Slika 26 Oprema za adaptivno sušenje lesa: 1 - PLC krmilnik (DPC-420), 2 - PC s programsko opremo LabVIEW 8.0, 3 - usmerjevalnik zračnega toka, 4 - tehtnica (Exacta 300 EB), 5 - sonda za merjenje hitrosti zraka (Testo 435-4), 6 - obešalo z nosilcem za preizkušanec.
Figure 26 Equipment for the adaptive drying of wood: 1-PLC controller (DPC-420), 2 – PC with LabVIEW 8.0 software, 3 – air flow liner, 4 – electronic balance (Exacta 300 EB), 5 – anemometer probe (Testo 435-4), 6 – holder of drying sample.
3.3 KONVEKCIJSKO SUŠENJE LESA PRI ADAPTIVNIH POGOJIH 3.3.1 Sušilna oprema in eksperimentalna zasnova
Eksperimente adaptivnega sušenja lesa smo prav tako izvajali v laboratorijskem sušilnem kanalu TLS-01. V tem primeru smo v eksperimentalno komoro postavili usmerjevalnik gibanja zraka, v katerega smo na začetku postopka namestili obešalo z nosilnim podstavkom in preizkušancem za sušenje. Obešalo z nosilcem preizkušanca smo pri tem prosto vpeli na laboratorijsko tehtnico (Exacta 300 EB), zgornjo ravnino preizkušanca pa smo s pomočjo nivelirnega vijaka izravnali z ravnino usmerjevalnika. Na lokaciji preizkušanca, t.j. 20 mm pred preizkušancem ter 0,5 mm nad površino, smo z digitalnim anemometrom Testo-435/4 s sondo z ţarilno nitko, določali hitrost zraka na 0,01 m/s (Slika 26). Tako kot pri stacionarnih sušilnih eksperimentih smo tudi v tej eksperimentalni zasnovi predpostavili enodimenzijsko enostransko sušenje lesa.
Preko osebnega računalnika smo s programsko opremo LabVIEW 8.0®, proizvajalca National Instruments Ltd., s serijsko povezavo komunicirali s PLC krmilnikom DPC-420 in z laboratorijsko tehtnico Exacta 300 EB.
3.3.2 Algoritem vodenja sušilnega procesa
Algoritem za sušenje lesa pri adaptivnih procesnih pogojih smo razvili na osnovi ideje o prilagajanju hitrosti sušenja lesa dejanski sposobnosti materiala za izločanje vode (Bučar, 2009a). Avtor navaja, da lahko s sušilnimi pogoji neposredno učinkujemo le na zunanji snovni upor, posredno pa vplivamo tudi na sušilni potencial ter na notranji snovni upor v samem sušečem materialu. Pri sušenju lesa večinoma prevladuje notranji snovni upor, le ta pa je odvisen od lesne vrste, strukture materiala, orientacije tkiv ter tudi fiziološkega stanja. Med procesom sušenja se običajno notranji snovni upor še povečuje s padanjem lesne vlaţnosti ali s povečevanjem sušilne hitrosti ter posledičnega vlaţnostnega gradienta.
V splošnem predstavlja sušenje pri adaptivnih pogojih diskretno povečevanje sušilnega potenciala, ko pri tem narašča tako masni tok izločene vode s sušeče površine lesa, kot tudi v notranjosti preizkušanca. Obratno, se v primeru negativnega odziva lesa na diskretno povečanje sušilnega potenciala zahteva manjšanje sušilnega potenciala. V iteracijah tako sledi poizkušanje ponovnega dvigovanja sušilnega potenciala, oz. pojemanje v primeru negativnega odziva materiala. V takšnem zaprto-zančnem sistemu so tako nastavljeni sušilni pogoji vsake prihodnje iteracije odvisni od rezultata, t.j. doseţenega masnega toka vode, v predhodni iteraciji. Pričakovati je, da takšno prilagajanje pogojev sušenja povzroča tudi kratkotrajno nihanje sušilne hitrosti, ki pa bi naj bila integralno gledano velika, ter glede na celotni sušilni upor tudi optimalna.
3.3.2.1 Značilnost, zagon in delovanje programa »Adaptivno sušenje«
Algoritem za adaptivno vodenje sušilnega procesa smo izdelali v grafičnem programskem okolju LabVIEW 8.0® (Slika 28). Program »Adaptivno sušenje« se v splošnem deli na 2 dela:
1. sklop: Komunikacijski del
Ta del je namenjen komunikaciji uporabnika s programsko opremo. V pogovornem oknu se zahteva vnos osnovnih podatkov o preizkušancu lesa, kot so začetna (uz), ţelena končna vlaţnost (uk) in tranzicijska vlaţnost (uD), t.j. vlaţnost pri kateri algoritem preide v delovanje po difuzijskem reţimu. Vnesti je potrebno tudi širino in dolţino preizkušanca. Pri sušilnih parametrih mora uporabnik definirati še začetno temperaturo sušenja Tz, največjo dovoljeno končno temperaturo sušenja Tmaks, ter najmanjši interval temperaturne spremembe ΔT.
Podobne nastavitve so potrebne prav tako za relativno zračno vlaţnost (θz – začetna, θmaks – najvišja dovoljena ter Δθ – najmanjši interval spremembe relativne zračne vlaţnosti) kot tudi hitrost gibanja zraka (vz – začetna, vmaks – najvišja dovoljena ter Δv – najmanjši interval hitrosti gibanja zraka ob obdelovancu) (Slika 27).
V tem sklopu se hkrati preko serijske komunikacije s PLC krmilnikom ter tehtnico pridobivajo tudi podatki o nastavljenih vrednostih (temperature Tn, relativne zračne vlaţnosti θn in hitrosti zraka vn) ter dejanskih vrednostih spremenljivk (temperature Td, relativne zračne vlaţnosti θd, hitrosti zraka vd in mase preizkušanca mpreizkušanca).
2. sklop: Odločitveni del
Odločitveni del temelji na spremljanju mase preizkušanca lesa s časom sušenja, ki se pridobiva v 1. sklopu. V tem delu se s pomočjo časovnega spremljanja mase preizkušanca izračunava dejanski masni tok vode s površine lesa ( ), kot tudi sprememba masnega toka po času ( ; smt). Zajem navedenih spremenljivk v določenem časovnem intervalu je vključen v odločanje o sušilnem potencialu. Potrebni pogoji za povečanje sušilnega potenciala (sp) (Slika 29):
a) Pri večjem trenutnem masnem toku vode ( ) od predhodnega ( ):
b) Pri manjšem ali enakem trenutnem masnem toku vode ( ) od predhodnega ( ):
Slika 27 Del pogovornega okna algoritma »Adaptivno sušenje« za vnos izhodiščnih vrednosti o preizkušancu in ţelenih pogojih sušenja.
Figure 27 Communication interface of adaptive drying software.
Sušilni potencial je pri konvekcijskem sušenju lesa v splošnem določen s temperaturo sušenja (T), relativno zračno vlaţnostjo (θ) (ali ekvivalentno drugo spremenljivko – psihrometrsko razliko ali pa z ravnovesno vlaţnostjo lesa) ter s hitrostjo gibanja zraka (v) ob površini lesa. V raziskavi in v algoritmu smo ločili sušilni potencial pri visokih lesnih vlaţnostih za izločanje proste vode (u > uTNCS) od tistega za sušenje lesa pod točko nasičenja lesnih vlaken (uTNCS), prehod pa se je izvedel pri postavljeni tranzicijski vlaţnosti (uD; 1. sklop). Tako smo v prvem delu sušenja za potencial uporabili relativno zračno vlaţnost in hitrost gibanja zraka, pri sušenju pod uD pa smo uporabili relativno zračno vlaţnost in temperaturo sušenja. Velikost spremembe sušilnega potenciala v posameznem časovnem intervalu je bila odvisna od nastavljenih vrednosti za najmanjšo spremembo relativne zračne vlaţnosti (Δθ), hitrosti zraka (Δv) in temperature sušenja (Δv) (1. sklop).
Slika 28 Blokovni diagram algoritma adaptivnega sušenja v LabView 8.0 (1 – osnovne nastavitve, 2 – masni tok vode, 3 – sušilni potencial, 4 – nastavitve sušilnega potenciala).
Figure 28 Block diagram of the algorithm of the adaptive drying in LabView 8.0 (1 – initial settings, 2 – water mass flow, 3 –drying gradient, 4 – drying gradient settings).
Slika 29 Blokovni diagram sušilnega potenciala v algoritmu adaptivnega sušenja.
Figure 29 Block diagram of the drying potential, used in the algorithm of the adaptive drying.