SUŠENJE LESA Delovno gradivo MAL GABI DOLENŠEK 1.NALOGE - POMEN SUŠENJA LESA KAKOVOST LESA OSTANE ENAKA – BOLJŠA! NAJPRIMERNEJŠA VLAŽNOST LESA ZA VGRADNJO. UPORABO, OBDELAVO,.. RAVNOVESNA VLAŽNOST – kot jo narekuje klima ambienta, kjer bomo les oz. lesne izdelke uporabili. -DIMENZIJSKO BOLJ STABILEN -BIOLOŠKO BOLJ ODPOREN (varovalna vlažnost) -BOLJŠE MEHANSKE LASTNOSTI -NIŽJA TEŽA (STROŠKI PREVOZA) -BOLJŠE IZOLATIVNE LASTNOSTI V stoječem drevju lesna vlažnost – tudi v dehidrirani/osušeni sredici deblapraviloma ne pade pod TNCS! Vpliv vode na gostoto lesa, elastičnostni modul in trdnost (grafa) Razloži s pomočjo grafov! Gostota ρ se zaradi hkratnega povečevanja mase in dimenzij sprva počasi povečuje, nad TNCS pa hitreje, ker je volumen dosegel maksimalno vrednost in se ne povečuje več, vse do stanja napojenosti pa se povečuje masa lesa! SUŠENJE MORA BITI EKONOMIČNO! -V ČIM KRAJŠEM ČASU -OB ČIM MANJŠI PORABI ENERGIJE -ZAGOTOVITI PRIMERNO KAKOVOST -OB ČIM MANJŠIH STROŠKIH Pri prevajanju vode sodeluje beljava, vendar periferni deli bolj kot notranji. VODA V LESU Skladno s povečanjem radija se prevodni del beljave odmika na periferijo, vlažnost beljave proti meji z jedrovino navadno upada, sredica se vse bolj izsušuje (zrelina, sušina), celične stene pa ostanejo običajno napojene. Pri mnogih vrstah pride po predhodni izsušitvi (dehidraciji) na lokaciji jedrovine do ponovnega navlaževanja – mokro srce (pri jelki). Tudi diskoloriran les ima večje količine vode, zato ga uvrščamo v isto kategorijo (rdeče srce pri bukvi, rjavo srce pri jesenu in topolu). IGLAVCI LISTAVCI beljava 100 – 200 % jedrovina pa le okoli 30 % ni tako velikih razlik v vlažnosti beljave in jedrovine vode •Rani les vsebuje •več vode kot kasni les, •predvsem v beljavi, • v jedrovini razlik ni. pojem higroskopnosti Zakaj je les higroskopen? • Higroskopnost • zaradi molekularnih privlačnih sil (kemisorpcija) • U = 0…6% oz. pri j≤ 20% je lastnost snovi, da sprejemajo vodno paro iz vlažnega zraka -les je higroskopen pod TNCS • zaradi privlačnih sil velike »notranje površine« (adsorpcija) • U = 6…15% oz. j ≤ 60% • zaradi kapilarnih sil (kapilarna kondenzacija) • U ≈ 15% do U=TNCS oz. j=60…100%. ZGRADBA LESA NA SUBMIKROSKOPSKEM NIVOJU Verige celuloz so med seboj povezane s šibkimi kemijskimi vezmi v snope. Urejeni deli – kristaliti. Neurejeni – amorfni deli. Razloži krčitveno anizotropijo! Razloži zakaj je les higroskopen. 2. pomen ravnovesne vlažnosti lesa • Les, ki ga uporabimo v določenem prostoru mora imeti ravnovesno vlažnost. • Če je njegova vlažnost višja od ravnovesne, bo les v procesu uravnovešanja higroskopsko/vezano vodo oddajal in se pri tem krčil. • Če pa je njegova vlažnost nižja od ravnovesne, bo les vezano vodo sprejemal in pri tem nabrekal. • v klasično kurjenih prostorih 10-12% • v centralno ogrevanih 8-10 % • parketa 7-10 % • oken in zunanjih vrat 1015% • vlažnost glasbenih instrumentov 8-11 (5-8) • športnih orodij 13-17 % • plovil 16-18 % Od česa je odvisna ravnovesna vlažnost lesa? • Les vzpostavlja higroskopsko ravnovesje s klimo okolja, kot ga določata relativna zračna vlažnost in temperatura. • Lesna ravnovesna vlažnost je vlažnost, ki jo dobi les ali lesno tvorivo v določeni klimi. • Ravnovesna vlažnost v procesu sušenja (DESORPCIJA) je vselej višja od ravnovesnih vlažnosti pri vlaženju (ADSORPCIJI) – HISTEREZA! Kako jo določimo? • Odčitamo jo iz nomograma, ki so ga izdelali na osnovi adsorpcijskih in desorpcjskih meritev na smrekovini (Picea sitchensis). • V približku ga lahko uporabljamo tudi za druge lesove. RAZLOŽI, KAJ SE ZGODI S PARKETOM PO „POPLAVI“! Kolikšna je ravnovesna vlažnost lesa pri relativni zračni vlažnosti 55% in temperaturi 36oC ? NAUČI SE UPORABLJATI NOMOGRAM! PRIMER: Ravnovesna vlažnost pri rel. vlažnosti 55% in temperaturi 36oC je pribl. 9%. NAUČI SE: IZ SUHE IN MOKRE TEMP. DOLOČI RELATIVNO ZRAČNO VLAŽNOST! DOLOČI RAVNOVESNO VLAŽNOST LESA, ČE POZNAŠ TEMP. IN RELATIVNO ZRAČNO VLAŽNOST! NAUČI SE: KRČITVENA ANIZOTROPIJA: -VZROKI (pojasni – izhajaj iz usmerjenosti lesnih vlaken/celic/anatomskih elementov, zgradbe celične stene!) -DEFINIRAJ! -NAVEDI ŠTEVILČNE VREDNOSTI! -NAVEDI UKREPE ZA UBLAŽITEV POSLEDIC! Celične stene so nasičene z vezano ali higroskopsko vodo, lumni pa prazni. točka nasičenosti lesnih vlaken TNCS 3. POMEN TNCS Na lesne lastnosti vpliva le VEZANA voda, u = 0% - 30% (TNCS)higroskopsko območje. V stanju absolutne suhosti je gostota lesa največja, dimenzije najmanjše, medtem ko je togost, trdnost in trdota največja, nato se z rastočo vlažnostjo zmanjšujejo in dosežejo najnižje vrednosti pri TNCS. Ko pade vlažnost pod TNCS, se les začne krčiti. Največja količina vode v lesu/ najvišja vlažnost (Gorišek) Volumski delež celičnih Največja količina vode v m3 lesa sten Najvišja vlažnost Sveže stanje suho stanje vezane proste SKUPAJ vezane vode proste vode uTNCS SKUPAJ balza 8,1 15,0 77 850 927 63,7 703 767 topol 24,7 38,2 150 618 768 40,4 165 205 smreka 25,2 37,1 132 629 761 34,8 166 201 bor 28,7 40,8 135 592 727 31,3 137 168 macesen 32,5 43,9 127 561 688 26,1 105 131 breza 35,1 48,8 152 512 664 28,9 97 126 hrast 38,0 50,6 140 494 634 24,5 86 111 bukev 37,2 55,1 199 449 649 35,6 80 116 robinija 43,1 54,4 126 456 582 19,5 70 90 gaber 42,8 61,6 209 384 593 32,6 59 92 bongossi 45,0 71,7 297 383 680 44,0 57 101 gvajak 69,7 84,7 167 153 320 16,0 15 31 Lesna vrsta IGLAVCI 4. vpliv zgradbe lesa na sušenje LISTAVCI -BOLJ ZAPLETENA ZGRADBA -ENOSTAVNEJŠA ZGRADBA, VEČINOMA TRAHEIDE, AKSIALNO USMERJENE, VELIKO PIKENJ – HITRO SUŠENJE -SMOLA LAHKO IZTEKA -JEDROVINA – TEŽJE SUŠENJE – “ZAPRTE” PIKNJE -VENČASTO POROZNI; VELIKO DEBELOSTENIH VLAKEN – POČASNO SUŠENJE, MOČNO KRČENJE, MOŽNOST DEFORMACIJ TANKOSTENIH TRAHEJ -OTILJEN LES (jedrovina) – TEŽJE SUŠENJE -RAZTRESENO POROZNI; MANJŠE IN ŠTEVILNEJŠE TRAHEJE – LAŽJE SUŠENJE VEČJA GOSTOTA,težje sušenje NEPRAVILNA ZGRADBA-IZRAZITI TRAKOVI – POKANJE LESA težje sušenje ANIZOTROPNA ZGRADBAanizotropno krčenjedeformacije; veženje, razpoke PONOVI! - SLOJNATA ZGRADBA DEBLA - TKIVA DEBLAZGRADBA, LASTNOSTI, NALOGE PONOVI! -USMERJENOST LESNIH TKIVTRAKOVI – ŠIBKO MESTO – RAZPOKE Ponovi! • • • • CEVASTA ZGRADBA LESA CELICE POVEZANE S SREDNJO LAMELO – TRDNOST! POVEZAVA CELIC S PIKNJAMI (piknje med ojedritvijo?) VRIVANJE TRAKOVNEGA TKIVA V RADIALNI SMERI- šibko trdnostno mesto VPLIV MIKROSKOPSKE ZGRADBE LESA NA SUŠENJE: • • • • Tile Smola Iglavci-listavci trakovi LISTAVCE RAZLIKUJEMO GLEDE NA RAZPORED TRAHEJ! a j = % A 5. KLIMA ZRAKA TEMPERATURA ZRAKA •V sušilnicah od 40- 100oC •Topel zrak sprejme več vlage iz lesa RELATIVNA ZRAČNA VLAŽNOST HITROST ZRAKA •Razmerje med DEJANSKO ABSOLUTNO VLAŽNOSTJO- a (Koliko gramov vode je dejansko v 1m3 zraka pri določeni temp.) In •MAKSIMALNO ABSOLUTNO VLAŽNOSTJO - A (Koliko gramov vode bi 1m3 zraka pri določeni temp. lahko največ vseboval -podatki v tabeli) •Kadar sta enaki je relativna zračna vlažnost 100%ZRAK JE NASIČENO VLAŽEN! Les se ne suši! ZRAK ODSTRANJUJE vlago s površine tako hitro, kot prihaja vlaga iz notranjosti na površino Nauči se uporabe tabele! Tabela prikazuje koliko gramov vode lahko največ vsebuje zrak v obliki vodnih par pri določeni temp. Iz tabele lahko razbereš dejstvo, da topel zrak lahko sprejme bistveno več vodnih par od hladnega!! SUŠENJE ZRAKA (v sušilnicah, klimatskih napravah; zrak ohladimo, hladen zrak ne more vsebovati več toliko vlage v obliki vodnih par, zato se odvečne vodne pare kondenzirajo – izločijo v obliki kondenza. Zrak v sušilnici seveda ponovno segrejemo! Nekaj podobnega opazujemo tudi na hladnih kuhinjskih šipah pozimi, ali hladnih ploščicah v kopalnici med tuširanjem,…) ZA BOLJŠE RAZUMEVANJE PROBLEMATIKE REŠI ŠE RAČUNSKE NALOGE: -učbenik SUŠENJE LESA str. 24 do 26 -učbenik LESARSTVO-ZBIRKA NALOG str. 214 do 216 T oC -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 3 as g/m 2,2 4,9 9,4 17,3 30,4 51,1 83,0 130,1 197,0 293,0 423,0 597,0 Pn kPa 0,26 0,6 1,23 2,3 4,2 7,4 12,3 19,9 31,2 47,3 70,1 101,3 Nasičen zrak s temp. 20 oC ohladimo na 10 oC. Koliko vode se izloči? Uporabite preglednico! Zakaj se izloči voda? V preglednici odčitamo: (17,3-9,49) g/m3=7,9 g/m3 Navedeni podatki povejo koliko največ vode lahko »drži« zrak pri določeni temp. bolj hladen zrak je sposoben sprejeti manj vode!/ a j = % A 6. MERJENJE VELIČIN ZRAKA Inštrumenti morajo biti zaščiteni – kondenz! Da jih lahko uravnavamo! Daljinsko! Merimo jih pri vhodu zraka v zložaj in pri izhodu – Zrak se ohladi, navlaži in izgubi nekaj hitrosti MERJENJE TEMPERATURE BIMETALNI TERMOMETER Različno raztezanje dveh kovinukrivitev! ELEKTRIČNI UPOROVNI TERMOMETER Električna upornost kovine je odvisna od spremembe temp.! ŽIVOSREBRNI TERMOMETER Raztezanje živega srebra. Merjenje temperature v različnih stopinjah Vir:www.magnet.fsu.edu/.../fullarticle.html Termoelement je sestavljen iz dveh različnih kovinskih žic, ki sta na dveh koncih zvarjeni. Če sta spojni mesti “1” in “2” pri enaki temperaturi, potem med koncema termoelementa ni napetosti. Če pa temperaturi nista enaki, se zaradi temperaturne odvisnosti kontaktne napetosti med dvema različnima kovinama med koncema termoelementa pojavi majhna napetost. Napetost je sorazmerna z razliko temperatur T1 in T2: U ∝ (T2-T1) ali U=k(T2-T1), kjer k imenujemo koeficient termoelementa. Zaradi omenjene lastnosti lahko termoelement uporabljamo kot termometer. S takšnim termometrom lahko merimo temperature od -200°C do 1600°C. MERJENJE RELATIVNE ZRAČNE VLAŽNOSTI higrometri Naravni las se pri povečani relativni zračni vlagi razteza in krči pri znižanju le te. Preko prenosa na kazalec iz skale za relativno zračno vlago odčitamo vrednost. psihrometri So sestavljeni iz dveh živosrebrnih termometrov, eden meri suho, drugi pa mokro temperaturo, relativno zračno vlago pa odčitamo iz diagrama ali tabele. RAZLOŽI PRINCIP! • KDAJ NASTANE PSIHROMETRSKA RAZLIKA? • KDAJ JE SUŠENJE MOŽNO? • KDAJ JE RAZLIKA VEČJA IN KDAJ MANJŠA? HITROST ZRAKA KRILNI ANEMOMETRI Za občasno merjenje. V OBLIKI ZAVITE CEVI Za merjenje med deskami v zložaju. NA ŽARILNO NITKO Stalno in daljinsko merjenje Tipalo je električno ogrevana žica, ki se v odvisnosti od hitrosti zraka hladi. 7. SUŠENJE ZRAKA Zrak sprejema vlago iz lesa, Moker zrak ne more sušiti lesaznižamo mu relativno vlažnost! Presuh zrak VLAŽIMO! Z IZMENJAVO S IN GRETJEM ZRAKA KONDENZACIJO VODNIH PAR IN GRETJEM ZRAKA Del toplega in vlažnega zraka zamenjamo z zunanjim- hladnejšim, z nižjo absolutno vlažnostjo! Mešanico segrejemo – postane nenasičena. Vlažen zrak ohladimo pod tem. rosišča, odvečni hlapi kondenzirajo – se odstranijo, zrak segrejemo – je bolj nenasičen! IZGUBE TOPLOTE! KROŽI ISTI ZRAK! 8. GIBANJE VODE V LESU PROSTA VODA hitro-enakomerno PROSTA VODA Se giblje (masni tok) v prevodnih elementih po principu kapilarnosti –lumni morajo biti povezani! Beljava iglavcev, zelo prevodnaPERMEABILNA KAPILARNI VLEK do sredine deske! pod 20% VEZANA VODA hitrost sušenja upada DIFUZIJA •Gostota lesa •Smer lesnih vlaken •Debelina •Vlažnost lesa •Temp. VEZANA VODA Po principu DIFUZIJE – z mesta višje vlažnosti na mesto nižjegibanje je hitrejše, čim večji je padec vlažnosti. SKOZI LUMNE- v obliki vodne pare NA CELIČNI STENI –se kondenzira in kot tekočina preide steno, izhlapi v sosednji lumen PROSTA VODA Se giblje (masni tok) v prevodnih elementih po principu kapilarnosti –lumni morajo biti povezani! Beljava iglavcev, zelo prevodnaPERMEABILNA KAPILARNI VLEK do sredine deske! VEZANA VODA Po principu DIFUZIJE – z mesta višje vlažnosti na mesto nižjegibanje je hitrejše, čim večji je padec vlažnosti. SKOZI LUMNE- v obliki vodne pare NA CELIČNI STENI –se kondenzira in kot tekočina preide steno, izhlapi v sosednji lumen MASNI TOK PROSTE VODE VPRAŠANJA IZ MATURITENIH POL Kako se giblje voda v lesu? Prosta voda (masni tok) v prevodnih elementih po principu kapilarnosti, skozi celične stene po principu difuzije. Kakšen vpliv ima na difuzijo lesna gostota in ojedritveni proces? Z gostoto difuzija pada. Nizkomolekularne snovi, ki v procesu ojedritve prepojijo celično steno, delujejo kot difuzijska bariera. Les jedrovine se pod TNCS suši počasneje od lesa beljave! Opiši fizikalni mehanizem transporta proste vode? Kolikšen je kapilarni tlak oz. kapilarna tenzija pri polmeru odprtin s polmerom r = 0,1μm? Ali zadostuje za dvig vode v vrh najvišjih dreves (100 m)? Sile površinske napetosti so posledica neravnovesja medmolekulskih sil na površini kapljevine in se zato pojavljajo le na mejni plasti med kapljevino in plinom. Velikost kapilarnega tlaka na krožni mejni plasti se lahko izračuna z Jurinovo enačbo: Po – P1 = (2γcosθ)/r) kjer je Po tlak v plinski fazi, P1 tlak v tekoči fazi, θ kontaktni kot ob trdni površini in γ površinska napetost na mejni plasti med kapljevino in plinom. Enačba se da poenostaviti upoštevaje, da je γ = 0,072 Nm-1 za vodo-zrak in θ = 0o. Tedaj se enačba glasi: Po – P1 = 1,46/r , kjer je (Po –P 1) podan v atm in polmer kapilare r v μm. Enačba pove, da je pri polmeru 0,1 μm (Po-P1) 14,6 atm in da je ob predpostavki, da je Po = 1 atm P1 negativen –13,6 atm. Ta negativni tlak se imenuje kapilarna tenzija. Zadostuje za vzdrževanje vodnega stolpca višine preko 120 m, kar je pomembno za dvigovanje vode/soka v drevesih kot pojasnuje kohezijsko-transpiracijska teorija oz. kohezijskoadhezijsko-tenzijska teorija ali manj ustrezna teorija transpiracijskega vleka. PIKNJE • Kaj so • Vpliv na sušenje in impregnacijo lesa • Kdaj pride do zaprtja/aspiracije pikenj Za normalno sušenje je pomembno, da je vlažnostni gradient tak, da dopušča prehajanje proste vode skozi piknje. Če z ostrino sušenja prekoračimo dovoljene meje pride do zaprtja ali aspiracije piknje, voda ostane ujeta v lumnih celic in onemogočen je normalni masni tok vode iz notranjosti na površino lesa. • Za sušenje lesa so izrednega pomena povezave med posameznimi celicami, • ki omogočajo v obdobju žive celice gibanje vode v lesu, • v procesu sušenja pa prehod vode iz notranjosti na površino. • Prosta ali kapilarna voda se giblje po lumnih celic, med celicami pa prehaja skozi piknje. • Piknje služijo svojemu namenu le če so v celični steni obeh celic, drugače govorimo o slepih piknjah. • Pari pikenj so lahko enostavni, obokani ali polobokani sestavljeni iz enostavne in obokane piknje. • Enostavni pari so med parenhimskimi celicam,obokani med drugimi celicami polobokani pa med parenhimskimi in drugimi celicami. • Pikenjska membrana je sestavljena iz obeh primarnih plasti celice in srednje lamele, če je osrednji del odebeljen se imenuje torus. DRYING WOOD • Recall that wood is composed of hollow fibers whose lumens are connected by different types of pits. • Latewood fiber walls are thick and earlywood fiber walls are thin, but both have the same basic structure and composition • As wood dries, moisture is lost to the air from the outer surfaces first. • Shown to the right is an artist’s representation of the cross section of a piece of structural lumber immediately after it has been sawn from a log. • The blue color indicates a high moisture content throughout the cross section. • If a cut were made through the middle of the piece after a short period of drying, the outer surfaces would be relatively dry, whereas the core would have a much higher moisture content. • It is not uncommon for the outer shell to be at a much lower moisture content than the inner core. In the drawing at the right, the wet inner core (blue) is surrounded by drier outer layers (brown). WATER MOVEMENT • As wood dries, water moves toward the drying outer surfaces primarily in the form of water vapor. Water vapor moves from cell lumen to cell lumen through pit pairs. Some of this vapor may move in a different way, adsorbing onto cell walls that surround the lumen, moving then as liquid or vapor by diffusion through the wall to adjacent cells that are nearer the drying surface. • This water may continue to move by diffusion through progressively drier cell walls toward the wood surface, where it will eventually evaporate. Some of this water may instead evaporate into cell lumens, be readsorbed on the opposite cell walls and move by diffusion to the next cell lumen, and so on. • In very wet wood (i.e., wood that is well above the fiber saturation point) liquid water may move by capillary action from cell lumen to cell lumen through pit pairs. Again the movement is toward the drying surfaces. • • Shown on the left is one wood cell with various layers of the cell wall peeled away. Note the primary cell wall is marked with a “P”. This layer is extremely thin and is reinforced with a somewhat randomly arranged network of microfibrils (bundled cellulose molecules). There are several cell wall layers to the inside of the P layer - the S-1, S-2, and S-3 layers. These are the three layers of the secondary cell wall, so named because they form after the primary cell wall layer. • The configuration of microfibrils in the S-1, S-2, and S-3 layers is depicted in this drawing. Note that the microfibrils in the S-1 and S-3 layers are arranged almost perpendicular to the long axis of the cell, whereas the orientation in the S2 layer is nearly parallel to the long axis of the cell. • Note also that the S-2 layer is thicker than all of the other layers combined. (This is true in both earlywood and latewood.) The arrangement of microfibrils within various cell wall layers is significant, since the microfibrils move more closely together as the cell wall dries, resulting in shrinkage; the orientation of microfibrils, and particularly the orientation within the S-2 layer, determines how much wood shrinks. • Dry wood shrinks as bound water is removed from the microfibrils in the fiber walls. • Shrinking begins when the moisture content of wood reaches the fiber saturation point of about 30% moisture content. In wood above the fiber saturation point free water fills void spaces. • So far, we have looked at what happens to wood as it dries. It is important to realize that dry wood when exposed to moisture will regain water. As wood gains moisture the cell walls are first to attract water, and they continue to gain water until they are saturated. During this period the wood swells. Once the cell walls are saturated (again at the fiber saturation point), swelling stops, and further gains in moisture result from liquid water entering the cell lumens. • We have seen that the moisture content of undried wood can be quite high. Wood is continually gaining or losing moisture depending upon surrounding conditions. Wood kept protected from liquid water will equalize in greenhouse conditions at an EMC of about 20 to 25%. Indoors the EMC is commonly 6 to 8%, and may be as low as 1 to 2% in the winter months if the indoor air is not humidified. • Thus if undried wood is put into service, in your home for example, it will dry. Why then should time and money be invested in drying wood if it will dry anyway over a period of time? It turns out that wood is not homogeneous. It shrinks more tangentially than radially, and it shrinks in both radial and tangential directions more than in the longitudinal direction. The term used to describe these kinds of differences in wood is anisotropic. In many respects wood is an anisotropic material. Longitudinal shrinkage is usually less than 1/10th of 1%, whereas tangential shrinkage may be 12 to 13% or higher. Shrinkage rates are determined by the arrangement of microfibrils within the cell wall as discussed earlier. • • Three Dimensions in which Wood Shrinks Maximum Longitudinal Shrinkage = 0.1% to 0.3% Maximum Radial Shrinkage = 2.1% to 7.9% Maximum Tangential Shrinkage = 4.7% to 12.7% Tangential shrinkage is generally 1.5 to 2 times greater than radial shrinkage. • Kako se v lesu transportira kapilarna in kako higroskopska voda? • Po poseku drevesa, les izgublja vodo, in sicer najprej izhaja prosta voda s površine lesa, ki izhlapeva v okolni zrak. Iz sredine lesa pa se voda giba v obliki pare ali tekočine proti površini. • Tako ločimo izhlapevanje vode s površine lesa in gibanje vode iz sredine lesa proti površini. Od gibanja vode je odvisno, kako hitro se les suši. • Prosta ali kapilarna voda se v zunanjih plasteh (nad TNCS) giba zaradi tlaka v kapilarah (površinske napetosti vode) in lahko ter hitro izide. Zunanje plasti se tako prej posušijo kot notranje in nastane padec vlažnosti. • Gibanje vezane vode (pod TNCS) pa je difuzija, ki nastane zaradi padca vlage. Voda se giblje z mesta višje vlage (višjega tlaka pare) na mesto nižje vlage tem hitreje, čim večji je padec vlažnosti. Vezana voda v obliki pare prehaja skozi lumne celic, na celični steni se kondenzira in kot tekočina preide steno, kjer izhlapi v lumen sosednje celice. Na pretok vezane vode vplivajo: - temperatura (kot zunanji dejavnik); višja temperatura zelo pospeši gibanje vezane vode - vrsta lesa - smeri lesnih vlaken - debelina sortimentov - gostota lesa - vlažnosti lesa - smer toka • Difuzija vode je v smeri lesnih vlaken približno 10-krat hitrejša kot prečno na vlakna. Pri sušenju žaganic je površina čela majhna in skoraj vsa voda se giba pravokotno na vlakna. Pri debelih in kratkih obdelovancih ima velik vpliv tudi vzdolžno gibanje vode, ki povzroči prehitro osušitev čel. Čela moramo zato premazati s snovjo, ki preprečuje vzdolžno izhajanje vode. • Difuzija je zelo odvisna od vrste lesa, to je od debeline celičnih sten in povezave votlega sistema. Difuzija je približno obratno sorazmerna z gostoto lesa; čim večja je gostota lesa, tem težje izhajanje vode in obratno. • Vezana voda v lesu se težje giblje, čim nižja je vlažnost (sile adsorpcije so večje), zato rabimo več toplotne energije in les se počasneje suši, čim nižji procent vlažnosti ima. Voda se giba prečno in zato je pri debelih sortimentih pot vode daljša, čim debelejši je sortiment. IZ STROKOVNE LITERATURE: • Pretok proste vode Z vidika transporta proste vode je les heterokapilaren sistem, pri čemer tvorijo kapilarni sistem celični lumni in piknje, oziroma odprtine v pikenjskih membranah. Poroznost, izražena z volumenskim deležem praznih prostorov v materialu (celični lumni), je potreben, vendar ne zadosten pogoj za masni pretok fluida. Obstajati mora tudi sklenjena povezava med celičnimi lumni, oziroma les mora biti prevoden (permeabilen). Za učinkovit transport proste vode morajo biti v njej še zračni mehurčki, ki so večji kot pore v pikenjskih membranah. Najvažnejša faktorja, ki odločata o prevodnosti iglavcev sta: - število odprtin v piknjinih membranah - velikost odprtin v piknjinih membranah Najvažnejša sekundarna sprememba je ojedritev, ki jo spremlja odlaganje nizkomolekularnih jedrovinskih snovi v celično steno, lumne in na pikenjsko membrano, ter aspiracija obokanih pikenj. Longitudinalno in prečno prevodnost lahko pri listavcih zmanjša: - masivno otiljenje - razne snovi, ki prav tako blokirajo traheje Prevodnost lesnega tkiva je zelo variabilna lastnost. Variabilnost prevodnosti v radialni smeri pojasnimo z razlikami v prevodnosti radialno potekajočih trakov, tangencialna prevodnost pa je odvisna od stanja pikenj v radialnih stenah, kjer je njihova gostota največja. GIBANJE VODE V LESU • Voda se v lesu giblje iz mesta višje vlažnosti, proti mestu z nižjo vlažnostjo. • Sušenje je proces, ki vzpostavi take pogoje, da se vrši izhlapevanje iz površine lesa, kar pomeni, da je nižja vlažnost lesa v zunanjih plasteh, višja pa v notranjosti lesa. • Gibanje vode skozi strukturo lesa poteka kot • masni tok proste ali kapilarne vode, seveda pri pravilni ostrini sušenja in • kot difuzijski transport vezane vode v celičnih stenah in difuzije par v celičnih lumnih. PREVODNOST (PERMEABILNOST) – VLAŽNOSNI GRADIENT – HITROST SUŠENJA • Les je heterokapilaren sistem, ki ga tvorijo celični lumni in odprtine v pikenjski membrani. • Prevodnost ali permeabilnost lesa za masni tok fluida/tekočine je povezana z poroznostjo in povezavami med celičnimi lumni, zato je pomembno število in velikost odprtin v pikenjski membrani. • Prevodnost ali permeabilnost lesa je tista, ki določa vlažnostni gradient in hitrost sušenja. • Pri dobropermeabilnih drevesnih vrstah je tako sušenje hitrejše in obratno pri slabopermeabilnih. PADEC VLAŽNOSTIVLAŽNOSTNI GRADIENT Večina vode prehaja z DIFUZIJO Vlažnostni gradient je razlika med vlažnostjo zunanjih in notranjih plasti Prosta voda se giblje zaradi KAPILARNOSTI vse do sredine lesa •PREVELIKAnapake •PREMAJHNA – prepočasno sušenje (difuzija vezane vode) • Ostrina sušenja je razmerje med povprečno trenutno vlažnostjo lesa in ravnovesno vlažnostjo lesa,ki jo definira določena klima. o = u / ur • Ostrina sušenja je 1 pri enaki dejanski vlažnosti lesa in ravnovesni vlažnosti lesa, kar pomeni, da se les ne suši. • Sušenje se začne pri ostrini sušenja,ki je večja od ena. Ostrina sušenja je optimalna takrat, ko določeno drevesno vrsto posušimo brez napak v določenem času. sušenje na prostem Les posušimo do zračne vlage 12-15% 9. VRSTE SUŠENJA LESA vakuumsko sušenje •Ustvarimo podtlak, voda hitreje izhlapeva s površine Vrelišče vode je nižje! •Sredina se dobro segreje Voda v kapilarah se lažje in hitreje giblje •Voda na površini kondenzirani napetosti - napak •Trdi listavci, brez til, večje debeline Konvencionalno •Les se segreje •Odda vlago •Zrak sprejme vlago •Zrak se posuši z delno izmenjavo •Les se posuši na urav Kondenzacijsko •zrak se posuši v kondenzacijskem agregatu •Manjša poraba En •Počasnejše-kvalitetno •Za trd, debelejši les z visoko uzač Visokofrekvenčno Kvalitetno Sredina lesa se segreje že po nekaj minutah Les se suši od znotraj Hitro! Krajši, debelejši kosi Krivljeni obdelovanci v stiskalnici Sušenje na prostem • Najstarejši in naraven način sušenja lesa. • Les se začne sušiti takoj, ko ga posekamo. • Les je izpostavljen naravnim pogojem (temperatura, relativna zračna vlaga in veter - klimatskim pogojem, ki so značilni za določeno področje). • Tudi naravni pogoji so lahko preostri za kvalitetno sušenje. • Pri preveliki ostrini sušenja, lahko pri naravnem sušenju vplivamo z primerno postavitvijo kop in zasloni, ki zmanjšajo hitrost pretoka zraka skozi zložaje in tako omilimo klimo. • V Sloveniji lahko naravno les posušimo med 12% in 20% vlažnosti lesa, običajno pa se giblje vlažnost lesa med 14% in 18%. sušenje na prostem Pomanjkljivosti • dolgotrajen postopek, • ne moremo doseči nizkih vlažnosti, • procesa ne moremo uravnavati, • sredstva, vložena v nakup lesa, so dolgo vezana, • les je bolj izpostavljen nevarnostim bioloških okužb, • zahteva velike površine. Prednosti • • • • • ne potrebujemo energije, vlaganja v pomožne naprave so neznatna- ni potrebnih veliko naprav in instrumentov, manj tvegani postopki, saj so razmere sušenja mile, čas sušenja pa daljši, kar pripomore k večji sprostitvi sušilnih napetosti in različnih porazdelitvi vlažnosti. Priporočljivo je, da izkoristimo naravne razmere takoj po razžagovanju, ko je les še svež in ni treba zagotoviti visokih temperatur sušenja. Redkejši lesovi se lahko v ugodnih razmerah osušijo tudi do 5 odstotkov na dan (beljava iglavcev), gostejši domači listavci pa od 2 do 3 odstotke na dan. SUŠENJE NA PROSTEM -skladovnice Če želimo sušiti hitreje je lahko les zložen v trikotni ali pokončni obliki. BULSI SKLADIŠČE ŽAGANEGA LESA Na odprtem prostoru zaradi stalnega pretoka zraka. Na suhem terenu (asfalt, betonska podlaga ali tamponska podlaga iz gramoza). Tla morajo biti odvodnjavana. Ne smejo biti zaraščena (plevel), zaradi nemotenega pretoka zraka. SKLADOVNICA/zložaj Skladovnica je sestavljena iz: • Betonskih podstavkov, • gredic, • zložajev • in strehe. Zložaj je transportna enota in jih zlagamo eno na drugo ločimo pa z gredicami, če je skladovnica grajena s pomočjo viličarja. Najobičajnejše širine zložajev so od 120 do 160 centimetrov, dolžine od 300 do 600 centimetrov in višine od 130 do 150 centimetrov. Pri že decimiranih elementih velikost zložaja priredimo standardnim meram transportnih palet. Na skladišču postavljamo več zložajev drugega nad drugim v skladovnice. Če zlagamo skladovnico ročno vmesnih gredic ni. Pomembno je pravilno letvičenje: • letvice zložene točno ena nad drugo, da se les ne krivi, • debelina – od 0,5 do 0,75 debeline lesa, • v razdalji glede na debelino desk od 40cm do 120cm, • debelina letvic je 16mm za debelino lesa od 12-30mm, 25mm za debelino 30-60mm, za debelejše deske pa 40mm. • žaganice pred zlaganjem očistimo, kajti žaganje pomeni infekcijske mostove za biološke okužbe (barvne pege) in zadržuje vlago, prah in blato pa upočasnita sušenje ter povzročata težave pri nadaljnji predelavi. ČAS SUŠENJA NA PROSTEM je odvisen od: • • • • • • • • • klime, začetne vlage lesa, letnega časa pričetka sušenja, lokacije, načina zlaganja, vrste lesa, debeline lesa, zložaja, debeline letvic. Smrekovina, jelovina Bor Bukev Hrast Javor Brest hitro in preprosto; pozimi obstaja nevarnost glivičnih okužb beljava hitro, v slabših razmerah obstaja nevarnost glivičnih okužb (modrivost) veženja (pravilno zlaganje), pokanja, biološka neodpornost počasi (zasenčeno), nevarnost poklin obarvanja – meteorne padavine veženje (sušenje z obtežitvijo) Konvencionalno •Les se segreje •Odda vlago •Zrak sprejme vlago •Zrak se posuši z delno izmenjavo •Les se posuši na urav loputa Vmesni strop Aksialni ventilator Lok za motor preusmerjanje Loputa za svež zrak Vse vrste lesa Vse debeline Poljubna vlaga Kratki in srednji suš. časi vlažen zrak gretje Velika poraba en. Možnost napak Hrup, odpadne vode LES VOZIČEK Kondenzacijsko •zrak se posuši v kondenzacijskem agregatu •Manjša poraba En •Počasnejše-kvalitetno •Za trd, debelejši les z visoko uzač pršenje strop Aksialni ventilator PRINCIP: Podobno kot konvencionalno, le da zrak posušimo, ogrejemo in ponovno uporabimo. Dodatno gretje za Ogrevanje zraka kompresor Izparilnik Hladilni agregat kondenzator vakuumsko sušenje •Ustvarimo podtlak, voda hitreje izhlapeva s površine-manjši upor zraka! - HITRO SUŠENJE Vrelišče vode je nižje! •Sredina se dobro segreje Voda v kapilarah se lažje in hitreje giblje •Voda na površini kondenzirani napetosti - napak •Trdi listavci, brez til, večje debeline Dovod toplote Grelne plošče Vodna para se kondenzira na ploščah Vakuumski agregat Hladilni agregat Odvod kondenza Visokofrekvenčno •Kvalitetno •Sredina lesa se segreje že po nekaj minutah •Les se suši od znotraj •Hitro! •Krajši, debelejši kosi •Krivljeni obdelovanci v stiskalnici •Začetna vlažnost pod 25% Skozi tokokrog steče IZMENIČNI TOK VISOKE FREKVENCE ( 2-100mHZ), se les močno segreje. SUH ZRAK MOKER ZRAK 3 ZGORNJE – NASTAVLJIVE ELEKTRODE LES LES TRAK-SPODNJA ELEKTRODA ELEKTRIČNO IZMENIČNO POLJE KOLAPS VEŽENJE, NEPRAVILNI PREREZ RAZPOKE 10. NAPAKE LESA PRI SUŠENJU IZPADANJE GRČ ZASKORITEV IZTEKANJE SMOLE BIOTSKA OBARVANJA ABIOTSKA OBARVANJA • Kolaps je posledica prehitrega odstranjevanja proste ali kapilarne vode oziroma prevelike ostrine sušenja in previsoke temperature. • Zunanji izgled kolabriranega lesa je valovitost, ki je posledica sesedanja celičnih sten. • Napako je možno tudi nekoliko popraviti z rekondicioniranjem z nasičeno paro pri 100oC 4-8 ur, s tem se znotraj celic zviša tlak in proces obrne. Zaskoritev nastane, če les še naprej sušimo z preveliko ostrino in postane zunanja plast plastična oziroma “otrdi” in se okoli notranje vlažne sredice naredi “skorja”. Ko se začne zaradi sušenja krčiti tudi notranjost lesa, ta “skorja” ne dopušča krčenja notranjosti in se natezne sile zunanje plasti počasi spremenijo v tlačne in zaprejo se zunanje razpoke, notranje plasti, pa so obremenjene na nateg. Zaskorjen les se težko posuši do končne želene vlage in je praktično neuporaben, saj pri obdelavi poka in se krivi. Reševanje problema se lotimo tako, da vzpostavimo 100% relativno vlažnost in z tem zunanje plasti vlažimo in zmanjšujemo vlažnostni gradient . Zaskoritev ugotavljamo z izdelavo vilic. Zaskorjenje • • • • • • • • Zaskorjenje je tipična napaka v konvektivnem postopku sušenja, ki se ji ne moremo povsem izogniti. Z nadzorovanim in previdnim postopkom lahko učinek izničimo. Zaskorjenje lahko spremljamo takoj, ko se površina lesa začne sušiti pod točko nasičenja celičnih sten. Zaradi krčenja se na površini pojavijo natezne napetosti, sredica pa je obremenjena na tlak. V ostrih razmerah sušenja lahko napetosti na površini povzročijo trajne plastične deformacije, zato se površina skrči manj, kot bi se sicer. Nasprotno je v sredici, kjer tlačne napetosti povzročijo celo večje krčenje od krčenja neobremenjenega lesa. Posledica razlik v krčenju površine in sredice je »obrnjeno« napetostno polje na koncu sušenja. Sredica je obremenjena na nateg, površina pa na tlak, ob sicer enakomerni vlažnosti. Zaskorjenje spremljamo med celotnim postopkom sušenja najpogosteje z viličnim testom ali drugimi metodami ugotavljanja notranjih napetosti, hkrati pa moramo spremljati tudi vlažnostni gradient. Posebno pozornost zahtevajo plemenitejše lesne vrste in debelejši sortimenti, ki jih nameravamo v nadaljnji proizvodnji prežagovati ali profilirati, kajti zaskorjenje se kot velika napaka pokaže šele takrat. Močnemu zaskorjenju največkrat sledijo prikrite notranje sataste razpoke. Lesno tkivo v notranjosti tako ni več konsistentno in postane neuporabno. Veženje ali preoblikovanje • • • • • • je posledica notranjih ali rastnih napetosti, krčitvene anizotropije, reakcijskega lesa, devijacije aksialnih elementov/zavita rast, ,juvenilnega lesa in neenakomernega sušenja • Vitopirjenje , koritavost in rombični presek so posledica predvsem krčitvene anizotropije. Periferni del debla je obremenjen na nateg, osrednji del pa na tlak z razžagovanjem se deske zakrivijo, sušenje pa ta efekt še poveča. Veženje pa povzroča tudi reakcijski les,ki je kompresijski pri iglavcih in tenzijski pri listavcih ter ima nenormalne skrčke. razpoke • Čelne razpoke, ki ne segajo čez ves presek, so vidne na prečnem prerezu kot napoke. Tiste, ki segajo čez celotni presek, imenujemo reže. Čelne razpoke so posledica hitrega prenašanja proste in vezane vode v vzdolžni smeri, torej hitrejšega sušenja s prečnih površin. Nastanek razpok lahko zmanjšamo z zaščito čel s premazi, ki preprečujejo njihovo hitro izsuševanje. Zaščita čel je obvezna pri krajših elementih debeline nad 40 milimetri, kar še posebno velja za visokovredne listavce. • Radialne razpoke z izvorom v strženu, razpoke, ki nastanejo zaradi prepletene rasti, krožne razpoke (kolesivost) in zvezdaste razpoke, pa tudi nekatera veženja so posledica močnih rastnih napetosti, neravnega poteka vlaken in prečne krčitvene anizotropije. V sušilnem postopku se jim ne moremo povsem izogniti. Predhodno parjenje, mehansko zavarovanje čel s sponami in premazovanje ter sušenje pod obtežitvijo so postopki, s katerimi učinke le ublažimo, ne moremo pa jih preprečiti. • Pokline – navadno ozke in dolge površinske razpoke – nastanejo v začetnih stopnjah sušenja, če poteka prehitro. Krčenje hitro sušeče površine medtem zavira vlažna sredica, zato se v površinskih slojih pojavijo natezne napetosti. Pokline nastanejo, ko napetosti prekoračijo trdnosti lesa, in so najpogostejše na tangencialnih deskah. V nadaljevanju sušenja, ko se napetost obrne, se največkrat zaprejo. Po sušenju je zato pokline težko identificirati, kot neprijetna napaka pa se največkrat spet »pojavijo« pri površinski obdelavi. • Satavost ali notranje razpoke nastanejo proti koncu sušenja zaradi močnega zaskorjenja, ko natezne napetosti v sredici prekoračijo prečne (praviloma tangencialne) natezne trdnosti lesnega tkiva. Notranje razpoke je mogoče dokazati le z destruktivno metodo, to je odžagovanjem prečnega vzorca na oddaljenosti vsaj 300 milimetrov od čela deske. Ker notranje razpoke povsem razvrednotijo lesne elemente, jih ne ocenjujemo z njihovo globino in dolžino, ampak s pogostostjo pojavljanja. Elementi s satastimi razpokami so namreč uporabni le izjemoma, ko dimenzije elementov v nadaljnji predelavi niso bistveno spremenjene. • Razpoke ločimo na zunanje in notranje razpoke. • Čelne razpoke spadajo med zunanje razpoke in so posledica hitrejšega kapilarnega in difuzijskega toka v longitudinalni smeri in so praviloma v radialni smeri. • Površinske razpoke pa so posledica prevelikih nateznih sil zunanjih plasti, ker notranjost lesa vsebuje več vode ne dovoli krčenja površine in če so natezne sile površine večje od trdnosti lesa na površini, se pojavijo pokline. • Notranje razpoke so posledica velikih notranjih nateznih sil, ki povzročijo, da vezivo med celicami popusti in nastane notranja razpoka, ki je običajno v smeri strženovih trakov, kjer se celice združujejo pravokotno. Tovrstne razpoke so posledica hitrega sušenja na začetku in nastajajo proti koncu sušenja. Razpoke: b) razpoke, ki nastanejo zaradi prepletene rasti, c) kolesivost ali krožna razpoka d) reža, nastala zaradi rastnih napetosti ali prisotnosti juvenilnega lesa. Razpoke, nastale zaradi nepravilnega sušilnega postopka: a) radialne razpoke na tangencialno usmerjenih deskah b) pokline c) satavost. Oblike veženja: a) lok b) zavitost c) sloč ali sabljavost • • • • • • • • • Spremembe barve lesa so posledica nepravilnega skladiščenja lesa pred in po sušenju, prepočasnega sušenja pri nižjih temperaturah, visoke relativne zračne vlage in nezadostnega kroženja zraka. Obarvanje povzročajo plesni in glive, pri čemer prevladujejo glive modrivke,ki so sive,modre ali črne barve in se pojavljajo v različnih oblikah,peg, pasov in madežev. Plesni se razvijejo pri nižjih temperaturah, obarvanje pa je posledica obarvanih spor. Tem spremembam barve rečemo biotska obarvanja in jih je možno odpraviti z nekajdnevno izpostavljenostjo lesa višjim temperaturam od 49-54oC. Abiotske spremembe barve pa so : Kondenzacijske lise, ki nastanejo na površini lesa zaradi kondenzacije vodne pare ali kapljajoče vode. Čreslovinsko obarvanje, katerega vzrok je v oksidaciji akcesornih snovi, ki je značilno pri vlažnosti nad TNCS in zvišani temperaturi. Črnilasti madeži so črno- modre barve in so značilni za lesove, ki vsebujejo tanine. Madeži nastanejo zaradi reakcije vlažnega lesa z železom. Letvična progavost je posledica stika distančnih letev in je siva, modra ali rjavo obarvana. Sprememba barve zaradi temperature: Sveži hrast spremeni barvo pri temperaturi višji od 40oC, nad 60oC spremenijo barvo javor-rdečkast, brezasiva lisasta, bukev-rdečkasta, jelša-rjava, lipa lisasta,oreh-rjav. Iglavci spremenijo barvo pri temperaturah, ki so višje od 90oC. IZRAČUN SKRČKOV 1. Na betonska tla telovadnice so položili lesene podnice iz javorjevine. Položene so bile tesno skupaj, brez rež med njimi. Telovadnica je široka 15,2m in dolga 36,6m. Lesene podnice so bile položene vzdolž daljše stranice telovadnice. Javorjeve podnice – radialne in tangencialne teksture - so bile posušene na 6% vlažnost. Polagalci so pustili 25mm reže med položenim lesom in stenami telovadnice. Na žalost, se je kmalu izkazalo, da betonska podlaga ni bila dovolj osušena. Les se je navlažil na 9%. *Kaj se je zgodilo s talno oblogo? *Izračunaj ali so polagalci pustili dovolj prostora za delovanje lesa? *Koliko prostora bi morali pustiti po širini in koliko po dolžini telovadnice, če podnice tečejo vzdolž daljše stranice telovadnice? Komentiraj rezultat! NAVODILA: *Nariši skico. *Izpiši podatke z enotami (dane in tiste, ki jih iščeš). *Iz tabele preberi radialni in tangencialni skrček. (Glede na to, da so podnice radialne in tangencialne, pri izračunu upoštevaj povprečje obeh skrčkov.) *Zapiši formulo za izračun dejanskega skrčka, vstavi podatke z enotami in izračunaj zahtevano! 2. Stene pisarne so obložili s hrastovo oblogo tangencialne teksture. Dimenzije posameznega elementa hrastove obloge so znašale; po debelini 19mm, po širini pa 185mm. Pred vgradnjo, v poletnem času, so oblogo skladiščili v kleti stavbe, približno 3 mesece. V kleti je bila izmerjena temp. 21 stopinj Celzija, relativna zračna vlaga pa je bila visoka – 70%. Po vgraditvi, so začeli z zimsko kurilno sezono; v pisarnah so povprečno namerili 21 stopinj Celzija in dvajset odstotno zračno vlago. *Kaj se je zgodilo s stensko oblogo po vgraditvi in kaj v času skladiščenja v kleti? *Izračunaj, kolikšne reže so nastale med posameznimi elementi hrastove obloge v času kurilne sezone. *V resnici so nastale nekoliko manjše reže od izračunanih – premisli in pojasni zakaj. *Izračunaj, kolikšne reže bi nastale, če bi bila obloga izdelana iz tikovine. Komentiraj. NAVODILA: *Nariši skico. *Izpiši podatke z enotami (dane in tiste, ki jih iščeš). *Iz tabele preberi skrček. *Iz diagrama poišči ravnovesno vlažnost v kleti in pisarni. *Zapiši formulo za izračun dejanskega skrčka, vstavi podatke z enotami in izračunaj zahtevano! VLAŽNOST LESA -U mVODE U= 100(%) m0 3. Tangencialni smrekov ploh vlažnosti 40% je dolg 2,5 m, širok 30 cm in debel 50 mm. Les bomo uporabili v prostoru kjer je temperatura 25 stopinj C in relativna zračna vlažnost 70%. Na kakšno vlažnost moramo posušiti les? Izračunaj nove dimenzije ploha. (Izpiši podatke, skiciraj, izračunaj – upoštevaj enote.) VIRI, LITERATURA, POVEZAVE • http://www.impletum.zavodirc.si/docs/Skriti_dokumenti/Susenje_lesa-Novak_NU.pdf • http://www.korak.ws/clanki/napake-pri-suenju-lesa-1del.html • http://www.korak.ws/strokovnjaki/zeljko-gorisek.html • Učbenik SUŠENJE LESA (Geršak, Velušček) • Učbenik LESARSTVO – ZBIRKA NALOG (Geršak, Prošek)
© Copyright 2024