Männyn kuumakuivaukset TKK:n koekuivaamolla Koekuivaamo

TKK:n koekuivaamoon mahtuu vaunun päälle kuorma, jonka pituus on 6 m ja poikkileikkaus 1 x 1 m. Kuivaamon puhallin ja lämpöpatterit ovat kui-vaamon toisessa päädyssä. Patterit ovat sähkölämmitteiset ja niiden koko-naisteho on 104 kW. Vastukset on jaettu ryhmiin, joita automatiikka kytkee päälle tarpeen mukaan. Kostutus tapahtuu sumuttamalla vettä lämpöpatte-reille, joissa vesi höyrystyy. Kuormatila on pohjaleikkaukseltaan kiilamai-nen. Puhaltimen puoleisesta päästä se on leveämpi kuin vastakkaisesta, oven puoleisesta päästä. Tavoitteena on saavuttaa tasainen ilman nopeus kuor-man eri kohdissa.

Kuivauskokeet

Ensimmäisen kuivauskokeen tavoitteena oli selvittää kuivaamon ominaisuu-det, automatiikan toiminta ja laitteiston soveltuvuus tutkimuksen käyttöön.

Kahdessa ensimmäisessä kokeessa kuivattiin 50 x 200 mm² mäntysahatava-raa, joka hankittiin Enso-Gutzeit Oy:n Tolkkisten sahalta. Raaka-aineominaisuudet on esitetty taulukossa 32. Keskimääräisten arvojen saami-seksi puolella soiroista näytteitä otettiin tyvipäästä ja puolella latvapäästä.

Menettely lisäsi tiheyden ja kosteuden hajontaa.

Taulukko 32. Raaka-aineen ominaisuudet kuivauskokeissa TKK1 ja TKK2.

Tiheys kg/m³

Alkukosteus

%

Sydänpuuosuus

%

TKK1 Keskiarvo 450 49 81

Hajonta 36 17 12

TKK2 Keskiarvo 452 52

Hajonta 56 22

Suunniteltu ja toteutunut kuivauskaava kokeessa TKK1

Tavoitteena oli nostaa lämpötila 4 tunnissa 108 ºC:seen ja pitää siinä 42 tun-tia. Ennen tasaannutusta puu jähdytettiin alle 80 ºC:n, jotta 4 tunnin lop-puhöyrytyksessä kosteus imeytyisi puuhun mahdollisimman hyvin. Ilman nopeuden osalta tavoitteena oli päästä vähintään arvoon 3 m/s.

Toteutunut kuivauskaava on kuvassa 35.

kuivausaika (h)

Lämpötila (ºC)

60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0

0 10 20 30 40 50 60

Kuva 35. Toteutuneet kuivausolosuhteet kuivauskokeessa TKK1. Ylimmät käyrät ovat painepuolen ja imupuolen lämpötilamittausten keskiarvot (ºC). Alimpana on märkälämpötila (^oC).

Kuvassa esitetyt käyrät on piirretty yhden tunnin keskiarvojen perusteella, joten lämpötilan "sahaaminen" ei siitä näy. Märkälämpötila-anturin sukka ei

saanut riittävästi vettä ja kuivui lopulta kokonaan, joten käyrää ei ole piir-retty kokonaan.

Kaava toteutui kuivalämpötilan osalta lähes suunnitelmien mukaisesti. Kos-tutus ei sensijaan ollut kytketty kuivauksen alkuvaiheessa päälle. Todennä-köisesti tämä on johtanut sahatavaran pinnan halkeiluun.

Ilmannopeus kuormassa oli varsin epätasainen ja keskimäärin pieni. Rima-väleistä tehtyjen mittausten keskiarvo oli 1,5 m/s. Pienimmät arvot olivat alle 1 m/s ja suurin 3,5 m/s. Kuorma oli kapea ja ilma pääsi virtaamaan myös kuorman alitse. Seuraavassa kokeessa tämä estettiin vanerilevyjen avulla.

Puun loppukosteus ja kosteuden jakauma poikkileikkauksessa (TKK1)

Loppukosteudet määritettiin 12 kappaleesta soiron tyvipäästä ja lopuista 12 kappaleesta latvapäästä. Päiden välinen ero oli erittäin suuri (taulukko 33).

Taulukko 33. Puiden alkutiedot ja loppukosteudet tyvi- ja latvapäässä.

Taulukosta nähdään, että loppukosteus on sahatavaroiden latvapäässä huo-mattavasti pienempi kuin tyvessä. Ero selittyy pitkälti tyviosan suuremmalla tiheydellä ja myös sydänpuuosuudella. Tulos osoittaa, että nopeassa kuu-makuivauksessa puihin jää suuret kosteusvaihtelut, jos niiden raaka-aineominaisuudet vaihtelevat paljon. Koska männyllä yhden tukin matkalla ominaisuudet vaihtelevat taulukon osoittamalla tavalla, ei nopealla kuuma-kuivauksella päästä esimerkiksi puusepänkäytön kannalta riittävän tasaiseen loppukosteuteen. Eroja voidaan tasata vain pidentämällä kuivaus- ja tasaan-nutusaikaa. Tällöin tulee selvitettäväksi, onko kuumakuivaus ylipäätään kannattavaa, mikäli loppukosteuden tasaisuudelle asetetaan tiukkoja vaati-muksia.

Kosteusgradientit otettiin kuivauksen jälkeen vastaavista kohdista kuin lop-pukosteusnäytteet (kuva 36).

Kosteusjakaumakuvat osoittavat, että soirojen latva- ja tyvipäät ovat kuivu-neet hyvin eri tavalla. Latvapäässä kosteuserot pinnan ja keskiosan välillä ovat pienet, kun taas tyvipäässä olevaa gradienttia voidaan pitää etenkin puusepän käyttöä ajatellen liian suurena. Pienellä koekuivaamolla tehtyjen tutkimusten perusteella voitiin vetää se johtopäätös, että kuivaamalla esi-merkiksi latvatukeista ja tyvitukeista sahatut sahatavarat eri kaavalla, voi-daan kosteushajontaa vähentää. Tulokset osoittavat kuitenkin, että puun ominaisuuksien vaihtelu samassakin kappaleessa on niin suurta, että resepti ei aina auta.

Kosteus (%)

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00

kaikki latva tyvi

Kuva 36. Kuivattujen puiden kosteusjakaumat poikkileikkauksessa.

Puiden väri ja oksien muutokset kokeessa TKK1

Väri oli erittäin vaalea ja verrattavissa lämminilmakuivattuihin (n. 70 ºC) puihin. Kokeessa ilman kosteus oli alhainen ja tasaannutusaika lyhyt sekä lämpötilataso matala. Kaikki nämä tekijät näyttävät vaikuttavan myönteisesti vähäisten värin muutosten kannalta. Voidaan sanoa, että värin vaaleus ja loppukosteuden tasaisuus ovat keskenään ristiriitaisia vaatimuksia.

Oksat säilyivät kokeessa erittäin hyvin ehjinä.

Halkeilu ja muodonmuutokset

Tulokset on esitetty kokeen TKK2 yhteydessä.

Suuniteltu ja toteutunut kuivauskaava kokeessa TKK2

Tavoitteena oli kuivata edellisen kokeen rinnakaiserä samassa lämpötilassa, mutta pitää kosteus alussa riittävän korkeana pintahalkeilun välttämiseksi.

Tasaannutusjakso pidennettiin lisäksi 13 tuntiin ensimmäisen kokeen suuren kosteusvaihtelun takia.

Toteutuneet kuivausolosuhteet on esitetty kuvassa 37.

Kuivausaika [h]

Lämpötila [°C]

70 75 80 85 90 95 100 105 110

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Kuva 37. Toteutuneet kuivausolosuhteet kokeessa TKK2. Ylhäällä olevat käyrät ovat eri kohdista kuivaamoa mitattuja kuivalämpötiloja (ºC) ja alimmat käyrät kuorman vastakkaisissa päissä olleet märkälämpötilat (ºC).

Kostutus toimi halutulla tavalla, joten halkeilun osalta oli odotettavissa edel-tävää koetta parempi tulos.

Ilman nopeus oli vaneristen ilmanestimien ansiosta vähän edellistä koetta paremmat. Keskiarvo oli 2,5 m/s. Pienimmät arvot olivat noin 1 m/s (puhaltimen puoleinen pää) ja suurimmat kuorman keskellä yli 4 m/s.

Puun loppukosteus ja kosteuden jakauma poikkileikkauksessa (TKK2)

Taulukko 34. Puiden alkutiedot ja loppukosteudet tyvi- ja latvapäässä (TKK2).

Lopputulos oli saman suuntainen kuin kokeessa TKK1. Kosteuserot ovat pidemmästä tasaannutusvaiheesta johtuen selvästi pienemmät tyvi- ja latva-osien välillä. Loppukosteus oli matalammasta kuivauslämpötilasta ja tasaan-nutuksesta johtuen korkeampi.

Kuvassa 38 on esitetty kosteusgradientti kuivauksen jälkeen.

Kosteus (%)

kaikki tyvi latva

Kuva 38. Kosteusgradientit kuivattujen puiden tyvi- ja latvapäässä.

Tulosta voidaan pitää varsin hyvänä. Pinta- ja keskiosan kosteusero on kui-tenkin edelleen selvästi erilainen tyvi- ja latvapäässä. Käyttökohteissa, joissa tämän suuruinen kosteusvaihtelu puiden välillä ja sisällä hyväksytään on männyn kuumakuivaus kannattavana perusteltavissa.

Puiden väri ja oksien muutokset

Puut olivat selvästi tummempia kuin lämminilmakuivatut puut sekä kokeen TKK1 puut, johtuen pidemmästä kokonaisajasta. Useimmissa käyttökoh-teissa värinmuutoksesta tuskin on haittaa.

Oksat säilyivät pääasiassa ehjinä.

Halkeilu ja muodonmuutokset kokeissa TKK1 ja TKK2

Taulukossa 35 on esitetty kuumakuivattujen mäntysoirojen halkeilut ja muodonmuutokset.

Taulukko 35. Muodonmuutokset ja halkeilu TKK:n kuivaamolla kuivatuis-sa mäntysoiroiskuivatuis-sa. Kokeeskuivatuis-sa TKK1 tutkittiin 24 ja kokeeskuivatuis-sa TKK2 26 soi-roa.

Kokeen TKK1 puista kahdella kierous oli suurempaa kuin "Pohjoismainen sahatavara" -lajitteluohjeen parhaassa laatuluokassa A1 sallitaan. Muilta osin muotoviat olivat sallituissa rajoissa.

Halkeilu oli ensimmäisessä kokeessa erittäin suurta. Vain neljä soiroa 24:stä täytti A4-laatuluokan ja kolme B-luokan vaatimukset. TKK2-kokeen 26 puusta sen sijaan 19 täytti A3-luokan vaatimukset (yli 100 mm pitkiä halkeamia alle 15 % pituudesta).

6.5 YHTEENVETO KUIVAUSKAAVOISTA JA TULOKSISTA

In document Männyn ja kuusen kuumakuivauskaa- vojen kehittäminen ja kuivatun saha- (sivua 71-78)