Vlhkost dřeva: vzorec pro stanovení přirozené vlhkosti dřeva. Popis, jak měřit a jaké by mělo být procento

Informace o vlhkosti dřeva jsou velmi důležité pro správný návrh dřevoobráběcích procesů. Příliš vysoká vlhkost dřevěných materiálů je spojena s nebezpečím biologického poškození dřeva a také následného smršťování dřevěných dílů a jejich deformace při použití v podmínkách zvýšených teplot a nízké vlhkosti vzduchu. Dřevo, které je příliš suché, se stává poměrně křehkým, obtížně se deformuje a ohýbá a obtížně se řeže.

Řízení procesu sušení řeziva je neoddělitelně spojeno s potřebou průběžné kontroly vlhkosti dřeva. Existují různé metody měření obsahu vlhkosti ve dřevě a materiálech na bázi dřeva: gravimetrické, konduktometrické, indukční, mikrovlnné, infračervené.

Váhová metoda je nejpřesnější z výše uvedených. Je určen k vyhodnocení obsahu vlhkosti dřeva v laboratorním prostředí a vyžaduje pět až osm hodin k získání výsledku. Ze zkušebního materiálu (desky) se ve vzdálenosti 300-500 mm od konce odřízne vzorek o tloušťce 10-12 mm (podél dřevěných vláken), který se důkladně očistí od otřepů a ihned se zváží na laboratorní váze. S přesností na 0,001 g se vzorek umístí do elektrické sušárny a suší se při teplotě 100-105°C. Během procesu sušení se vzorek periodicky odebírá ze sušicí komory a váží. První vážení se provádí pět hodin po umístění vzorku do skříně, zbytek – každou jednu až dvě hodiny. Dřevo dosáhne zcela suchého stavu, když se hmota vzorku přestane měnit. Rozdíl v hmotnosti mokrého a suchého vzorku (vzorku), vztažený k hmotnosti absolutně suchého vzorku, ukazuje vlhkost dřeva v době prvního vážení.

Metoda zrychleného sušení-vážení zahrnuje sušení vzorků při teplotě 120±2°C v sušících skříních s nuceným oběhem. Doba sušení je v tomto případě 2-2,5 hodiny Konečná hmotnost vzorků se stanoví po jejich ochlazení za pokojových podmínek po dobu 2-5 minut.

Je také známa expresní metoda pro stanovení obsahu vlhkosti dřeva podle hmotnosti. Z řeziva nebo obrobku se ostrým dlátem odstraní tenké hobliny, které se okamžitě s vysokou přesností zváží a uloží do sušárny. Poté, co jsou hranolky několik minut zcela suché, jsou ochlazeny a znovu zváženy. S vysokou přesností vážení je dosaženo vysoké přesnosti stanovení vlhkosti. Jedna jednotka obsahuje přesné analytické váhy, ohřívač a ventilátor a také elektronickou jednotku pro záznam výsledků měření a výpočet vlhkosti. Pro získání co nejobjektivnějšího výsledku by měl být vzorek nejprve rozdělen a poté by měly být odstraněny třísky z povrchu vnitřní části vzorku.

Některé informace o obsahu vlhkosti dřeva lze získat bez použití nástrojů studiem tenkých hoblin odstraněných ostrým dlátem. Dřevěné štěpky s vysokou vlhkostí se při drcení snadno deformují. Suché lupínky se budou drolit a lámat. Příliš mokré dřevo se velmi snadno řeže a na vzorku je vidět mokrá stopa od řezu dlátem.

Jiné metody měření vlhkosti dřeva vyžadují použití speciálních přístrojů – vlhkoměrů. Nejběžnější jsou vlhkoměry, které měří elektrický odpor mezi jehlami zapuštěnými ve dřevě (konduktometrická metoda). Proud procházející testovaným dřevem je zesílen a poté měřen mikroampérmetrem, jehož stupnice je kalibrována jako procento vlhkosti dřeva. Odolnost závisí na vlhkosti dřeva a také na hustotě a teplotě materiálu. Elektrické vlhkoměry celkem spolehlivě určí vlhkost dřeva v rozmezí od 7 do 30 %, ale výsledky měření vlhkosti nad 30 % trpí velkou chybou.

K dálkovému měření vlhkosti dřeva v sušicí komoře lze použít elektrický vlhkoměr. Pro spolehlivé posouzení vlhkosti celé desky je nutné provést měření na velkém počtu bodů po délce a šířce desky a vzít průměr ze získaných hodnot. Kontrolní vzorky se zabudovanými senzorovými jehlami jsou umístěny uvnitř stohu a měřicí zařízení je umístěno mimo komoru. Při takových měřeních je třeba provést korekce na skutečnou teplotu dřeva. Zkušenosti však ukazují, že metoda dálkového měření neposkytuje přesné výsledky, zejména kvůli skutečnosti, že jehly senzoru dodávají přebytečné teplo dřevu v zakopaných oblastech. V důsledku vysychání dřeva v těchto místech dochází k přerušení kontaktu mezi snímačem a materiálem a ke zkreslení údajů přístroje.

Chyba měření moderních elektrických vlhkoměrů, které jsou vybaveny stupnicí pro testování různých druhů dřeva: buk, smrk, javor, modřín, dub, borovice atd., je 1-2 % abs. v rozmezí od 0 do 30 %.

Poznámka: absolutní chyba je určena v naměřených hodnotách samotných a relativní chyba – ve zlomcích naměřené hodnoty. Například s absolutní chybou ±2% pro vlhkost 18% můžeme předpokládat, že skutečná vlhkost je 16-20%. Za těchto podmínek bude relativní chyba 2 x 100/18 = 11,1 %.

Indukční (dielkometrická) metoda měření je založena na využití elektromagnetických vln a stanovení dielektrické konstanty dřeva, která závisí na obsahu vlhkosti v něm. Dielektrická konstanta materiálu je hodnota, která ukazuje, kolikrát se kapacita kondenzátoru zvětší, pokud je vzduchová mezera mezi deskami nahrazena těsněním stejné tloušťky vyrobeným z tohoto materiálu. Dielektrická konstanta závisí na frekvenci proudu a vlhkosti dřeva. S rostoucí vlhkostí dřeva roste dielektrická konstanta podél vláken, což je patrné zejména při frekvencích proudu do 100 Hz.

Napětí ze snímače indukčního typu, což je plochý vyzařovací obvod instalovaný uvnitř pouzdra vlhkoměru pod digitálním displejem, je přiváděno do digitálního voltmetru umístěného na přední desce zařízení.

Bezkontaktní indukční vlhkoměry jsou necitlivé na teplotu dřeva, což umožňuje pracovat bez teplotních korekčních tabulek. Takové vlhkoměry pracují v rozsahu 5-45% vlhkosti dřeva s přesností 1-1,5% abs. a vzít v úvahu hustotu měřeného dřeva. Velkou výhodou indukční metody je, že doba měření nepřesáhne 5s. Když výsledek měření překročí horní hranici požadovaného rozsahu vlhkosti, přístroj vydá zvukový signál.

Indukční vlhkoměry, jejichž princip měření je založen na vztahu mezi dielektrickými vlastnostmi vlhkého materiálu a množstvím vlhkosti, kterou obsahuje, vyrábí mnoho společností, včetně ruského Interpriboru a MetronX.

Rýže. 1. Expresní měřič tepelné vodivosti a
vlhkost stavebních materiálů IVTP-12

V domácí praxi je široce používán přenosný digitální vlhkoměr VSKM-12U, určený k hodnocení vlhkosti různých stavebních materiálů včetně dřeva. Nyní jej nahrazuje expresní měřič tepelné vodivosti a vlhkosti stavebních materiálů IVTP-12 (obr. 1). Činnost zařízení je založena na korelacích mezi dielektrickými a fyzikálními vlastnostmi kapilárně-porézních těles.

Rozsah měření vlhkosti tohoto zařízení je od 0,3 do 60 % s chybou 1,5-2,5 % abs. Hloubka kontrolní zóny není menší než 50 mm, doba trvání jednoho měření není delší než 10 s.

Kromě úkolu rychlého stanovení vlhkosti řeziva a přířezů (tj. masivního dřeva) je při zpracování dřeva neméně relevantní úkol stanovení vlhkosti drceného dřeva a dřevěných desek. Pro proudovou a finální kontrolu výrobků ve výrobě bram se používají speciální elektrické vlhkoměry. Zařízení DI-2M je vybaveno dvěma senzory – pro stanovení vlhkosti třísek a bram a také elektronickou měřicí jednotkou s autonomním napájením. Snímač pro měření vlhkosti drceného dřeva je snímatelné sklo, ve kterém je mezi dvěma kotoučovými elektrodami lisem zhutněn vzorek materiálu. Pomocí těchto elektrod se měří elektrický odpor zhutňovaného materiálu – třísek nebo vláken. Senzorem pro měření vlhkosti dřevotřískových desek je sonda se čtyřmi jehlami nasazenými na rukojeti. Elektrický vlhkoměr umožňuje měřit vlhkost třísek v rozsahu od 5 do 25 % a vlhkost dřevotřískových desek v rozsahu od 6 do 22 %. Chyba měření ±1-2% abs.

Rýže. 2. Schéma mikrovlnného vlhkoměru M-Sens 2 (SWR Engineering, Německo)

Princip činnosti ultravysokofrekvenčních (mikrovlnných) vlhkoměrů pro sypké materiály je založen na výrazném (desetinásobném) rozdílu elektrických vlastností vody a suchého materiálu. Koncentrace vlhkosti je určena útlumem mikrovlnného záření procházejícího vrstvou analyzovaného materiálu. V takových vlhkoměrech prochází pás materiálu mezi vysílací a přijímací anténou. Vysílací anténa je připojena k mikrovlnnému generátoru, přijímací anténa je připojena k měřicímu zařízení. Čím vyšší je vlhkost analyzovaného materiálu, tím slabší signál vstupuje do měřícího zařízení. Mikrovlnné vlhkoměry umožňují měřit vlhkost v širokém rozsahu (0-100%) s vysokou přesností. Na Obr. Obrázek 2 ukazuje schéma vlhkoměru M-Sens 2 (výrobce: SWR Engineering, Německo).

Metoda měření vlhkosti použitá v M-Sens 2 je založena na principu absorpce mikrovlnného záření materiálem. Čím vyšší je obsah vlhkosti v materiálu, tím více mikrovlnné energie absorbuje a přeměňuje na teplo a tím méně se vrací zpět do senzoru vlhkosti. Odražené vysokofrekvenční vlny jsou převedeny a digitálně zpracovány, výsledkem je vlhkoměr s vysokým rozlišením. Struktura materiálu a rovnoměrnost vlhkosti ovlivňují výsledky měření, proto je naměřená vlhkost redukována na průměrnou hodnotu prostřednictvím objemové hmotnosti kontrolovaného materiálu. K tomu se provede předběžná kalibrace zařízení, během níž se do senzoru zadají referenční údaje o obsahu vlhkosti surovin. Náhodné změny vlhkosti způsobené heterogenitou materiálu a objemovou hmotností jsou eliminovány softwarovými nástroji. Snímač vlhkosti sypkých materiálů je vybaven funkcí pro automatickou kompenzaci změn okolní teploty.

Rýže. 3. Vlhkoměr Moistscan MA500

Pro měření vlhkosti sypkého materiálu přímo na dopravním pásu byly vyvinuty průchozí vlhkoměry, např. vlhkoměr Moistscan MA-500 (obr. 3).

Jeho princip činnosti je založen na měření fázového posunu a útlumu mikrovlnných signálů procházejících materiálem a dopravním pásem. Kvalita měření nezávisí na velikosti kusů materiálu a rychlosti dopravního pásu. Vlhkoměr automaticky kompenzuje účinky změn rychlosti posuvu produktu při použití měřiče hmotnosti pásu nebo integrovaného monitoru tloušťky vrstvy materiálu. Tloušťka vrstvy studovaného materiálu se může pohybovat od 20 do 500 mm, měřený rozsah obsahu vlhkosti je 0-90%, hlavní chyba je 0,1-0,5%.

Německá společnost GreCon vyrábí analyzátor vlhkosti MWF 3000 LD, jehož činnost je založena na principu měření mikrovlnné rezonance. Měření využívá vlastností dipólové povahy molekul vody. Elektromagnetické pole je generováno plošným snímačem a zajišťuje průnik mikrovln do materiálu do hloubky 30 až 100 mm (podle typu snímače). Změny v rezonančním poli zaznamenává snímač a přenáší je do procesoru. Rezonanční frekvence mikrovlnného pole se mění v závislosti na vlhkosti materiálu (šířka rezonanční křivky se zvětšuje). Parametry měřicího pole umožňují samostatně vyhodnotit vlhkost a hustotu materiálu. Ozařování nezpůsobuje ve dřevě teplo ani žádné chemické reakce. Měření jsou účinná bez ohledu na hustotu, strukturu povrchu a barvu materiálu. Díky velké hloubce průniku signálu je možné zaznamenávat ve dřevě vázanou i volnou vlhkost. Při použití přístroje ke zkoušení různých materiálů je třeba předem sestavit kalibrační křivky. Zařízení se používá při výrobě dřevěných desek v prostorách pro sušení třísek nebo vláken, v prostorách pro míchání komponentů a formování koberce a při sledování kvality hotového výrobku. Přesnost měření ±2 %.

Rýže. 4. Schéma činnosti vlhkoměru Spectra Quad IR:
1 – vzorek, 2 – snímač, 3 – zaostřovací zrcátko,
4 – otočné filtrové kolo, 5 – zdroj IR záření

Další princip měření vlhkosti různých materiálů je implementován v infračerveném vlhkoměru Spectra Quad (obr. 4). Bezkontaktní měřící systém, fungující online, je vybaven optickým zařízením pro sběr naměřených parametrů. Pracovním nástrojem je infračervené záření absorbované mokrým materiálem: čím je materiál sušší, tím více infračervených paprsků bude odrážet.

Intenzita absorpce záření určité vlnové délky je úměrná obsahu vlhkosti v materiálu. Křemenný halogenový zdroj vyzařuje světlo ve specifickém rozsahu vlnových délek. Světlo ze zdroje prochází rotujícími filtry. Optické IR filtry rozdělují světelný tok na měřící a referenční paprsky, které jsou absorbovány a neabsorbovány analyzovanou složkou. Odražená energie paprsků se přeměňuje na elektrické signály, jejichž poměr úrovní je úměrný hodnotě řízeného parametru. Přídavné optické kanály (vnitřní paprsky) kompenzují jakoukoli nestabilitu optických a elektronických komponent. Světlo procházející filtrem je nasměrováno na vzorek a je částečně absorbováno a částečně odraženo. Odražené světlo se shromažďuje a zaostřuje na senzor, jehož signál je úměrný obsahu vlhkosti v materiálu.

Během svého životního cyklu strom absorbuje vlhkost ze země prostřednictvím svého kořenového systému. Vstupní voda s živinami je nezbytná pro plný růst rostliny.

Když je strom pokácen, část vlhkosti zůstane v kmeni a větvích. Množství vlhkosti ovlivňuje vlastnosti dřeva, proto se využívá sušení materiálu různými způsoby.

Při výběru dřeva je důležité pochopit, jaký obsah vlhkosti je přijatelný a jak můžete měřit jeho úroveň. Je povolen 22% obsah vlhkosti v materiálu, jinak přítomnost kapaliny vede k výskytu plísní a plísní.

To negativně ovlivňuje kvalitu předmětů vyrobených ze řeziva. Existují různé typy vlhkosti a způsoby, jak ji určit.

Přirozená vlhkost dřeva

Když je strom pokácen, zůstává jeho přirozená vlhkost. Toto procento vlhkosti je počáteční číslo, které vám umožní určit podmínky a dobu sušení.

Tato hodnota se pohybuje od 25 % do 80 %. Je třeba vzít v úvahu podmínky, ve kterých se materiál nachází.

Procento se určuje podle následujících faktorů:

1. Pórovitost materiálu.
2. Dřevěná konstrukce.
3. Ekologické předpoklady.

Přirozená vlhkost se liší a závisí na typu materiálu. Jehličnaté stromy mají vyšší vlhkost než listnaté stromy.

Například smrk obsahuje 90% vlhkosti, jedle – 92% a jasan pouze 36%. Množství vláhy závisí na prostředí, ve kterém strom roste, a také na ročním období.

• V zimě tedy rostliny prakticky nespotřebovávají živiny a jsou ve stavu spánku.
• Vlhkost v létě je mnohem vyšší než v zimě.
• Čerstvě pořezaný strom navíc obsahuje více vlhkosti než vytěžené dřevo, protože kapalina má tendenci se odpařovat.

Hlavním cílem výrobců řeziva je snížit vlhkost, aby materiál získal pevnost a tvrdost. Znáte-li přirozenou vlhkost, můžete určit čas a způsob sušení řeziva.

Rovnovážná vlhkost dřeva

Tato vlhkost není konstantní a je nezbytná pro správné vysušení dřeva. Rovnovážný obsah vlhkosti se mění v závislosti na podmínkách prostředí, ve kterém je dřevo skladováno.

Nadměrná vlhkost dřeva negativně ovlivňuje kvalitu hotových výrobků.

• Předměty vyrobené z takového dřeva jsou náchylné k houbovým chorobám.
• Struktura jakéhokoli dřeva je porézní a snadno absorbuje vlhkost.
• Nerovnoměrně vysušené řezivo bude mít neestetický vzhled a bude nevhodné k použití.
• Jak se kapalina odpařuje, materiál se zmenšuje.
• Pokud je rovnovážná vlhkost vypočítána špatně, materiál bude nerovnoměrný. Každá úroveň vlhkosti má své vlastní metody sušení.

Pokud je materiál vlhký, bude vyžadovat intenzivní sušení, ale dřevo s nízkou vlhkostí lze sušit na vzduchu.

Řezivo se třídí podle úrovně vlhkosti takto:

1. Mokré dřevo je materiál s vlhkostí vyšší než 35 %.
2. Polovlhký materiál obsahuje 25%-35% vlhkosti.
3. Dřevo s vlhkostí nižší než 25 % je považováno za suché.

Druhy vlhkosti dřeva

Ve struktuře dřeva existuje několik typů vlhkosti:

• Volné, umístěné uvnitř dřevěných buněk;
• Vázané, umístěné v kanálcích a pórech. Má schopnost vstupovat do buněk.

Při vysychání dřeva se volná kapalina odpaří, ale vázaná kapalina zůstává. U čerstvě řezaného stromu je vlhkost distribuována nerovnoměrně.

Většina kapaliny je ve spodní části stromu, procento vlhkosti v horní části je menší. To je třeba vzít v úvahu při určování úrovně vlhkosti a výběru způsobu sušení.

Standardní vlhkost je považována za rovnoměrné rozložení kapaliny, přičemž rozdíl nepřesahuje 15%.

Absolutní

Poměr vnitřní vlhkosti a tekuté hmoty v sušeném řezivu je absolutní hodnota.

Tento koncept je podmíněný a používá se ke stanovení vlhkosti v průmyslové výrobě, protože určité procento vlhkosti v materiálu zůstává zachováno.

• Absolutní vlhkost dosahuje při sušení dřeva při teplotě sto stupňů.
• Po zákroku nelze materiál považovat za zcela suchý, bez vlhkosti.
• Řezivo zadržuje různé množství kapaliny, protože vlhkost je po délce kmene rozložena nerovnoměrně.

U jehličnanů je vlhkost kolem jádra a bělového dřeva nerovnoměrně rozložena, rozdíl může být asi 50 %.

Relativní

Tento typ vlhkosti je jednoduchý způsob, jak vypočítat kapalinu, která se odpařila a která zůstala.

Tento ukazatel je přibližný a je realizován v rozdílu mezi dostupnou hmotností materiálu a suchého obrobku.

Indikátor relativní vlhkosti lze vypočítat různými způsoby:

• Použití údajů o množství kapaliny a hmotnosti samotného obrobku;
• Zvažte mokrý a suchý obrobek.

V praxi to lze provést následovně:

1. Odřízněte blok z řeziva.
2. Zvažte blok a zaznamenejte data.
3. Vysušte prototyp a znovu jej zvažte. Zaznamenaný rozdíl hmotnosti je množství vlhkosti ve dřevě.

Čerstvě nařezaný materiál, ve kterém by se mělo vysušit velké množství vlhkosti, a následně dopravit na místo určení.

Vlhkost by neměla být vyšší než 20%. Řezivo se zpravidla skladuje na vzduchu, aby vyschlo asi tři měsíce.

Existují sušící komory, které byly vynalezeny pro urychlení procesu sušení.

Jak měřit vlhkost dřeva

Hlavní možnosti pro určení množství kapaliny jsou:

Existují však další metody, které vám umožňují rychle určit procento kapaliny v řezu:

1. Přejetím tužkou po čerstvém řezu zjistíte, zda tam není nějaká tekutina. Přítomnost vody bude po chvíli indikována modrou barvou linky tužkou.
2. Plastové úlomky indikují, že materiál je vlhký. Suché hobliny by se měly rozpadat.
3. Můžete jej přejet po dřevě ostrým předmětem, pokud je zbývající pruh mokrý, pak je materiál vlhký.
4. Tupý zvuk při nárazu na řezivo těžkým předmětem znamená, že dřevo je mokré.
5. Vlhké dřevo má méně trhlin než suché dřevo.
6. Tmavý odstín svěžího střihu naznačuje suchý materiál.

Váhová metoda pro stanovení vlhkosti

Tato metoda zahrnuje vážení řeziva. Algoritmus akcí je jednoduchý:

1. Ze středu desky odřízněte dvoucentimetrový blok. Dřevo je obvykle na okrajích sušší než ve středu.
2. Zvažte blok a zaznamenejte výslednou hodnotu.
3. Umístěte blok do sušičky na 100 °C a nechte pět hodin.
4. Proveďte kontrolní vážení.

Další vážení proveďte o několik hodin později.

Elektrický způsob

Tato metoda je časově méně náročná než metoda vážení a poskytuje přesnější výsledek. K určení procenta vlhkosti budete potřebovat vlhkoměr.

• Činnost zařízení je založena na odolnosti materiálu vůči elektrickým impulsům.
• Molekuly vody přítomné ve dřevě mění hodnotu elektrického signálu a určují procento kapaliny.
• Elektrody umístěné na koncích speciálních jehel musí být zasunuty do řeziva na různých místech.

Pro získání co nejpřesnějšího výsledku je nutné provést měření na různých částech řeziva.

K určení úrovně vlhkosti ve dřevě můžete samozřejmě použít jednoduché lidové metody. Nejpřesnější výsledek však poskytuje pouze vlhkoměr.