Tiziana Urso
Essiccazione e stagionatura del legno
Essiccazione del legno Processo con cui viene ridotta l'umidità del legno al fine di migliorarne le prestazioni. Comprende: essiccazione naturale o stagionatura: esposizione all'aria in ambiente esterno sotto copertura essiccazione artificiale: mediante l'uso di un essiccatoio si espone il materiale a condizioni controllate di temperatura, ventilazione, umidità relativa, pressione atmosferica
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In genere si asporta: - tutta l’acqua di imbibizione -parte dell’acqua di saturazione (fino alla “umidità tecnica”)
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Perché essiccare il legno • • • •
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per rendere più agevole, o rendere possibile – la lavorazione (trattamenti, incollaggio, finitura, …) per evitare le alterazioni dovute ad attacchi fungini per diminuire i costi di trasporto per equilibrarlo alle condizioni termoigrometriche (tipiche) dell’ambiente dove verrà messo in opera, onde evitare successive variazioni dimensionali e/o deformazioni l’essiccazione artificiale ad alta temperatura elimina funghi e insetti eventualmente presenti
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Cosa si essicca • Di regola si essiccano i semilavorati (segati, sfogliati, tranciati, ecc.): – è più rapido ed agevole (spessori minori), quindi più economico – minor rischio di danni/difetti da essiccazione
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• - i tronchi “in tondo” verrebbero danneggiati a causa del ritiro anisotropo
Obiettivi dell’essiccazione • Buona qualità di essiccazione (norma UNI 9030:1987) • assenza di difetti/danni da essiccazione • umidità desiderata (omogeneità, valore medio, scostamenti ammissibili
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• tempi quanto più possibile brevi • costi quanto più possibile ridotti
Fattori che influenzano l’essiccazione • Calore: maggiore è la temperatura dell’aria, più velocemente esce l’umidità dalla superficie del legno • Umidità relativa: determina la capacità di essiccazione dell’aria. La temperatura dell’aria influenza la capacità di essiccazione (all’aumentare di T diminuisce UR)
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• Movimento dell’aria: influenza la velocità di essiccazione. Il movimento dell’aria trasporta l’aria calda sul materiale, e asporta l’aria umida dalla superficie Controllando questi fattori è possibile controllare l’andamento dell’essiccazione ed evitare o ridurre i difetti tecnologia essiccazione
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Umidità del legno fresco
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La perdita di umidità del legno inizia immediatamente dopo l’abbattimento della pianta L’umidità del legno fresco (appena abbattuto) è costituita dall’acqua legata alle pareti e da una certa quantità di acqua libera che occupa i lumi cellulari
Conifere durame Conifere alburno Latifoglie
Umidità [%]
Quantità di acqua [kg/m3]
~ 35-40
~ 100
~ 120-160
~ 570
~ 80-90
~ 480-560
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Stagionatura naturale Il legno perde progressivamente umidità in funzione dei fattori climatici naturali. Il legno viene conservato all’aperto, sotto copertura al riparo dalla pioggia e dal sole, fino al raggiungimento dell’umidità di equilibramento. Come si attua:
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a) formando delle cataste con opportuni accorgimenti b) lasciandole poi esposte all’aria per un tempo (indicativamente: da qualche mese a qualche anno)
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sufficiente
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Umidità di equilibramento all’aperto
Stagionatura naturale Vantaggi
Svantaggi o limiti
minore rischio di danni o difetti da essiccazione (rispetto all’essiccazione artificiale)
Possibilità di alterazioni da funghi o insetti
minori costi di impianto, energetici, di gestione
Lunghi tempi di stagionatura
non occorre personale con competenze specialistiche per la conduzione degli impianti
Capitale immobilizzato
Necessità di una programmazione a lungo termine
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Non si può scendere al di sotto di una certa umidità, in base al clima
Stagionatura naturale Il piazzale
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Il piazzale deve avere dimensioni sufficienti per: ₋ Immagazzinamento del materiale ₋ Movimento delle macchine ₋ Presenza di eventuali forni Deve essere pianeggiante, ben aerato e drenato. La superficie deve essere mantenuta pulita, senza erba o altra vegetazione che impedisca il passaggio dell’aria tra le cataste, e senza residui legnosi che favorirebbero l’insorgenza di funghi e insetti.
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Stagionatura naturale Le cataste
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Formate da robusti palchi, rialzati dal suolo (30-50 cm circa) con pilastri in pietra o cemento, sui quali vengono sistemate le tavole, opportunamente separate tra loro, a piani sovrapposti e listellati con listelli di legno bianco, stagionato di spessore uniforme e posti a distanza uniforme. Il legname è omogeneo per assortimento e qualità. È presente una copertura, solidamente fissata L’orientamento perpendicolare alla direzione del vento predominante oppure N/S
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Le cataste: gli accorgimenti da attuare • •
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Specie legnosa e spessore delle tavole omogenei Listelli bianchi, stagionati, tra una tavola e l’altra; è importante il posizionamento orientamento perpendicolare alla direzione del vento predominante oppure N/S riparo da sole diretto e pioggia disposizione favorente la ventilazione naturale staccate dal terreno stabili
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Essiccazione artificiale Il legno viene essiccato in ambienti chiusi (essiccatoio) nei quali è possibile controllare UR, T e velocità dell’aria Il legno è in cataste, fatte con criteri simili a quelli della stagionatura, di dimensioni adeguate ai diversi tipi di essiccatoio, e formate all’interno dell’essiccatoio oppure immesse successivamente (con “muletti”, carrelli, ecc.) Vengono fatti variare i parametri climatici secondo opportuni “cicli”
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La durata è da qualche ora a qualche settimana, a seconda di: - specie legnosa, durame/alburno - spessore dei segati - umidità iniziale dei segati - metodo di essiccazione e tipo di ciclo adottato -umidità finale desiderata In sostanza l’essiccazione artificiale mira: - a far uscire dal legno l’acqua in eccesso quanto più possibile rapidamente (ed economicamente) - evitando però che insorgano etecnologia restino eccessivi gradienti di umidità essiccazione
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Essiccazione artificiale Vantaggi
Svantaggi o limiti
tempi di essiccazione ridotti
Costoso come investimento iniziale e per la gestione
Riduzione del magazzino
Richiede una fonte di energia esterna
Possibilità di raggiungere qualsiasi valore di umidità, indipendentemente dalle condizioni climatiche
Richiede mano d’opera qualificata per la gestione e la manutenzione
Sterilizzazione del legno da insetti, uova, larve
Rischio di gravi danni al materiale in caso di essiccazione mal condotta
Omogeneità di essiccazione
Possibili vincoli di carattere ambientale (rumore, odore, ecc)
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Essiccazione ad aria calda •
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Il legno viene riscaldato ed essiccato dall’aria preventivamente riscaldata ed inumidita fino ai valori voluti; l’aria cede calore al legno e porta via l’umidità che evapora dalla sua superficie l’aria, una volta raffreddatasi e satura di umidità, viene espulsa nell’atmosfera In alternativa, l’aria viene deumidificata e riutilizzata
Essiccazione sotto vuoto •
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il legno viene immesso in apposite autoclavi, all’interno delle quali viene praticata una forte depressione la riduzione di pressione (creazione del vuoto) determina la trasformazione dell’acqua contenuta nel legno in vapore a basse temperature (45°C a –700 mmHg) tale depressione agevola il movimento dell’umidità dal legno e la sua evaporazione, anche a temperatura bassa (minori rischi di danneggiare il legno) con vari metodi, si riscalda il legno (per compensare il calore latente di evaporazione!), e si asporta l’umidità evaporata Si ottiene una riduzione dei tempi e del dispendio energetico rispetto all’essiccatoio ad aria
Essiccazione del legno
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Nel corso dell’essiccazione avvengono due processi concomitanti: 1. Spostamento dell’umidità (acqua) dall’interno del legno verso la superficie 2. Evaporazione dell’acqua dalla superficie del pezzo all’atmosfera
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Movimento dell’acqua nel legno L’acqua nel legno si sposta secondo gradienti di umidità, sia longitudinali che trasversali, da zone del legno più umide a zone del legno più secche.
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La velocità di movimento dell’acqua è diversa nelle diverse direzioni
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Movimento dell’acqua nel legno
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La parete cellulare è di per sé impermeabile La velocità di spostamento dell’acqua all’interno del legno dipende da: • Permeabilità del legno • “Ripidità” dei gradienti • Densità del legno (“quantità di pareti nell’unità di volume da attraversare”) • Temperatura del legno • Umidità del legno (più il legno si essicca e più lentamente l’acqua si muove al suo interno
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Movimento dell’acqua nel legno L’acqua libera fluisce fra le cavità cellulari attraverso le punteggiature (areolate non aspirate, intervascolari, raggio-vaso, raggio-tracheide) Il movimento dell’acqua libera nel legno è costante a costante velocità di evaporazione dell’acqua dalla superficie I movimenti di acqua legata sono 10 volte più veloci in direzione assiale rispetto alle direzioni trasversali Nelle direzioni trasversali la velocità di spostamento dell’acqua è maggiore in direzione radiale in relazione alle dimensioni dei raggi Il legno troppo secco può impedire i movimenti dell’acqua legata
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Se l’essiccazione avviene troppo velocemente sulla superficie del pezzo di legno, l’acqua legata rimarrà intrappolata al suo interno
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Evaporazione dell’acqua dal legno L’evaporazione dell’acqua dalla superficie del legno sarà tanto più veloce quanto: Più alta è la temperatura dell’aria Più bassa è l’umidità relativa dell’aria La velocità di evaporazione è costante a condizioni climatiche costanti
Azione della temperatura
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L’umidità del legno si muove da zone più calde a zone più fredde. Maggiore è la temperatura del legno e maggiore sarà la velocità di spostamento dell’acqua al suo interno L’elevata temperatura diminuisce le resistenze meccaniche del legno che si oppongono alle tensioni che si vengono a creare nel corso del processo di essiccazione. L’elevata temperatura però favorisce l’attività di funghi cromogeni
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Essiccazione del legno L’essiccazione del legno deve essere svolta con velocità appropriata per consentire l’equilibrio quantitativo tra evaporazione dell’acqua dalla superficie del legno ed il suo trasporto dall’interno verso la superficie
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L’essiccazione del legno avviene in tre fasi (non sempre distinte o distinguibili): FASE 1 FASE 2 FASE 3 In ognuna di questa tre fasi ogni singolo pezzo di legno subisce sollecitazioni diverse e diverse sono le cause di insorgenza dei difetti di essiccazione
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Fase 1
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La temperatura è medio-bassa, mentre UR è alta e costante: gli strati superficiali del legno raggiungono il PS. All’interno del legno si trova ancora acqua libera: •Non si hanno ritiri •Non si hanno tensioni. Al limite finale di questa fase (denominato primo punto critico) l’umidità del legno sarà diversa a seconda della sua permeabilità: •poco meno della umidità iniziale nei legni impermeabili •fino a (2/3 dell’umidità iniziale)+10 nei legni permeabili (es.: in faggio da 60% a 50%)
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Umidità del legno
Sopra il punto di saturazione in tutto il legno.
Sollecitazioni interne
Nessuna
Difetti possibili
Nessuno
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Fase 2 La temperatura è medio-bassa e UR viene abbassata La linea che corrisponde all’umidità di saturazione (PS) delle pareti cellulari si sposta verso l’interno: •Gli strati superficiali hanno umidità inferiore al PS •Gli strati interni hanno ancora acqua libera
Gli strati periferici del legno si ritirano e si portano in tensione (sollecitazioni a trazione trasversale) perché l’interno del legno non si ritira (ha umidità > del PS) •Si possono formare delle fessurazioni superficiali •Possibile collasso del centro dei segati •Pericolo di formazione di crosta superficiale
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La velocità di spostamento dell’acqua è in continuo decremento Al limite finale di questa fase (secondo punto critico) l’umidità degli strati periferici è in equilibrio igroscopico con l’aria e l’umidità dell’interno del legno è al PS
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Fase 2
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Umidità del legno
Superficie sotto PS; interno sopra PS.
Sollecitazioni interne
La superficie prova a ritirarsi, comprimendo l’interno
Difetti possibili
Fessurazioni superficiali (raggi) Collasso del cuore
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Fase 3 La temperatura è in crescita e UR è in rapida diminuzione •L’aumento di temperatura serve per aumentare la velocità di diffusione dell’acqua legata nel legno, che decresce velocemente al diminuire dell’umidità del legno
Questa fase consiste nell’eguagliare l’umidità in tutta la sezione trasversale del legno, con poca evaporazione di acqua dalla superficie La linea dell’umidità di equilibrio igroscopico del legno si sposta dalla superficie verso l’interno Il ritiro si verifica anche all’interno del pezzo per cui si avrà l’inversione delle tensioni: •Gli strati periferici risultano compressi (chiusura fessurazioni della fase 2) e quelli interni sollecitati a trazione trasversale •Possibili fessurazioni alveolari
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In questa fase si ha un aumento delle resistenze meccaniche del legno
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Fase 3
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Umidità del legno
Sotto PS in tutto il legno
Sollecitazioni interne
L’interno prova a ritirarsi, comprimendo il legno esterno
Difetti possibili
Fessurazioni interne
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Tensioni in seguito ad essiccazione Provino a forchetta (a “U”) •
Branche diritte: – Assenza di tensioni
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Branche piegate verso l’esterno: – Presente trazione degli strati esterni e compressione di quelli interni
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Branche piegate verso l’interno:
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– Presenza di trazione all’interno e compressione negli strati periferici
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Difetti da essiccazione •Crosta superficiale: se le fasi iniziali dell’essiccazione sono condotte a temperatura troppo elevata e aria troppo secca, si può formare uno strato superficiale anidro nel quale la maggior parte degli –OH si autosaturano rallentando la fuoriuscita dell’acqua; si possono ottenere segati con superficie durissima e interno umido (“inossati”) •Casehardening: eccessive tensioni interne, che producono deformazioni successive ad ogni lavorazione •Cretti: spaccature sulle testate, derivanti da gradienti di umidità longitudinali troppo ripidi; eliminando il gradiente tendono a richiudersi
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•Alterazioni del colore: possono svilupparsi funghi dell’azzurramento
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Difetti da essiccazione
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Collasso: provocato dal vuoto parziale che si crea in seguito al richiamo di acqua troppo rapido (le cellule “implodono”). Particolarmente soggetti i legni di specie a grandi raggi (querce, faggio) e quelle facili al collasso (eucalipti, pioppi)
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Difetti da essiccazione
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Dovuti alla listellatura irregolare: se i listelli tra le tavole non sono allineati, o se lo spessore dei listelli non è uniforme le tavole si deformano, risultando ondulate.
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Quanto essiccare? I prodotti finiti in legno tenderanno sempre a equilibrarsi con l’ambiente in cui si trovano, bisogna quindi siano forniti con l’umidità di equilibrio alle condizioni climatiche locali, che normalmente variano in seguito alla stagione. Teoricamente le variazioni climatiche possono comportare sbalzi di umidità del 2-3%: basta portare l’umidità del legno al limite inferiore di questa variazione per garantire la stabilità del legno. tecnologia essiccazione
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