Tartak Tyble

WILGOTNOSC DREWNA I SPOSOBY JEJ OZNACZANIA

W drewnie drzew żywych woda stanowi główny składnik soku wypełniającego żywe komórki, występuje w przestrzeniach międzymicelarnych błony komórkowej oraz wypełnia cewki i naczynia bielu

W świeżo ściętym lub mokrym drewnie wyróżnia się:

wodę wolną, która wypełnia cewki i naczynia

wodę związaną (imbibicyjną, higroskopijną), która nasyca błonę komórkową oraz wypełnia przestrzenie międzymicelarne (pory submikroskopowe) błony komórkowej

wodę konstytucyjną, która wchodzi w skład występujących w drewnie związków chemicznych.

WILGOTNOSC DREWNA I SPOSOBY JEJ OZNACZANIA

 

Wiadomości wprowadzające

W drewnie drzew żywych woda stanowi główny składnik soku wypełniającego żywe komórki, występuje w przestrzeniach międzymicelarnych błony komórkowej oraz wypełnia cewki i naczynia bielu

W świeżo ściętym lub mokrym drewnie wyróżnia się:

wodę wolną, która wypełnia cewki i naczynia

 

wodę związaną (imbibicyjną, higroskopijną), która nasyca błonę komórkową oraz wypełnia przestrzenie międzymicelarne (pory submikroskopowe) błony komórkowej

 

wodę konstytucyjną, która wchodzi w skład występujących w drewnie związków chemicznych.

Wody konstytucyjnej nie uda się usunąć z drewna metodami fizycznymi ( np. przez suszenie drewna).

Drewno jest materiałem higroskopijnym, czyli zdolnym do wymiany pary wodnej z otaczającym powietrzem. Wilgotność drewna zależy od wilgotności względnej powietrza. Jeśli ciśnienie pary wodnej na powierzchni drewna jest mniejsze od ciśnienia cząsteczkowego pary wodnej w otaczającym powietrzu to drewno wchłania parę wodną i mówimy o zjawisku adsorpcji. Jeśli jest odwrotnie to drewno oddaje parę wodną i mówimy o zjawisku desorpcji. W procesie wchłaniania pary wodnej przez drewno wyróżnia się trzy fazy:

 

adsorpcję jednocząsteczkową (monomolekularną)

 

adsorpcję wielocząsteczkową (polimolekularną)

 

sorpcję kapilarną (kondensację kapilarną)

Zjawisko adsorpcji jednocząsteczkowej obejmuje przedział wilgotności drewna do ok. 5%, a podstawę wiązania wody stanowią między cząsteczkowe siły przyciągania, bardzo silnie wiążące cząsteczki wody, tworząc na powierzchni krystalitów i w przestrzeniach nieuporządkowanych jednocząsteczkową warstwę. Adsorpcja wielocząsteczkowa polega na wzajemnym działaniu pól elektrycznych cząsteczek substancji adsorbującej i adsorbowanej. W wyniku tego procesu na powierzchniach sorpcyjnie aktywnych powstają warstwy wody o grubości kilku cząsteczek. Adsorpcja polimolekularna przebiega w przedziale wilgotności względnej powietrza ok. 25 do ok. 30% a jej wynikiem jest wzrost wilgotności drewna w przedziale od około 4% do 12%. Zjawisko sorpcji kapilarnej obejmuje w przybliżeniu wilgotność drewna od ok. 12% do 30% Intensywność kondensacji kapilarnej oraz grubość powstających w kapilarach warstw wody rośnie w miarę wzrostu ciśnienia pary wodnej w powietrzu. I w miarę obniżania się temperatury.

 

Pojęcia podstawowe

Wilgotność drewna - jest to stosunek masy zawartej w drewnie wody do masy drewna wyrażony w g/g lub w %. Zależnie od przyjętego poziomu odniesienia wyróżnia się wilgotność bezwzględną oraz wilgotność względną.

Wilgotność bezwzględna - jest to stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna całkowicie suchego (w drzewnictwie stosuje się na ogół wilgotność bezwzględną określając ją krótko terminem „wilgotność”

• Gdzie:
• wo – bezwzględna wilgotność drewna wyrażona w g/g lub w liczbach niemianowanych
• Wo –bezwzględna wilgotność drewna wyrażona w % ciężaru drewna całkowicie suchego
• Gw –masa próbki wilgotnej w g.
• Go – masa próbki całkowicie suchej
• Wilgotność względna – jest to stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna wilgotnego
• Gdzie
• ww – wilgotność względna drewna wyrażona w %
• Ww – wilgotność względna drewna wyrażona w %
• W
  
  zory pozwalające przeliczać wilgotność względną na bezwzględną i odwrotnie
• Porównawcze zestawienie wilgotności bezwzględnej i względnej

Wilgotność bezwzględna Wo %	Wilgotność względna Ww %	Wilgotność bezwzględna Wo %	Wilgotność względna Ww %
5 10 15 20 25 50 75	4,8 9,1 13,0 16,6 20,0 33,3 42,8	100 125 150 200 250 300 400	50,0 52,0 60,0 66,7 71,4 75,0 80,0

3. Woda w drewnie drzew żywych

• Największą pozycje w drewnie drzew żywych zajmuje woda wolna pobierana z gleby przez system korzeniowy, spełniająca rolę rozpuszczalnika i środka transportowego w procesach przewodzenia i wydalania (woda transpiracyjna). Występująca w błonach komórkowych woda związana (imbibicyjna) pobierana jest z wody wolnej i stanowi około 30 % ciężaru suchej substancji błon komórkowych
• Wilgotność względna niezdrewniałych części drzew wynosi 75-80%, części zdrewniąłych 50-75%. Zawartość wody w drewnie drzew żywych zależy od gatunku drewna, wieku, pory roku i warunków siedliskowych, ulega również wahaniom w zależności od pory dnia. Dobowe wahania wilgotności są duże . Wanin podaje że w bielastej strefie świerka stwierdzono rano wilgotność 186%, a w południe 132%, a wieczorem 150%. Dobowe wahania wilgotności są następstwem intensywnej transpiracji w ciągu dnia; powstały w ten sposób niedobór wilgoci drzewo uzupełnia w godzinach wieczornych i w ciągu nocy.
• Wahania wilgotności w drzewach na pniu obrazują poniższe zestawienia:
• Wilgotność drewna bezpośrednio po ścięciu

Gatunek drewna	Wilgotność %
	twardziel	biel
Buk	-	80-90
Brzoza	-	80-90
Topola	-	120-180
Dąb	50-80	70-80
Sosna	30-40	130-200
Jodła	30-40	130-200
Świerk	30-40	130-200

• Wilgotność drewna w drzewach w poszczególnych miesiącach roku (wg Wanina)

Rodzaj drzewa	Styczeń	Luty	Marzec	Kwiecień	Maj	Czerwiec	Lipiec	Sierpień	Wrzesień	Październik	Listopad	Grudzień	Autor
Sosna: Biel Twardziel Średnio	122 33 83	116 36 86	113 35 89	115 33 92	102 33 83	110 32 84	109 31 85	100 31 80	96 33 84	119 34 92	123 32 94	123 34 97	Gos
Świerk: Biel Twardziel Średnio	145 42 103	147 45 105	142 43 101	115 38 89	106 35 85	112 42 85	110 38 83	103 39 78	112 43 90	114 36 84	117 36 82	114 42 103	Bażenowa i Prikot
Brzoza: Str. zewn. Str. środk. Średnio	80 86 82	77 91 86	75 91 82	72 84 76	91 95 92	66 - 70	51 60 59	53 61 60	60 69 71	74 85 78	81 91 82	73 95 84	Gos
Osika: Str. zewn. Str. środk Średnio	123 110 118	114 94 107	111 95 104	105 92 102	98 88 91	70 79 82	64 90 72	59 83 64	66 92 73	95 90 91	92 90 91	108 91 105	Bażenowa i Prikot

4. Wilgotność graniczna błony

• Wilgotność graniczna błony jest równoznaczna z górną granicą nasycenia ścian komórkowych (inna nazwa – wilgotność w punkcie nasycenia włókien (p.n.w.)) jest to wilgotność przy, której wszystkie pory błony komórkowej są wypełnione wodą .
• Drewno o wilgotności granicznej błon posiada maksimum wody imbibicyjnej , nie zawiera natomiast wody wolnej. Przy tej wilgotności mechaniczne właściwości drewna spadają do minimum, pęcznienie natomiast i przewodnictwo elektryczne osiągają najwyższy poziom. Powyżej wilgotności granicznej błon ustaje sorpcja . Drewno nie może wchłaniać pary wodnej z powietrza, może natomiast pobierać płynną wodę z otoczenia, która w postaci wody wolnej wypełnia porowatą strukturę drewna.
• Wartość wilgotności granicznej przyjęto umownie w wysokości 30% mimo , iż rzeczywista wilgotność w p.n.w. wynosi 22 do 36% , (najczęściej 26-36%). Jest zasadą że im wyższa jest gęstość drewna tym niższa jest wartość p.n.w. Wartość tej wilgotności określa się w temperaturze 20 oC. W wyższych temperaturach wartości liczbowe p.n.w. ulegają obniżeniu o 0,1 % przy zmianie temperatury o 1oC.

5. Wilgotność maksymalna

• Jest to maksymalna ilość wody, jaką drewno może wchłonąć, wyrażona w procentach masy suchego drewna. Wilgotność maksymalną osiąga drewno zanurzone w wodzie w chwili osiągnięcia stałej masy.
• Analitycznie można wyznaczyć maksymalną pojemność wodną ze wzoru na wilgotność maksymalną:
• Gdzie:
• ρo - gęstość drewna w stanie zupełnie suchym (g/cm3)

6. Higroskopijna równowaga drewna. Wilgotność równoważna.

• Drewno całkowicie suche umieszczone na powietrzu wchłania z otoczenia wodę w postaci pary wodnej, a jego wilgotność natychmiast wzrasta. Zdolność drewna do wchłaniania pary wodnej z otaczającego powietrza określana jest terminem higroskopijności. Ilość wilgoci wchłanianej zależy od gatunku drewna oraz temperatury i wilgotności względnej powietrza. Wiązanie pary wodnej z powietrza występuje tylko w przedziale wilgotności drewna poniżej p.n.w.. W początkowym okresie wchłanianie wilgoci przebiega bardzo intensywnie. W miarę zbliżania się do wilgotności powietrza w otaczającym środowisku wchłanianie ulega zahamowaniu, poczym ustaje. Stan równowagi higroskopijnej następuje zatem wtedy gdy wilgotność drewna, względna wilgotność powietrza i jego temperatura tak się ustalą, że drewno nie oddaje już wody ani jej nie wchłania. W ujęciu fizycznym to taki stan , w którym ciśnienie pary wodnej w drewnie jest równe ciśnieniu pary wodnej w powietrzu.
• Parametry powietrza ulegają (temperatura i wilgotność względna ) ulegają, zarówno na wolnym powietrzu jak i w zamkniętych i ogrzewanych zimą pomieszczeniach, ustawicznym zmianom w cyklu dobowym i cyklu rocznym. Równolegle zmieniają się warunki równowagi higroskopijnej i odpowiadająca im wilgotność równoważna, którą drewno może osiągnąć po upływie określonego czasu. W ten sposób drewno albo dąży do wilgotności równoważnej, albo znajduje się w stanie równowagi z układem warunków zewnętrznych . Z chwilą gdy zmienią się warunki otoczenia (np. spadek temperatury, zjawisko rosy lub szronu), stan równowagi ulega zakłóceniu i drewno dąży do stanu równowagi w nowo stworzonym układzie. W tych warunkach wilgotność równoważna stanowi wartość graniczną, do której dąży wilgotność drewna w zależności od zmieniających się warunków powietrza. Osiągnięcie tej wartości granicznej i stabilizacja wilgotności równoważnej na stałym poziomie jest możliwe tylko w przypadku sztucznie stworzonych warunków klimatycznych (klimatyzacja pomieszczeń).
• Niżej przedstawiam tabelę wilgotności równoważnej drewna.

7. Metody pomiaru wilgotności drewna.

• Metody oznaczania wilgotności drewna dzielimy na:

• Bezpośrednie, - których zasada pomiaru opiera się na bezpośrednim oznaczeniu ilości wody w drewnie.

• Pośrednie, - które pozwalają na określenie wilgotności pośrednio, przez pomiar innej wielkości zależnej od zawartości wody w drewnie

• Do metod bezpośrednich należą:

• Metoda grawimetryczna –

• Wyznaczanie wilgotności metodą grawimetryczną (inaczej zwaną suszarkowo-wagową polega na dokonaniu pomiaru masy drewna mokrego, jego wysuszeniu do stanu zupełnie suchego, ponownym pomiarze masy w tym stanie. Metoda ta jest najbardziej rozpowszechnioną metodą oznaczania wilgotności bezwzględnej drewna
• Wilgotność w tej metodzie oznaczamy wg wzoru
• g
  dzie :
• mw – masa próbki drewna przed suszeniem (g)
• mo - masa próbki drewna po suszeniu (g)

• metoda destylacyjna –

• stosowana jest przy badaniu wilgotności drewna zawierającego substancje lotne (np. terpeny, olejki, roztwory impregnacyjne) – polega na 1.odparowywaniu wody z badanego materiału w środowisku cieczy wrzącej w temp. Około 150oCi nie mieszającej się z wodą 2.przedestylowaniu obydwu cieczy do kalibrowanego odbieralnika i 3.zmierzeniu objętości wody

• metody chemiczne

• Do metod pośrednich należą:

• metody higrometryczne

• radiacyjne

• mikrofalowe

• jądrowego rezonansu magnetycznego

• elektrometryczne

• polegają na pomiarze wielkości elektrycznych takich jak oporność , pojemność kondensatorów itp. Najbardziej popularne to

• wilgotnościomierze oporowe

• wilgotnościomierze pojemnościowe

• Wadą tego typu pomiarów jest mała dokładność , zależność od temperatury, mały zakres pomiaru (w zasadzie od 6% do 24%)
• Zalety to szybki nieniszczący pomiar wilgotności, małe gabaryty urządzeń pomiarowych.

OPRACOWAŁ:
Mgr inż. Andrzej Waligóra
Technolog drewna