BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ

PTNT
VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
---------    ---------

HÀ TIẾN MẠNH

ẢNH HƯỞNG CỦA CHÊNH LỆCH ĐỘ ẨM TRONG GỖ XẺ
KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd.) ĐẾN KHUYẾT TẬT
KHI SẤY, ỨNG DỤNG CHO LÒ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT


HÀ NỘI – 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ

PTNT
VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
---------    ---------

HÀ TIẾN MẠNH

ẢNH HƯỞNG CỦA CHÊNH LỆCH ĐỘ ẨM TRONG GỖ XẺ
KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd.) ĐẾN KHUYẾT TẬT

KHI SẤY, ỨNG DỤNG CHO LÒ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Ngành đào tạo: Kỹ thuật chế biến lâm sản
Mã ngành: 9 54 90 01
Người
khoa học:

hướng

dẫn

1. GS. TS. Phạm Văn
Chương
2. TS. Bùi Duy Ngọc


HÀ NỘI – 2023
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của tơi.
Nội dung của luận án có sử dụng một phần kết quả của đề tài nghiên cứu khoa
học công nghệ….., nghiên cứu sinh là cộng tác viên chính thực hiện nội dung nghiên
cứu sấy gỗ Keo tai tượng bằng năng lượng mặt trời. Các thông tin, số liệu và kết quả
nghiên cứu này đã được đơn vị chủ trì, chủ nhiệm đề tài và các thành viên chính tham
gia thực hiện đề tài đồng ý cho phép sử dụng trong luận án.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chưa
được tác giả khác cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào, ngoại trừ báo cáo tổng kết đề
tài và các bài tạp chí chuyên ngành do nghiên cứu sinh là tác giả chính.
Hà Nội, ngày

năm 2023
Nghiên cứu sinh

Hà Tiến Mạnh

tháng


LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành theo chương trình đào tạo tiến sĩ khóa 29 năm
2017 của Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Trong quá trình thực hiện, tác giả đã
nhận được rất nhiều sự tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ của quý cơ quan, q thầy
cơ, đồng nghiệp cũng như gia đình và bạn bè.
Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và sự kính trọng đến GS. TS.
Phạm Văn Chương và TS. Bùi Duy Ngọc là những người hướng dẫn khoa học đã dành
nhiều thời gian, công sức và tận tâm giúp đỡ để luận án được hoàn thành; TS. Adam
Lloyd Redman là người trực tiếp hướng dẫn thực hiện các thí nghiệm tại DAF Queensland, Úc để thu thập số liệu và công bố các bài báo.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các chuyên gia, các đồng
nghiệp, các cán bộ, nguyên cán bộ của Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng đã luôn
đồng hành, giúp đỡ suốt quá trình thực hiện các nghiên cứu và sẵn sàng chia sẻ, góp ý
chun mơn để luận án có được hàm lượng khoa học cao. Trong đó, TS. Nguyễn Đức
Thành là người trực tiếp thực hiện các thí nghiệm chụp ảnh cấu tạo hiển vi gỗ Keo tai
tượng tại Đại học Kyoto, Nhật Bản.
Tác giả cũng đã nhận được sự hỗ trợ và quan tâm kịp thời trong suốt q trình
học tập, nghiên cứu và hồn thành luận án từ Ban Giám đốc Viện Khoa học Lâm
nghiệp Việt Nam, Ban Lãnh đạo và chuyên viên của Viện Nghiên cứu Công nghiệp
rừng, lãnh đạo và chuyên viên của Ban Khoa học, Đào tạo và Hợp tác quốc tế, lãnh
đạo và các cán bộ nhân viên của Trung tâm Chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng.
Tác giả cũng được hỗ trợ về kinh phí của Quỹ học bổng Crawford Fund cho các hoạt
động tập huấn, đào tạo và thí nghiệm tại DAF - Queensland, Úc. Nhân dịp này, tác giả

xin được trân trọng gửi lời cảm ơn đến các cơ quan, tổ chức và đơn vị.
Cuối cùng là sự tri ân tình cảm đến tất cả những người thân trong gia đình và
bạn bè đã chia sẻ khó khăn, động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án.

MỤC LỤC


LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................5
1.1. Mức chênh lệch độ ẩm trong gỗ khi sấy.............................................................5
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khuyết tật gỗ sấy.......................................................9
1.3. Quá trình vận chuyển ẩm trong gỗ khi sấy.......................................................10
1.4. Đặc tính của gỗ sử dụng cho mơ hình chuyển khối..........................................17
1.5. Mơ hình hóa trong sấy gỗ.................................................................................22
1.6. Nghiên cứu về sấy gỗ và sấy NLMT................................................................25
1.7. Tiểu kết............................................................................................................. 31
Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................33
2.1. Nội dung nghiên cứu........................................................................................33
2.1.1. Xác định mức chênh lệch độ ẩm trong gỗ xẻ Keo tai tượng khi sấy và ảnh hưởng
của nó đến khuyết tật...............................................................................................33
2.1.2. Nghiên cứu sấy gỗ xẻ Keo tai tượng bằng lò sấy NLMT...............................33
2.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu................................................................33
2.2.1. Vật liệu nghiên cứu........................................................................................33
2.2.2. Phương pháp luận và cách tiếp cận nghiên cứu.............................................34
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................35
2.2.3.1. Phương pháp xác định đặc điểm cấu tạo và đặc tính gỗ Keo tai tượng.......35
2.2.3.2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của mức chênh lệch độ ẩm đến khuyết tật
................................................................................................................................. 46

2.2.3.3. Phương pháp xây dựng mơ hình tốn học...................................................50
2.2.3.4. Phương pháp lựa chọn chế độ sấy NLMT..................................................55
2.2.3.5. Phương pháp đề xuất quy trình sấy NLMT.................................................58


Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.......................................60
3.1. Ảnh hưởng của đặc điểm cấu tạo và đặc tính gỗ Keo tai tượng đến quá trình vận
chuyển ẩm...............................................................................................................60
3.1.1. Đặc điểm cấu tạo...........................................................................................60
3.1.2. Tính chất vật lý..............................................................................................71
3.1.3. Đặc tính chuyển khối.....................................................................................74
3.1.4. Ảnh hưởng của đặc điểm cấu tạo và đặc tính gỗ Keo tai tượng đến quá trình sấy
................................................................................................................................. 80
3.2. Ảnh hưởng của mức chênh lệch độ ẩm đến khuyết tật trong suốt quá trình sấy gỗ
xẻ Keo tai tượng......................................................................................................81
3.2.1. Diễn biến giảm độ ẩm gỗ và diễn biến môi trường sấy..................................81
3.2.2. Sự thay đổi mức chênh lệch độ ẩm trong suốt quá trình sấy..........................84
3.2.3. Sự phát triển khuyết tật trong suốt quá trình sấy............................................87
3.2.4. Xây dựng hàm tương quan giữa mức chênh lệch độ ẩm và khuyết tật...........94
3.2.5. Xác định ngưỡng của mức chênh lệch độ ẩm ảnh hưởng đến khuyết tật.....100
3.3. Mơ hình tốn học mơ phỏng q trình vận chuyển ẩm khi sấy gỗ Keo tai tượng
trong lò sấy quy chuẩn...........................................................................................101
3.3.1. Kết quả mô phỏng........................................................................................101
3.3.2. Đối chiếu kết quả mơ phỏng của mơ hình với thực nghiệm.........................107
3.4. Chế độ sấy gỗ xẻ Keo tai tượng bằng NLMT.................................................109
3.4.1. Sự ảnh hưởng của chế độ sấy đến chất lượng gỗ sấy...................................109
3.4.2. Sự ảnh hưởng của chế độ sấy đến thời gian sấy...........................................110
3.4.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu sấy NLMT trên cơ sở các hàm tương quan giữa
mức chênh lệch độ ẩm, EMC và mức độ nứt vỡ gỗ sấy.........................................114
3.5. Đề xuất quy trình sấy gỗ xẻ Keo tai tượng bằng năng lượng mặt trời............116

3.5.1. Kết quả khảo nghiệm...................................................................................116


3.5.2. Quy trình cơng nghệ sấy gỗ xẻ Keo tai tượng bằng NLMT.........................124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................132
1. Kết luận.............................................................................................................132
2. Tồn tại và kiến nghị...........................................................................................134
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CÓ LIÊN QUAN..........................135
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................136
PHỤ LỤC....................................................................................................................


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Viết
tắt/ký hiệu
ALUCHA
ANO
VA
IAWA
MC
gradient
NLM
T
OM
PVCCHA
SEM

Giải thích
Hệ thống thiết bị đo hệ số thấm
Phân tích phương sai

Hội Giải phẫu gỗ quốc tế
Mức chênh lệch độ ẩm/dốc ẩm
Năng lượng mặt trời
Optical microscope - Kính hiển vi quang học
Một hệ thống đo hệ số khuếch tán
Scanning electron microscope - Kính hiển vi điện tử quét

W

Khoảng trễ giữa hai đồ thị hút và nhả ẩm

X

Chênh lệch độ ẩm giữa 2 bề mặt của mẫu khuếch tán

A

Diện tích mặt cắt ngang mẫu khuếch tán

Ai

Diện tích ảnh tế bào sợi gỗ hoặc mạch gỗ thứ i

Aj

Diện tích lỗ rỗng ruột tế bào sợi gỗ hoặc mạch gỗ thứ j

C

Mức độ cong vênh


Db

Hệ số khuếch tán

Dfl

Đường kính ruột tế bào sợi gỗ
Kích thước ban đầu theo hướng xuyên tâm/tiếp tuyến mẫu co

Di
Dt
Edt
EMC

rút

Kích thước lúc đo theo hướng xuyên tâm/tiếp tuyến mẫu co

rút

Sai số thời gian sấy giữa dự đốn của mơ hình và thực
nghiệm
Độ ẩm thăng bằng

FSP

Điểm bão hòa thớ gỗ

G


Tỷ trọng ở độ ẩm cuối cùng mẫu khuếch tán

K

Hệ số thấm

L

Chiều dọc thớ/Kích thước theo chiều dọc thớ/chiều dài

m

Khối lượng của hơi ẩm khuếch tán qua mẫu

mb

Khối lượng kẹp giữ mẫu co rút

MC

Độ ẩm gỗ

MCa

Độ ẩm trung bình đống gỗ sấy


Viết
tắt/ký hiệu


Giải thích

MCai

Độ ẩm trung bình ban đầu của thanh mẫu

MCat

Độ ẩm trung bình tại các thời điểm đo của thanh mẫu

MCg

Độ ẩm các vị trí theo chiều dày thanh mẫu

MCt

Độ ẩm của mẫu tại các thời điểm đo

md

Khối lượng mẫu khơ kiệt

mg

Khối lượng kẹp giữ mẫu cịn tươi

mi

Khối lượng ban đầu thanh mẫu sấy


MOE

Modulus of elasticity - Mô đun đàn hồi uốn tĩnh

MOR

Modulus of rupture - Độ bền uốn tĩnh

mt

Khối lượng thanh mẫu sấy tại các thời điểm đo

n

Số điểm dữ liệu rời rạc

NDi

Mức độ nứt đầu của thanh gỗ thứ i

Ni

Tổng mức độ nứt vỡ của thanh gỗ thứ i

NMi

Mức độ nứt mặt của thanh gỗ thứ i

P


Giá trị xác suất (giá trị p)

R

Chiều xuyên tâm/Kích thước theo chiều xuyên tâm

R2

Hệ số tương quan của hai kết quả đo

RH

Relative humidity - Độ ẩm môi trường sấy

RMSE

Root Mean Square Error - Sai số tồn phương trung bình gốc

SD

Standard deviation - Độ lệch chuẩn

St

Độ co rút của mẫu tại các thời điểm đo

T

Nhiệt độ mơi trường sấy/Chiều tiếp tuyến/Kích thước theo

chiều tiếp tuyến/chiều dày mẫu

t

Thời gian

te

Thời gian sấy thực nghiệm

Tfw

Độ dày vách tế bào sợi gỗ

Tk

Nhiệt độ khô môi trường sấy

ts

Thời gian sấy dự đốn của mơ hình

Tư

Nhiệt độ ướt môi trường sấy

U

Dốc sấy



Viết
tắt/ký hiệu

Giải thích

Vg

Thể tích mẫu khi đạt độ ẩm bão hòa

W

Chiều rộng mẫu

X

Độ ẩm cuối cùng của mẫu khuếch tán

Xb

Độ ẩm mặt dưới của mẫu khuếch tán

Xt

Độ ẩm mặt trên của mẫu khuếch tán
Giá trị MC và nhiệt độ sấy của mẻ sấy thực nghiệm ở thời

yt
ŷt


điểm t

Giá trị đầu ra (MC và nhiệt độ sấy) của mơ hình ở thời điểm t

α

Mức ý nghĩa giả thuyết thống kê

ΔT

Chênh lệch nhiệt độ khô - ướt môi trường sấy

ρb

Khối lượng riêng cơ bản

ρw

Khối lượng riêng của nước

φ

Độ rỗng ruột tế bào sợi gỗ hoặc mạch gỗ

ϕ

Đường kính

φf


Độ rỗng ruột tế bào sợi gỗ

φt

Tổng độ rỗng

φv

Độ rỗng ruột tế bào mạch gỗ


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc tính gỗ Keo tai tượng ở vườn giống Queensland.........................................19
Bảng 2.1. Chế độ sấy cứng với dốc sấy U = 4,4 - 5,0..........................................................48
Bảng 2.2. Chế độ sấy mềm với dốc sấy U = 2,0 - 2,5..........................................................48
Bảng 2.3. Các đặc tính gỗ Keo tai tượng đã xác định..........................................................51
Bảng 2.4. Các thông số môi trường sấy đưa vào mơ hình...................................................52
Bảng 2.5. Thứ tự giảm dần độ nhạy của các yếu tố tác động đến mơ hình..........................54
Bảng 2.6. Chế độ cài đặt sấy thí nghiệm bằng NLMT.........................................................56
Bảng 3.1. Độ rỗng của gỗ xác định trên các mẫu ảnh..........................................................68
Bảng 3.2. Khối lượng riêng cơ bản......................................................................................71
Bảng 3.3. Độ co rút và FSP..................................................................................................72
Bảng 3.4. Hệ số thấm lỏng và khí (K) theo chiều dọc thớ (L), xuyên tâm (R), và tiếp tuyến (T)
của gỗ Keo tai tượng............................................................................................................74
Bảng 3.5. Hệ số thấm khí (K) theo chiều dọc thớ (L), xuyên tâm (R), và tiếp tuyến (T) của
một số loại gỗ lá rộng...........................................................................................................76
Bảng 3.6. Hệ số khuếch tán ẩm (Db) theo chiều dọc thớ (L), xuyên tâm (R), và tiếp tuyến (T)
của gỗ Keo tai tượng............................................................................................................78
Bảng 3.7. Hệ số khuếch tán ẩm (Db) theo chiều dọc thớ (L), xuyên tâm (R), và tiếp tuyến (T)
của một số loại gỗ lá rộng....................................................................................................78

Bảng 3.8. Mức chênh lệch độ ẩm, EMC và nứt vỡ ở mẻ sấy cứng và sấy mềm..................95
Bảng 3.9. Các hàm tương quan giữa mức độ nứt vỡ với mức chênh lệch độ ẩm và EMC ở các
mốc độ ẩm gỗ trong mẻ sấy cứng và sấy mềm....................................................................98
Bảng 3.10. Các chỉ số mức chênh lệch độ ẩm và EMC cần đạt để mẻ sấy giả định có mức độ
nứt vỡ bằng 0 %...................................................................................................................98
Bảng 3.11. Các chỉ số mức chênh lệch độ ẩm và EMC cần đạt để mẻ sấy giả định có mức độ
nứt vỡ bằng 0,5 %................................................................................................................98
Bảng 3.12. Các ngưỡng mức chênh lệch độ ẩm tối đa và EMC tối thiểu làm gỗ sấy xảy ra các
mức độ nứt vỡ khác nhau...................................................................................................100


Bảng 3.13. Chất lượng của gỗ ở các chế độ sấy bằng NLMT...........................................109
Bảng 3.14. Kết quả nghiên cứu sấy đã công bố với một số loại gỗ...................................109
Bảng 3.15. Thời gian từng giai đoạn sấy của các chế độ sấy thí nghiệm NLMT..............111
Bảng 3.16. Mức chênh lệch độ ẩm, EMC tính tốn và thực tế trong lị sấy NLMT..........114
Bảng 3.17. Một số thông tin cơ bản về 2 mẻ sấy khảo nghiệm.........................................117
Bảng 3.18. Chất lượng gỗ sấy ở các mẻ sấy khảo nghiệm và mẻ đối chứng.....................118
Bảng 3.19. Chi phí sấy 1 lò sấy hơi nước cho 35 m3 gỗ Keo xẻ dày 25 mm.....................122
Bảng 3.20. Chi phí sấy 1 lị sấy NLMT cho 30 m3 gỗ Keo xẻ dày 25 mm........................123
Bảng 3.21. So sánh chi phí sấy giữa lị sấy NLMT và lò sấy hơi nước.............................123
Bảng 3.22. Chế độ sấy bằng NLMT cho gỗ xẻ Keo tai tượng có chiều dày (25 ± 1) mm.128
Bảng 3.23. Ví dụ quy đổi chế độ sấy bằng NLMT cho gỗ xẻ Keo tai tượng có chiều dày (25 ±
1) mm.................................................................................................................................129


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Ví dụ chênh lệch ẩm gỗ sấy...................................................................................5
Hình 1.2. Mơ tả mối liên quan giữa chênh lệch ẩm đến chênh lệch ứng suất........................5
Hình 1.3. Đo nội ứng suất ở các vị trí khác nhau theo chiều dày..........................................6
Hình 1.4. Mơ tả q trình vận chuyển ẩm trong gỗ lá rộng.................................................10

Hình 1.5. Màng lỗ thơng ngang giữa 2 tế bào mạch gỗ gỗ Populus sp. độ phóng đại x250011
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo hệ số thấm khí..........................................................14
Hình 1.7. Sơ đồ ngun lý thiết bị đo hệ số khuyếch tán.....................................................16
Hình 1.8. Hình ảnh mơ phỏng vách tế bào gỗ......................................................................17
Hình 1.9. Hình ảnh mơ phỏng ba chiều của mẫu gỗ Phong (Birch - Betula spp.)...............18
Hình 1.10. Một ví dụ đồ thị xác định FSP...........................................................................22
Hình 2.1. Ảnh mơ tả xác định độ rỗng.................................................................................37
Hình 2.2. Sơ đồ chuẩn bị mẫu để kiểm tra hệ số thấm và hệ số khuếch tán........................38
Hình 2.3. Máy khoan rút lõi lấy mẫu để kiểm tra hệ số thấm và hệ số khuếch tán.............39
Hình 2.4. Máy đo hệ số thấm Porolux 1000 Porometer.......................................................40
Hình 2.5. Vaporimeter đo hệ số khuyếch tán ẩm trên hệ thống PVC-CHA........................41
Hình 2.6. Ảnh chụp các vaporimeter...................................................................................41
Hình 2.7. Tủ khí hậu có găng tay để thao tác cân mẫu khơng mở cánh tủ..........................42
Hình 2.8. Chuẩn bị mẫu xác định khối lượng riêng cơ bản (mẫu 2), độ co rút và điểm bão hồ
thớ gỗ (mẫu 1)......................................................................................................................43
Hình 2.9. Ảnh mơ tả mẫu và quá trình xác định độ co rút...................................................45
Hình 2.10. Sơ đồ xếp đống gỗ sấy để rút 2 mẫu MCa và 2 mẫu MCg..................................46
Hình 2.11. Lị sấy gỗ quy chuẩn Melb Uni 2074-4..............................................................47
Hình 2.12. Thiết bị cắt lát mẫu gỗ mỏng..............................................................................47
Hình 2.13. Thiết bị đo thơng số mơi trường sấy..................................................................48
Hình 2.14. Sơ đồ thanh gỗ (a) được mơ phỏng dưới dạng lưới của mặt cắt ngang (b) và mặt
cắt dọc (c).............................................................................................................................53


Hình 2.15. Lị sấy gỗ sử dụng NLMT thí nghiệm................................................................55
Hình 2.16. Mơ tả phép đo cong, vênh của gỗ sấy................................................................57
Hình 2.17. Đầu đo độ ẩm của đống gỗ sấy nối với bộ hiển thị............................................58
Hình 2.18. Thiết bị đo tốc độ gió (vàng - đen) và đo nhiệt độ, độ ẩm (trắng).....................58
Hình 2.19. Lị sấy NLMT khảo nghiệm...............................................................................59
Hình 3.1. Lỗ mạch trên mặt cắt ngang.................................................................................60

Hình 3.2. Mạch gỗ trên mặt cắt tiếp tuyến và mặt cắt ngang...............................................61
Hình 3.3. Lỗ thơng ngang trên vách giữa các mạch gỗ (mặt cắt tiếp tuyến).......................62
Hình 3.4. Lỗ thông ngang giữa mạch và tia (mặt cắt xuyên tâm)........................................62
Hình 3.5. Ảnh OM x 400 lần quan sát sợi gỗ trên mặt cắt ngang........................................63
Hình 3.6. Mặt cắt xuyên tâm và tiếp tuyến quan sát sợi gỗ, tia gỗ và tế bào mơ mềm........63
Hình 3.7. Xu hướng giảm cấp chất lượng gỗ sấy do mo móp theo tỷ lệ Dfl/Tfw..................64
Hình 3.8. Hình ảnh lỗ thơng ngang của sợi gỗ (trên mặt cắt xuyên tâm)............................65
Hình 3.9. Các ảnh mặt cắt ngang và xun tâm quan sát tế bào mơ mềm...........................65
Hình 3.10. Tia gỗ trên mặt cắt tiếp tuyến.............................................................................66
Hình 3.11. Các ảnh OM mặt cắt dọc thớ quan sát tia gỗ.....................................................66
Hình 3.12. Màng lỗ thơng ngang khơng có nút....................................................................67
Hình 3.13. Các chất chứa trong gỗ.......................................................................................68
Hình 3.14. Xu hướng tăng tốc độ sấy theo độ rỗng (%)......................................................69
Hình 3.15. Đường cong co rút điển hình của 2 mẫu xuyên tâm và tiếp tuyến.....................72
Hình 3.16. Đường cong co rút điển hình mơ tả giai đoạn gỗ mo móp.................................73
Hình 3.17. Q trình tiến triển của dòng khuếch tán ẩm theo thời gian của gỗ Keo tai tượng77
Hình 3.18. So sánh hệ số thấm và khuếch tán của gỗ Keo tai tượng với một số loại gỗ lá rộng
..............................................................................................................................................79
Hình 3.19. Xu hướng giảm cấp chất lượng gỗ sấy do nứt vỡ theo chênh lệch co rút các chiều
và tỷ lệ giữa co rút và khuếch tán.........................................................................................81


Hình 3.20. Diễn biến độ ẩm gỗ và các thơng số môi trường theo thời gian ở mẻ sấy số 1 (dốc
sấy U = 4,4 - 5,0)..................................................................................................................82
Hình 3.21. Diễn biến độ ẩm gỗ và các thông số môi trường theo thời gian ở mẻ sấy số 2 (dốc
sấy U = 2,0 - 2,5)..................................................................................................................83
Hình 3.22. Mức chênh lệch độ ẩm trong tấm gỗ suốt quá trình sấy....................................85
Hình 3.23. Chiều dài các vết nứt mặt khả kiến của các tấm gỗ suốt quá trình sấy..............88
Hình 3.24. Chiều dài các vết nứt đầu khả kiến của các tấm gỗ suốt quá trình sấy..............89
Hình 3.25. Vết nứt đầu xuất hiện trên tấm ván tiếp tuyến...................................................90

Hình 3.26. Độ sâu mo móp suốt q trình sấy.....................................................................91
Hình 3.27. Độ cao cong vênh trung bình của các tấm gỗ suốt quá trình sấy.......................93
Hình 3.28. Đồ thị và mức độ nứt vỡ, mức chênh lệch độ ẩm và EMC ở các mốc độ ẩm gỗ
trong mẻ sấy cứng và sấy mềm............................................................................................96
Hình 3.29. Đồ thị mối tương quan giữa mức độ nứt vỡ với mức chênh lệch độ ẩm và EMC ở
thời điểm độ ẩm gỗ đạt 50 %...............................................................................................96
Hình 3.30. Đồ thị mối tương quan giữa mức độ nứt vỡ với mức chênh lệch độ ẩm và EMC ở
thời điểm độ ẩm gỗ đạt 20 %...............................................................................................97
Hình 3.31. Đồ thị mối tương quan giữa mức độ nứt vỡ với mức chênh lệch độ ẩm và EMC ở
thời điểm độ ẩm gỗ đạt 12 %...............................................................................................97
Hình 3.32. Đồ thị mức chênh lệch độ ẩm và EMC ở các mốc độ ẩm gỗ trong 2 mẻ sấy giả
định với mức độ nứt vỡ bằng 0 % và 0,5 %.........................................................................99
Hình 3.33. Mơ phỏng diễn biến MC và nhiệt độ trên mặt cắt ngang ván xuyên tâm thời điểm 0
giờ, MC 152,53 %..............................................................................................................102
Hình 3.34. Mơ phỏng diễn biến MC và nhiệt độ trên mặt cắt ngang ván xuyên tâm thời điểm
63 giờ, MC 50 %................................................................................................................103
Hình 3.35. Mô phỏng diễn biến MC và nhiệt độ trên mặt cắt ngang ván xuyên tâm thời điểm
202 giờ, MC 25,28 %.........................................................................................................103
Hình 3.36. Mơ phỏng diễn biến MC và nhiệt độ trên mặt cắt ngang ván xuyên tâm thời điểm
305 giờ, MC 12 %..............................................................................................................104


Hình 3.37. Mơ phỏng diễn biến MC trên mặt cắt ngang của ván xuyên tâm (a) và ván tiếp
tuyến (b) thời điểm MC đạt 100 %....................................................................................105
Hình 3.38. Mơ phỏng tổng thời gian sấy của ván xuyên tâm (a) và ván tiếp tuyến (b).....105
Hình 3.39. Mơ phỏng diễn biến MC và nhiệt độ trên mặt cắt ngang ván tiếp tuyến thời điểm
32 giờ, MC 50 %................................................................................................................106
Hình 3.40. Mơ phỏng diễn biến MC và nhiệt độ trên mặt cắt ngang ván tiếp tuyến thời điểm
89,5 giờ, MC 25,28 %........................................................................................................107
Hình 3.41. So sánh diễn biến giảm MC giữa mơ hình lý thuyết và thực nghiệm..............108

Hình 3.42. Đồ thị diễn biến ẩm của gỗ ở các chế độ sấy NLMT.......................................112
Hình 3.43. Đồ thị thơng số sấy và diễn biến ẩm của gỗ với dốc sấy U = 3,2....................113
Hình 3.44. Mức chênh lệch độ ẩm, EMC tính tốn và thực tế trong lị sấy NLMT...........115
Hình 3.45. Mối quan hệ giữa EMC tính tốn và thực tế trong lị sấy NLMT....................116
Hình 3.46. Diễn biến nhiệt độ và độ ẩm môi trường của 2 mẻ sấy khảo nghiệm..............117
Hình 3.47. Diễn biến thơng số mơi trường và độ ẩm của gỗ trong mẻ sấy số 1................120
Hình 3.48. Sơ đồ công nghệ sấy gỗ Keo tai tượng rừng trồng bằng NLMT.....................125
Hình 3.49. Sơ đồ xếp gỗ trong lị sấy.................................................................................127


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Ở Việt Nam, diện tích rừng trồng đang tăng nhanh chóng trong hơn 30 năm qua
và cây Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) đã trở thành cây trồng chủ lực để cung
cấp gỗ cho ngành chế biến hiện nay. Sấy gỗ là khâu bắt buộc trong quy trình sản xuất
và quyết định chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, sấy gỗ cũng cản trở đến năng suất và
lợi nhuận do nhân công, nhiên liệu và gỗ sấy bị khuyết tật, đặc biệt là những loài cây
rừng trồng mọc nhanh như Keo tai tượng là vấn đề cần được giải quyết khắc phục.
Sấy gỗ là tổng hợp các quá trình vận chuyển xảy ra bên trong và bề mặt gỗ, bao
gồm vận chuyển ẩm, bay hơi bề mặt, vận chuyển nhiệt và trao đổi nhiệt. Vận chuyển ẩm
chịu tác động bởi 3 q trình cịn lại, ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian và chất lượng gỗ
sấy nên được luận án tập trung nghiên cứu. Động lực để vận chuyển ẩm (nước và hơi
nước) từ trong gỗ ra bề mặt là mức chênh lệch độ ẩm, đặc trưng bằng dốc ẩm (moisture
content gradient). Mức chênh lệch độ ẩm cũng dẫn đến sự co rút không đều, sản sinh nội
ứng suất, gây nứt vỡ và biến dạng gỗ sấy. Điều tiết mức chênh lệch độ ẩm giúp quá trình
sấy đạt hiệu quả cao, gỗ khơ nhanh và ít khuyết tật. Xác định mức chênh lệch độ ẩm từ
tâm ra bề mặt gỗ trong suốt quá trình sấy và ảnh hưởng tới sự phát triển khuyết tật có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn giúp lựa chọn các chế độ sấy phù hợp.
Sự di chuyển ẩm trong gỗ rất phức tạp thơng qua các kênh mao quản chính được
kết nối bằng các lỗ nhỏ hơn được gọi là quá trình chuyển khối (mass transfer). Chuyển

khối đặc trưng bởi khả năng thấm và khuếch tán phụ thuộc vào cấu tạo gỗ. Môi trường
sấy tác động đến tốc độ bay hơi bề mặt và quá trình chuyển khối bên trong gỗ cần được
xác định. Các đặc tính khác bao gồm khối lượng riêng, co rút, điểm bão hòa thớ gỗ
(FSP) và độ rỗng trong gỗ cũng được đo đếm để hiểu rõ các hiện tượng xảy ra với gỗ
sấy và cung cấp dữ liệu đầu vào cho mơ hình tốn học mơ phỏng q trình sấy.
Mơ hình tốn học là cơng cụ mạnh mẽ, sử dụng ngơn ngữ tốn học để hiểu cơ
chế của quá trình sấy gỗ và tối ưu hóa chế độ sấy sao cho thời gian sấy và khuyết tật là
tối thiểu. Đây là phương pháp tiến bộ, hiệu quả hơn phương pháp truyền thống thường
được thực hiện bởi nhiều mẻ sấy thí nghiệm lặp lại với thời gian và chi phí lớn. Mơ hình


của luận án được xây dựng trên cơ sở kế thừa các thuật tốn đã được lập trình trên phần
mềm Matlab bởi Redman. Các thuật tốn trong mơ hình của tác giả này phù hợp với
thơng số trong lị sấy thơng thường (sấy quy chuẩn) hoặc lị sấy chân khơng nên mơ hình
tốn học trong luận án được thực hiện ở lò sấy quy chuẩn. Mặc dù chưa ứng dụng được
cho lò sấy năng lượng mặt trời (NLMT) nhưng việc sử dụng mơ hình tốn học để tối ưu
hố chế độ sấy đã đưa ra cách tiếp cận mới trong nghiên cứu về sấy.
Xác định mức chênh lệch độ ẩm và sự tương quan tới khuyết tật đã được thực
hiện trong lò sấy quy chuẩn và ứng dụng để đối chiếu với lò sấy NLMT. Sấy gỗ sử
dụng NLMT là hình thức sấy gián đoạn. Nhiệt được cung cấp nhiều cho lị sấy vào ban
ngày, trời có đủ nắng. Vào ban đêm hoặc những ngày khơng có nắng, nhiệt sẽ dần mất
đi, giúp sự chênh lệch ẩm trong gỗ cân bằng lại. Sấy gỗ bằng NLMT đang là hướng đi
mới và ngày càng có tính ứng dụng cao trong sản xuất cơng nghiệp.
Mong muốn tìm ra luận cứ khoa học về mối tương quan giữa mức chênh lệch
độ ẩm và khuyết tật xảy ra trong gỗ suốt quá trình sấy và ứng dụng cho trường hợp sấy
gỗ cụ thể là lý do mà luận án “Ảnh hưởng của chênh lệch độ ẩm trong gỗ xẻ Keo tai
tượng (Acacia mangium Willd.) đến khuyết tật khi sấy, ứng dụng cho lò sấy năng
lượng mặt trời” cần thiết được thực hiện nhằm bổ sung cơ sở khoa học để tiếp tục
phát triển nghiên cứu về sấy gỗ nói chung và sấy gỗ Keo tai tượng nói riêng.
2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu lý luận: Xác định được mối quan hệ về bản chất giữa mức chênh lệch
độ ẩm trong gỗ xẻ Keo tai tượng đến khuyết tật khi sấy.
Mục tiêu thực tiễn: Đề xuất được quy trình sấy gỗ xẻ Keo tai tượng trong lò sấy
năng lượng mặt trời.
3. Đối tượng nghiên cứu
Gỗ Keo tai tượng 9 năm tuổi được khai thác tại thôn Thanh Cao, xã Ngọc
Thanh, thành phố Phúc Yên, tỉnh Vĩnh Phúc.
4. Phạm vi nghiên cứu
Tập trung nghiên cứu quá trình vận chuyển ẩm khi sấy gỗ, khơng nghiên cứu
các quá trình bay hơi bề mặt, vận chuyển nhiệt và trao đổi nhiệt. Xác định ảnh hưởng


trực tiếp của mức chênh lệch độ ẩm đến khuyết tật suốt q trình sấy, khơng xác định
tương quan của mức chênh lệch độ ẩm và nội ứng suất.
Mức chênh lệch độ ẩm được giới hạn là giữa các vị trí theo chiều dày tấm gỗ.
Sử dụng phương pháp cắt lát mẫu theo chiều dày tấm gỗ để xác định mức chênh
lệch độ ẩm trong gỗ sấy vì cho độ chính xác cao từ khi gỗ cịn tươi. Nghiên cứu thăm
dò cho thấy hệ số tương quan về kết quả đo của phương pháp cắt lát so với phương
pháp điện trở là rất cao (R2 = 0,8795) khi xác định mức chênh lệch độ ẩm.
Theo bảng phân nhóm gỗ sấy của Hồ Xuân Các (1999) [3], gỗ Keo tai tượng
thuộc nhóm gỗ III, là nhóm gồm các loại gỗ có khối lượng riêng trung bình nhưng dễ
xuất hiện khuyết tật sấy. Chế độ sấy hai cấp cho nhóm này là dốc sấy 2,0 ở giai đoạn
sấy đầu và dốc sấy 2,4 ở giai đoạn sấy cuối. Tuy nhiên, để thấy rõ sự ảnh hưởng của
mức chênh lệch độ ẩm đến khuyết tật khi sấy, mẻ sấy cứng có dốc sấy U = 4,4 - 5,0 đã
được thực hiện để so sánh với mẻ sấy mềm có dốc sấy U = 2,0 - 2,5. Các thông số
nhiệt độ, độ ẩm môi trường sấy được tra bảng EMC.
Các yếu tố cố định là yếu tố thuộc về nguyên liệu như loài, tuổi, kích thước gỗ
sấy; yếu tố thuộc về cơng nghệ như thiết bị sấy và thiết bị kiểm tra; cách xếp đống gỗ;
gỗ Keo tai tượng được lấy tại cùng một địa điểm và có cùng một độ tuổi.
Kế thừa nền tảng lập trình của Redman cho mơ hình TransPore hai chiều trên

phần mềm Matlab [78] để sửa đổi dữ liệu và chạy mơ hình tốn học mơ phỏng q
trình sấy quy chuẩn gỗ Keo tai tượng.
Nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn chế độ sấy NLMT phù hợp cho gỗ Keo tai
tượng và ứng dụng tại quy mô sản xuất để đánh giá, hiệu chỉnh và xây dựng quy trình.


5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Góp phần tìm hiểu bản chất của q trình vận chuyển ẩm và
mức chênh lệch độ ẩm ảnh hưởng đến khuyết tật suốt quá trình sấy gỗ Keo tai tượng.
Ý nghĩa thực tiễn: Sự ảnh hưởng của mức chênh lệch độ ẩm đến khuyết tật là
cơ sở để lựa chọn các chế độ sấy và xây dựng quy trình sấy cho gỗ Keo tai tượng trong
lò sấy quy chuẩn, ứng dụng cho lò sấy năng lượng mặt trời.
6. Những đóng góp mới
- Xác định được các đặc tính chuyển khối (thấm và khuếch tán) và các đặc tính
khác của gỗ Keo tai tượng (cấu tạo hiển vi và siêu hiển vi, khối lượng riêng cơ bản, độ
rỗng, độ co rút tế bào, FSP) giải thích cho mối quan hệ giữa mức chênh lệch độ ẩm và
khuyết tật khi sấy và xây dựng mơ hình tốn học mơ phỏng q trình sấy.
- Xác định được mức chênh lệch độ ẩm trong gỗ suốt quá trình sấy bằng
phương pháp cắt lát và tìm ra mối quan hệ giữa mức chênh lệch độ ẩm này và khuyết
tật là hướng nghiên cứu mới và cơ bản về sấy gỗ.
- Đề xuất được quy trình sấy hợp lý cho gỗ Keo tai tượng bằng lò sấy NLMT và
được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất.
7. Cấu trúc của luận án
Luận án có 142 trang, gồm 30 bảng và 78 hình, với kết cấu chính như sau:
Phần mở đầu (4 trang)
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (28 trang)
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu (27 trang)
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (72 trang)
Kết luận, tồn tại và kiến nghị (3 trang)
Luận án có 109 tài liệu tham khảo, trong đó có 19 tài liệu tiếng Việt và 90 tài

liệu tiếng Anh.