Wilgotność Względna Drewna: Wzór, Obliczanie i Znaczenie
- Szczegóły
Wraz z rozwojem technologii obróbki drewna, w tym impregnacji i klejenia, drewno jest coraz częściej stosowane jako materiał konstrukcyjny w budownictwie, wykraczając poza tradycyjne elementy więźby dachowej. Drewno znajduje zastosowanie w odpowiedzialnych elementach budowlanych, a przykładem imponującej konstrukcji jest kopuła Superior Dome w USA, zbudowana z daglezji i jodły.
Właściwości Drewna
Drewno jest materiałem anizotropowym, co oznacza, że jego właściwości różnią się w zależności od kierunku względem rdzenia i włókien. W projektowaniu konstrukcji drewnianych istotne jest uwzględnienie orientacji drewna względem obciążenia. Istnieje również zależność między wytrzymałością drewna na zginanie ($f_m$), modułem odkształcalności ($E_0$) i gęstością ($\rho_m$).
Konstrukcje drewniane są wrażliwe na wilgotność otoczenia oraz czas trwania obciążenia w stopniu większym niż konstrukcje stalowe czy żelbetowe. Współczynnik $k_{mod}$ uwzględnia te specyficzne cechy drewna.
Odkształcalność drewna charakteryzują moduły: $[E, G]_0$ i $[E,G]_{90}$ - moduł odkształcalności podłużnej E (moduł Younga) oraz moduł odkształcalności poprzecznej (postaciowej) G (moduł Kirchoffa) w kierunku podłużnym do słoi drewna (indeks 0) oraz prostopadłym do słoi (indeks 90). W ten inżynierski sposób uwzględniono ortoropowość drewna.
Odkształcalność drewna istotnie zależy od czas trwania obciążenia i wilgotność. Współczynniki $k_{def}$ dla innych typów wyrobów drzewnych podano w [1],tab. W klauzuli [1],kl. 2.3.2.2 (1))) zalecono moduły $X_{fin}$ do obliczania końcowych deformacji w stanie granicznym użytkowalności (SGU) na przypadek , gdy ” konstrukcja składa się z elementów lub komponentów posiadających różne właściwości zależne od czasu„.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Tylko dwie spośród tych trzech stałych [E,G, $\nu$ są niezależne, a każda para w pełni identyfikuje ciało sprężyste. Współczynniki Poissona $\nu_{LR}$ wyznaczone eksperymentalnie z definicji (jako stosunek odkształcenia promieniowego R do podłużnego L) średnie dla wybranych gatunków drewna przy wilgotności ok 12% podano za pracą[10] zamieszczono w tab.
Znany jest statystyczny efekt skali, polegający na tym, że większy obiekt (np. dłuższy pręt rozciągany) jest słabszy od obiektu mniejszego. Efekt skali uwzględnia się poprzez przemnożenie wartości podanych w tab. 1, 2, 3 przez współczynniki skali: wysokości $k_h$, długości $k_l$ lub objętości $k_{vol}$ w tych przypadkach, w których może mieć to istotny wpływ, zgodnie z tab.
Dla konstrukcyjnego drewna iglastego dla stosunek $ \tfrac{E}{G} \approx 16$, a w praktycznych projektach $\tfrac{h}{l} = 0,1 \div 0,05$ i wówczas ugięcie od ścinania wyniesie 5 do 20 % ugięcia od wywołanego momentami zginającymi .
Z porównania zmniejszania się wytrzymałości w pożarze konstrukcji stalowych i drewnianych wynika, że znacznie lepiej w pożarze zachowuje się drewno.
W normie [1],rozdz.6.3)) dużo miejsca poświęcono zagadnieniom nieliniowości geometrycznych, związanych z utratą stateczności prętów ściskanych oraz zwichrzeniem belek. Zagadnienia te przedstawiono jednak w ujęciu historycznym, podczas gdy aktualnie wymiarowanie konstrukcji dokonuje się metodą imperfekcyjną, w której zagadnienia niestateczności są równoważnie zastąpione przyłożeniem fikcyjnych obciążeń poziomych na konstrukcję, a obliczenia tak obciążonej konstrukcji dokonywane są metodami II rzędu.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Odchyłki od prostoliniowości słupów, belek i elementów ram, mierzone w połowie odległości pomiędzy podporami, w przypadku, gdy są narażone na utratę stateczności, jeśli są wykonane z drewna warstwowo klejonego lub LVL, nie powinny być większe niż 1/500 długości, a jeśli są wykonane z drewna litego, nie powinny być większe niż 1/300 długości.
Dopiero w pkt. Współcześnie siły przekrojowe uzyskuje się z analizy drugiego rzędu. b) do analizy wyboczeniowej LBA ( analizy stateczności) - 5% kwantyl modułów wg tab 1, 2, 3 ($E_{05}$, Dopuszcza się przyjmowanie jako drugiej stałe sprężystości współczynnika Poissona wg tab. (p.
Wymiarowanie pręta ściskanego i zginanego metodą II rzędu przebiega według kryterium jak dla pręta rozciąganego i zginanego ($\ref{39}$), ale dla sił przekrojowych obliczonych metodą II rzędu w systemie obarczonym imperfekcjami. W klasycznej analizie działanie „nieuchwytnego” momentu drugorzędowego $\Delta M$ jest uwzględniona ” w sposób przybliżony współczynnikiem redukcyjnym (wyboczenia).
W dwóch pierwszych warunkach sprawdzane jest współdziałanie zginani i ściskania przekroju bez wpływu niestateczności pręta. W trzecim warunku sprawdzana jest interakcja zwichrzenia i wyboczenia z płaszczyzny zginania (x,y) belki- słupa w kierunku osi z , to znaczy w warunku wystąpi moment zginający działający względem osi większej sztywności (najczęściej pozioma oś y) , a wyboczenie i zwichrzenie następuje po osi mniejszej sztywności (najczęściej pionowa oś z).
Zarówno otwory, jak i wycięcia mogą znacząco zmniejszyć nośność belki i najlepiej unikać ich. Jednym ze sposobów radzenia sobie z problemem jest przestrzeganie zaleceń konstrukcyjnych maksymalnego dopuszczalnego rozmiaru otworów i minimalnego promienia naroża dla wypełnienia prostokątnych otworów.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Specjalne elementy drewniane, to: dźwigary trapezowe, łuki oraz z wyokrąglonymi narożami (rys. Rys.8 Specjalne dźwigary drewniane (opracowano na podstawie [8],Fig. Na rys. 10b przedstawiono rzeczywisty rozkład po wysokości przekroju - rozkład naprężeń normalnych od zginania.
W powyższych zależnościach współczynniki redukcyjne $k_{mod}$, k_{sys} i $\gamma_M$ są takie, jak zdefiniowano poprzednio a f_{v, g, k} , f_{t,90,g,k} i f_{c,90,g,k}, to charakterystyczne wytrzymałości na ścinanie, rozciąganie prostopadle do rdzenia i na ściskanie prostopadle do rdzenia wg tab.
Specyficzne okoliczności projektowania takich dźwigarów sa podobne do omówionych wyżej (dżwigary jednotrapezowe). Oprócz tego należy skontrolować stan naprężeń w strefie wierzchołkowej , biorąc pod uwagę wpływ na wytrzymałość materiału wynikającą z: naprężeń szczątkowych wywołanych procesem produkcyjnym, rozkład naprężeń i efektami objętościowymi. Sprawdzić należy kombinacje naprężeń ścinających w strefie wierzchołkowej i naprężeń promieniowych rozciągających, prostopadłych do włókien.
W strefie wierzchołkowej belki trapezowej rozkład naprężeń od zginania jest złożony i nieliniowy (rys.11). gdzie $W_{ap}=b\cdot h_{ap}^2/6$ - wskaźnik wytrzymałości przekroju w wierzchołku, a współczynnik skali $k_l$ można oszacować ze wzorów podanych w normie [1], (6.12)-(6.17), lub z rys. 11, przy czym dla dźwigara bez wyokrąglenia naroża (jak na rys. szacuje się ze wzorów podanych w normie [1],...
Wilgotność Drewna
Higroskopijna budowa drewna zapewnia mu zdolność pobierania i oddawania wilgoci z otoczenia, co nazywamy "pracą drewna". Zmiany temperatury powietrza i wilgotności powodują skurcz drewna lub jego pęcznienie. Zapewnienie w miarę stałych warunków w pomieszczeniach, będzie skutkowało niwelowaniem pracy drewna.
Mianem wilgotności powietrza określa się zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...). Ilość pary wodnej, która znaleźć się może w powietrzu (rozpuścić w powietrzu) zależy od jego temperatury. Maksymalną ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze określa się mianem prężności maksymalnej lub prężnością pary nasyconej, niekiedy prężnością nasycenia i oznacza zazwyczaj symbolem E.
Wilgotność względna (oznaczana najczęściej jako f), którą definiuje się jako: f = (e/E) * 100 [%], informującą w jakim procencie, w stosunku do maksymalnie możliwego w danej temperaturze (tj. temperaturze, w której zmierzono e) powietrze jest nasycone parą wodną.
Wraz ze wzrostem temperatury powietrza wartość E rośnie. Oznacza to, że zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary wodnej w powietrzu (e, prężności aktualnej) muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek (zmniejszenie się) wilgotności względnej.
Temperatura, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęły się w nim procesy kondensacji nosi nazwę temperatury punktu rosy i oznaczana jest zazwyczaj jako td [°C].
Bardzo wszechstronną miarą wilgotności powietrza może być para temperatury - temperatura powietrza (tp) i temperatura punktu rosy tego powietrza (td). Wzrost temperatury (tp) spowoduje oddalenie tp od td, spadek temperatury zbliżenie tp do td. W ten sposób różnica temperatury powietrza i temperatury punktu rosy informuje nas o tym, jaka jest wilgotność względna.
Dość skomplikowana natura miar wilgotności powietrza powoduje, że i pomiary wilgotności, choć technicznie łatwe, wydają się być skomplikowane.
W języku angielskim bardziej powszechne jest odróżnienie wilgotności powietrza (ang. air humidity) od wilgotności materiału (ang. material moisture). Podsumowując - dla pewności przy pomiarach wilgotności należy zwrócić uwagę czy chodzi o wilgotność powietrza czy materiału, bo inaczej definiuje się wilgotności dla ciał stałych a inaczej dla gazów (np. powietrza).
Wilgotność materiału informuje o ilości wody materiale. Są różne definicje wilgotności materiałów. Wilgotność względna jest najczęściej używaną miarą wilgotności. Jest prosta w interpretacji i praktyczna w użyciu. Wilgotność bezwzględna jest zawsze większa od wilgotności względnej. Wilgotność bezwzględna ma zastosowanie w badaniach naukowych oraz przy przetwórstwie materiałów. Ze względów historycznych wilgotność bezwzględna jest używana przy pomiarach wilgotności drewna.
Powyższy przykład pokazuje duże różnice wilgotności materiału w zależności od typu wilgotności. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę w danych technicznych czujnika/miernika jaka wilgotność jest na wyjściu czujnika. W razie potrzeby można dokonać odpowiedniego przeliczenia na potrzebny typ wilgotności.
Wilgotność Powietrza
Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Jednym z podstawowych parametrów powietrza wpływającego na komfort środowiska, w którym przebywają ludzie jest wilgotność powietrza. W prawidłowo nawilżonym środowisku, człowiek czuje się lepiej.
Wilgotność Bezwzględna Powietrza
Wilgotność bezwzględna powietrza, czyli zawartość pary wodnej w powietrzu. Podawana jest w gramach na metr sześcienny (czyli g/m³). Wilgotność bezwzględna powietrza nie jest dla nas szczególnie istotną miarą. W zasadzie może dotyczyć wyłącznie meteopatów, jest bowiem zależna od pogody.
Wilgotność Względna Powietrza
Zgodnie z definicją wilgotność względna jest to ilość wody znajdującej się w powietrzu przy danej temperaturze podzielona przez jej maksymalną ilość nasycenia, którą może zaabsorbować powietrze w tej temperaturze. Wilgotność względna powietrza waha się w przedziale od 0% do 100%, określa oczywiście nasycenie powietrza parą wodną.
Wilgotność względna powietrza powyżej 60% powoduje przede wszystkim korozję stali, utlenianie metali, możliwość rozwoju grzybów. Poziom wilgotności względnej powietrza nie jest zależny wyłącznie od masy pary wodnej. Znaczenie ma także ciśnienie i temperatura względna.
Wzór na wilgotność względną powietrza:
y - wilgotność bezwzględna powietrza
m - masa pary wodnej
ymax - wilgotność maksymalna, ilość pary wodnej w powietrzu, po której następuje skraplanie.
Temperatura Punktu Rosy
To temperatura, do której musimy schłodzić przedmiot, aby na jego powierzchni zaczęła skraplać się zawarta w powietrzu para, tworząc rosę.
Wpływ Wilgotności Względnej Powietrza na Dom i Człowieka
Dopuszczalna wilgotność względna powietrza w mieszkaniach wynosi od 35 do 70%. Jednak optymalna wartość to 40-50%. Zarówno za wysoka, jak i za niska wartość ma bardzo duży wpływ na nasze życie i funkcjonowanie.
Pomiary Wilgotności Powietrza
Metodą pomiaru psychometrycznego dokonuje się bezpośredniego pomiaru wilgotności względnej powietrza. Psychrometr składa się zasadniczo z dwóch niezależnych czujników temperatury, z których jeden jest stosowany jako czujnik temperatury "wilgotny", a drugi jako czujnik temperatury "suchy".
Dzięki specjalnej konstrukcji i małej masie własnej pojemnościowych czujników wilgotności uzyskuje się bardzo krótkie czasy reakcji. Ponadto, są one w dużej mierze niewrażliwe na lekkie zabrudzenia i kurz. W celu ochrony przed kontaktem z powierzchniami, czujniki są zamknięte w obudowie z tworzywa sztucznego.
Znaczenie Wilgotności w Procesach Technologicznych
W procesach technologicznych w których biorą udział materiały higroskopijne niestabilna wilgotności względna może spowodować zmianę ich wymiarów oraz właściwości a tym samym wpływa to negatywnie na sam proces oraz jego wydajność i to większym stopniu niż np. zmiany temperatury.
W przypadku przemysłu wysokich technologii wpływ zmian wilgotności powietrza ma duży udział na poprawność i wydajność procesu, zbyt suche powietrze może powodować pękanie płytek drukowanych, a warstwa farby staje się bardzo krucha. Tym samym produkt staje się wadliwy i bezużyteczny.
Zbyt niski poziom wilgotności w pomieszczeniach serwerowni jest przyczyną gwałtownego wzrostu ładunków elektrostatycznych. Obniżenie poziomu wilgotności względnej poniżej 30% powoduje niekontrolowane wyładowania a co za tym idzie może spowodować uszkodzenie drogocennego sprzętu informatycznego i utratę drogocennych danych.
Jak widać można wymieniać wiele branż, w których wilgotność powietrza ma znaczący wpływ na jakość i bezpieczeństwo procesów technologicznych.
tags: #wilgotność #względna #drewna #wzór #obliczanie
