Suszenie drewna, suszarnia do drewna

Andrzej Łobzowski, Jarosław Sochacki, Wojciech Szkolnikowski
LAB-EL Elektronika Laboratoryjna S.J.

Artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 3/2008

Przykład użycia regulatora LB-474 do suszenia drewna

Proces suszenia drewna tylko z pozoru wydaje się sprawą dość prostą. Zawartość wilgoci w drewnie odgrywa znacząca rolę podczas jego obróbki oraz dalszej eksploatacji wykowanych z niego wyrobów. Zbyt wilgotne lub zbyt suche drewno może mieć wpływ na jakość i funkcję elementów z niego wykonanych. Również sama technologia procesu suszenia ma niebagatelny wpływ na jakość drewna. Drewno zbyt szybko wysuszone, w niekontrolowanych warunkach mikroklimatycznych, itp., co z ekonomicznego punktu widzenia ma uzasadnienie, nie będzie dobrym materiałem dla dalszej obróbki. W praktyce chodzi o to, aby przy pracach budowlanych czy produkcji wyrobów drewnianych, stosować drewno o "właściwej" wilgotności. Ta ostatnia zależy z kolei od rodzaju prac, istniejącego lub oczekiwanego klimatu otoczenia oraz wymagań co do zachowania wymiarów. Dla dokładniejszego określenia parametrów wilgotnościowych drewna w zależności od jego przeznaczenia wprowadza się pojęcie wilgotności końcowej, którą można zdefiniować jako rzeczywistą zawartość wilgoci w drewnie występującą pod koniec procesu jego suszenia. Powinna ona być możliwie bliska tzw. wilgotności wymaganej (patrz tabela 1).

Drewno, będąc specyficznym materiałem budowlanym ma naturalną skłonność do pobierania wilgoci z otoczenia w jakim się znajduje lub jej oddawania do otoczenia, o tym zjawisku mówi się że drewno „pracuje”. Badania nad zjawiskiem doprowadziły do określenia tzw. wilgotności równowagi tj. takiej zawartości wilgoci w drewnie i materiałach drewnopochodnych, jaka ustala się po określonym czasie w zależności od istniejących warunków klimatu otoczenia. W takim stanie drewno nie "dąży" ani do pobierania wody, ani też do jej oddawania, to znaczy że już "nie pracuje". Zależność wilgotności równowagi od temperatury powietrza i względnej wilgotności powietrza można określić z tabeli 2.

Suszarnia do drewna

Tak więc, utrzymanie mikroklimatu w pomieszczeniach przeznaczonych do suszenia drewna stanowi bardzo ważny element całego procesu. Firma LAB-EL parę lat temu opracowała regulator LB-474, przeznaczony do utrzymywania warunków środowiskowych w suszarniach drewna. Regulator w pierwszej wersji posiadał wbudowany algorytm regulacji PID, a w związku ze specyficznymi potrzebami klientów w wersji LB-474C został zastosowany algorytm regulacji jedno lub dwu progowej za pomocą którego dokonywane jest suszenie drewna.

Regulator LB-474 w obu wersjach realizuje regulację temperatury i wilgotności względnej w pomieszczeniu suszarni. Od strony wejścia regulator mierzy temperaturę za pomocą dwóch czujników temperatury Pt 1000 (opcjonalnie Pt 100) pracujących w układzie psychrometru (jeden z czujników mierzy temperaturę w pomieszczeniu i jest nazywany „suchym”, drugi natomiast powinien być cały czas zwilżany wodą np. poprzez zasysanie wody ze zbiorniczka i ten jest nazywany „mokrym”). Pomiar psychrometryczny realizowany jest w pomieszczeniach o wyższych temperaturach i wysokiej wilgotności względnej. Termometry suchy i mokry powinny znajdować się w niewielkiej odległości od siebie (w tej samej temperaturze), przy zachowaniu stałego przepływu powietrza. Odparowywanie wody zwilżającej termometr mokry zależy od wilgotności powietrza otaczającego, a pomiar obu temperatur (suchy, mokry) po odpowiednich przeliczeniach stanowi w miarę dokładny pomiar wilgotności względnej panującej w danym pomieszczeniu.

Regulator LB-474A2

Urządzenia w procesie suszenia drewna

W ofercie firmy LAB-EL występują gotowe psychrometry LB-754P i LB-767CM, które można wykorzystać w suszarniach, pamiętając jednak o dolewaniu wody do zbiorniczka. Wyjścia sterujące stanowi pięć przekaźników zewnętrznych (mogą to być dowolne przekaźniki zasilane napięciem stałym 12V lub gotowy moduł przekaźnikowy produkcji firmy LAB-EL o symbolu LB-475). Przekaźniki sterowane są przez regulator na podstawie realizowanego algorytmu w układzie regulacji trójstawnej. Po dwa przekaźniki pracują w torach regulacji temperatury i wilgotności, piąty może stanowić element do załączania sygnalizacji alarmowej. Regulator posiada dwa wyświetlacze LED. Większy z nich wyświetla wartość temperatury (pomiar z termometru suchego), mniejszy w regulatorze do suszenia drewna LB-474 wyświetla wartość tzw. różnicy psychrometrycznej (różnica temperatur pomiędzy termometrami suchym i mokrym), w modelu LB-474C – wyświetlana jest albo temperatura mierzona przez termometr mokry, albo przeliczona wartość wilgotności względnej. Regulator może być programowany bezpośrednio z klawiatury bądź z komputera, do którego jest podłączany przy wykorzystaniu portu szeregowego RS-232C. Regulator posiada również port S300 (cyfrowa pętla prądowa) umożliwiający podłączanie go do systemu oprogramowania LBX nadzorującego suszenie drewna.

Regulator LB-474 w suszarni do drewna może sterować zaworem napędzanym siłownikiem elektrycznym w torze regulacji temperatury (otwieranie, zamykanie dopływu medium grzewczego np. pary), gdzie wartością regulowaną jest temperatura mierzona przez termometr „suchy” oraz takim samym siłownikiem otwierającym-zamykającym dopływ powietrza z zewnątrz (dopływ wilgotnego lub suchego powietrza z zewnątrz lub załączaniem nawilżacza i/lub osuszacza powietrza), gdzie wielkością regulowana jest de facto wilgotność, obrazowana na wyświetlaczu jako różnica temperatur (różnica psychrometryczna). Nastawy regulatora PID, wartości zadane oraz parametry czasowe dotyczące konkretnych siłowników (czasy przestawiania, minimalne czasy sterowania, czas opóźnienia przy zmianie kierunku działania) realizowane są przy pomocy przycisków umieszczonych na płycie czołowej regulatora do suszenia drewna. Przy suszeniu drewna regulator umożliwia również pracę w trybie ręcznym, gdzie użytkownik może sterować procesem za pomocą przycisków. Wartości parametrów regulacji programuje się niezależnie dla każdego toru regulacji. Regulator suszenia drewna LB-474C różni się od LB-474 jedynie algorytmem regulacji, który w tym wykonaniu realizuje regulacje jedno lub dwu progowe. Suszenie drewna przy regulacji tego typu polega na załączaniu np. elementu grzejnego lub chłodzącego, gdy wartość mierzona jest mniejsza od zadanej o zaprogramowaną wartość progu lub wyłączaniu, gdy jest większa. Bardziej dokładną regulację uzyskuje się przy ustawieniu dwóch progów, wtedy element grzejny lub chłodzący podzielony jest na dwie sekcje załączane i wyłączane przy przekroczeniu określonych progów. Na rysunku a) przedstawiono suszenie drewna przy regulacji jedno progowej, gdzie regulator włącza urządzenie wykonawcze, jeżeli wartość związana z torem pomiaru spada poniżej wartości SP+h1 oraz wyłącza, gdy wartość pomiaru wzrośnie powyżej SP+h0. Możliwe jest programowe odwrócenie logiki działania – rys. b). W przypadku regulacji dwu progowej przedstawionej na rys. c) wartość mniejsza od SP+h1, powoduje załączenie pierwszej sekcji np. grzania, jeżeli temperatura spada nadal i zejdzie poniżej SP+H1, zostaje dołączona druga sekcja grzania. Przy wzroście temperatury powyżej SP+H0 wyłączana jest druga sekcja, a przy temperaturze większej od SP+h0 sekcja pierwsza. Ustawienie programowe logiki algorytmu daje efekt odwrotny, jak na rys. d), co może być wykorzystane do układu chłodzenia.