Prof. Dr. Öner ÜNSAL İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi
Doç. Dr. Cengiz GÜLER Düzce Üniversitesi Orman Fakültesi


Giriş
Ağaç malzemenin kurutulmasının önemi çok önceden anlaşılmış fakat uzun süre doğal ortamlarda bekletilerek kurutma yoluna gidilmiştir. Teknik yöntemlerle kurutmada ancak 20. Yüzyılın başlarında önemli gelişmeler sağlanmıştır.

Kurutma, ağaç malzemenin içerisinde bulunan ve kullanım amacı için uygun olmayan suyun atılması işlemidir. İdeal bir kurutmada, kurutulacak malzemenin kalitesinin korunması, kurutma süresinin mümkün olduğu kadar kısa olması ve kurutma giderlerinin en düşük düzeyde tutulması amaçları bir bütün olarak birlikte gerçekleştirilmesidir (Kantay, 1993). Tablo 1 de bazı kullanım yerleri için gerekli rutubet oranları verilmiştir. Tablo 2'de ise en çok kullanılan kurutma metodları hakkında kısa bilgiler verilmiştir.

Diğer yandan kızıl ötesi ışınlarla kurutma, kimyasal kurutma, organik çözücüler ile kurutma, organik madde ile kurutma, ozonlu kurutma teknik kurutma yöntemleri arasında sayılabilir. Ancak bu yöntemler dünyada özel amaçlar dışında ya çok az kullanılmakta yada hiç kullanılmamaktadır.

Kereste kurutmada klasik veya geleneksel yöntemlerde enerji gideri fazla ve süre uzundur. Bunun nedeni de genelde masif odunun permeabilitesinin düşük olmasındandır. Yüksek sıcaklıkta kurutma, kurutma süresini azaltabilir ancak bu renk solması, deformason veya çatlama gibi kuruma kusurlarına neden olabilir. Çeşitli kurutma yöntemlerinin yanında kurutma süresini hızlandırmak için sıcak hava kombinasyonu ile birlikte radyo frekansı [RF] (dielektrik metodu) kullanmak olduğu belirtilmiştir (Miller, 1971; Kobayashi et al., 1999; Resch ve Gautsch, 2001; Caive Hayashi, 2001).

Yüksek frekans vakumlu kurutma teknolojisinde tarihsel gelişme
Yüksek firekansla kurutma konusunda ilk çalışmalar 1934'te Abramenko ve 1936'da Stephen and Holmquest tarafından yapılmıştır. Yüksek firankla kurutma sırasında vakum uygulamayla ilgili ilk patent Luth ve Krupnick tarafından 1945'te alınmıştır. Daha sonra yüksek frekansla kurutma konusunda Kanada'da 1948 de Miller tarafından ve 1949'da Japonya'da Murata ve Iso tarafından yapılan çalışmalar takip etmiştir (Resch, 2006). 1960 lardan itibaren yüksek frekansla kurutma konusunda gelişmeler sağlanmış ve çeşitli ülkelerde araştırmacılar bir çok çalışmalar yapmışlardır (Jagdfeld 1963, Gillwald 1964, Gefahrt 1966 and 1967, Dean 1963, Miller 1966, Czepek and Sporkmann 1968, Resch 1966, 1967, 1968, Resch et al.1970, Pound 1973).

Yüksek frekansla birlikte vakum uygulama (HFV) 1960 ile 1970 arasında endüstriyel alanda "Russian Academy of Science in Moscow" da kurulduğu bilinmektedir. Burada yaklaşık 10 m3 keresteyi kurutmak üzere tasarlanmış ve fırın 10 m uzunluk, 3 m genişlik ve 3 m yükseklikte inşa edilmiştir. Vakum odasının üzerine yerleştirilmiş Hf-jeneratörle, 13.56 MHz frekansında (radio frekansı ile) çalışan ve 44kW güç kullanılarak, elektrotlar arasında maksimum 10kV Hf- akım üretilmiştir. Yöntemin parke üretiminde kullanılan ağaç türlerine uygulandığı belirtilmektedir (Djakonov, Gorjaev, 1981). 1940'larda mikrodalga ısıtma ile kurutma üzerine çalışılmıştır. Tercih edilen frekans aralığı 2450MHz ve 915MHz arasında olmuştur. Radyo frekansının aksine mikrodalgada yüksek ısı sağlanmasına rağmen odunda uniform bir ısıtma sağlanamamıştır.

Amerika'da küçük çaplı HfV kurutucu üzerine Koppelman (1976) patent almıştır.

İleriki aşamalarda yüksek kaliteli ürün ve kısa sürede kurutma tekniği yapılan deneylerle ortaya kondu (Harris et al. 1984, Trofatter et al. 1986). 1996 da ilk defa Amerika'da ticari anlamda Dimension Drying Inc. Şirketi tarafından HfV kurutma ünitesi kuruldu. Burada mobilya üretiminde kullanılan kırmızı meşeler kurutulmuştur. Hf jeneratör 2-4 Mhz, ömrü 2000-4000 saat olan tüpler ile çalışıyordu. Kapasitesi 20 m3 olarak tanzim edilmişti. Kanada'da sert ağaçların kurutulmasına yönelik elde edilen başarılar yumuşak ağaçlarında kurutulmasına neden olmuştur. 23 m3 kapasiteli HfV kurutma sistemi ile yumuşak ağaç türleri de kurutulmuştur. 3 Mhz frekans ve 260 kw gücünde bir üniteden oluşuyordu (Avramidis, 1999).

HfV kurutma fırını üretiminde yapılan teknolojik gelişmeler sonucu (HeatWave Technologies Inc.) tarafından 75 m3 kapasiteli ve 300 kw gücünde bir sistemde radio frekansı ile göknar kerestelerinin kurutulması sağlanmıştır (Elustondo and Avramidis, 2002).

Yüksek frekanslı vakumlu kurutma üzerine çalışmalar ülkemizde henüz yeni olup ilk örneğini Düzce'de Recep Sivrikaya firması 2012 yılında 6-8-30 m3 kapasitelerde Kingdryer adı altında üreterek vermiştir.

Yüksek frekans vakumlu kurutma fırını üstünlükleri
Radyo frekansı ile kurutulmasına dair ilk raporların yaklaşık 60 yıl önce yayınlanmasına rağmen (Miller, 1948), bu teknolojinin kullanımı süreç kontrolü ve RF teknolojisindeki son gelişmelere kadar pek yaygın değildi. Özellikle, kondansatör ve diğer kontrol cihazları RF jeneratörünün kurutma sırasında önemli miktarda değişen ahşabın dielektrik özelliklerini dengelemek için uygulayıcının değişken yüklere ayarlanmasına izin verir. Buda içten dışa doğru sıcaklık gradyenti nedeniyle difizyon meydana gelir ve rutubet akışı iç kısımlardan yüzeylere doğru yönlendirir. Bu yüzden sıcak hava ve RF kombinasyonu kurutma süresini kısaltır ve dolayısıyla enerji tüketimini sürecin özelliklerine ve enerji fiyatlarına bağlı olarak kurutma masraflarını azaltır.

Radyo Frekanslı Tanıma Sisteminde (RFID) en yaygın kullanımı bulunan etiketler şunlardır; düşük frekans (LF) 125-134 KHz, yüksek frekans (HF) 13.56 MHz, ultra yüksek frekans (UHF) 860-960 MHz. Ahşap malzemeyi kurutmak için diğer önemli bir seçenek RF ve vakumlu kurutmanın kombinasyonudur (Saito and Sulaiman, 1999; Rasev, 1999; Rozsa, 1994; Smith et al., 1994). Vakum nedeni ile daha düşük kurutma sıcaklığı yani daha düşük sıcaklıklarda su buharlaştırıldığından ahşap malzemenin mekanik direnç özellileri muhafaza edilmekte ve çatlama gibi kurutma kusurları en aza indirilmektedir. Nem fırından su buharı olarak çıkartıldığından, enerji verimliliğinin ısı olarak artması potansiyeli olup sıcak ve nemli havanın dışarı atılması dolayısıyla ısı kaybı olmaz.

Yüksek frekanslı vakumlu kurutma sisteminde klasik kurutma yöntemlerinde kullanılanın aksine keresteler çıta kullanılmaksızın istiflenmektedir. Bu sadece yükleme hacmini azaltmaz aynı zamanda basınç yoluyla baskılayıcı sistemin kullanılmasını mümkün kılar. Bu da ahşabın kurutma sırasında hareket etmesini önler ve böylece bükülme, eğilme, burkulma, mainleşme, kılıcına eğilme, kıvrılma, çarpıklık ve diğer kusurları önemli ölçüde azaltır.

Lif doygunluk noktasından itibaren rutubetin uzaklaştırılması için daha fazla güç ve enerjiye ihtiyaç duyulur. Yüksek frekanslı vakumlu kurutmada bu süreç ahşabın elektromanyetik güç emme kapasitesinin önemli ölçüde düştüğü, fırının 'güç dönüşümü' ile aynı zamanda meydana gelir. O andan itibaren, odunun sıcaklığı odunda deformasyon olmaksızın makul bir kurutma oranı ile sürdürülerek yükseltilebilir (Smith et al., 1994).

Elektromanyetik dalgaların Radyo frekanslarında kereste istifine mikrodalgadan (MW) çok daha derinden girmesinden dolayı, RF ile meydana gelen ısı MW' ye göre kerestenin enine kesit alanlarında çok daha pürüzsüz bir şekilde kurutulmasını sağlar. (Taylor Fravcis group, 2009) Bu durum tüm çıtasız bir şekilde yerleştirilmiş kereste istifinin kesit alanının aynı oranda kurutulmasını garantiler. Bu da geleneksel kurutma yöntemleri ile karşılaştırıldığında çok daha muntazam kurutma ile sonuçlanır.

Kurutma oranı geleneksel kurutma fırınlarındakinden 20 kat daha yüksektir.

Daha küçük fırın şarjları için hızlandırılmış kurutma sözkonusudur. Farklı tür ve boyutları kurutma yeteneği daha büyük üretimleri ve zamanlama esnekliğini mümkün kılar. Yüksek frekanslı vakumlu fırınlar ayrıca pastörizasyon ve koruyucuların fixsazizasyonda kullanılabilir.

Geliştirilmiş ürün kalitesi; yüksek frekans ile kurutulmuş ahşap malzeme taze kesilmiş görüntüsü ile doğal rengini korur. Buna ek olarak, kurutma esnasında hiçbir ısıya bağlı renk bozulması veya kahverengi lekelenme olmaz. Kurutma havası ile temastan kaynaklanan kimyasal oksitlenme neredeyse tamamen ortadan kalkar.

HfV ile kurutma, yüksek kaliteli ve nispeten kalın kerestenin kurutulduğu işlemlerde tercih edilir. Özellikle 50 mm kalınlığının üzerindeki keresteler için, geleneksel kurutma yöntemleri, uzun kurutma zamanlarından dolayı inanılmaz derecede masraflı olabilir. Düşük sıcaklıklarda stressiz yani gerilmesiz kurutma büyük ölçüde daralmayı azaltır ve bu kereste veriminde iyileşme sağlar.

Yüksek frekans vakumlu kurutma fırınları ile diğer kurutma fırınlarının karşılaştırılması Yüksek frekans vakumlu kurutma fırınları ile dünyada en çok kullanılan diğer kurutma fırınları Tablo 3 te karşılaştırılarak anlatılmıştır.

Sonuç
Yüksek frekanslı vakumlu kurutma ülkemizde dünyaya paralel olarak hatta daha yukarılarda üretimini önümüzdeki yıllarda artarak devam ettireceği beklenmektedir. Yüksek frekans üreteci ile gerekli olan enerjin sağlanması bir maliyet sözkonusu olsada kurutma süresi ve diğer avantajlı koşulları dikkate alındığında bu enerji giderini yarı yarıya azalttığı, kurutma kalitesinin yükseldiği, iş ve işçilik giderlerinin azaldığı ifade edilebilir. Yüksek frekanslı vakumlu kurutma, mevcut kurutma fırınlarına alternatif olarak özellikle kaliteli ve değeri yüksek ağaç malzemenin kurutulmasında önem kazandığı söylenebilir.

Kaynaklar

Abramenko, S.N., 1934: The drying of wood by electric currents of high-frequency. Woodworking, USSR 10: 65-68. Avramidis, S. 1999. Radio frequency vacuum drying of wood. Proceed. Intl. Conference of COST E15 Wood Drying, Edinburgh UK Dean, A.R., 1963: Drying timber by R.F.-Heating, Wood 28, 2: 65

Cai, Y. and Hayashi, K. 2001. Pressure and temperature distribution in wood during radio-frequency/vacuum drying. Proc. 7th Int. IUFRO Wood Drying Conference. July 9-13, Forestry and Forest Products Research Institute,Tsukuba, Japan, pp. 386-391.Dean, A.R., 1963: Drying timber by R.F.-Heating, Wood 28, 2: 65

Djakonov, K. F., Gorjaev, A. A., 1981: [Wood drying with high frequency current. Forest Management Publishing, 1981 Moskva]

Elustondo, D. and Avramidis, S., 2002: Modeling a timber "dry/sort/re-dry" strategy using combined conventional and dielectric technologies. In Methods for improving drying quality of wood; 4th COST E15 Workshop, Santiago de Compostela

Gefahrt, J., 1966: Hochfrequenzerwärmung in der Furniertrocknung. Moderne Holzverarbeitung 1, 3: 182

Harris, R.A. and M.A. Taras and J.G. Schroeder, 1984: Sound quality upholstered frame part yields from lumber and green cuttings dried by a radio-frequency/vacuum system and by conventional kiln-drying. Forest Prod. J., 34, 7/8: 19-21

Kantay, R. 1993. Kereste Kurutma ve Buharlama Ormancılık Eğitim ve Kültür Vakfı Yayın No: 6, İstanbul

Luth, H.J. and S.R. Krupnick, 1945: Method and apparatus for drying lumber. U.S. Patent 2,387.595. U.S. Patent Office, Washington DC.

Miller, D.G., 1966: Radio-frequency lumber drying: methods, equipment and costs. Canad.For.Ind. 86, 6: 53.

Kantay, R., 1993. Kereste Kurutma ve Buharlama, Ormancılık Eğitim ve Kültür Vakfı, İstanbul.

Kobayashi, Y., Miura, I. and Kawai, Y. 1999. High performance drying using combination of HF and hot air under atmospheric pressure. Proc. 6th IUFRO Int. Wood Drying Conference, University of Stellenbosh, Stellenbosch, South Africa, pp. 18-21.

Luth, H.J. and S.R. Krupnick, 1945: Method and apparatus for drying lumber. U.S. Patent 2,387.595. U.S. Patent Office, Washington DC.

ÖRS, Y., 1986. Kurutma ve Buharlama Tekniği, Trabzon, KTÜ Yayın No: 15, 197 s.

Pound, J., 1973: Radio frequency heating in the timber industry. E. & F.N. Spon Ltd. London, 191 pp.

Rasev, A. I. 1999. Particular features of dielectric and vacuum wood drying. Proc. 6th IUFRO Int. Wood Drying Conference, University of Stellenbosh, Stellenbosch, South Africa, pp. 37-41

Resch, H. 2009. Drying Wood with High Frequency Electric Current, University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Vienna, Austria Society of Wood Science and Technology, Madison, Wisconsin, USA.

Resch, H., 2003. High-Frequency Heating Combined with Vacuum Drying of Wood. 8th International IUFRO Wood Drying Conference-Brasov-Romania

Resch, H. and Gautsch, E. 2001. High-frequency current/vacuum lumber drying. Proc. 7th Int. IUFRO Wood Drying Conference. July 9-13, Forestry and Forest Products Research Institute, Tsukuba, Japan, pp. 128-133.

Rozsa, A. N. 1994. Dielectric vacuum drying of hardwoods. Proc. 4th IUFRO Int. Wood Drying Conference, New Zealand Forest Research Institute, Rotorua, New Zealand, pp. 271-278.

Saito, S. and Sulaiman, I. B. 1999. Radiofrequency vacuum (RF/V) drying of small diameter Keruing. Proc. 6th Int. Wood Drying Conference, University of Stellenbosh, Stellenbosch, South Africa, 234p.

Smith, W. B., Smith. A. and Neauhauser, E. F. 1994. Radio-frequency/vacuum drying of red oak: Energy, quality, value. Proc. 4th IUFRO Int. Wood Drying Conference, New Zealand Forest Research Institute, Rotorua, New Zealand, pp. 263-270.

Stephen, J.L. and H. J. Holmquest, 1936: Drying lumber with highfrequency electric fields. Wood Products 41, 10: 10-12 and 41, 11: 15, 19.

The Russian Academy of Science, Vacuum dielectric apparatus for seasoning wood, Scientific Productional Centre of Informational and Industrial Technologies Moscow

Trofatter, G. and R.A. Harris, and J. Schroeder and M.A. Taras, 1986: Comparison of moisture content variation in red oak lumber dried by a radio-frequency/vacuum process and a conventional kiln. Forest Prod. J., 36, 5: 25-28.

Tadeusz K. T., Mujumdar A. S.2009. Advanced Drying Technologies, Taylor Fravcis group. Chapter 32, p. 413.