i_capitolul 7.pdf

7/25/2019 i_Capitolul 7.pdf

1/12

86

Capitolul 7.

Uscarea convenionali uscarea prin condensare

7.1. Uscarea convenionalUscarea prin schimb de aer cu mediul exterior este numit n prezent i

uscare convenional, datorit faptului c este cel mai cunoscut i cel mairspndit procedeu de uscare. Uscarea convenionaleste un procedeu de uscareprin convecie cu aer cald, la temperaturi sub 100C i presiune atmosferic.

7.1.1. Principiu

Principiul uscrii convenionale const n circularea forat cu ajutorul

unor ventilatoare axiale 1 a aerului nclzit de caloriferul 3 prin stivele decherestea 4, asigurndu-se astfel cedarea continu de cldur ctre materialullemnos i totodatpreluarea umiditii ndeprtatdin acesta. Pentru eliminareaumiditii n exces din aer, o parte din aerul circulat este exhaustat n exteriorprin couri 6 prevzute cu clapete reglabile, simultan fiind admis o cantitateegalde aer proaspt prin courile-pereche 5. Umezirea aerului (atunci cnd estenecesarpentru a reduce cderea de umiditate pe seciunea pieselor) se face cuajutorul unor evi cu orificii 2 (n cazul umezirii cu vapori) sau cu duze depulverizare (n cazul umezirii cu ap rece). Schema principial a uscriiconvenionale este prezentat n Fig. 7.1, iar Fig. 7.2 prezint construcia unei

instalaii construitpe acest principiu.

Fig. 7.1. Schema principiala uscriiconvenionale.

Fig. 7.2. Construcia unei instalaiide uscare convenionale

(Brunner-Hildebrand 1987).


2/12

87

7.1.2. Performane

Performanele uscrii convenionale pot fi apreciate drept medii:

durata este scurtla uscarea rinoaselor, dar relativ mare la uscarea foioaselortari, n special dac se ncepe uscarea artificial de la o umiditate ridicat a

materialului. n Tabelul 7.1 se prezintvalorile orientative ale duratei de uscareconvenionala cherestelei de categoria a II-a, de la o umiditate iniialmediede 60% la o umiditate finalde cca. 12%;

consumul specific de energie are valori cuprinse ntre 120 i 360kWh/m3 larinoase i mai mari, ntre 220 i 730kWh/m3 la foioase tari (valorile de lalimita inferioarfiind pentru grosimi sub 30mm, iar cele de la limita superioarpentru grosimi mai mari de 80mm); n cadrul consumului energetic total, cca.75% reprezintenergie termici 25% energie electric;

calitatea uscrii este foarte bun la rinoase i bun la foioase tari, n cazul

aplicrii corecte a regimurilor de uscare, frforare pentru reducerea duratei.

Tabelul 7.1Durata de uscare prin procedeul cu schimb de aer cu mediul exterior

a ctorva specii indigene

Durata de uscare, zileGrosime,mm Brad, molid Pin, cedru,

plopMesteacan,

arinFag, frasin,

lariceStejar

19 -22 1 - 2 2 3 5 1024 30 2 - 3 2 - 3 4 6 1230 - 40 3 3 5 6 - 8 1540 -50 3 - 4 4 6 10 2050 -60 4 - 5 5 8 12 2560 - 70 6 6 10 15 3070 - 80 6 - 8 8 12 20 -

7.1.3. Domeniul optim de aplicabilitate

Domeniul de aplicabilitate al uscrii convenionale este foarte larg.

Uscarea convenional este, practic, un procedeu universal, prin care se poateusca lemn de orice specie, cu orice grosime, de la o umiditate iniialorict demare pnla umiditi finale, Uf6%.

7.1.4. Instalaii de uscare

Instalaiile convenionale moderne sunt de construcie metalic, fiindrealizate din panouri semifabricate de tip sandwich (table de aluminiu la interiori exterior, ntre care se aeaz un strat termoizolant din polistiren sau


3/12

88

poliuretan)(Fig. 7.3), fixate pe un schelet din profile metalice (Fig. 7.4). Fadeinstalaiile mai vechi, realizate din zidrie, aceastsoluie constructivmodularpermite mai multflexibilitate, transport mai facil i montare rapid(2-3 zile laclient, cu condiia ca suprafeele betonate de aezare sfie deja pregtite).

Fig. 7.3. Structura constructiva

pareilor, planeului i uilor lainstalaiile metalice de uscare

(Foto SECEA).

Fig. 7.4. Schelet metalic al instalaiilor

de uscare (Foto SECEA)

Pentru a putea asigura toate funciile implicate de procesul de uscare,respectiv:

- nclzirea aerului i a materialului;

- umezirea aerului;

- circulaia aerului prin stiv;

- eliminarea umiditii ndeprtate din lemn,

instalaia de uscare este dotatcu o serie de componentedestinate ndepliniriiacestor funcii, respectiv:

- schimbtoare de cldur(calorifer);

- evi de umezire;

- ventilatoare;

- couri pentru schimbul de aer cu mediul exterior.

Caloriferul are rolul de a ridica temperatura aerului din interiorulinstalaiei la valoarea de regim i de a asigura o nclzire ct mai uniformn totcuprinsul camerei. El este format din evi cu aripioare, dispuse mai multe pe unrnd i uneori pe mai multe rnduri paralele sau n ah i este amplasat ninteriorul instalaiei, la nivelul planeului intermediar, uniform distribuit pe toatlungimea instalaiei (vezi Fig. 7.2).

Agentul termic care trece prin evile de calorifer poate fi abur (vapori) sauapnclzitsub presiune (t= 100 - 140C).


4/12

89

La nclzirea cu vapori trebuie avut n vedere centalpia (coninutul decldur) al vaporilor crete proporional cu presiunea, motiv pentru care este maieconomic s se utilizeze vapori de presiune ridicat. n acest caz, pentruobinerea unei anumite temperaturi este necesar o suprafa mai redus acaloriferului, iar consumul de vapori este mai mic. n general se recomand

folosirea vaporilor cu presiune p = 2 - 5 bar. Valorile consumului specific devapori,n kg /kgapndeprtat sunt prezentate n Tabelul 7.2.

Tabelul 7.2

Consumul specific de vapori de joaspresiune (p=1,5bar) la uscarea

convenionala cherestelei

Umiditatea cherestelei Specia Consumul specific devapori

qsp.vap, kg/kgapevaporat

Stare verde(U >UPSF)

Foioase tariRinoase, foioase moi

2,0 - 3,51,5 - 2,0

Sub limita dehigroscopicitate

(U UPSF)

Foioase tari

Rinoase, foioase moi

3,0 - 4,5

2,0 - 3,5

Apa ca agent termic prezint fa de vapori avantajul unei stabilitivolumice mai bune la variaii ale presiunii i deci permite o reglare mai precisadebitului. n plus, circuitul de recirculare este mai simplu (nu mai sunt necesare

regulatoare de presiune, dispozitive de evacuare a condensantului etc.).

Fig. 7.5. eavbimetalicdenclzire.

Structura optim din punct devedere al materialelor folosite nconstrucia evilor de nclzire cuaripioare este structura bimetalic(Fig.7.5), constnd dintr-un tub din oelinoxidabil V2A, peste care esteaplicat o manta din aluminiu, n cares-au confecionat aripioarele.

Avnd n vedere coelul inoxidabil rezistfoarte bine n medii alcaline,n timp ce aluminiul este mai maleabil i rezistent n medii acide, aceaststructur rezistdeopotriv la aciunea agentului termic cu alcalinitate ridicat(care trece prin interiorul tubului din oel inoxidabil) i la aciunea acizilor care


5/12

90

se degaj din lemn la uscare (i care vine n contact numai cu nveliul dinaluminiu).

Coeficientul de transmitere a cldurii k la evile bimetalice este netsuperior evilor din oel, avnd valori ntre 0,034 0,047 kW/m2grd, n funciede viteza i densitatea aerului care trece prin calorifer.

evile de umezire. Pentru a putea regla umiditatea relativ a aeruluicorespunztor regimului de uscare este necesar ca instalaia de uscare s fieprevzutcu o sursde umezire. Construcia acesteia depinde de tipul agentuluide umezire utilizat, care poate fi:

- vapori saturai de joaspresiune;

- aprece dedurizat.

Umezirea cu vapori este soluia aplicat n general atunci cnd inclzirea se face cu vapori. Vaporii pentru umezire trebuie saibpresiuni de

minim 0,5 bar i maxim 2 bar la 110C, mai micdect cea a vaporilor pentrunclzire. De aceea, nainte de a fi dirijai spre eava de umezire, este necesar cade la distribuitor, vaporii pentru umezire s fie trecui printr-un reductor depresiune. n cazul umezirii cu vapori, eava de umezire este o eav lis dinaluminiu, cu diametrul de cca. 38mm, prevzutcu orificii (=3-5 mm), situatela 50-150mm distan unul fa de cellalt pe lungimea evii. Consumulspecific de vapori pentru umezire este de 5-8 kg/hm3.

Umezirea cu ap rece se aplic n cazul n care nu exist posibilitateaproducerii de vapori pentru umezire i atunci cnd i nclzirea se face cu ap. n

acest caz, eava de umezire este prevzutcu duze (Fig. 7.6), care pulverizeazapa sub presiune ridicat, transformnd-o n cea. Dezavantajul umezirii cu apconst n ntreinerea dificil a duzelor, care au tendina de a se nfunda prindepunerile de calcar. Pe de altparte pH-ul apei nu poate fi mrit orict pentrucaluminiul nu rezistla aciunea alcaliilor. Se recomandpH = 7, reglabil prinintermediul unei staii de dedurizare a apei. Consumul specific de apla umezireeste de cca. 4 kg/hm3.

Indiferent de agentul folosit, instalaia de umezire trebuie s asigure odistribuie uniform a vaporilor (sau a ceii) n cuprinsul camerei de uscare.eava de umezire se amplaseaz ntotdeauna la nivelul planeului intermediar,

la ieirea aerului din ventilator, cu orificiile ndreptate n direcia curentului deaer (vezi Fig. 7.1). Se va evita amplasarea evii cu orificii sau a duzelor nimediata apropiere a stivei, pentru cstropii de appteazmaterialul, cauzndaa-numitelepete de condens(puncte negre).


6/12

91

Fig. 7.6. eavde umezire cu duze de pulverizare a apei.

Ventilatoarele. Rolul ventilatoarelor este de a crea circulaie forat aaerului n camera de uscare. Ele au un rol esenial n asigurarea transferului decldurde la mediu ctre material i a prelurii umiditii eliminate din lemn. n

acest context, este important ca ventilatoarele s asigure o circulaie ct maiuniform a aerului prin stive, cu viteze de peste 1m/s. Valori optime seconsider v = 23,5m/s la uscarea rinoaselor i v = 1,5-2,5m/s la uscareafoioaselor.

Instalaiile moderne de uscare sunt dotate cuventilatoare axiale, cu diametru de cca.700mm, antrenate individual de motoareelectrice cu carcasare special pentru a rezistaaciunii corozive a mediului din interiorul

instalaiei de uscare (Fig. 7.7). De asemenea,este important ca motoarele s permitinversarea sensului de rotaie, avnd n vederec circulaia reversibil a aerului prin stivembuntete semnificativ uniformitateauscrii.

Fig. 7.7. Ventilator axial cu motor electric

montat direct pe axul ventilatorului.

Courile de aer. Schimbul de aer ntre instalaie i mediul exterior pentrundeprtarea umiditii eliminate din lemn se realizeaz prin intermediul unorcouri de seciune circularsau dreptunghiular(Fig. 7.8), cu diametrul (latura)de cca. 25-35mm. Courile de aer sunt prevzute cu clapete (ibere) pentrureglarea debitului de aer admis i evacuat, prin aceasta realizndu - se reglareaumiditii relative a aerului n sensul scderii acesteia.


7/12

92

Courile de aer sunt mereu n numr par, jumtate avnd rolul de admisiea aerului proaspt i cealaltjumtate de evacuare a aerului utilizat. La circulaiareversibil a aerului, courile preiau succesiv att funcia de admisie a aeruluiproaspt, ct i pe cea de evacuare a aerului utilizat. Clapetele suntinterconectate, astfel nct cantitatea de aer admis s fie ntotdeauna egal cu

cea a aerului evacuat.Din punct de vedere constructiv, courile de aer trebuie sfie bine izolate

termic, iar clapetele sasigure o nchidere etan, pentru a reduce pierderile declduri perturbarea circulaiei aerului din instalaie.

n cazul unor couri de aer subdimensionate (cnd se observcreducereaumiditii relative nu se face suficient de rapid, conform regimului), serecomandintroducerea unor mici ventilatoare suplimentare n acestea, pentru amri viteza aerului prin co(Fig. 7.9).

Fig. 7.8. Couri pentru schimbul deaer cu mediul exterior, prevzute cuclapete pentru reglarea debitului de

aer admis i evacuat.

Fig. 7.9. Creterea vitezei aeruluiprin cocu ajutorul unui mic

ventilator ncorporat.

7.2. Uscarea cu desumidificarea aerului prin condensare

Uscarea cu desumidificarea aerului prin condensare este, ca i uscareaconvenional, un procedeu de uscare prin convecie n mediu gazos de aer cald,

care se desfoarintegral la temperaturi sub 100C i presiune atmosferic.Diferena ntre cele dou procedee const n modul n care se faceeliminarea din aer a umiditii preluate din lemn. Spre deosebire de uscareaconvenional, la care aerul ncrcat cu vapori de ap este exhaustat natmosfer, la uscarea prin condensare aerul parcurge un circuit nchis,desumidificarea sa avnd loc prin rcirea i condensarea vaporilor de ap ntr-un agregat anexat (desumidificator), care funcioneazpe principiul pompei decldur(Fig. 7.10).


8/12

93

7.2.1. Principiu

Fig. 7.10. Principiul uscrii cu desumidificarea aerului prin condensare iconstrucia instalaiei.

Agregatul pentru desumidificare se poate anexa oricrui spaiu nchis cu oconstrucie adecvatdin punct de vedere al izolaiei termice i hidrofuge, n carese introduce materialul stivuit ca i n cazul uscrii convenionale.

Dup trecerea prin stivele de cherestea, aerul ncrcat cu vapori de apintr n agregatul de desumidificare, fiind absorbit pe la partea inferioar ainstalaiei de ventilatorul axial 1.

Trecnd peste o baterie de rcire 2, aerul se rcete pnla o temperatursub cea a punctului de rou, moment n care vaporii pe care i conine setransformncondens i se eliminprintr-o conductde evacuare, fiind colectaintr-un rezervor. Cantitatea de condens fiind egal cu cantitatea de umiditateeliminat din lemn, acesta este un mijloc de urmrire a scderii umiditiilemnului frsenzori.

Totodat, la trecerea prin bateria de rcire 2, care are rolul de vaporizatorpentru agentul frigorific care trece prin ea, aerul i cedeaz cldura acestuiagent. n trecut se folosea ca agent frigorific freonul, dar din motive ecologice(ntruct atac stratul de ozon), acesta a fost nlocuit la instalaiile mai noi cu


9/12

94

propan sau butan Agentul frigorific evaporat de cldura cedat de aer estecomprimat cu ajutorul compresorului 3i pompat n bateria 4. Redevenind lichidprin condensare, el i cedeaz cldura aerului care trece peste bateria deinclzire 4. Astfel, aerul desumidificat i recupereaz o parte din cldurapierdutprin desumidificare. Randamentul de recuperare este de 25-30%.

Pentru nclzirea aerului desumidificat pnla temperatura de regim estenecesar nc o baterie de nclzire electric 5. Aerul astfel renclzit idesumidificat este refulat apoi de ctre ventilatorul 6 n camera de uscarepropriu - zis, unde este antrenat de ctre ventilatoarele acesteia 7i condus dinnou prin stivele de material 9.

Deoarece pompa de cldur nu funcioneaz dect dup ce temperaturaaerului a atins 30C, pentru a asigura nclzirea iniialeste necesar ca incinta deuscare sfie dotati cu o sursproprie de cldur8(fie electric, fie calorifernclzit cu vapori, apcaldsau cu ulei termic).

Agregatul de desumidificare poate fi amplasat direct n spaiul de uscare(Fig. 7.11a), dar din cauza pericolului de coroziune se recomandamplasarea san afara acestuia (Fig. 7.11b). Toate elementele sale componente trebuie s fieexecutate din aluminiu sau oel inoxidabil.

a.

b.

Fig. 7.11. Agregat dedesumidificare a aerului prin

condensare amplasat ninteriorul (a) i n afara (b)

instalaiei de uscare.

7.2.2. Performane

Caracteristica de baza acestui procedeu o reprezinttemperatura relativsczutde uscare. Din motive tehnice, care in de condiiile de funcionare alepompei de cldur, aceasta este de maxim 70C, la instalaiile cele mai noi.Datorit acestui fapt, uscarea decurge lent, nefiind recomandat n cazulspeciilor predispuse la albstreal(ex.: pin) i nici n cazul speciilor de culoaredeschis la care se dorete meninerea culorii (ex.: paltin, frasin, fag, arin),


10/12

95

deoarece expunerea ndelungat a acestora la o clim foarte umed, cutemperaturmoderatduce la apariia coloraiilor nedorite.

Puterea specific instalat a compresorului este de 0,17-0,22kW/m3 larinoase i 0,33-0,44kW/m3 la foioase tari. La aceasta se adaug putereaspecificinstalata bateriilor suplimentare de nclzire (5 i 8), de 14kW/m3.

Randamentul maxim al agregatului de desumidificare este maxim lanceputul uscrii, cnd se elimin apa liber din lemn, i are valori de 100-130lap/h. Pe msura scderii umiditii sub punctul de saturaie a fibrei,randamentul scade i astfel, consumul specific de energie electriccrete de cca.6 ori de la 0,3 kW/kg ap evaporat (la Ui > UPSF) pn la 1,9kW/kg apevaporat, la Uf< 15 %.

Pentru atingerea unor umiditi finale sub 15% n condiii economice maiavantajoase, agregatul de desumidificare trebuie prevzut cu couri de aerproaspt i aer utilizat, uscarea decurgnd n aceast perioad ca o uscare

convenional.Prin urmare, performanele uscrii prin condensare comparativ cu uscarea

convenionalpot fi sintetizate dupcum urmeaz(Cmpean 1997):

duratele de uscare sunt mai lungi dect la uscarea convenional, din cauzatemperaturii mai joase;

consumul specific de energie se situeazcam la jumtate, cu valori cuprinsentre 120kWh/m3 la rinoase i 250kWh/m3 la foioase tari. Trebuie nsmenionat cacest consum energetic este exclusiv electric, astfel c n rile ncare costul energiei electrice este mult mai ridicat fade cel al energiei termice,

costul uscrii devine mai mare la uscarea prin condensare, n ciuda consumuluispecific mai redus;

calitatea uscrii este foarte bundatorit regimului blnd de uscare; excepiefac sortimentele cu umiditate iniial foarte ridicat la care exist pericolul dencindere i alte forme de atac fungic, favorizate de prezena apei libere n lemni a unei umiditi relative ridicate a mediului de uscare, datoritduratei relativlungi necesare scderii umiditii lemnului sub punctul de saturaie a fibrei.

7.2.3. Domeniul optim de aplicabilitate

Dei prin acest procedeu se poate usca lemn de orice specie, oricegrosime, de la orice umiditate iniialpn la o umiditate finalde 12 - 15 %,calculele economice au artat c aplicarea acestui procedeu este optim nurmtoarele condiii:

- la specii de foioase tari, cu grosimi peste 40 mm i specii de rinoase,cu grosimi peste 120 mm;


11/12

96

- la sortimente care trebuie uscate pn la umiditi finale mai mari de15%, deoarece sub aceastvaloare durata se lungete foarte mult;

- cnd ntreprinderea nu dispune de sursproprie de energie termic;

- cnd capacitatea necesara fi uscatzilnic nu este prea mare.

7.3. Rezumat

Uscarea convenionaleste un procedeu de uscare prin convecie cuaer cald, la temperaturi sub 100C i presiune atmosferic.

Durata uscrii convenionale variazde la 1-2 zile pentru cheresteasubire de rinoase pn la peste 30 de zile n cazul cheresteleigroase de foioase tari.

Uscarea convenional este un procedeu energo-intensiv, care

necesitatt energie termic(pentru nclzire), ct i energie electric(pentru circulaia forata aerului). Necesarul de energie variazde la120kWh/m3 n cazul rinoaselor, pn la peste 600kWh/m3 laspeciile de foioase tari.

Elementele componente obligatorii ale unei instalaii convenionalede uscare sunt: caloriferul, eava de umezire, ventilatoarele i courilepentru schimbul de aer cu mediul exterior.

La uscarea prin condensare aerul parcurge un circuit nchis,desumidificarea sa avnd loc prin rcirea i condensarea vaporilor de

apntr- un agregat anexat camerei de uscare propriu-zise. Agregatulcuprinde o baterie de rcire, un compresor i o baterie de nclzire ifuncioneazpe principiul pompei de cldur.

Comparativ cu uscarea convenional, uscarea prin condensare estecaracterizat de durate mai lungi de uscare, regimuri mai blnde iconsum energetic mai redus.

Uscarea prin condensare se recomand n cazul uscriisortimentelor de foioase tari i a rinoaselor groase, precum i ncazul cnd ntreprinderea nu dispune de surs proprie de energietermic.


12/12

97

7.4. Test de evaluare a cunotinelorMarcai cu x rspunsul corect:

1. Diferena ntre uscarea convenionali cea prin condensare estedatde:

modul de nclzire a lemnuluimodul de desumidificare a lemnului

modul de desumidificare a aerului

2. Durata uscrii cherestelei de pin este mai redusla:

uscarea convenional

uscarea prin condensare

uscarea natural

3. Consumul specific de energie la uscarea convenionalacherestelei de stejar cu grosimi sub 40mm este:

cca. 300kWh/m3

cca. 730kWh/m3

sub 120kWh/m3

4. n cazul uscrii prin condensare a lemnului cu umiditate iniialridicatexistpericolul de apariie a:

crpturilor

colapsuluimucegaiului

5. O ntreprindere dorete achiziionarea unei instalaii de uscare, darnu dispune de sursproprie de agent termic. Sortimentele prelucrateinclud predominant cherestea de fag. ntreprinderea dispune de terenpentru depozitarea n aer liber a cherestelei. i recomandaiachiziionarea unei instalaii de uscare:

convenional; deoarece

prin condensare; deoarece .

alt tip (specificai care.); deoarece

NOT:

Soluiile testului de evaluare sunt indicate la sfritul cursului, n Anexa 2.

i_capitolul 7.pdf

Documents