Ağaç malzemenin kondenzasyon ve mikrodalga teknikleri ile kurutulması üzerine araştırmalar

Abstract

IV ÖZET Araştırmanın temel amacı kondenzasyonlu ve mikrodalga kurutma teknikleri olmakla beraber, konularda bütünlüğü sağlayabilmek için, ahşabın kurutulması ile ilgili daha önceki çalışmalara da yer.verilmiştir. Bu nedenle, ilk bölümde ahşabın geleneksel yöntemlerle kurutulması ile ilgili temel bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde ahşabın kondenzasyonla kurutulması teknik olarak incelenmiştir. Kondenzasyonlu kurutmanın temeli, geleneksel yöntemlerin aksine, kurutma periyodu boyunca ahşaptaki rutubetin buharlaşmasıyla doygun hale gelen fırın havasının, dış atmosferle ilişkisi olmadan, bir soğutma ünitesinde şartlandırılması esasına dayanmaktadır. Bu amaçla, fırın içerisindeki doygun hava, soğutma ünitesi içerisindeki buharlaştırıcıya çekilir. Burada, kurutma şartlarına bağlı olarak doygun hava içerisindeki rutubetin bir kısmı yoğunlaştırılır ve yoğunlaşan su sistemden dışa rıya atılır. Havadaki mevcut ısı ve yoğunlaşma gizli ısısı, buharlaşmasını sağlamak amacıyla, soğutma sıvısına transfer edilir. Daha sonra, ısıtılan soğutma sıvısı kompresörden geçirilir ve kompresörün verimliliğine bağlı olarak basınç artışıyla bir miktar ilave ısı emer. Burada yüksek basınç lı sıcak bir gaz haline gelen soğutucu sıvı, yoğunlaştırı cıdan geçirilerek bu sıcaklığını terketmesi sağlanır. Diğer taraftan buharlaştırıcıdan geçirilerek kuru hale getirilmiş olan fırın havası fanlar vasıtasıyla yoğunlaştı rıcıdan geçirilerek kurutma için şartlandırılmış hava haline getirilir ve fırın içerisine verilir. Fırın içeri sine verilen şartlandırılmış havanın sıcaklığı ve bağıl nemi sıcaklık ve nem düzenleyicilerle otomatik olarak ayarlanır. Kurutmanın başlangıcında fırın havasını çalışma sıcaklığına getirmek için az güçlü elektriksel bir ısı tıcıdan yararlanılır. Soğutma ünitesi ancak bundan sonra kurutmanın devamı için gerekli ısıyı sağlayabilir.Geleneksel tekniklere kıyasla: kondenzasyonlu kurutma kendine has bazı avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Bun lardan en önemlisi, sistemin nispeten alçak sıcaklık ve kurutma şartlarında çalışması nedeniyle ahşaptaki yapısal değişikliklerin azlığıdır. Bu nedenle, yapının önemli olduğu müzik aletlerinin yapımında kullanılacak ahşabın kurutulmasında bu yöntem en uygun teknik yöntemdir. Üçüncü bölümde, ağaç malzemenin mikrodalga ısıtma ile kurutulması araştırılmıştır. Radyo frekansı ve kızılötesi frekansı kurutma teknikleri ile birlikte mikrodalga ku rutma ahşabın yüksek frekanslarla kurutulması yöntemlerin den biridir. Rutubetli ağaç malzeme, mikrodalga bandında değişken elektrik alanının etkisi altında bırakıldığı zaman; yeniden yönlenme kutuplaşması, alansal kutuplaşma veya Maxwell-Wagner kutuplaşması/ ağacın d.c. iletkenliği ve iyonik iletim gibi bir takım mekanizmalar vasıtasıyla elektromagnetik enerji isi enerjisine çevrilir. Bu çevri min etkinliği ağaç malzemenin dielektrik sabitine ve kayıp faktörüne bağlıdır ve kompleks dielektrik sabiti ile belirlenir: e* = e'- j e;ff Burada, (6') ahşabın statik dielektrik sabiti, J-V-ı (e` ff) iletkenlik etkilerini de kapsayan ahşa bın efektif kayıp faktörüdür. Ahşabın kayıp faktörü; ah şabın rutubetine, lif yönüne, sıcaklığına, uygulanan frekansa, yoğunluğa bağlı olarak değişmekte ve bu özellik kurutma fırınının tasarımında da etkili olmaktadır. Uy gulanan elektrik alanının nüfuz gücü, kurutma için harca nan güç, sıcaklık artışı bu özelliğe bağlı bulunmaktadır. Mikrodalga kurutma boyunca ahşaptan su göçü üç farklı periyodda olmaktadır. Ahşabın rutubeti çok yüksek olduğu durumlarda ahşaptaki rutubet hareketi sıvı fazında olmak-VI tadır. Tedricen biraz daha alçak rutubet derecelerine inildikçe su hareketi buhar fazına geçecek ve buharlaşma lif doygunluğu rutubet derecesine kadar sabit oranda gidecektir. Sabit oranlı kuruma periyodu boyunca ahşabın sıcaklığının makul ölçülerde tutulması gerekir. Aksi tak dirde, hızlı buharlaşma nedeniyle iç çatlakları oluşabi lir. Ahşabın rutubet miktarı lif doygunluğu rutubet dere cesinin altına doğru azaldıkça, iç yüzeyden dış yüzeye doğru rutubet göçü de azalacağından buharlaşma oranı tedricen azalacaktır. Ancak bu noktada maksimum sıcak lığa çıkılabilir. Bu sınırlamalar göz önüne alındığında, mikrodalga kurutmanın da geleneksel yöntemlerde olduğu gibi, üç farklı periyodda gerçekleştirilmesi gerekliliği ortaya çıkar. Araştırmada, ağaç malzemenin kurutulmasında kullanılacak bir fırın tasarımı esas alınmış ve fırın konstrüksiyonunu esas alan temel hesaplamalara da yer verilmiştir: Kurutma için harcanan güç: P.= 0,556 x 10~10 f 6`... E2 V watt ort ' eff r.m.s. Mikrodalga nüfuz derinliği [£ejj / l] : D /o (e-)1/2 p 2 n e` ` eff Kurutma boyunca ahşaptaki sıcaklık artış oranı : 0,556 x 10`10 6`-- f E2 (T-T ) /t = - î £« ^- °C P Cuvıı Elektrik alan gücü P C (T-T ) / t E - ' rms 0,556 x 10`10 f e` err Başlangıç rutubeti belirli bir ahşabın fırın çıkışında alabileceği sonuç rutubetini hesaplamak için şu eşitlik kullanılır: Mf (de` / dM) + 6` err o,.. = sabit Mi ( d6gff / dM) + 6^

vııı SUMMARY Although the main objects of this study are dehumidifier and microwave drying techniques, the former studies are also included to catch the unity of the subjects. On account of this; a brief treatise is summarized relevant with conventional drying methods of wood in the first section. In the second section, the drying of wood by dehumidif ication is studied technically. Contrary to the conventional methods, the origin of this drying technique lies in the conditioning the moist air from the lumber during drying in the dehumidifier no relation with atmospheric air. For this purpose, highly moist air is drawn from the drying kiln and forced over the cold evaporator in the dehumidif ication unit. The air is cooled below its dew point and part of the moisture is condensed, and condensed water is drained out of the kiln. The sensible heat removed from the air and the latent heat of condensation are transferred to the refrigerant liquid to provide its evaporation. Heated refrigerant liquid is then cycled through the compressor and it absorbs some additional heat energy equivalent to the efficiency of compressor. Refrigerant liquid converted to the hot gas at high pressure in the evaporator and compressor is passed through condenser to leave its heat. On the other hand, kiln air become dry air by passing through evaporator is converted to the conditioned air by passing through condenser, and given to the drying kiln. Temperature and relative humidity of conditioned air given to the drying kiln are regulated automatically by means of thermostat and humidistat. A small electrical heater is used to bring the kiln charge up to operating temperature at the beginning of run, after which theix: dehumidifier supplies the necessary heat to continue the drying process. The dehumidification drying technique has its advantages and disadvantages in comparison to conventional kiln- drying systems. The most important among these, since system operates at relatively low temperatures, structural changes are less. On account of this, this method is the most convenient in comparison to other kiln-drying method. In the third section, the drying of wood by microwave heating has been studied. Microwave drying of wood are high frequency techniques together radio frequency and infra-red frequency. When the wood containing moisture is subjected to an alternating electric field, electromagnetic energy is converted to heat energy by means of mechanisms such as reorientation polarizations, Interfacial or Maxwell-Wagner polarizations, d.c. conductivity of wood, and ionic conduction. The effectiveness of this convertion depends on the dielectric constant and loss factor of wood and is depicted with complex dielectric constant: * e = e - i e` fc ¦ J fceff Where S' is static dielectric constant of wood, ;¦.-¦ j = //-H ', and ?`.-- is the effective loss factor of wood and also includes conductivity effects. The loss factor of wood depends on wood moisture, fiber direction, density of wood, applied frequency and temperature. These dependencies affect to the designing of drying aplicators too. Moreover, penetration depth of applied electric field, dissipated power for drying and temperature rising in the wood depend these properties.Water migration from wood during microwave drying takes place under three distinct periods. If the moisture content of wood is very high, the moisture transfer from the wood will occur at liquid phase. As the moisture content reduces to some low levels, water transfer will be in vapour phase, and until fiber sturation point, evaporation will occur at a constant rate. During the constant drying rate periyod, the temperature of the wood must be kept at appropriate values. Otherwise, internal cracks occur due to the excessive evaporation. As the moisture of wood reduces below the fiber saturation point, the rate of evaporation becomes progressively less with decreasing moisture, being limited by the reduction of water migration from the interior of the wood towards its surface. This level is the most appropriate point to reach maximum drying temperature. If this limitations are considered, similar to conventional methods, microwave drying of wood should be realized under three distinct periods. In this study, a microwave drying kiln which will be used in drying of wood had been considered and basic formulations has also been included relevant with kiln designing : Dissipated power for drying : P. = 0,556 x 10~10 f 6` eL. V watt ort ' eff rms Electric field penetration depth (for ?`ff/ 1 ) : D Vo (e-)1/2 p 2 it e»e£fXI Temperature rising rate during drying : 0,556 x 10`10 e` f L (T-T ) / t = - ^ £2§_ °C P C u Electric field strength : P C` (T - T )/ t /l/2 E =1 - - ) V/m rms I 1 _ ' 0,556 x 10` u f 6eff To calculate final moisture of wood which is known initial moisture, this equation is used : Mf (d eeff /dM ) + e» : = Constant. m. (d ?eff / dM + e;