Rozrzut wilgotności w partii wysuszonej tarcicy pozostaje nieuniknionym, ale niekoniecznie trwałym skutkiem realizacji procesów suszenia konwekcyjnego, jeżeli wysuszoną tarcicę podda się procesowi sezonowania. Celem sezonowania tarcicy jest ograniczenie rozrzutu wilgotności powstałego w trakcie realizacji procesu suszenia przez kontrolowane zmiany wilgotności tarcicy w określonych warunkach oddziaływania powietrza wilgotnego. Zmiany wilgotności tarcicy przesuszonej i niedosuszonej podczas sezonowania, ze względu na zjawisko histerezy sorpcji, mają różny charakter (odpowiednio nawilżanie i wysychanie) oraz zakres i przebieg. Dlatego zapewnienie właściwych warunków sezonowania wymaga uwzględnienia rzeczywistych wartości wilgotności równowagowej drewna, odrębnie dla tarcicy przesuszonej i niedosuszonej. Wyniki dotychczasowych badań wskazują na to, że właściwości higroskopijne drewna mogą ulegać zmianie pod wpływem temperatury suszenia, naprężeń desorpcyjnych towarzyszących suszeniu oraz cyklicznej sorpcji, którą wywołują oscylacyjne zmiany parametrów powietrza w efekcie rewersyjnych zmian kierunku przepływu powietrza. Dlatego aktualna pozostaje tematyka badań właściwości higroskopijnych drewna z uwzględnieniem jego historii technologicznej oraz zjawiska histerezy sorpcji w celu określenia warunków bardziej efektywnego sezonowania tarcicy o nadmiernym rozrzucie wilgotności końcowej.
Nieliczne publikacje dotyczą analizy wpływu różnych czynników na rozrzut wilgotności końcowej tarcicy z wykorzystaniem metod statystycznych opartych na wieloczynnikowej analizie wariancji oraz symulacji za pomocą modeli stochastycznych. Wyniki wskazują na istotność wpływu na rozrzut wilgotności tarcicy po suszeniu: rodzaju drewna, grubości tarcicy i rodzaju tkanki (biel i twardziel), a także pierwotnego zróżnicowania właściwości drewna i usytuowania tarcicy w obrębie załadunku suszarki. Stanowi to dodatkowy argument za kontynuowaniem badań dotyczących uwarunkowań rozrzutu wilgotności tarcicy po suszeniu.

[fragment książki]

Wprowadzenie. Możliwość zastosowania partii wysuszonej tarcicy do produkcji wyrobów z drewna, po spełnieniu innych wymagań, ostatecznie określana jest na podstawie rozrzutu wilgotności. Różnorodność sposobów pozyskiwania i składowania surowca tartacznego, technologii pozyskania tarcicy i jej suszenia oraz sezonowania po suszeniu w połączeniu z wewnątrzgatunkowym zróżnicowaniem właściwości drewna powoduje, że osiągnięcie wymaganej jakości suszenia wymaga odpowiedniej wiedzy. Celem niniejszej pracy jest uzupełnienie i usystematyzowanie dotychczasowej wiedzy na temat czynników, które determinują rozrzut wilgotności tarcicy po suszeniu. Przeprowadzone badania służyły zwiększeniu możliwości zapobiegania niekontrolowanym zmianom wilgotności tarcicy i wyeliminowaniu niepożądanych skutków realizacji etapów procesu produkcyjnego wyrobów z drewna związanych z konwekcyjnym suszeniem tarcicy. Wzrost stopnia integracji konwekcyjnego suszenia tarcicy z innymi etapami procesu produkcyjnego, tj. z pozyskaniem i przygotowaniem tarcicy do suszenia oraz jej sezonowaniem bezpośrednio po suszeniu, decyduje o możliwości zapewnienia odpowiedniej jakości suszenia, określonej m.in. przez dopuszczalny rozrzut wilgotności partii tarcicy po suszeniu.

Metody. Wykonano badania źródeł pierwotnego i wtórnego zróżnicowania wilgotności tarcicy. Przeprowadzono eksperymenty wyznaczania izoterm sorpcji, z uwzględnieniem różnych warunków oddziaływania powietrza na drewno. Analizie poddano różne warianty technologii konwekcyjnego suszenia tarcicy oraz różne warunki sezonowania tarcicy o wadliwej wilgotności bezpośrednio po suszeniu. Szczególną uwagę zwrócono na aspekt zróżnicowania warunków wysychania tarcicy podczas procesu suszenia jako efekt nierównomiernego przepływu powietrza w suszarkach konwekcyjnych. W badaniach wykorzystano świeżo pozyskaną tarcicę sosnową rodzimego pochodzenia o różnym stanie obróbki mechanicznej. Do analizy i interpretacji badanych wielkości, tj. szerokości przyrostów rocznych, gęstości drewna, wilgotności bielu i twardzieli, początkowej i końcowej wilgotności tarcicy, wilgotności tarcicy po zakończeniu sezonowania, a także prędkości powietrza w suszarce zastosowano miary statystyki opisowej oraz metody wnioskowania statystycznego. W celu określenia istotności różnic przeciętnych wartości charakteryzujących badane wielkości wykorzystano analizę wariancji. Przy opisie badanych zależności wykorzystano modele empiryczne w postaci równań wielomianowych drugiego lub trzeciego stopnia.

Wyniki. Wykazano, że duża wewnątrzgatunkowa zmienność gęstości drewna może być czynnikiem, który potęguje zróżnicowanie wilgotności partii tarcicy przed suszeniem. Kluczowym czynnikiem dla rozrzutu wilgotności początkowej tarcicy sosnowej w załadunku suszarki jest zróżnicowany udział twardzieli, zależny od średnicy kłody i położenia tarcicy na przekroju poprzecznym. W analizowanych przypadkach sortymentów tarcicy obrzynanej o grubości 23 mm i 50 mm udział twardzieli w tarcicy zmieniał się pięciokrotnie. Wykazano, że dopuszczenie zróżnicowania wymiarów tarcicy powoduje dodatkowy wzrost różnic wilgotności między pojedynczymi sztukami tarcicy, które tworzą załadunek suszarki, przy czym zróżnicowanie szerokości tarcicy wywiera większy wpływ na opisywany efekt niż różnice długości. Wyniki eksperymentów sorpcji wskazują, że powodem realizacji procesu suszenia z niekontrolowaną intensywnością w początkowej fazie (wb > 30%) może być to, że nie uwzględnia się w obliczeniach gradientu suszenia wilgotności równowagowej charakterystycznej dla pierwszej desorpcji wody w drewnie. Wykazano, że powodem różnicowania intensywności wysychania świeżo pozyskanej tarcicy i źródłem wzrostu rozrzutu wilgotności początkowej w załadunku suszarki mogą być klimatyczne uwarunkowania pogody w różnych rejonach Polski. Wyznaczono zakres zmian wilgotności tarcicy podczas niekontrolowanego oddziaływania warunków otoczenia w sytuacji przedłużającego się czasu przygotowania do suszenia partii świeżo pozyskanej tarcicy. Stwierdzono, że istotnymi czynnikami, od których zależy zróżnicowanie warunków suszenia w załadunku suszarki, jest prędkość powietrza, która istotnie zależy od prędkości obrotowej wentylatorów, grubości tarcicy, a także od sposobu konfiguracji pakietów tarcicy w stosie. Rewersyjne zmiany kierunku przepływu powietrza nie pozwalają wyeliminować skutków zróżnicowania warunków suszenia między środkową i skrajną strefą załadunku suszarki. Zwiększenie równomierności przepływu powietrza w załadunku suszarki może być efektem redukcji prędkości obrotowej wentylatorów. Wykazano, że osiągnięcie wilgotności w zakresie dopuszczalnego rozrzutu podczas sezonowania tarcicy wymaga uwzględnienia histerezy sorpcji oraz parametrów uprzednio realizowanego procesu suszenia.

1. WPROWADZENIE

2. CEL I ZAKRES PRACY

3. ZAŁOŻENIA METODYCZNE
3.1. Założenia wstępne
3.2. Wyznaczenie właściwości drewna i suszonych materiałów drzewnych (tarcicy)
3.3. Określenie wpływu konstrukcji suszarki i warunków eksploatacji na proces suszenia tarcicy
3.4. Określenie wpływu technologii suszenia na jakość tarcicy po suszeniu
3.5. Metody analizy danych doświadczalnych

4. WŁAŚCIWOŚCI DREWNA DETERMINUJĄCE PRZEBIEG I JAKOŚĆ SUSZENIA TARCICY
4.1. Zróżnicowanie udziału bielu i twardzieli w drewnie okrągłym i tarcicy
4.2. Właściwości fizyczne drewna wpływające na proces suszenia – podatność na suszenie
4.3. Izotermy pierwszej desorpcji wody w drewnie

5. WILGOTNOŚĆ TARCICY PRZED SUSZENIEM
5.1. Zakres pierwotnego zróżnicowania wilgotności drewna
5.2. Zróżnicowanie wilgotności tarcicy bezpośrednio po przetarciu
5.3. Zróżnicowanie wilgotności tarcicy bezpośrednio przed suszeniem

6. TECHNOLOGIA SUSZENIA TARCICY
6.1. Związki technologii suszenia tarcicy z intensywnością suszenia
6.2. Zróżnicowanie parametrów i prędkości powietrza w stosie – wyniki badań w warunkach produkcyjnych
6.3. Ocena jakości suszenia – modele empiryczne wpływu wybranych czynników technologicznych na wilgotność tarcicy po suszeniu

7. MOŻLIWOŚCI ZMNIEJSZENIA ZRÓŻNICOWANIA WILGOTNOŚCI TARCICY W PROCESIE SEZONOWANIA
7.1. Wpływ histerezy sorpcji i oczekiwanej wilgotności końcowej tarcicy
7.2. Wpływ udziałów tarcicy niedosuszonej i przesuszonej

8. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

9. LITERATURA

Introduction. The potential use of a batch of dried sawn timber for the production of wood products, after meeting other requirements, is ultimately determined on the basis of the moisture content variation. The diversity in harvesting and storage of round wood, sawmilling and drying of timber as well as seasoning after drying, combined with variations of wood properties, makes it necessary to have extensive knowledge in this area to obtain required drying quality. That is why this research was carried out. Its main aim was to supplement and systematize the existing knowledge concerning factors that determine moisture content variation in sawn timber after drying. The goal of the research was also to increase the ability to prevent uncontrolled changes in the moisture content of sawn timber and to neutralize undesirable effects of the stages of the production process of wood products with respect to kiln-drying of timber. The increased integration of timber kiln-drying with other stages of the production process, such as sawmilling and preparation of timber for drying, as well as its seasoning immediately following drying, determines the potential to ensure an appropriate drying quality, determined, among other things, by an acceptable moisture content variation in the timber batch after drying.

Methods. Research was conducted on the primary and secondary sources of sawn timber moisture content variation. Experiments were performed to determine the sorption isotherms, taking into account different variants of air conditions. Different variants of timber kiln-drying as well as different seasoning conditions of timber with inappropriate moisture contents were analyzed immediately after drying. Special attention was paid to the aspect of different timber drying conditions during kiln-drying as an effect of uneven airflow in convection dryers. Freshly cut pine timber of indigenous origin in various states of mechanical processing was used in the study. Descriptive statistics as well as statistical analysis methods were used to analyze and interpret the studied values, i.e. the width of annual growth rings, wood density, moisture contents of sapwood and heartwood, initial and final moisture contents of timber after seasoning, as well as air velocity in the dryer. The analysis of variance was used to determine the significance of differences in average values characterizing the studied parameters. Empirical models in the form of second- or third-order polynomial equations were developed to describe the examined relations.

Results. It has been shown that high intra-species variability of wood density may be a factor that increases variability of moisture contents in a batch of timber before drying. The key factor for the variation of initial moisture contents in pine timber in the kiln load is the varied content of heartwood depending on the log diameter and the position of the sawn timber in the cross section. In the analyzed cases of 23- and 50-mm thick edged timber assortments, the share of heartwood in sawn timber changed five times. It was shown that different dimensions of timber causes an additional increase in moisture differences between individual pieces of sawn timber, which make up the load of the kiln. Hence, the variation in the width of the sawn timber was found to have a greater effect on the effect described than the variation in length. The results of sorption experiments indicate that the reason for the drying process with uncontrolled intensity in the initial phase (wb > 30%) may result from the fact that the equilibrium moisture content of wood, characteristic to the initial desorption, is not taken into account in the calculations of the drying gradient. It was similarly shown that weather conditions in various regions of Poland may be the reason for the variation in the intensity of drying of freshly cut timber and the source of increased variation in the initial moisture content in the kiln load. The range of changes was determined for the timber moisture content during the uncontrolled influence of environmental conditions at a prolonged preparation time of a batch of freshly cut timber for drying. It was found that air velocity, which significantly depends on the fan speed, timber thickness, as well as the configuration of timber packages in the stack, is an important factor determining the differences in drying conditions in kiln loading. Reversible changes in the direction of airflow do not eliminate the effects of different drying conditions between the inner and outer zones of the kiln load. Increasing the uniformity of airflow in the kiln load may result from a reduced fan speed. It has been shown that in order to obtain timber moisture content within the range of acceptable variation during seasoning sorption hysteresis as well as parameters of the previous drying process need to be taken into account.