مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

تدوین برنامه زمان پایه بهینه برای خشک کردن اسلب‌های گردو با پهنای مختلف در کوره خلأ/هوای گرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، ایران
2 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، ایران.
3 گروه مهندسی صنایع چوب و فرآورده‌‌های سلولزی، دانشکده منابع طبیعی،دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
10.22034/ijwp.2025.2072884.1729
چکیده
بیان مسئله و اهداف: خشک‌کردن چوب یکی از مهمترین مراحل فرآوری اولیه آن به شمار می‌رود که کیفیت نهایی و هزینه تولید محصولات چوبی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. خشک کردن اسلب‌های چوبی پهن‌برگ ارزشمند مانند گردو در کوره هوای گرم به علت ابعاد بزرگ با چالش‌های جدی از جمله طولانی شدن مدت زمان خشک شدن، ترک خوردگی، تغییرشکل و بروز تنش‌های داخلی همراه است. ازاین‌رو، به کارگیری فناوری‌های نوین مانند کوره‌های خلأ برای خشک کردن سریع‌تر این نوع مقطوعات چوبی توام با کنترل معایب ضرورت دارد. مشابه کوره‌ هوای گرم، برای خشک کردن چوب در کوره خلاء نیز باید متناسب با نوع گونه و ابعاد آن، برنامه بهینه تدوین شود. ضمن اینکه، نوع کوره خلاء و مشخصات فنی آن مانند سیستم انتقال حرارت نیز بر تهیه برنامه بهینه تاثیرگذار است. به عبارت دیگر، برای هر نوع کوره خلاء باید برنامه مجزا تهیه شود. هدف اصلی این پژوهش تهیه یک برنامه زمان‌پایه برای خشک-کردن اسلب‌های گردوی ایرانی(Juglans regia L.) در یک کوره خلاء/هوای گرم در مقیاس صنعتی بود.
مواد و رو‌ش‌ها: اسلب‌های گردوی ایرانی با ضخامت اسمی 7 سانتیمتر و طول اسمی 180 سانتیمتر در دو پهنای کمتر و بیشتر از 400 میلی‌متر خشک شدند. رطوبت اولیه نمونه‌ها در دامنه60 تا 70 درصد بود. از یک کوره خلاء/هوای گرم صنعتی به حجم اسمی 12 مترمکعب و سیستم گرمایشی روغن داغ با اعمال ناپیوسته خلاء برای خشک‌کردن اسلب‌ها استفاده شد. سه برنامه زمان‌پایه در 9 الی 10 گام با حداکثر دمای 70 درجه سانتی‌گراد و حداکثر خلأ 45/0 بار استفاده شد. در برنامه‌های اول، دوم و سوم به ترتیب دمای شروع گام 45، 40 و 35 درجه سانتی‌گراد و مدت زمان خشک شدن نیز به ترتیب 152، 167 و 176 ساعت بود. مدت زمان اعمال خلاء و حرارت‌دهی نیز در برنامه‌های مذکور متفاوت بود. پس از پایان هر برنامه، رطوبت نهایی، گرادیان رطوبت در ضخامت و پهنا، میزان تنش‌های باقی‌مانده (برون‌سختی)، شدت ترک‌خوردگی و تغییرشکل‌ها اندازه‌گیری شد. نمونه‌برداری در قالب طرح کاملاً تصادفی بوده و معنی‌داری میانگین داده‌ها با آزمون چند دامنه‌ دانکن تحلیل شد.
نتایج: میانگین رطوبت نهایی اسلب‌ها در همه برنامه‌ها در محدوده 10 تا 12 درصد قرار گرفت که برای کاربرد نهایی در تولید مبلمان اداری و خانگی به سبک روستیک مناسب است. بیشترین گرادیان رطوبت در ضخامت و پهنای اسلب‌ها مربوط به برنامه اول و کمترین مقدار در برنامه سوم مشاهده شد. شدت ترک‌خوردگی سطحی و مقطعی در برنامه اول بسیار زیاد بود (طول کل ترک‌ها بیش از 1500 میلی‌متر در اسلب‌های پهن)، در حالی که این مقدار در برنامه سوم به کمتر از 200 میلی‌متر کاهش یافت. برون سختی نیز در برنامه سوم به‌طور معنی‌داری کاهش پیدا کرد. علاوه بر این، تغییرشکل‌هایی مانند ناودانی، کمانی، خمیدگی و تابیدگی در برنامه سوم به حداقل رسید و کیفیت نهایی اسلب‌ها به‌طور قابل توجهی بهبود یافت. در همه برنامه ها، اسلب‌های پهن‌تر (بیش از 400 میلی‌متر) ترک‌خوردگی و تغییرشکل بیشتری نسبت به اسلب‌های با پهنای کم داشتند.
نتیجه‌گیری: برنامه خشک‌کردن نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت نهایی اسلب‌های گردو دارد. در برنامه اول به علت خشک شدن سریع اسلب‌ها به دلیل استفاده از دمای بالاتر و مقدار خلأ بیشتر با معایب چوب خشک‌کنی بیشتری همراه بود، در حالی که در برنامه سوم، اعمال شرایط ملایم‌تر موجب یکنواختی رطوبت، کاهش ترک و تغییرشکل و بهبود کیفیت اسلب‌ها شد. بر اساس یافته‌ها، برنامه سوم را می‌توان به عنوان برنامه بهینه برای خشک کردن اسلب های گردوی ایرانی در کوره خلأ/هوای گرم توصیه کرد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Goreshnev, M.A., Kazarin, A.N., Lopatin, V.V., Sekisov, F.G. and Smerdov, O.V., 2013. Combined timber drying method. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 86(2), pp.336–339. https://doi.org/10.1007/s10891-013-0862-4
[2] Tarmian, A., 2017. Wood drying theories. University of Tehran Press, Tehran. (In Persian).
[3] Avramidis, S. and Zwick, R.L., 1992. Exploratory radio-frequency/vacuum drying of three B.C. coastal softwoods. Forest Products Journal, 42(7/8), pp.17–24.
[4] Avramidis, S., Liu, F. and Neilson, B.J., 1994. Radio-frequency/vacuum drying of softwoods: drying of thick western red cedar with constant electrode voltage. Forest Products Journal, 44(1), pp.41–47.
[5] Antti, A.L., 1995. Microwave drying of pine and spruce. Holz als Roh- und Werkstoff, 53(5), pp.333–338. https://doi.org/10.1007/s001070050099
[6] Chen, Z. and Lamb, F.M., 2001. Vacuum drying of small wood components at room temperature. Forest Products Journal, 51(10), pp.55–59.
 [7] Chen, Z. and Lamb, F.M., 2003. Analysis of cyclic vacuum drying curve. Wood Science and Technology, 37(3–4), pp.213–219. https://doi.org/10.1007/s00226-003-0187-6
[8] Chen, Z. and Lamb, F.M., 2004. A vacuum drying system for green hardwood parts. Drying Technology, 22(3), pp.577–595. https://doi.org/10.1081/DRT-120029997
[9] Chen, Z. and Lamb, F.M., 2007. Analysis of the vacuum drying rate for red oak in a hot water vacuum drying system. Drying Technology, 25(3), pp.497–500. DOI: 10.1080/07373930601184088
[10] Espinoza, O. and Bond, B., 2016. Vacuum drying of wood—state of the art. Current Forestry Reports, 2, pp.223–235. https://doi.org/10.1007/s40725-016-0045-9
[11] Tarmian, A., 2019. The establishment of radio frequency-vacuum wood drying in Iran. Iran Wood and Paper Industry Magazine, 134, pp.29–34. (In Persian).
[12] Avramidis, S., Lazarescu, C. and Rahimi, S., 2023. Basics of Wood Drying. In: Peter Niemz, Alfred Teischinger and Dick Sandberg, editors. Springer Handbook of Wood Science and Technology, pp.679–706. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-81315-4_13
[13 Jiang, Z., Yamamoto, H., Yoshida, M. Dohi, M. and Tanak, K., 2024. Effect of low vacuum medium temperature drying on reduction of residual stress and correction of warp of Japanese cedar timber. Euripean Journal of Wood and Wood Products,  82, pp. 1511–1522. https://doi.org/10.1007/s00107-024-02100-3
[14] Lee, Ch., 2024. Effect of stacking position on drying rate during radio‑frequency vacuum combined with mechanical press drying of Douglas‑fir and Radiata pine. Journal of Wood Science. 70(7), https://doi.org/10.1186/s10086-024-02122-8.
[15] Lyon, S., Bowe, S. and Wiemann, M., 2021. Comparing vacuum drying and conventional drying effects on the coloration of hard maple lumber. Research Paper FPL-RP-708. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. 5 p.
[16] Elmetwaly, M. S., Saker, L. H. R. and Salem, M. S. 2024. Heat and Mass Transfer Characteristics during Vacuum Drying of Wood. Journal of Engineering Research, 8(3), Article 17.
[17] Bui, T. T. K., Le, A. D. and Hoang, T. T. H. 2023. Research on optimizing the drying process of Pyinkado (Xylia xylocarpa) by vacuum infrared radiation drying method. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1155 (1), 012030. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1155/1/012030
[18] Guler, C. and Dilek, B., 2020. Investigation of high-frequency vacuum drying on physical and mechanical properties of common oak (Quercus robur) and common walnut (Juglans regia) lumber. BioResources, 15(4), pp.7861–7871.
[19] Tarmian, A., Ciritcioglu, H.H., Görgün, H.V., Ünsal, Ö, Ahmadi, P., Gholampour, B. and Oladi, R., 2020. Efficiency of radiofrequency-vacuum (RF/V) technology for mixed-species drying of wood disks with inherent defects. Drying Technology. https://doi.org/10.1080/07373937.2020.1833214
[20] Ananías, R.A., Sepúlveda-Villarroel, V., Pérez-Peña, N., Torres-Mella, J., Salvo-Sepúlveda, L., Castillo-Ulloa, D. and Salinas-Lira, C., 2020. Radio frequency vacuum drying of Eucalyptus nitens juvenile wood. BioResources, 15(3), pp.4886–4897. https://doi.org/10.15376/biores.15.3.4886-4897
[21] Ünsal, Ö. and Görgün, H.V., 2021. Tabletop with natural wood material drying practices; sycamore tree species example. Furniture Decoration Magazine, 164, May–June.
[22] Boone, R.S., Kozlik, C.J., Bois, P.J. and Wengert, E.M., 1988. Dry kiln schedules for commercial woods: temperate and tropical. General Technical Report FPL-GTR-57. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory.
[23] Ebrahimi, A. and Niknam, V., 2004. Ecology of walnut (Juglans regia L.) in Iran. Iranian Journal of Natural Resources, 57(4), pp.567–578.
[24] ASTM International, 2007. ASTM D4442 – Standard test methods for direct moisture content measurement of wood and wood-base materials. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[25] Ambrose, E., Jusoh, I., Duju, A. and Welman, N. 2022. Effects of incision, forced-air drying, and pressure pretreatments on wet pockets, drying rate, and drying defects of Acacia mangium wood. BioResources, 17(1), pp. 1643–1658. https://doi.org/10.15376/biores.17.1.1643-1658
[26] European Committee for Standardization (CEN), 2005. EN 14464 – Round and sawn timber — Method for assessment of drying quality. CEN, Brussels, Belgium.
[27] International Organization for Standardization, 2011. ISO 9709 – Wood — Methods of measuring physical characteristics of wood. ISO, Geneva, Switzerland.
[28] Gao, Y., Xu, W., Yang, F. and Chen, Z., 2022. Effect of timber size on moisture gradients and surface checking during kiln drying. Drying Technology, 40(6), pp.981–992. https://doi.org/10.1080/07373937.2021.1944670
[29] Tarvainen, V., Ranta-Maunus, A., Hanhijärvi, A. and Forsén, H., 2006. The effect of drying and storage conditions on case hardening of Scots pine and Norway spruce timber. Maderas. Ciencia y tecnología, 8(1), pp.3–14. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2006000100001
[30] Yin, Q., Dai, C., Yu, H., Chen, H. and Zhao, R., 2021. Drying stress and strain of wood: A review. Applied Sciences, 11(11), p.5023. https://doi.org/10.3390/app11115023
[31] Oltean, L., Teischinger, A. and Hansmann, C., 2007. Influence of temperature on cracking and mechanical properties of wood during wood drying — a review. BioResources, 2(4), pp.789–811. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.2.4.789-811
[32] Sakagami, H., 2019. Influence of wood dimensions on drying behavior and checking in sugi (Cryptomeria japonica). Journal of Wood Science, 65(1), pp.1–9. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1797-y
[33] Fu, Z., Yu, J., Jiang, J., Chen, Z. and Zhou, F., 2023. Wood deformation and cracking during drying: A review. Forests, 14(5), p.1029. DOI: https://doi.org/10.3390/f14051029
[34] Sharma, R.K., Welling, J. and Niemz, P., 2010. Influence of spiral grain on distortion of beech wood during drying. European Journal of Wood and Wood Products, 68(2), pp.207–213. https://doi.org/10.1007/s00107-009-0376-7.