea convenional. Circulaia agentului de uscare prin stiva de cherestea sepoate realiza transversal, ca la uscarea convenional, sau longitudinal (Fig.8.3a), caz n care se impune utilizarea unor ipci de stivuire speciale dinaluminiu cu guri sau din profile ondulate (Fig. 8.3b).

a. b.

Fig. 8.3. Instalaie de uscare n vid cu circulaie longitudinala aerului n

stiv(a) (Foto: KRONSEDER);b - ipci speciale ondulate sau perforate necesare n acest caz pentru

accesul aerului n stiv.

8.2.3. Uscarea n vid discontinuu

Procesul de uscare n vid discontinuu (intermitent) este caracterizat derealizarea mai multor cicluri formate dintr-o:

- perioad de nclzire la presiune atmosferic, n care se urmreteridicarea temperaturii la valoarea de regim pnn zonele interioare ale pieselor;

- perioadde vid, n care se realizeazuscarea propriu-zisi ndeprtareadin spaiul instalaiei a umiditii eliminate din lemn.

Conducerea procesului de uscare (trecerea de la faza de nclzire la cea devid i invers) se face n funcie de temperatura lemnului. Valoarea temperaturiicare marcheaz sfritul perioadei de nclzire se alege n funcie de mrimeadepresiunii ce urmeaza fi realizat, astfel nct temperatura apei din interiorullemnului srmnsub limita de fierbere att timp ct U UPSF(vezi Fig. 8.1)


7/20

104

i egalcu aceasta sau mai mare, cnd U < UPSF. n momentul atingerii valoriiprescrise, se ntrerupe funcionarea registrelor de nclzire i se pune nfunciune pompa de vid. De exmplu, dac presiunea care se realizeaznperioada de vid estep=0,2bar (ceea ce corespunde unei temperaturi de fierbere aapei tf=60C, att timp ct U>UPSF nclzirea se realizeaz pn la

temperatura t55C, iar cnd U


8/20

105

Fig. 8.4. Principiul uscrii n vid prinpresare.

Fig. 8.5. Construcia unei instalaiide uscare n vid prin presare

(Foto: WDE Maspell).

Se realizeazmai nti o nclzire la presiune atmosferic, dupcare intrn funciune pompa de vid (realiznd o presiune joasp=0,08 bar). Aceastpresiune sczuteste meninutpnla sfritul uscrii.

Conducerea procesului se face n funcie de umiditatea lemnului, prinreglarea temperaturii platanelor (care se mrete pe msur ce umiditatealemnului scade).

O condiie esenial pentru reuita uscrii prin acest procedeu este ca

piesele s aib aceeai grosime i s nu fie deformate pentru a se asiguracontactul uniform ntre platane i material pe toatsuprafaa acestuia.

Prin acest procedeu s-au obinut rezultate foarte bune, n special la uscareaspeciilor de foioase cu pori uniform mprtiai (ex: fag). Datorit transmisieicldurii prin contact direct, durata de uscare este foarte scurt, de 5 pnla 20 deori mai micdect la uscarea convenional, iar calitatea uscrii este foarte bundatorit regimului blnd de uscare (presiune joas, temperatur maxim de70C).

Dezavantajele procedeului constau n consumul ridicat de energieelectrical pompei de vid i n stivuirea greoaie, care nu permite capaciti maride uscare. De asemenea, trebuie menionat uoara pierdere n grosime apieselor nu numai datorit contragerii, ci i a comprimrii lemnului subgreutatea platanelor.


9/20

106

8.2.5. Uscarea n vid continuu i vapori supranclzii

Uscarea n amestec de aer i vapori supranclzii la presiune joas estevarianta cea mai modern de uscare n vid, care a permis nlturarea multordezavantaje ale variantelor anterior prezentate, una dintre acestea fiindposibilitatea de a utiliza i instalaii de capacitate mare, cu diametre pnla 4mi lungimi pn la 30m. Ele sunt prevzute cu ventilatoare, evi de nclzire cuaripioare i sistem de rcire pentru condensarea vaporilor de ap. Stivuireamaterialului se face cu ipci normale, circulaia aerului fiind transversal. Stivelese introduc n instalaie pe vagonete.

Dupintroducerea stivelor se realizeazimediat vidul (cca. 0,1 bar) timpde 80 minute. Apoi se ridictemperatura pnla limita de fierbere a apei. Prinevaporarea apei din lemn i eventual umezire suplimentarse realizeazmediulde vapori supranclzii. Viteza de uscare depinde n acest caz numai dediferena ntre temperatura din instalaie i temperatura de fierbere a apei(determinatla rndul ei de mrimea presiunii).

Conducerea procesului de uscare se face n funcie de umiditatealemnului. Parametrii msurai sunt temperatura lemnului, presiunea dininteriorul instalaiei, umiditatea de echilibru i umiditatea lemnului (aceasta sedetermin cu ajutorul traductorilor, rezultatul fiind n permanen verificat icorectat pe baza msurrii cantitii de condens). Mrimile de reglare sunttemperatura i presiunea mediului.

Problema cea mai dificil la acest procedeu este realizarea unei uscriuniforme n tot cuprinsul instalaiei. Pentru aceasta se impun doucondiii:

- viteza de circulaie a vaporilor supranc

lzi

i prin stiv

s

fie ct mai

mare, pnla 20m/s;

- s nu existe variaii de temperatur n cuprinsul instalaiei, avnd nvedere c la presiuni joase, variaii mici ale temperaturii provoac scderipronunate ale umiditii relative i implicit ale umiditii de echilibru, putndcauza defecte grave de uscare, precum colapsul i crpturile interne.

Instalaia HIGH - VAC (Fig. 8.6) a firmei BRUNNER (Germania) pentruuscarea prin acest procedeu prezint o serie de mbuntiri, reflectndprogresele uimitoare realizate n ultimii ani n studiul uscrii n vid, cu ajutorultehnicii moderne.


10/20

107

Fig. 8.6. Instalaie de uscare n vid cu vapori supranclzii tip HIGH-Vac

(Foto: BRUNNER).

O prim mbuntire o reprezint mprirea instalaiei pe lungime nzone de uscare frca acestea sfie separate prin perei despritori, ci doar prinreglarea individual a caloriferelor i a ventilatoarelor din fiecare zon (cmp)de uscare. Prin aceasta se asigur o reducere uniform a umiditii pe toatlungimea instalaiei.

O alt caracteristic este introducerea unor deflectoare laterale mobilepentru repartiia ct mai uniform a mediului de uscare pe nlimea stivei.Micarea acestora este comandat de ctre traductorii de umiditate din lemn,aerul fiind dirijat ctre zonele cu umiditatea cea mai ridicat.

Intersant este i ideea generatorului de vapori integrat, care permiterecircularea apei eliminate sub formde condens. De asemenea, spre deosebirede alte instalaii condensatorul nu mai este amplasat n afara autoclavei, ci esteintegrat n partea inferioar a acesteia, ceea ce reduce mult spaiul necesaramplasrii instalaiei i elimin o serie de componente suplimentare care ar fifost necesare pentru evacuarea condensului (pomp, conducte, ventile etc.).

Instalaia este dotat cu un sistem complet automatizat de conducere cuajutorul calculatorului. Sunt monitorizate continuu umiditatea lemnului igradientul de umiditate pe grosimea piesei, temperatura n interiorul lemnului,temperatura, umiditatea de echilibru i presiunea agentului de uscare, cantitateade condens evacuat.


11/20

108

Referitor la performanele ce pot fi obinute prin acest procedeu, carepoate fi aplicat cu succes att la uscarea rinoaselor, ct i a foioaselor,comparativ cu uscarea convenional, pot fi evideniate urmtoarele:

durata de uscare la lemnul de rinoase se reduce cu cca. 60% la grosimea de52mm (D=2,4zile, la uscarea prin procedeulV-VS, comparativ cuD=6zile, lauscarea convenional), i respectiv cu cca. 72% la grosimea de 90mm(D=4,5zile, la uscarea prin procedeul V-VS, comparativ cu D=12zile, lauscarea convenional), valorile fiind nregistrate n intervalul de scdere aumiditii de la 80% la 20% (Fig. 8.7); la foioase tari (fag i stejar), reducereaduratei este i mai nsemnat, respectiv de cca. 75-80% n intervalul de scdere aumiditii de la 60% la 20%;

Fig. 8.7. Durate de uscare experimentale nregistrate la uscarea cheresteleide molid, de diferite grosimi, prin procedeul n vid-vapori supranclzii

(V-VS), comparativ cu uscarea convenional(Brunner 1997).

consumul specific total de energie este comparabil cu cel de la uscareaconvenional, cu valori situate n jur de 150-200kWh/m3, din care nsaproape50% constituie consum de energie electric!

calitatea uscrii este foarte bun, chiar i la sortimentele dificil de uscat

precum speciile cu densitate mare i sortimentele cu grosimi mari, nu numai prinreducerea proporiei de crpturi, dar i sub aspectul coloraiilor i deformaiilor.

Toate acestea clasificprocedeul de uscare n vid vapori supranclzii cape o alternativ avantajoas la uscarea convenional, n special atunci cndspecificaia de materie prim lemnoas care trebuie uscat include speciivaloroase, precum stejarul, cerul, specii exotice etc., care nu pot fi uscatecalitativ prin procedeul convenional.


12/20

109

Dei costul uscrii unui m3 este comparabil cu cel de la uscareaconvenional (reducerea duratei de uscare compenseaz costul mai ridicat datde consumul superior de energie electric), trebuie inut cont caceste instalaiisunt extrem de costisitoare, avnd contrucie deosebit, numeroase elementecomponente i dotare cu aparaturde msurare i reglare mult mai pretenioase

dect instalaiile convenionale.

8.2.6. Uscarea n vid continuu cu nclzire n CIF

Principiul uscrii n vid-CIF valorificefectul nclzirii umiditii dintr-uncorp umed (n acest caz, lemnul) atunci cnd este amplasat n cmpulelectromagnetic al unui condensator. Atunci cnd este vorba de un cmp denalt frecven (f> 100 MHz), efectul nclzirii dielectrice este mai intens imai rapid.

Instalaia de uscare n vid cu nclzire n CIF (Fig. 8.8 i Fig. 8.9) const

dintr-o autoclav (A) din oel inoxidabil, prevzut cu doi electrozi plani dinaluminiu (E). Electrodul inferior are i rol de susinere a ntregii stive, iarelectrodul superior este deplasabil pe vertical, pentru a permite introducereaunor stive (S) de diferite nlimi.

nclzirea materialului se face dielectric, prin crearea unui cmp electricde nalt frecven ntre cei doi electrozi cu ajutorul unui generator (G).Depresiunea n interiorul autoclavei (p= 0,03 bar) este realizatcu ajutorul uneipompe de vid cu inel de ap(PV), prevzutcu injector de aer. Vaporii de apcare se elimin din lemn sunt extrai din spaiul de uscare parial cu ajutorulpompei de vid, fiind apoi r

cii

i condensa

i ntr-un condensator (CD), iar

parial se eliminpe la partea inferioara instalaiei sub formde condens, careeste colectat cu ajutorul pompei (P) n rezervorul (R).

Fig. 8.8. Principiul uscrii nvid-CIF.


13/20

110

Fig. 8.9. Instalaie de uscare n vid CIF

(Foto: FUJI ELECTRONIC INDUSTRIAL).

Conducerea procesului de uscare se face n funcie de scderea umiditii,prin reglarea frecvenei generatorului.

Avnd in vedere c energia termic este generat n interiorul lemnului,acolo unde acesta are umiditate maxim, n lemn ia natere un gradient detemperaturorientat dinspre interior ctre suprafaa lemnului. Aplicarea viduluigenereazun gradient de presiune orientat la fel, astfel nct la uscarea n vid-CIF toi cei trei gradieni, de umiditate, temperaturi de presiune acioneaznacelai sens, determinnd accelerarea difuziunii apei n lemn.

Astfel, cu durate de ordinul orelor, chiar i la specii de foioase tari igrosimi peste 100mm, uscarea n vid-CIF este cel mai rapid procedeu de uscarecunoscut pnn prezent.

Consumul specific de energie la uscarea prin acest procedeu este exclusivelectric i se situeazn jurul valorii de 250kWh/m3. Din acest motiv, procedeuleste puin rspndit n Europa, unde costul energiei electrice este mult mairidicat dect cel al energiei termice, dar procedeul este aplicat cu succes nAmerica de Nord, Australia, Japonia, pentru uscarea speciilor dense, fragile,predispuse la colaps.

8.2.7. Performane

Analiznd n ansamblu procedeele combinate de uscare n vid (Cmpean

.a. 2007), se poate afirma c: durata de uscare la uscarea n vid este redus cel puin la jumtate fa deuscarea convenional;

consumul specific de energie este comparabil, dar costul energiei este mairidicat dect la uscarea convenional, deoarece cel puin 50% (n funcie deprocedeu) din consumul energetic total este electric;


14/20

111

spre deosebire de uscarea convenional, n afarde energie electrici uneorii termic, este necesar un consum nsemnat de agent de rcire (pentrucondensare), de cca. 0,25,0m3aprece/ m

3lemnh;

calitatea uscrii este foarte bunchiar i la sortimentele dificil de uscat, fiindcaracterizatde absena crpturilor, coloraiilor, deformaiilor i uniformitateaumiditii finale pe grosimea materialului;

costul uscrii este puternic afectat de costul investiiei (instalaii costisitoare,cu multe elemente componente) i de costul energiei electrice consumate.


Din punct de vedere economic, uscarea n vid s-a dovedit rentabil ncazul uscrii speciilor de foioase tari de orice grosime i a rinoaselor cugrosimi peste 120mm, la care durata de uscare poate fi reduscu 50 - 75 % fade uscarea convenional.

Datorit costului ridicat al instalaiei alegerea acestui procedeu esterecomandatnumai n cazul posibilitii de exploatare la maxim de capacitate ainstalaiilor. n acest sens existdoudirecii principale de aplicare rentabil aacestui procedeu:

- n cazul n care ntreprinderea dispune deja de o secie de uscare cuinstalaii convenionale n care se usuc specificaie divers (i rinoase ifoioase), dar care nu mai poate acoperi ntreaga capacitate anual necesar,astfel nct achiziionarea unei instalaii de uscare n vid pentru cantitatea relativmic, dar constant, de foioase tari ar rezolva problema capacitii insuficiente i

totodatar permite mbuntirea calitii la aceste sortimente mai dificile;- n cazul n care ntreprinderea dispune de o cantitate mare de sortimente

cu duratlungde uscare, pentru care se cere o calitate deosebita uscrii (ex:cherestea de stejar, grosimi mari).

n ceea ce privete opiunea ntre cele trei procedee n vid continuu,pentru uscarea cherestelei de rinoase (ex: grinzi pentru construcii) i acherestelei de stejar se recomand procedeul n vid-vapori suprancalzii, iarpentru uscarea cherestelei de fag se recomandprocedeul n vid prin presare.

8.3. Uscarea n cureni de naltfrecven8.3.1. Principiu

La uscarea n cmp electric de naltfrecven(CIF) stiva de material esteplasatca dielectric ntre plcile unui condensator conectat n circuitul electricoscilant al unui generator de nalt frecven. Principial, uscarea n CIF sebazeaz pe nsuirea materialelor dielectrice (n cazul nostru, lemnul), aezatentr-un astfel de cmp de a se nclzi ca urmare a pierderilor dielectrice.


15/20

112

Generarea de cldur ca urmare a pierderilor dielectrice este rezultatulfenomenului de polarizare a moleculelor materialului, care constau din atomi cupolaritate diferiti care au tendina de a se ndrepta spre electrodul de polaritateopus. Sub aciunea cmpului electric alternativ, orientarea lor se va schimbacontinuu i ele vor ncepe soscileze (Fig. 8.10). Datoritfaptului cn structura

lemnului ele nu se pot mica liber, la fiecare schimbare de orientare are loc ofrecare ntre molecule, pentru nvingerea creia este necesaro cantitate exactde energie. Energia cmpului electric alternativ se transform astfel n cldurde frecare.

Deoarece constanta dielectrica apei este mai mare dect cea a lemnului,zonele cu umiditatea cea mai ridicatabsorb cantitatea cea mai mare de energie,astfel nct straturile interioare se nclzesc mai rapid dect cele de la suprafa.

Fig. 8.10. Reprezentare schematica fenomenului de polarizare a moleculelorlemnului sub aciunea unui cmp electric de naltfrecven.

nclzirea lemnului din interior este caracteristica definitorie a acestuiprocedeu de uscare, care determinde altfel i reducerea duratei de uscare, princrearea unui gradient de temperatur orientat dinspre centrul piesei ctresuprafa, care acioneazalturi de gradientul de umiditate n sensul acceleriidifuziunii apei n lemn.

n momentul depirii temperaturii de fierbere a apei, aceasta se evaporfoarte rapid i este mpinsctre suprafa. Deoarece conductivitatea umiditiieste mai mare n lungul fibrelor dect perpendicular pe acestea, apa se eliminpredominant prin capetele pieselor. De aceea, procedeul se recomand n cazulspeciilor cu bunpermeabilitate i a sortimentelor scurte.

Hotrtoare pentru efectul de nclzire i uscare este valoarea puteriielectrice specifice, care trebuie s se ncadreze n intervalul 0,54,0W/cm3pentru a evita strpungerile electrice i arderea materialului. O alt condiieobligatorie care trebuie respectat este ecranarea instalaiei, deoarece exist

pericol de electrocutare.n funcie de frecvena cmpului electromagnetic de nalt frecven se

disting douprocedee, ambele avnd aplicabilitate la uscarea cherestelei:

uscarea cu frecvene radio (f 500MHz).


16/20

113

Uscarea n cmp electric cu frecvene radio (RF)utilizeazgeneratoarecu frecvenaf=13,56MHz i o lungime de und=22,11m.

Regimul de uscare cuprinde patru faze distincte. n faza de nclzireiniialse nclzete mai nti apa, avnd pierdere dielectricmai mare. n fazaa doua, temperatura lemnului trebuie segaleze temperatura apei nainte de a se

atinge temperatura de evaporare. Aceast egalizare a temperaturii corespundeaburirii iniiale a lemnului i necesit doar o cantitate mic de energie.Evaporarea apei are loc n faza a treia. Viteza de evaporare, care necesit ceamai importantparte a energiei CIF, variazn funcie de specia lemnoasi deumiditatea iniial a lemnului i are, n general, valori cuprinse ntre 0,1 i15%/minut. n faza a patra se realizeazcondiionarea, respectiv uniformizareaumiditii finale. n aceast faz este necesar o cantitate mic de energie.Duratele de uscare sunt deordinul orelor (Fig. 8.11), chiar i la sortimente groasede foioase tari.

Fig. 8.11. Diagrama de uscare n CIF a lemnului de stejar

(dupHafner, citat de Marinescu 1980).

Deoarece uscarea n CIF necesit n diferitele stadii, cantiti diferite deenergie, este avantajoasuscarea n instalaii de tip tunel, pe zone (Fig. 8.12).

Fig. 8.12. Tunel de uscare n CIF asemifabricatelor din lemn de fag,proiectat de Brown, Boveri & Cie n

1963 (Czepek i Sporkman 1968).

Uscarea cu microunde este de asemenea o uscare n cmp electric denalt frecven. Frecvenele utilizate la uscare sunt f=2450MHz i f=915MHz,


17/20

114

cu lungimi de und mai scurte dect la uscarea cu unde radio, i anume=0,122m (laf= 2450MHz) i respectiv =0,328m (laf= 915MHz).

Ca i la uscarea cu unde radio, mecanismul uscrii cu microundecomportpatru faze (Fig. 8.13):

-

perioada de nclzire a lemnului, n care umiditatea lemnului rmneneschimbat;- perioada de fierbere, cnd temperatura atinge i depete punctul de

fierbere, presiunea interndevenind astfel suficientpentru a mpinge apalichidctre suprafa;

- perioada de uscare propriu-zis, cnd micarea apei lichide este nlocuitde difuziunea apei sub formde vapori;

- perioada de ardere, n final, cnd a mai rmas doar foarte puinumiditate n lemn, astfel nct temperatura acestuia crete brusc.

Fig. 8.13. Evoluia temperaturii, presiunii i umiditii lemnului lauscarea cu microunde (Perr i Turner 1999).

Instalaia de uscare cu microunde (Fig. 8.14) cuprinde trei componentespecifice numai acestui tip de instalaii: magnetroanele, care reprezintgeneratoare speciale de producere a energiei necesar nclzirii, ghidurile deund, care transportenergia ctre material i aa-numitul aplicator, careeste o

cutie metalic (cavitate) n care se introduce stiva de lemn i n care suntintroduse prin ghidurile de und microundele generate de magnetroane. ninteriorul aplicatorului, undele se reflectde pereii cavitii i interfereazntreele, distribuind astfel intensitatea cmpului electric n ntregul spaiu al cavitii(inclusiv n stiva de cherestea).


18/20

115

Distribuia cmpului electricdepinde n mare msur dedimensiunile cavitii, dedimensiunile i nclinarea ghiduluide und, de proprietile

dielectrice ale materialului(variabile nu numai n funcie desortimentul care se usuc, ci i peparcursul procesului), de poziia san interiorul cavitii, precum i devolumul de material etc. Numrulmare al factorilor care determinaceast distribuie face extrem dedificil proiectarea corect ainstalaiilor.

Fig. 8.14. Instalaie deuscare a cherestelei cu

microunde: 1- magnetron;2-ghid de und;

3-stiva de cherestea.

8.3.2. Performane

Principalul avantaj al uscrii n cmpuri de frecven radio const ndurata foarte scurt de uscare: experimente efectuate cu lemn de fag, mahon,pr, mesteacn, arin, tei, molid, brad, pin, duglas, plop au condus la durate deuscare de 2-4h, chiar i la sortimente groase.

n ciuda avantajelor date de durata mult mai scurt, calitatea mult maibun a uscrii fa de uscarea convenional i sterilizarea care se realizeazconcomitent cu uscarea, procedeul nu s-a extins n Europa din cauza consumuluiridicat de energie, exclusiv electric(250...750kWh/m3).

Referitor la performanele uscrii cu microunde, studii experimentaleefectuate de Antti (1999) cu cherestea de rinoase au condus la durate de uscare

de ordinul orelor (5,2h la pin i 3,2h la molid) de la umiditatea iniialde 50% lao umiditate final de 8%, la un consum specific de energie de 400kWh/m3 lapin, respectiv 365kWh/m3 la molid (adic de cca. 2 ori mai mare dect lauscarea convenional). Viteza medie de uscare a fost apreciat la0,20,45%/minut n domeniul ndeprtrii apei libere (peste punctul de saturaiea fibrei) i respectiv 0,10,2%/minut la eliminarea apei legate (sub punctul desaturaie a fibrei).


19/20

116

Referitor la uscarea speciilor de foioase, Antti a constatat c fagul aredinamica cea mai rapid, urmat de frasin i apoi de stejar. n cazul foioaselor cupori dispui tipic inelar s-a evideniat mai pregnant necesitatea aplicrii unuiregim de expunere intermitent(varierea puterii magnetroanelor i chiar oprireaperiodic a acestora), n special n perioada ndeprtrii apei libere, pentru

prentmpinarea cementriii i a supranclzirilor locale, constatate n special lauscarea stejarului. Comportamentul diferit al pieselor de frasin i stejar, n ciudasimilitudinii mrimii i distribuiei vaselor, poate fi pus pe seama prezeneitilelor n cavitatea vaselor i densitatea mai mare a fibrelor la stejar, carencetinesc deplasarea apei n lemn.


Procedeul de uscare n CIF este recomandat, n general, pentru uscareaspeciilor cu permeabilitate foarte buni a sortimentelor scurte (semifabricate)

din lemn de fag, paltin, mahon i frasin.Uscarea cu microunde este rentabil la piesele cu grosimi mici (ex:

furnire) i la specii cu permeabilitate ridicat. Aplicarea uscrii cu microunde nautoclave de vid (la presiune de 0,04bar) a permis obinerea unor viteze foartemari de uscare, de pn la 6,5%/minut. n ciuda avantajului dat de reducereaduratei de uscare, procedeul este nc puin rspndit din cauza consumuluiridicat de energie electric i a controlului dificil al uniformitii umiditiifinale.

8.4. RezumatUscarea n amestec de aer i vapori supranclzii se realizeazla otemperatur a termometrului uscat peste 100C (de regul, 105-130C) i o temperatura termometrului umed sub 100C.

Durata uscrii la temperaturi nalte este cu 30-50% mai micdectla uscarea convenional.

Proporia deformaiilor este redusn cazul aplicrii temperaturilornalte, n special dac se utilizeaz i sisteme de presare a stivei ntimpul uscrii.

Reducerea presiunii n camera de uscare (la uscarea n vid)determin reducerea punctului de fierbere al apei i reducerearezistenei opusde lemn la trecerea vaporilor de apspre suprafa;drept urmare, durata de uscare se reduce cu 50-75%.

Principala problemla uscarea n vid o constituie rcirea lemnuluin urma evaporrii apei; pentru a asigura continuitatea uscrii, este


20/20

necesar un aport cel puin periodic de energie termic.

Uscarea n vid continuu se poate realiza prin trei procedeecombinate: vid-presare, vid-convecie n vapori supranclzii i vid-CIF.

Principalul domeniu de aplicabilitate al uscrii n vid l constituiespeciile valoroase i sortimentele groase, care nu pot fi uscate

satisfctor prin procedeul convenional.

Uscarea n curent electric cu frecvene radio RF (f 500MHz) se recomand la piesele cugrosimi mici (ex: furnire) i la specii cu permeabilitate ridicat.

8.5. Test de evaluare a cunotinelor1. Numii trei modaliti de reducere a duratei de uscare.

2. Precizai domeniul optim de aplicabilitate al uscrii la temperaturinalte.

3. Comparai din punct de vedere constructiv o instalaie de uscare nvid prin presare, una n vid - vapori supranclzii i una n vid-CIF.Evideniai trei componente comune i cel puin o particularitate

constructiva fiecreia.4. Apelnd i la cunotinele dobndite n cadrul Cap. 6, precizai odifereni o asemnare ntre uscarea n vid discontinuu i procedeulI/D.

5. O ntreprindere dorete achiziionarea unei instalaii pentru a uscapredominant cherestea de stejar cu grosimi variate. Lund nconsiderare att procedeele clasice (vezi Cap. 7), ct i pe cele rapidede uscare, precizai procedeul pe care l recomandai i justificairecomandarea.

6. O ntreprindere dorete achiziionarea unei instalaii pentru a uscapredominant cherestea de fag cu grosimi peste 40mm. Lund nconsiderare att procedeele clasice (vezi Cap. 7), ct i pe cele rapidede uscare, precizai in ordinea preferinei trei procedee pe care lerecomandai i justificai fiecare recomandare.

NOT:

Soluiile testului de evaluare sunt indicate la sfritul cursului, n Anexa 2.

Date post:	24-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	arpad-szeri
View:	234 times
Download:	1 times

j_Capitolul 8.pdf

Documents