Імпульсне сушіння заготовок із деревини дуба червоного
DOI:
https://doi.org/10.31548/forest2021.02.004Анотація
Визначено причини здешевлення виготовленої з деревини дуба ламелі – лицьового покриття дошок для підлоги. Встановлено, що під час сушіння деревини дуба за низьких температур виникає накопичення вологи у зоні біля поверхні ‒ так зване умовне джерело вологи. Це призводить до утворення світлих плям усередині пиломатеріалів, які довгий час зберігались в умовах підвищеного ступеня насичення повітря та мали низьку швидкість видалення вологи. Для уникнення цього дефекту запропоновано інтенсифікувати процес сушіння шляхом використання імпульсних режимів, які складаються з періодів нагрівання та охолодження деревини. У період нагрівання температура матеріалу поступово підвищується, деревина отримує тепловий удар і накопичує тепло, сушіння відбувається лише за рахунок градієнта вологості. Під час охолодження температура середовища знижується, ступінь насичення зростає і, відповідно, підвищується рівноважна вологість. У результаті поверхневі шари матеріалу зволожуються, волога по товщині деревини вирівнюється, відбувається релаксація сушильних напружень. У лабораторних умовах проведено експериментальні дослідження імпульсного сушіння заготовок із деревини дуба червоного товщиною 30 мм і 50 мм. Визначено амплітуду коливання температури – 30 °С та доцільність проведення циклічного нагрівання лише до досягнення середньої вологості матеріалу 20 %, після чого деревину потрібно висушувати до необхідної кінцевої вологості за сталої температури нагрівання. Запропоновано метод розрахунку тривалості імпульсного сушіння, який враховує особливості кінетики періодів нагрівання і охолодження пилопродукції з деревини дуба червоного товщиною 30 мм і 50 мм. Рекомендовано розглядати процес кінетики зміни температури як суму процесів циклічного нагрівання, що відбувається за поліноміальною залежністю, та циклічного охолодження, що відбувається за експоненціальною залежністю. Визначено, що співвідношення тривалості циклічного нагрівання до тривалості циклічного охолодження становить 1/3. З використанням тепломасообмінних критеріїв та визначеного експериментальним шляхом коефіцієнта вологопровідності деревини дуба червоного розроблено адекватну модель розрахунку температури деревини та відносної вологості повітря протягом циклів нагрівання та охолодження деревини. На основі отриманих результатів теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано імпульсні режими сушіння заготовок дуба червоного різної товщини, які запобігають утворенню білих плям усередині матеріалу. Зауважено скорочення процесу у 1,5–2,4 разу та зменшення енерговитрат у 1,53 разу. Визначені експериментальним шляхом показники залишкових напружень, величини перепаду напружень у заготовках після сушіння та величини межі міцності на статичний згин показали, що якість сушіння їх відповідає І категорії якості згідно з ДСТУ 4921:2008. Порівняння отриманих значень із максимально допустимими значеннями межі міцності на розтяг поперек волокон у тангенціальному напрямку σм = 6,5 МПа показало запас міцності 25 %, що свідчить про можливість застосування імпульсних режимів сушіння для якісного сушіння заготовок із деревини дуба червоного.
Ключові слова: дуб червоний (Quercus rubra), коефіцієнт вологопровідності, імпульсні режими, якість сушіння, термін сушіння.
Посилання
Alpatkina, R. P. (1970). Investigation of the moisture conductivity of wood of the main native species. Moscow [in Russian].
Bond, B. H., & Espinoza, O. (2016). A Decade of Improved Lumber Drying Technology. Current Forestry Reports, 2 (2), 106-118. https://doi.org/10.1007/s40725-016-0034-z
EN 408:2010 - Timber structures - Structural timber and glued laminated timber - Determination of some physical and mechanical properties. iTeh Standards Store. (n.d.). https://standards.iteh.ai/catalog/standards/cen/5adc63d2-e164-4b6e-9c2d-64dd8a9d6f19/en-408-2010.
Folvik, K., & Magnar, S. K. (2004). Various wood properties influencing the development of checks in knots during drying. Advances in drying of wood. NTI-papers from COST-E15 seminars 2000-2004. 99 р.
Hasan, M., & Langrish, T. A. (2016). Development of a sustainable methodology for life-cycle performance evaluation of solar dryers. Solar Energy, 135, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.05.036
Hasan, M., & Langrish, T. A. (2016). Time-valued net energy analysis of solar kilns for wood drying: A solar thermal application. Energy, 96, 415-426. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.11.081
Horokhovsky, A. H. (2008). Lumber drying technology based on modeling and optimization of heat and mass transfer processes in wood. Ekaterinburh [in Russian].
Kosarin, A. A. (2012). Impulse drying technology for sawn timber. Moscow [in Russian].
Lubovitsky, P. V. (1986). Drying of wood with cyclic heating (experience of enterprises). Moscow [in Russian].
Lykov, A. V. (1956). Heat and mass transfer during drying. Moscow: Hosenerhoizdat [in Russian].
Miliü, G., & Kolin, B. (2008). Oscillation drying of beech timber - initial experiments. End user's needs for wood material and products. The Netherlands, 115-124.
Minhazov, M. H., & Kachalin, N. V. (1976). Oscillating schedules of sawn timber drying. Moscow [in Russian].
Ozarkiv, I. M., Kopynets, Z. P., & Atsberher, Y. L. (2006). Methods of research of Kirpichov's criterion as the main criterion of formation of cracks during the process of wood convective drying. Nauovyy Visnyk NLTU Ukraine, 16.2, 81-85 p. [in Ukrainian].
Pinchevska, O., Spirochkin, A., Sedliačik, J., & Oliynyk, R. (2016). Quality assessment of lumber after low temperature drying from the view of stochastic process characteristics. Wood Research, 61 (6), 871-883.
Pleschberger, H., Hansmann, C., Müller, U., & Teischinger, A. (2013). Fracture energy approach for the identification of changes in the wood caused by the drying processes. Wood Science and Technology, 47 (6), 1323-1334. https://doi.org/10.1007/s00226-013-0578-z
Poliakova, O. H. (1999). Biotechnological features of red oak (Quercus rubra L) in artificial plantations of Kyiv Polissya. Kyiv [in Ukrainian].
Remond, R., & Perre, P. (2008). Drying strategies capable of reducing the stress level of a stack of boards as defined by a comprehensive dual scale model. Maderas Ciencia y Tecnología, 10, 3-18.
Salin, J.-G. (2003). A Theoretical Analysis of Timber Drying in Oscillating Climates. Holzforschung, 57 (4), 427-432. https://doi.org/10.1515/HF.2003.063
Serhovsky, P. S., & Rasev, A. I. (1987). Hydrothermal treatment and wood preservation. Moscow: Lesnaya promyshlennost [in Russian].
Shubin, G. S. (1990). Drying and heat treatment of wood. Moscow: Lesnaya promyshlennost [in Russian].
Shyshkina, E. E. (2006). Drying of lumber in low capacity chambers with natural air circulation. Ekaterinburh [in Russian].
Tepnadze, M. U. (1986). Schedules and technology of lumber drying in solar dryers. Moscow [in Russian].
Ugolev, B. N. (2007). Wood science and forestry commodity science: Textbook. Moscow: HOU VPO MHUL [in Russian].
Vintoniv, I. S., Sopushynsky, I. M., & Teishinger, A. (2007). Wood science. Lviv: Apriori [in Ukrainian].
Wegener, G., & Fengel, D. (1987). Investigation on colour changes resulting from drying of European oakwood. Fourth International Symposium on Wood an Pulping Chemistry, 27 (30), 121-123.
Welling, J., Reihel, T., & Zerhau, W. (2004). Oscillating Drying Conditions. Technical report.
Zakharzhevsky, V. H. (1948). High-speed wood drying. Moscow: Timber industry [in Russian].
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
