Umiditatea lemnului și umiditatea de echilibru: două numere diferite
Două numere decid dacă un blat rămâne drept sau dacă o treaptă de scară lasă un rost deschis. Primul este umiditatea lemnului însuși. Al doilea este umiditatea de echilibru: umiditatea la care lemnul se stabilizează într-un anumit climat, punctul în care nici nu mai primește, nici nu mai cedează apă.1 Problemele apar când cele două sunt departe una de alta, pentru că lemnul va închide diferența, orice am vrea noi.
Cum se calculează umiditatea lemnului
Umiditatea este masa apei dintr-o piesă de lemn împărțită la masa aceleiași piese complet uscate, masa „anhidră”, înmulțită cu 100.1 Pentru că referința este lemnul uscat, nu piesa umedă, valoarea poate trece de 100%. La lemnul verde se întâmplă des: FPL indică pentru specii americane umidități medii în stare verde de 55% în duramen și 72% în alburn la fagul american, 64% și 78% la stejarul alb și 46% și 44% la frasinul alb, iar speciile foarte umede trec de 200%.1 Formula contează când comparați cifre: la lemnul de foc umiditatea se dă adesea raportată la masa inițială, umedă, ceea ce dă un număr mai mic pentru același buștean.2
Apa liberă, apa legată și punctul de saturație a fibrei
Apa se află în lemn în două locuri. Apa liberă umple golurile celulelor; apa legată este reținută în pereții celulari. Umiditatea la care pereții sunt saturați, dar golurile sunt goale, se numește punct de saturație a fibrei. În medie este de circa 30%, dar variază cu câteva puncte procentuale între specii, între piese și în funcție de metoda de măsurare.1 Peste acest punct, pierderea de apă schimbă aproape numai greutatea. Sub el, lemnul se contractă când se usucă și se umflă când preia umiditate, iar proprietățile lui de rezistență se schimbă. Tot ce urmează în acest articol se petrece sub punctul de saturație a fibrei; cum ajunge lemnul acolo explicăm în articolul despre uscarea naturală și uscarea în uscător.
Umiditatea de echilibru: ce face aerul cu lemnul
Lemnul ferit de ploaie și de surse de căldură își ia umiditatea din umiditatea relativă și temperatura aerului din jur. Variațiile zilnice afectează mai ales suprafața; cele sezoniere ajung în toată secțiunea. Lacurile și vopselele încetinesc schimbul, dar nu îl opresc.1
Tabelul umidității de echilibru: temperatură × umiditate relativă
Forest Products Laboratory (FPL) din SUA publică relația dintre umiditatea de echilibru, umiditatea aerului și temperatură încă dinainte de 1920. Versiunea actuală este tabelul 4-2 din Wood Handbook, calculat cu o ecuație care se potrivește datelor istorice.1 Rândurile de mai jos acoperă temperaturile la care lemnul este de obicei depozitat, prelucrat și folosit.
| Temperatura aerului | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 65% | 70% | 80% | 90% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4,4 °C (40 °F) | 4,6 | 6,3 | 7,9 | 9,5 | 11,3 | 12,3 | 13,5 | 16,5 | 21,0 |
| 10,0 °C (50 °F) | 4,6 | 6,3 | 7,9 | 9,5 | 11,2 | 12,3 | 13,4 | 16,4 | 20,9 |
| 15,6 °C (60 °F) | 4,6 | 6,2 | 7,8 | 9,4 | 11,1 | 12,1 | 13,3 | 16,2 | 20,7 |
| 21,1 °C (70 °F) | 4,5 | 6,2 | 7,7 | 9,2 | 11,0 | 12,0 | 13,1 | 16,0 | 20,5 |
| 26,7 °C (80 °F) | 4,4 | 6,1 | 7,6 | 9,1 | 10,8 | 11,7 | 12,9 | 15,7 | 20,2 |
| 32,2 °C (90 °F) | 4,3 | 5,9 | 7,4 | 8,9 | 10,5 | 11,5 | 12,6 | 15,4 | 19,8 |
Precizia de 0,1% arată doar tendințele: valorile reale variază între specii și cu istoria piesei, cu unul-două puncte. Sursa: Glass & Zelinka (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, chapter 4, Table 4-2. Values derived mainly for Sitka spruce; °F rows as published.
Cum se citește tabelul: umiditatea aerului contează, temperatura aproape deloc
Se văd două lucruri. Întâi, umiditatea relativă determină aproape totul. La circa 21 °C, lemnul ajunge la aproximativ 4,5% umiditate la 20% umiditate relativă, la 9,2% la 50% și la 20,5% la 90%. Apoi, temperatura aproape nu contează în intervalul obișnuit de interior: la 50% umiditate relativă, umiditatea de echilibru este 9,5% la 4 °C și 9,1% la 27 °C.1 De aceea higrometrul este cel mai util instrument într-un depozit de lemn și de aceea o încăpere încălzită este uscată pentru lemn: încălzirea aerului îi scade umiditatea relativă.
Vezi datele
| Umiditate relativă | Umiditate de echilibru |
|---|---|
| 20% | 4,5% |
| 25% | 5,4% |
| 30% | 6,2% |
| 35% | 6,9% |
| 40% | 7,7% |
| 45% | 8,5% |
| 50% | 9,2% |
| 55% | 10,1% |
| 60% | 11,0% |
| 65% | 12,0% |
| 70% | 13,1% |
| 75% | 14,4% |
| 80% | 16,0% |
| 85% | 17,9% |
| 90% | 20,5% |
Ținta de circa 8% pentru mobilă corespunde unei umidități relative de aproximativ 40–45%. Sursa: Glass & Zelinka (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, chapter 4, Table 4-2.
Curba explică și de ce valorile țintă pentru mobilă se adună în jurul a 8%. Aceasta este umiditatea de echilibru a aerului cu circa 40–45% umiditate relativă, intervalul unei locuințe încălzite iarna. O scândură cu 12% umiditate este în echilibru cu aproximativ 65% umiditate relativă: o vară umedă, o clădire neîncălzită sau un șopron acoperit.
De ce tabelul este un ghid, nu o lege
FPL spune clar că precizia de 0,1% din tabel servește doar pentru a arăta tendințele. Valorile au fost stabilite în principal pentru molidul de Sitka, o rășinoasă, iar umiditatea de echilibru reală variază între specii și chiar între piese din aceeași specie. Diferențele dintre specii sunt mici la umidități reduse și medii și devin considerabile la umidități mari, unde lemnul bogat în extractive are de regulă o umiditate de echilibru mai mică.1
Contează și istoria piesei. Lemnul care se usucă spre o anumită umiditate a aerului se stabilizează la o umiditate mai mare decât lemnul care preia apă spre aceeași umiditate. Fenomenul se numește histerezis de sorbție. Valorile din tabel sunt la jumătatea distanței dintre cele două situații, deci un compromis practic atunci când nu știți în ce sens se mișcă lemnul.1 În practică, citiți tabelul cu „plus-minus un punct sau două”.
Sursele europene se potrivesc foarte bine. Asociația germană a industriei adezivilor (IVK) publică un tabel pentru 20 °C cu 7,5% la 40% umiditate relativă, 9,1% la 50% și 12,0% la 65%, la câteva zecimi de valorile FPL.5
Climatul interior de-a lungul anului
Umiditatea din locuințe nu este constantă. În Europa Centrală și de Est scade iarna, când aerul rece de afară intră și este încălzit, și crește vara. Un expert german în lemn, într-un articol din Deutsche Handwerks Zeitung, descrie 55–60% umiditate relativă ca normală vara în interior, în timp ce aerisirea de iarnă coboară deja încăperile la 40–45%, și mai jos dacă se aerisește mai mult; el avertizează că umidificarea mult peste 50% iarna aduce risc de mucegai.6
Citit în tabelul umidității de echilibru, acest ciclu mută lemnul mobilei între aproximativ 8% și 11% umiditate în fiecare an. O iarnă uscată, cu încălzire puternică și 30% umiditate relativă, îl coboară la circa 6%; o vară umedă, cu 65%, îl urcă la circa 12%.1,6
Lemnul nu poate fi uscat „dincolo” de acest ciclu. Tot ce poate face un producător este să-l livreze la mijlocul intervalului pe care îl vor impune încăperile clienților și să proiecteze îmbinări și panouri care suportă variația în ambele sensuri.
Cât se mișcă lemnul când i se schimbă umiditatea
Sub punctul de saturație a fibrei, lemnul se contractă și se umflă diferit pe fiecare direcție. Pe direcția tangențială, de-a lungul inelelor anuale, mișcarea este de circa două ori mai mare decât pe direcția radială, perpendicular pe inele. Pe direcția longitudinală, de-a lungul fibrei, mișcarea este mică: 0,1–0,2% de la starea verde la starea anhidră la majoritatea speciilor, deși lemnul juvenil și lemnul de reacție pot ajunge la 2%.1
Mișcarea pe punct procentual: valori europene
Pentru speciile europene, Institutul Bavarez de Silvicultură (LWF) publică contragerea diferențială, adică modificarea dimensiunii pentru fiecare punct procentual de umiditate între 5% și 20%. La fag (Fagus sylvatica) este 0,41% tangențial și 0,20% radial; la stejar (Quercus robur) 0,36% și 0,16%; la tei 0,24–0,32% și 0,15–0,23%.3 Pentru frasin (Fraxinus excelsior), același institut dă 0,38% și 0,21%.7 Alte compilații citează valori puțin diferite, așa că a doua zecimală trebuie privită cu prudență.5
Exemplu de calcul: un panou de 500 mm de la 6% la 12%
Variația lățimii este lățimea × coeficientul × variația umidității. Un panou de fag lat de 500 mm, cu debitare tangențială, care trece de la 6% la 12% umiditate se umflă deci cu 500 × 0,0041 × 6 ≈ 12,3 mm. Același panou din fag cu debitare radială se umflă cu circa 6 mm. Chiar și o variație sezonieră obișnuită de trei puncte, de la 8% la 11%, mișcă panoul de fag tangențial cu circa 6 mm.3
Vezi datele
| Debitare tangențială | Debitare radială | |
|---|---|---|
| Fag | 12,3 mm | 6,0 mm |
| Stejar | 10,8 mm | 4,8 mm |
| Frasin | 11,4 mm | 6,3 mm |
Scândurile reale sunt rareori perfect tangențiale sau radiale; un panou încleiat cu lamele orientate amestecat se situează între cele două valori. Sursa: Coefficients from Grosser & Ehmcke (2016), LWF Wissen 78, Table 3 (beech 0.41/0.20, oak 0.36/0.16 % per % MC) and Grosser (2001), LWF Wissen 34, Table 3 (ash 0.38/0.21). Calculation by SARAL.
FPL folosește aceeași metodă, cu propriii coeficienți de variație dimensională pentru speciile americane. Coeficientul tangențial pentru fagul american, 0,00431 pe punct de umiditate, este aproape identic cu valoarea europeană. FPL adaugă că scândurile reale sunt rareori perfect tangențiale sau perfect radiale, așa că un calcul cu coeficientul tangențial va supraestima probabil variația lățimii.2 Un panou încleiat cu lamele orientate amestecat se situează între cele două bare din grafic.
De ce contează debitarea
Fagul se mișcă mult după standardele europene, motiv pentru care panourile și blaturile din fag au nevoie fie de un climat interior stabil, fie de o construcție care le lasă să se miște. Stejarul se mișcă mai puțin, iar cheresteaua debitată radial din oricare dintre cele două specii înjumătățește aproximativ mișcarea pe lățime. Cum se alege debitarea la gater și cât costă în randament explicăm în articolul despre debitarea tangențială, radială și semiradială.
Umiditatea țintă pentru mobilier, pardoseli și tâmplărie
Regula FPL este simplă: montați lemnul la umiditatea pe care o va avea în exploatare. Astfel variația sezonieră și, deci, mișcarea după montaj rămân cât mai mici.2 Valorile de mai jos sunt valorile de referință publicate.
| Utilizare | Medie | Piese individuale | Sursa |
|---|---|---|---|
| Tâmplărie interioară, pardoseli, mobilier, baghete (majoritatea SUA) | 8% | 6–10% | FPL, tabelul 13-2 |
| Aceleași utilizări, regiuni uscate cu încălzire (sud-vestul SUA) | 6% | 4–9% | FPL, tabelul 13-2 |
| Aceleași utilizări, regiuni de coastă calde și umede | 11% | 8–13% | FPL, tabelul 13-2 |
| Lambriuri și baghete exterioare, astereală, lemn lamelat | 12% | 9–14% | FPL, tabelul 13-2 |
| Foioase pentru mobilier, pardoseli, corpuri, tâmplărie (ținta la uscare) | 6–8% | – | FPL, cap. 13 |
| Majoritatea foioaselor, regulă empirică la uscare | 6,5–7,0% | dispersie mică | FPL-GTR-118 |
| Lemn în spații de locuit (industria germană a adezivilor) | ≈8% | – | IVK TKH-3 |
| Baghete și pardoseli în clădiri încălzite doar ocazional | 12–18% | – | FPL-GTR-118 |
| Cherestea americană de foioase exportată în Europa (tipic, la livrare) | 10–13% | – | FPL-GTR-118 |
EN 942 (tâmplărie) are propriile valori orientative într-o anexă informativă; nu le reproducem aici pentru că standardul nu este liber accesibil. Sursa: Bergman (2021), Wood Handbook FPL-GTR-282, chapter 13, Table 13-2 and text; Denig, Wengert & Simpson (2000), FPL-GTR-118, chapters 4 and 9 and Table 1.4; IVK (2024), TKH-Merkblatt 3.
Mobilier și tâmplărie interioară
Pentru tâmplăria interioară, pardoseli, mobilier și baghete, în cea mai mare parte a SUA, FPL recomandă la montaj o medie de 8%, cu piese individuale între 6% și 10%. În regiunile foarte uscate cu încălzire media scade la 6%, iar în regiunile de coastă umede crește la 11%.2 Lemnul de foioase pentru mobilier, corpuri și tâmplărie se usucă de obicei la 6–8%, puțin sub nivelul din exploatare, pentru că preia puțină umiditate în timpul prelucrării, transportului și montajului.2 Manualul FPL de uscare a foioaselor merge mai departe: ca regulă empirică, majoritatea foioaselor ar trebui uscate la o medie de 6,5–7,0%, cu o dispersie mică.8 Industria germană a adezivilor lucrează cu circa 8% pentru lemnul folosit în spațiile de locuit.5
Pardoseli și scări
Pardoselile și elementele de scară intră în aceeași categorie de interior. Ce merge prost la ele nu este, de obicei, umiditatea la livrare, ci ce se întâmplă pe șantier. Lista FPL pentru parchet și pardoseli finite: măsurați la recepție piese luate la întâmplare cu un umidometru, cereți livrarea doar după ce zidăria și tencuielile s-au uscat, porniți întâi încălzirea, desfaceți pachetele în interiorul clădirii și țineți casa cu circa 8 °C mai caldă decât afară timp de aproximativ trei zile înainte de montaj.2 Articolul despre treptele din stejar masiv tratează partea de produs.
Tâmplărie exterioară, ferestre și lucrări de exterior
Pentru lambriuri exterioare, baghete exterioare și lemn lamelat, FPL recomandă o medie de 12% (9–14% pentru piesele individuale) în cea mai mare parte a SUA.2 Baghetele și pardoselile pentru clădiri încălzite doar ocazional ar trebui uscate la 12–18%.8 În Europa, standardul EN 942 privind lemnul în tâmplărie conține o anexă informativă, „Ghid pentru umiditatea în tâmplărie”, cu valori pe condiții de exploatare, de la tâmplăria exterioară la încăperile încălzite permanent.9 Standardul nu este liber accesibil, așa că precizați în contract clasa din standard și întrebați furnizorul la ce valoare lucrează.
Încleierea: regula celor 2 puncte
Piesele încleiate între ele trebuie să aibă aproape aceeași umiditate. Ghidul IVK pentru adezivii în dispersie (PVAc) admite o diferență de cel mult 2 puncte procentuale între piese, iar FPL aplică aceeași limită de 2 puncte lamelelor dintr-un element încleiat.2,5 Altfel fiecare lamelă se mișcă diferit după presare, ceea ce solicită linia de încleiere și deformează piesa. Contează la orice panou încleiat din lemn masiv.
De ce „uscat în uscător” nu este o specificație de umiditate
Uscarea fixează un punct de pornire, nu o stare permanentă. Lemnul care iese din uscător la 8% începe să se miște spre umiditatea de echilibru a locului în care este depozitat. FPL a măsurat cât de repede: cheresteaua de foioase uscată la 8% sau mai puțin, stivuită compact sub un acoperiș bun, în curte, pe vreme caldă și umedă, a câștigat circa 2 puncte procentuale pe lună în primele 45 de zile și apoi circa 1 punct pe lună. În șoproanele deschise ritmul a fost de circa 1 punct pe lună, iar în magaziile închise de circa 0,3 puncte. Cheresteaua uscată transportată în cala unei nave preia de obicei circa 1,5 puncte într-o călătorie obișnuită.2
Nici lemnul de import nu este întotdeauna uscat la nivelul cerut de mobilă. Manualul FPL de uscare indică o umiditate finală tipică de 10–13% pentru cheresteaua americană de foioase exportată în Europa.8 Pentru prelucrare ulterioară e în regulă, cu condiția ca cumpărătorul să știe și să o reusuce sau să o condiționeze.
Consecințele costă. Același manual estimează că probabil 75% din problemele de fabricație din fabricile de mobilă și corpuri au legătură cu o umiditate greșită a lemnului și că, aproape întotdeauna, lemnul este prea umed.8 Tot acolo se arată că formula „6–8%” este ambiguă: trebuie ca fiecare piesă să fie în interval, sau doar media? Se referă la miez sau la toată piesa?8 O comandă bine scrisă răspunde la aceste întrebări.
Măsurarea umidității: metoda prin uscare în etuvă și umidometrele
În Europa, umiditatea unei piese de cherestea se măsoară conform celor trei părți ale SR EN 13183. Partea 1 descrie metoda prin uscare în etuvă, metoda de referință. Partea 2 tratează estimarea cu umidometrul cu rezistență electrică, iar partea 3 estimarea cu umidometrul capacitiv.4 Părțile 2 și 3 sunt metode „de estimare”: sunt calibrate față de rezultatul obținut în etuvă și sunt credibile doar dacă aparatele sunt folosite corect.
Metoda prin uscare în etuvă (SR EN 13183-1)
Principiul este același peste tot. Procedura FPL folosește secțiuni transversale întregi, lungi de 25 mm, tăiate la cel puțin 500 mm de capătul scândurii, pentru că la capete lemnul se usucă și se umezește mai repede. Fiecare probă se cântărește imediat, se usucă la 101–105 °C până când masa nu se mai schimbă vizibil între două cântăriri la trei ore distanță, ceea ce durează 12–48 de ore, și se recântărește.2 Metoda este lentă și distructivă, dar față de ea se verifică orice umidometru, iar operatorii de uscătoare o folosesc pe probele de control.
Umidometre cu rezistență (cu ace) (SR EN 13183-2)
Umidometrele cu ace măsoară conductanța electrică dintre doi electrozi înfipți în lemn. Lemnul mai umed conduce mai bine curentul. Câteva reguli practice de la FPL:2
- Intervalul. Citirile sunt de încredere între circa 6% și 30% umiditate. Peste 30% sunt doar orientative.
- Adâncimea. Electrozii izolați citesc doar în vârf. Într-o scândură care se usucă, mai umedă în interior, înfipți la o cincime până la un sfert din grosime, dau aproximativ umiditatea medie a piesei. Electrozii neizolați citesc punctul cel mai umed de pe toată lungimea lor, așa că o scândură udată de ploaie pare mai umedă decât este.
- Temperatura. Adăugați circa 0,5 puncte procentuale pentru fiecare 5,6 °C cu care lemnul este mai rece decât temperatura de calibrare a aparatului și scădeți tot atât când este mai cald.
- Specia. Aplicați corecția pentru specie furnizată cu aparatul.
Umidometre capacitive (fără ace) (SR EN 13183-3)
Umidometrele fără ace măsoară proprietățile dielectrice ale lemnului printr-o talpă apăsată pe suprafață. Nu lasă găuri și sunt rapide, de aceea sunt instrumentul obișnuit pentru verificarea parchetului și a pieselor finite. Câmpul lor este cel mai puternic aproape de suprafață, așa că citirea este dominată de straturile exterioare și poate rata un miez umed. Au nevoie de setarea densității sau a speciei, iar intervalul lor de încredere este de circa 4% până la 30%.2
Cât de precis este un umidometru și câte piese trebuie măsurate?
Folosit corect pe un lot de cherestea uscată uniform sub punctul de saturație a fibrei, media citirilor corectate ar trebui să fie la cel mult un punct procentual de media reală.2 O singură citire pe o singură scândură dovedește puțin. FPL recomandă testarea a cel puțin 10% din piesele unui articol; dacă media este la cel mult un punct de țintă și toate piesele se încadrează în limitele individuale, lotul este probabil corespunzător.2
Cum controlăm umiditatea la SARAL
Cum specificați umiditatea: lista cumpărătorului
- Precizați o țintă și o toleranță. De exemplu „medie 8%, toate piesele între 6% și 10%”, după valorile FPL pentru interior. Spuneți dacă toleranța se aplică mediei sau fiecărei piese.
- Numiți metoda de măsurare. Probe uscate în etuvă (SR EN 13183-1), umidometru cu rezistență (SR EN 13183-2) sau umidometru capacitiv (SR EN 13183-3), cu corecțiile de specie și temperatură folosite.
- Întrebați de condiționare. Dacă lemnul va fi respintecat sau încleiat, întrebați dacă șarja a fost egalizată și condiționată. Ambele etape sunt explicate în articolul nostru despre uscare.
- Verificați depozitarea și transportul. Depozitele închise și acoperite și pachetele ambalate păstrează umiditatea obținută în uscător. Curțile deschise, nu.
- Măsurați la recepție. Testați cel puțin 10% din piese înainte de a le prelucra, încleia sau monta și țineți lemnul pe șipci, în încăperea unde va fi folosit, dacă trebuie să se adapteze.
- Proiectați pentru variație. Socotiți o variație sezonieră de trei puncte sau mai mult în interioarele încălzite. Panourile, blaturile și treptele au nevoie de prinderi care le lasă să se miște.
Întrebări frecvente
Ce umiditate trebuie să aibă lemnul pentru mobilă?
Pentru mobila folosită în încăperi încălzite, țintiți o medie de circa 8%, cu piese individuale între 6% și 10%; lemnul de foioase pentru mobilă se usucă de regulă la 6–8%.2 Într-un interior foarte uscat, încălzit permanent, capătul de jos al intervalului este mai sigur.
Ce umiditate de echilibru are lemnul la 50% umiditate a aerului?
La circa 20–21 °C, lemnul în echilibru cu 50% umiditate relativă are circa 9,2% umiditate. La 40% are circa 7,7%, iar la 60% circa 11%.1 Specia și istoria piesei pot muta aceste valori cu un punct sau două.
Este precis un umidometru fără ace?
Da, în limitele lui. Umidometrele capacitive citesc fiabil între circa 4% și 30% umiditate, odată setate pentru specie sau densitate, dar măsoară mai ales straturile exterioare, așa că un miez umed poate trece neobservat. Pentru cheresteaua în curs de uscare, un umidometru cu ace izolate, înfipte la un sfert din grosime, sau o probă uscată în etuvă spun mai mult.2
Este prea mare o umiditate de 12% pentru mobila de interior?
Pentru interioarele încălzite, da. Lemnul cu 12% umiditate este în echilibru cu circa 65% umiditate relativă.1 Într-o încăpere care iarna stă la 40–45%, se va usca spre 8% și se va contracta, deschizând îmbinări și rosturi.1,6
