Posebni postupci tehničkog sušenja, 1. dio

Dugotrajnost i rasipanje energije tijekom sušenja drva su već dugo predmet rasprava, a ponekad se radi spomenutih značajki traže drugi, racionalniji postupci sušenja na osnovi najrazličitijih tehnika. Unatoč tome, još uvijek je najčešće konvekcijsko – komorno sušenje na normalnoj temperaturi s aktivnom izmjenom zraka. Nove tehnike se više ili manje ubrajaju u posebne postupke, koji se koriste za sušenje drva sa posebnim zahtjevima, ili su sastavni dio postupaka koji se odvijaju i događaju usporedno (impregnacija, dubinska zaštita, stabilizacija dimenzija, iskrivljavanje …). k14-42-s1-p-150.jpgSlika br. 1: Tijek kruženja vlažnog zraka i sredstva za rashlađivanje kod kondenzacijskog sušenja
Među važnijim postupcima su se u praksi uvriježile sljedeće vrste sušenja drva: kondenzacijsko, solarno, vakuumsko i sušenje u dielektričnom polju visoke frekvencije, mada u posebnim odnosima i u proizvodnji s posebnim zahtjevima. Većinom ne predstavlja alternativu konvencionalnom sušenju, ali zato barem – učinkovitu dopunu.

KONDENZACIJSKO SUŠENJE

Kod svih postupaka konvekcijskog sušenja drva za prijenos topline na površinu drva koristimo zrak, koji sa površine preuzima vlagu. Radi velike količine vode koja izlazi iz drva, zrak treba odvlažiti, da bismo mu u procesu sušenja opet povratili učinkovitost. Kod konvencionalnog sušenja to radimo aktivnom izmjenom zraka, a značaj kondenzacijskog sušenja je odvlaživanje zraka sa hlađenjem ispod rosišta.

Kondenzacijsko sušenje odvija se u zatvorenom sustavu. Iskorišteni vlažni zrak iz komore za sušenje odvodimo u kondenzacijski agregat (slika br. 1). Odvlaživanje se odvija rashlađivanjem zraka na hladnim površinama toplinskog izmjenjivača – uparivača. Pri tome se oslobađa dio senzibilne i latentne topline, koja se koristi za zagrijavanje rashladnog sredstva, što kruži u sekundarnom, unutarnjem dijelu uparivača. Vlažan zrak se hladi ispod temperature rosišta, a količina kondenzirane vode ovisna je o stupnju rashlađenja (točka 2–2` na slici br. 2). Zrak je radi hlađenja nakon prolaska kroz uparivač zasićen (relativna vlažnost zraka je 100-postotna), te zato nije iskoristiv za sušenje (točka 2` na slici br. 2). Prije ponovnog uvođenja u proces sušenja moramo ga zagrijati na temperaturu koju propisuje službeni režim odnosno program (točka 3 na slici br. 2).

k14-42-s2-p-230.jpgSlika br. 2: Termodinamičke promjene zraka kod kondenzacijskog sušenja: 1 – stanje vlažnog zraka pri ulasku u kondenzacijski agregat; 1–2 hlađenje vlažnog zraka na uparivaču do rosišta; 2–2` podhlađivanje zraka i kondenzacija vodene pare; DY – masa kondenzirane i izlučene vodene pare iz kilograma suhoga zraka; 2–3 zagrijavanje zraka na temperaturu sušenja; 3–1 adiabatno sušenje drva u komori za sušenje

Kod prihvaćanja energije na uparivaču, sredstvo za rashlađivanje se pretvara u paru i prelazi u kompresor. Tu ga adiabatno tiještimo te odvodimo do kondenzatora, gdje opet ekspandira. Pri tome se pretvara u tekućinu i daje znatnu količinu toplinske energije. Oslobođena toplina se koristi za zagrijavanje zraka, kojega onda tako pripremljenog možemo opet usmjeriti prema komori za sušenje.

Kondenzacijski agregat djeluje prema načelu toplinske crpke i zato želimo da je grijaći broj što viši (grijaći broj je odnos između dobivene toplinske energije, koja se oslobađa na kondenzatoru, i uloženog dijela kod adiabatnog tiješnjenja rashladnog sredstva na kompresoru).

U kondenzacijskom agregatu važnu ulogu ima sredstvo za hlađenje i zato mora ispunjavati posebne zahtjeve: kod niskog vrelišta mora imati što veću specifičnu toplinu i toplinu isparavanja; ne smije biti zapaljivo, toksično i korozivno; mora biti termički i kemijski stabilno te ekološki prihvatljivo. Prvobitno korišteni kemijski nestabilni hologenizirani ugljikovodici, poznati i kao freoni (R-12 CHCl2F2), zamjenjuju se stabilnijima (R-134 CH2-CF2) ili nadomještaju amonijakom odnosno ugljikovim dioksidom.

Kondenzacijsko sušenje najčešće se odvija na temperaturama do 45 stupnjeva Celziusa, što je temperatura ugodna za sušenje svježeg drva, za postizanje nižih završnih vlažnosti mada se vrijeme sušenja nesrazmjerno produžuje. Uporabom prikladnijih sredstava za hlađenje i tehnologija (IT – integrirana tehnologija) u zadnje se vrijeme postižu temperature do 72 stupnjeva Celziusa, a vrijeme sušenja postaje usporedivo sa vremenima potrebnim kod konvencionalnog sušenja. Oštrinu sušenja u komori za sušenje određujemo količinom zraka koji  dovodimo preko kondenzacijskog agregata (slika br. 3).

k14-42-s3-p-230.jpgSlika br. 3: Unutrašnjost komore za sušenje i kondenzacijski agregat

Niže temperature sušenja osiguravaju blaže odnose, i zato se postiže bolja kakvoća osušenog drva, a postupak je prikladan i za sušenje debljih i problematičnijih vrsta drva.

Najveća prednost kondenzacijskog sušenja je velika energetska učinkovitost koju povećava zatvorenost sistema, dok je većina korištene energije – električna, koja je u pravilu skuplja od toplinske, dobivene od ostataka drva.

SUŠENJE SUNČEVOM ENERGIJOM (SOLARNO SUŠENJE)

Sadašnja energetska opskrba temelji se prije svega na grijanju fosilnim gorivima, nataloženima u unutrašnjosti zemlje. Posljedica prevelike uporabe su smanjenje količine tih goriva i ispuštanje štetnih tvari u atmosferu, jer opasno ugrožavaju prirodnu energetsku i ekološku ravnotežu. Upravo spoznaje o potrebi nadomještanja fosilnih goriva postavljaju obnovljive izvore energije sve više u središte pozornosti. Među primarnim izvorima prevladava energija sunčevih zraka, jer bi njihova na zemlji prikupljena energija daleko premašila potrebe čovječanstva.

Energetski zahtjevi su kod sušenja drva vrlo veliki i zato se zanimanje za uporabu sunčeve energije povećalo i kod tog postupka prerade drva, naročito zbog bolje iskoristivosti ostataka drva.

Razvitak i uporaba solarnih sustava sušenja drva su se dosad odvijali u četiri stupnja:

  1. a) prirodni sustavi grijanja,
  2. b) aktivni sustavi sunčevoga grijanja,
  3. c) solarni sustavi s akumulacijom,
  4. d) kombinirani solarni sustavi.

Najosnovniji tip sunčane komore za sušenje je prirodno zagrijavanje preko neposrednih sustava staklenih zidova, neposrednih sustava masivnog zida ili Tombe-Michelovog zida i staklenika – zimskih vrtova (slika br. 4). U praksi se koriste kombinirani sustavi, jer se tako iskorištavaju sve prednosti ili nadomještaju nedostaci pojedinih izvedbi. Sunčeve zrake se preko zastakljenih površina prenose u unutrašnjost prostora, gdje se toplina akumulira u podovima ili stijenkama komore (apsorberima). Dodatni ventilatori u prostoru za sušenje osiguravaju ravnomjerno zagrijavanje i sušenje naslaganih slogova drva.
k14-42-s45-p-300.jpgSlika br. 4: Jednostavna izvedba komore za sušenje sa prirodnom i  prisilnom konvekcijom: 1 – aksijalni ventilator, 2 – zastakljenje, 3 – apsorbirajuća površina, 4 – stropna pregrada, 5 – zaklopci za izmjenu zraka
Slika br. 5: Aktivni solarni sustav za sušenje drva: 1 – aksijalni ventilator, 2 – spremnik sunčeve energije (kolektor), 3 – zaklopci za izmjenu zraka, 4 – stropna pregrada

Najvažniji element aktivnih solarnih sustava je spremnik sunčeve energije (SSE) odnosno kolektor, koji apsorbira zračenje sunca i pri tome se zagrijava (slika br. 5). Prijenosnici topline (voda, zrak) prenose energiju u komoru za sušenje. Najveća poteškoća nastaje pri skladištenju topline za daljnje vremensko razdoblje.

U ispunjenim sustavima se trenutni suvišak energije prenosi u akumulacijske sisteme (slika br. 6). Tako se smanjuju dnevne i godišnje fluktuacije, a toplina se koristi onda kada je nedostaje.

k14-42-s67-p-250-400.jpgSlika br. 6: Aktivni solarni sustav s akumulacijom energije: 1 – aksijalni ventilator, 2 – spremnik sunčeve energije (kolektor), 3 – zaklopci za izmjenu zraka, 4 – stropna pregrada, 5 akumulator topline, 6 – trostrani ventil
Slika br. 7: Aktivni solarni sustav za sušenje drva: 1 – aksijalni ventilator, 2 – spremnik sunčeve energije (kolektor), 3 – zaklopci za izmjenu zraka, 4 – stropna pregrada, 5 akumulator topline, 6 – trostrani ventil, 7 – toplinska crpka

Učinkovitost solarnog sušenja se najbolje može povećati u kombinaciji sa kondenzacijskim sušenjem odnosno drugim metodama za iskorištavanje otpadne energije, tj. njezinom rekuperacijom (slika br. 7).

U solarnim komorama za sušenje susrećemo se i sa nekim posebnim uvjetima sušenja, koji se dosta razlikuju od najčešće korištenog konvekcijskog sušenja u komori na normalnoj temperaturi s aktivnom izmjenom zraka. U solarnim komorama je temperatura koja se postiže uvijek niža od one propisane u režimima za konvencionalno sušenje, a ponekad i snažno varira između naslaganih drva u noći, od dana do dana, u ljetno vrijeme naročito, i naravno – s obzirom na vremenske uvjete, što također utječe na postignute uvjete sušenja. Vrlo važno je određivanje oštrine sušenja i zahtijevane ravnomjerne vlažnosti. Klima u komori za sušenje određuje se »navlaživanjem« i izmjenom zraka. Temperatura u solarnoj komori za sušenje je funkcija intenzivnosti i trajanja zračenja, temperature okoline i parametara koji vladaju u komori za sušenje (izolativnost, zastakljenost, dimenzije kolektora, brzina propuhavanja). Temperaturne razlike između okoline i komore su kod sušenja svježeg drva razmjerno male, no temperaturna razlika raste utoliko više, što je niža vlažnost drva. Temperatura u komori je najniža ujutro, jer se komora tijekom noći rashlađuje, a akumulacija sunčeve energije na kolektorima još nije dostatna, a i radi nagiba kolektora (slika br. 8).

k14-42-s8-p-150.jpgSlika br. 8: Usporedba krivulja sušenja i parametara sušenja (globalnog sunčevog isijavanja, temperature i relativne vlažnosti zraka) solarnog sušenja (SS) sa sušenjem na otvorenom (SP)

Najveće poteškoće kod određivanja temperature uzrokuju ograničena količina sunčeve energije i snažne fluktuacije.

Za izmjenu zraka u komori s onim iz okoline moraju biti ispunjena dva uvjeta:

  • ravnomjerna vlažnost u komori mora biti viša od programski određene,
  • apsolutna vlažnost vanjskog zraka mora biti manja od one u komori.

Izmjena zraka je najveća u prvoj fazi sušenja, pa zato otvori za zračenje moraju osiguravati dostatan protok. Količina potrebnog izmijenjenog zraka u komori je obrnuto srazmjerna razlici između apsolutne vlažnosti u okolini i u komori.

Naprave za prisilno kruženje zraka moraju, osim osiguravanja prozračivanja dostatnih količina zraka kroz slogove drva, omogućiti još i kruženje sušećeg zraka radi njegovog djelovanja u sljedećim kombinacijama:

  1. a) u adiabatnim uvjetima – zatvoreni sustav,
  2. b) izmjena zraka s okolinom,
  3. c) kruženje zraka preko spremnika sunčeve energije,
  4. d) kruženje zraka preko akumulacijskog sustava.

Mudro je propuhivanje kod vlažnosti drva iznad točke zasićenja staničnih stijenki obavljati i tijekom noći, dok će kod sušenja ispod točke zasićenja staničnih stijenki noćno zaustavljanje ventilatora zadržati opadanje temperature.

Važan parametar pri proučavanju solarnog sustava je dimenzija kolektora (odnos između površine kolektora i netto mogućnosti same komore). Nizak odnos znači vrlo dugotrajno sušenje, a visok opet visoke investicijske troškove, nesrazmjerne povećanju učinkovitosti. Odluka o najboljem odnosu ovisi o inklinaciji apsorpcijskih površina, o izolaciji, transparentnosti vanjskih površina, i drugome.

Brzina sušenja u solarnoj sušionici je znatno veća od brzine sušenja na otvorenom. Zimsko sušenje je u solarnim sušionicama za 37 posto sporije od ljetnog sušenja, dok je sušenje na otvorenom ljeti za 51 posto učinkovitije od zimskog. Solarno sušenje je tako u usporedbi s prirodnim učinkovitije zimi. Razlike u učinkovitosti između solarnog sušenja i sušenja na otvorenom vidljivije su kod sušenja do nižih završnih vlažnosti drva. Sezonski otkloni imaju na solarno sušenje manji utjecaj nego na sušenje na otvorenom.

Optimalna izvedba solarne komore za sušenje ovisi o potrebama i uvjetima koji vladaju na samoj lokaciji. Iskorištavanje solarne energije kod sušenja drva zahtijeva i odgovarajući razvitak regulacijskog sustava. Radi velikih fluktuacija temperature, a time i njezina nepouzdanog određivanja kod solarnih procesa sušenja, naglasak se stavlja na regulaciju ravnomjerne vlažnosti i na učinkovitu izmjenu zraka iskorištenog u komori za sušenje s onim izvana.

Prema uvođenju solarnih sustava u procese sušenja drva kod nas se može osjetiti izvjesna suzdržanost, ako ne čak i otpor. Takav odnos možemo očekivati sve dotle, dok nećemo prihvatiti cjeloviti pristup vrednovanju uporabe i proizvodnje energije. Pri tome je iznimno važan odnos prije svega prema iskorištavanju ostataka drva (drvenog otpada).

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

PODIJELI