Tehničko sušenje

Posljednjih se godina sušenje drva na otvorenom sve više zamjenjuje najrazličitijim tehničkim postupcima. Unatoč uvođenju novih tehnika, konvekcijsko komorno sušenje drva na normalnim temperaturama i uz djelomičnu izmjenu zraka i dalje ostaje postupak po kojemu i danas sušimo daleko najveće količine drva – a tako će vjerojatno biti i ubuduće. U praksi takvo sušenje nazivamo klasičnim odnosno konvencionalnim. Drugi postupci tehničkog sušenja ne predstavljaju neku značajniju alternativu, ali su važni kao specijalni, tako da se uzimaju u obzir za točno određene namjene. No, i kod konvencionalnog sušenja sve više se koristimo potpunijom opremom te postižemo sve veću kakvoću osušenoga drva, kraće vrijeme sušenja i manju potrošnju energije.

K13-44-s1-p300.jpgSLIKA BR: 1:  Različite mogućnosti komora za sušenje: A – komora velikoga kapaciteta; B – »industrijska« komora; C – dopunska komora, i D – obrtnička komora

Premoć konvekcijskog komornog sušenja drva na normalnim temperaturama i uz djelomičnu izmjenu zraka temelji se na prednostima koje ono ima zbog velikih mogućnosti odabira veličina te izvedbi potrebnih uređaja. Komore omogućuju da ovo sušenje ima najprikladniji nastavak i održavanje uvjeta sušenja s obzirom na vrstu drva, njegovu debljinu i početnu ili konačnu vlažnost. Iskorištavanje jeftine energije dobivene od ostataka drva te najrazličitije mogućnosti priključka toplinskih medija odlučujuće su prednosti pri donošenju odluke o ulaganjima u nove naprave za sušenje, i govore u prilog konvencionalnim sušionicama.

I struktura novih mogućnosti zadnjih godina – kako kod nas, tako i u Europi – ukazuje na još uvijek postojeće i najveće zanimanje za konvencionalno sušenje, jer se tako suši približno 90 posto ukupnih količina ispiljenoga drva. U posljednje vrijeme se pomalo povećava udio drva sušenog u kondenzacijskim komorama, dok je udio sušenja u vakuumskim komorama dosta promjenjiv. Još treba spomenuti i sušenje na visokim temperaturama u državama sjeverne Europe, iako su svi drugi postupci specijalni i većinom vezani uz postupke iskrivljavanja,  stabiliziranje dimenzija ili zaštitu drva.

KONVENCIONALNO SUŠENJE

Kada govorimo o sušenju u komornim sušionama (engl. kiln drying, njem. Kammertrocknung), najčešće mislimo na konvencionalno sušenje, koje šire nazivamo i konvekcijskim komornim sušenjem drva na normalnim temperaturama i uz djelomičnu izmjenu zraka. Drugi tehnički postupci sušenja koriste se samo iznimno i više su namijenjeni posebnim zahtjevima korisnika.

Komorna sušiona se koristi općenito za sve vrste drva. Drvo u komori miruje, u njoj se izmjenjuje klima, koju prilagođavamo vlažnosti drva s obzirom na njegovu vrstu i debljinu. Drvo sušimo na najvišoj mogućoj temperaturi i uz brze izmjene i kretanje zraka da bi se što prije osušilo. Da bismo osigurali kontinuiranu proizvodnju i visoku kakvoću drva, nakon sušenja drvo još i »temperiramo« i »umirujemo«, i to u prostoru sa nadziranom klimom.

Temperature u konvencionalnim sušionama mogu se – s obzirom na vrstu drva koja se suši, na njegovu debljinu i vlažnost – kretati od 40 do 100 stupnjeva Celziusa, relativna vlažnost zraka je  20- i 100- postotna, a brzina zraka obično oko 1,5 do 4 metra u sekundi. Izraz konvekcijski se odnosi na značajnu razmjenu topline i tvari (vode) sa zrakom. On se u posebnom prostoru (agregatu) kondicionira (zagrijava, vlaži ili se uz djelomičnu razmjenu i odvlažuje) i u prostoru za sušenje zagrijava drvo, te od njega preuzima ispuštenu vodu.

Komorne sušione se razlikuju po svojoj veličini, izvedbi (zidane, metalne), po dimenzijama slogova drva ili po asortimanu, načinu njihovoga punjenja i pražnjenja, po vrsti grijaćeg medija odnosno grijaćih uređaja, po napravama za kruženje zraka te po vrsti mjernih i regulacijskih uređaja.

Netto kapacitet »klasičnih« komora za sušenje iznosi od nekoliko pa do više stotina kubičnih metara, što omogućava primjereni odabir kako za manje obrtničke proizvodnje, tako i za visokoproduktivne industrijske poslovne obrtaje (slika br. 1).

Prije donošenja odluke o odabiru komore za sušenje moramo na odgovarajući način pripremiti i prostor u kojemu namjeravamo postaviti komoru. Za ovo trebamo osigurati:

  • odgovarajuću infrastrukturu (toplina, struja …),
  • dostatnu nosivost, te
  • uređen i dostupan prostor.

Prema konstrukcijskoj izvedbi komore mogu biti zidane ili izvedene kao montažne. Zidane komore su toplinski stabilnije i otpornije na koroziju, ali je izgradnja montažnih brža, lakše se nadograđuju (po sustavu modularne gradnje), a i zagrijavanje se u njima brže odvija. S obzirom na izvedbu, komore za sušenje moraju udovoljavati strogim zahtjevima:

  • toplinske izoliranosti,
  • zabrtvljenosti odnosno nepropusnosti za paru, kondenziranu vodu ili druge kondenzate,
  • otpornosti na koroziju,
  • nosivosti.

Dobra toplinska izoliranost nije važna samo radi smanjivanja transmisijskih gubitaka topline, na što nas upozoravaju visoki troškovi utrošene energije, već i radi sprječavanja kondenzacije vodene pare i drugih hlapljivih i agresivnih organskih komponenti (octena i mravlja kiselina, tanini…) na hladnim površinama. Kondenzat negativno utječe na toplinska svojstva cjelokupne zgrade, agresivno djeluje na ugrađene materijale i smanjuje njihovu trajnost ili kod bojenja drva smanjuje kakvoću osušenog materijala. Opasnosti negativnog utjecaja kondenzata možemo izbjeći:

  • uklanjanjem toplinskih mostova (ventilatori, vrata, dovodi grijaćeg medija i vode za navlaživanje, nosivi konstrukcijski elementi, spojni elementi …) (slika br. 2),
  • drenažnim otvorima izvan komore za sušenje, uz onemogućavanje bilo kakvih oštećenja na konstrukciji,
  • učinkovitim premazima.

Korak_1_06cro4_.inddSLIKA BR. 2: Opasnost od stvaranja toplinskih mostova kod montažne izvedbe komora za sušenje

Dobro izolirane komore za sušenje povećavaju energetsku učinkovitost sustava i smanjuju emisije. Koeficijent provodnosti topline ne bi trebao biti veći od 0,8 W/m2 K, a bolji proizvođači izrađuju konstrukciju sa provodnošću topline ispod 0,4 W/m2 K.

Korak_1_06cro4_.inddSLIKA BR. 3:    Mehanizam navlaživanja zidova komore

U konstrukciji sušione su ugrađena i vrata, koja moraju odgovarati potrebama prijevoza drva i samoj lokaciji. Vrata bi trebala imati što manju površinu, ali svakako moraju biti jednako toplinski izolirana kao i zidovi sušione. Sustavi zatvaranja moraju osiguravati brzo, sigurno i čvrsto zatvaranje. Brtve na vratima moraju biti otporne na visoke temperature i kondenzate; ako su oštećene, treba ih zamijeniti. U okolini vrata najčešće dolazi do kondenzacije, i zato je potrebna dobra zaštita svih dijelova vrata od korozije.

Uređaji za zagrijavanje

Sušenje drva ubrajamo u termodifuzijske postupke, i zato za učinkovito sušenje treba i drvo, a i uređaje u komori zagrijati na temperaturu sušenja, te je potom i tijekom postupka održavati na optimalnoj razini. Najviše topline se troši na početku kod zagrijavanja te u zimskim mjesecima.

Najvažniji dio uređaja za zagrijavanje su grijači, koji djeluju kao toplinski izmjenjivači i namješteni su tako da osiguravaju ravnomjerno zagrijavanje čitave komore. Prijenos topline iz medija zagrijavanja je učinkovitiji od zagrijavanja zraka u komori, pa zato protjecanje topline povećavamo većom površinom (članci rebrastih cijevi, limeni, čelični ili bimetalni navoji …) (slika br. 4).

K13-44-s2-p300.jpgSLIKA BR. 4. Sustav zagrijavanja: A – kotlovnica; B – razdjeljivač toplinskog medija; C – grijaći registar cijevi sa navojem, i D – cijev s limenim navojem

Instalirana snaga grijaćih uređaja ovisna je o veličini komore za sušenje, željenoj temperaturi i brzini sušenja, a ono opet prije svega o vrsti drva, njegovoj vlažnosti i kakvoći sušenja. Snagu sustava zagrijavanja određujemo s obzirom na potrošnju energije za izlučivanje vode iz drva, gubitak topline radi prolaska kroz zidove i vrata uz uzimanje u obzir i klimatske zone te gubitak topline radi izmjenjivanja zraka tijekom sušenja i kod zamjene drva.

Najrazličitije izvedbe grijača omogućuju iskorištavanje različitih grijaćih medija, i zato se možemo prilagoditi toplinskim postrojenjima. Kao grijaći mediji se koriste para pod niskim i visokim pritiskom, vruća voda ili termička ulja.

Električno zagrijavanje se koristi samo iznimno u konvencionalnim komorama za sušenje. U prošlosti se koristilo i neposredno zagrijavanje drva pomoću izgarajućih plinova, ali je ono radi promjene boje drva i mirisa te uvijek postojeće opasnosti od požara napušteno; ponešto izmijenjeni postupak danas se ipak još koristi kod dimljenja drva.

Uređaji za izazivanje kruženja zraka

Još važniji od grijaćih uređaja su u konvekcijskim komorama uređaji za izazivanje kruženja zraka. Najčešće koristimo ventilatore koji moraju osigurati:

  • prijenos topline sa grijača na površinu drva,
  • uklanjanje vodene pare sa površine drva,
  • miješanje zračnih tokova kod izmjene zraka.

Učinkovito izvođenje postupka sušenja ovisi o:

  • – ravnomjernom prozračivanju,
  • – pravilnom formiranju slogova drva,
  • – pravilnom punjenju komore,
  • – aerodinamici cijele sušione.

U vezi optimalnog odabira uređaja za prozračivanje postavlja se niz pitanja. Prije odluke treba potražiti odgovore na sljedeća od njih:

  • Kakva je optimalna brzina kruženja zraka s obzirom na vrstu drva te njegovu debljinu i stanje vlažnosti?
  • Koliko strujanja zraka treba osigurati za ostvarenje toplinske bilance i bilance mase?
  • Kakvi su oslonci u samoj komori, odnosno – kakve razlike u pritisku ti uređaji moraju savladavati?
  • Kolika je potrebna energija?
  • Koji je ventilator najprikladniji uz postojeće strujanje i razliku u pritisku?
  • Kakve su frekvencije kruženja i koja snaga motora potrebni?

U trenutnoj ponudi na tržištu najčešće možemo birati između tri sustava prozračivanja. Najučestaliji su »stropni« osni (aksijalni) ventilatori, za njima dolaze bočno postavljeni ventilatori koji su isto tako osni, samo u pravilu imaju veće promjere, dok se radijalni ventilatori koriste sve manje.

K13-44-s3-p300.jpgSLIKA BR. 5: Najčešće vrste ventilatora: A – osni (aksijalni); B – radijalni, i C – veliki »bočni« ventilatori

Najprikladnije uređaje za izazivanje kretanja zraka moramo odabirati za svaki slučaj zasebno, i to tek nakon što pomno proučimo kako se mogu osigurati sljedeći uvjeti:

  • kretanje dostatnih količina zraka,
  • što manji gubici pritiska,
  • odgovarajuća brzina kretanja zraka,
  • ravnomjerno prozračivanje,
  • manja uporaba energije,
  • što manje vibracija i buke,
  • jednostavna izvedba,
  • dostupnost za redovite radove na održavanju i popravke.

Velika nadmoć osnih ventilatora utemeljena je na:

  • omogućavanju strujanja velikih količina zraka uz manje gubitke pritiska, za što je ujedno potrebna i manja snaga;
  • mogućnostima mijenjanja smjera vrtnje, a time i smjera kruženja zraka (reverziranje) – tako se stvara turbulentno gibanje, dok je sušenje – prije svega u širokim komorama – ravnomjernije;
  • jednostavnim i jeftinijim izvedbama te na jednostavnoj ugradnji.

Unatoč bitnim prednostima aksijalnih ventilatora, moramo navesti i njihove nedostatke:

  • veći pad pritiska, što uvelike smanjuje ostvarivost i ravnomjernost sušenja, pa zato drvo treba brižljivije slagati u slogove;
  • postižu dosta manje brzine, posebno kod reverzibilnih izvedbi;
  • reverzibilni ventilatori imaju i slabiju iskoristivost (h = 0,6).

Prednosti radijalnih ventilatora su:

  • postizanje većih brzina zraka, a time i prikladnije uporabe u komorama za sušenje crnogorice;
  • manja osjetljivost na razlike u pritisku – dodatni otpor više ne utječe tako izrazito na brzinu sušenja.

Međutim, veliki nedostaci radijalnih ventilatora su:

  • neravnomjerno prozračivanje,
  • zahtjevnija izvedba,
  • uporaba u komorama za sušenje manjih širina, jer ovi ventilatori nisu reverzibilni.

U komorama za sušenje možemo osigurati učinkovito kruženje zraka i postavljanjem ventilatora tik uz složene slogove drva. Prednosti ovih bočno postavljenih ventilatora su:

  • postavljeni su na optimalnim mjestima,
  • imaju veliki protok zraka,
  • zračne struje nisu osjetljive na neprizmatično slaganje,
  • ventilatori su učvršćeni na tlu – zato ima manje vibracija i buke,
  • lakše se održavaju.

Bočno postavljeni ventilatori nisu više uvriježeni u uporabi zbog neravnomjernog sušenja, jer je razlika u brzini zraka na ulazu i izlazu iz sloga velika, a to opet ograničava širinu odnosno veličinu komore. Veliku poteškoću predstavlja i »kratko« kruženje, pa je potrebno mnogo pozornosti kod pripreme slogova i kod punjenja komore.

Najmanja prihvatljiva brzina zraka koja još uvijek osigurava ujednačene uvjete sušenja i kod vrlo sporo sušećih vrsta drva iznosi 1,3 metra u sekundi; za sušenje gušćih drva bjelogorice preporučit će se brzine od 1,5 do 2,5 metra u sekundi (što znači – od 0,15 do 0,3 kW instalirane snage na kubični metar), a za crnogoricu od 3 do 4 metra u sekundi (tj. od 0,25 do 0,4 kW instalirane snage na kubični metar). U komorama sa uzdužnim propuhivanjem brzine moraju iznositi od 4 do 8 metara u sekundi. Novije komore imaju još i mogućnost reguliranja brzine kruženja zraka, koja kod sušenja svježega drva mora biti najveća, i smanjuje se tijekom sušenja drva ispod točke zasićenja stijenki stanica. Ovdje treba naglasiti i zahtjev za većom brzinom zraka kod sušenja drva svjetlijih boja, ukoliko im želimo očuvati boju.

Uređaji za ujednačavanje relativne vlažnosti zraka

Osim ujednačavanja odgovarajuće temperature, u postupku sušenja je još važnije da osiguramo propisane relativne vlažnosti zraka, koje neposredno određuju i oštrinu sušenja. Zbog izlučivanja velikih količina vode oštrina se neprestano smanjuje, pa zato zrak tijekom procesa sušenja treba ovlaživati, odnosno sušiti. Zrak možemo osušiti zagrijavanjem, kondenzacijom i njegovom stvarnom izmjenom. Ovo posljednje je i najuobičajenije kod komornog konvekcijskog sušenja u normalnim temperaturama. Za promjenu zraka koriste se otvori sa zračnicima i poklopcima, kojima se ujednačavaju količine ulaznog i izlaznog zraka. Dovoljan broj i dimenzije zračnih otvora osiguravamo zbog ravnomjernih promjena zraka u komori. Kod blažih režima treba osigurati i dobro brtvljenje, dok je kod sušenja svježega drva dostatna i količina zraka koji se izmjenjuje.

Zračnike možemo i izolirati da bismo spriječili kondenzaciju i kapanje vode na drvo. Kako pri promjenama zraka dolazi do gubitaka topline, između izlaznih i ulaznih zračnih otvora smještamo rekuperatore topline i time povećavamo toplinsku učinkovitost cijeloga sustava.

Radi izlučivanja velikih količina vode iz drva, zrak treba ovlaživati u komori za sušenje, izuzev:

  • kod zagrijavanja,
  • kod sanacije kolapsa – rekondicioniranja,
  • kod uklanjanja kore,
  • na kraju sušenja između izjednačavanja i kondicioniranja,
  • kod bojenja (parenje),
  • kod sterilizacije.

Za ovlaživanje se koriste ovlaživači sa vodom ili vodenom parom (tabela br. 3). Za ovlaživač se predviđa uporaba 4 kilograma pare na kubični metar drva u jednom satu.

ZAKLJUČAK

Konvencionalno sušenje će se u budućnosti usmjeravati na smanjenje utroška energije i dobivanje drva visoke kakvoće. Ovi će se ciljevi moći postići uvođenjem novih sustava za rekuperaciju topline te, prije svega – traganjem za najboljim i najzgodnijim novim programima sušenja drva, te njihovom primjenom. To znači i uvođenje novih računalnih izvedbi postupka sušenja, koji će omogućiti ne samo održavanje propisanih vrijednosti temperature, relativne vlažnosti zraka, uravnotežene vlažnosti drva i nadzor nad brzinom zraka, već i prihvaćanje i praćenje stupnja vlažnosti i kritičnih napetosti.

izv. prof. dr. Željko Gorišek, dipl. ing. drv.

PODIJELI