Đồ án Tốt nghiệp - Xây dựng mô hình thực nghiệm sấy lạnh và ứng dụng để sấy gỗ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN LẠNH / / ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ SẤY GỖ” GVHD : TS. TRẦN VĂN VANG GVD : SVTH : NGUYỄN VĂN MINH MSSV : 05107031  LỜI CẢM ƠN Từ những ngày đầu bước chân vào giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành đề tài này, em luôn nhận được sự quan tâm chỉ dạy và sự giúp đỡ tận tình của các thầy các cô. Qua luận văn này, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: Ban giám hiệu Trường Đại Học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng. Ban chủ nhiệm Khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện lạnh Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy em trong thời gian học tập tại trường. Thầy TS. Trần Văn Vang - người trực tiếp theo dõi, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em thực hiện đề tài này. Cuối cùng, em muốn nói lời cám ơn đến ba mẹ cùng mọi người trong gia đình đã quan tâm, lo lắng, động viên em trong những ngày học tập xa nhà. Em xin được gửi đến quý thầy cô, ba mẹ cùng tất cả mọi người lời chúc sức khoẻ và lời cám ơn chân thành nhất ! Đà Nẵng, tháng 6 năm 2010 SVTH: Nguyễn Văn Minh TÓM TẮT 1.Tên đề tài: “XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ SẤY GỖ” 2. Thời gian và địa điểm thực hiện: - Thời gian: từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2010. - Địa điểm: Xưởng Nhiệt trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng 3. Mục đích: - Tính toán, thiết kế máy sấy lạnh với năng suất 0,1 m3/mẻ dùng để sấy gỗ. - Làm các bài thí nghiệm sấy gỗ để tìm ra chế độ sấy. 4. Nội dung Đề tài thực hiện với những nội dung sau: + Khảo sát, nghiên cứu về gỗ + Tổng quan về sấy lạnh + Tính toán và thiết kế mô hình máy sấy lạnh + Sấy thực nghiệm gỗ thông 5. Kết quả: - Chế tạo thành công máy sấy lạnh với năng suất 0,1 m3/mẻ dùng để sấy gỗ. - Xây dựng được một số chế độ sấy để sấy gỗ đảm bảo chất lượng. MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương I TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH 3 1.1 Sấy lạnh 3 1.2 Các phương pháp sấy lạnh: 3 1.2.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0oC 3 1.2.2 Hệ thống sây thăng hoa 4 1.2.3 Hệ thống sấy chân không 4 1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp sấy lạnh 4 1.3.1 Ưu điểm 4 1.3.2 Nhược điểm 5 1.4 Ứng dụng sấy gỗ sử dụng phương pháp sấy lạnh 5 Chương II KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 7 2.1 Gỗ và công dụng của gỗ 7 2.2 Một số tính chất của gỗ 7 2.2.1 Cấu trúc gỗ 7 2.2.2 Độ ẩm của gỗ 10 2.2.3 Tính chất nhiệt vật lý của gỗ 16 2.2.4 Sự co rút của gỗ 19 2.3 Các phương pháp sấy gỗ hiện nay 23 2.3.1 Phương pháp hong phơi 23 2.3.2 Sấy cưỡng bức 23 2.4 Tại sao phải sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh 24 Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ SẤY GỖ 25 3.1 Mục đích và yêu cầu của mô hình 25 3.1.1 Mục đích 25 3.1.2 Yêu cầu 25 3.2 Các thông số tính toán 25 3.2.1 Vật liệu sấy: 25 3.2.2 Tác nhân sấy: 25 3.3 Tính toán kích thước buồng sấy 26 3.4 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 29 3.4.1 Đồ thị I – d 29 3.4.2 Tính toán quá trình sấy 30 3.5 Tính toán quá trình sấy thực tế 32 3.5.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế 32 3.5.2 Tính các tổn thất nhiệt 33 3.5.3 Đồ thị I-d 38 3.5.4 Tính toán quá trình sấy thực tế 39 3.5.4.1 Các thông số tại điểm nút 39 3.6 Tính toán thiết kế máy sấy lạnh 42 3.6.1 Chọn môi chất nạp và các thông số của môi chất 42 3.6.2 Tính toán chu trình 43 3.7 Tính toán dàn ngưng 46 3.7.1 Công dụng: 46 3.7.2 Thiết kế dàn ngưng 47 3.8 Tính toán dàn bay hơi 53 3.8.1 Công dụng 53 3.8.2 Thiết kế dàn bay hơi 53 3.8.3 Tính diện tích trao đổi nhiệt 54 3.9 Tính chọn máy nén 59 3.10 Tính chọn quạt 59 3.10.1 Tính (P1: 60 3.10.2 Tính (P2 62 Chương IV GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH SẤY THỰC NGHIỆM 64 4.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của mô hình 64 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý 64 4.1.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống sấy 65 4.1.3 Cấu tạo mô hình 67 4.2 Mô hình thực nghiệm máy sấy lạnh 68 Chương V NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 69 5.1 Quy trình thực nghiệm sấy gỗ 69 5.1.1 Chuẩn bị gỗ sấy 69 5.1.2 Chọn chế độ sây thực nghiệm 70 5.1.3 Phương pháp lấy số liệu 70 5.2 Kết quả thực nghiệm 72 5.2.1 Giữ nguyên chế độ sấy 73 5.2.2 Thay đổi chế độ sấy 74 Chương VI KẾT LUẬN 76 6.1 Kết luận của đề tài 76 6.2 Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu trúc gỗ 8 Hình 2.2 Mặt cắt tế bào gỗ 12 Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn độ ẩm cân bằng của gỗ 14 Hinh 2.4 Sự thay đổi kích thước gỗ 15 Hình 2.7 Đồ thị giảm ẩm co ngót 22 Hình 3.1 Cách bố trí gỗ 27 Hình 3.2 Đồ thị I –d cho quá trình sấy lý thuyết 29 Hình 3.3 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế 32 Hình 3.4 Mặt cắt tường 34 Hình 3.5 Đồ thị i-d 39 Hình 3.7 Đồ thị T-s ; P-i 45 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy 64 Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống sấy 65 Hình 4.3 Các hình chiếu của thiết bị sấy 67 Hình 4.4 Mô hình thực nghiệm hệ thống sấy lạnh 68 Hình 5.1 Xếp đống 69 Hình 5-3 Cân đo 71 Hình 5.6 Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông 73 Hình 5.8 Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông 75 ĐẶT VẤN ĐỀ Sấy gỗ là bước đầu tiên và là bước quan trọng nhất trước khi gỗ được sử dụng cho các quá trình chế biến tiếp theo. Gỗ ở trạng thái tự nhiên luôn chứa một lượng nước lớn, lượng nước tồn tại trong gỗ ảnh hưởng lớn tới tính chất của gỗ . Chính vì vậy gỗ cần phải được sấy vì nhiều lý do: sấy gỗ làm tăng chất lượng gỗ , tăng độ bền cơ lý , tránh hiện tượng co rút nứt nẻ ở mối ghép ; giảm trọng lượng gỗ nên giảm chi phí vận chuyển và bảo quản, hạn chế sự phát sinh của nấm và côn trùng phá hoại gỗ , nâng cao tuổi thọ gỗ . Do đó các doanh nghiệp luôn tìm ra nhiều phương pháp sấy khác nhau để mang lại hiệu quả cao nhất. Hiện nay ở nước ta chủ yếu sử dụng loại lò sấy đối lưu cưỡng bức với TNS được gia nhiệt bằng hơi nước hoặc khói nóng. Loại lò sấy này có ưu điểm là: vốn đầu tư ban đầu nhỏ, vận hành dễ không cần công nhân có trình độ tay nghề cao. Tuy nhiên các hầm sấy này hầu như chưa mang lại hiệu quả cao nhất cho doanh nghiệp, thời gian sấy còn nhiều do cần phải phun ẩm bổ sung khi nung gỗ và giai đoạn điều hòa để tránh nứt nẻ gỗ nên không thể cung cấp cho các nơi tiêu thụ trong một thời gian ngắn được. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng thấy rằng dụng sấy lạnh nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế-kĩ thuật đáng kể. Sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, không cho phép sấy nhiệt độ cao và tốc độ gió lớn. Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng sấy lạnh dùng bơm nhiệt và đã có hiệu quả thực tiển cao. Tuy nhiên chưa có tài liệu nói rõ việc tính toán thiết kế một hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt để sấy gổ, cũng như chưa có một đề tài nào tiến hành chế tạo mô hình thiết bị và tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá chính xác hơn khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế của thiết bị sấy dùng bơm nhiệt để sấy gổ. Trong đề tài này chúng tôi đã tiến hành “ Xây dựng mô hình thực nghiệm sấy lạnh và ứng dụng để sấy gỗ”. Các kết quả thực nghiệm cũng được trình bày trong báo cáo này. Mục tiêu đề tài - Tính toán thiết kế mô hình thực nghiệm sấy lạnh để sấy thực nghiệm gỗ - Xây dựng chế độ sấy phù hợp và tối ưu đảm bảo thời gian sấy ngắn nhất nhưng chất lượng gỗ vẫn đảm bảo. Chương I TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH 1.1 Sấy lạnh Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước ph trong tác nhân sấy nhờ giảm độ chứa ẩm d. Mối quan hệ đó được thực hiện theo công thức: 𝑝 ℎ = 𝐵.𝑑 0,621+𝑑 Trong đó: B: áp suất khí quyển Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể trên dưới nhiệt độ môi trường (t> 0oC) và cũng có thể nhỏ hơn 0oC 1.2 Các phương pháp sấy lạnh: 1.2.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0oC Với hệ thống sấy này,nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ bằng nhiệt độ môi trường.Tác nhân sấy thường là không khí.Trước hết,không khí được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ.Sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy.Khi đó,phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân sáp suất hơi nước trên bè mặt vật liệu sấy nên ẩm từ dạng lỏng sẽ bay hơi và đi vào tác nhân sấy.Như vậy,quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu sấy và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh giống như các hệ thống sấy nóng.Điều kiện khác nhau ở đây là cách giảm phân áp hơi nước Ph trong tác nhân sấy.Trong các hệ thống sấy nóng đối lưu người ta giảm Ph bằng các đốt nóng ác tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hòa dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ .Còn các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường chẳng hạn,người ta tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách giảm lượng chưa ẩm d kết hợp với qua trình lạnh (sau khi khử bằng hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khi khử ẩm bằng làm lạnh). 1.2.2 Hệ thống sây thăng hoa Hệ thống sấy thăng hoa là hệ thống sấy lạnh mà trong đó ẩm của vật liệu sấy ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy.Trong hệ thống sấy này người ta tạo môi trường trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm 3 thể,nghĩa là nhiệt độ của vật liệu T<273oK và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P<610Pa.Khi đó nếu vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp sang dạng hơi và đi váo tác nhân sấy.Như vậy trong hệ thống sấy thăng hoa,một mặt ta làm lạnh vật xuống dưới 0oC và tạo chân không xung quanh vật liệu sấy. 1.2.3 Hệ thống sấy chân không Nếu nhiệt độ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273oK nhưng áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P>610Pa thì vật liệu sấy nhận nhiệt lượng,nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn không thể chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào tác nhân sấy mà trước khi biến thành hơi,nước phải chuyển từ thể rắn qua thể lỏng. 1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp sấy lạnh 1.3.1 Ưu điểm + Các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan,mùi vị,khả năng bảo toàn vitamin C cao. + Thích hợp để sấy các loại vật liệu yêu cầu chất lượng cao,đòi hỏi phải sấy ở nhiệt độ thấp. + Hiệu suất năng lượng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn đến tiêu thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị nước bay hơi ( tiết kiệm được năng lượng do tận dụng được năng lượng tại dàn nóng và dàn lạnh ). + Có thể phát ra một khoảng rộng các chế độ sấy,tiêu biểu là nhiệt độ từ 20 oC đến 100 oC (với nhiệt phụ trợ),và ẩm độ tương đối không khí từ 15% đến 80%(với hệ thống tạo ẩm). + Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. + Chất lượng gỗ sau khi sấy tốt hơn nhiều so với sấy nóng do nhiệt độ thấp + Thời gian sấy gỗ nhanh thích hợp khi cung cấp gỗ bổ sung cho nhà máy 1.3.2 Nhược điểm + Giá thành thiết bị cao,tiêu hao điện năng lớn. + Vận hành phức tạp,người vận hành có trình độ kỷ thuật cao. + Cấu tạo thiết bị phức tạp,thời gian sấy lâu. + Nhiệt độ sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích hợp với một số loại vật liệu,không sấy được các vật liệu dễ bị vi khuẩn làm hư hỏng ở nhiệt môi trường như bị ôi,thiu,mốc… + Rò rỉ môi chất lạnh ra môi trường có thể làm ảnh hương đến môi trường xung quanh cũng như ảnh hưởng đến chât lượng của thực phẩm. + Do cuốn bụi nên có thể gây tắc tại thiết bị làm lạnh. 1.4 Ứng dụng sấy gỗ sử dụng phương pháp sấy lạnh Trên thực tế, sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh đã được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều và đã đạt được những thành công nhất định. Tuy nhiên do những hạn chế còn chưa khắc phục được nên phương pháp này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi lắm. Dựa vào 1 số kết quả nghiên cứu người ta đưa ra chế độ sấy tối ưu với các loại gỗ: Nhiệt độ sấy ban đầu thấp và độ ẩm cao. Một giai đoạn dốc trong đó nhiệt độ không khí tăng và độ ẩm giảm Giai đoạn kết thúc ở nhiệt độ sấy vừa phải và độ ẩm tương đối thấp / Hình 1.1 Mô hình thiết bị sấy lạnh ứng dụng để sấy gỗ 1.Tấm chắn bụi 2.Dàn lạnh 3.Ống xi phông thoát nước ngưng 4.Tấm chắn nước 5.Dàn nóng 6.Điện trở 7.Quạt hút 8.Quạt tuần hoàn 9.Tấm hướng dòng 10.Cửa buồng sấy Chương II KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 2.1 Gỗ và công dụng của gỗ Gỗ là một dạng tồn tại vật chất có cấu tạo chủ yếu từ các thành phần cơ bản như: xenluloza (40-50%), hemixenluloza (15-25%), lignin (15-30%) và một số chất khác. Nó được khai thác chủ yếu từ các loài cây thân gỗ. Công dụng - Sơ bộ thống kê hiện nay trên thế giới có khoảng trên 100 ngành dùng gỗ làm nguyên, vật liệu với trên 22.000 công việc khác nhau và sản xuất ra hơn 20.000 loại sản phẩm. - Gỗ là nguyên, vật liệu được con người sử dụng lâu đời và rộng rãi, là một trong những vật tư chủ yếu của nền kinh tế quốc dân. - Trong các văn kiện chính thức từ trước tới nay, chính phủ Việt Nam vẫn xếp gỗ đứng hàng thứ ba sau điện và than. - Gỗ được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, kiến trúc, xây dựng, khai khoáng. - Ngoài ra gỗ còn được dùng làm văn phòng phẩm, nhạc cụ, dụng cụ thể dục thể thao, đóng toa tầu, thùng xe, thuyền, phà, cầu cống, bàn ghế và dụng cụ học sinh, đồ dùng trong gia đình, công sở và chuyên dùng như bệnh viện, thư viện... 2.2 Một số tính chất của gỗ 2.2.1 Cấu trúc gỗ Gỗ có cấu tạo từ những tế bào khác nhau về hình dáng và chức năng. Cấu tạo hoá học của màng tế bào là phức tạp, thành phần của nó gồm: 50%cenllulose, 25% hemi cenllulose và phần còn lại là ligin và một số chất vô cơ ở dạng tinh thể chứa trong ruột tế bào. Phần tử cơ bản của màng tế bào là colocidmixen cấu tạo từ chuổi phân tử cenllulose có hướng chủ yếu dọc theo thân cây: đường kính mixen từ 5÷20µm, chiều dài có thể khác nhau. Trong những mô gỗ bị ngập nước những lớp nước mỏng và cấu tạo như trên gọi là chuổi mixen. Khi giảm nước giữa các phần tử mixencenllulose thì màng tế bào bị co lại. Về mặt hoá học thì xem gỗ là tổ chức mixen háo nước. Gỗ là một loại vật liệu không đồng nhất về cấu tạo, tính chất và loại vật liệu không đẳng hướng. Có một lượng nước nhất định bên trong gỗ nước này tồn tại dưới hai dạng: nước tự do có trong bó mạch xoang bào và nước dính ở giữa các bó mạch làm cầu nối giữa các mixencellulose trong vách tế bào. Trên mặt cắt ngang của gỗ ta thấy những vòng năm đồng tâm. Khi xem xét cấu trúc của gỗ người ta phân biệt ba hướng vuông góc sau đây: / Hình 2.1 Cấu trúc gỗ + Hướng bán kính : hướng dọc theo bán kinh vòng năm . + Hướng tiếp tuyến : hướng tiếp xúc với vòng năm. + Hướng trục : hướng dọc theo trục của cây Tương ứng với các hướng trên người ta có các mặt cắt sau: + Mặt cắt ngang + Mặt cắt tiếp tuyến + Mặt cắt xuyên tâm Ngoài ra còn có những mắt cây, tại những mắt cây này sự sắp xếp gỗ là không giống nhau do đó làm cho cấu trúc gỗ cũng khác đi. Mặt khác do thành phần cấu tạo của gỗ chủ yếu là cenlulo (C6H10O5)n (n > 2000) và được cấu tạo thành từng lớp gọi là lớp mixen. Những lớp này tạo ra mao dẫn, theo các mao dẫn này mà nước sẽ xâm nhập vào gỗ rất nhanh Khi quan sát bằng mắt thường ở các loại gỗ dẻ, sồi và khi quan sát bằng kính hiển vi ở các loại thông dương … Người ta thấy những dãy ánh sáng hoặc hơi tối bị đứt quảng và nằm theo thân cây và được gọi là tia gỗ. Giữa các thớ cũng xuất hiện lực liên kết , lực liên kết giữa các thớ gỗ và tia gỗ yếu hơn giữa các thớ gỗ với nhau. Tia gỗ liên hệ với vòng năm theo hướng bán kính của cây hơn các hướng khác. Ở gỗ sồi, thông, bá dương, du, thông rụng phần giữa cây gọi là lõi, có màu đậm hơn, lõi cây đậm và chắc hơn, khó thoát nước và chậm khô, phần bìa vỏ cây có phần sáng hơn gọi là giác. Do quá trình sinh trưởng, lõi dịch khỏi tâm hình học của cây khi đó gỗ trở thành đặc hơn. Vòng trong đen hơn và có khuyết tật, loại gỗ này khi sấy sẽ bị cong vênh dọc theo cây. Nếu gỗ có thớ xiên hoặc thớ vặn gọi là gỗ vặn thớ, khi sấy gỗ loại này thường xảy ra hiện tượng xoắn vặn dọc theo thớ. Tóm lại Cấu trúc của gỗ rất phức tạp, đa dạng và không đồng nhất về mặt cấu trúc, biến động khá lớn do ảnh hưởng của các điều kiện sinh trưởng tự nhiên.Tuy nhiên trong từng loại gỗ vẫn biểu hiện được những đặc thù có tính chất đặc trưng và qua đó có được những tính chất cơ lý đặc thù cho từng loại gỗ có tính chất quy luật đến quá trình khô của gỗ. Tuy nhiên, trong lĩnh vực sấy ta chỉ quan tâm đến các tính chất cấu trúc ảnh hưởng đến quá trình dẫn ẩm liên quan đến quá trình khô của gỗ và một phần có ảnh hưởng đến quá trình co rút làm nảy sinh những khuyết tật trong gỗ trong quá trình sấy, ảnh hưởng đến chất lượng sấy. Thông thường cần lưu ý các đặc điểm cấu trúc sau: + Hình thức phân bố tế bào gỗ: gỗ lá kim sấy nhanh hơn gỗ lá rộng. Gỗ lá rộng mạch xếp vòng dễ sinh ra khuyết tật hơn gỗ mạch phân tán. Do đó đối với loại gỗ này tuy có khối lượng riêng như nhau nhưng sẽ sấy với chế độ sấy mềm hơn một cấp. + Tia gỗ: đây cũng là một đặc điểm cấu tạo có khả năng gây nên khuyết tật trong gỗ trong quá trình sấy, ảnh hưởng đến chất lượng sấy, do đó cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn các thông số chế độ sấy và ảnh hưởng đến thời gian sấy. Tuy nhiên sự khác biệt về tia gỗ giữa các loại gỗ cũng không lớn lắm (chỉ ở một vài loài, đặc biệt là gỗ dẻ). + Giác và lõi: Phần gỗ giác bao giờ cũng khô nhanh và ít sinh khuyết tật hơn phần gỗ lõi, nhưng trong thực tế sản xuất phần gỗ giác coi như bỏ đi, trừ giác của gỗ cẩm lai. Nếu tận dụng và sấy thì cũng dễ dàng sấy khô. + Thê bít: trong ngâm tẩm và sấy gỗ. Trong sấy gỗ, thê bít sẽ hạn chế rất nhanh đến quá trình di chuyển ẩm trong gỗ và làm cho gỗ khô rất chậm, gây nên chênh lệch ẩm độ giữa những lớp bên trong gỗ và lớp gỗ bề mặt và dễ hình thành nứt nẻ bề mặt gỗ trong quá trình sấy, nhất là ở giai đoạn đầu của quá trình sấy. 2.2.2 Độ ẩm của gỗ 2.2.2.1 Độ ẩm của gỗ Ở điều kiện bình thường tất cả các loại gỗ đều chứa một lượng nước, lượng nước chứa trong gỗ tại một thời điểm bất kỳ gọi là độ ẩm của gỗ. 2.2.2.2 Vai trò của ẩm Ẩm có vai trò trong việc duy trì hoạt động sống của cây. Khi cây chết, ẩm của gỗ bị phá huỷ và phân hoá gỗ, biến gỗ tươi thành gỗ mục nát làm phân bón cho đất, nhường chỗ cho chồi non phát triển, nhờ đó mà hoạt động sống của cây được duy trì trong hàng thế kỷ. Ẩm phá hoại và làm mục nát gỗ nhưng khi gỗ thấm hoàn toàn và không khí được loại ra hết khỏi lỗ hổng tế bào của gỗ thì gỗ sẽ không bị mục nát nữa. Theo Kebol thì gỗ chỉ bị mục nat khi độ ẩm của gỗ nằm trong phạm vi 22 ÷ 130%. Trong xây dựng, ẩm làm biến dạng,cong vênh các xà, dầm và cột gỗ, làm giảm độ bền và sức chịu lực của vật liệu. Trong các hàng mộc dân dụng thì khi gia công, chế biến đồ gỗ, ẩm gây nên co rút và biến dạng hình thể sản phẩm gia công như làm biến màu, bị nấm, nứt nẻ và giảm chất lượng thành phẩm. Qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm cho thấy độ bền cơ học của gỗ tăng khi độ ẩm của gỗ giảm từ 30 ÷ 0%. Do đó trong công nghiệp sử dụng gỗ yêu cầu phải sấy khô gỗ đến yêu cầu công nghệ của từng nghành.Gỗ càng khô thì độ dẫn điện, dẫn nhiệt càng thấp, nhiệt trị tăng lên. Khi gỗ khô dễ thấm, tẩm các chất cần thiết để chống mối mọt, tăng thời gian sử dụng của gỗ. 2.2.2.3 Hàm lượng ẩm Ái lực của gỗ đối với nước có thể nhận thấy khi đặt gỗ đã sấy khô vào môi trường ẩm. Gỗ khô sẽ hút ẩm tới hàm lượng ẩm của gỗ đạt khoảng 30%. Đây chính là giá trị bão hòa đối với các chất hóa học của gỗ hay là độ ẩm bảo hòa thớ gỗ. Tiếp đó gỗ có thể nhận thêm ẩm do hiện tượng hấp phụ hoặc dưới tác dụng của lực mao quản , cho đến khi các khoảng trống trong gỗ chứa đầy lỏng. - Nước tự do : là phần nước trong mao quản, thành phần này ảnh hưởng đến khối lượng riêng của gỗ, đến sự cháy và khả năng thấm tẩm các dịch thể vào gỗ. / / Hình 2.2 Mặt cắt tế bào gỗ Nước liên kết : Là phần nước hấp thụ bởi thành tế bào. Nước liên kết chính là yếu tố quyết định sự thay đổi về kích thước gỗ trong quá trình trương nở và co rút của gỗ. Mức độ trương nở hoặc co rút của gỗ phụ thuộc vào hàm lượng ẩm trong tế bào gỗ. Sự trương nở của gỗ có thể xảy ra giữa các tinh thể và trương trong tinh thể. Sự trương giữa các tinh thể xảy ra khi chất gây trương lọt vào khoảng trống giữa các tinh thể hoặc lọt vào vùng vô định hình của cấu trúc xenluloza bởi vì ở đó các phân tử liên kết lỏng lẻo. Mức độ trương nở hoặc co ngót của gỗ theo chiều ngang thân cây lớn hơn rất nhiều so với chiều dọc thân cây. Thông thường gỗ có mật độ lớn co ngót nhiều hơn gỗ có mật độ thấp. Gỗ lá rộng co ngót nhiều hơn gỗ la kim. Đối với cùng 1 loại gỗ, phần gỗ nặng co ngót mạnh hơn phần gỗ nhẹ. Ở các mắt cây mật độ gỗ lớn hơn nên tại đó sự co ngót cũng lớn hơn. Như vậy dọc theo chiều dài thân cây thì độ co ngót cũng khác nhau. Đây chính là 1 trong các nguyên nhân gây ra cự cong vênh theo chiều dọc gỗ. 2.2.2.4 Độ ẩm tương đối: Là lượng nước chứa trong gỗ qui về 1kg đơn vị khối lượng gỗ tươi.
(%) 2.2.2.5 Độ ẩm tuyệt đối: Là lượng nước chứa trong gỗ qui về một đơn vị trọng lượng khô kiệt.
(%) 2.2.2.6 Độ ẩm cân bằng (EMC) Gỗ là loại vật liệu có khả năng hút hơi nước trong không khí. Khi hút nước gỗ nở ra khi thoát hơi nước gỗ sẽ co lại. Khả năng hút và thoát hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí, khi nhiệt độ giảm càng nhanh gỗ hút hơi nước càng mạnh và khi độ ẩm không khí càng cao thì gỗ hút hơi nước càng nhiều. Trong không khí, ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm không đổi sau một thời gian dài gỗ sẽ hút và thoát ẩm cho đến khi độ ẩm của gỗ không đổi. Độ ẩm trong giới hạn
Wtb: độ ẩm cân bằng của gỗ
Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn độ ẩm cân bằng của gỗ 2.2.2.7 Độ ẩm bão hòa thớ gỗ ( FSP ): Gỗ ẩm ướt để ngoài không khí, nước trong gỗ bốc hơi ra ngoài. Khi nước tự do thoát hết, nước thấm còn bão hòa trong gỗ ( vách tế bào ) điểm đó gọi là điểm bão hoà thớ gỗ và độ ẩm tương ứng gọi là độ ẩm thớ gỗ, kí hiệu Wbhtg. Ngược lại khi gỗ khô hút nước, khi nước thấm trong vách tế bào và nước tự do bắt đầu xuất hiện thì điểm đó gọi là điểm bão hoà thớ gỗ . Tuỳ từng loại gỗ và từng vùng khác nhau mà độ ẩm bão hòa thớ gỗ cũng khác nhau. Ví dụ : Ở Nga Wbhtg = 23
31 % Ở Đức Wbhtg = 23
39 % Độ ẩm tương đối của không khí có ảnh hưởng đến độ ẩm bão hòa thớ gỗ, khi nhiệt độ tăng thì độ ẩm bão hòa thớ gỗ giảm. Điểm bão hòa thớ gỗ: có ý nghĩa lớn vì nó là bước ngoặt của sự thay đổi tính chất gỗ, cường độ gỗ, sức co giãn , khả năng dẫn nhiệt của gỗ. Trong quá trình sấy gỗ, khi độ ẩm của gỗ giảm xuống dưới điểm bão hòa thớ gỗ thì quá trình biến đổi kích thước của gỗ cũng xảy ra đồng thời, và khi phân bố độ ẩm trong gỗ sấy trong quá trình sấy không đều sẽ dẫn đến những biến dạng không đều. Đây chính là nguyên nhân của các hiện tượng hình thành ứng suất và nảy sinh các khuyết tật trong gỗ trong quá trình sấy. / Hinh 2.4 Sự thay đổi kích thước gỗ Độ ẩm tối đa của gỗ (wmax): Là hàm lượng ẩm tối đa có thể được trong gỗ khi toàn bộ vách tế bào gỗ được bão hòa ẩm và hầu hết các không bào trong gỗ chứa đầy nước, tức là: wmax = wBHTG + wk Trong đó: WBHTG - Độ ẩm bão hòa thớ gỗ, [%] WK - Hàm lượng nước mao dẫn, [%] Hàm lượng nước tối đa trong gỗ rất khác nhau ở các loại gỗ khác nhau và nếu gỗ tươi (ướt) sau khi xẻ cho qua sấy sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian sấy và qua đó ảnh hưởng đến năng suất, giá thành, và hiệu quả kinh tế trong sấy gỗ Khi gỗ có Wg = 0
Wbhtg thì hiện tượng dãn nỡ phát sinh, cường độ gỗ giảm , hệ số dẫn nhiệt tăng . Khi gỗ có Wg =Wbhtg thì cường độ giảm xuống tối thiểu, độ giãn nỡ lớn nhất, khả năng dẫn nhiệt ít thay đổi . Khi gỗ có Wg >Wbhtg thì thể tích,cường độ gỗ, khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện vẫn không thay đổi . Dưới đây là một số độ ẩm bão hòa thớ gỗ của một số loại gỗ. Lim xanh Wbhtg = 20% Mít mật Wbhtg = 21% Chò chỉ Wbhtg = 33% Độ ẩm của gỗ không đồng nhất ngay cả trong cùng một loại cây. Độ ẩm thay đổi tùy thuộc vào giống cây, điều kiện sinh trưởng, đất đai và các nhân tố khác. Độ ẩm của gỗ thay đổi theo chiều cao và bán kính của cây. Vì vậy, độ ẩm của gỗ trong kỹ thuật chỉ là những giá trị trung bình hoặc kết quả đo cục bộ. Ở gỗ lá kim hoặc lá rộng, ngay trong một loại gỗ, độ ẩm ở vùng ngoài rìa cao hơn (100(140)% so với vùng trung tâm của cây (30(40)%. Ngược lại, ở một số loại cây (cây du), độ ẩm ở phần lõi lớn hơn, cây càng già độ ẩm càng giảm và ngược lại. 2.2.3 Tính chất nhiệt vật lý của gỗ 2.2.3.1 Tính chất dãn nỡ do nhiệt Thông thường vật nóng lên dãn nỡ ra và ngược lại, làm lạnh thì sẽ co lại. Với gỗ cũng vậy nhưng thực tế do gỗ là vật xốp, tính chất gỗ phụ thuộc vào độ ẩm(Wg so với Wbhtg) do đó khi nhiệt độ tăng thì nước từ giữa các sợi cenllulose sẽ bốc hơi làm cho gỗ sẽ co rút lại , về mặt giá trị độ co rút do khô đi lớn hơn nhiều so với dãn nỡ nhiệt.