ES2239392T3 - Proceso de tratamiento y aceleracion del secado de madera verde. - Google Patents

Abstract

Un método para la reducción rápida del contenido de humedad de la madera verde antes de un secado convencional de la madera verde, en el que el método utiliza un fluido de calentamiento controlado en una zona confinada y que comprende las etapas de: - aplicar el fluido de calentamiento a una temperatura de un rango comprendido entre 49ºC y 88ºC a la madera en la zona confinada durante un periodo de tiempo suficiente para proporcionar un calentamiento generalmente uniforme a través de la sección transversal completa de la madera verde y posteriormente mantener dicha condición durante un periodo de tiempo prescrito de tiempo substancialmente el contenido de humedad de la madera verde durante el calentamiento. - aplicar durante aproximadamente 30 minutos después de la terminación del calentamiento de la madera verde un fluido de enfriamiento tal como rodeando la madera verde, teniendo el fluido de enfriamiento una temperatura de al menos en torno a 17ºC inferior a la temperatura de la maderaverde calentada y con una humedad relativa al menos de aproximadamente 10% inferior a la humedad relativa de la zona confinada calentada. - mantener la aplicación del fluido de enfriamiento a la madera verde durante 3 a 10 horas suficientes para que la madera verde alcance substancialmente la temperatura reducida del fluido de enfriamiento para la eliminación de substancialmente la humedad de la madera verde, estando sometida posteriormente la madera verde al secado convencional.

Description

Proceso de tratamiento y aceleración del secado de madera verde.

Campo de la invención

Esta invención está relacionada con un método para la reducción rápida de la humedad contenida en la madera verde.

Antecedentes de la invención

Puesto que un árbol vivo contiene grandes cantidades de agua, el leñador hacer referencia con frecuencia a las distintas etapas del corte inicial de un árbol a través del aserrado y secado de la madera con respecto al contenido de humedad ("MC") de la madera. El contenido de humedad de la madera, expresada usualmente con un porcentaje, es la relación de la cantidad de agua en una pieza de madera que se compara con el peso de dicha madera cuando se haya eliminado toda la humedad. Uno de los métodos que se utilizan ("contenido de humedad sobre la base de secado en horno") para determinar el factor MC de la madera en cualquier etapa durante el proceso de producción de la madera de construcción es pesar una muestra dada de madera y registrar dicho peso ("peso en húmedo". La muestra se coloca después en un horno y se calienta a temperaturas que no superen los 103ºC hasta que se haya eliminado toda la humedad ("peso en seco en el horno") y anotándose dicho peso. Puede determinarse que se ha conseguido el peso en seco en el horno cuando después de la pesada en varios intervalos, la muestra para de perder peso. El peso en seco en el horno se resta entonces del peso en húmedo y el resultante se divide por el peso en seco en el horno. La cifra resultante se multiplica entonces por 100 para determinar el porcentaje del valor MC. La fórmula está representa de la forma siguiente:

MC% \ = \frac{(peso \ en \ húmedo \ - \ peso \ en \ seco \ en \ el \ horno)}{(peso \ en \ seco \ en \ el \ horno \ de \ la \ madera)}x \ 100

Este tipo de unidades utilizado para el cálculo anterior, es decir, onzas, gramos, libras, kilogramos, etc., no es importante en tanto que los pesos se registran en el mismo tipo de unidades, puesto que los cálculos se basan en una relación de dichos pesos. Se han desarrollado otros métodos de determinación del MC, así como también máquinas electrónicas que calcular el factor MC, basándose en reacciones eléctricas conocidas y otras reacciones. Independientemente del método utilizado para determinar el MC, será importante para el presente proceso el conocimiento del contenido de humedad y la forma en que afecta a la madera.

Cuando se lleva a cabo la tala de un árbol tal como el roble rojo o blanco, abeto, arce, fresno o cualquiera de las muchas especies de árboles que producen madera que sea útil en la producción de madera, tendrá un valor del MC de cualquier valor comprendido entre el 60% y el 100% (este contenido de humedad se ha encontrado que es incluso mayor, hasta un valor del 200% en algunas especies). Esto es lo que se denomina como "contenido de humedad verde" ("GMC"). En oposición a la creencia popular, el contenido de humedad verde no varía notablemente con la estación correspondiente a la tala del tronco. Esta humedad o agua tiene que ser eliminada o secada de la madera con el fin de hacer que la madera sea estable y por tanto utilizable en cualquiera de las fases en la industria de la madera de construcción, que precisa de maderos secados al aire o secados en hornos. El secado o curado de la madera verde comprende por tanto la eliminación controlada del agua de la madera, hasta un nivel que la madera llegue a ser suficientemente estable para la fabricación de distintos productos. El proceso de "curación" o "curado" tal como se utiliza aquí se refiere a la eliminación de la humedad mediante el acto controlado del secado al aire, secado en horno, o bien mediante una combinación de ambos.

Después de que un árbol se haya talado y aserrado en maderos de distintos tamaños y tipos, se apilan de una forma en particular para la preparación del proceso de secado y/o presecado. Durante este proceso de curado, pueden tener lugar muchos problemas que pueden dañar, destruir o degradar la calidad de la madera y hacer que sea menos aprovechable en algunos casos, e incluso desaprovechable en absoluto. Los maderos aserrados pueden desarrollar grietas en los extremos ("fisuras de los extremos"), grietas en las partes internas de los maderos (en forma de "panel de abeja"), grietas en la superficie ("fisuras de superficies"), así como también con muchos tipos de ondulaciones y dobleces ("copa", "doblamiento", "torcidos", etc.). Todos los mencionados problemas están relacionados con la presencia de humedad en la propia madera y con el desplazamiento, y subsiguientemente la eliminación, de dicha humedad desde el momento del talado del árbol hasta la terminación del proceso de curado.

Las capas típicas de un árbol son: a) corteza exterior; b) corteza interior; c) la capa del cámbium; d) la albura y e) el duramen. La corteza exterior es una capa de textura basta compuesta por el tejido seco y muerto que proporciona al árbol su primera línea de defensa contra los daños exteriores y la infestación por los insectos. La corteza exterior está separada de la capa siguiente denominado corteza interior mediante una capa fina denominada el cámbium de la corteza. La corteza interior es una capa blanda y húmeda que contiene células vivas que juegan un papel en la transferencia de alimento a las partes en crecimiento del árbol. La capa del cámbium es una capa microscópica muy pequeña que está justamente dentro de la corteza interior. La función principal de la capa del cámbium es generar tanto la corteza como las células de la madera.

La albura está compuesta por madera coloreada clara y está compuesta por tejidos tanto vivos como muertos. El duramen es la sección central del árbol que está cargada con resinas y taninos y es básicamente activa. El duramen está formado por la transformación de la albura conforme envejece el árbol. El duramen es menos permeable que la albura y subsiguientemente necesita más tiempo de secado, y está sujeto a más defectos de secado que la albura. La infiltración de resinas, pegamentos, y demás materiales en el duramen lo hacen más resistente al flujo de la humedad y hacen que sea más oscuro el duramen en su color.

A partir del momento del talado de un árbol, se inicia alguna forma de pérdida de la humedad desde los extremos aserrados, cortes para eliminar las ramas, abrasiones para eliminar la corteza, etc. Todas las maderas pierden y posiblemente ganan humedad en un intento para recuperar estado de equilibrio con la humedad presente en el aire que las rodean. Conforme la madera pierde humedad, comienza a encogerse y a desarrollar tensiones internas que se liberan mediante la formación de grietas. Debido a que la humedad se desplaza mucho más rápidamente desde los extremos cortados de la madera que desde los lados o márgenes, se producirán grietas o particiones al cabo de un tiempo corto en caso de que la pérdida de la humedad substancial tenga lugar desde dichos extremos. Usualmente, si el árbol está aserrado en maderos de construcción dentro de un periodo de tiempo relativamente corto después de su talado, tal como una semana, dicha perdida de humedad incidental no será significativa. No obstante, si las condiciones del medio ambiente son muy calientes y secas, los periodos de retención largos para los maderos tienen que acompañarse mediante el regado con agua de los maderos para retardar la pérdida de humedad o mediante el proceso con cera de los extremos de corte, cortes de ramas y demás abrasiones. Una vez que se elimina la corteza protectora, y que el tronco se corta en maderos, se inicia la migración de la humedad. Dicha migración de la humedad del madero tiene que ser controlada y restringida con el fin de prevenir los defectos del secado.

Según las prácticas convencionales, conforme un tronco se sierra en maderos, los tablones individuales de grosor uniforme se apilan con una separación entre los mismos con tablones separadores colocados o "adhesivos", usualmente de aproximadamente ¾'' x ¾'' x 48'' de longitud entre las capas (proceso denominado como "operación de pegado" en la industria). El pegado promociona una cantidad extra de exposición a la atmósfera (bien natural o artificial) dentro del apilamiento que se haya creado. Los extremos de cada madero no están revestidos previamente y se recubren con una forma especial de cera, o bien otro revestimiento adecuado, para retardar el agrietamiento debido al movimiento acelerado de la humedad desde los extremos de todos los maderos (en comparación con el movimiento de la humedad desde un lado). El apilamiento se preseca normalmente o se seca al aire mediante la colocación del apilamiento en una zona de una exposición controlada al aire, calor y humedad para permitir un escape controlado de la humedad necesario para el presecado o fase de secado al aire. La fase de presecado es efectiva para eliminar parte o toda el agua "libre" que esté presente en las células de la propia madera. En algunos casos, no obstante, la fase de presecado puede ser omitida. Según se utiliza en la memoria técnica y en las reivindicaciones presentes, el agua "libre" se define como la humedad contenida dentro de las cavidades de las células de la madera. Debido a que dicha agua libre se mantiene en forma menos fija que la humedad o agua restante en la madera, se precisa de una menor energía para eliminar dicha agua durante el proceso de secado subsiguiente en el horno, aplicado después del presecado o fase de presecado al aire. Esto es lo contrario al agua "unida" que se define como el agua que está contenida dentro de las paredes celulares y que requiere de una aplicación más alta de energía para llevar a cabo la reducción de humedad hasta un nivel predeterminado. La mayoría de los defectos y problemas de secado asociados con los maderos secados al horno tienen lugar durante la eliminación del agua unida.

La eliminación de agua libre lleva a la madera a un nivel crítico en el secado en el horno, conocido como el "punto de saturación de las fibras". Tal como se utiliza aquí, el término "punto de saturación de las fibras" se define como el punto en el que las paredes de las células se encuentran todavía saturadas, y en el que toda el agua libre se ha eliminado de las cavidades celulares. Para la mayoría de los fines, el punto de saturación de las fibras es de aproximadamente el 30%, y puede ser distinto para algunas especies (posiblemente inferiores). Puesto que la madera se seca desde el exterior hacia el interior (principalmente por difusión y/o por acción capilar), existe un diferencial usualmente entre el valor del MC de la superficie de un madero y el MC interior durante el proceso de curado. Este diferencial, denominado como "gradiente" entre el MC interior y el MC exterior, se encuentra usualmente del 15% al 45% aproximadamente. Aunque el MC promedio podría ser del 30%, muchas de las células interiores podrían no estar en el punto de saturación de las fibras. Puesto que se ha establecido que bajo ciertas condiciones la eliminación del agua unida provoca muchos de los problemas asociados con el proceso de curado, es importante determinar el momento en que se haya alcanzado el punto de saturación de las fibras.

El "contenido de humedad de equilibrio" ("EMC") es otro factor importante que se utiliza convencionalmente en el curado de maderas. Tal como se utiliza aquí, el contenido de humedad de equilibrio es el punto en el que el MC de una madera dada alcanza un equilibrio con la temperatura exterior y la humedad relativa (la atmósfera ambiente de dicha madera o el "RH"). Existen otros factores que podrían tener un efecto pequeño en el EMC, tal como las especies de la madera o el contenido previo de humedad, por ejemplo. El secado en horno convencional incluye una manipulación continua de la temperatura y de la humedad relativa para mantener la progresión del cambio del EMC a una velocidad predeterminada de reducción. Durante el periodo de curado, la humedad relativa puede ser monitorizada constantemente. La humedad relativa puede ser determinada y monitorizada mediante varios métodos utilizando distintos tipos de equipamiento. Un método común para determinar la humedad relativa es mediante el uso de un termómetro de bulbo húmedo, simultáneamente con un termómetro de bulbo seco. El termómetro de bulbo húmedo es un termómetro estándar que tiene la parte sensora recubierta con una mecha que se mantiene húmeda mediante agua. El termómetro de bulbo seco es el mismo dispositivo de detección de la temperatura menos la mecha húmeda. Mediante la monitorización de la diferencia en las temperaturas entre los termómetros de bulbo húmedo y de bulbo seco (la "depresión de bulbo húmedo") y conociendo la temperatura del bulbo seco, puede consultarse un gráfico para determinar la humedad relativa del aire. Aunque pueden ser efectivos otros métodos de determinación del factor RH, se utiliza en esta invención el método del bulbo húmedo / bulbo seco.

Los términos que incluyen sus definiciones tal como los expuestos anteriormente para el proceso de curado, se utilizan en el curado convencional de la madera, y son importantes para comprender las fuerzas que mueven la humedad dentro de una pieza dada de madera. Estas fuerzas, principalmente por difusión y por la acción de la capilaridad, al no estar controladas, provocan la mayoría de los defectos de secado: es decir, las grietas, fisuras superficiales, y fisuras en los extremos, copas, dobleces, y otros tipos de ondulaciones: en forma de panel de abeja. Las técnicas de curado convencionales requieren controles complicados para inhibir el movimiento de la humedad para impedir que se produzcan dichos defectos. Según lo expuesto anteriormente, la madera se seca desde el exterior hacia el interior, por tanto un secado no controlado o rápido puede provocar una situación en la que el exterior de un madero se seque demasiado rápidamente, y "deformándose" permanentemente, provocando una situación conocida como "deformación de caja" Conforme continua el secado, el interior del madero desarrolla tensiones internas que son incapaces de contraerse, desarrollando por tanto grietas internas (en forma de panel de abeja). Debido a este defecto, el grosor de un madero dado que está siendo curado es de particular importancia para dichos procesos de curado.

En el secado de la madera, particularmente en un madero relativamente grueso, la velocidad de secado desde la zona de la superficie es más rápida que desde el interior. Así pues, las zonas superficiales se secan hasta el punto de saturación de las fibras en el cual se inicia el encogimiento, antes de que comience a encogerse las zonas adyacentes hacia el interior. La superficie trata de encogerse pero el encogimiento está contrarrestado por las zonas adyacentes sin encogimiento. Se establece una tensión que puede dar lugar a defectos estructurales, tales como el agrietamiento, deformación en forma de copa, retorcimientos, o dobleces. Así mismo, si las zonas superficiales comienzan a secarse rápidamente, se reduce la transferencia del calor y de la masa. Es por tanto necesario mantener las zonas superficiales lo más húmedas posibles con respecto al resto de la madera, para reducir la degradación y los defectos. Normalmente, esto se lleva a cabo mediante el control de la humedad y del aire circulante, de forma que el equilibrio entre la presión del vapor de aire y el de la madera mantenga un contenido de humedad alto de la madera. No obstante, los altos contenidos de humedad de equilibrio se establecen solamente bajo ciertas condiciones de una humedad relativa alta, la cual puede ser difícil de conseguir.

El secado de la madera, especialmente cuando se consideran las distintas especies de maderas, es un proceso muy especializado y exacto. Se encuentran programas normales para la industria de secado de la madera que son muy complejos para presecado y el secado en hornos, siendo efectivos la mayor parte de los mismos solo para una localidad y clima dados.

Hasta el momento actual y particularmente para las maderas, se utiliza frecuentemente una fase de presecado para reducir el MC en la madera hasta un nivel aceptable con antelación al secado en horno normal, mediante la eliminación lenta del MC a través de varios días o más. Se ha aceptado hasta el momento actual que el MC de la madera dura no deberá reducirse más de aproximadamente el 2 ½% por día para el roble y especies similares, con el fin de minimizar cualesquiera defectos o problemas de secado que pudieran desarrollarse en el proceso de secado en horno, en donde se utiliza un calor alto. Hasta el momento actual ha sido normal un promedio de aproximadamente 1 ¾'' de reducción del MC para el roble y especies similares de madera dura en un periodo de 24 horas. La fase de presecado es efectiva normalmente para reducir el MC al menos el 20%, y que puede ser a través de un periodo de varios días o varias semanas. La fase de presecado común comprende la colocación de los maderos cortados que hayan apilado al aire libre durante un periodo de varios días o semanas antes del secado en el horno. Generalmente, la fase de presecado no utiliza ningún calor artificial o generado, pero utiliza el estado del calor ambiental para realizar la fase de presecado. La madera verde tiene un MC de al menos el 60% aproximadamente al talar el árbol y la pérdida de humedad mediante el procesamiento de secado al aire y otros es efectiva para reducir el contenido de humedad al menos de aproximadamente el 30% con antelación al secado en el horno.

Hasta el momento actual, con el inicio de la tala de un árbol, ha sido común reducir el contenido de humedad de la madera verde de forma lo más rápido posible. No han hecho intentos hasta el momento presente para mantener el contenido de humedad (MC) de la madera verde lo más cerca posible del MC original del tronco húmedo. Las prácticas aceptadas han reestructurado la cantidad de MC que podría eliminarse de la madera verde durante veinticuatro horas (24) hasta aproximadamente el 2 ½% para el roble y especies similares de maderas duras, de forma que no se produzcan los defectos de secado y demás problemas que se desarrollan en el proceso de secado al horno. Una eliminación de MC promedio para la madera dura de aproximadamente de 1 al 1 ½% es normal para un clima del Sur. Para el uso comercial, el contenido de humedad de la madera dura destinada a mobiliario o productos de madera similares, se reduce a un MC final de entre el 6% al 10%. El contenido de humedad de las maderas blandas, tales como las utilizadas en la industria de la construcción para casas y edificios, es preciso que se reduzca hasta un MC final de entre el 15% y el 20%. Así pues, los tiempos de secado para el secado en el horno, particularmente para maderas duras, han sido normalmente de varios días. Puesto que los procedimientos de secado hasta el momento presente no intentan retener el MC del tronco después de su talado, el MC de la madera después del presecado es generalmente inferior a aproximadamente el 35% al 50%, particularmente para las maderas duras. El secado en el horno es entonces efectivo para reducir el MC hasta un MC total de entre el 6% y el 10% para la mayoría de maderas duras, y un MC total de entre el 15% y el 20% para la mayoría de las maderas blandas.

Muchas maderas blandas, tales como el pino amarillo del Sur, así como para algunas maderas duras tales como los robles de los montes Apalaches, por ejemplo, no soportan una fase de presecado y con frecuencia colocan directamente en un horno de secado al cabo de unos días después de la tala en el bosque. En este caso, el MC original en la madera de pino no se reduce de aproximadamente el 10% al 15%. Incluso el tiempo para el curado de la madera blanda de pino en un horno de secado es de aproximadamente dos (2) a tres (3) días mediante el calentamiento de la madera hasta aproximadamente 82ºC a 99ºC, y manteniendo el calor a este nivel a través de toda la programación de secado.

Para prevenir el tintado de la madera, es deseable particularmente la madera dura, puesto que la madera dura se utiliza generalmente para los muebles. La madera aserrada desarrolla varios tipos de tintura, que pueden tener lugar durante el proceso del secado. La mayor parte de las tinturas tienen lugar entre el instante en que se tala el árbol y durante el proceso de secado. La tintura conforma un problema substancial, particularmente en las maderas duras que se utilizan para los muebles.

Tales entintados caen dentro de dos clases muy molestas, en donde el entintado de la albura o tintado azul está provocado por un hongo, y los tintados químicos provocados por la acción de las enzimas que están contenidas en la madera. La tintura azul es una tintura por hongos que tiene lugar en la albura del árbol. La albura comprende las capas vivas (células de parénquima), capas en crecimiento (capa del cámbium) y células semi-durmientes que tienen parte en los procesos vitales del árbol que rodean al duramen. El duramen contiene células estabilizadas que están endurecidas y cargadas con tanino, productos químicos y resinas. La estabilidad de las células en el duramen y la presencia de tanino, así como también la falta de azúcares y almidones, impiden la intrusión de decoloraciones debido a la tintura azul y a las tinturas químicas en dichas células del duramen.

La tintura azul está provocada por la actividad de hongos que se promociona mediante cuatro elementos principales. Dichos elementos son: a) temperatura por encima de 10ºC (razón por la que la tintura azul es más problemática en el Sur de los Estados Unidos); b) presencia de oxígeno; c) presencia de humedad; y d) presencia de azúcar y almidón que tiene lugar de forma natural en las células vivas del duramen. La eliminación de uno de estos elementos es efectiva normalmente para controlar la tintura azul.

Las tinturas químicas tales como la tintura adhesiva y el interior gris tienen lugar en la albura, y están producidas por la oxidación de las encimas que están presentes en las células vivas de las fibras de la albura. No obstante, los programas de secado que se utilizan actualmente no han sido muy efectivos en la prevención del crecimiento de la tintura.

La patente de los Estados Unidos número RE28020 del 28 de Mayo de 1974 expone un proceso de secado en horno, diseñado para reducir el tiempo de permanencia en el horno con una generación mínima de tensiones estructurales. La velocidad de eliminación de la humedad se mantiene substancialmente constante, o acelerada en forma constante, a través del periodo de secado. La temperatura del fluido calefactor se incrementa por encima de la temperatura de la madera y se mantiene este estado hasta que el contenido de humedad de la madera queda reducido hasta el nivel requerido. La patente RE28020 no muestra ninguna reducción en la temperatura del fluido calefactor hasta una temperatura por debajo de la temperatura de la madera durante el proceso de secado para la eliminación del calor interno de la madera, y no muestra la exposición de la madera después del calentamiento a un fluido de enfriamiento exterior que rodea la madera para reducir la temperatura y la humedad de la madera a la temperatura y humedad del fluido de enfriamiento exterior.

La clase genérica de la presente invención se encuentra expuesta en el documento "Secado de maderos de madera dura el Este" de McMillen, Manual de Agricultura número 528, del Laboratorio de Productos del Bosque, Departamento de Agricultura de los EE.UU. de Septiembre de 1978. A partir de este documento, se conocen varios tratamientos especiales que pueden ser utilizados antes o en forma temprana al secado para acelerar la velocidad de secado, para modificar el color o para prevenir el agrietamiento y otros defectos. Una de estas técnicas es el tratamiento con vapor de las maderas duras antes del secado, cuya aplicación da lugar a la reducción del tiempo de secado. Es conocido que la madera de construcción puede se precalentada con vapor casi saturado a 85ºC durante cuatro horas. Después de este procedimiento con vapor, el secado concluye en un horno.

El documento US-1577044 expone un proceso para preservar una madera de construcción resinosa y producir subproductos posteriormente, que comprende el calentamiento de la madera mediante la introducción de vapor activo en el horno hasta que se desplace el aire, continuando después con el suministro de vapor activo a una velocidad reducida suficiente para mantener una presión superior ligeramente a la presión atmosférica en el horno. Después de terminar el tratamiento por vapor, se abre el horno, sacándose los grupos del horno y apilándose la madera para el enfriamiento al aire libre. El tratamiento de vapor en el horno requiere un periodo de aproximadamente 10 a 12 horas mediante una temperatura del interior del horno entre 97ºC y 99ºC, que se mantiene constante substancialmente durante el proceso de ejecución.

En el documento US-1509533, cuando se inicia la curación, la temperatura y la humedad se elevan a una velocidad predeterminada a un nivel alto predeterminado durante un tiempo predeterminado, después del cual descienden ambas hasta un nivel bajo predeterminado, a una velocidad predeterminada, y manteniéndose durante un cierto tiempo al nivel inferior, después de lo cual se elevan de nuevo la temperatura y la humedad hasta el primer nivel alto. Dicho ciclo se repite continuamente.

El documento WO 97/07373 está relacionado con un método de enfriamiento para su utilización en relación con el tratamiento de secado caliente de la madera de la construcción, en cuyo método la madera se seca en caliente / tratada en caliente en un dispositivo, el cual está formado por un espacio libre de tratamiento exento de oxígeno. Después de la etapa del tratamiento de secado en caliente, la carga de madera se enfría por medios de un gas protector suministrado al interior del espacio de tratamiento y/o por medios de un elemento de enfriamiento presente en el espacio del tratamiento al menos durante un periodo de tiempo suficientemente largo para que la temperatura de la carga de madera descienda por debajo del límite de daños en la madera.

Es un objeto de la presente invención el proporcionar un proceso para el tratamiento de madera verde que minimiza o elimina la tintura azul y las tinturas químicas en la madera.

Es un objeto de esta invención el proporcionar un proceso para el curado o secado acelerados de la madera verde que reduce substancialmente el tiempo de curado mientras que se producen mínimos defectos de secado, tales como el agrietamiento o dobladuras.

Es un objeto adicional de esta invención el proporcionar un proceso para el curado o secado acelerados de madera verde, que es efectivo también para prevenir o minimizar el entintado de la madera.

Sumario de la invención

El proceso de la presente invención para el tratamiento de madera verde con antelación al curado para minimizar o eliminar el entintado se encuentra definido en la reivindicación 1 adjunta, e incluye el uso de un medio de calentamiento del fluido tal como agua, vapor o bien otro medio adecuado, que eleve la temperatura interna de los troncos aserrados o de la madera aserrada, hasta una temperatura de al menos aproximadamente 66ºC, y manteniendo dichos troncos aserrados o la madera aserrada a una temperatura elevada durante un tiempo predeterminado, dependiente principalmente del nivel de dicha temperatura, y del tipo de madera que estén siendo procesada. El proceso de tratamiento de la madera verde se ejecuta dentro de un periodo de tiempo después de la tala del árbol, o bien del bosque, de forma que se mantenga en general el contenido de humedad original (MC) dentro de la madera con antelación a la aplicación de calor del proceso de la madera verde. Este periodo de tiempo máximo anterior a la etapa de calentamiento se denomina como "proceso interno". El contenido de humedad original (MC) puede ser mantenido generalmente dentro de la madera durante la aplicación del proceso de la madera verde, que comprende la presente invención mediante un humedecimiento o pulverización con agua de la madera verde con antelación a la etapa de calentamiento. Según se indicó, el MC de un tronco al ser talado está normalmente entre aproximadamente el 60% al 100%, aunque es substancialmente más alto para algunas maderas, particularmente para las maderas blandas.

La presente invención incluye también un proceso acelerado de secado o curado par la reducción de humedad en la madera verde hasta un contenido de humedad predeterminado con una tensión estructural mínimo en la madera. El proceso acelerado utiliza la madera verde que se coloca dentro de un armazón o en una zona confinada que tenga un contenido de humedad (MC) que sea muy cercano al contenido de humedad original que tenía la madera cuando fue talada con una reducción no superior al 10% en la madera verde antes de colocarla en posición dentro del armazón para el calentamiento. El término "madera" tal como se utiliza aquí, tiene por objeto el incluir la madera en cualquier forma de troncos, postes, madera de construcción, planchas, maderos, traviesas de ferrocarril, contrachapados, y bandas así como cualesquiera otros productos de la madera.

La madera verde que tenga substancialmente su contenido de humedad original se calienta primeramente en un armazón hasta una temperatura predeterminada, preferiblemente en torno a 66ºC durante un periodo de tiempo predeterminado para proporcionar un calentamiento uniforme en general a través de la sección transversal completa de la madera con humedad aplicada durante el calentamiento de la madera para una depresión del bulbo húmedo de un valor substancialmente cero, para prevenir o minimizar cualquier pérdida de humedad. La madera verde se calienta inicialmente tan pronto como sea posible después de ser talada y sin utilizar cualquiera de las etapas de presecado. Después de que la madera se haya calentado hasta una temperatura predeterminada, la temperatura se mantiene durante un tiempo predeterminado dependiendo principalmente de las especies de la madera y si el entintado puede ser un problema. En el caso de que se estén curando maderas blandas para ser utilizadas en la fabricación de mobiliario, será deseable el mantenimiento de la temperatura de objetivo en la zona de calentamiento o armazón durante al menos dos horas, para prevenir o minimizar las tinturas. El fluido de calentamiento es normalmente vapor, aunque podrían ser utilizados otros tipos de fluidos de calentamiento con efectividad, tal como el agua calentada o aceites calentados.

Después del calentamiento inicial de la madera, la madera se expone a un fluido de enfriamiento, tan pronto como sea posible después de calentar la madera y al cabo de treinta (30) minutos para conseguir los mejores resultados. El fluido de enfriamiento rodea la madera y siendo de una temperatura y humedad substancialmente inferiores a la temperatura y humedad de la madera calentada para la transferencia del calor interno y la humedad hacia el fluido de enfriamiento con la madera expuesta al fluido de enfriamiento durante un periodo de tiempo de aproximadamente 3 a 10 horas, de forma que la madera consiga substancialmente la temperatura del entorno ambiente con al menos aproximadamente el 5% de la humedad eliminada de la madera después de ser enfriada por el fluido de enfriamiento. El fluido de enfriamiento tiene una humedad relativa al menos de aproximadamente el 10% inferior a la humedad relativa de la zona confinada calentada, y teniendo una temperatura al menos de aproximadamente 17ºC inferior a la temperatura de la madera calentada para unos resultados mínimos, y preferiblemente teniendo una temperatura de aproximadamente 28ºC a 33ºC por debajo de la temperatura de la madera para conseguir los mejores resultados. La temperatura de la madera se reduce a la temperatura del fluido de enfriamiento y el MC de la madera se reduce normalmente al menos en torno al 5%. El fluido de enfriamiento utiliza preferiblemente el aire ambiente y pude ser aplicado mediante la exposición de la madera a las condiciones ambientes exteriores o teniendo un ventilador que proporcione aire ambiente procedente del entorno exterior. Si las condiciones del ambiente no son satisfactorias, puede utilizarse como fluido de enfriamiento el aire artificial acondicionado por una unidad de acondicionamiento de aire. El aire o fluido de enfriamiento rodea la madera verde y genera una alta eliminación no esperada de la humedad durante el proceso de enfriamiento sin crear ninguno de los defectos del secado. El fluido de enfriamiento afecta a la pérdida de humedad en la madera verde de al menos aproximadamente el 5% y acondiciona la madera para una eliminación rápida no esperada de la humedad con el tratamiento subsiguiente de la madera verde. La cantidad de pérdida del contenido de humedad por la madera verde durante la etapa de enfriamiento es directamente proporcional a la cantidad de cambio con respecto a la temperatura de calentamiento de objetivo y la humedad en la zona o armazón de calentamiento.

La etapa de enfriamiento después del calentamiento de la madera se denomina a veces a partir de ahora como la etapa de "evaporación instantánea" que incluye una temperatura de evaporación instantánea para el fluido de enfriamiento y una humedad relativa de evaporación instantánea para el fluido de enfriamiento. La etapa de evaporación instantánea es esencialmente el proceso de la presente invención y da lugar a una permeabilidad incrementada de la madera que se mantiene al menos a través de la totalidad del proceso de secado completo hasta que se alcance el MC final de la madera verde. Así pues, prácticamente todas las etapas de secado o curado aplicadas después de la etapa de evaporación instantánea, dan lugar a una pérdida del MC mayor que la obtenida hasta el momento actual por las etapas de secado convencionales. Después de la terminación de la etapa de enfriamiento o etapa de evaporación instantánea, la madera verde se somete a etapas de secado adicionales para la eliminación de la humedad hasta que se alcance el MC final predeterminado de la madera verde. Las etapas de curado adicionales incluyen normalmente el recalentamiento de la madera hasta una alta temperatura predeterminada aunque en algunos casos cuando no sea crítico el tiempo de secado, puede utilizarse un secado al aire en un entorno natural con la eliminación de humedad incrementada en comparación con el secado al aire sin la aplicación de la etapa de evaporación instantánea. La etapa de evaporación instantánea se ejecuta como una etapa de pretratamiento mediante la colocación de la madera en un horno de secado convencional para las etapas de secado convencionales. Normalmente, después de la etapa de evaporación instantánea, la madera se recalienta en una zona o armazón de calentamiento adecuada o hasta una temperatura predeterminada con unas velocidades de perdida de la humedad mejoradas substancialmente, como resultado del acondicionamiento de la madera verde por la etapa de enfriamiento, para incrementar la permeabilidad de la madera. La depresión del bulbo húmedo se incrementa gradual y progresivamente durante el recalentamiento de la madera después de ser enfriada.

Otra ventaja de la presente invención es una reducción del encogimiento de la madera. Normalmente, el encogimiento del pino y de la mayoría de las maderas blandas es de aproximadamente del 5% al 9%. Bajo el proceso de la presente invención, el encogimiento del pino se ha reducido hasta aproximadamente del 2% al 4%.

Otros objetos, características y ventajas de esta invención serán evidentes a partir de la siguiente memoria técnica y del dibujo.

Descripción del dibujo

La figura 1 es una vista esquemática general de un aparato adecuado para la realización del proceso de esta invención.

Descripción de la invención

Con referencia a la figura 1, se muestra una cámara u horno de calentamiento en forma esquemática adecuada para llevar a cabo el proceso de curado o secado de la presente invención. El horno se ilustra generalmente en 10 que tiene una cámara cerrada 12 para el tratamiento de la madera verde. La base o cimientos 14 de la cámara 12 soporta un par de paredes laterales 16 y las paredes laterales 18. Están provistas las puertas adecuadas 20 en las paredes extremas 18 y una pared lateral 16. Las puertas 20, que pueden comprender varias secciones de puertas están montadas para ser movidas entre las posiciones de abiertas o cerradas. Los carros con ruedas 22 están montados sobre raíles fijados a los cimientos 14 y las agrupaciones rectangulares o haces 24 de los maderos apilados se encuentran soportadas sobre los carros 22 para la curación y el secado dentro de la cámara cerrada 12 mediante el proceso presente.

Para la cámara de calentamiento12 y para proporcionar la humedad deseada, se extiende una tubería de vapor 26 desde un caldera de vapor adecuada (no mostrada) hasta un colector adecuado para una pluralidad de tuberías 28 de vapor internas dentro de la cámara 18. Los serpentines de calentamiento 30 están provistos también para un calor adicional, si así se desea, o para calentar por separado. Los ventiladores 32 que extienden a través del techo 34 pueden abrirse y cerrarse según se desee. Están provistos deflectores o pantallas abisagrados 34 en distintos lugares dentro de la cámara 12 para dirigir el flujo de aire a los apilamientos 24 de maderos rectangulares, y para prevenir que el flujo de aire se cortocircuite o que sean dirigidos alejándolo de los apilamientos 24 de maderos apilados. Se muestra en 38 un termómetro de bulbo húmedo y en 40 se muestra un termómetro de bulbo seco. Durante la etapa de calentamiento puede ser deseable proporcionar aire circulante desde los ventiladores adecuados (no mostrados) situados en posición adyacente a los serpentines de calentamiento 30, para dirigir aire caliente hacia abajo hacia el área inferior de la cámara 12 para calentar uniformemente los haces 24.

Se muestra generalmente en 42 una sala de control para un operador para el control de la cámara del horno 12. Un instrumento de registro se muestra en 44 para monitorizar y registrar la temperatura del bulbo húmedo y la temperatura del bulbo seco a partir de los termómetros 38 y 40. Montados en la pared lateral 16 se encuentra una pluralidad de ventiladores 46 montados en aberturas en la pared 16. Las aberturas en la pared 16 para los ventiladores 46 están cerradas mediante tapas móviles adecuadas cuando los ventiladores 46 no se encuentren en funcionamiento. Las ventilaciones exteriores 48 hacia la atmósfera están provistas en una pared exterior 50 de la sala de control 42. Se muestra en 52 una unidad de acondicionamiento de aire, y que tiene un ventilador 54 para el suministro de aire frío a una temperatura y humedad relativa predeterminadas, si así se desea. En algunos casos, particularmente si afecta a las condiciones de enfriamiento de las condiciones ambientales, puede ser deseable calentar el aire ambiente hasta una temperatura predeterminada. Los ventiladores 46 son efectivos parta suministrar aire ambiente desde la atmósfera exterior o aire refrigerado a la cámara 12. Así mismo, si se desea, podrían montarse tuberías de refrigeración dentro de las paredes que definen la cámara de tratamiento 12. El uso de aire ambiente se ha encontrado que es económico y ha funcionado de forma satisfactoria bajo condiciones ambientales medias, sin el uso de ningún aire de enfriamiento refrigerado para la cámara de tratamiento 12. Aunque los ventiladores 46 se han ilustrado como situados en la pared 16, los ventiladores 46 pueden ser situados en cualquier lugar deseado, tal como sobre el techo de la cámara cerrada 12, para dirigir el aire hacia abajo contra los haces 24. Aunque la cámara 12 no ha sido ilustrada en los dibujos estando sometida a una presión negativa o positiva, se comprenderá que la cámara 12 puede estar presurizada o sometida a una presión negativa bajo ciertas condiciones, y pudiendo ser utilizada con el proceso de la presente
invención.

El contenido de humedad de la madera verde tal como se ha expuesto aquí se determina mediante la fórmula anterior, utilizando el peso en húmedo y el peso de secado al horno de la madera. La humedad relativa en el aire que rodea la madera se determina mediante un medidor de humedad relativa que tenga una lectura digital. Un termómetro determina la temperatura del aire. La temperatura de la madera se determina mediante una sonda de temperatura incrustada en la madera y extendiéndose hasta el centro de la madera. Los niveles específicos de humedad, periodos de tiempo, y programas de temperaturas para los distintos tamaños de las maderas específicas pueden predeterminarse para el fluido de enfriamiento y el fluido de calentamiento después de las pruebas.

Como un ejemplo típico, se han depositado maderos de construcción de un tamaño y grosor uniformes apilados en haces rectangulares 24, cargándose dentro de la cámara de tratamiento 12. La madera a tratar es verde con esencialmente el mismo MC que tenia dicha madera al ser talada, excepto para una pérdida de humedad máxima posible no superior a aproximadamente al 10%. La cámara de tratamiento 12 que forma el armazón de secado se rellena con dicha madera para permitir una penetración óptima del calor y del vapor en todas las superficies de los maderos apilados durante el procesamiento. La cámara 12 se cierra entonces herméticamente y el fluido de calentamiento que comprende vapor se inyecta a través de la tubería de vapor 26 dentro de la cámara 12 para rellenar la cámara 12 con vapor saturado, a una presión y velocidad relativamente bajas. La temperatura se eleva hasta la temperatura de objetivo, de aproximadamente 66ºC con una depresión del bulbo húmedo cercana al "0" tanto como sea posible, y mantenida en ese punto hasta que el centro de la parte más gruesa de la madera haya llegado a dicha temperatura de objetivo, según lo determinado por una sonda incrustada de temperatura. En dicho punto, la madera se mantiene en dichas condiciones durante un periodo de tiempo prescrito dependiendo de varios factores, usualmente durante dos horas, lo cual es efectivo para minimizar cualquier tintado de la madera.

A continuación, los haces 24 de madera apilados calentados se exponen dentro de la cámara de tratamiento 12 a un fluido de enfriamiento preferiblemente comprendiendo el aire ambiente de la atmósfera exterior recibido a través de las ventilaciones 48. La madera calentada se expone al fluido de enfriamiento durante un tiempo inferior a aproximadamente treinta minutos después del calentamiento de la madera verde. Los ventiladores 46 se alimentan eléctricamente para hacer fluir el aire ambiente en la cámara de tratamiento 12 desde el entorno exterior y la puerta 20 de la pared lateral 20 para la pared lateral 16 que se abre permitir el flujo del aire a través de la cámara 12 que rodea los haces 24. El aire ambiente tiene una temperatura (la "temperatura de evaporación instantánea") al menos de aproximadamente 17ºC, por debajo de la temperatura de la madera calentada y con una humedad relativa ("RH de evaporación instantánea") al menos de aproximadamente el 10% inferior al RH de la cámara de calentamiento 12. Para conseguir los mejores resultados, la temperatura de evaporación instantánea es al menos de 28ºC por debajo de la temperatura de la madera calentada y el RH de evaporación instantánea es al menos del 10% inferior al RH de la cámara calentada. El aire ambiente es extraído por los ventiladores 46 dentro de la cámara de tratamiento 12 y dirigido mediante las pantallas 34 contra los haces 24. La madera se enfría rápidamente a la temperatura del aire ambiente en aproximadamente 3 a 10 horas, y tiene una perdida del contenido de humedad de aproximadamente el 5% al 14% cuando la madera caliente se enfríe a la temperatura del fluido de enfriamiento. Se ha encontrado que un flujo de aire de aproximadamente 45,6 m/minuto proporciona los mejores resultados. Sin embargo, un flujo de aire entre aproximadamente 15,2 m/min a 60,8 m/min proporcionará los mejores resultados. Dicha exposición de la madera verde calentada a la temperatura de evaporación instantánea y al RH de evaporación instantánea puede llevarse a cabo mediante el desplazamiento de la madera desde el armazón de calentamiento o cámara 12 hacia el aire exterior, si son adecuadas las condiciones del exterior. Después de que la madera haya alcanzado un equilibrio con la temperatura de evaporación instantánea, entonces la madera puede ser secada bajo programas convencionales a unas velocidades aceleradas basándose en el tipo de las especies y en el producto acabado
deseado.

La madera verde se expone al fluido de enfriamiento al cabo de de un periodo de tiempo relativamente corto después de que la madera haya sido calentada hasta la temperatura de objetivo predeterminada. Para conseguir los mejores resultados, la madera calentada se expone al fluido de enfriamiento tan rápidamente como sea posible, y antes de que la madera pierda cualquier calor substancial al cabo de treinta minutos después de haber terminado la etapa de calentamiento. Aunque la cámara de tratamiento 12 se ha ilustrado para la aplicación del fluido de enfriamiento, la madera calentada puede colocarse en el entorno exterior después del calentamiento con aire natural que comprende el fluido de enfriamiento si el aire exterior tiene una temperatura satisfactoria y una humedad relativa satisfactoria para la temperatura deseada de la evaporación instantánea y para humedad de evaporación instantánea. Según se ha indicado anteriormente, la temperatura de evaporación instantánea es al menos de aproximadamente 17ºC por debajo de la temperatura de la madera calentada y de la humedad de evaporación instantánea de al menos el 10% por debajo del RH de la cámara de calentamiento. Durante el calentamiento de la madera, se aplica vapor a la cámara de calentamiento 12, de forma que el MC de la madera después del calentamiento sea substancialmente el mismo que el MC de la madera antes del calentamiento. Como resultado del enfriamiento rápido de la madera después del calentamiento, se acondiciona la permeabilidad de la madera verde para obtener con el procesamiento adicional unas perdidas incrementadas del contenido de humedad con respecto a las pérdidas convencionales presentes hasta que se obtenga el MC final deseado. Según se ha indicado anteriormente, el MC final deseado para la madera dura se encuentra entre el 5% y el 10% para la madera blanda entre el 15% y el 20% aproximadamente. El procesamiento subsiguiente de la madera verdes después del calentamiento y el enfriamiento rápido inmediatamente después del calentamiento ha dado por resultado pérdidas de humedad promedio de más del 4% por día con varias etapas de curado adicionales.

El proceso de la presente invención ha sido comprobado en varias especies de madera, y la tabla siguiente ilustra el ciclo de secado completo para la madera verde de los troncos hasta conseguir el MC final de la madera verde. La tabla está dividida en la fase 1 y la fase 2 del ciclo de secado. La fase 1 que incluye la etapa de evaporación instantánea es la fase calentamiento y enfriamiento de la madera verde, en la cual la madera calentada se expone a un fluido de enfriamiento para enfriar la madera verde calentada al menos a 17ºC, y dando por resultado una perdida de humedad superior al menos al 5% aproximadamente. La fase 2 incluye las etapas de secado generalmente convencionales en forma subsiguiente, que son efectivas para reducir el MC de la madera verde hasta un MC predeterminado en un mínimo de tiempo. La fase 2 fue comprobada en un horno de secado que formó la cámara de tratamiento y el secado existente utilizado o etapas de curado con un alto calor con depresiones del bulbo húmedo progresivamente en incremento. La fase 1 podría ser utilizada como fase de pretratamiento para la fase 2. No obstante, con la madera verde acondicionada mediante la fase 1, se eliminaron cantidades incrementadas de humedad mediante las etapas de secado generalmente convencionales aplicadas en la fase 2 después de la terminación de la fase 1. La tabla para el ciclo de secado es tal como se expone a continuación.

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Los resultados de las pruebas se encuentran expuestos en la tabla siguiente que se obtuvieron con el calentamiento de la madera verde en un armazón calentado con vapor durante un periodo de tiempo predeterminado, y desplazando después la madera calentada desde el armazón al entorno exterior ambiente, en donde el aire ambiente formaba el fluido de enfriamiento. El aire ambiente estaba entre 18ºC y 32ºC, con una humedad relativa entre el 70% y 80%.

La columna 1 muestra la pérdida de MC promedio durante el secado durante la fase 2 con un valor de entorno al 3,85% por hora para el pino amarillo. Tales pérdidas de humedad son substancialmente más altas que las pérdidas de MC en los programas de secado convencionales utilizados actualmente. Las pérdidas de MC para ciertas maderas duras inferiores al 3% en un periodo de tiempo de 24 horas, excepto para el pino del Sur, han sido normales como la cantidad máxima de MC que podría eliminarse sin defectos de secado. El acondicionamiento de la madera verde por las etapas de calentamiento y enfriamiento en la fase 1 da por resultado un incremento en la permeabilidad de la madera durante un periodo substancial de tiempo para permitir que la fase 2 extraiga una cantidad incrementada de humedad de la madera. Aunque se han realizado pruebas en un horno de calentamiento cerrado para la fase 2, se han eliminado cantidades incrementadas de humedad mediante el secado por aire después del acondicionamiento de la madera verde mediante la fase 1 sin calentar subsiguientemente en un horno.

Los elementos para terminar una etapa de evaporación instantánea con éxito tal como se expone en la Fase 1, son como sigue a continuación:

1.

La madera sujeto necesita que tenga un MC lo más cercano posible a la madera "verde" o recién cortada en todo lo posible, y habiendo sufrido no más del 10% de perdida del MC a partir de dicho estado o condición de la madera verde o recién cortada.

2.

La madera sujeto tiene que ser calentada en una cámara de calentamiento en todo su grosor hasta la temperatura de objetivo de evaporización instantánea, al menos de aproximadamente 66ºC hasta que el centro de la placa más gruesa, vigueta o poste, según sea el caso, llegue a tener dicha temperatura de objetivo.

3.

La madera sujeto deberá mantenerse a dicha temperatura de objetivo durante un periodo de tiempo predeterminado, usualmente dos horas, particularmente para minimizar o prevenir los entintados.

4.

La madera sujeto a través del dicho calentamiento deberá mantenerse tan cerca como sea posible de 0 grados de depresión del bulbo húmedo.

5.

La madera sujeto necesita que se exponga al fluido de enfriamiento de temperatura reducida (al menos 17ºC) y preferiblemente de 28ºC inferior a la temperatura de la madera calentada) y una RH reducida (al menos del 10% y preferiblemente en torno al 20% inferior al RH de la cámara de calentamiento).

6.

La madera sujeto necesita que pueda transferir su calor interno (desde la masa o pila) hasta dicha temperatura reducida de vaporización instantánea y un RH reducido de revaporización instantánea hasta que alcance un equilibro con dicha temperatura reducida, es decir, de 3 a 10 horas.

El fluido de enfriamiento puede ser el aire ambiente o el aire ambiente asistido por la introducción de aire forzado de la misma temperatura reducida y RH reducida, tal como el aire ambiente a través del haz de maderos. Dicho aire forzado puede ser de la forma de una temperatura reducida artificialmente y de RH reducida a partir de una refrigeración o bien otro tipo similar de unidad para la fabricación de un refrigerador, aire seco tal como el mostrado en la figura 1. Las pruebas han mostrado que la cantidad de MC creada por la madera sujeto durante la etapa de evaporización instantánea es proporcional a la cantidad de variación con respecto a la temperatura y RH de objetivo en la cámara de calentamiento a la temperatura y entorno del RH tal que dicha madera procesada sujeta a la etapa de evaporación instantánea.

La Fase 1 se ha encontrado que es necesaria para el curado acelerado de la madera verde, independientemente de si desea minimizar o prevenir cualquier entintado. La minimización o prevención del tintado se basa principalmente en la obtención de una "temperatura de objetivo" precisa seguida por un rápido enfriamiento. La curación o secado acelerados se basa principalmente en el diferencial de la temperatura entre la "temperatura de objetivo" y la temperatura del medio de enfriamiento utilizado en las etapas de enfriamiento rápido. La cantidad de variación de temperatura que tiene lugar durante el enfriamiento rápido actúa como un "habilitador" para el secado acelerado resultante, y en cierto grado, cuanto mayor sea el diferencial de temperatura, más será la perdida de humedad en el periodo de enfriamiento inicial. Así pues, la utilización de la Fase 1 solo para el secado acelerado de la madera verde da por resultado también el poder minimizar o reducir las tinturas en la madera verde.

Para el secado adicional de la madera verde bajo la Fase 2 después de completar la Fase 1, la madera verde se recalienta bajo las operaciones convencionales del horno de secado hasta una temperatura predetermina con depresiones del bulbo húmedo en el rango de 1,7ºC a 8,3º inicialmente, de forma que la humedad se traslade rápidamente a la superficie de la madera, y que se evapore en la cámara del horno. Conforme avanza el proceso de calentamiento, la depresión del bulbo húmedo se incrementa en torno a 1,7ºC a 28ºC, dependiendo de las especies y otros distintos factores. Esto es posible puesto que la madera verde procesada bajo la fase 1 aparece haber desarrollado una conversión interna. Dicha conversión tiene su origen en el agua asociada, bien cambiándola en agua libre, (o asumiendo) las características del agua libre. La única precaución en el uso de calor elevado y de RH reducido es observar en forma rutinaria la superficie de la madera en la unidad u horno de secado para ver si no llega a secarse demasiado durante dicho proceso y subsiguientemente formar grietas superficiales. En dicho situación, el calor o la humedad relativa ("RH") o ambas se precisaría moderarlas brevemente hasta que la migración de la humedad desde el centro de cada plancha haya sido recogida con la evaporación de la superficie. Adicionalmente, podría hacerse un ajuste para reducir la depresión del bulbo húmedo (incremento de RH) que podría tener virtualmente el mismo efecto. Con esto como único factor limitante, el operador del horno puede proceder al secado todo lo rápidamente posible con un riesgo muy reducido de que aparezcan defectos de secado de cualquier tipo.

Durante la Fase 1 del ciclo de secado, las fuerzas internas que se provocan por la diferencia de la temperatura superficial con respecto a la temperatura interior llevan a cabo cambios dentro de la pared de las células de la propia madera. Es durante la etapa de revaporización instantánea de la fase 1 cuando comienza dicha transformación. Conforme la alta humedad superficial comienza a evaporarse, esto a su vez provoca una reducción más bien rápida de la temperatura superficial de la madera. El enfriamiento rápido de la superficie conforma un diferencial de temperatura / presión que inicia una migración del agua libre contenida dentro de las células a la superficie de la madera. Puesto que esta agua libre reemplaza dicha humedad superficial que se pierde en la evaporación, se evapora también acelerando por tanto más el efecto de enfriamiento e incrementando dicho diferencial de temperatura / presión. Al cabo de un periodo relativamente corto (aprox. 10 a 15 minutos dependiendo de la temperatura y del RH de la atmósfera en donde tenga lugar la revaporización instantánea), la temperatura de la superficie de la madera se aproximará a un equilibrio con el fluido de enfriamiento. La temperatura interna de dicha madera será no obstante todavía más bien cercana a la temperatura del fluido de calentamiento que será de aproximadamente 66ºC.

De acuerdo con la termodinámica, todos los elementos en la naturaleza se encuentran en un estado de equilibrio, o dichos elementos se encuentran en el proceso de aproximación de dicho estado al equilibrio, provocando así la migración de agua libre según se ha expuesto anteriormente. Debido a que dicha agua libre está situada en la cavidad interna de las células de la madera en sí, entonces la migración de dicha agua creará un diferencial de presión dentro de la propia célula. Debido a la temperatura elevada de la pared de la célula que estaría presente en este instante, se cree que se creará un efecto osmótico haciendo que la pared de la célula sea más permeable o semipermeable, provocando por tanto que el agua asociada contenida dentro de las paredes de la célula en sí comience a migrar hacia el interior de la cavidad, en un intento por parte de la propia célula, para ecualizar el desplazamiento del agua libre que haya migrado a la superficie de la madera. Este efecto, denominado como "efecto de evaporización instantánea" provoca una reducción del MC de la madera verde durante la etapa de enfriamiento para acercarse al 7% al 10% sin signos de degradación o defecto de secado. La madera calentada está expuesta al fluido de enfriamiento al cabo de un periodo de tiempo total de aproximadamente 3 a 10 horas, dependiendo principalmente de las especies de las maderas y del tamaño de la madera. Esa cantidad de pérdida de humedad en un periodo de tiempo relativamente corto es substancialmente más alta que la obtenida hasta el momento actual mediante procesos de secado previos.

Esta pérdida de humedad resultante del efecto de evaporación instantánea, aunque significativa en sí, no es tan significativa como la apariencia que la permeabilidad de las paredes celulares de la madera verde procesada bajo la Fase 1 que había cambiado permanentemente a la condición del madera verde para la aplicación de la Fase 2 del ciclo de secado. La Fase 2 que utiliza etapas de curado convencionales continua para eliminar la humedad interna de la madera verde a una velocidad igualmente impresionante. Se cree que debido al efecto osmótico continua estando presente la temperatura interna de la madera procesada y ecualizándose con la temperatura superficial ya reducida, y en donde la permeabilidad de la pared celular se "configura" al menos durante un periodo de tiempo substancial que continúa a través de las etapas de curado restantes de la madera verde.

El tiempo total desde la tala a través de la terminación del ciclo de secado es de importancia en particular, siendo substancialmente más corto que el obtenido anteriormente con los procesos de secado convencionales existentes. Tal como se muestra en la columna J de la tabla, el tiempo de secado total para la madera dura del arce después de la tala es de seis días. Para el pino amarillo, el tiempo de secado total fue de treinta y cinco horas.

La Fase 2 del ciclo de secado típico para el pino amarillo del Sur se encuentra en la tabla anterior. La temperatura de secado para el pino amarillo tal como se indica en la Tabla en más bien baja a aproximadamente 77ºC debido a la degradación estructural a altas temperaturas. En consecuencia, los resultados no aparecen inmediatamente como inusuales. Bajo los presentes procesos de curado convencionales, el pino amarillo del Sur se seca en el horno a aproximadamente 100ºC en aproximadamente 24 horas (bajando hasta aproximadamente el 17%). Tal como se muestra en la columna J, el tiempo total para la fase 2 fue de veintitrés (23) horas. Debe de resaltarse que la práctica de la industria actual es utilizar la temperatura de seca de horno de aproximadamente 100ºC para el pino amarillo y aceptar cualquier degradación estructural o considerarla dentro de unos parámetros aceptables. El presente proceso mantiene la integridad estructural de la madera de construcción del pino verde a una temperatura de secado de 77ºC. Esto es de importancia para la industria de procesamiento del pino. Una ventaja incidental para el pino y la industria de la madera blanda asociada es que la fase de calentamiento y enfriamiento de la madera verde de la fase 1 proporciona un alto grado de control de los hongos y del entintado químico que es un problema para dicha industria.

El procesamiento de las maderas pesadas que incluyen grosores mayores ha respondido favorablemente también a esta invención al menos en algunos grados. El término de maderas pesadas tal como se utiliza aquí incluirá, aunque sin limitación, cualquier grosor de la madera superior a 10,1 cm (4 pulgadas) (16/4 en la jerga de la industria), biseles, viguetas y traviesas de ferrocarril. El proceso de secado se ejecuta relativamente de la misma forma que la madera de construcción, excepto en que el apilamiento es algo distinto. Los tablones de apilamiento son mucho más gruesos (algunas veces hasta de 5 cm) y el espacio entre los maderos en una pila es más ancho. El resto del proceso es esencialmente el mismo, excepto que el intervalo de procesamiento es considerablemente más largo. Tal como se muestra en la tabla, las traviesas de ferrocarril con dimensiones de 18 cm x 23 cm x 2,7 m se cortaron (roble) y se pretrataron de la forma apropiada, y después fueron procesadas de acuerdo con esta invención. Las traviesas son aceptables con un MC del 50%. Mediante métodos convencionales, las traviesas de ferrocarril se secan al aire durante un periodo de nueve meses a doce meses, dependiendo de la localidad geográfica. A través del uso de esta invención, el tiempo de secado total ha sido acortado hasta aproximadamente 3 horas a 4 horas. Aunque el tiempo total para el ciclo de secado se ha mostrado en la tabla de la fase 2 como de 8,5 días y el tiempo total desde la tala a través del secado se ha mostrado como de 13 días, las pruebas adicionales han indicado que estos tiempos no son obtenibles por la práctica comercial. Sobre una base proporcional, otras maderas de la construcción convencionales responderán también, pero con distintos programas de tiempo. Incluso bajo condiciones controladas lentas de los métodos de secado convencionales, las traviesas y otras maderas pesadas tienen frecuentemente fisuras grandes y profundas así como grietas. Puesto que dichas fisuras y grietas no afectan apreciablemente a la resistencia de las maderas, se consideran aceptables por la industria. Con el proceso de secado de esta invención, muchas de las fisuras y grietas que se desarrollan en las maderas pesadas son menos probables que se formen puesto que las tensiones internas que provocan dichas figuras y grietas están eliminadas bajo la fase 1 de esta invención.

El proceso de secado de esta invención puede ser utilizado para el curado de la madera en forma de troncos para el poste de utilidad, poste y áreas relacionadas mediante el seguimiento del mismo procedimiento. La excepción obvia es que el proceso de apilamiento es distinto puesto que se utilizan los troncos redondos de distinto diámetro. Los métodos de apilamiento similares a los apilamientos de tuberías para mantener los troncos en filas a niveles múltiples pueden ser utilizados, permitiendo por tanto la penetración máxima del vapor y del calor. El procedimiento de procesamiento actual es generalmente el mismo que el expuesto en la tabla. El tiempo de secado es una función del grosor de la madera que esté siendo secada. No obstante, el tiempo requerido para el secado final de los troncos se ha reducido substancialmente con respecto al tiempo necesario por los métodos convencionales actuales.

Aunque la fase 1 y la fase 2 del proceso de secado se completan preferiblemente en un armazón único tal como se muestra en la figura 1, puede ser deseable tener las etapas de calentamiento y enfriamiento 1 completadas en distintos lugares con la etapa de calentamiento realizándose en un armazón aislado y la etapa de enfriamiento realizándose mediante un enfriamiento de aire ambiente en una atmósfera o entorno exterior. El proceso de secado acelerado completo de esta invención comienza con la tala del tronco y termina con la conclusión de la fase 2.

La característica importante del proceso de secado comprende la etapa de enfriamiento de la fase 1 denominada como el periodo de evaporación instantánea, la cual es efectiva para minimizar o eliminar los tintados en la madera. Es durante este periodo cuando la madera desarrolla una combinación compleja de cambios sincronizados para hacer la madera permeable al proceso de tintado completo, y lista para ser procesada mediante etapas de secado subsiguientes. Inmediatamente después del periodo de evaporación instantánea, se tiene que permitir que la madera retorne a la temperatura atmosférica en la que tiene lugar la evaporización instantánea antes de proceder con el ciclo de secado acelerado tal como se ha expuesto en la fase 2.

Para llevar a cabo la fase 2, la madera sujeto, en cualquier de las formas en que existe la madera, se apila en una cámara aislada para conseguir un flujo óptimo de calor y de aire tal como se muestra en la figura 1. Con la excepción de ciertas especies, es decir, pino, etc., es deseable una temperatura de procesamiento inferior (71ºC o inferior), calentándose la madera sujeto por medios de vapor y calentamiento auxiliar en un rango de aproximadamente 66ºC con una depresión del bulbo húmedo de 1,7ºC a 8,3ºC, incrementándose desde 13,8ºC a 33,3ºC en las etapas posteriores de la fase 2. La madera después de estar sometida a la etapa de evaporación instantánea en la fase 1, es más permeable que hasta el momento actual. Algunas especies son más tolerantes que otras y por tanto la temperatura y el RH necesitan ser moderada basándose en las especies y en los emplazamientos geográficos de la instalación de secado. En algunos casos, la humedad de la superficie abandonará la madera procesada demasiado rápidamente antes de que la migración interna de agua pueda captarse con dicha evaporación. En este caso, el operador tiene que bajar la temperatura o bien elevar el RH, o ambas, y la situación será corregida. El fallo en la no realización de esto dará lugar a grietas en la superficie y a otros problemas asociados. Se precisan hacer pruebas de humedad aleatorias para señalizar la aproximación al contenido de humedad de objetivo, la cual varía para las distintas maderas procesadas. Se recomienda que sean utilizados métodos de pruebas estándar de secado al horno, para ampliar cualquier comprobación de medidas electrónicas que se realicen durante el proceso de esta invención.

Claims (3)

1. Un método para la reducción rápida del contenido de humedad de la madera verde antes de un secado convencional de la madera verde, en el que el método utiliza un fluido de calentamiento controlado en una zona confinada y que comprende las etapas de:

- aplicar el fluido de calentamiento a una temperatura de un rango comprendido entre 49ºC y 88ºC a la madera en la zona confinada durante un periodo de tiempo suficiente para proporcionar un calentamiento generalmente uniforme a través de la sección transversal completa de la madera verde y posteriormente mantener dicha condición durante un periodo de tiempo prescrito de tiempo substancialmente el contenido de humedad de la madera verde durante el calentamiento.

- aplicar durante aproximadamente 30 minutos después de la terminación del calentamiento de la madera verde un fluido de enfriamiento tal como rodeando la madera verde, teniendo el fluido de enfriamiento una temperatura de al menos en torno a 17ºC inferior a la temperatura de la madera verde calentada y con una humedad relativa al menos de aproximadamente 10% inferior a la humedad relativa de la zona confinada calentada.

- mantener la aplicación del fluido de enfriamiento a la madera verde durante 3 a 10 horas suficientes para que la madera verde alcance substancialmente la temperatura reducida del fluido de enfriamiento para la eliminación de substancialmente la humedad de la madera verde, estando sometida posteriormente la madera verde al secado convencional.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el flujo de calentamiento se aplica a una temperatura de aproximadamente 66ºC.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fluido de calentamiento está distribuido uniformemente entre la madera verde en la zona confinada.