ES2239392T3 - Proceso de tratamiento y aceleracion del secado de madera verde. - Google Patents
Proceso de tratamiento y aceleracion del secado de madera verde.Info
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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.
Esta invención está relacionada con un método
para la reducción rápida de la humedad contenida en la madera
verde.
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.
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.
La figura 1 es una vista esquemática general de
un aparato adecuado para la realización del proceso de esta
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.
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.
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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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
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.
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