M Ở ĐẦU
2.3.3Đo độ ẩm của gỗ trong lò sấy
a. Lý thuyết sấy (giảm ẩm) gỗ
Gỗ là một loại vật liệu có khảnăng hút hơi nước trong không khí. Khi hút hơi nước gỗ nởra, khi thoát hơi nước gỗ sẽ co lại. Trong quá trình sấy, sự chênh lệch giữa độẩm bên trong buồng sấy và độẩm sản phẩm sẽtác động trực tiếp đến quá trình sấy. Nước trong gỗ tồn tại ở hai dạng là nước tựdo và nước thấm. Nước tự do là nước ở trong ruột và khe hở giữa các tế bào, thành phần này ảnh hưởng đến khối lượng riêng của gỗ, đến sự cháy và khảnăng thấm tẩm các dịch thể vào gỗ. Nước thấm là nước nằm giữa các mixencellulose trong vách tếbào, đó là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tính chất của gỗ. Có hai quá trình xảy ra trong khi gỗ giảm ẩm đó là quá trình di chuyển ẩm (nước) từ bên trong gỗ ra mặt ngoài và quá trình bay hơi nước trên bề mặt gỗ.
Quá trình di chuyển ẩm bên trong gỗ khi sấy: Khi sấy, phần nước bên trong gỗ dần dần chuyển ra mặt ngoài gỗ thường khó hơn bay hơi bề mặt. Sự khô của gỗ phụ thuộc vào môi trường xung quanh, nếu môi trường xung quanh có nhiệt độ tăng và độ ẩm giảm thì tốc độ bay hơi càng mạnh. Do cấu trúc của gỗ làm chậm tốc độ dịch chuyển ẩm từtrong ra ngoài, do đó hình thành sự chênh lệch độ ẩm giữa lớp trong và lớp ngoài. Mức độ chênh lệch càng lớn thì mức độ dịch chuyển càng mạnh và gỗ càng khô. Khi độ ẩm gỗ xuống dưới độ bão hoà thớ gỗ thì xảy ra hiện tượng co rút, nước trong gỗbay hơi nhanh, sự co rút lớn và không đồng đều giữa các lớp. Đó là nguyên nhân của hiện tượng nứt nẻ và cong vênh, vì vậy đây là giai đoạn cần chú ý.
Quá trình bay hơi nước trên bề mặt gỗ sấy: Hiện tượng bay hơi nước trên bề mặt nước hoặc trên bề mặt một vật ướt chỉ xảy ra khi không khí xung quanh chưa đạt đến trạng thái bão hoà tức là (< 100%). Độẩm của không khí xung quanh càng bé thì quá trình bay hơi càng dễdàng, nước bay hơi càng mạnh, càng nhanh. Ởmôi trường không khí bão hoà nước cũng có khảnăng bay hơi nhưng với điều kiện là nhiệt độ của nước phải lớn hơn nhiệt độ của không khí môi trường xung quanh.
Độẩm bão hòa thớ gỗ là chỉ tiêu vật lý quan trọng, đánh dấu sự thay đổi mọi tính chất gỗ, là đại lượng ảnh hưởng lớn đến độ bền sinh học gỗ, là cơ sởđể xác định hệ số co rút của gỗ. Độ ẩm bão hòa thớ gỗ là độẩm được xác định tại điểm bão hòa thớ gỗ, thời điểm trong gỗ chỉcó lượng nước thấm tối đa trong vách tế bào, còn trong các mao dẫn lớn không có nước tự do. Về trị số, độ ẩm bão hòa thớ gỗ và độ hút ẩm lớn nhất của gỗ (khi gỗđược lưu giữ trong môi trường bão hòa hơi nước) bằng nhau. Vì thế, xác định trực tiếp độ ẩm bão hòa thớ gỗ chính là xác định độ hút ẩm lớn nhất của gỗ bởi thiết bịcó môi trường bão hòa hơi nước. Trong quá trình sấy gỗ, phải đảm bảo độ ẩm bão hòa thớ gỗ đồng đều giữa bên trong và bề mặt ngoài, nếu không gỗ sẽ bị cong vênh sau khi sấy. Độ chênh lệch tối đa của độ ẩm bão hòa thớ gỗ cho phép < 5%. Độ ẩm bão hòa thớ gỗ của các loại gỗ nhiệt đới có trị số trong khoảng 20 - 40% và được phân thành ba cấp: thấp (dưới 25%), trung bình (25 - 35%) và cao (trên 35%). Đối với gỗ keo xẻ, độ bão hòa thớ gỗ ~ 25%, [33].
Khi độẩm của gỗ nhỏhơn độ ẩm bão hòa thớ gỗ (Wgỗ < Wbhtg) do áp suất hơi nước ở bề mặt gỗ giảm dần bằng áp suất hơi nước trong không khí ở cùng nhiệt độ, lượng nước thoát ra chậm và đủ thời gian để khuếch tán vào không khí do đó tốc độbay hơi của nước giảm. Lúc này người ta xem xét quá trình trao đổi ẩm giữa gỗ với môi trường xung quanh xảy ra như thếnào và để làm cho gỗ khô có xu hướng ẩm thêm hoặc khô hơn thì phải làm cho áp suất hơi nước trên bề mặt gỗ bằng áp suất môi trường. Khi áp suất trên bề mặt gỗ lớn hơn môi trường thì ẩm sẽ tiếp tục bay hơi. Khi áp suất trên bề mặt gỗ nhỏ hơn môi trường thì gỗ bị ẩm lại.
Độẩm cân bằng:
Gỗđược đặt trong môi trường nhất định trong thời gian đủdài, thì độẩm của
nó có xu hướng tiến tới một giá trị cân bằng cũng là độẩm của môi trường người ta gọi đó là độ ẩm cân bằng hay còn gọi là thủy phần cân bằng (EMC). Các loại gỗ, mây, tre, lá khác nhau có các giá trịEMC khác nhau khi để trong cùng một điều kiện
không khí như nhau (tùy tính chất từng loại), để thấy rõ hơn mối liên hệ giữa nhiệt
độvà độẩm không khí với EMC ta có Bảng 2. 1. Ví dụ: Giả sử gỗ sau khi sấy xong
có độẩm MC = 9,7% sau đó ta đưa gỗ sau khi sấy ra môi trường bên ngoài (nhiệt độ
32,2 độC, độẩm 70%) sau một thời gian EMC của gỗ sẽổn định = 12,6%, như vậy gỗ sau khi sấy đã hút ẩm từ môi trường bên ngoài cho đến khi độ ẩm của gỗ cân bằng. Bảng 2. 1 là cơ sởđể điều khiển tham số nhiệt độ/độ ẩm buồng sấy từđó điều khiển tốc độ giảm ẩm của gỗ.
Bảng 2. 1 Liên hệ giữa EMC của gỗ với độ ẩm tương đối (RH) và nhiệt độ môi trường (buồng sấy…)
Quá trình sấy sẽ bịảnh hưởng bởi các nhân tố sau: - Nhiệt độ - Độẩm tương đối trong buồng sấy - Sự tuần hoàn của không khí - Chủng lọai gỗ - Kích thước gỗ - Cách thức xẻ gỗ
Trong quá trình sấy, nhiệt được sử dụng đểlàm bay hơi nước tồn tại trong gỗ. Ở nhiệt độ cao gỗ khô nhanh hơn, nhưng sẽ có nhiều khả năng hơn tạo ra khuyết tật khi sấy ví dụ như nứt, tách, cong vênh ...Khi độ ẩm tương đối thấp, điều này có nghĩa là không khí xung quanh gỗ khô. Gỗ sẽ khô nhanh hơn khi độ ẩm tương đối thấp hơn và ngược lại. Tuy nhiên khi độ ẩm tương đối quá thấp gradient độẩm trong gỗ trở nên quá cao. Điều này sẽ làm cho gỗ co ngót nhiều và dẫn đến các khuyết tật sấy. Ngược lại khi độ ẩm tương đối cao hơn khô chậm hơn và giảm được các khuyết tật sấy. Nếu có sự tuần hoàn không khí tốt, gỗ sẽ khô nhanh hơn. Nếu tốc độ không khí qua gỗ tăng lên, tốc độ sấy cũng sẽ tăng lên. Nhiệt độ, độẩm tương đối, sự tuần hoàn của không khí là các nhân tố có thể kiểm soát được nếu gỗđược sấy trong lò, tuy nhiên nếu gỗ được hong phơi, các nhân tố này không thể kiểm soát được và quá trình khô phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên xung quanh gỗ. Tốc độ sấy cũng bị ảnh hưởng bởi loài gỗ. Loài gỗ mà có khối lượng thể tích thấp sẽ khô nhanh và ít khuyết tật. Loài gỗ có khối lượng thể tích cao khó khô hơn và có xu hướng có nhiều khuyết tật hơn. Nhìn chung gỗ cứng khó khô hơn gỗ mềm. Kích thước của gỗ cũng ảnh hưởng đến tốc độ sấy.
Gỗ có chiều dày nhỏhơn sẽ khô nhanh hơn. Cách thức mà gỗđược xẻảnh hưởng đến tốc độ sấy. Ví dụ ván xẻ tiếp tuyến khô nhanh hơn ván xẻ xuyên tâm.
b. Đo độ ẩm gỗ
Các trạng thái bình thường của gỗ và sản phẩm gỗđều có độẩm nhất định. Độẩm gỗđược định nghĩa là tỷ lệ phần trăm của nước trong gỗ và khối lượng gỗ khô. Độẩm MC% của gỗđược tính theo công thức:
MC% = (Gs-Ggo) / Ggo × 100%
Trong đó: MC% - độ ẩm tuyệt đối của gỗ; Gs - trọng lượng của gỗướt và Ggo — trọng lượng gỗđã sấy khô.
Có nhiều cách đo độ ẩm gỗ khác nhau, rơi vào hai nhóm điển hình là đo gián tiếp và đo trực tiếp. Đối với đo gián tiếp, độ ẩm của gỗ được xác định dựa trên nguyên lý đo điện trở của gỗ và nhiệt độđo. Gỗ càng ẩm, điện trở càng thấp và ngược lại. Đối với đo trực tiếp, gỗđược lấy mẫu và cân khối lượng rồi cho vào lò sấy ở nhiệt độ khoảng 100oC trong khoảng thời gian 10 giờ. Gỗ được lấy ra sau khi khô hoàn toàn. Từ chênh lệch khối lượng gỗ trước và sau khi sấy, người ta tính được độẩm tuyệt đối của gỗ theo công thức ở trên.
Trong luận văn, tác giả sử dụng phương pháp gián tiếp để kiểm tra độẩm của gỗ, sử dụng cảm biến 3 mũi dò và cảm biến nhiệt độ (solamoist). Giá trị độ ẩm của gỗđược thu thập và lưu giữ trong USB của tủđiều khiển. Các đầu dò được cắm trực tiếp vào gỗ để đo sự thay đổi trở kháng và trả về kết quả. Độ sâu của đầu dò là từ 2– 10 cm.