Nghiên cứu xây dựng chế độ sấy gỗ OAK, ASH bằng năng lượng mặt trời

Tuy nhiên trong quá trình sấy gỗ sẽ liên quan đến nhiều yếu tố như: Cần một lượng nhiệt, ẩm nhất định để điều tiết trong quá trình sấy gỗ, thực tế hiện nay các doanh nghiệp sấy gỗ thường

NGUYỄN VĂN HIẾU

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ SẤY GỖ OAK, ASH

BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà nội, 2011

NGUYỄN VĂN HIẾU

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHẾ ĐỘ SẤY GỖ OAK, ASH

BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ

GỖ GIẤY

MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS HỒ XUÂN CÁC

Hà nội, 2011

MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hằng ngày của con người luôn tiếp xúc trực tiếp với các vật dụng làm từ gỗ như: bàn, ghế, giường, tủ,…Để có những sản phẩm trên phải qua một quá trình chế biến nguyên liệu gỗ, trong đó việc sấy gỗ là một trong những khâu quan trọng nhất trong quá trình gia công sản phẩm Sấy gỗ

là một lĩnh vực tiêu thụ khá nhiều năng lượng và cũng là một lĩnh vực gây ô nhiễm môi trường không nhỏ trong ngành chế biến gỗ

Tuy nhiên trong quá trình sấy gỗ sẽ liên quan đến nhiều yếu tố như: Cần một lượng nhiệt, ẩm nhất định để điều tiết trong quá trình sấy gỗ, thực tế hiện nay các doanh nghiệp sấy gỗ thường gia nhiệt bằng hơi nước hoặc hơi đốt đều

sử dụng chất đốt là củi, mùn cưa, hoặc các chất đốt khác để tạo ra nguồn nhiệt đáp ứng cho quá trình sấy, điều này dẫn đến khói bụi ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và hậu quả của nó là con người phải gánh chịu, như thiên tai, lũ lụt, biến đổi khí hậu,…Để giảm bớt khí thải, khói đốt cũng như giảm chi phí trong quá trình sấy gỗ, chúng tôi đề xuất đề tài tìm giải pháp sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời nhằm tiết kiệm năng lượng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm chi phí trong quá trình sản xuất, đảm bảo sức khỏe cho công nhân, tăng hiệu quả kinh tế và tận dụng được nguồn năng lượng sẵn

có của thiên nhiên

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng nguồn năng lượng sẵn có của thiên nhiên dùng trong ngành chế biến gỗ, cụ thể dùng năng lượng mặt trời để sấy gỗ, nhằm tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí trong sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng lợi nhuận trong sản xuất

Trong khuôn khổ có giới hạn về thời gian, nguồn gỗ nguyên liệu nhập khẩu, chi phí nghiên cứu …, nên nội dung nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong phạm vi sau:

Nghiên cứu cấu tạo, tính chất vật lý, đặt tính ứng dụng, công dụng của hai loại gỗ OAK, ASH nhập khẩu từ Mỹ, quy cách dày 20 mm

Sấy thí nghiệm hai loại gỗ trên tại lò sấy thí nghiệm năng lượng mặt trời CaXe

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển lĩnh vực sấy gỗ ở Việt Nam

Lịch sử về sấy gỗ ở Việt nam có thể phân ra thành hai giai đoạn: giai đoạn trước giải phóng năm 1975 và giai đoạn sau năm 1975

Sấy gỗ trước năm 1975 được đặc trưng bởi sự du nhập thiết bị sấy và công nghệ sấy của nước ngoài Vào thời kỳ pháp thuộc, Việt nam có nhà máy dệt Nam định ứng dụng kiểu lò sấy hơi nước kiểu chu kỳ, tuần hoàn tự nhiên

để sấy gỗ làm các con thoi và nhà máy toa xe lữa Gia lâm ứng dụng lò sấy hơi đốt trực tiếp với thiết bị nhập của Pháp Sau giải phóng miền Bắc, xuất hiện một số lò sấy nhập từ Bungary và Ba Lan ở Giáp Bát Vào thời điểm này, vỏ các lò sấy hầu như làm bằng kim loại, gia nhiệt bằng hơi nước, tuần hoàn cưỡng bức Nhìn chung, các thiết bị sấy ngoại nhập và công nghệ sấy chỉ có ở một số nhà máy, xí nghiệp được nhập toàn bộ thiết bị nước ngoài Trong khi

đó, các xí nghiệp chế biến gỗ còn lại lúc bấy giờ chỉ để gỗ hong khô tự nhiên ngoài trời trước khi đưa vào gia công , hoặc thậm chí bỏ qua hẳn công đoạn sấy trong dây truyền sản xuất đồ mộc Rõ rang , lúc này khâu sấy chưa được chú ý đúng mức, vì vậy độ ẩm gỗ sau khi hong phơi đưa vào gia công thường chưa đạt đến độ ẩm sữ dụng, nên sản phẩm khi sử dụng thường bị các khuyết tật như cong, vênh, nứt, mấm mốc, chất lượng màng keo không đảm bảo, kết cấu không chặt chẽ, tuổi thọ thấp,…

Sấy gỗ sau giải phóng được đặc trưng bởi những nghiên cứu, thiết kế cũng như những ứng dụng sáng tạo các thiết bị sấy của chính các nhà khoa học trong nước cho chính các đối tượng gỗ nội địa Ngoài các lò sấy hơi nước ở phía Bắc thì ở phía nam sau năm 1975, một vài xí nghiệp gỗ liên doanh cũng bắt đầu đầu tư các thiết bị sấy kim loại đi kèm với dây truyền sản

xuất đồ mộc ngoại nhập, như những lò sấy điện ngưng tụ ẩm của Nhật Bản ở Satimex, Savimex Tuy nhiên về thiết bị và công nghệ sấy khá hiện đại trong khi khoa học kỹ thuật trong nước còn nhiều hạn chế, nên công nghệ sấy lúc này còn nhiều bất cập Chằng hạn: những thiết bị sấy thay thế như ống gang

có khoanh chịu áp lực, nồi hơi áp lực cao, bộ làm lạnh…Không chế tạo được trong nước Còn năng lượng cấp nhiệt để sấy như dầu diezen, điện hay dung môi chất Freon trong thiết bị sấy ngưng tụ ẩm thì khá đắt tiền…Nhận thức được tính không phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam, đầu những năm

1980, ở phía Bác, một số loại hình lò sấy tường sây, gia nhiệt bằng hơi đốt, với trang thiết bị đơn giản, có thể chế tạo trong nước bước đầu đã được nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công Tuy vậy, loại hình lò sấy này đã được nghiên cứu thiết kế cải tiến thành lò sấy hơi đốt có kết hợp nguyên lý ngưng tụ ẩm, nhưng không phải từ hệ thống làm lạnh mà trực tiếp từ nước được bom từ các nguồn nước tại chỗ Ngoài ra, việc nghiên cứu phân nhóm

gỗ và xây dựng chế độ sấy vì tính đa dạng, chủng loại gỗ rừng và tính mọc phân tán của gỗ rừng Việt nam đã làm cho các cơ sở ít có điều kiên tổ chức sấy một mẻ sấy chỉ một loại gỗ

Ở phía nam, vào những năm 90, công trình nghiên cứu khác về thiết kế

và chế tạo lò sấy tường xây, gia nhiệt bằng hơi đốt cũng như đã được ứng dụng thành công Điểm tiến bộ của lò sấy này là: bằng việc bố trí hệ thống các quạt gió kiểu trục, có thể đảo chiều quạt nhiều lần thay cho quạt hút đã tạo đối lưu gió trong toàn lò được đồng đều hơn Để đảm bảo đồng đều nhiệt độ sấy theo dọc lò, thay cho những tấm kim loại là bộ phận cung cấp nhiệt dạng ống kim loại với dạng công xuất tỏa nhiệt cao hơn Sau đó, công tác thiết kế và chế tạo lò sấy gia nhiệt bằng hơi nước, với bộ cấp nhiệt là những là những dàn nhiệt dạng những tấm kim loại mỏng gắng trên ống truyền hơi nước đã được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả trong thực tiển Trong thời gian

đầu, một số thiết bị sấy của nước ngoài như quạt gió và dàn nhiệt của Bungary còn được sử dụng lắp đặt Sau này với sự tiến bộ của công nghiệp cơ khí, toàn bộ thiết bị sấy đều được chế tạo trong nước, kể cả nồi hơi cũng được các Công ty nồi hơi Việt nam chế tạo Hơn nữa, với các thiết bị sấy tự thiết kế

và chế tạo như hiện nay không những chỉ phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong nước mà còn được chuyển giao lắp đặt sang một số nước bạn như: Campuchia, Lào, Myanma… Về công nghệ sấy, nếu ở phía Bắc tập trung phân nhóm gỗ sấy và xây dựng chế độ sấy theo phương pháp điều hành sấy nhiều cấp (môi trường sấy có nhiều cấp nhiệt độ), thì ở phía nam lại phân nhóm gỗ sấy và xây dựng chế độ sấy theo phương pháp điều hành sấy hai cấp môi trường sấy có hai cấp nhiệt độ đơn giản hơn và phù hợp với thực tế công nghiệp sấy của Việt nam hơn, khi hệ thống theo dõi kiểm tra độ ẩm gỗ cũng như hệ thống điều khiển định kỳ bằng tay

Hiện nay trên thế giới đã và đang thử nghiệm khá nhiều kiểu lò sấy sử dụng năng lượng mặt trời ; ở Việt nam - Lâm trường M’Đrắc (Đắc Lắc) vừa đưa lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời vào sử dụng giảm chi phí nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ

Đây là lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của Tây Nguyên và cũng là lò sấy có các thiết bị tiên tiến nhất của Việt nam hiện nay Lò sấy gỗ này hoạt động thông qua nguyên lý hiệu ứng nhà kính (bức xạ nhiệt) và toàn

trời, lò sấy sẽ được nồi hơi cung cấp nước nóng để bổ sung năng lượng nhiệt giúp lò hoạt động bình thường Lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời này do Chương trình Lâm nghiệp Việt - Đức tài trợ, với tổng số vốn đầu tư 1,5 tỷ đồng

Tóm lại, công nghệ sấy gỗ ở Việt nam bắt đầu xuất hiện trước giải phóng với các thiết bị sấy nhập ngoại dạng kim loại mà chủ yếu là lò sấy hơi nước

và ngưng tụ ẩm Từ sau giải phóng , công nghiệp sấy gỗ trong nước đã có những tiến bộ đáng kể, công việc tự chế tạo cũng như việc triển khai ứng dụng thành công các kiểu lò sấy gia nhiệt bằng hơi đốt hoặc hơi nước với sự

đa dạng về cấu trúc và cách bố trí các thiết bị sấy trong lò Đặc biệt bắt đầu từ năm 1990, 100% thiết bị sấy đã có thể tự chế tạo trong nước trừ những dây truyền nhập đồng bộ Đi đôi với những thiết bị sấy, công nghệ sấy cũng có những tiến bộ đáng khích lệ Nếu những buổi đầu sơ khai, chế độ sấy được thâm nhập vào sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau, qua chuyển giao công nghệ, qua tài liệu tham khảo nước ngoài, thì từ sau năm 1985, các loại gỗ sấy phổ biến trong nước đã được nhiều tác giả nghiên cứu để phân nhóm gỗ sấy

và xây dựng chế độ sấy cho mỗi nhóm Việc phân nhóm một số loại gỗ rừng Việt nam này đã được thực tế chứng minh là rất sát thực vì đã giúp đơn giản hóa việc xây dựng chế độ sấy, tạo tính linh động khi sấy kết hợp nhiều đối tượng gỗ sấy trong sản xuất, góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp sấy gỗ

1.2 Khái quát về các phương pháp sấy

1.2.1 Hong phơi tự nhiên (sấy tự nhiên)

Hình 1.1- Ảnh hong gỗ tự nhiên

Trong quá trình phát triển, loài người đã ứng dụng phương pháp sấy đơn giản nhất là hong phơi tự nhiên để làm khô gỗ Quá trình hong phơi có thể tiến hành ngoài trời hoặc dưới mái che bằng cách xếp gỗ thành đống với nhiều lớp gỗ được ngăn cách với nhau bởi những lớp thanh kê Vì vậy, theo phương pháp này gỗ sẽ chịu tác động trực tiếp của ngoại cảnh (thời tiết, khí hậu)

Chính sự bị động trong điều tiết môi trường sấy như vậy khiến thời gian hong phơi quá dài, độ ẩm gỗ không đạt yêu cầu mong muốn và chất lượng gỗ thường không đảm bảo Như ta đã biết, gỗ xẻ sau khi cưa xẻ thường có độ ẩm rất cao (50-60% và có khi lên đến 100%), qua điều kiện hong phơi thuận tiện, tùy theo kích thước ván, có khả năng trong vòng một vài tuần lễ có thể giảm

độ ẩm của gỗ xuống xấp xỉ điểm bảo hòa thớ gỗ (25- 30%) Qua đó ta đã tiết kiệm được một lượng năng lượng đáng kể trong quá trình sản xuất trong cơ cấu giá thành của sản phẩm và tất yếu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất kinh doanh về sấy gỗ

2.2.2 Sấy chân không

Sấy chân không đã từ lâu là một phương pháp sấy kỹ thuật được sử dụng

để sấy các loại vật liệu khác nhau, kể cả trong lĩnh vực sấy gỗ Đối với các loại gỗ khó sấy và khô chậm, sấy chân không có một vị trí đáng kể nhằm rút ngắn được thời gian sấy và cải thiện được chất lượng sấy

Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc điểm sôi của nước vào áp suất Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết

bị chân không xuống đến áp xuất mà ở đó nước trong gỗ bắt đầu sôi và bốc hơi, sẽ tạo theo một tiết diện ngang của ván sấy một chênh lệch áp suất và qua

đó hình thành một dòng ẩm chuyển động trong gỗ theo hướng từ trong ra bề mặt gỗ Điều ấy có nghĩa là ở một áp suất nhất định, nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm áp suất trong gỗ giảm đi và đến mức ở nhiệt độ của gỗ (và cũng như nhiệt độ của nước trong gỗ) đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện áp suất đấy, nước trong gỗ sẽ hóa hơi và làm tăng áp suất trong gỗ, tạo nên chênh lệch áp suất hơi nước giữa bên trong

gỗ và bề mặt gỗ, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình duy chuyển ẩm từ trong gỗ

ra ngoài bề mặt bay hơi và ở đấy (bề mặt gỗ) dưới điều kiện chân không (áp suất thấp) quá trình bay hơi sẽ tiến triển nhanh chóng và qua đó quá trình khô của gỗ rất nhanh và rút ngắn được đáng kể thời gian sấy 20-50% thời gian sấy so với phương pháp sấy truyền thống

1.2.3 Sấy ngưng tụ ẩm

Sấy ngưng tụ ẩm bằng thiết bị lạnh đã được nhập vào nước ta (đặc biệt ở

Tp Hồ Chí Minh) trong những năm trước đây Thiết bị sấy làm việc theo nguyên lý sấy ngưng tụ ẩm và là một phương pháp sấy đã được sử dụng từ lâu

để sấy các vật liệu khác nhau Hiệu quả của phương pháp sấy này trong lĩnh vực sấy gỗ còn tùy thuộc vào rất nhiều yếu tố và được cân nhắc lựa chọn tùy theo điều kiện cụ thể của từng cơ sở sản xuất

Những yếu tố cơ bản cần được xem xét khi sử dụng phương pháp sấy này là:

- Hiện trạng ở nơi sử dụng

- Loại gỗ sấy và kích thước ván sấy

- Độ ẩm cuối cùng của gỗ cần đạt được

- Công suất (năng suất) gỗ cần sấy

1.2.4 Sấy hơi nước quá nhiệt

Phương pháp sấy hơi nước quá nhiệt là phương pháp sử dụng trực tiếp hơi nước nóng quá nhiệt làm môi trường sấy và được áp dụng ngày càng nhiều trong kỹ thuật sấy gỗ xẻ và được coi là một trong những giải pháp nhằm tăng cường năng lực sấy và tăng hiệu quả kinh tế của quá trình sấy So với phương pháp sấy truyền thống trong môi trường không khí, thì thông thường sấy trong môi trường hơi nước nóng quá nhiệt thời gian sấy sẽ ngắn hơn một cách đáng kể: (khoảng 6:1 so với phương pháp sấy truyền thống) phương pháp sấy này rất phù hợp cho sấy gỗ lá kim và các loại gỗ tạp lá rộng, nhiệt độ sấy luôn luôn lớn hơn 1000C (thường sấy ở khoản 1100C)

1.2.5 Sấy qui chuẩn (sấy gián tiếp trong môi trường không khí; sấy

truyền thống)

Sấy gián tiếp được phân biệt với sấy trực tiếp ở chỗ, đối với phương pháp sấy trực tiếp từ nguồn nhiệt, còn sấy gián tiếp là phương pháp sấy mà gỗ được gia nhiệt thông qua môi trường sấy, tức là nguồn nhiệt sẽ cung cấp nhiệt (gia nhiệt) cho môi trường sấy và gỗ nằm trong môi trường sấy ấy sẽ được môi trường sấy làm nóng lên thông qua hiện tượng truyền nhiệt và nhờ vào nguồn nhiệt được hấp thụ ấp sẽ thực hiện quá trình bay hơi và làm cho gỗ khô dần đi Môi trường sấy được sử dụng ở đây chủ yếu là không khí

1.2.6 Sấy Solar (năng lượng mặt trời)

Một phương pháp sấy gỗ nữa có ý nghĩa lớn hơn về tận dụng hiệu quả cao năng lượng thiên nhiên là phương pháp sấy bằng năng lượng mặt trời Với nguyên lý tập trung năng lượng bức xạ mặt trời để cung cấp năng lượng cao hơn cho một không gian sấy cô lập đã thúc đẩy gỗ sấy khô nhanh hơn so với phương pháp hong phơi Tuy vậy, các kết quả ứng dụng trong thực tế cũng cho thấy một số hạn chế nhất định: nhiệt độ môi trường sấy không cao lắm, diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt yêu cầu phải lớn Do đó, phương pháp sấy này chỉ thích hợp ứng dụng ở các nước nhiệt đới để sấy các đối tượng gỗ có khả năng thoát ẩm chậm và yêu cầu nhiệt độ sấy không cao như gỗ Bạch đàn, Oak…

1.2.7 Sấy Solar có kết hợp bơm nhiệt (ngưng tụ ẩm)

Khi ánh sáng chiếu vào hệ thống thu nhiệt, các ống chân không với tính năng thu nhiệt cao sẽ hấp thụ bức xạ ánh sáng chuyển hóa thành năng lượng Lượng nhiệt này chuyển sang nước chứa trong bồn làm nóng lên Nước nóng

có tỷ trọng nhỏ và nước lạnh có tỷ trọng lớn hơn, nên theo nguyên tắt vật lý giữa ống nước và bồn nước tồn tại một vòng tuần hoàn lưu chuyển nước Nước tiếp tục lưu chuyển trong vòng tuần hoàn trên cho tới khi nhiệt độ nước trong bồn đạt tới mức cao nhất

Nguyên lý bơm nhiệt

Máy nén, nén hơi gas thành hơi quá nhiệt (hơi có áp suất cao, nhiệt độ cao), đẩy vào dàn ngưng Tại dàn ngưng hơi gas có áp suất cao, nhiệt độ cao nhờ môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng, đồng thời tỏa nhiệt ra trong bồn nồi hơi, làm nước trong nồi hơi được nung nóng hơn Sau khi hơi gas đi

ra khỏi dàn ngưng vào fin lọc để lọc sạch bẩn, qua ống mao là đường ống có tiết diện nhỏ và dài, lượng gas tăng tốc độ, giảm áp suất , giảm nhiệt độ đạt nhiệt độ bay hơi, đến dàn bay hơi Đến dàn bay hơi lỏng gas có áp suất thấp,

nhiệt độ thấp và bay hơi, sau đó được máy nén hút về và nén thành hơi quá nhiệt vào dàn ngưng Thực hiện vòng tuần hoàn khép kín

Hình 1.2 Mô hình sấy Solar có kết hợp bơm nhiệt (ngưng tụ ẩm)

1.3 Tổng luận về các công trình đã công bố

Qua các tài liệu tham khảo có thể khái quát như sau về ứng dụng năng lượng mặt trời :

Hiện nay, trong xu thế chung của thế giới, trong tình hình khủng hoảng năng lượng và khắc phục khủng hoảng kinh tế và biến đổi khí hậu, các nước phát triển đang có xu hướng tập trung đầu tư mạnh cho việc nghiên cứu phát triển năng lượng sạch năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học (Solar & Bio Energy)

Thiết bị sấy gỗ năng lượng mặt trời

Một vài mô hình lò sấy gỗ ứng dụng năng lượng mặt trời sau đây theo nguyên lý:

- Hiệu ứng nhà kính (Green House)

Hình 1.3 Hình lò sấy Solar ở

Daknong

Hình 1.4 Dạng mô hình sấy

Solar

- Hấp thụ bức xạ mặt trời trực tiếp bằng tấm đen (Air Collector)

- Nguyên lý hấp thụ nhiệt tạo nước nóng (Solar Hot Water)

1.4 Khái quát về các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước

- Ngoài nước

Trong lĩnh vực sấy gỗ trên thế giới đã có những tiêu chuẩn hóa chuyên

ngành về sấy gỗ với các chỉ số công nghệ của chế độ sấy cụ thể cho từng loại

gỗ, những hướng dẫn cụ thể về cách thiết lập quy trình sấy cho từng quy cách

gỗ sấy, về cách điều hành sấy cũng như các quy định về việc kiểm tra, đánh giá chất lượng gỗ sấy

Tuy nhiên, ở mỗi nước có những kiểu riêng về chế độ sấy và cách thiết lập quy trình sấy khác nhau

Trên thế giới có những phương pháp sấy chân không, sấy cao tần, sấy hơi quá nhiệt (sấy nhiệt độ cao) thời gian sấy ngắn, tuy nhiên nhiều nhà khoa học Mỹ đã cho biết không phải các phương pháp nào cũng đều thích hợp với mọi đối tượng gỗ sấy mà còn gây ra nhiều khuyết tật như các hiện tượng móp méo, nứt mặt với tỷ lệ cao hơn so với phương pháp sấy quy chuẩn Nhiều kết

quả nghiên cứu cũng cho thấy đối với những phương pháp sấy tiến bộ bị hạn

chế về đối tượng gỗ sấy, về giá thành đầu tư thiết bị, về khối lượng gỗ sấy trong một mẻ sấy … không thể đáp ứng cho nhu cầu công nghiệp Vì vậy so

sánh về nhiều mặt phương pháp sấy quy chuẩn có nhiều ưu điểm hơn (giá đầu

tư thấp, tính kinh tế cao, môi trường sấy đơn giản, phương tiện truyền nhiệt dễ chế tạo, dễ ứng dụng …), nên phổ biến rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới Trong ngành Chế biến gỗ ở nhiều nước trên thế giới người ta cũng sử dụng các phương pháp sấy khác nhau, song chủ đạo vẫn là phương pháp sấy gián tiếp trong môi trường khí còn gọi là Phương pháp sấy truyền thống hoăc sấy quy chuẩn

Riêng về sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời , ở nhiều nước trên thế giới cũng đã sữ dụng ,tuy nhiên chưa nhiều ,còn có nhiều cân nhắc về tính hiệu quả về nhiều mặt và chủ yếu nghiên cứu tìm kiếm các mô hình lò sấy năng lượng mặt trời có tính chất công nghiệp hơn ; vấn đề khó khăn ở đây là tìm kiếm những giải pháp hạn chế tác động và phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và thời tiết của ứng dụng năng lượng mặt trới.Nước có nhiều kiểu lò sấy năng lượng mặt trời là Úc :

SOLAR TIMBER DRYER

(Solar Hot Water Collector)

Hình 1.5- Mô hình lò sấy Solar DEHUMMIDIFER KILN

- Trong nước

Chưa có những tiêu chuẩn hóa chuyên ngành về sấy gỗ, các công trình nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu về quy trình sấy cho từng loại gỗ, những tài liệu tham khảo ở dạng giáo trình, những bài báo đăng trên các tập san Lâm

Nghiệp

Vấn đề nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trong sấy gỗ cũng chỉ

có một vài đề tài nghiên cứu ở Viện Khoa Học Lâm Nghiệp Việt Nam

Lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời hiện nay ở Việt Nam chỉ có ở Daknong, thông qua tài trợ của tổ chức Liên Hiệp Quốc, lò sấy dạng nhà kính (Green house)

Cho đến nay, có thể nói chưa có nhiều đề tài nghiên cứu về công nghệ

sấy gỗ (chế độ sấy) cho gỗ Việt Nam đặc biệt là sấy gỗ bằng năng lượng mặt

Hình 1.7 Mô hình lò sấy SOLAR KILN DRYER CAXE 2011

Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu có liên quan

- Chen, P.Y.S., Helmer, W.A., Baton, D.J and Rosen, H.N 1982

Experimental solar-dehumidifier kiln for drying lumber Forest Products

Journal, Vol.32, No.9: 35-41

- Henning H.M In Proceedings of the Haet SET 2005.Grenoble, France,

2005

Solar assisted air conditioning of buildings-an overview

- Dr Tomas Nuriez, 2001 Fraunhofer- Institute for Solar Energy Systems

Dep Thermal System and Buildings

- Renewabel and Sustainable Energy Reviews 2009 Solar timber kilns:

State of the art and foreseeable developments

- P.K.Kavvouras, M.A.Skarvelis 2009 Performance of a solar – heated,

forced-air, fully automated lumber dryer

- Chen,P.Y.S.1981 Design and test of a 500 BF solar kiln Forest

Product Journanl Vol.31, N O ; 3; 33-38

- Choo, K.T and Grewal, G.S 1984 Solar drying of wood in peninsular

Malaysia Forest Research Institute Malaysia, Timber Digest No: 70

- Gan, K.S., Choo, K.T and Lim, S C 1997 Solar drying of timber

Paperpresented at 4 th Conference of forestry and Forest Products Research

2-4 October, 1994 Forest Research Institute Malaysia

- Gan, K.S & Choo, K.T 2001 Simulation of a Solar Timber Dryer P P

727-734 in Proceedings of the 2 nd Asian-Oceania Drying Conference ADC ’

01, Batu Fenghi, Pulau Pinang, Malaysia 20-23 August 2001 Editors Man Ramli Wan Daud, Kamaruzzaman Sopian, Siti Masinda Tasirin, Baharuddin Yatim, Mohd Othman and Ibni Hajar Rukunudin

- Simpson, W.T and Tschenitz, J.L 1989 Performance of solar/wood

energy kinl in tropical Latitudes.Forest Product Journal Vol.39, No 1: 23-30

Hồ xuân các Sấy Cà phê bằng năng lượng mặt trời.Đề tài Sở Khoa học

&Công nghệ Tỉnh Đồng Nai,2O11

Chương 2 NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu các đặc điểm cấu tạo giải phẩu gỗ OAK, ASH

- Tìm hiểu các đặc điểm tính chất vật lý, ứng dụng gỗ OAK, ASH

- Sấy thí nghiệm các mẽ sấy để xây dựng và thiết lập các quy trình sấy cho 02 loại gỗ (Oak và Ask) với cùng một loại quy cách ván dày 20 mm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Ứng dụng lý thuyết và mô hình hóa với loại mô hình thí nghiệm, mô hình được tính toán, thiết kế lò sấy thí nghiệm,thực nghiệm với diện tích lò 1m3 /mẻ, tiếp cận đề tài một cách khoa học chúng tôi sẽ kế thừa các thành tựu nghiên cứu khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam về những lĩnh vực có liên quan đến đề tài nghiên cứu

2.3 Gỗ Sồi trắng - White Oak (W.OAK)

Tên Khoa Học : Quercus spp

Tên Việt Nam : Gỗ Sồi Trắng

2.3.1 Mô tả chung

Gỗ Sồi trắng Mỹ có màu nâu trắng, dát gỗ màu nhạt, tâm gỗ từ nâu nhạt đến nâu sậm Đa số Sồi trắng có vân gỗ thẳng to và dài, mặt gỗ từ trung bình đến thô với các tia gỗ dài hơn Sồi đỏ Vì vậy, Sồi trắng có nhiều đốm hình hơn

Hình 2.1 Cây Sồi (white Oak), gỗ sồi, ván sồi

Hình 2.2 Lá sồi, trái sồi (White Oak)

2.3.2 Đặc điểm cấu tạo giải phẩu gỗ OAK

Gỗ có màu vàng pha sắc hồng Vòng sinh trưởng thường rộng 2-5 mm Giác, lỗi khó phân biệt Mặt gỗ trung bình, mạch đơn độc thường hình tròn, tập họp thành những cụm và dây theo hướng xuyên tâm hoặc lệch

Dưới kính lúp quan sát thấy mô mềm vây quanh mạch rất rõ, tụ hợp thành những dãy hẹp, ngắn, lượn sóng

Tia gỗ có 2 loại kích thước phân biệt, loại tia lớn có bề rộng rộng hơn đường kính lỗ mạch, loại tia nhỏ khó thấy

Tia gỗ tụ hợp có nhiều hàng tế bào là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự chênh lệch về co giãn, hút nước,…

Chiều hướng thớ gỗ thẳng Gỗ cứng trung bình, nặng trung bình

Mạch gỗ: Mạch đơn thường hình tròn, tập hợp thành cụm và dây theo hướng xuyên tâm hoặc lệch Mật độ 16-18 lỗ/mm2

Trong mạch có thể bít Đường kính lỗ mạch có 2 loại, loại lớn đường kính 150-170 µm, loại nhỏ 30-40 µm

Tấm xuyên mạch đơn, vách ngăn ngang nằm ngang Lỗ thông ngang trên vách tế bào xếp so le

Mô mềm: Mô mềm phân tán và tụ hợp phát triển thành nhựng dãi hẹp ngắn và lượng sóng, mô mềm vây quanh mạch không đều

Tia gỗ: Tia gỗ có 2 kích thước phân biệt, khoản cách 2 tia lớn là 220

-250 µm, rộng hơn đường kính lỗ mạch, gồm nhiều dãy tế bào và là tia dị hình, loại tia nhỏ hẹp chỉ 1 dãy tế bào là tia đồng hình Mật độ 16 tia/mm

Sợi gỗ: Sợi gỗ có dạng quản bào, đường kính sợi 35-45 µm, chiều cao sợi 600-650 µm, bề dày vách từ 12-15 µm

2.3.4 Đặc tính vật lý

Gỗ cứng và nặng, độ chịu lực uốn xoắn và lực nén trung bình, độ chắc thấp nhưng rất dễ uốn cong bằng hơi nước Sồi trắng Miền Nam lớn nhanh hơn và các vòng tuổi gỗ rộng, có khuynh hướng cứng và nặng hơn

2.3.5 Độ bền

Tâm gỗ có khả năng kháng sâu, không bị các loại mọt gỗ thông thường

và bọ sừng tấn công, gỗ tuyệt đối không thấm chất bảo quản, dát gỗ tương đối không thấm chất này

2.3.6 Đánh giá khả năng gia công của gỗ oak

Gỗ white OAK tương đối dễ gia công bằng các loại máy chế biến và dụng cụ cầm tay Độ bám dính keo tốt, có thể nhộm màu và trang sức bề mặt bằng các loại dầu, sơn tổng hợp…

Gỗ khô tương đối nhanh vì có lỗ mạch tụ hợp, tuy nhiên gỗ tương đối khó sấy vì có các thể bít nên cần phải có xử lý ẩm tương đối kỹ nếu không dễ

bị nứt ruột trong quá trình sấy

Độ co rút thể tích trung bình (tính từ gỗ tươi đến khi độ ẩm 8%) là 15% nên có nguy cơ cong vênh và rạng nứt bề mặt, vì vậy cần có chế độ sấy ôn hòa chậm lại ở thời gian đầu, với điều kiện và nhiệt độ trong lò sấy năng lượng mặt trời là hợp lý nhất

Khối lượng thể tích trung bình khoảng 0.6 g/m2

Hệ số co giãn tiếp tuyến 0.14, hệ số co giãn xuyên tâm 0.11 đây là những tính chất vật lý ảnh hưởng đến quá trình thoát ẩm của gỗ, đồng thời cũng là nguyên nhân sản sinh ra các khuyết tật của gỗ sấy

Gỗ có độ cứng khá cứng

2.3.7 Công dụng chính

Làm cửa cao cấp, ván sàn, tủ buffer, tủ bếp, gỗ trạm kiến trúc, gỗ trạm ngoại thất, gờ trang trí, ván lót, tà vẹt đường sắt, cầu gỗ, ván đóng thùng, quan tài và hộp đựng nữ trang

Hình 2.4 Sản phẩm đồ dùng từ gỗ sồi trắng (white Oak)

2.4 Gỗ Sồi đỏ Red Oak (R.OAK)

Tên khoa học: Quercus spp

Tên Việt nam: Gỗ sồi đỏ

2.4.1 Mô tả chung

Gỗ Sồi đỏ là một trong những chủng loại được sử dụng phổ biến nhất thế giới, đặc biệt là tại Mỹ

Hình 2.5 Cây Sồi đỏ, gỗ sồi đỏ (Red Oak)

2.4.2 Đặc điểm cấu tạo giải phẩu gỗ sồi đỏ (R.OAK)

Hình 2.6 Cấu tạo hiển vi sồi đỏ (Red Oak)

Vân gỗ sồi đỏ tương tự như vân gỗ sồi trắng nhưng có màu đỏ hơn và tỷ trọng thấp hơn so với gỗ sồi trắng Gỗ sồi đỏ có đặc tính thay đổi của gỗ tùy thuộc vào vùng trống

Giác gỗ từ màu trắng cho đến nâu nhạc, tâm gỗ màu nâu đỏ hồng, gỗ có

ít đốm hình nỗi bậc, vì các tia gỗ nhỏ hơn thớ gỗ, mặt gỗ thô

Gỗ từ các vùng phía Nam thường có các đường đen và vân to, còn gỗ từ các vùng phía Bắc thường có giá cao hơn từ 10-20%

2.4.3 Đặc tính ứng dụng

Gỗ chịu máy tốt, độ bám ốc và đinh tốt dù phải khoan trước khi đóng đinh và ốc Gỗ có thể được nhuộm màu và đánh bóng để thành thành phẩm tốt Gỗ khô chậm, có xu hướng nứt và cong vênh khi phơi khô Độ co rút lớn

và dễ bị biến dạng khi khô

2.4.4 Độ bền

Không có hoặc ít có khả năng kháng sâu ở tâm gỗ Tương đối dễ xử lý bằng chất bảo quản

2.4.5 Công dụng chính của gỗ R.OAK

Đồ gỗ cao cấp, tủ, gỗ chạm cao cấp, cửa cái, ván sàn

Thích hợp để tạo sự tương phản với những loại gỗ nhạt màu hơn

Đồ gỗ, ván sàn, vật liệu kiến trúc nội thất, gỗ chạm và gờ trang trí nội thất, cửa, tủ bếp, ván lót, quan tài và hộp đựng nữ trang

Hình 2.7 Sản phẩm đồ dùng từ gỗ sồi đỏ (Red Oak)

2.5 Gỗ Tần Bì - White Ash(W.ASH)

Tên Việt Nam : Gỗ Tần Bì

Tên thương mại : White Ash

Tên khoa học: Fraxinus spp.americana

Họ: Oleaceae

Tần Bì là một loài Fraxinus có nguồn gốc bản địa phía Đông Bắc Hoa

kỳ, được tìm thấy tại các khu rừng lá rộng có độ ẩm vừa phải từ phía Tây Nova Scotia đến Minnesota, từ phía nam đến phía Bắc Florida và từ phía Tây

Nam đến phía Đông Tây

2.5.2 Đặc điểm sinh thái

Là loài thực vật lá rụng gỗ lớn với chiều cao sinh trưởng lên đến 30mm, có trường họp lên đến 50mm, với đường kính thân từ 0.5-1.8m

20-Vở: nhẳn và xám màu khi cây còn non, dần bị nứt nẻ khi trưởng thành đến già cỗi Chồi mùa đông có màu nâu sẵm hoặc nâu đỏ, với bề mặt mịn

Hình 2.8 Hình gỗ Tần Bì (ASH)

Lá: dài khoảng 20-30mm, có hình lông chim kết hợp với 7 (có khi là 5, 9 hoặc 11) lá chét, những lá này dài khoảng 5-15 cm (hiếm khi dài 18cm) và rộng từ 3-7.5cm, với mép lá viền răng cưa ngắn nhưng khoản cách giữa các cuống lá dài đến 15mm Mặt trên lá thường xanh, mặt dưới có một lớp phấn mịn, và chuyển màu vàng, đỏ hoặc tía vào mùa thu

Hình 2.9 Lá gỗ Tần Bì (ASH)

Hoa: nhỏ, hơi đỏ tía, không có cánh; tương tự như các giống Tần Bì khác, thường phân tính, hoa đực và hoa cái được phân bổ trên các cây riêng biệt Sự ra hoa xảy ra vào đầu xuân sau 30-55 ngày sinh trưởng, trước khi lá mới phát triển, sự thụ phấn được thực hiện nhờ gió

Hình 2.10 Trồi non cây Tần Bì (ASH)

Quả: dạng quả cách, dài 2.5- 6.5 cm và rộng 4-7mm khi lớn hoàn toàn vè hình thể, hạt dài khoản 1.5- 2 cm với cách màu nâu nhạt dài 1.5- 4cm và có thể được thổi đi xa từ cây bố mẹ

Hình 2.11 Hoa cây Tần Bì (ASH)

.

Hình 2.12 Cấu tạo hiển vi gỗ Tần Bì (ASH)

Mô tả chung cấu tạo thô đại hiển vi:

Tần Bì hoa kỳ có hình dạng tương tự như Tần Bì Châu âu Dát gỗ màu

từ nhạt đến gần như trắng, tâm gỗ có màu sắc đa dạng, từ nâu xám đến nâu nhạt hoặc vàng nhạt sọc nâu.Nhìn chung vân gỗ thẳng, to, mặt gỗ thô đều Thứ hạng và trữ lượng tần bì có dát gỗ màu vàng nhạt và một số đặc tính khác

màng mỏng khi các tế bào mô mềm phát triển chui qua lỗ thông ngang vào ruột tế bào, vách dày

Hình 2.14 Cấu tạo lỗ thông mạch, tế bào mô mềm gỗ Tần Bì

Tế bào mô mềm: Vừa liên kết thành dãy vừa phân tán Khi liên kết thành dãy, tế bào mô mềm vây quanh mạch rõ rệt nhất ở phần gỗ muộn Tế bào mô mềm vây quanh mạch kín có các hình sau: hình tròn, bầu dục, hình cách, hình cách liền nhau, dãy băng hẹp, số lượng trung bình trên một dãy băng từ 4-6-8

tế bào

Quản bào và sợi gỗ: Sợi gỗ có vách từ mỏng đến khá dày, độ dày trung bình của sợi là từ 150-1600 µm độ bền trung bình đến khá tốt, ruột sợi gỗ được tách biệt chủ yếu do vách xuyên tâm, đơn đến đa vách hoặc các vách riêng biệt Sợi không chứa vách ngăn ngang

Tia gỗ: trên mặt cắt ngang, một số tia có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc kính lúp Trên mặt cắt tiếp tuyến có khoảng từ 5- 9 tia trên mỗi mm, hầu hết các tia có bề rộng tia hẹp, thường từ 1-4 hàng tế bào Chiều cao các tia lớn lên đến 500 µm Đa số các tia đồng

Khối lượng riêng: 0.65g/m3

- Theo chiều xuyên tâm: 4.9 %

- Thaeo chiều tiếp tuyến: 7.8%

2.5.4 Các ảnh hưởng đến khả năng gia công của gỗ Tần bì (Ash)

2.5.4.1 Ảnh hưởng đến xử lý bảo quản

Tâm gỗ không có khả năng kháng sâu Dát gỗ dễ bị các loại mọt gỗ thông thường tấn công Tâm gỗ tương đối không thấm chất bảo quản nhưng dát gỗ có thể thấm chất này

Độ bền tự nhiên kháng nấm hại gỗ: Tần Bì Hoa kỳ có độ bền tự nhiên được đánh giá là đạt yêu cầu để ứng dụng vào ngoại thất, trên thực tế, có thể ứng dụng ngoại thất nếu áp dụng kiểu thiết kế, lập chi tiết và có kỹ thuật xây dựng đúng đắn cùng với việc sơ chế bảo quản hiệu quả Để duy trì lớp phủ bảo vệ, tiến hành chương trình bảo vệ thường xuyên trong quá trình sử dụng

2.5.4.2 Ảnh hưởng đến sấy gỗ

Gỗ Tần Bì Hoa kỳ là loại gỗ lá rộng, với cấu trúc mạch gỗ xếp vòng vây quanh tủy cây, với cấu trúc tia hẹp, phân bố đều nên tương đối dễ sấy, ít sản sinh khuyết tật Tuy nhiên, do khối lượng riêng của gỗ tương đối lớn, là loại

gỗ khá nặng, đồng thời, tỷ lệ co dãn theo các chiều xuyên tâm và tiếp tuyến có chênh lệch khá lớn, thớ thẳng và có ứng suất bé nên khi sấy cần lưu ý không

chọn chế độ sấy quá cứng, sấy quá nhanh

2.5.5 Đặc tính ứng dụng

Tần bì có khả năng chịu máy tốt, độ bám ốc, bám đinh và dính keo tốt,

có thể được nhuộm màu và đánh bóng để thành thành phẩm tốt Tần bì tương đối dễ khô, nguy cõ xuống cấp khi sấy khô là rất ít Gỗ ít bị biến dạng khi sấy

2.5.8 Công dụng chính

Đồ gỗ, ván sàn, vật liệu kiến trúc nội thất, đồ gỗ chạm khắc và gờ trang trí nội thất cao cấp, cửa, tủ bếp, ván lát ốp, tay cầm của các loại dụng cụ, các dụng cụ thể thao và gỗ tiện

Chương 3 CÁC YẾU TỐ, THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN

QUÁ TRÌNH SẤY GỖ

Quy trình sấy biểu thị nghệ thuật điều tiết, phối hợp quan hệ diễn biến giữa trạng thái của môi trường sấy (không khí) và vật liệu sấy nhằm đảm bảo quá trình khô của gỗ một cách tối ưu, vừa đảm bảo chất lượng của vật liệu sấy (gỗ), vừa đảm bảo thời gian sấy ngắn nhất có thể được và giá thành sấy thấp nhất

Để đạt được những yêu cầu trên, cần phải xem xét những vấn đề sau:

3.1 Vận tốc gió trong môi trường sấy

Vận tốc gió trong môi trường sấy do hệ thống quạt gió tạo ra, thường là không đổi và được xác định khi thiết kế lò sấy do vậy Vận tốc gió trong buồng sấy phụ thuộc vào quạt và công suất quạt gió

3.2 Nhiệt độ không khí trong môi trường sấy

Nhiệt độ không khí trong buồng sấy được đo bằng nhiệt kế, có thể dùng nhiệt kế thuỷ ngân hay nhiệt kế đồng hồ để đo Nhiệt độ đo nhiệt kế này chỉ thị được gọi là Nhiệt kế khô, ký hiệu trong quy trình sấy là T(oC) Tăng giảm trong buồng sấy bằng cách tăng giảm lượng hơi nóng từ colleter bằng cách đều chỉnh van xuống buồng sấy Nhiệt độ trong lò sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh gỗ sấy càng nhanh khô nhưng khuyết tật phát sinh của gỗ càng tăng Vì vậy người ta không thể tuỳ tiện tăng nhiệt độ sấy mà phải khống chế

ở một nhiệt độ nhất định

3.3 Độ ẩm không khí trong môi trường sấy

Độ ẩm tức thời trong quá trình sấy luôn biến đổi trong quá trình sấy Theo thời gian sấy độ ẩm môi trường sấy giảm dần tức là gỗ khô dần Để biết được độ ẩm tương đối của môi trường sấy ta lắp thêm một nhiệt kế ướt trong buồng sấy Nhiệt kế ướt khác với nhiệt kế khô là tại bầu cảm ứng có quấn

thêm lớp bông, vải dẫn nước từ một cốc nước đặt bên dưới bầu cảm ứng – Hơi nước xung quanh bầu cảm ứng nhiệt kế luôn bay hơi và lấy nhiệt đi nhiều hơn nhiệt kế ướt luôn luôn chỉ thị số thấp hơn nhiệt kế khô Trong quy trình sấy nhiệt độ nhiệt kế ướt luôn ký hiệu là Tư oC Hiệu số T – Tư = T gọi là chệnh lệch giữa nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt Mức độ chênh lệch nhiệt kế khô

và nhiệt kế ướt Mức độ chênh lệch T càng lớn thì môi trường sấy càng khô nhanh

3.4 Các giai đoạn của quá trình sấy

Quá trình sấy về nguyên tắc được chia thành 3 giai đoạn tiêu biểu sau:

Giai đoạn gia nhiệt (xử lý ban đầu)

Giai đoạn sấy

Giai đoạn xử lú cuối

3.4.1 Giai đoạn gia nhiệt

Gỗ được làm nóng từ nhiệt độ bình thường lên đến nhiệt độ sấy Về cơ bản trong giai đoạn gia nhiệt không được làm khô gỗ, tức là chỉ có làm nóng

gỗ đơn thuần, nhằm làm cho gỗ đạt được nhiệt độ sấy theo chế độ sấy, một phần có tác dụng làm mềm gỗ trong điều kiện nhiệt ẩm của giai đoạn này và qua đó giảm bớt được sự nảy sinh các khuyết tật do sấy Mặt khác không làm khô lớp mặt gỗ sấy trong khi gỗ còn quá ướt sẽ làm rạn nứt bề mặt gỗ hoặc có thể gây nên hiện tượng chai cứng bề mặt gỗ và cản trở quá trình sấy về sau

Để đạt được mục đích đó độ ẩm tương đối của môi trường sấy trong giai đoạn này bằng 98  100% là tốt nhất, nhiệt độ cần tăng nhanh trong một thời gian ngắn ,theo kinh nghiệm thời gian gia nhiệt ước tính khoảng 2h/1cm chiều dày ván

3.4.2 Giai đoạn sấy

Mục đích của giai đoạn này là làm khô gỗ trong một thời gian sấy ngắn nhất với yêu cầu chất lượng đảm bảo Trong thời gian của giai đoạn sấy các

thông số của chế độ sấy sẽ được khống chế và điều tiết phù hợp với diễn biến

độ ẩm của gỗ sấy Thời gian sấy phụ thuộc vào các yếu tố (loại ván, chiều dày ván, loại gỗ, T0 sấy, Wđ , Wc) của gỗ và phụ thuộc và loại thiết bị sấy Dựa

và đặc điểm quá trình khô của gỗ, giai đoạn sấy được phân thành 2 giai đoạn Giai đoạn sấy đầu (GĐS I) và giai đoạn sấy sau (GĐS II); giai đoạn sấy đầu(GĐS I) là giai đoạn sấy đẳng tốc,cho đến khi độ ẩm của gỗ giảm xuống đến 25% Đối với các loại gỗ khó sấy và gỗ có quy cách lớn, nên thêm một giai đoạn xử lý giữa chừng nhằm triệt tiêu bớt ứng suất hình thành trong gỗ sấy ở giai đoạn sấy đầu (GĐS I) Giai đoạn sấy cuối là giai đoạn sấy giảm tốc,kéo dài từ 25% cho đến khi đạt độ ẩm cuối cùng (kết thúc sấy)

3.4.3 Giai đoạn xử lý cưối

Để điều hòa ứng suất và cân bằng ẩm độ trong gỗ sấy, ta cần tiến hành phu ẩm, nhằm triệt tiêu ứng suất tồn tại trong gỗ sấy, giảm biến dang gỗ trong quá trình gia công về sau

3.5 Quá trình trao đổi ẩm

Quá trình khô của gỗ là một quá trình tổng hợp ba quá trình vật lý cơ bản: Quá trình mao dẫn, quá trình bay hơi trên bề mặt gỗ và quá trình khuếch tán ẩm Khi độ ẩm của gỗ lớn hơn điểm bảo hòa thớ gỗ, quá trình mao dẫn là quá trình chủ yếu của việc di chuyển ẩm bên trong gỗ Khi gỗ khô dần và độ

ẩm của gỗ giảm xuống dưới điểm bảo hòa thớ gỗ, quá trình di chuyển ẩm trong gỗ là quá trình khuếch tán đơn thuần Lúc này, áp suất hơi nước trên bề mặt gỗ gần bằng áp suất hơi nước trong không khí ở cùng điều kiện nhiệt độ Lượng nước thoát ra chậm lại và có đủ thời gian để khuếch tán vào không khí nên tốc độ bay hơi của nước dần dần giảm đi Vì vậy, không cần xác định lượng bay hơi trên bề mặt gỗ nữa mà tìm xem quá trình trao đổi ẩm của gỗ ra sao, lúc nào thì gỗ khô đi hoặc ở điều kiện nào gỗ sẽ ẩm trở lại

3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy của gỗ

Như ta đã biết, quy trình sấy là sự sắp xếp và đều tiết hợp lý các thông số công nghệ (chế độ sấy) ở các giai đoạn sấy khác nhau của quá trình sấy sao cho phù hợp với tính chất và trạng thái của vật liệu sấy ở các thời điểm khác nhau ,nhằm đảm bảo cho quá trình khô của gỗ tối ưu, thời gian sấy ngắn nhất

và chất lượng sấy tốt nhất Như vậy, muốn thiết lập được một quy trình sấy cho một loại sản phẩm gỗ sấy cần phải xác lập được chế độ sấy phù hợp và xác định được thời gian sấy tương đối chính xác Tuy nhiên vì thời gian sấy phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố nên việc xác định một cách chính xác thời gian sấy là một việc làm khó khăn và cần được xem xét, đánh giá một cách tỉ mỹ, chuẩn chính xác tác động của các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy, đó là:

3.7 Chủng loại và khối lượng riêng của gỗ

Đối với những loại gỗ khác nhau thì cấu tạo và khối lượng riêng của từng loại gỗ cũng khác nhau nên tính chất cơ lý cũng khác nhau Trong gỗ sấy, khối lượng riêng của gỗ được xem xét như là một yếu tố quan trọng quyết định đến quá trình khô của gỗ Tính chất này phản ánh lượng gỗ thực chất và thể tích khoang trống Thông thường những loại gỗ có khối lượng riêng càng lớn chứng tỏ gỗ càng có cấu trúc chặt chẽ hơn, ít có khoảng trống trong gỗ… dẫn đến quá trình dịch chuyển và khuếch tản ẩm trong gỗ càng khó khăn hơn Chính vì vậy, nhiều nhà khoa học cũng lấy giá trị khối lượng riêng làm cơ sở để xem xét phân nhóm gỗ sấy và xem xét xây dựng chế độ sấy

3.8 Các ảnh hưởng của gỗ đến quá trình sấy

3.8.1 Ảnh hưởng độ dày của gỗ

Kích thước của nguyên liệu đưa vào sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình khô của gỗ Ảnh hưởng của bề rộng và chiều dài của gỗ sấy là không đáng kể, trong đó ảnh hưởng bởi bề dày là chủ yếu Gỗ có quy cách càng dày, sấy càng

lâu khô, nguy cơ sản sinh các khuyết tật sấy càng lớn do đó phải sấy với chế

độ càng mềm, tức là thời gian sấy càng kéo dài Thật vậy, gỗ dày thì thời gian cấp nhiệt làm cho gỗ nóng lên đến tâm gỗ sẽ lâu hơn và nước trong gỗ thoát

ra ngoài chậm hơn do phải trải qua đoạn đường dài mới tới bề mặt gỗ để bay hơi Đồng thời độ dày của gỗ cũng là yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ lưu thông không khí trong phòng sấy Sự lưu thông không khí nóng qua các lớp gỗ phụ thuộc vào các độ hở giữa các lớp xếp trong chồng gỗ Vì vậy, gỗ sấy với các

độ dày khác nhau cũng làm cảng trở đến tốc độ không khí trong môi trường sấy làm ảnh hưởng tới quá trình khô của gỗ

3.8.2 Ảnh hưởng về nhiệt độ của gỗ

Nhiệt độ càng cao càng làm tăng tốc độ dẫn ẩm và bay hơi của nước (ẩm), do đó gỗ càng nhanh khô Tuy nhiên, không phải gỗ nào cũng có thể sấy được ở cùng nhiệt độ như nhau Đối với một số loại gỗ không chịu được nhiệt độ cao, nếu đưa vào sấy ở nhiệt độ cao dễ dẫn đến hiện tượng móp méo như gỗ chò chỉ, Bạch đàn… Vì vậy, muốn có chất lượng gỗ sấy tốt, tùy theo từng loại gỗ, cần cân nhắc lựa chọn một nhiệt độ sấy thích hợp để vừa đảm bảo khô nhanh mà không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng gỗ sấy Thông thường, gỗ lá kim sấy ở nhiệt độ cao hơn gỗ lá rộng Đặc biệt ở một số loại gỗ cứng, thoát ẩm chậm…cần phải sấy ở nhiệt độ thấp Qua những phân tích trên cho ta thấy lò sấy năng lượng mặt trời sẽ phù hợp cho các chế độ sấy ở các loại gỗ khó sấy, như gỗ có độ ẩm ban đầu cao, gỗ có độ dày từ 32 mm trở lên thời gian đầu ta sấy ở lò năng lượng sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí Như ta

đã biết trong gỗ luôn có hai loại nước: nước tự do nằm giữa ruột của thân gỗ, loại nước thứ hai là nước liên kết, loại nước này xen kẻ giữa các mau mạch của gỗ.Vì vậy, giai đoạn đầu nếu ta cấp nhiệt cao sẽ dễ dẫn đến tình trạng thoát ẩm nhanh dẫn đến hiện tượng nứt gỗ

3.8.3 Ảnh hưởng tốc độ tuần hoàn của môi trường sấy

Trong quá trình sấy, việc điều tiếc môi trường sấy thông qua ba thông số trạng thái đặc trưng là nhiệt độ, độ ẩm môi trường và tốc độ gió nhằm mục đích làm cho nước trong gỗ nóng lên, di chuyển ra bề mặt rồi bay hơi Về cơ bản, tốc độ tuần hoàn của môi trường sấy càng tăng càng có tác dụng rút ngắn thời gian sấy Tuy nhiên, khi tăng tốc độ môi trường sấy cần phải cân nhắc cẩn thận các biện pháp tác động kỹ thuật sao cho phù hợp với tính chất, đặc điểm của từng loại gỗ và quy cách gỗ sấy để có thể rút ẩm từ trong gỗ ra trong thời gian ngắn nhất mà không làm tổn thương đến gỗ, không làm biến dạng

gỗ Nếu tốc độ môi trường sấy quá cao sẽ làm cho quá trình khô của gỗ quá nhanh, khi đó các lớp bên ngoài của vật liệu sấy do tiếp xúc trực tiếp và trước tiên với môi trường sấy sẽ khô xuống dưới điểm bảo hòa thớ gỗ nên lớp gỗ ngoài bị co rút Nhưng mức độ co rút của nó lại bị những lớp bên trong chưa

co rút hạn chế dẫn đến việc hình thành ứng suất và gây ra các khuyết tật như nứt bề mặt Nếu tốc độ của môi trường sấy quá thấp thì cường độ bay hơi nước trên bề mặt nước tự do thấp, lượng ẩm thoát ra nằm trên bề mặt vật liệu càng nhiều và lớp không khí bảo hòa phủ trên bề mặt nước tự do càng dày, do

đó hơi nước từ bề mặt nước đi vào không khí xung quanh càng khó, chẳng bao lâu quá trình khô của gỗ sẽ ngừng lại do không khí bảo hòa hơi nước Hiện tượng này gọi là hiệu ứng lớp biến Chính vì vậy, nếu biết cách thay đổi trạng thái của môi trường sấy hợp lý sẽ giúp đạt được những hiệu quả mong muốn, tất yếu góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất kinh doanh

về sấy gỗ

3.9 Nguyên nhân sản sinh ứng suất và các dạng khuyết tật của gỗ sấy

3.9.1 Nguyên nhân sản sinh ứng suất

Tốc độ khô không đồng đều của các phần riêng rẽ của gỗ (các lớp riêng

rẽ khác nhau từ trong ra ngoài ván) là nguyên nhân chủ yếu hình thành nên

ứng suất bên trong gỗ trong quá trình sấy Vì khi sấy luôn có sự tồn tại ẩm theo bề dày gỗ sấy, do các lớp bên ngoài của ván tiếp xúc trực tiếp và trước tiên với môi trường sấy đã làm cho vùng gỗ bên ngoài khô xuống dưới điểm bảo hòa thớ gỗ nhanh hơn, nên co rút ở vùng gỗ bên ngoài xảy ra sớm hơn vùng gỗ bên trong, dẫn đến việc hình thành nên ứng suất và gây nên nứt mặt ngoài gỗ

Các lớp riêng rẽ ván phân bố từ ngoài vào trong có tốc độ khô nhanh chậm khác nhau sẽ đạt đến những mức độ co rút khác nhau khá rõ rệt Giá trị cuối cùng của co rút không những phụ thuộc vào độ ẩm cuối cùng của ván mà còn phụ thuộc cả vào quá trình diễn biến độ ẩm của nó (tức là lớp gỗ nào khô

từ từ, chậm sẽ có giá trị về co rút;lớn) Nguyên nhân này sẽ dẫn đến hiện tượng nứt nẻ giửa long ván trong giai đoạn sấy cuối cùng

Ứng suất hình thành sẵn có trong gỗ do hiện tượng sinh trưởng không đồng đều của gỗ tươi ở cây đứng trước khi chặt hạ

Sự co rút không đồng đều theo các chiều thớ khác nhau của gỗ cũng là nguyên nhân sản sinh ứng suất bên trong gỗ và cũng có thể dẫn đến các khuyết tật của nguyên liệu sấy

Thay đổi kích thước của cấu trúc gỗ do chuyển đổi nhiệt đột ngột cũng

có thể là nguyên nhân sản sinh ứng suất và dẫn đến các hiện tượng khuyết tật của gỗ sấy Hiện tượng sinh ra nứt ngoài mặt hoặc đầu ván do những lúc điều khiển các thiết bị tăng nhiệt cũng như thông gió hoặc mở các cửa lò đột ngột lúc gỗ trong lò còn nóng, hoặc khi sử dụng nhiệt độ cao để sấy các loại gỗ cứng khó sấy

3.9.2 Nguyên nhân gây ra các khuyết tật

Khi sấy gỗ có một số khuyết tật là vì trong quá trình sấy nảy sinh ứng suất trong gỗ nguyên nhân xuất hiện các ứng suất là do:

Khi sấy gỗ do tốc độ khô không đều giữa lớp gỗ phía trong và lớp gỗ phía ngoài thanh gỗ Khi sấy các lớp gỗ bên ngoài của thanh gỗ tiếp xúc trực tiếp với môi trường sấy vì vậy mà độ ẩm giảm nhanh xuống dưới độ ẩm bão hoà thớ gỗ Trong khi đó, độ ẩm lớp gỗ bên trong chưa kịp thoát ra ngoài vẫn còn rất cao nên lớp gỗ bên ngoài sẽ bị co rút Nhưng mức độ co rút của chúng

bị các lớp gỗ bên trong chưa co rút hạn chế dẫn đến việc hình thành nội ứng suất trong gỗ, bên ngoài thanh gỗ chịu ứng suất kéo còn bên trong chịu ứng suất nén dẫn điến hiện tượng nứt mặt ngoài, nứt đầu

Do đặc điểm cấu tạo của gỗ sự săp xếp của các mixen Dẫn đến khi sấy

sự co rút theo các chiều thớ là khác nhau đặc biệt là chiều xuyên tâm và chiều tiếp tuyến

Do sự thay đổi đột ngột môi trường sấy, nhiệt độ, vận tốc tuần hoàn môi trường sấy

3.9.2.1 Khuyết tật cong vênh

Gỗ sấy tại công ty chủ yêu có một số loại khuyết tật là cong hình cốc và cong hình cung

Đây là loại khuyết tật chiếm tỉ lệ khá nhiều trong khuyêt tật gỗ sấy nguyên nhân là do sự co rút không đồng đều giữa hai bề mặt thanh gỗ xẻ Loại này thường xuất hiện khi sấy các thanh gỗ được xẻ từ gỗ có đường kính nhỏ, còn non, khi xẻ tỉ lệ gỗ giác lớn Khi sấy thanh gỗ xẻ một mặt là gỗ giác và một mặt là gỗ lõi Như ta đã biết gỗ giác có đặc điểm là thoát nước nhanh hơn so với gỗ lõi Khi sấy càc thanh gỗ như vậy trên mặt thanh gỗ chứa phần gỗ giác co rút sớm hơn, ở giai đoạn đầu mặt chứa phần gỗ giác chịu ứng suất kéo mặt kia chịu ứng suất nén Do gỗ là vật liệu có tính dẻo sỉnh ra biến dạng dư nên khi kết thúc quá trình sấy ứng suất trên thanh gỗ không được cân bằng mà trên mặt chứa phần gỗ giác chịu ứng suất nén và phần chứa mặt gỗ lõi chịu ứng suất kéo

Bên cạnh đó hiện tượng cong hình lòng máng còn do yếu tố công nghệ trong khi xếp đống gỗ, các thanh kê không đều nhau, các thanh gỗ sấy không đều nhau Do đó khi sấy gỗ không khí nóng tiếp xúc không đều trên hai mặt thanh gỗ Một mặt không khí nóng tiếp xúc trực tiếp đi qua với lưu lượng lớn, mặt kia do bi các thanh gỗ khác chắn nên không khí môi trường sấy đi qua ít Dẫn đến một mặt thanh gỗ khô trước co rút sớm và một mặt thanh gỗ khô sau Mặt khô trước chịu ứng suất kéo trong giai đoạn đầu của quá trình sấy Nếu

gỗ là vật liệu đàn hồi lý tưởng thì ứng suất kéo trên mặt khô trước xuất hiện ở giai đoạn đầu sẽ giảm dần khi mặt kia khô đi và không còn nữa khi độ ẩm hai mặt đồng đều Nhưng do gỗ ngoài là vật liệu đàn hồi còn có tính dẻo nên thực

tế lớp gỗ khô trước đã bị căng ra do biến dạng dư Nên khi kết thúc quá trình sấy ứng suất trên thanh gỗ sấy không được cân bằng mà mặt khô trước sẽ chịu ứng suất nén và mặt khô sau chịu ứng suất kéo Cách hạn chế ta phải kiểm tra nguyên liệu trước khi sấy, loại các thanh gỗ không đảm bảo yêu cầu chất lượng trước khi đưa vào xếp đống, thực hiện xếp đống đúng kỹ thuật các thanh gỗ trên một lớp ở mỗi pallett phải nằm trên một mặt phẳng

Cong hình cung

Do khi xếp đống khoảng cách giữa các thanh kê không hợp lý, các thanh

kê không thẳng hàng, các thanh gỗ ở phía dưới bị võng xuống do chịu tải trọng quá lớn

Hình 3.1 Khuyết tật hình cung của gỗ do sấy

Để hạn chế mức độ cong vênh cần tuân thủ theo các biện pháp sau đây: Khi xếp đống nên sử dụng thanh kê có bề dày đều nhau, tốt nhất là các thanh chế được qua tinh chế bào cho thẳng mặt, vị trí các thanh kê phải đặc thẳng hàng, cự ly thanh kê không nên quá xa, thông thường gỗ có độ dày dưới 30mm thanh kê được xếp với khoản cách từ 20 cm, tối đa là 25 cm Còn đối với quy cách gỗ dày từ 35 trở lên thanh kê xếp khoản cách tối đa là từ 30-35mm Đối với gỗ xẻ xuyên tâm và gỗ có kích thước nhỏ thì nên bố trí các khu vực có tốc độ khô nhanh hơn

3.9.2.2 Gỗ bị nhăn mặt

Sự nhăn mặt gỗ (ván) là một hiện tượng biểu hiện trạng thái biến dạng rất mảnh liệt và không tốt Có khi gỗ bị nhăn mặt mà sinh ra nứt nẻ lớn Khuyết tật này thường sảy ra thường sảy ra ở một số loài gỗ nhất định

Hình 3.2 Khuyết tật gỗ bị nhăn mặt

Để tránh những hiện tượng này, khi sấy không nên sử dụng và điều chỉnh nhiệt độ quá cao và không được phép tăng nhiệt độ quá mức quy định của chế độ sấy