Innovaatiot

KUIVAUSMENETELMÄ  (nippukuivaus, patentti nro 106982)

Ensin yleistä tietoa tunnetuista puun eri kuivausmenetelmistä:

Puu on hygroskooppinen materiaali, jonka kosteus asettuu ympäröivän ilman suhteelliseen kosteuteen eli tasapainokosteuteen.

Puun A B C

a) Kostea puu luovuttaa kosteutta ympäröivään ilmaan niin kauan, kunnes syntyy tasapainokosteus.

b) Kuivattu puu imee itseensä ympäröivästä ilmasta kosteutta, kunnes syntyy tasapainokosteus.

c) Puun kosteus ilmoitetaan sen sisältämän veden määrällä prosenteissa puun kuiva-aineen painosta.
   


Puun kuivausmenetelmät:


1. Ulkokuivaus (sahattu tuore puutavara kuivataan ulkotiloissa ulkokuivaksi)

Ulkokuivaus on pitkäaikaisin tunnettu kuivausmenetelmä, jossa kostea (tuore) puuaines (sahatavara) rimoitetaan tai ladotaan toisistaan erilleen ilman kierron aikaansaamiseksi. Sahojen kuivaustapa on ollut sahatavaran tapulointi.
Tapulin päälle rakennetaan katto, joka estää sadeveden pääsyn pilaamaan puutavaran luonnollista kuivausprosessia, eli tasapainokosteuden syntymistä ulkoilman kanssa. Tällä menetelmällä saavutetaan ns.
ulkokuiva sahatavara. Ongelmana tässä menetelmässä on suuri käsityön osuus ja hidas kuivausprosessi, joka sitoo pääomia, koska kiertoaika sahatavaralle on hidasta. Yhtenä ongelmana on vallitsevien ulkoilmaolosuhteisen vaikutus kuivausprosessin lopputulokseen. Pitkäaikainen ulkoilman korkea kosteus ei edistä puun luovuttamasta kosteutta ja puun laatu heikkenee. Varsinkin rimoituksen tai vastakkain ladottujen puun pintojen kohdalle saattaa syntyä sinistymää, joka pilaa puutavaran laadun.


2. Kamarikuivaus  (puutavara kuivataan suljetussa tilassa lämmön ja ilmavirran avulla.

Kamarikuivaamo = kuivausmenetelmä ja yleisin tunnetuista puun kuivaustavoista, kun puutavara halutaan saada ns. puusepänkuivaksi eli kosteus (veden määrä) alle 10 % puun kuiva-aineen painosta.

Kamarikuivaamon toimintaperiaate on varsin yksinkertainen. Kuivauskamari täytetään rimoitetulla puutavaralla. Kuivaustilaan johdetaan lämpöä ja puhaltimien avulla saadaan aikaan ilman kierto, jonka kiertosuuntaa vaihdetaan määräajoin. Kuivaustilan kosteutta valvotaan ja säädetään erilaisten laitteiden avulla. Kosteaa ilmaa päästetään venttiileistä ulos. Kuivausaika on melko pitkä. Kuivauksen laatu hyvä, jos kuivausohjelma on oikea.
         
Kamarikuivaus soveltuu parhaiten pienimuotoiseen tuotantoon.



3. Kuumakuivaus (puutavara kuivataan suljetussa tilassa yli 100 C asteen lämpötilassa)

Kuumakuivaus eli pikakuivaus on ollut käytetyin kuivaustapa rimalevyn valmistuksessa tarvittavan puutavaran kuivaamisessa. Puusta saadaan mahdollisimman stabiili. Väriviat, halkeamat ja oksien irtoamiset eivät ole ongelma, koska rimalevyn pinnoitetaan paksulla puuviilulla. Puun virheet jäävät näkymättömiin. Rimalevyn käyttö on nykyisin vähäistä.

Kuumakuivauksessa vesihöyry poistuu ylipaineen vaikutuksesta kuivaustilasta poistoventtiilin kautta. Kuumakuivauksen etuna on puun kasvujännitysten tasaantuminen. Ongelmina esiintyy kuivausviat, kuten puun värjääntyminen, oksien irtoaminen, puun halkeilu ym.

Kuumakuivauksen käyttö on nykyisin soveltuvin lähinnä puun lämpökäsittelyn esiprosessina.



4. Alipainekuivaus (kosteus siirtyy puusta kuivaustilaan alipaineen vaikutuksesta)

Puun kuivaus suoritetaan tiiviissä säiliössä, joka alipaineistetaan. Kuivaustila lämmitetään ja puun sisäinen ylipaine pakottaa veden siirtymään alipaineistettuun kuivaustilaan, josta se siirretään pois.

Menetelmän etuna on lyhyt kuivausaika, jota voidaan lyhentää käyttämällä suurtaajuutta.

Investointina alipainekuivaamo on suhteellisen kallis.



5.  Lauhde-eli kondenssikuivaus (kuivaustilan vesihöyry tiivistetään vedeksi)

Kondenssikuivauksessa käytetään alhaisia lämpötiloja. Vesihöyryä syntyy hitaasti ja se tiivistetään kompressorilla vedeksi, josta otetaan lämpöenergia talteen ja johdetaan takaisin kuivaustilaan.

Kondenssikuivauksen etuna ovat pieni energiatarve ja pienet investointikustannukset. Haittana on pitkä kuivausaika. Menetelmä soveltuu pienyrityksille.



6.  Kanavakuivaamot ja OTC kuivaamo (puutavara siirtyy kuivaustilassa)

Suursahat käyttävät puun kuivaukseen kanavakuivaamoita ja OTC kuivaamoita,
joissa rimoitetut sahatavaraniput syötetään kanavan toisesta päästä ja tulevat ulos kuivana toisesta päästä. Kuivausilmaa puhalletaan poikittain kulkevien puutavaranippujen läpi. Puun kuivaus tapahtuu lämpimän ilman ja ilmavirran avulla, kuten perinteisessä kamarikuivaamossa. Erona on se, että kanavakuivaamossa saadaan aikaan tehokas volyymi, mutta ei tuoteta puusepänkuivaa puutavaraa, vaan ns. ulkokuivaa. Kuivausmenetelmä soveltuu suuriin volyymeihin suursahoille, jotka tuottavat tehokkaasti sahatavaraa.



7. Nippukuivaus patentti nro 106982 (puutavara kuivataan nippumuodossa ilman rimoitusta)

Kysymyksessä oleva patentoitu kuivausmenetelmä on kehitetty profiloidun
puuaineksen, kuten Lock-Wood ja Jofalock puulamellien kuivaukseen. Lisäksi
samalla menetelmällä voidaan kuivata pyöreä puuaines, kuten pylväät ja tolpat
ennen sekä jälkeen painekyllästyksen.

Menetelmän kehittämisen yhteydessä on otettu huomioon kaikkien tunnettujen
kuivausmenetelmien edut ja haitat. Kuivausmenetelmää kehitettäessä on pyritty
saamaan aikaan tehokas ja työtä säästävä kuivausprosessi, joka mahdollistaa myös pienpuun kuivauksen, joka on yleensä ongelmallinen kiertymien ja mutkien syntymisestä.


Kuivausmenetelmän kuvaus:

7.1 Profiloitu tai pyöreä puuaines kerätään koneellisesti pyöreään                     nippumuotoon.

7.2 Pyöreä puutavaranippu nostetaan liinojen avulla nosturilla kuivaustilaan.

7.3 Pyöreän kuivaustilan kansi suljetaan hydraulisesti ja täysin tiiviisti.

7.4 Puutavaranipun ympärillä olevat letkut täytetään ilmalla (puristus ja ilman ohjaus)

7.5 Kuivaustilaan johdetaan tulikuumaa höyryä.

7.6 Puutavaranipun lävitse puhalletaan pituussuunnassa ilmavirtaa yli 20  m/sek.

7.7 Puutavarassa oleva kosteus yhtyy vesihöyryyn yhdessä lämmön ja nopean ilmavirran aikaansaaman horisontaalisen kapillaari-ilmiön vaikutuksesta.

7.8 Höyry tiivistetään vedeksi ja johdetaan pois kuivaustilasta.

7.9 Kuivaustilaan johdetaan lämpöä ja kuivaustilaa tuuletetaan kuivauskaavan mukaisesti.

7.10 Puristuselimet pitävät puutavaranipun koko kuivausprosessin ajan tiukassa muodossa, joka estää puuaineksen jännitysten purkautumisen ja puun vääntyilyn.


Kuivausmenetelmä on nopea ja lopputulos erittäin hyvä.

Tämän kuivausmenetelmän edut ovat käytännössä testattu. Kuivaus kantotuoreesta puuaineksesta 8 % loppukosteuteen on saavutettu 3 vrk aikana. Samaa nippukuivausmenetelmää ja pituussuuntaista ilmavirran puhallusmenetelmää on hyödynnetty myös pylväiden kuivauksessa ennen ja jälkeen painekyllästyksen. Menetelmän edut ovat kiistattomat. Säästyy työtä ja kuivausaikaa. Puutavara pysyy suorana, koska sillä ei jää tilaa vääntyilemiselle.

Kuvassa alla pilottivaiheen kuivauskapseli, jolla ensimmäiset käytännön kuivaustestit on suoritettu. Testattiin puhallusilman nopeus, höyrytys, kuivauslämpö, tukielimet ja kuivausaika puun 8 % loppukosteuden saavuttamiseksi.

Kuvassa alla on koetuotannossa testattu, avattuna oleva kuivauskapseli, jonne puutavaranippu nostetaan nosturin avulla. Työaika on erittäin lyhyt, koska puutavaran rimoitusta ei tarvita.

Kuivausmenetelmän tehokas käyttö edellyttää useita kuivauskapseleita, (katso pienoismalli Lock-Wood tehtaasta) joista toisia täytetään ja toisia tyhjennetään, jolloin kuivattua puuta saadaan jatkuvasti tuotantoon. Yhtenä vaihtoehtona on, että kapselit ovat kiertävällä radalla. Kuivauskapselit täytetään radan alkupäässä ja kuivauskierroksen tapahduttua kapselit tulevat tyhjinä uudelleen täytettäväksi. Nippukuivausmenetelmää on kehitetty lisää. Muun muassa puutavaranipun puristuselimien osalta on kehitetty uusi tehokas ratkaisu, josta jätetty patenttihakemus.




Jorma Fagerroos