MEHANIZAM SUŠENJA
Sušenje se sastoji od uklanjanja vode s površine drva te slijevanja vode iz njegove unutrašnjosti na površinu. O svladavanju otpora ovisi uspostavljanje odgovarajućih parametara sušenja – temperature, relativne vlažnosti zraka i brzine kruženja zraka.
Slika 1: Shematski prikaz slijevanja vode u drvu pri sušenju: kod svježeg drva preovladava slijevanje slobodne vode, dok je vlažnost ispod točke zasićenja staničnih stijenki kombinacija vode vezane kroz stijenke stanice i difuzije pare kroz staničnu opnu.
Uklanjanje vode s površine drva
Kod pretežno konvekcijske svinutosti površine, kao prijenosnik topline se koristi vlažan zrak. Na vlažnoj površini se mjeri temperatura vlažnog termometra (Tm), no kako ovdje postoji i zrak koji kruži nad površinom, mjeri se i temperatura suhog termometra (Ts). Količina prenijete topline srazmjerna je tako postignutoj psihrometrijskoj razlici, a veći značaj pritom imaju još i brzina kruženja zraka te oblik same površine. U suprotnom smjeru prijenosa topline pojavljuje se slijevanje vodene pare, koje je srazmjerno razlici vlažnosti zasićenja površine (Ys) i apsolutne vlažnosti zraka (Y). Jednadžbu možemo iskazati ovako:
Koeficijent g je ovisan o više čimbenika od kojih su najutjecajniji brzina kruženja zraka, okolni uvjeti, stupanj zasićenosti i drugi.
Sve dok je površina vlažna, brzina sušenja je konstantna. Ako se vlažnost površine smanji, smanjuje se i temperaturna razlika te razlika u vlažnosti između površine i zraka. Tik ispod površine drva nastaje difuzijski otpor, koji u nastavku postupka sušenja određuje odgovarajuće uvjete.
Kretanje vode u drvu
Kod protjecanja i prijelaza vode iz sustava korijenja u krošnju, najveći značaj ima uzdužna provodljivost drva, dok je kod sušenja važnija poprečna provodljivost, to jest radijalno i tangencijalno slijevanje. Slijevanje vode odvija se kroz sporedne kapilare (traheide, vlakna, traheje, a i parenhim), većinom je usmjereno uzdužno u smjeru rasta drva i razmjerno manje radijalno (trakasti parenhim, trakaste traheide).
Učinkovit prijelaz slobodne vode moguć je preko »otvorene« povezanosti između staničnih opni – i tada je drvo provodno (permeabilno). Kako voda razmjerno lako prolazi preko staničnih opni, veću joj prepreku predstavljaju čak i mnogo manje neravnine. Promjer tih izbočina kod igličarki iznosi od 0,02 do 4 mm (u presjeku 0,3 mm), a kod listarki od 0,005 do 0,17 mm (u presjeku 0,03 mm). Veličina otvorića u izbočinama nije od većeg značaja, barem sa stanovišta protjecanja vode u drvu, ali niti sa stanovišta nastale kapilarne tenzije, koja kod prekoračenja poprečne čvrstoće drva na tlak dovodi do – kolapsa.
Slika 2: Kod igličarki je najučinkovitije kapilarno slijevanje vode u uzdužnom smjeru (L), kada ona teče po traheidama: radijalno slobodna voda teče većinom po trakastom tkivu (R), a za tangencijalnu provodnost drva (T) najvažnije su neravnine u radijalnim stijenkama.
Kod nastajanja jezgre debla kao i kod sušenja može doći do aspiracije neravnina kod igličarki, odnosno do ljuštenja listarki. Proces podrazumijeva i odlaganje niskomolekularnih tvari jezgre drva u staničnu stijenku, opne te u membrane neravnina, te ono u mnogome umanjuje ili čak i posve onemogućava provodnost drvenog tkiva. Provodnost drva možemo prije sušenja opet povećati njegovim naparivanjem.
Slika 3: Uzdužni protok slobodne vode kod listarki odvija se po trahejama (L). Kod listarki je radijalno protjecanje po trakama (R) učinkovitije negoli kod igličarki, dok je tok u tangencijalnom smjeru ovisan o povezanosti neravnina.
Najbolje odnose izlučivanja slobodne vode postižemo kada površina ostane vlažna, a kapilarni vlak se po poroznoj strukturi drva uspije uspostaviti sve do sredine. Na brzinu sušenja utječemo strujanjem zraka te mogućom razlikom u vlažnosti i u temperaturi (psihrometrijska razlika) između površine drva i zraka.
Permeabilnost odnosno provodnost drvenog tkiva je prije svega značajna za protok slobodne vode, a manje za kretanje vezane ili higroskopske vode. Pod vlažnošću točke zasićenja staničnih stijenki važan je difuzijski tok vode, sastavljen od vezane vodene difuzije kroz stanične stijenke i parne difuzije kroz stanične opne.
Difuzijsko kretanje vezane vode kroz stanične stijenke odvija se brže kod veće vlažnosti drva, a možemo ga pospješiti i povišenjem temperature (pri čemu važi Arrheniusov zakon s aktivacijskom energijom Es = 38,5 – 0,29u).
Difuzija u radijalnom smjeru je od 17 do 25 posto veća od difuzije u tangencijalnom smjeru. Razlog je u radijalnoj usmjerenosti traka i rasporedu mikrovlakana u radijalnim stijenama. Ponekad je difuzijski koeficijent vezane vode u uzdužnom smjeru približno 2,5 puta veći no u tangencijalnom. Na tok vezane vode znatno utječe i nastajanje jezgre, koje povećava gustoću i katkad djeluje kao difuzijska pregrada.
Koeficijent difuzije pare u opnama je znatno veći od koeficijenta difuzije vode. Temperatura raste zbog povećanja parnog tlaka, budući da je pri visokim vlažnostima manji nego pri nižima. Povezanost difuzijskog koeficijenta pare s tlakom i temperaturom možemo iskazati Dushmanovom empirijskom jednadžbom:
Slika 4: Ovisnost difuzijskog koeficijenta vezane vode i pare o vlažnosti i temperaturi drva
Tako na ukupnu difuzivnost drvenog tkiva utječe više čimbenika, među kojima su najznačajniji: smjer toka, gustoća, temperatura, vlažnost i usmjerenost vlakana. Naročito kod niskih vlažnosti drva (do 15 posto) otpor pare u staničnim opnama postaje zanemariv kad se uspoređuje sa difuzivnošću staničnih stijenki. Zato je poprečna difuzija, koja preovladava kod sušenja drva, ovisna kako o difuziji vezane vode u staničnim stijenkama, tako i o poroznosti drva odnosno diobi staničnih stijenki:
za vlažnosti do točke zasićenja staničnih stijenki.
U postupku sušenja difuzijski tok preuzima na sebe glavnu ulogu odmah čim se površina drva osuši ispod točke zasićenja staničnih stijenki. Kod provodnih vrsta drva možemo uz odgovarajuće mjere sušenja uspostaviti kapilarni tok do sredine daske, što znači i – najprikladnije odnose sušenja; kod neprovodnih vrsti drva i neodgovarajućeg sušenja provodnih vrsti drva uspostavlja se na površini difuzijski otpor. U takvim slučajevima se i znatne količine slobodne vode moraju iz unutrašnjosti prenijeti na površinu, i to mnogo polaganijim difuzijskim tokom.
izv. prof. dr. Željko Gorišek, dipl. ing. drva
