Universitatea din Craiova - unitbv.ro · 4.3.1.3 Contragerea totală 108 29 4.3.1.4 Anizotropia...
Transcript of Universitatea din Craiova - unitbv.ro · 4.3.1.3 Contragerea totală 108 29 4.3.1.4 Anizotropia...
1
Investeşte în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013
Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”
Domeniul major de intervenţie 1.5 „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”
Titlul proiectului: „Investiţie în dezvoltare durabilă prin burse doctorale (INED)”
Numărul de identificare al contractului: POSDRU/88/1.5/S/59321
Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov
Universitatea Transilvania din Brasov
Scoala Doctorala Interdisciplinara
Centrul de cercetare: Tehnologii Inovative şi Produse Avansate în
Industria Lemnului
Ing. Maria Bernadett SZMUTKU
CERCETĂRI PRIVIND EFECTELE ÎNGHEŢĂRII APEI ÎN LEMN
ASUPRA UNOR PROPRIETĂŢI FIZICO-MECANICE ALE
LEMNULUI DE MOLID ŞI ASUPRA COMPORTAMENTULUI SĂU
LA USCARE
RESEARCHES REGARDING THE EFFECTS OF WATER
FREEZING INSIDE WOOD UPON SOME PHYSICAL AND
MECHANICAL PROPERTIES OF SPRUCE WOOD AND ITS
DRYING BEHAVIOUR
Conducător ştiinţific
Prof.dr.ing. Mihaela CÂMPEAN
BRAŞOV, 2012
2
MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETARII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
RECTORAT
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................
COMPONENŢA
Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov
Nr. 5556 din 14.11.2012
PREŞEDINTE: Prof.dr.ing. Ivan CISMARU,
Universitatea Transilvania din Braşov
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.dr.ing. Mihaela CÂMPEAN
Universitatea Transilvania din Braşov
REFERENŢI: Prof.dr. Peter FRANCISC
Universitatea Politehnică din Timişoara
Cercet.şt.gr.I. dr.ing. Iovu-Adrian BIRIŞ
Institutul de Cercetări şi Amenajări Silvice Bucureşti
Prof.dr.ing. Mihai ISPAS
Universitatea Transilvania din Braşov
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 14.12.2012, ora
12:00, sala L.III.3.
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să
le transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected]
Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de
doctorat.
Vă mulţumim.
3
MULŢUMIRI
Teza de doctorat realizată în perioada 2009 – 2012, este rezultatul unor cercetări
aprofundate, care implică mai multe domenii de cunoaştere. Din acest motiv pentru realizarea
prezentei teze am consultat specialişti din universităţi şi centre de cercetare din ţară şi străinătate.
Pe această cale, în primul rând aş dori să-mi exprim cele mai sincere mulţumiri
coordonatorului ştiinţific Prof.dr.ing. Mihaela CÂMPEAN pentru că a acceptat să mă îndrume
în realizarea tezei, pentru încrederea şi răbdarea acordată, şi că m-a susţinut atât din punct de
vedere profesional cât şi moral. Îi mulţumesc în acelaşi timp pentru sugestiile şi indicaţiile, care
a contribuit la formarea mea pe plan ştiinţific şi personal fără de care această teză nu s-ar fi
realizat.
Doresc să-mi exprim sincere mulţumiri domnişoarei Şef.luc.dr.ing. Mihaela POROJAN
pentru ajutorul acordat în realizarea capitolelor referitoare la microscopia şi proprietăţile comparative
ale lemnului de molid.
Ţin să mulţumesc domnului Conf.dr.ing. Wilhelm LAURENZI pentru programul de
prelucrare a datelor experimentale dar şi pentru sugestiile preţioase cu privire la îmbunătăţirea tezei.
Aduc mulţumiri domnului Conf.dr.ing Viorel POPA pentru susţinerea în derularea
experimentelor de uscarea lemnului de molid.
Îi mulţumesc în acelaşi timp doamnei Conf.dr.ing. Lidia GURĂU, pentru timpul şi ajutorul
acordat pentru prelucrarea imaginilor CT.
Cu deosebit respect, le mulţumesc domnului Conf.dr.eng Róbert NÉMETH de la
Universitatea de Vest, Ungaria din Sopron pentru timpul şi sprijinul în realizarea cercetării pe
perioada stagiului extern.
Aş dori de asemeni să mulţumesc întregului colectiv de la Universitatea ETH, din Zürich
Elveţia, în special Prof.dr.ing. Peter NIEMZ, pentru oportunitatea de a lucra la un înalt nivel de
cercetare.
Aduc mulţumiri domului Prof.dr.chim. Ion SANDU şi întregului colectiv de la Platforma
de Formare şi Cercetare Interdisciplinară Arheoinvest, de la Laboratorul de Investigare
Ştiinţifică şi Conservare a Bunurilor de Patrimoniu Cultural, din cadrul Universităţii
Alexandru Ioan Cuza din Iaşi, pentru sprijunul acrodat în realizarea efectuării imaginilor
microscopice.
Mulţumesc în mod deosebit referenţilor ştiinţifici Prof.dr. Prof.dr.chim. Peter
FRANCISC de la Universitatea Politehnică din Timişoara, Cercet.şt.gr.I.dr.ing. Iovu-Adrian
BIRIŞ de la Institutul de Cercetări şi Amenajări Silvice Bucureşti, Prof.dr.ing. Mihai ISPAS, şi
coordonatorului departamnetului de cercetare Prof.dr.ing. Ivan CISMARU, pentru
4
profesionalismul cu care au analizat rezultatele cercetării şi că m-au sfătuit astfel încât, teza de
doctorat să prezinte un nivel ştiinţific.
Doresc să aduc mulţumiri coordonatorilor şi personalului departamentelor de cercetare şi
al laboratoarelor de cercetare din cadrul Facultăţii de Ingineria Lemnului.
Doresc să mulţumesc în mod deosebit familiei mele pentru sprijinul moral şi material
acordat pe parcursul anilor de facultate şi în special pe perioada activităţii doctorale.
Nu în ultimul rând, doresc să mulţumesc colegilor şi prietenilor, în special pentru
MAGYARI László, HORVÁTH Attila, SZÉRI Árpád, pentru ajutorul fizic şi sprijinul moral
acordat, şi pentru că au contribuit la formarea mea umană.
Drd.ing. Maria Bernadett Szmutku
5
CUPRINS
Pagină
teză
Pagină
rezumat
INTRODUCERE 1 11
Capitolul 1. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR CU PRIVIRE LA
EFECTELE ÎNGHEŢĂRII APEI ÎN LEMN ASUPRA PROPRIETĂŢILOR
LEMNULUI ŞI A COMPORTAMENTULUI LA USCARE
5
13
1.1 Bazele teoretice ale transformărilor de fază ale apei 5 13
1.2 Fenomenele fizice şi mecanice care însoţesc îngheţarea apei în lemn şi efectele
asupra proprietăţilor lemnului
8
14
1.2.1 Influenţa îngheţării asupra structurii lemnului 10 14
1.2.2 Influenţa îngheţării asupra proprietăţilor fizice ale lemnului 15 15
1.2.3 Influenţa îngheţării asupra proprietăţilor mecanice ale lemnului 24 16
1.3 Uscarea lemnului îngheţat 31 16
1.4 Stadiul actual al cunoştinţelor privind structura şi proprietăţile lemnului de
molid (Picea abies L.)
31
16
1.5 Concluzii 36 16
Capitolul 2. OBIECTIVELE TEZEI 39 17
Capitolul 3. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND MODIFICĂRILE
CARE APAR ÎN STRUCTURA LEMNULUI DE MOLID ÎN DIFERITE
CONDIŢII DE ÎNGHEŢARE ŞI DEZGHEŢARE
42
18
3.1 Obiectivul cercetării 42 18
3.2 Metodica cercetării 42 18
3.2.1 Material 42 18
3.2.2 Aparatură 42 18
3.2.3 Metoda experimentală 48 18
3.3 Rezultate experimentale şi discuţii 54 19
3.4 Concluzii 71 23
Capitolul 4. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUENŢA
ÎNGHEŢĂRII APEI ÎN LEMN ASUPRA PROPRIETĂŢILOR FIZICE ŞI
MECANICE ALE LEMNULUI DE MOLID
74
24
4.1 Obiectivul cercetării 74 24
4.2 Metodica cercetării 75 24
4.2.1 Material 75 24
4.2.2 Aparatură 76 24
6
4.2.3 Metoda experimentală 80 25
4.2.4 Prelucrarea statistică a datelor experimentale 98 27
4.3 Rezultate experimentale şi discuţii............................................................... 105 28
4.3.1 Proprietăţi fizice 105 28
4.3.1.1 Densitatea lemnului în stare anhidră 105 28
4.3.1.2 Umflarea totală 106 29
4.3.1.3 Contragerea totală 108 29
4.3.1.4 Anizotropia contragerii 111 30
4.3.1.5 Difuzivitatea 112 30
4.3.2 Proprietăţi mecanice 114 31
4.3.2.1 Rezistenţa la încovoiere statică 114 31
4.3.2.2 Modulul de elasticitate la încovoiere statică 115 31
4.3.2.3 Rezistenţa la tracţiune perpendicular pe fibre 115 31
4.3.2.4 Rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele 116 31
4.3.2.5 Rezistenţa la forfecare longitudinală paralelă cu fibrele 117 31
4.3.2.6 Duritatea prin metoda Janka 117 31
4.3.2.7 Rezistenţa la smulgerea cuielor 118 32
4.4 Interpretarea rezultatelor 122 33
4.5 Concluzii 128 33
Capitolul 5. CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND
INFLUENŢA ÎNGHEŢĂRII APEI ÎN LEMN ASUPRA
COMPORTAMENTULUI LEMNULUI DE MOLID LA USCARE ..................
130
34
5.1 Obiectivele cercetării 130 34
5.2 Metodica cercetării 131 34
5.2.1 Material 131 34
5.2.2 Aparatură 131 35
5.2.3 Metoda cercetării teoretice 134 35
5.2.4 Metoda cercetării experimentale 143 35
5.3. Rezultate teoretice şi experimentale privind evoluţia câmpului de temperatură
în lemn în timpul proceselor de îngheţare şi dezgheţare. Discuţii...........................
147
36
5.3.1 Rezultate privind durata teoretică de dezgheţare a lemnului de molid........ 147 36
5.3.2 Rezultate experimentale privind dinamica îngheţării şi dezgheţării
lemnului de molid.......................... .......................... .......................... ..............
148
37
7
5.4 Rezultate teoretice şi experimentale privind durata uscării, calitatea uscării şi
consumul de energie la uscarea cherestelei din stare îngheţată comparativ cu lemnul
neîngheţat...................................................................................................................
157
37
5.5 Concluzii 178 41
Capitolul 6. CONCLUZII. CONTRIBUŢII ORIGINALE. DIRECŢII DE
VALORIFICARE A REZULTATELOR
181
41
BIBLIOGRAFIE 186 45
Rezumat - 49
Disemninarea rezultatelor - 50
Curriculum Vitae - 52
8
CONTENTS
Page
thesis
Page
sum
mary
INTRODUCTION 1 11
Chapter 1. CURRENT STATE OF RESEARCH ON THE EFFECTS OF
WATER FREEZING INSIDE WOOD UPON THE WOOD PROPERTIES
AND ITS DRYING BEHAVIOUR
5
13
1.1 Theoretical basics of phase transformations of water 5 13
1.2 Physical and mechanical phenomena which accompany the water freezing
inside wood and the effects upon the wood properties
8
14
1.2.1 Influence of freezing upon the wood structure 10 14
1.2.2 Influence of freezing upon the physical properties of wood 15 15
1.2.3 Influence of freezing upon the the mechanical properties of wood 24 16
1.3 Drying of frozen wood 31 16
1.4 Current state of knowledge on the strucure and properties of spruce wood
(Picea abies L.)
31
16
1.5 Conclusions 36 16
Chapter 2. OBJECTIVES 39 17
Chapter 3. EXPERIMENTAL RESEARCH REGARDING THE
MODIFICATIONS WHICH APPEAR IN THE STRUCTURE OF SPRUCE
WOOD UNDER DIFFERENT FREEZING AND THAWING CONDITIONS
42
18
3.1 Research objective 42 18
3.2 Research methodology 42 18
3.2.1 Material 42 18
3.2.2 Equipment 42 18
3.2.3 Research method 48 18
3.3 Experimental results and discussions 54 19
3.4 Conclusions 71 23
Chapter 4. EXPERIMENTAL RESEARCH REGARDING THE INFLUENCE
OF WATER FREEZING INSIDE WOOD UPON THE PHYSICAL AND
MECHANICAL PROPERTIES OF SPRUCE WOOD
74
24
4.1 Research objective 74 24
4.2 Research methodology 75 24
4.2.1 Material 75 24
9
4.2.2 Equipment 76 24
4.2.3 Experimental method 80 25
4.2.4 Statistical processing of experimental data 98 27
4.3 Experimental results and discussions............................................................... 105 28
4.3.1 Physical properties 105 28
4.3.1.1 Oven dry density of wood 105 28
4.3.1.2 Total swelling 106 29
4.3.1.3 Total shrinkage 108 29
4.3.1.4 Shrinkage anisotropy 111 30
4.3.1.5 Diffusion 112 30
4.3.2 Mechanical properties 114 31
4.3.2.1 Bending strength 114 31
4.3.2.2 Modulus of elasticity in bending 115 31
4.3.2.3 Tensile strength perpendicular to the grain 115 31
4.3.2.4 Compressive strength parallel to the grain 116 31
4.3.2.5 Longitudinal shear strength parallel to the grain 117 31
4.3.2.6 Hardness by Janka method 117 31
4.3.2.7 Nail withdrawal resistance 118 32
4.4 Results interpretation 122 33
4.5 Conclusions 128 33
Chapter 5. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCHES
REGARDING THE INFLUENCE OF WATER FREEZING INSIDE WOOD
UPON THE DRYING BEHAVOIUR OF SPRUCE WOOD...................................
130
34
5.1 Research objectives 130 34
5.2 Research methodology 131 34
5.2.1 Material 131 34
5.2.2 Equipment 131 35
5.2.3 Theoretical research method 134 35
5.2.4 Experimental research method 143 35
5.3. Theoretical and experimental results regarding the evolution of the
temperature field in wood during the freezing and thawing processes. Discussions......
147
36
5.3.1 Results regarding the theoretical thawing time of spurce wood 147 36
5.3.2 Experimental results regarding the freezing and thawing dynamics of
spruce wood
148
37
10
5.4 Theoretical and experimental results regarding the drying time, drying quality
and energy consumptions during the drying of frozen timber compared to the drying
of nonfrozen wood
157
37
5.5 Conclusions 178 41
Chapter 6. CONCLUSIONS. ORIGINAL CONTRIBUTIONS.
VALORISATION DIRECTIONS OF THE RESULTS
181
41
BIBLIOGRAPHY 186 45
Abstract - 49
Results dissemination - 50
Curriculum Vitae - 52
11
INTRODUCERE
Prezenta cercetare abordează o temă de actualitate în domeniul ingineriei lemnului, cu
aplicabilitate directă în practica industrială, şi anume aceea a evaluării efectelor îngheţării apei în
lemn asupra proprietăţilor fizice şi mecanice ale lemnului (comparativ cu lemnul uscat din stare
neîngheţată), precum şi asupra comportamentului acestuia la uscare, în vederea optimizării
regimurilor de uscare a cherestelei aplicate pe timp de iarnă.
Având în vedere că specia de răşinoase cu cea mai largă răspândire şi însemnătate
economică de la noi din ţară este MOLIDUL (Picea abies L.), cercetările experimentale din
cadrul prezentei lucrări au fost realizate pe această specie.
Cercetarea în cadrul tezei de doctorat s-a demarat pornind de la un fenomen fizic bine
cunoscut, şi anume că apa atunci când îngheaţă îşi măreşte considerabil volumul, iar atunci când
este conţinută într-un spaţiu limitat mărirea ei în volum exercită o presiune asupra pereţilor
recipientului care o conţine. Astfel, într-o piesă de cherestea proaspăt debitată (în stare verde) şi
depozitată în aer liber, atunci când temperatura scade sub 0°C, apa liberă din lumenul celulelor
va îngheţa, mărindu-şi volumul cu circa 9%.
Se naşte astfel întrebarea:
Este suficient de mare forţa de umflare în volum a apei în timpul îngheţării pentru a cauza
microfisuri în peretele celular ?
Şi dacă da, care sunt factorii care agravează cel mai mult acest fenomen:
- valoarea temperaturii negative?
- durata de expunere la temperaturi negative?
- viteza de scădere a temperaturii?
- sau variaţia ciclică a temperaturii de la valori negative la valori pozitive ?
Este cunoscut faptul că, pentru lemnul care este destinat utilizării în construcţii,
principalele proprietăţi fizico-mecanice au un rol foarte important, care nu pot fi neglijate. Având
în vedere ipoteza avansată mai sus, de apariţie a microfisurilor în pereţii celulari în urma
îngheţării, apare în plus şi întrebarea:
Sunt aceste microfisuri sunt destul de mari pentru a influenţa sau nu semnificativ
proprietăţile fizico-mecanice ale lemnului ?
Uscarea cherestelei este o operaţie obligatorie la începutul oricări proces de prelucrare a
lemnului, durata şi calitatea execuţiei ei determinând decisiv costul şi calitatea produsului finit în
care este înglobată.
Este evident că îngheţarea produce o stare de tensiune în lemn. În plus, uscarea din stare
îngheţată implică două schimbări de fază ale apei, mai întâi revenirea în stare lichidă
12
(dezgheţarea, însoţită şi ea de generarea unor tensiuni), apoi trecerea la stare gazoasă prin
evaporare. Astfel, ca şi în cazul proprietăţilor, se pune întrebarea:
Sunt aceste tensiuni suficient de mari pentru a cauza deteriorări structurale în timpul uscării
? Se impune pe timp de iarnă o atenţie deosebită (un regim de temperatură special) în faza de
încălzire a procesului de uscare a cherestelei din stare îngheţată?
Prin tematica propusă şi abordarea experimentală în premieră, teza are un pronunţat
caracter de originalitate. Rezultatele cercetărilor experimentale efectuate, constituie date
valoroase cu privire la influenţa temperaturii negative, a vitezei de îngheţare, a duratei de
expunere la temperaturi negative, a temperaturii şi vitezei de dezgheţare, a variaţiilor ciclice de
temperatură asupra principalelor proprietăţi fizico-mecanice, asupra duratei şi calităţii uscării
lemnului de molid în condiţii de iarnă, care vin să îmbogăţească literatura de specialitate şi
permit formularea unor recomandări importante, fundamentate ştiinţific, pentru practica
industrială.
Lucrarea este structurată pe şase capitole mari, astfel încât să dezvolte studiul pas cu pas.
Primul capitol: „Stadiul actual al cercetărilor” – prezintă în prima etapă bazele teoretice
ale îngheţării şi dezgheţării apei, mecanismul formării cristalelor de gheaţă şi corelaţia dintre
mărimea acestora şi viteza de îngheţare. De asemenea, sunt sintetizate din literatura
internaţională de specialitate, informaţiile cunoscute cu privire la fenomenele fizice şi mecanice
care însoţesc îngheţarea apei în lemn şi efectele asupra proprietăţilor fizico-mecanice ale
lemnului, precum şi referitoare la uscarea lemnului îngheţat. În ultimul subcapitol sunt
evidenţiate particularităţile de structură şi proprietăţile lemnului de molid (Picea abies L.),
relevante pentru analiza interacţiunilor din cadrul sistemului lemn-umiditate în procesele de
îngheţare-dezgheţare.
Capitolul 2: „Obiectivele tezei” – prezintă obiectivele operaţionale, care au stat la baza
efectuării cercetărilor.
Capitolul 3: „Cercetări experimentale privind modificările care apar în structura
lemnului de molid în diferite condiţii de îngheţare şi dezgheţare”- prezintă o analiză imagistică,
efectuată prin microscopie electronică de scanare (CT, SEM şi ESEM) a integrităţii pereţilor
celulari în urma procesului de îngheţare în funcţie de temperatura mediului, tipul procesului
(continuu/ciclic), durata de expunere, viteza de îngheţare/dezgheţare.
Capitolul 4: „Cercetări experimentale privind influenţa îngheţării apei în lemn asupra
proprietăţilor fizice şi mecanice ale lemnului de molid” – prezintă rezultatele experimentele
comparative obţinute pe lemnul de molid uscat din stare îngheţată (îngheţarea realizându-se în
diferite condiţii pentru a ierarhiza şi ponderile de influenţă a diferiţi factori) faţă de lemnul uscat
din stare neîngheţată, cu privire la câteva proprietăţi fizice şi mecanice selectate, cu importanţă
deosebită în utilizarea lemnului ca material de construcţii, şi anume: densitatea (masa volumică),
13
umflarea şi contragerea totală, coeficientul de anizotropie a contragerii, coeficientul de
difuzivitate, rezistenţa la încovoiere statică şi modulul de elasticitate, rezistenţa la compresiune
paralelă cu fibrele, rezistenţa la tracţiune perpendiculară pe fibre, rezistenţa la forfecare
longitudinală paralelă, duritatea prin metoda Janka, rezistenţa la smulgerea cuielor.
Capitolul 5: „Cercetări experimentale privind influenţa îngheţării apei în lemn asupra
comportamentului lemnului de molid la uscare” – prezintă în primul rând rezultatele unui studiu
experimental privind dinamica de îngheţare şi dezgheţare a apei în lemn, prin urmărirea evoluţiei
câmpului de temperatură în centrul pieselor de cherestea, în funcţie de viteza de îngheţare şi
temperatura mediului dezgheţare. În partea a doua a acestui capitol, sunt prezentate rezultatele
testelor de uscare a două şarje de cherestea, sub aspectul duratei, calităţii şi a consumului de
energie, precum şi concluziile şi recomandările privind posibilităţile de optimizare a regimurilor
de uscare pentru această situaţie specială.
Capitolul 6: „Concluzii, contribuţii originale şi direcţii de valorificare a rezultatelor” –
conchide asupra rezultatelor obţinute şi a direcţiilor de valorificare a acestora.
CAPITOLUL 1.
STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR CU PRIVIRE LA EFECTELE ÎNGHEŢĂRII
APEI ÎN LEMN ASUPRA PROPRIETĂŢILOR LEMNULUI ŞI A
COMPORTAMENTULUI LA USCARE
1.1 BAZELE TEORETICE ALE TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂ ALE APEI
Apa poate exista în trei stări de agregare: solidă – gheaţă, lichidă – apă, gazoasă - vaporii
de apă. Modificarea temperaturii poate duce la schimbarea stării de agregare. La scăderea sub
0 C apa se solidifică (îngheaţă), iar la 100 C fierbe şi se vaporizează.
Transformarea de fază sau tranziţia de fază reprezintă trecerea substanţelor dintr-o fază
în alta (după http://referat.clopotel.ro/Schimbarea_starii_de_agregare-12376.html).
Un factor important în timpul îngheţării îl constituie viteza de îngheţare, care are o
influenţă semnificativă asupra mărimii cristalelor de gheaţă formate în timpul procesului de
îngheţare. Cercetările efectuate în domeniul ingineriei alimentare şi în domeniul biofizicii arată
că, o îngheţare lentă, cu un gradient mic de scădere a temperaturii, duce la formarea unui număr
mai mic de cristale de gheaţă, dar mai mari faţă de îngheţarea rapidă (Delgado & Sun 2001,
Kopstad & Elgsaeter 1982, Hubbard 1991).
14
1.2 FENOMENELE FIZICE ŞI MECANICE CARE ÎNSOŢESC ÎNGHEŢAREA APEI ÎN
LEMN ŞI EFECTELE ASUPRA PROPRIETĂŢILOR LEMNULUI
În timpul iernii când temperatura scade frecvent sub 0°C, apa din interiorul lemnului
depozitat în aer liber îngheaţă. Cividini (2001) precizează că la temperaturi de până la -30ºC
îngheaţă doar apa liberă din lemn.
Transformarea apei lichide în gheaţă în interiorul celulelor dezvoltă o anume presiune
asupra pereţilor celulari. Se presupune (Ilic 1995) că energia mecanică generată este capabilă să
micro-fisuri în structura peretelui celular, diminuând astfel proprietăţile mecanice ale lemnului.
La temperaturi mai scăzute (-45°C) îngheaţă şi o parte din apa legată dacă durata de
expunere este suficient de îndelungată, în lemnul timpuriu variază între 11-16% (Kärenlampi ş.a.
2005). Cu cât durata de expunere este mai îndelungată, cu atât cantitatea de apă care îngheaţă
este mai mare, 2-9% după expunere timp de 6 ore.
1.2.1. Influenţa îngheţării asupra structurii lemnului
La nivel microscopic, cercetările efectuate de Kwang ş.a. (2007), Mishiro (1990), Lu
ş.a. (2005), cu diferite specii de lemn au arătat că şi numai câteva ore de îngheţare la diferite
temperaturi, cauzează numeroase anomalii ale peretelui celular.
Fig.1.1 , prezintă traheidele deformate la lemnul îngheţat, cu pereţi extrem de fini
(grosime de 0,60 μm faţă de 1,61 μm), obţinute de Kwang ş.a. (2007).
a. b.
Fig.1.1 Imagini microscopice ale inelului prelevat din mostra îngheţată din
lemn de Radiata Pine (Kwang ş.a. 2007).
15
1.2.2 INFLUENŢA ÎNGHEŢĂRII ASUPRA PROPRIETĂŢILOR FIZICE ALE
LEMNULUI
Umiditatea
Dyk & Rice (2005) au obţinut că viteza undelor în lemn îngheţat la temperatura de -
6,7 C, timp de 24 ore este mai mare cu 5% decât în lemn neîngheţat, indiferent de conţinutul de
umiditate a lemnului.
Referitor la modificarea umidităţii lemnului prin îngheţare/dezgheţare, studii
experimentale efectuate de Câmpean ş.a. (2008.a, 2008.b, 2009) după un ciclu de îngheţare şi
dezgheţare se pot elimina din lemn chiar şi peste10% de umiditate, în funcţie de specie,
umiditatea iniţială, temperatura şi durata de îngheţare, numai în domeniul apei libere.
Densitatea
Este de aşteptat că densitatea lemnului îngheţat să fie puţin mai mică decât densitatea
lemnului neîngheţat. Această ipoteză este confirmată de determinările experimentale efectuate de
Chan (2007), care a arătat că densitatea lemnului îngheţat este cu 5,9 % mai mică faţă de lemnul
neîngheţat.
Umflarea şi contragerea
În anii ´60 s-au efectuat mai multe studii privind posibilitatea de reducere a contragerii şi
colapsului aplicând uscarea în vid prin îngheţare şi sublimare (Erickson ş.a. 1968, Kelsey 1963,
Kübler 1962 ş.a) şi au demonstrat că îngheţarea este o metodă eficientă de pretratare pentru
reducerea contragerii, colapsului şi deformaţiilor.
Difuzivitatea
Difuzivitatea lemnului este o proprietate importantă, pentru comportamentul lemnului la
uscare.
Multe date din literatura de specialitate se referă la determinarea coeficientului de
difuzivitate la diferite specii, într-o anumită direcţie structurală, la diferite temperaturi şi
umidităţi, sau după un tratament (Simpson 1991, Kanagawa ş.a. 1992, Berit 1998, Cai 2005,
Fotsing & Tchagang 2005, Li ş.a. 2005, Tarmian ş.a. 2012), dar foarte puţini din cercetători au
studiat valoarea acestui coeficient în cazul lemnului îngheţat.
Literatura de specialitate conţine numai 2 referinţe pe această temă: Kübler (1962) şi
Schmulsky & Shvets (2006) au studiat relocarea umidităţii din pereţii celulelor către lumenul
celulelor în timpul îngheţării, ei explică acest fenomen ca un rezultat al gradientului de presiune
a vaporilor.
16
1.2.3 INFLUENŢA ÎNGHEŢĂRII ASUPRA PROPRIETĂŢILOR MECANICE ALE
LEMNULUI
Studii privind influenţa temperaturilor negative asupra proprietăţilor mecanice ale
lemnului s-au efectuat încă din anii ´30 până în zilele noastre: Vorreiter (1938), Thunell (1940),
Kollmann (1951), Mishiro (1990), Green (1999), Câmpean ş.a. (2008.b). Majoritatea
cercetătorilor afirmă, că prin îngheţare scad rezistenţeele.
1.3 USCAREA LEMNULUI ÎNGHEŢAT
Referitor la uscarea lemnului îngheţat literatura de specialitate oferă doar puţine
informaţii, până în prezent numai două surse bibliografice s-au găsit, care abordează acest
subiect, Cividini (2001) a studiat a faza de încălzire a procesului de uscare. O altă sursă
bibliografică (Vasquez 1997) abordează tema uscării lemnului îngheţat cu referire la influenţa
unor pretratări (sonică, fierbere şi cu abur) după 4-9 săptămâni de depozitare în stare îngheţată, şi
asupra comportamentului de uscare a speciei Pacific Madrone.
Majoritatea informaţiilor din literatura de specialitate se referă la încălzirea lemnulu i
îngheţat, mai exact la dezgheţarea buştenilor trataţi în vederea debitării furnirelor, majoritatea
datelor provenind din studii empirice (Korala & Kivimaa (1947), Kübler (1964), Chudinov
(1968), Feihl (1972), Steinhagen (1977, 1978, 1980, 1987, 1989)).
Dezgheţarea este un proces care constituie un caz deosebit de încălzire a lemnului cu
schimbarea stării de agregare a apei, care are o mare importanţă practică.
1.4 STADIUL ACTUAL AL CUNOŞTINŢELOR PRIVIND STRUCTURA ŞI
PROPRIETĂŢILE LEMNULUI DE MOLID (Picea abies L.)
Cuprinde (în teză) caracterizarea lemnului de molid, caracteristicile fizice şi de
structură la nivel micro şi macroscopic, valorile sintetizate la proprietăţi fizico-mecanice,
descrierea proprietăţilor tehnologice şi chimice.
1.5 CONCLUZII
Referitor la cantitatea de apă care îngheaţă în lemn atunci când acesta este expus
temperaturilor negative, este recunoscut faptul că înteaga cantitate de apă liberă, dar şi o parte
din apa legată îngheaţă (după Kärenlampi ş.a. (2005), în lemnul timpuriu aceasta variază între
11-16%).
Cu ajutorul imaginilor preluate cu microscopul electronic de mare rezoluţie, Mishiro
(1990) arată clar că în urma îngheţării apei în lemn se produc microfisuri în membrana celulară
17
şi că gravitatea acestora este influenţată de umiditatea iniţială a lemnului, densitatea acestuia
(specia lemnoasă), temperatura negativă şi durata de expunere.
Referitor la influenţa îngheţării apei în lemn asupra proprietăţilor fizice ale lemnului,
sursele bibliografice studiate relevă că schimbarea stării de agregare a apei afectează densitatea
lemnului, aceasta fiind cu cca. 6% mai mică la lemnul îngheţat (Chan 2007).
Referitor la influenţa îngheţării apei în lemn asupra proprietăţilor mecanice ale lemnului,
numeroase surse bibliografice (Mishiro 1990, Green 1999, Vorreiter 1938, Kollmann 1951,
Thunell 1940) arată că lemnul îngheţat are proprietăţi superioare lemnului neîngheţat.
Majoritatea acestor studii se referă la rezistenţa la încovoiere şi modulul de elasticitate, rezistenţa
la tracţiune paralelă cu fibrele, rigiditate, dar şi la rezistenţa la încovoiere dinamică.
Referitor la uscarea lemnului îngheţat asupra comportamentului lemnului îngheţat la
uscarea literatura de specialitate nu oferă practic nicio informaţie fundamentată ştiinţific.
CAPITOLUL 2.
OBIECTIVELE TEZEI
Analiza stadiului actual al nivelului cunoaşterii cu privire la efectele îngheţării apei în
lemn asupra proprietăţilor acestuia şi ale comportamentului său la uscare, au relevat
oportunitatea alegerii temei şi au permis stabilirea ca priorităţi în abordarea cercetării a
următoarelor patru obiective principale:
► Stabilirea influenţei îngheţării/dezgheţării apei în lemn asupra integrităţii structurale a
lemnului de molid şi evaluarea frecvenţei/gravităţii microfisurilor care apar în structura peretelui
celular sub influenţa unor factori variabili, precum viteza de îngheţare, durata de expunere la
temperaturi negative, valoarea temperaturii (atât a celei negative la îngheţare, cât şi a celei
positive aplicate în faza de dezgheţare), variaţia ciclică a temperaturii de la valori negative la
valori pozitive, umiditatea iniţială a lemnului;
► Cercetarea influenţei acestor factori asupra unor proprietăţi fizice şi mecanice ale
lemnului uscat din stare îngheţată (comparativ cu cel uscat din stare neîngheţată), relevante în
utilizarea acestuia ca lemn de construcţii;
► Studiu asupra dinamiciii evoluţiei câmpului de temperatură în interiorul lemnului în
cadrul proceselor de îngheţare / dezgheţare;
► Analiza comportamentului lemnului de molid îngheţat la uscare şi stabilirea unui regim
optimizat, special adaptat condiţiilor de iarnă (pentru uscarea cherestelei îngheţate), în vederea
reducerii duratei şi îmbunătăţirii calităţii uscării.
18
CAPITOLUL 3.
CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND MODIFICĂRILE CARE APAR ÎN
STRUCTURA LEMNULUI DE MOLID ÎN DIFERITE CONDIŢII DE ÎNGHEŢARE ŞI
DEZGHEŢARE
3.1 OBIECTIVUL CERCETĂRII
Acest capitol prezintă rezultatele unei cercetări experimentale privind comportamentul
sistemului lemn-umiditate în timpul proceselor de îngheţare – dezgheţare, pentru evidenţierea
microfisurilor apărute în structura lemnului în urma tensiunilor interne în generate de diferite
condiţii de îngheţare şi dezgheţare prin efectuarea unor analize imagistice cu mijloace moderne
de scanare, respectiv metoda SEM, ESEM şi CT.
3.2 METODICA CERCETĂRII
3.2.1. Material
Materialul lemnos utilizat în cadrul prezentei cercetări a constat în epruvete din lemn de
molid (Picea abies L.), provenite din acelaşi buştean, cu dimensiuni de 50x10x10mm.
3.2.2. Aparatură
Cercetarea experimentală a presupus operaţii de îngheţare artificială, dezgheţare
controlatǎ, microscopie SEM, ESEM şi CT.
Îngheţarea probelor a fost realizată într-o cameră climatică tip FEUTRON KPK200,
pentru îndreptarea probelor s-a utilizat un microtom cu sanie, metalizarea probelor s-a efectuat
cu ajutorul unui agregat de evaporare în vid, iar analizele imagistice cu un microscops SEM
VEGA II LSH, microscop ESEM FEI tip Quanta 200 şi un micro-CT.
3.2.3. Metoda experimentală
a) Analiza SEM
S-au utilizat epruvete îngheţate-dezgheţate în patru condiţii diferite, respectiv:
● Testul I: îngheţare continuă artificială rapidă a epruvetelor cu acelaşi conţinut de umiditate
(U=65%) la temperatura de -25ºC timp de o zi, trei zile, cinci zile şi o săptămână, urmată de
dezgheţare în apă rece (15°C) şi apă caldă (40°C);
● Testul II: îngheţare-dezgheţare ciclică artificială a epruvetelor cu acelaşi conţinut de umiditate
(U=90%): îngheţare la temperatura de -25ºC timp de 12 ore urmată de dezgheţare la +10ºC timp
de 12 ore, durata tratamentului fiind de o zi, trei zile, cinci zile şi o săptămână, urmată de
dezgheţare în apă rece (15°C);
● Testul III: expunere în condiţii naturale (îngheţare – dezgheţare ciclică naturală) a epruvetelor
cu acelaşi conţinut de umiditate (U=86%), timp de 3 luni de iarnă în Braşov, urmată de
dezgheţare în apă rece (15ºC);
19
● Testul IV: îngheţare continuă a epruvetelor cu un conţinut iniţial de umiditate variabil (U= 8%,
9%, 16%, 37%, 86%, 153%) la temperatura de -25ºC timp de o zi, urmată de dezgheţare în apă
rece (15°C).
Prin această abordare s-a urmărit stabilirea influenţei:
- duratei de expunere la temperatură negativă constantă (Testele I şi II);
- temperaturii de dezgheţare (Testul I);
- variaţiilor de temperatură de la valori negative la valori pozitive (precum în ciclul nocturn-
diurn)(Testul II);
- duratei de expunere la condiţii variabile de temperatură (Testul III vs. Testul II);
- umidităţii iniţiale a lemnului (Testul IV).
b) Analiza ESEM
Întrucât pe parcursul experimentelor, s-a demonstrat că viteza de îngheţare este un factor
de influenţă extrem de important, în cazul analizei ESEM, efectuată mai recent, s-a adăugat şi a
cincea condiţie de îngheţare şi anume:
● Testul V: îngheţare artificială lentă a epruvetelor cu acelaşi conţinut de umiditate (U=86%) la
temperatura de -25ºC timp de trei zile, viteza de scădere a temperaturii fiind de -1ºC/h, faţă
de cca. -10°C/h în cazul Testului I.
c) Analiza CT
S-au efectuat patru teste identice cu cele efectuate la ESEM. Succesiunea operaţiilor a
fost aceeaşi ca în cazul analizei SEM şi ESEM. Epruvetele au fost dezgheţate în condiţii de
laborator.
3.3 REZULTATE EXPERIMENTALE ŞI DISCUŢII
a) Rezultate SEM
Fig. 3.1 prezintă rezultatele observaţiilor SEM pentru epruveta control neîngheţată. Se
constată că proba martor nu a prezentat nici o fisură sau alte anomalii structurale.
20
a. b. c.
Fig.3.1 Imagini SEM (1000x) ale probei de molid neîngheţat:
a- secţiune transversală; b-secţiune radială; c-secţiune tangenţială.
Modificările cele mai grave s-au obţinut la testul III în condiţii naturale de
îngheţare/dezgheţare timp de 3 luni de iarnǎ, se observă că proba prezintă microfisuri lungi de
900 -1800μm rezultatele observaţiilor SEM sunt prezentate în Fig.3.2.
a. b. c.
Fig.3.2 Imagini SEM (500x, 1000x) ale epruvetei de molid îngheţatǎ şi dezgheţatǎ în
condiţii naturale timp de 3 luni dezgheţată în apă rece
a- secţiune transversală; b-secţiune radială; c-secţiune tangenţială.
b) Rezultate ESEM
Fig.3.3 prezintă rezultatele observaţiilor ESEM pentru epruveta martor neîngheţată. Se
constată că proba martor nu a prezentat fisuri sau deformaţii structurale.
21
Fig.3.3 Imagine ESEM (250x) a probei de molid neîngheţat.
Fig.3.4 prezintă rezultatele observaţiilor ESEM pentru epruveta îngheţată – dezgheţată în
condiţii naturale. Se constată că proba prezintă anomalii structurale şi se observă că în zona de
trecere de la lemnul timpuriu la cel târziu celulele sunt ondulate şi crăpate. Astfel, rezultatele
ESEM au validat rezultatele obţinute în cadrul testelor SEM.
Fig. 3.4 Imagine ESEM (140x) a probei de molid îngheţată – dezgheţată natural.
c) Rezultate CT
Fig. 3.5 prezintă rezultatele observaţiilor CT în structura lemnului în direcţia transversală
pentru epruveta neîngheţată. Se observă că proba control nu a prezentat fisuri sau modificări
structurale.
22
Fig.3.5 Imagine CT ale probei de molid neîngheţat.
Fig. 3.6 prezintă rezultatele observaţiilor CT în structura lemnului în direcţia transversală
pentru epruveta îngheţată-dezgheţată natural. Se observă că proba prezintă fisuri lungi 1,5 –
47mm. Se constată că, dauna este mai severă în acest caz, faţă de lemnul îngheţat continuu
artificial rapid.
Fig.3.6 Imagine CT a probei de molid îngheţat – dezgheţat natural.
Deşi lungimea microfisurilor determinate prin cele trei tehnici de analiză imagistică sunt
diferite (de aprox. 3 ori mai mari faţă de SEM), ceea ce se explică prin faptul că probele au fost
scanare în apropierea suprafeţei, evidenţiând astfel microfisurile obţinute în stratul superficial,
iar la CT scanarea se face în profunzime, permiţând evidenţierea tuturor microfisurilor apărute în
structură.
Ierarhia influenţei celor patru condiţii studiate rămâne aceeaşi: dauna cea mai mare a fost
produsă de îngheţare – dezgheţare naturală, urmată de îngheţare – dezgheţare ciclică artificială,
urmată de îngheţare lentă, iar îngheţarea rapidă a produs modificările cele mai mici.
23
În Fig.3.7 este prezentată ierarhia factorilor de influenţă asupra gravităţii modificării
structurale ale lemnului.
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
5
Durata de expunere la variaţii ciclice de temperatură
Viteza de îngheţare
Variaţii ciclice de temperatură
Fig.3.7. Ierarhia factorilor de influenţă asupra gravităţii modificării structurale.
3.4 CONCLUZII
Conform rezultatelor obţinute, scăderea bruscă a temperaturii pe timp de iarnă poate să
cauzeze deteriorarea cherestelei depozitate în aer liber. Scăderea bruscă a temperaturii la -25°C
produce microfisuri cu lungimi de 200 – 500μm în pereţii celulari, microfisuri mai grave, cu
lungimi de peste 800-1500μm, apar în cazul variaţiilor mari de temperatură.
Expunerea lemnului la condiţii naturale de îngheţare-dezgheţare a cauzat cea mai
importantă deteriorare a integrităţii structurale (microfisuri lungi între 900 -1800μm), cauzele
cele mai probabile sunt: îngheţarea lentă (care produce cristale de mărime mai mare decât
îngheţarea rapidă) şi varaţia ciclică a temperaturii, care produce reducerea elasticităţii
membranelor celulare. Microfisurile au fost localizate în zona de trecere din lemnul timpuriu în
lemnul târziu, în lamela mijlocie unde conţinutul de lignină este mai mare (70% la molid – după
Filipovici 1964), astfel se constată că lignina la temperaturi negative rezistă mai puţin, presiunea
produsă de umflarea în volum a apei, conduce la o deformare plastică a ligninei. Din păcate până
în prezent nu s-a găsit o sursă bibliografică care abordează acest subiect de influenţa temperaturii
negative asupra compuşilor chimici principali ai lemnului, cu deosebire la lignină.
Rezultatele obţinute la testele CT efectuate pe probe de lemn, au validat rezultatele
obţinute la teste SEM şi ESEM, şi prin a treia metodă s-a observat că îngheţarea afectează
integritatea structurii lemnului, şi determină fisurarea lemnului.
Deşi lungimea microfisurilor determinate prin diferite metode imagistice sunt diferite,
ierarhia influenţei condiţiilor se îngheţare s-a păstrat.
Referitor la influenţa condiţiilor de îngheţare, dauna nu este influenţată de durata de
menţinere a temperaturii negative, dar este puternic influenţată de variaţiile de temperatură între
24
zi si noapte, prin reducerea elasticităţii membranelor celulare, care devin astfel mai casante şi
prezintă risc de fisurare mai mare.
Viteza de îngheţare este un factor determinant, îngheţarea lentă produce daune mai mari,
decât o scădere mai bruscă a temperaturii.
Prezintă pericol de fisurare numai piesele în stare verde, cu un conţinut de umiditate
iniţială ridicată înainte de îngheţare.
CAPITOLUL 4.
CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUENŢA ÎNGHEŢĂRII APEI ÎN
LEMN ASUPRA PROPRIETĂŢILOR FIZICE ŞI MECANICE ALE LEMNULUI DE
MOLID
4.1 OBIECTIVUL CERCETĂRII
Obiectivul acestei cercetări experimentale a constat în determinarea comparativă a
principalelor proprietăţi fizice (densitate, umflare, contragere şi difuzivitate) şi mecanice
(rezistenţa la tracţiune perpendicular pe fibre în, rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele,
rezistenţa la încovoiere statică şi modulul de elasticitate la încovoiere statică, rezistenţa la
forfecare longitudinală paralelă în direcţia radială şi tangenţială, duritatea Janka în cele trei
direcţii, rezistenţa la smulgerea cuielor în cele trei direcţii) ale lemnului de molid (Picea Abies
L.) pentru construcţii, uscat natural şi artificial din stare îngheţată şi respectiv neîngheţată. S-au
urmărit în principal:
- influenţa condiţiilor de îngheţare (temperatura de îngheţare, durata de îngheţare,
viteza de scădere a temperaturii) asupra proprietăţilor fizico-mecanice ale lemnului;
- influenţa variaţiilor ciclice de temperatură asupra proprietăţilor fizico-mecanice ale
lemnului;
- influenţa duratei de expunere la variaţii ciclice de temperatură.
În acest scop, piesele de cherestea (în stare verde) au fost supuse la 4 condiţii diferite de
îngheţare:
- Testul I: îngheţare continuă artificială rapidă la temperatura de -25ºC timp de o
săptămână, urmată de uscare artificială cu regim stabilit;
- Testul II: expunere în condiţii naturale (îngheţare – dezgheţare ciclică naturală),
timp de 3 luni de iarnă în Braşov, urmată de uscare naturală;
- Testul III: îngheţare-dezgheţare ciclică artificială la temperatura de -25ºC timp de
12 ore urmată de dezgheţare la +10 ºC timp de 12 ore, durata tratamentului fiind o
săptămână, urmată de uscare artificială cu regim stabilit
25
- Testul IV: îngheţare artificială lentă la temperatura de -25ºC timp de o săptămână,
urmată de uscare artificială cu regim stabilit;
4.2 METODICA CERCETĂRII
Pentru îndeplinirea obiectivului propus, s-a efectuat în primul rând îngheţarea
epruvetelor în diferite condiţii, urmată de uscare şi apoi de testele impuse prin standardele în
vigoare pentru determinarea comparativă a fiecărei proprietăţi. Ulterior, datele au fost prelucrate
statistic pentru evidenţierea unor concluzii clare.
4.2.1. Material
Materialul lemnos utilizat în cadrul prezentei cercetări a constat în piese de molid (Picea
abies L.), cu dimensiuni de 500x80x35mm, respectiv cu dimensiuni de 500x80x65mm, în
funcţie de grosimea epruvetelor pentru diferite încercări.
4.2.2. Aparatură
Cercetarea experimentală a presupus operaţii de îngheţare artificială, dezgheţare
controlatǎ, uscare artificială, condiţionare, toate aceste operaţii au fost efectuate cu ajutorul
camerei climatice Feutron, precum şi încercări fizico – mecanice cu maşina de încercări
mecanice ZWICK–model BT1- FB050TN.D30 şi cu maşina de tracţiune tip FMPW-1000.
4.2.3. Metoda experimentală
Debitarea pieselor de probă din fiecare buştean, a fost efectuată conform unei scheme de
debitare (Fig. 4.1) stabilită astfel încât să fie posibilă scoaterea a cât mai multe piese debitate
strict radial, din zona de înălţime de peste 1,30 m de la sol.
Piesele (I – VII) s-au debitat în piese de probă de 0,5 m lungime (pentru a putea fi
introduse în camera climatică) şi s-au notat toate piesele corespunzător poziţiei în cadrul
secţiunii transversale a buşteanului.
Fig.4.1 Schema de debitare a buşteanului.
26
Piesele notate cu „I” au fost îngheţate în camera climatică FEUTRON sau în aer liber în
condiţiile impuse la fiecare test; cealaltă jumătate de piese provenite din acelaşi buştean şi notate
cu „N” s-au păstrat neîngheţate.
În cazul îngheţării naturale, piesele de lemn au fost expuse în aer liber, sub şopron în
perioada 13.decembrie 2010 – 13 martie 2011 (3 luni de iarnă).
În conformitate cu condiţiile climatice locale monitorizate zilnic (Fig.4.2), aceste piese au
suferit îngheţare – dezgheţare ciclică naturală şi uscare. Aşa cum se prezintă în Fig.4.2, cea mai
scăzută temperatură în acest interval a atins -15°C iar în medie temperatura a fost -4,5°.
Diferenţa maximă între zi şi noapte a fost 16°C şi în medie 6°C. Fig. 4.3 prezintă variaţia
câmpului de temperaturii aerului pe 24 ore (din data de 05.02.2011
(http://www.meteoprog.ro/ro/fwarchive/Brashov/).
Conform variaţiei temperaturii din acest interval, viteza de îngheţare medie a fost de -
1°C/h (îngheţare lentă), iar cea de dezgheţare 1°C/h.
-18
-15
-12
-9
-6
-3
0
3
6
9
13.decembrie.2010 - 13.martie.2011
Tem
pera
tura
aeru
lui,
oC
Fig.4.2 Variaţia temperaturii în cele trei luni de expunere a pieselor în er liber.
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Ora
Tem
pera
tura
aeru
lui,
oC
Fig.4.3 Variaţia temperaturii într-un interval oarecare de 24 ore.
Regimul de uscare aplicat în cazul testelor de uscare artificială (I, III, IV) este prezentat
în Tab.4.1.
27
Tab.4.1
Temperatura,
t °C
Umiditatea
relativă a
aerului, φ %
Durata de
expunere, h
Test I
(Ui=158%,
Uf=12%)
Durata de
expunere, h
Test III
(Ui=74%,
Uf=12%)
Durata de
expunere, h
Test IV
(Ui=159%,
Uf=12%)
+50 80 8 8 8
+50 75 62 38 62
+50 70 27 - 27
+60 70 21 21 21
+60 60 71 58 71
+20 55 99 99 99
Determinarea proprietăţilor fizico – mecanice comparative ale lemnului de molid a fost
realizată conform standardelor în vigoare, şi anume:
- determinarea densităţii conform STAS 84-87;
- determinarea umflării conform STAS 85/ 1 – 91;
- determinarea contragerii conform STAS 85/ 2 – 91;
- determinarea difuzivităţii pe baza EN ISO 12572:2001;
- determinarea rezistenţei la încovoiere statică conform SR ISO 3133:2008;
- determinarea modulului de elasticitate la încovoiere statică conform SR ISO 3349:2008;
- determinarea rezistenţei la compresiune paralelă cu fibrele conform STAS 86/1-87;
-determinarea rezistenţei la tracţiune perpendiculară pe fibre conform SR ISO 3346:2008;
- determinarea rezistenţei la forfecare longitudinală paralelă conform SR ISO 3347:2008;
- determinarea rezistenţei la smulgerea cuielor conform ASTM-D 1761–88-1995;
- determinarea durităţii prin metoda Janka conform SR ISO 3350:2008.
4.2.4 Prelucrarea statistică a datelor experimentale
Prelucrarea statistică a datelor experimentale obţinute în cadrul acestei cercetări s-a
realizat cu Programul de prelucrare statistica a datelor experimentale monofactoriale (Laurenzi
2011), care permite realizarea următoarelor operaţii importante :
- stabilirea numărului de probe;
- generarea planului de experimentare;
- salvarea planului de experimentare;
28
- introducerea datelor măsurate;
- salvarea datelor măsurate;
- deschiderea fişierelor cu date salvate;
- identificarea datelor afectate de erori aberante (testul Chauvenet);
- verificarea caracterului aleator (testul Young);
- verificarea normalităţii repartiţiei de date (testul Hi-pătrat, testul Massey şi testul
Shapiro-Wilk);
- calculul principalilor parametrii statistici;
- exportul datelor experimentale în Excel sau în alte programe de prelucrare statistică a
datelor.
După stabilirea normalităţii repartiţiei valorilor, datele experimentale obţinute în cadrul
acestei cercetări au fost prelucrate cu Testul ’’t’’ (Petersen 1991), care arată dacă între cele două
medii există o diferenţă semnificativă, la un nivel de încredere de 95%.
4.3. REZULTATE EXPERIMENTALE ŞI DISCUŢII
4.3.1. Proprietăţi fizice
4.3.1.1. Densitatea lemnului în stare anhidră
Fig.4.4 ilustrează modificările (reduceri sau majorări) înregistrate la această proprietate
pentru lemnul îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
-1,46
-21,46
-10,24
-16,09
-25
-20
-15
-10
-5
0
Densitatea anhidră
Mo
dif
icare
pro
pri
eta
te,
%
Lemn îngheţat rapid Lemn îngheţat natural
Lemn îngheţat-dezgheţat ciclic Lemn îngheţat lent
Fig.4.4 Modificarea procentuală a densităţii în stare anhidră a lemnului îngheţat în diferite
condiţii faţă de cel neîngheţat.
Se observă că, masa volumică în stare anhidră a suferit o reducere semnificativă în toate
cazurile de îngheţare mai puţin cea rapidă. Valoarea maximă de reducere a fost înregistrată în
cazul lemnului îngheţat-dezgheţat natural, unde a scăzut cu 21%.
29
4.3.1.2. Umflarea
Fig.4.5 ilustrează modificările (reduceri sau majorări) înregistrate pentru umflarea totală
radială a lemnului îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
-10,95
-31,44
-27,21 -27,21
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Umflarea totală radială
Mo
dif
icare
pro
pri
eta
te, %
Lemn îngheţat artificial rapid Lemn îngheţat-dezgheţat natural
Lemn îngheţat-dezgheţat artificial Lemn îngheţat artificial lent
Fig.4.5 Modificarea procentuală a coeficientului de umflare totală radială a lemnului
îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
Toţi coeficienţii de umflare totale au fost afectaţi semnificativ prin îngheţare, modificările
maxime s-au produs în direcţia radială la lemnul îngheţat-dezgheţat natural, unde valoarea a
scăzut cu 31%.
4.3.1.3. Contragerea
Fig.4.6 ilustrează modificările (reduceri sau majorări) înregistrate pentru contragerea
totală radială a lemnului îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
-10,46
-30,3-26,44
-36,32-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Contragerea totală radială
Mo
do
ficare
pro
pri
eta
te, %
Lemn îngheţat artificial rapid Lemn îngheţat-dezgheţat natural
Lemn îngheţat-dezgheţat ciclic artificial Lemn îngheţat artificial lent
Fig.4.6 Modificarea procentuală a coeficientului de contragere totală radială a lemnului
îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
30
Coeficienţii de contragere totale s-au redus vizibil, modificările maxime s-au produs în
direcţia radială la lemnul îngheţat artificial lent, unde valoarea a scăzut cu 36%.
4.3.1.4. Anizotropia contragerii
Fig.4.7 ilustrează modificările (reduceri sau majorări) înregistrate la această proprietate
pentru lemnul îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
16,73
23,0825,17
32,32
0
5
10
15
20
25
30
35
Coeficientul de anizotropie
Mo
dif
icare
pro
pri
eta
te, %
Lemn îngheţat rapid Lemn îngheţat natural
Lemn îngheţat-dezgheţat ciclic Lemn îngheţat lent
Fig.4.7 Modificarea procentuală a coeficientului de anizotropie la contragere a lemnului
îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
Stabilitatea dimensională a lemnului a fost influenţată semnificativ prin îngheţare,
coeficientul de anizotropie a contragerii a crescut mult faţă de lemnul neîngheţat, cea mai mare
valoare a fost înregistrată la lemnul îngheţat artificial lent, unde a crescut cu 32%.
4.3.1.5. Difuzivitatea
Fig.4.8 ilustrează modificările (reduceri sau majorări) înregistrate la această proprietate
pentru lemnul îngheţat în diferite condiţii faţă de cel neîngheţat.
3,621,1
3,15 4,06
20,31
7,68
22,25
15,74
25,3621,6
33,57 33,24
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Rad.20 Tg.20 Rad.40 Tg.40
Coeficientul de difuzivitate
Mo
dif
icare
pro
pri
eta
te, %
Lemn îngheţat rapid Lemn îngheţat natural Lemn îngheţat lent
Fig.4.8 Modificarea procentuală a coeficientului de difuzivitate a lemnului îngheţat în
diferite condiţii faţă de cel neîngheţat, şi supus testului de difuzivitate la t= 20°C respectiv
40°C.
31
Se observă că, prin îngheţare valoarea coeficientului de difuzivitate a crescut faţă de
valorile obţinute la lemul neîngheţat. Cele mai vizibile modificări s-au înregistrat la temperatura
de 40°C, şi umiditate relativă a aerului de 35%, în direcţia radială în cazul îngheţării lente
artificiale, la care valoarea a fost mai mare cu 34%.
4.3.2. Proprietăţi mecanice
4.3.2.1. Rezistenţa la încovoiere statică
În urma îngheţării valoarea acestei proprietăţi a scăzut semnificativ, reducerea cea mai
mare faţă de lemnul neîngheţat a fost înregistrată la lemnul îngheţat-dezgheţat natural, unde
valoarea a scăzut cu 24%.
4.3.2.2. Modul de elasticitate la încovoiere statică
Îngheţarea a avut o influenţă semnificativă asupra acestei proprietate, s-a redus vizibil,
reducerea cea mai mare a fost obţinută în cazul lemnul îngheţat-dezgheţat natural, unde valoarea
a scăzut cu 37%.
4.3.2.3. Rezistenţa la tracţiune perpendicular pe fibre
Îngheţarea-dezgheţarea ciclică artificială a avut cea mai influenţă asupra acestei
proprietate, faţă de lemnul neîngheţat valoarea a scăzut cu 18% în direcţia radială şi cu 14% în
direcţia tangenţială.
4.3.2.4. Rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele
Îngheţarea rapidă nu a produs modificări semnificative la această rezistenţă, în rest toate
condiţiile de îngheţare şi dezgheţare au determinat o scădere gravă, reducerea cea mai mare a
fost înregistrată la lemnul îngheţat-dezgheţat natural, unde valoarea a scăzut cu 37%.
4.3.2.5. Rezistenţa la forfecare longitudinală paralelă cu fibrele
Îngheţarea lentă a cauzat o reducere semnificativă, faţă de lemnul neîngheţat s-au obţinut
reduceri cu 14% în direcţia radială şi cu 18% în direcţia tangenţială.
4.3.2.6. Duritatea prin metoda Janka
Duritatea lemnului care a suferit îngheţare s-a redus semnificativ, faţă de lemnul
neîngheţat. Îngheţarea lentă a produs cele mai mari reduceri, unde valoarea a scăzut cu 18% în
direcţia radială, cu 17% în direcţia tangenţială şi cu 30% în direcţia transversală.
32
4.3.2.7. Rezistenţa la smulgerea cuielor
Această rezistenţă a fost mai mult afectată în direcţia radială, cea mai mare modificare a
fost obţinută în urma îngheţării-dezgheţării naturale, unde valoarea a scăzut cu 20%.
Fig.4.9 – 4.12 ilustrează modificările (reduceri sau majorări) înregistrate la proprietăţile
mecanice selectate la lemnul îngheţat în diferite condiţii (Testele I - IV) faţă de cel neîngheţat.
Fig.4.9 Modificarea procentuală a proprietăţilor mecanice selectate ale lemnului de molid îngheţat
artificial rapid (la -25°C cu -10°C/h) faţă de cel neîngheţat (Test I).
Fig.4.10 Modificarea procentuală a proprietăţilor mecanice selectate ale lemnului de molid
îngheţat-dezgheţat natural faţă de cel neîngheţat (Test II).
Fig.4.11 Modificarea procentuală a proprietăţilor mecanice selectate ale lemnului de molid îngheţat
–dezgheţat ciclic artificial faţă de cel neîngheţat (Test III).
33
Fig.4.12 Modificarea procentuală a proprietăţilor mecanice selectate ale lemnului de molid îngheţat
artificial lent (la -25°C cu -1°C/h) faţă de cel neîngheţat (Test IV).
4.4 INTERPRETAREA REZULTATELOR
Comparând rezultatele obţinute experimental la epruvetele martor, neîngheţate şi apoi
uscate artificial cu cele indicate de literatura de specialitate (Wagenführ 2000; Wagenführ &
Scholz 2007) pentru lemnul de molid, s-a constatat că valorile medii obţinute experimental
pentru toate proprietăţile selectate se încadrează în intervalele date.
În Fig.4.13 se prezintă ponderea numărului de proprietăţi semnificativ afectate de diferite
condiţii de îngheţare-dezgheţare.
33
80 78
90
0
20
40
60
80
100
Ponderea semnificaţiei, %
Îngheţare rapidă Îngheţare-dezgheţare naturală
Îngheţare-dezgheţare ciclică artificială Îngheţare lentă
Fig. 4.13 Ponderea semnificaţiei modificărilor induse de diferite condiţii de îngheţare
asupra proprietăţilor lemnului de molid.
4.5 CONCLUZII
Cercetarea efectuată a relevat faptul că îngheţarea apei în lemn afectează proprietăţile
fizice şi mecanice ale lemnului, modificările cele mai vizibile fiind înregistrate în cazul
menţinerii îndelungate a cherestelei în aer liber, expusă variaţiilor ciclice (diurn-nocturn) de
temperatură specific anotimpului rece în zone de temperat şi în cazul îngheţării lente (cu -1°C/h).
Prin analiza rezultatelor obţinute la proprietăţi fizice şi la cele mecanice s-a constatat că
acestea sunt mai puţin afectate de expunerea continuă la o temperatură negativă şi mult mai mult
34
influenţate de variaţiile de temperatură, respectiv de trecerea de la valori negative la valori
pozitive şi invers.
Factorul de influenţă cel mai important îl constituie variaţia ciclică de temperatură şi
viteza de îngheţare.
Prin urmare este evident efectul major al obosirii membranei celulare supusă la variaţii
ciclice de temperatură, urmată ca pondere de durată de expunere la variaţii ciclice, urmată de
viteza de îngheţare şi doar în final valoarea temperaturii negative (dacă ne referim la temperaturi
reale până în -40°C).
În urma depozitării în şoproane deschise a cherestelei proaspăt debitate (cu un conţinut
de umiditate ridicat), destinată construcţiilor, scade umiditatea lemnului cu aproximativ 5% după
un ciclu de îngheţare – dezgheţare (Câmpean ş.a. 2007, 2008, 2009), apare fenomenul de
cementare, motiv pentru care trebuie uscat cu umezire abundentă în faza de încălzire iniţială,
sunt afectate puternic properietăţile fizico – mecanice ale lemnului, astfel: stabilitatea scade cu
23% conducând un joc mai mare al lemnului, rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele scade
cu 36%, şi modulul de elasticitate la încovoiere statică scade cu 37%, faţă de lemnul neîngheţat.
În comparaţie cu această situaţie atunci când lemnul este uscat după o perioadă foarte
scurtă de ger (fără a suferi îngheţare – degheţare ciclică repetată), afectarea stabilităţii şi
rezistenţelor este mai mică, modulul de elasticitate la încovoiere statică a scăzut cu 24% şi
rezistenţa la compresiune a scăzut cu 32%.
CAPITOLUL 5.
CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND INFLUENŢA
ÎNGHEŢĂRII APEI ÎN LEMN ASUPRA COMPORTAMENTULUI LEMNULUI DE
MOLID LA USCARE
5.1 OBIECTIVELE CERCETĂRII
Prezenta cercetare s-a axat pe două obiective principale:
● urmărirea evoluţiei câmpului de temperatură pe parcursul unui proces de îngheţare şi de
dezgeţare în funcţie de viteza de îngheţare şi temperatura de dezgheţare;
● stabilirea influenţei îngheţării apei în lemn asupra duratei de uscare şi asupra calităţii lemnului
uscat, respectiv stabilirea în ce măsură tensiunile acumulate de lemn în timpul îngheţării şi
dezgheţării afectează cantitativ şi calitativ procesul de uscare.
5.2 METODICA CERCETĂRII
5.2.1. Material
Materialul lemnos utilizat în cadrul prezentei cercetări a constat în piese de molid (Picea
abies L.) cu dimensiuni de 2000x150x24mm.
35
5.2.2. Aparatură
Prezenta cercetare experimentală a presupus operaţii de îngheţare, dezgheţare controlată
şi uscare artificială. Îngheţarea - dezgheţarea probelor s-a efectuat în camera climatică tip
FEUTRON-KPK 200, pentru măsurarea temperaturii în centrul piesei în timpul îngheţării şi
dezgheţării s-au folosit senzori digitali de temperatură 1-Wire tip DS18S20, iar procesul de
uscare s-a efectuat în camera de uscare SEBA SDW tip PRO-DRY.
5.2.3. Metoda cercetării teoretice
a. Studiu privind evoluţia câmpului de temperatură în lemn în timpul proceselor de îngheţare-
dezgheţare
În studiul teoretic privind evoluţia câmpului de temperatură în centrul piesei, în funcţie
de temperatura mediului, specia şi dimensiunile materialului, a efectuat calculul duratei de
dezgheţare conform formulelor existente în literatura de specialitate (Marinescu 1980).
b. Testele de uscare
Referitor la studiul teoretic privind uscarea lemnul, s-a stabilirea metodologia
experimentală de uscare a şarjelor de cherestea, pe baza principiilor s-a efectuat elaborarea
regimurilor raţionale de uscare.
5.2.4. Metoda experimentală
a. Studiu privind evoluţia câmpului de temperatură în lemn în timpul proceselor de îngheţare-
dezgheţare
Au fost efectuate în total şase teste de îngheţare pe piese de lemn umede cu un conţinut
de umiditate iniţială de 82%, prin combinarea a 2 condiţii de îngheţare (cu viteze de îngheţare
diferite) cu trei condiţii de dezgheţare (la +5°C, la +30°C şi la +50°C), astfel s-au trasat curbele
de îngheţare şi de dezheţare.
b. Testele de uscare
S-au efectuat două teste de uscare, fiecare şarjă cuprinzând atât piese de cherestea îngheţate,
cât şi neîngheţate. Prin această abordare s-a urmărit comparativ dinamica şi calitatea uscării celor
două sortimente. Al doilea test fost efectuat cu acelaşi regim de uscare (Tab. 5.1) ca şi în cazul
primulului test de uscare, pentru a verifica validitatea rezultatelor obţinute la primul test.
36
Tab.5.1
Faza Temperatura,
°C
Umiditatea
de echilibru,
%
Durata
Încâlzire iniţială
(şi dezgheţare) 50 15 2h
Uscare propriu-
zisă
50 15 Până la atingerea în medie a unui
conţinut de umiditate de 30%
60 13 U=30 – 20%
52 10 U=20 – 15%
55 7 U=15 – 10%
Condiţionare 55 10 10h
Răcire 20 - 2h
5.3. REZULTATE TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND EVOLUŢIA
CÂMPULUI DE TEMPERATURĂ ÎN LEMN ÎN TIMPUL PROCESELOR DE
ÎNGHEŢARE ŞI DEZGHEŢARE. DISCUŢII
5.3.1. Rezultate privind durata teoretică de dezgheţare a lemnului de molid
S-a efectuat un calcul teoretic al duratei de dezgheţare a lemnului îngheţat la temperatura
de -25°C, cu umidităţile iniţiale ale lemnului de 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, şi la
temperaturi de dezgheţare de +5°C, +30°C şi +50°C. Pe baza valorilor obţinute teoretic la durata
de dezgheţare, s-au trasat curbele teoretice de dezgheţare a lemnului de molid în funcţie de
umiditatea lemnului şi de temperatura mediului de dezgheţare (Fig.5.1).
0102030405060708090
100110120130140
30 40 50 60 70 80
Conţinutul de umiditate, %
Du
rata
de d
ezg
heţa
re,
min
+5°C +30°C +50°C
Fig.5.1 Durata de dezgheţare a unui sortiment de lemn cu grosimea de 24mm în
funcţie de temperatura de dezgheţare şi umiditatea iniţială.
37
5.3.2. Rezultate experimentale privind dinamica înghţării şi dezgheţării lemnului de molid
Rezultatele obţinute în urma celor şase teste sunt sintetizate în Tab.5.2.
Tab.5.2
Tratament Durata
de
îngheţar
e
min
Viteza de
îngheţare
°C/h
Timpul de
trecere de
la 0°C la -
1°C, min
Durata de
dezgheţare
min
Viteza de
dezgheţare
°C/min
Îngheţare rapidă şi
dezgheţare la +5°C
200 7.8 50 50 0.52
Îngheţare lentă şi
dezgheţare la +5°C
1415 1.1 205 60 0.43
Îngheţare rapidă şi
dezgheţare la
+30°C
215 7.2 65 35 0.74
Îngheţare lentă şi
dezgheţare la
+30°C
1420 1 225 40 0.65
Îngheţare rapidă şi
dezgheţare la
+50°C
200 7.8 50 30 0.86
Îngheţare lentă şi
dezgheţare la
+50°C
1410 1.1 215 35 0.74
5.4 REZULTATE TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND DURATA USCĂRII,
CALITATEA USCĂRII ŞI CONSUMUL DE ENERGIE LA USCAREA CHERESTELEI
DIN STARE ÎNGHEŢATĂ COMPARATIV CU CEA USCATĂ DIN STARE
NEÎNGHEŢATĂ
Testul I.
Fig. 5.2- 5.4 prezintă diagrama de uscare, curbele de scădere a conţinutului de umiditate
pentru probe martor şi valorile de temperatură în interiorul probelor de lemn.
Media duratelor de uscare a celor trei sortimente de lemn supuse monitorizării este
prezentată în Tab.5.3.
38
0
10
20
30
40
50
60
70
2 13 17 26 37 44 50 61 69 76 89 97 109
118
125
Timpul, h
T,
oC
,
Um
ed
, U
ech
, %
Temperatura Umed Uech
Fig.5.2 Diagrama de uscare înregistrată la sarja I.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2 13 17 26 37 44 50 61 69 76 89 97 109
118
125
Timpul, h
U, %
Lemn neîngheţat
Lemn îngheţat natural
Lemn îngheţat artificial lent
Fig.5.3 Scăderea conţinutului de umiditate.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
00,
5 11,
5 2 13 17 26 37 44 50 61 69 76 89 97 109
118
125
Timpul, h
Tem
pera
tura
, oC
Lemn neîngheţat Lemn îngheţat natural Lemn îngheţat artificial lent
Fig.5.4 Temperatura în interiorul lemnului.
Tab.5.3
Sortiment Umiditatea
iniţială
Ui, %
Temperatura
iniţială
T0, °C
Durata de uscare
, h
Lemn neîngheţat 43.2 10 115
Lemn îngheţat natural (după 3 luni
de îngheţare-dezgheţare naturală) 43.6 -10 125
Lemn îngheţat artificial lent
(cu o viteză de -1ºC/h până la -
25°C, apoi menţinut la această
temperatură timp de 3 zile)
43.4 -20 135
39
Se observă, că durata de uscare a fost influenţată semnifcativ prin îngheţare, ea fiind cu
8% în cazul îngheţării naturale şi cu 15% în cazul îngheţării lente, faţă de cea a pieselor
neîngheţate.
În urma evaluării calităţii uscării a rezultat că, distribuţia uniformităţii în cadrul piesei a
fost afectată prin îngheţare, piesele care au suferit îngheţare au prezentat o distribuţie mai
neuniformă, faţă de piesele neîngheţate.
Testul II.
Fig.5.5 şi Fig.5.6 prezintă diagrama de uscare şi curbele de scădere a conţinutului de
umiditate înregistrate la probe de lemn monitorizate. Media duratelor de uscare a celor două
sortimente de lemn supuse monitorizării sunt prezentate în Tab.5.4.
0102030405060708090
0 24,
75 7,5
10,5 18
22,5
25,5 29
32,2
43,5
48,5 54
59,5 71
73,5
74,5 79
Timpul, h
T,
oC
,
Uech
, U
med
, %
Temperatura Umiditatea de echilibru Umiditatea medie
Fig.5.5 Diagrama de uscare înregistrată la şarja II.
0102030405060708090
100
0 24,
75 7,5
10,5 18
22,5
25,5 29
32,2
43,5
48,5 54
59,5 71
73,5
74,5 79
Timpul, h
U, %
Lemn neinghetat Lemn inghetat artificial lent
Fig.5.6 Scăderea conţinutului de umiditate.
* a patra piesă martor îngheţată a dat erori de măsurare, motiv pentru care a fost exclusă.
40
Tab.5.4
Sortiment Umiditatea
iniţială, %
Temperatura
iniţială
T0, °C
Durata de uscare
, h
Lemn neîngheţat 81 20 60
Lemn îngheţat artificial lent
(cu o viteză de -1ºC/h până la -
25°C, apoi menţinut la această
temperatură timp de 3 zile)
77 -20 74
Se observă, că şi în cazul testului II de uscare, durata de uscare a fost influenţată
semnifcativ prin îngheţare, ea fiind cu 19% faţă de cea a pieselor neîngheţate.
În urma evaluării calităţii uscării aceaşi probleme au fost constatate ca şi în cazul
primului test de uscare, şi anume neuniformitatea distribuţiei umidităţii în cadrul pieselor, care
au fost îngheţate iniţial.
Pe baza rezultatelor obţinute în cadrul experimentelor de uscare comparativă a lemnului,
a reieşit că îmbunătăţirea regimului de uscare ar fi justificată în cazul cherestelei cu umiditate
iniţială ridicată, pentru reducerea diferenţelor de umiditate în cuprinsul piesei şi pentru
detensionarea lemnului după uscare. Pentru aceasta, există trei direcţii posibile;
- uscarea cu umezire abundentă în faza de încălzire iniţială;
- reducerea temperaturii în faza de încălzire;
- prelungirea duratei de condiţionare, care constituie principala modalitate de uniformizare a
umidităţii finale în stivă şi în cuprinsul pieselor.
S-a efectuat un calcul comparativ al consumului de energie în timpul uscării pentru
lemnul îngheţat faţă de cel neîngheţat, în patru variante: pentru un conţinut de umiditate de 40%
şi 80%, pentru o temperatură încălzire de 50°C şi respectiv 30°C.
În urma rezultatelor se observă că, cantitatea de energie consumată în timpul uscării este
aproape dublă pentru lemnul cu umiditate iniţială de 80% faţă de lemnul are umiditatea de 40%,
astfel dacă se face zvântarea, depozitarea lemnului în şoproane deschise până ce at inge în jur de
40% se reduce consumul de energie la jumătate şi se reduce şi se reduce şi neuniformitatea
umidităţii finale în cuprinsul piesei.
Se asemenea s-a observat că prin reducerea temperaturii consumul pentru încălzirea
lemnului şi camerei de uscare scade, iar consumul de energie pentru acoperirea pierderilor prin
elementele constructive creşte nesemnificativ, asfel şi prin din nou se justifică aplicarea
temperaturii de 30°C în faza de încălzire şi dezgheţare, care contribuie astfel şi la o calitate mai
bună a uscării lemnului.
41
5.5 CONCLUZII
Studiul privind evoluţia câmpului de temperatură în lemn în timpul proceselor de
îngheţare – dezgheţare precum şi uscarea comparativă a lemnului de molid îngheţat şi
neîngheţat, arată că durata de dezgheţare este influenţată semnificativ de viteza medie de
îngheţare. Durata de dezgheţare a rezultat o prelungire cu 13-17% în cazul pieselor îngheţate
lent faţă de cele îngheţate rapid, iar viteza medie de dezgheţare la lemnul îngheţat rapid a fost
mai mare cu 12-17% în funcţie de temperatura de dezgheţare.
Comparând valorile obţinute experimental cu cele obţinute pe cale teoretică, s-a observat
că practic durata de dezgheţare este mai lungă cu 49% în cazul îngheţării rapide, şi cu 55% în
cazul îngheţării lente, la temperatura de dezgheţare de +30°C, iar la temperatura de dezheţare de
+50°C cu 63%, respectiv cu 69%.
Durata de uscare a lemnului este puternic influenţată de îngheţare. Astfel, durata de
uscare este mai mare cu 15% în cazul uscării lemnului îngheţat şi necesită până la cu 25% mai
multă energie decât uscarea din stare neîngheţată.
Calitatea uscării este puţin afectată de îngheţare, distribuţia umidităţii în cuprinsul piesei
devine mai neuniformă prin îngheţare şi apare fenomenul de cementare la nivel moderat şi sever.
Pentru aceasta se justifică aplicarea unei temperaturi mai scăzute (30°C) şi umezirea
abundentă în faza de încălzire, precum şi prelungirea duratei de condiţionare la sfârşitul uscării.
Consumul de energie la uscare a lemnului între lemnul îngheţat şi neîngheţat este mai
mare cu cca. 3800 kWh pentru un lot de cherestea de 50m3.
CAPITOLUL 6.
CONCLUZII. CONTRIBUŢII ORIGINALE. DIRECŢII DE VALORIFICARE A
REZULTATELOR
Obiectivul principal al prezentei teze de doctorat l-a constituit efectuarea unor cercetări
experimentale privind studiul comportamentului sistemului lemn-umiditate în timpul proceselor
de îngheţare – dezgheţare, prin: evaluarea influenţei îngheţării/dezgheţării apei în lemn asupra
integrităţii structurale a lemnului de molid, studiu asupra a diferiţi factori asupra proprietăţilor
fizice şi mecanice ale lemnului de molid, studiu asupra dinamiciii evoluţiei câmpului de
temperatură în interiorul lemnului în cadrul proceselor de îngheţare/dezgheţare şi analiza
comportamentului lemnului de molid îngheţat la uscare, inclusiv a implicaţiilor economice.
Rezultatele cercetărilor experimentale obţinute, se înscriu la sfera preocupărilor privind
îmbunătăţirea procesului de uscare, aceste date îmbogăţesc literatura de specialitate aducând noi
informaţii pe linia cunoştinţelor despre materialului lemn cu privire la influenţa temperaturii
42
negative, a vitezei de îngheţare, a duratei de expunere la temperaturi negative, a temperaturii şi
vitezei de dezgheţare, a variaţiilor ciclice de temperatură asupra principalelor proprietăţi fizico-
mecanice ale lemnului de molid care a suferit îngheţare, şi asupra duratei şi calităţii uscării
lemnului de molid în condiţii de iarnă. Aceste rezultate au permis formularea unor recomandări
importante, fundamentate ştiinţific cu privire uscarea lemnului de răşinoase (molid) pe timp de
iarnă.
● Cercetările experimentale privind modificările care au apărut la nivel microscopic în
structura lemnului de molid în diferite condiţii de îngheţare şi dezgheţare, au arătat că scăderea
temperaturii la -25°C în lemn cu umiditate ridicată poate cauza microfisuri cu lungimi de 200 –
500μm în pereţii celulari în zona de trecere din lemnul timpuriu în lemnul târziu în lamela
mijlocie, pot apărea şi mai grave cu lungimi de peste 800-1500μm, în cazul variaţiilor mari de
temperatură.
Cea mai semnificativă deteriorare în structură a fost obţinută de expunere a lemnului la
condiţii naturale de îngheţare-dezgheţare, aceasta poate fi pusă pe seama îngheţării lente
(producerea cristalelor mai mari de gheaţă) şi varaţiei ciclice a temperaturii şi obosirea pereţilor
celulari.
Lungimea microfisurilor determinate prin cele trei metode de analiză imagistică sunt
diferite, dar nivelul influenţei celor patru condiţii asupra producerii microfisurilor s-a păstrat, şi
anume dauna cea mai serveră s-a obţinut la îngheţare – dezgheţare naturală, urmată de îngheţare
dezgheţare ciclică artificială, urmată de îngheţare lentă, iar îngheţarea rapidă a produs cele mai
mici daune.
● Cercetările experimentale privind influenţa îngheţării apei în lemn asupra proprietăţilor
fizice şi mecanice ale lemnului de molid, a rezultat că îngheţarea apei în lemn afectează
proprietăţile fizice şi mecanice ale lemnului, cele mai vizibile modificări au fost în cazul
îngheţării – dezgheţării naturale a lemnului şi în cazul îngheţării lente (cu -1°C/h). Dintre
proprietăţile fizice, modificările cele mai însemnate au fost înregistrat la anizotropia contragerii
(până la 32%) în cazul lemnului îngheţat artificial lent, iar în cazul proprietăţilor mecanice s-a
observat că toate proprietăţile s-au redus prin îngheţre, cele mai mari reduceri s-au înregistrat la
modulul de elasticitate la încovoiere statică (până la 37%), faţă de lemnul neîngheţat.
● Cercetările experimentale privind evoluţia câmpului de temperatură în centrul piesei în
procesele de îngheţare/dezgheţare au demonstrat, că viteza de îngheţare afectează semnificativ
(cu 17%) durata de dezgheţare şi respectiv viteza de dezgheţare, astfel prin îngheţare lentă (-
1°C/h) durata de dezgheţare creşte şi viteza de dezgheţare scade.
● Cercetările experimentale efectuate la uscarea comparativă a lemnului de molid
îngheţat şi neîngheţat, arată clar că îngheţarea influenţează semnificativ durata de uscare. Astfel,
durata de uscare este mai lungă cu 15% în cazul uscării lemnului îngheţat iar în urma calcului
43
energetic a reieşit că necesită până la cu 30% mai multă energie decât uscarea din stare
neîngheţată.
Se pot formula următoarele recomandări pentru practica industrială:
● depozitarea pe timp de iarnă în aer liber a cherestelei cu un conţinut ridicat de
umiditate pentru o perioadă îndelungată (3 luni), conduce la deteriorări semnificative în
structura lemnului determinând creşterea semnificativă a instabilităţii lemnului şi reducerea
majoră a rezistenţelor mecanice.
Astfel se recomandă ca piesele de cherestea destinate construcţiilor să fie depozitate pe
timp de iarnă pe o perioadă cât mai scurtă în aer liber sau în depozite protejate de
îngheţ/special amenajate astfel încât să se nu permită îngheţarea, pentru atenuarea influenţei
negative asupra properietăţilor fizico-mecanice.
● referitor la uscare s-a observat că îngheţarea conduce la prelungirea duratei de
uscare, distribuţia neuniformă a umidităţii, şi la tensiuni mai mari, necesitând totodată şi o
cantitate mai mare de energie.
Pentru aceasta, se recomandă aplicarea unei temperaturi de 30ºC şi umezirea
abundentă în faza de încălzire iniţială, pentru minimizarea efectului de cementare şi
acumulare de tensiuni, precum şi aplicarea obligatorie a fazei de condiţionare la sfârşitul
procesului, indiferent de grosimea materialului.
Totodată, având în vedere influenţa negativă a îngheţării asupra unor proprietăţi
mecanice importante ale lemnului, se recomandă utilizarea pieselor depozitate în aer liber pe
toată durata iernii numai în domenii unde reducerea rezistenţelor (ex. încovoierea, modul de
elasticitate la încovoierea, compresiunea) nu influenţază rezistenţa şi fiabilitatea structurii.
Contribuţiile originale ale autorului :
● Sintetizarea datelor bibliografice privind stadiul actual cu privire la efectele îngheţării
apei în lemn asupra proprietăţilor lemnului şi a comportamentului la uscare;
● Analiza microscopică a integrităţii pereţilor celulari ai lemnului în urma proceselor de
îngheţare – dezgheţare, prin evidenţierea şi localizarea microfisurilor apărute în structura
lemnului;
● Determinarea comparativă pe cale experimentală a principalelor proprietăţi fizice şi
mecanice a lemnului cu importanţă deosebită în utilizarea lemnului ca material de construcţii, şi
anume : densitatea în stare anhidră, umflarea şi contragerea totală, coeficientul de anizotropie a
contragerii, coeficientul de difuzivitate, rezistenţa la încovoiere statică şi modulul de elasticitate,
rezistenţa la compresiune paralelă cu fibrele, rezistenţa la tracţiune perpendiculară pe fibre,
rezistenţa la forfecare longitudinală paralelă, duritatea prin metoda Janka, rezistenţa la smulgerea
cuielor, faţă de lemnul neîngheţat;
44
● Determinarea pe cale experimentală a dinamicii de îngheţare şi dezgheţare a apei în
lemn, prin urmărirea evoluţiei câmpului de temperatură în centrul pieselor de cherestea, în
funcţie de viteza de îngheţare (rapidă şi lentă) şi temperatura mediului dezgheţare (trei
temperaturi diferite);
● Efectuarea cercetărilor experimentale de uscare a cherestelei de răşinoase (molid) cu
grosimea de 24mm, determinarea comparativă a duratei de uscare, a calităţii uscării, şi a
consumului de energie.
Direcţiile de valorificare a rezultatelor prezentei teze vizează în principal optimizarea
procesului de uscare şi utilizare a cherestelei de molid depozitate pe timp de iarnă în aer liber,
precum şi completarea datelor din literatura de specialitate cu privire la modificarea principalelor
proprietăţi fizice şi mecanice ale lemnului de molid într-o situaţie reală, aceea a expunerii pe
timp de iarnă a cherestelei unor condiţii repetate de îngheţ si dezgheţ .
Direcţii viitoare de cercetare:
- cercetări experimentale cu privire la permabilitatea la gaze şi lichide a lemnului
îngheţat în diferite condiţii;
- cercetări experimentale cu privire la determinarea proprietăţilor fizico-mecanice
ale lemnului îngheţat de molid, care nu au fost studiate;
- determinarea proprietăţilor tehnologice (frezare, burghiere, şlefuire etc.) a
lemnului de molid, care a fost îngheţat;
- cercetări cu privire la ferăstruirea lemnului îngheţat.
45
BIBLIOGRAFIE
1. Berit, T., „Hygroscopic Moisture Transport in Wood”, Doctoral thesis, Norvegian
University of Science and Technology, Department of Building and Construction
Engineering, 1998.
2. Cai, L., „Determination of diffusion coefficients for sub-alpine fir”, Wood Science and
Technology, Vol. 39, pp.153-162, 2005.
3. Câmpean, M., Iacob, C., „Establishing optimal defreezing conditions for resinous wood
species so as to avoid casehardening”, Proiect de an Universitatea Transilvania din
Braşov, 2008.a.
4. Câmpean, M., Ispas, M., Porojan, M., „Considerations on drying frozen spruce wood and
effects upon its properties”, Drying Technology, Vol. 26, pp. 596-601, 2008.b.
5. Câmpean, M., Stroe, C., „Stabilirea condiţiilor optime de dezgheţare şi uscare a lemnului
de larice şi arin”, Proiect de an, Universitatea Transilvania din Braşov, 2008.c.
6. Câmpean, M., Gere, N., „Studiu teoretic şi experimental privind uscarea lemnului
îngheţat de arin şi tei”, Proiect de an, Universitatea Transilvania din Braşov, 2009.
7. Chan, J.M., „Moisture content in radiata pine wood: Implications for wood quality and
water-stress response”, A Thesis Submitted in Fulfilment of the requirements for the
Degree of Doctor of Philosophy in Forestry School of Forestry College of Engineering
University of Canterbury, 2007.
8. Chudinov, B.S., „Theory of thermal treatment of wood”, Izdael’stvo ’’Nauka’’, Moscow,
1968.
9. Cividini, R., „Conventional kiln-drying of lumber”, Nardi S.p.A., 2001.
10. Delgado, A.E., Sun, D.W., „Heat and mass transfer models for predicting freezing
processes - a review”, Journal of Food Engineering, Vol. 47, pp. 157-174, 2001.
11. Dyk, H., Rice, R.W., „Ultrasonic wave velocity as a moisture indicator in frozen and
unfrozen lumber”, Forest Products Journal, Vol. 55, No.6, pp. 68-72, 2005.
12. Erickson, H.D., Schmidt, R.N., Laing, J.R., „Freeze-drying and wood shrinkage, Forest
Products Journal”, Vol. 18, No.6, pp. 63-68, 1968.
13. Feihl, O., „Heating frozen and nonfrozen veneer logs”, Forest Products Journal, Vol.7,
No. 5, pp. 41-50, 1972.
14. Fotsing, J.A.M., Tchagang, C.W., „Experimental determination of the diffusion
coefficients of wood in isothermal conditions”, Heat Mass Transfer, Vol. 41, pp. 977-
980, 2005.
46
15. Green, D. W., Evans, J.W., Logan, J.D., Nelson, W.J., „Adjusting modulus of elasticity
of lumber for changes in temperature”, Forest Products Journal, Vol. 49, No. 10, pp. 82-
94, 1999.
16. Hubbard B., „Freezing-rate effects on the physical characteristics of basal ice formed by
net adfreezing”, Journal of Glaciology, Vol. 37, No. 127, pp. 339-347, 1991.
17. Ilic, J., „Advantages of pre-freezing for reducing shrinkage-related degrade in eucaliptus:
General considerations and review of lieterature”, Wood Science and Technology, Vol.
29, No. 4, pp. 277-285, 1995.
18. Kanagawa, Y., Furuyama, Y., Hattori, Y., „Nondestructive measurment of moisture
diffusion coefficient in wood drying”, Drying Technology, Vol. 10, No. 5, pp. 1231-
1248, 2005.
19. Kärenlampi, P.P., Tynjälä, P., Ström, P., „Phase transformations of wood cell wall
water”, Journal of Wood Science, Vol. 51, pp. 118-123, 2005.
20. Kelsey, K.E., „The shrinkage-moisture content relationship for wood, with special
reference to longitudinal shrinkage”, Progress Rep. No.2. Subproject T.P. 8-3. CSIRO.
Div. Forest Products, 1963.
21. Kollmann, F., „Technologie des Holzes und Holzwerkstoffe”, Vol. 1., Springer-Verlag,
Berlin-Göttingen-Heidelberg, 1951.
22. Kopstad, G., Elgsaeter, A., „Theoretical analysis of the ice crystal size distribution in
frozen aqueous specimens”, Biophysical Journal, Vol. 40, No. 2, pp. 155–161, 1982.
23. Korala, A., Kivimaa., E., „Thawing rate of frozen birch logs in water”, State Technologic
Res. Institute Rep. Helsinki, 1947.
24. Kübler, H., „Schwinden und Quellen des Holzes durch Kälte”, Holz als Roh- und
Werkstoff, Vol. 20, pp. 365, 1962.
25. Kübler, H., „Freezing and thawing process in stems of trees”, Holzforchung.
Holzverwert, Vol. 16, No. 2, pp. 364-368.
26. Kwang, H.L., Adya, P.S., Yoon, S.K., „Cellular characteristics of a traumatic frost ring in
the secondary xylem of Pinus radiata”, Trees, Vol. 21, pp. 403-410, 2007.
27. Laurenzi, W., „Experimental data processing. Part 2”, Pro Ligno, Vol. 7, No. 1, pp. 51-
59, 2011.
28. Li, X., Zhang, B., Li, W., Li, Y., „Research on the effect of microwave pretreatment on
moisture diffusion coefficient of wood”, Wood Science and Technology, Vol. 39, pp.
521-528, 2005.
29. Lu, J., Lin, Z., Jiang, J., Jiang, J., „Liquid penetration of freeze-drying and air-drying
wood of plantation Chinese fir”, Journal of Forestry Research, Vol. 16, No. 4, pp. 293-
295, 2005.
47
30. Marinescu, I., „Uscarea şi tratarea termică a lemnului”, Vol. 2, Editura Tehnică,
Bucureşti, 1980.
31. Mishiro, A., „Effect of freezing treatments on the bending properties of wood”, Bulletin
of Tokyo University, Faculty of Agriculture, Department of Forest Products, Tokyo Vol.
82, pp. 177-189, 1990.
32. Petersen, H., „Grundlagen der deskriptiven und mathematischen Statistik”, Vol.1.
Ecomed Verlag GmbH, Landsberg/Lech, 1991.
33. Shmulsky, R., Shvets, V., „The effect of subzero temperature on FSP of cottonwood”,
Forest Products Journal, Vol. 56, No. 2, pp. 74–77, 2006.
34. Simpson, W.T., „Dependence of the water vapor diffusion coefficient of aspen (Populus
spec.) on moisture content”, Wood Science and Technology, Vol. 26, pp. 9-21, 1991.
35. Steinhagen, P.H., „Heating Times for Frozen Veneer Logs New Experimental Data”,
Forest Products Jurnal, Vol. 27, No. 6, pp. 24-28, 1977.
36. Steinhagen, P.H., „Heating times for frozen and nonfrzen veneer logs”. Teza de doctorat.
Universitatea Wisconsin-Madison, Facultatea de Agricultura, Tehnologia Lemnului,
1978.
37. Steinhagen, P.H., „Graphic method to estimate heat-conditioning periods of frozen and
nonfrozen peeler blocks”, Forest Products Jurnal, Vol. 39, No. 11/12, pp. 21-22, 1989.
38. Steinhagen, P.H., Lee, W.H, Loehnertz, „LOGHEAT: a computer program for
determining log heating times for frozen and nonfrozen logs”, Forest Products Jurnal,
Vol. 37, No. 11/12, pp. 60-64, 1987.
39. Steinhagen, P.H., Meyers, G.E., Kübler, H., „Heating Time Charts for Frozen And
Nonfrozen Veneer Logs”, Forest Products Jurnal, Vol. 30, No. 4, pp. 27-37, 1980.
40. Tarmian, A., Remond, R., Dashti, H., Perré, P., „Moisture diffusion coefficient of
reaction woods: compression wood of Picea abies L. and tension wood of Fagus sylvatica
L.”, Wood Science and Technology, Vol. 46, pp. 405-417, 2012.
41. Thunell, B., „Svenska Skogsvarsdsfor”, Tidskr, Vol. 38, No. 1, 1940.
42. Vasquez, M.A., „Effects of Sonic, Boiling and Steaming Pretreatments on the drying of
Pacific Madrone”, Master of Science in Forest Products thesis, Oregon State University,
USA, 1997.
43. Vorreiter, V., „Bending-strength and resistance to compression of frozen spruce timber”,
Thar. Forest. Jahrb, pp. 89- 491, 1938.
44. Wagenführ, R., „Holzatlas”, Fachbuchverlag Leipzig, 2000.
45. Wagenführ R, Scholz F., „Taschenbuch der Holztechnik”, Fachbuchverlag Leipzig im
Carl Hanser Verlag, 2007.
48
46. STAS 84-87. Lemn. Determinarea masei volumice.
47. STAS 85/1-91. Lemn. Determinarea umflării.
48. STAS 85/2-91. Lemn. Determinarea contragerii.
49. STAS 86/1-87. Lemn. Încercarea la compresiune paralelă cu fibrele.
50. SR ISO 3133:2008. Lemn. Determinarea rezistenţei la încovoiere statică.
51. SR ISO 3346:2008. Lemn. Determinarea efortului de rupere la tracţiune perpendicular pe
fibre.
52. SR ISO 3347:2008. Lemn. Determinarea efortului de rupere la forfecare paralelă cu
fibrele.
53. SR ISO 3349:2008. Lemn. Determinarea modulului de elasticitate la încovoiere statică.
54. SR ISO 3350:2008. Lemn. Determinarea durităţii statice.
55. ASTM-D 1761–88. Standard Test Methods for Mechanical Fasteners in Wood; ASTM,
1995.
*** http://referat.clopotel.ro/Schimbarea_starii_de_agregare-12376.html
http://www.meteoprog.ro/ro/fwarchive/Brashov/
49
REZUMAT
Cuvinte cheie: lemn de molid, lemn îngheţat, modificări structurale, proprietăţi fizice,
proprietăţi mecanice, comportamentul la uscare, consum de energie.
Teza de doctorat “Cercetări privind efectele îngheţării apei în lemn asupra unor
proprietăţi fizico-mecanice ale lemnului de molid şi asupra comportamentului său la
uscare” abordează o temă de actualitate şi originală, aproape neatinsă în domeniul ingineriei
lemnului, cu aplicabilitate directă în două sectoare importante din practica industrială, şi anume
în fabricile de cherestea şi în industria construcţiilor de lemn, care sunt utilizatorii direcţi ai
sortimentelor de cherestea.
Cercetările tezei s-au axat pe urmărirea comportamentului sistemului lemn-umiditate cu
privire la efectele îngheţării apei în lemn asupra proprietăţilor acestuia şi ale comportamentului
la uscare din punct de vedere cantitativ, calitativ şi economic.
Cunoaşterea proprietăţilor fizico-mecanice ale lemnului sunt importante pentru a evalua
stabilitatea dimensională a lemnului, pentru a aprecia cantitatea de materie lemnoasă în unitatea
de volum şi pentru a evalua rezistenţele mecanice, care au un rol important în domeniul
construcţiilor de lemn. Astfel, s-a efectuat determinarea comparativă a principalelor proprietăţi
fizico-mecanice ale lemnului care a suferit îngheţare faţă de cel neîngheţat.
Uscarea cherestelei fiind o operaţie obligatorie la începutul oricărui proces de prelucrare
a lemnului, cunoaşterea comportamentului la uscare a lemnului îngheţat este importantă pentru a
evalua durata, calitatea şi costul uscării.
Recomandările formulate în urma rezultatelor obţinute prin cercetări teoretice şi
experimentale bine fundamentate ştiinţific, pot fi aplicate imediat în practica industrială.
ABSTRACT
Keywords: spruce wood, frozen wood, structural modifications, physical properties, mechanical
properties, drying behaviour, energy consumption.
The doctoral thesis “Researches regarding the effects of water freezing inside wood
upon some physical and mechanical properties of spruce wood and its drying behaviour”
approaches an important and original subject, almost unattained in the wood engineering
domain, with direct application in two important sectors of industrial practice, namely in samills
and in wood construction industry, which are the direct users of timber.
The researches focused on the wood-moisture system behaviour regarding the effects of
water freezing inside wood upon its properties and its drying behaviour in terms of quantity,
quality and economy.
Knowledge upon the physical and mechanical properties of wood is important, in order to
evaluate the dimensional stability of wood, in order to appreciate the amount of wooden material
within the volume unit and to evaluate the mechanical strengths, which have an important role in
the wood construction field. Thus, a comparative determination of the main physical and
mechanical properties of wood dried from frozen state compared to nonfrozen wood, was
performed.
Drying being a compulsory operation at the beginning of any woodworking process,
knowledge upon the drying behaviour of frozen wood is important with a view to evaluating
drying time, drying quality and drying costs.
The formulated reccommendations based on the results of the theoretical and
experimental researches performed, can be directly applied into industrial practice.
50
DISEMINAREA REZULTATELOR
Pe parcursul celor trei ani de doctorat s-au elaborat 11 lucrări ştiinţifice în ţară şi în
străinătate, în publicaţii de specialitate de diverse categorii, care se prezintă în felul următor:
► Lucrări ISI:
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., POROJAN, M: ”Strengths
reduction of spruce wood trough slow freezing”, Holz als Roch - und
Werkstoff – acceptat spre publicare.
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., BUDĂU G.: ”Energy consumption
in drying of frozen spruce wood”, Environmental Engineering and
Management Journal –in curs de recenzie.
► Lucrări BDI:
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., LAURENZI W.: ”Program for
calculation of thawing duration of logs and process simulation”, Pro
Ligno, Vol.6, Issue 3, pp: 67-76, Sep.2010; revistă BDI.
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., POROJAN, M., SANDU, A.V.:
“SEM applications for the study of modifications in wood cell
membrane’’. Journal of International Scientific Publications: Materials,
Methods&Technologies, Vol 5, Part 1, pp. 363-374, 2011, revistă BDI.
SZMUTKU M.B., LAURENZI W., CODREANU C.:”Influence of
freezing upon spuce wood properties”, Pro Ligno, Vol.7, Issue 3, pp: 39-
48, Sep.2011; revistă BDI.
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., SANDU, A.V.:”Microstructure
Modifications Induced in Spruce Wood by Freezing”, Pro Ligno, Vol.7,
Issue 4, pp: 26-31, Dec. 2011; revistă BDI.
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., LAURENZI W.:”Influence of
Cyclic Freezing and Thawing Upon Spruce Wood Properties”, Pro
Ligno, Vol.8, Issue 1, pp: 35-43, Mar. 2012; revistă BDI.
SZMUTKU M.B., POPA, V., CÂMPEAN M.: ”Experimental Study
Regarding the Freezing and Thawing Dynamics of Spruce Wood ” –
acceptată spre publicare în Pro Ligno, Vol.9, Issue 1, Mar. 2013; revistă
BDI.
51
► Lucrări publicate în buletinele conferinţelor internaţionale :
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M.: “Evaluation of internal stresses after
the drying of frozen resionous wood’’, In Proceeding of the 4th
International Science Conference, Woodworking Techniques, september
7-10, 2011 Praga, Section 1, pp. 314-320.
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., SANDU, A.V., LICĂ D.: “SEM
analysis concerning the effect of freezing and thawing upon the structure
integrity of spruce wood’’, In Proceeding of International Conference
ICWSE, 8th edition 2011, Wood Science and Engineering in the Third
Millenium, november 3-5, 2011 Brasov, Section 1, pp. 111-117.
SZMUTKU M.B., CÂMPEAN M., POROJAN, M.:” Experimental
study concerning the effect of different freezing and thawing conditions
upon some physical and mechanical properties of spruce wood”, In
Proceeding of International Conference ICWSE, 8th edition 2011, Wood
Science and Engineering in the Third Millenium, november 3-5, 2011
Brasov, Section 1, pp. 118-125.
52
CURRICULUM VITAE
Curriculum vitae
Europass
Informaţii personale
Nume / Prenume SZMUTKU Maria Bernadett
Adresă(e) 118, strada Florilor, 447152, Porumbeşti, Satu Mare, România
Telefon(oane) - Mobil: 0743645149
Fax(uri) -
E-mail(uri) [email protected]
Naţionalitate(-tăţi) română
Data naşterii 24.03.1986
Sex feminin
Experienţa profesională -
Educaţie şi formare
Perioada 01.10.2009 – 30.07.2012
Calificarea / diploma
obţinută
Studii doctorale postuniversitare
Numele şi tipul instituţiei
de învăţământ /
furnizorului de formare
Universitatea Transilvania: Facultatea de Ingineria Lemnlui
B-dul Eroilor 29, 500036 Brasov (România)
Domeniu de doctorat: Inginerie Forestieră
Perioada 2009-2011
Calificarea / diploma
obţinută
Masterat : Structuri Avansate şi Tehnologii Inovative în Industria
Lemnului
Numele şi tipul instituţiei de
învăţământ / furnizorului de
formare
Universitatea Transilvania: Facultatea de Ingineria Lemnlui
B-dul Eroilor 29, 500036 Brasov (România)
Perioada 2004-2009
Calificarea / diploma obţinută
Inginer diplomat
Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de
formare
Universitatea Transilvania: Facultatea de Ingineria Lemnlui B-dul Eroilor 29, 500036 Brasov (România)
Secţia: Prelucrarea Lemnului
Perioada 200-2004
53
Numele şi tipul instituţiei de
învăţământ / furnizorului de
formare
Grup Şcolar Forestier, Satu Mare
Aptitudini şi competenţe
personale
Limba(i) maternă(e) Maghiară
Limba(i) străină(e)
cunoscută(e)
Română, engleză
Autoevaluare Înţelegere Vorbire Scriere
Nivel european (*) Ascultare Citire Participare la
conversaţie
Discurs oral Exprimare scrisă
Română C2 C2 C2 C2 C2
Engleză B1 B1 B1 B1 B1
(*) Nivelul Cadrului European Comun de Referinţă Pentru Limbi Străine
Competenţe şi aptitudini
organizatorice
- Lucru în echipă
- Spirit de evaluare şi îmbunătăţire
Competenţe şi aptitudini
de utilizare a
calculatorului
Microsoft Office (Word, Excel, Power Point) – nivel adecvat
Autocad (2D, 3D) – nivel adecvat
Activitate ştiinţifică 11 articole publicate (prim autor la toate)
54
CURRICULUM VITAE
Curriculum vitae
Europass
Personal information
First name(s) /
Surname(s) SZMUTKU Maria Bernadett
Address(es) 118, Florilor street, 447152, Satu Mare, Romania
Telephone(s) +40743645149
Fax(es)
E-mail [email protected]
Nationality romanian
Date of birth 1986.03.24
Gender female
Education and training
Dates 01.10.2009 – 30.07.2012
Title of qualification awarded
Doctoral studies
Principal subjects/occupational
skills covered
Transilvania University: Faculty of Wood Engineering B-dul Eroilor 29, 500036 Brasov (Romania)
Doctoral domain: Forestry Engineering
Dates 2009-2011
Title of qualification
awarded
Master studies : Advanced Structures and Innovative Technologies in
Wood Industry
Principal
subjects/occupational skills covered
Transilvania University: Faculty of Wood Engineering
B-dul Eroilor 29, 500036 Brasov (Romania)
Dates 2004-2009
Title of qualification
awarded
Diplomat engineer
Principal
subjects/occupational
skills covered
Transilvania University: Faculty of Wood Engineering
B-dul Eroilor 29, 500036 Brasov (Romania)
Domain: Wood Processing
Dates 200-2004
Title of qualification
awarded
Forestry School Group, Satu Mare
55
Personal skills and
competences
Mother tongue(s) Hungarian
Other language(s) Romanian, english
Self-assessment Understanding Speaking Writing
European level (*) Listening Reading Spoken
interaction
Listening Reading
Romanian C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2
English B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1
(*)Common European Framework of Reference for Languages
Social skills and
competences
Team spirit
Dynamic
Computer skills and
competences
Microsoft Office (Word, excel, Power Point) – adequate knowledge
Autocad (2D, 3D) – adequate knowledge
Sciencific activity 11 publicated article (first author at all)