3.4 VREDNOTENJE LASTNOSTI POVRŠIN LESA
4.1.2 Kinetika sušenja bukovine, debeline 12 mm, v odvisnosti od hitrosti gibanja
Slika 37 Konvekcijsko sušenje bukovine, debeline 12 mm (d2), z ţagano- (levo) ter s skobljano površino (desno) v odvisnosti od hitrosti gibanja zraka (v1 = 0,6 m/s, v2 = 1,1 m/s, v3 = 2,5 m/s, v4 = 4,5 m/s, v5 = 7,6 m/s).
Figure 37 Dependency of conventional drying kinetics of beechwood, thickness of 12 mm (d2), with sawn- (left) and planed surface (right) on the air velocity (v1 = 0,6 m/s, v2 = 1,1 m/s, v3 = 2,5 m/s, v4 = 4,5 m/s, v5 = 7,6 m/s).
4.1.2 Kinetika sušenja bukovine, debeline 12 mm, v odvisnosti od hitrosti gibanja zraka
V primerjavi s sušenjem preizkušancev bukovine, debeline 6 mm (d1), je v splošnem sušenje preizkušancev, debeline 12 mm (d2), potekalo počasneje, za doseganje končne vlaţnosti pa so bili potrebni daljši časi. Tudi pri tej debelini lesa je povečevanje hitrosti gibanja zraka ob površini preizkušancev pozitivno vplivalo na sušilno hitrost, vendar manj kot pri tanjših preizkušancih (d1) (Slika 37). Začetna sušilna hitrost se je splošno z dvigom hitrosti gibanja zraka ob površini preizkušancev iz 0,6 m/s (v1) na 7,6 m/s (v5) povečala relativno za 60%. Primerjalno, je pri tanjših preizkušancih (d1) takšen dvig hitrosti zraka povzročil kar podvojitev začetne sušilne hitrosti.
Pri tej debelini preizkušancev (d2) nismo zaznali značilnih razlik v začetni sušilni hitrosti med preizkušanci z ţagano (Ţ) in skobljano površino (S). Odziv začetne sušilne hitrosti glede na spremembo hitrosti gibanja zraka ob površini je bil podoben pri obeh proučevanih serijah. Pri 0,6 m/s in 1,1 m/s hitrosti zraka ob površini preizkušancev je začetna sušilna hitrost znašala med 1,3 %/h do 1,4 %/h. Povečanje hitrosti zraka ob površini preizkušancev lesa na 2,5 m/s, 4,5 m/s ter 7,6 m/s je povzročilo nekoliko večji dvig začetne sušilne hitrosti, na vrednosti 2,2 m/s, 2,3 m/s ter 2,5 m/s (Priloga A.1-A.5, Priloga B.1-B.5, Slika 37).
Splošno počasnejše sušenje preizkušancev debeline 12 mm (d2), primerjalno s tanjšimi preizkušanci (d1) (Poglavje 4.1.1), potrjuje tudi analiza celotnega sušilnega upora na začetku procesa. Časovna konstanta ter s tem celotni sušilni upor je pri teh preizkušancih (d2) več kot 2,5-krat večja v primerjavi s tanjšimi preizkušanci (d1), in prav tako
Slika 38 Odvisnost časovne konstante (η) od hitrosti zraka (v) ob površini bukovih preizkušancev, debeline 12 mm (d2), z ţagano- (●) in s skobljano površino (○).
Figure 38 Dependency of time constant (η) on the air velocity (v), at conventional drying of beechwood, thickness of 12 mm (d2), with sawn- (●) and planed surface (○).
eksponentno pojema s povečevanjem hitrosti gibanja zraka (Slika 38). Pri hitrosti zraka do 1,1 m/s ima niţja snovna prestopnost še učinek na celotni sušilni upor, ki je posledično višji. Zgolj pri najniţji hitrosti zraka (v1 = 0,6 m/s) hkrati še zaznamo učinek lastnosti površine na snovno prestopnost, ki je bila višja pri skobljanih preizkušancih, kot pa pri preizkušancih z ţagano površino (η(Ţ) = 42,4 h; η(S) = 37,5 h). Z dvigom hitrosti gibanja zraka na 2,5 m/s in več, pa ţe v začetku sušenja notranji snovni upor prevladuje, ter v celoti obvladuje masni tok vode s površine preizkušancev v okolico (η = 28,2 h do 31,1 h).
Pri teh hitrostih (v ≥ 2,5 m/s) ni več razlik med skupinama preizkušancev (S, Ţ), celotni snovni upor pa se tudi s povečevanjem hitrosti zraka več ne spreminja.
Tudi analiza masnega toka vode s površin preizkušancev (d2) v okolico razkrije podobnosti s serijo tanjših preizkušancev (d1). Izkaţe se, da je doseţen začetni masni tok vode s površine debelejših preizkušancev primerljiv s serijo tanjših preizkušancev (d1), praktično na celotnem intervalu variiranja hitrosti zraka (Preglednica 3, Slika 39, Slika 40). Pri hitrosti zraka 0,6 m/s in 1,1 m/s smo na začetku sušenja dosegli masni tok med 70 g/m2h in 80 g/m2h. Bistveno povečanje masnega toka se je tudi pri tej seriji pojavilo s hitrostjo zraka 2,5 m/s (140 g/m2h do 147,5 g/m2h). Nadaljnje povečevanje sušilne hitrosti na 4,5 m/s ter 7,6 m/s pa je k povečanju začetnega masnega toka prispevalo le še zanemarljivo malo, kjer smo dosegli vrednosti masnega toka med 162 g/m2h in 167 g/m2h. Slednja ugotovitev se sklada z rezultati analize celotnega sušilnega upora, saj pri višjih hitrostih zraka sušenje poteka ob prevladujočem notranjem snovnem uporu (Slika 38).
Preglednica 3 Vrednosti koeficientov v modelu masnega toka vode (Enačba 44) (R2 - determinacijski koeficient, a - začetni masni tok, uk - prevoj funkcije, k - hitrost pojemanja masnega toka, b - velikost pojemka masnega toka v prevojni točki (uk), uT - vlaţnost prehoda iz faze konstantne v fazo padajoče sušilne hitrosti) v odvisnosti od hitrosti zraka nad površino lesa (v) pri sušenju bukovih preizkušancev, debeline 12 mm (d2), s skobljano- (S) in z ţagano površino (Ţ).
Table 3 Dependency of the coefficients in the model of water mass flow (Equation 44) (R2 –coefficient of determination, a – initial water mass flow, uk – model inflection point, k - rate of water mass flow decrease, b – water mass flow decrease at the inflection point (uk), uT - transition wood moisture content) on the air velocity (v) at conventional drying of beehwood, thickness of 12 mm (d2), with sawn- (left) and planed surface (right). seriji preizkušancev (d2) hitrejše pri uporabi nizke hitrosti zraka ob površini preizkušancev, ki v 1. fazi sušenja povzroči tudi manjši začetni masni tok. Vrednost koeficienta (k) pri višjih hitrostih gibanja zraka pri obeh serijah preizkušancev (S, Ţ) postopoma pada.
Dodatno pa primerjava vrednosti koeficienta (k) s tanjšimi preizkušanci (d1) (Preglednica 2) pokaţe na značilno zmanjšanje vrednosti koeficienta pri debelejših preizkušancih (d2) (Preglednica 3), ne glede na uporabljeno hitrost gibanja zraka ob površini lesa. Ta razlika se izkazuje v postopnejšem zmanjševanju sušilne hitrosti pri debelejših preizkušancih glede na njihovo povprečno vlaţnost, ţe vse od samega začetka sušilnega postopka.
Teoretična vlaţnost prehoda v fazo signifikantno padajoče sušilne hitrosti (uT) je pri tej debelini preizkušancev (d2) v povprečju absolutno za 8% višje, kot pri tanjših preizkušancih (d1) (Preglednica 3). Pri tej seriji (d2) je višja hitrost gibanja zraka ob površini preizkušancev prav tako povzročala zgodnejše pojemanje začetnega masnega toka vode glede na povprečno vlaţnost lesa. Najkasnejši prehod v fazo signifikantno padajoče sušilne hitrosti, glede na povprečno vlaţnost lesa, se je tako pojavil pri ţaganih preizkušancih lesa, pri hitrosti zraka 0,6 m/s, in sicer pri 64% povprečni vlaţnosti. Sušenje z višjo hitrostjo zraka (7,6 m/s) pa je pri obeh serijah preizkušancev (S, Ţ) takšen prehod povzročilo ţe pri povprečni vlaţnosti lesa nad 80%.
Slika 39 Masni tok vode pri konvekcijskem sušenju bukovine z ţagano površino, debeline 12 mm (d2), v odvisnosti od povprečne vlaţnosti lesa pri različnih hitrostih gibanja zraka (v1, v2, v3, v4, v5).
Figure 39 Dependency of water mass flow on average wood moisture content at conventional kiln drying of sawn beechwood, thickness of 12 mm (d2), at various air velocities (v1, v2, v3, v4, v5).
Slika 40 Masni tok vode pri konvekcijskem sušenju bukovine s skobljano površino, debeline 12 mm (d2), v odvisnosti od povprečne vlaţnosti lesa pri različnih hitrostih gibanja zraka (v1, v2, v3, v4, v5).
Figure 40 Dependency of water mass flow on average wood moisture content at conventional kiln drying of planed beechwood, thickness of 12 mm (d2), at various air velocities (v1, v2, v3, v4, v5).
Tudi pri tej debelini lesa (d2) ugotavljamo pri hitrostih zraka do 4,5 m/s (v4) nekoliko višjo vlaţnost prehoda v fazo značilno padajoče sušilne hitrosti pri preizkušancih s skobljano površino (S), kot pa pri ţaganih (Ţ). Ta razlika vlaţnosti prehoda v fazo ireverzibilno padajoče sušilne hitrosti pa je v primerjavi s tanjšimi preizkušanci (d1) manjša pri vseh hitrostih zraka (Preglednica 2) in je statistično neznačilna. Glede na ugotovljen prevladujoč prestopni snovni upor na začetku sušenja lesa z najniţjo hitrostjo zraka (v1 = 0,6 m/s) obstaja moţnost kratkotrajno nespremenljivega masnega toka le v ozkem vlaţnostnem intervalu na začetku sušenja lesa, pri najniţji hitrosti zraka (v1). Le pri teh pogojih (v1) je tako moč pričakovati tudi kratkotrajno fazo sušenja z dokaj konstantno sušilno hitrostjo, ki lahko zaradi niţje snovne prestopnosti pri preizkušancih z ţagano površino (Slika 38) traja do niţje povprečne vlaţnosti lesa. Pri višjih hitrostih zraka nad površino preizkušancev debeline 12 mm (v ≥ 2,5 m/s), pa nespremenljive sušilne hitrosti na začetku sušenja ţaganih in skobljanih preizkušancev več ne moremo zaznati (Slika 38, Slika 39, Slika 40).
Hitrost gibanja zraka ob površini preizkušancev, pa podobno kot na teoretično vlaţnost prehoda v fazo značilno padajoče sušilne hitrosti (uT) vpliva tudi na vlaţnost v prevojni točki modela masnega toka (uk) (Preglednica 3, Slika 41). Le ta prav tako narašča s povečevanjem hitrosti gibanja zraka ob površini preizkušancev, hitreje pri niţji hitrosti zraka (v ≤ 2,5 m/s). Pri tem so razlike med preizkušanci z ţagano (Ţ) in skobljano površino (S) zanemarljivo majhne. Povprečna vlaţnost lesa (uk) je pri vseh hitrostih zraka ob površini preizkušancev visoka, med 43,4% in 56,2%, torej vselej na vlaţnostjo nasičenja celičnih sten.
Slika 41 Odvisnost vlaţnosti v prevoju modela masnega toka vode (uk) od hitrosti zraka (v) ob površini preizkušancev bukovine, debeline 12 mm (d2), z ţagano- (●) in s skobljano površino (○).
Figure 41 Dependency of moisture content at model inflection point (uk) on the air velocity (v) at
conventional drying of beechwood, thickness of 12 mm (d2), with sawn- (●) and planed surface (○).
Slika 42 Konvekcijsko sušenje bukovine, debeline 18 mm (d3), z ţagano- (levo) ter s skobljano površino (desno) v odvisnosti od hitrosti gibanja zraka (v1 = 0,6 m/s, v2 = 1,1 m/s, v3 = 2,5 m/s, v4 = 4,5 m/s, v5 = 7,6 m/s).
Figure 42 Dependency of conventional drying kinetics of beechwood, thickness of 18 mm (d3), with sawn- (left) and planed surface (right) on the air velocity (v1 = 0,6 m/s, v2 = 1,1 m/s, v3 = 2,5 m/s, v4 = 4,5 m/s, v5 = 7,6 m/s).
4.1.3 Kinetika sušenja bukovine, debeline 18 mm, v odvisnosti od hitrosti gibanja