Itt a víz, hol a víz?

Nem elég a jó minőségű rönk vagy a frissen felvágott fűrészáru: ahhoz, hogy kiváló műszárított faanyagot kapjunk, a száradás, illetve a szárítás alatt végbemenő fizikai, kémiai folyamatokat is érdemes szem előtt tartani.

Szárított tölgy fűrészáru kötegelve

Bármilyen modern, nagy értékű szárítóberendezés áll is rendelkezésre, a természet alapszabályait nemcsak ismerni érdemes, hanem betartani is. Ez a megállapítás elsősorban ott lesz hangsúlyos, ahol a frissen kivágott és felfűrészelt faanyagból „hamar-gyorsan” szeretnének – jóval magasabb értéket képviselő – műszárított faanyagot előállítani eladás, feldolgozás céljából.

EGY KIS FIZIKA
Idei májusi lapszámunkban A ragasztás technológiái című cikk röviden már tárgyalta a levegő és a faanyag nedvességének a ragasztásra gyakorolt főbb szempontjait. Tekintsük át ezeket újra a szárításhoz fontos ismerettel együtt!

Leggyakrabban a levegő a faanyag szárító közege. A levegő mindig tartalmaz kisebb-nagyobb mértékben nedvességet, azaz valamilyen mértékű páratartalommal rendelkezik. Ennek a páratartalom-mértéknek a meghatározására kétféle kifejezés használatos. Az abszolút páratartalom az, ami az 1 m3 levegőben lévő vízpára mennyiségét mutatja (g/m3). A relatív, vagy viszonylagos páratartalom ugyanakkor a levegőben lévő vízpára arányát mutatja adott hőmérsékleten a lehetséges telítettséghez képest.

Farakat a szárítóban

A kicsapódási határ az az érték, ahol a levegő már több vizet nem képes felvenni, mivel az cseppfolyós formában azonnal kicsapódik (kondenzáció).

Ez a 100% relatív légnedvesség. Ha a levegőt elkezdjük felmelegíteni, azzal az abszolút páratartalma nem változik (nem lesz benne több víz), de a relatív páratartalma igen, mert magasabb hőmérsékleten több víz lehet a levegőben pára formájában anélkül, hogy kicsapódna. Minél magasabb tehát a szárító közeg levegőjének hőmérséklete, annál több vízgőzt képes magával ragadni a faanyag párolgó felületéről.

Ugyanakkor minél kisebb a környezeti levegőben lévő nedvesség (vagyis minél szárazabb a levegő), annál intenzívebb tud lenni a párolgás. Figyelembe kell vennünk a levegő áramlását is. Mivel a nedves levegő könnyebb mint az azonos hőmérsékletű és nyomású száraz levegő, így az felfelé áramlik, melynek minimum sebessége a 2 m/s (kb. 7 km/h) értéket el kell, hogy érje az ideális légcseréhez. (Érzékeltetésképpen: a 2–3 m/s-os légmozgás enyhe szélnek számít a meteorológiai Beaufort-fokozat szerint.)

A felület nagysága tovább segíti a párolgás hatékonyságát. Van még egy tényezőnk: ez a légnyomás. Alacsonyabb légnyomáson gyorsabban megy végbe a párolgás. Mivel a légköri nyomás viszonylag állandó, alacsonyabb nyomást csak mesterséges körülmények között tudunk létrehozni. A vákuumszárítók éppen ezt a célt szolgálják. Összefoglalva tehát, a párolgást befolyásoló tényezők:

• hőmérséklet: minél magasabb, annál gyorsabb;
• levegő páratartalma: minél kisebb, annál intenzívebb;
• légsebesség: erősebb légáramnál gyorsabb a párolgás;
• levegő nyomása: minél kisebb, annál gyorsabb;
• párolgó felület: minél nagyobb, annál intenzívebb.

Ha a természetes száradási folyamatot szeretnénk felgyorsítani, ezeken a tényezőkön kell változtatni. 

Farakat hézagléccel

FAANYAG NEDVESSÉGTARTALMA
Utaltunk rá többször is, hogy a víz a fatestben két formában van jelen: a sejtfalakban kötött vízként (adszorpció), míg a sejtek kapillárisaiban szabad vízként. A szabad víz mennyisége a kitermelés és a felfűrészelés után (élőnedves állapotban) fokozatosan csökken a fában – az adott fafajnak, a fenti tényezőknek és a helyes tárolásnak megfelelően.

A gyakorlatban előfordul olyan szállítási, vagy feldolgozási technológia (pl. furnérkészítés), ahol a fa állandóan vízzel érintkezik. Ilyen esetekben a levegőt is kiszorítva, a fa összes ürege vízzel telítődik. Ekkor beszélünk abszolút nedves állapotról, a vízzel való teljes telítettségről.

A fában lévő szabad víz és a kötött víz átmeneti tartományát rosttelítettségi határnak nevezzük. Ez egy százalékosan kifejezett és az adott fafajra jellemző érték – bár értéke függ a szöveti állománytól (lazább, ill. tömörebb), kémiai összetételétől (szíjács/színes geszt) is. A határértékek és több közbenső állapot megjelölése mindenképpen célszerű a fa nedvességtartalmát illetően (1. és 2. táblázat). A százalékos értékek a fa száraz tömegéhez viszonyított nedvességtartalmak, amit nettó nedvességtartalomnak is neveznek.

1. táblázat: Nedvességtartalom élőnedvesen, és a határértékek

Különbséget kell tehát tenni a fa ún. pillanatnyi nedvességtartalma (az a nedvességtartalmi érték, amely az adott pillanatban jellemzi a fát), és a között az érték között, ahol a fa nedvességtartalma egyensúlyban van a környezet relatív páratartalmával. Ez utóbbi értéket nevezzük hygroszkopikus egyensúlyi állapotnak. Gyakorlati példán keresztül: a műszárított padlóburkoló faanyag (hajópadló, parketta stb.) adott helyszíni burkolása előtt javasolt a helyszínen 2–3 hétig „pihentetni” a fát, csomagolóanyagától legalább a bütüknél megszabadítva. Tegyünk itt egy kis kitérőt! Kétirányú az a folyamat, aminek eredményeképpen elérhetjük a rosttelítettségi határt: nemcsak nedvességvesztéssel (deszorpció), hanem újbóli nedvességfelvétellel (adszorpció) is – amennyiben a száraz(abb) faanyag egy magasabb relatív páratartalmú levegővel érintkezik. Bár ez nyilvánvaló tény, mégis gyakran elsiklik a gyelem felette.

2. táblázat. Átlagos nedvességtartalmak a közbenső állapotokban

Így a fa a helyiség adott (és állandósult!) páratartalmát felveszi, és az ezzel járó térfogatváltozás is végbemegy – elkerülendő ezzel a burkolás utáni kellemetlenségeket.

Visszatérve az előző gondolatmenethez: a rosttelítettségi határ ismeretének kiemelkedő jelentősége van a szárítási folyamat szempontjából. E határérték felett ugyanis a száradás sebessége gyors és egyenletes. Ezért itt egy viszonylag enyhe klímában történő óvatos szárítás javasolt. Ez esetben csak minimális, vagy egyáltalán nincs is zsugorodás.

Itt jegyezzük meg, hogy a fa belsejéből történő nedvességáramlásnak és a felszíni párolgásnak mindig egyensúlyban kell lennie, különben sejtösszeroppanás lép fel, aminek felszíni (a gyalulásig sokszor nem is látható) repedés a következménye. Rosttelítettségi határ alatt már csökken a száradás sebessége – változatlan paraméterek mellett. Mivel itt már a kötött víz elpárologtatása a cél, a szárítási klímát magasabb hőmérsékletre és alacsonyabb páratartalomra kell állítani, hiszen a hő egy részét a faanyag felmelegítésére, illetve a fa újbóli nedvességfelvétele ellen kell fordítani.

Ez utóbbit adszorpciós hőnek nevezik, és a mértéke egyre nagyobbá válik, ahogy a faanyag nedvességtartalma csökken. Ez persze érthető, hiszen minél több vizet vonunk ki mesterségesen a fából, annál nagyobb erő lép fel az egyensúlyi állapot visszaállítása érdekében. Az ebben a tartományban történő szárítás mellett a faanyag jelentős zsugorodást szenved – a kötött víz eltávozásának hatására.

Bár a műszárításban jelen lévő technológiai vívmányok segítségével már nem kell éveket várni a padláson szárítgatott fűrészárura, azért a természet erőivel nem érdemes szembemenni. 

Felhasznált irodalom:
Dr. Takáts Péter: Szárítás és gőzölés (egyetemi jegyzet)
A táblázat adatainak forrása:
prof. dr. Molnár Sándor: Fafizika c. előadása
Képjegyzék:
www.gutchess.com www.musserlumber.com www.musserlumber.com

Kapcsolódó dokumentum:

Tetszett a cikk?