ES2972115T3 - Procedimiento de secado térmico de la madera en atmósfera de CO2, instalación de secado para la puesta en práctica de dicho procedimiento y producto obtenido - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para el secado térmico de madera que se implementa mediante una instalación de secado que comprende: - una cámara de secado (1); - medios para suministrar CO2 (3) a presión y temperatura seleccionadas; - medios de circulación (307, 203) para forzar la circulación del fluido gaseoso; - medios de calentamiento (2) para recalentar el fluido caloportador gaseoso; - medios extractores (4) para extraer la atmósfera dentro de la cámara de secado (1); - medios de metrología (5) para medir las variaciones de métricas físicas en la instalación de secado durante el calentamiento; y - medios de control (6) para dirigir los medios implementados según programas, adaptados a la calidad deseada de la madera secada, y medios de procesamiento para reajustar los parámetros de funcionamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de secado térmico de la madera en atmósfera de CO2, instalación de secado para la puesta en práctica de dicho procedimiento y producto obtenido

La presente invención se refiere a un procedimiento para el secado térmico de madera bajo atmósfera de CO2, en particular, pero no limitado al secado industrial de madera aserrada, madera en rollo y/o en troncos. Se refiere igualmente a una instalación para la puesta en práctica de dicho procedimiento de secado y al producto obtenido.

Se entiende aquí por "madera aserrada, madera en rollo y madera en troncos" madera destinada a su uso en sectores de transformación secundaria de la madera, particularmente para la industria, la construcción, la carpintería o para la disposición exterior e interior urbana, industrial, colectiva y doméstica.

Aunque existen diferentes soluciones para el secado de la madera aserrada, madera en rollo y/o en troncos, las soluciones conocidas rara vez permiten una aplicación industrial asociada con un bajo equilibrio energético. En efecto, las soluciones conocidas son utilizadas generalmente a pequeña escala, debido al problema de consumir un mínimo de energía obteniendo una madera con un bajo porcentaje de agua.

Otra desventaja de las soluciones existentes es la duración del procedimiento de secado, que a menudo representa una duración significativa de varios días, un factor que limita su utilización eficaz para uso industrial.

Además, con demasiada frecuencia los procedimientos actuales luchan por alcanzar el objetivo de elevar la temperatura de manera que sea homogénea en el núcleo de una masa de madera, obteniendo al mismo tiempo una humedad residual baja de la madera seca y garantizando la integridad de la estructura interna de la madera durante y después del secado.

Finalmente, los procedimientos de secado actuales se implementan generalmente para madera conformada en tablones, o previamente reducida, lo que implica el transporte de la madera, así como un pesado procesamiento antes del secado.

La patente EP2196295A1 divulga un procedimiento para el secado térmico de madera según el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención soluciona estos inconvenientes.

Se refiere a un procedimiento de secado térmico de madera puesta en práctica mediante una instalación de secado que comprende al menos una cámara de secado.

Según una definición general de la invención, el procedimiento de secado comprende las siguientes etapas:

- inyectar en el interior de la cámara de secado (un gas caloportador que comprende CO2 a presión y temperatura seleccionadas;

- forzar la circulación del gas caloportador a través de la cámara de secado;

- calentar el gas caloportador que circula en la cámara de secado en una primera fase llevando la temperatura promedio de la cámara de secado desde la temperatura ambiente hasta 80 °C según un gradiente de temperatura elegido para extraer el agua libre de la madera, luego una segunda fase desde 80 °C hasta 140 °C en función del perfil de secado específico de la madera que se va a secar, que comprende un perfil de aumento de temperatura específico y permite extraer el agua ligada específica de la madera que se va a secar;

- extraer fuera de la cámara de secado la mezcla gaseosa binaria que comprende CO2 y agua en forma de vapor a alta temperatura y evacuar, el agua así extraída de la carga de madera fuera de la cámara;

- pilotar las etapas de inyección, de circulación, de recalentamiento y de evacuación según programas, valores de consigna y tiempos de secado apropiados según la curva de evolución higrométrica específica en el núcleo de la madera en función del tiempo de secado y de las secuencias del aumento de la temperatura específicas para el tipo de madera que se va a secar; y

- recoger el conjunto de datos formados por las variaciones en las mediciones físicas metrológicas, compararlos con los valores de consigna dictados por el perfil específico de la madera que se va a secar y reajustar el funcionamiento de la instalación de secado en caso de desviación de los valores de consigna.

De este modo, el procedimiento de secado permite obtener un secado rápido de la madera, el cual además consume menos energía, y permite obtener una tasa de humedad de la madera así secada inferior al 5 % de humedad, permitiendo al mismo tiempo una adaptabilidad a cualquier tipo de madera gracias a las etapas de vigilancia, control y retroajuste.

El procedimiento de secado utiliza una generación de flujo de gas de transferencia de calor de CO2 inyectado en la cámara de secado de la carga de madera a presión atmosférica, seguido de un calentamiento en circuito cerrado en dos tiempos y gradualmente hasta un valor objetivo, con un sistema de vigilancia de numerosas mediciones físicas que incluyen el registro de la presión, higrometría, temperatura, masa de la cámara de secado en diferentes puntos y conectados a un circuito de retroacción que permite ajustar el funcionamiento de la instalación para obtener las condiciones óptimas de secado de la madera.

Un procedimiento de secado de este tipo tiene la ventaja de ser corto en el tiempo, reproducible a gran escala para su uso industrial, energéticamente eficiente y permite obtener un porcentaje de agua de la madera secada inferior o igual al 5 %, a temperatura moderada.

El tipo de madera adecuada para el procedimiento y su dispositivo de puesta en práctica pertenece al grupo formado por la madera en rollo, los troncos, la madera aserrada y la madera conformada en tableros.

El procedimiento de acuerdo con la invención comprende una etapa de inyección de CO2, la cual consiste en la extracción del aire atmosférico de la cámara de secado 1 , la inyección de CO2 de caudal elegido, seguido del inicio de la recirculación continua a régimen bajo. La etapa de inyección de CO2 continúa con el registro y el conteo de la tasa de renovación de la atmósfera de CO2 en la cámara 1 , y finalmente reducir el flujo de inyección de CO2 hasta un valor de consigna mientras se aumenta el régimen continuo de recirculación de CO2 hasta obtener un caudal nominal.

Según un modo particular de realización de la invención, el procedimiento de secado comprende también una etapa de reciclado del CO2, que permite la recuperación de CO2 de la mezcla gaseosa vapor de agua/CO2 extraído de la cámara (1 ) durante el secado.

En la práctica, la etapa de recalentamiento comprende las siguientes subetapas:

- iniciar el programa termostático de comando de calentamiento;

- aumentar la temperatura del tubo de secado desde la temperatura ambiente hasta 80 °C durante 10 horas (6 °C/h); - aumentar la temperatura del tubo de secado desde 80 °C hasta 140° durante 60 horas (1 °C/h);

- comprobar la presión interna, la presión parcial en agua y CO2, la temperatura de la carga de madera a nivel de su albura y su duramen, la temperatura de la atmósfera en la cámara de secado, la masa del tubo de la cámara de secado, la higrometría, el caudal y el volumen de CO2, y la tasa de renovación de la atmósfera de CO2 en todo momento del calentamiento y modular el parámetro adecuado para mantener los valores de consigna; y - detener el calentamiento cuando la higrometría de la madera haya alcanzado un valor objetivo o la temperatura promedio de la cámara de secado alcance 140 °C.

La etapa de calentamiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo a presión atmosférica, con un porcentaje en masa de CO2 gaseoso en la cámara que debe estar comprendido entre el 95 % y el 100 %.

En la práctica, la etapa de secado comprende las siguientes subetapas:

- disminuir la temperatura de la cámara

- detener la alimentación de CO2 cuando la temperatura de la madera sea inferior a 60 °C;

- detener el sistema de recirculación continua de CO2;

- extraer completamente la atmósfera interna de la cámara de secado (1 );

- detener los registros de las mediciones físicas de la instalación; y

- detener y poner en suspensión

A título de ejemplo no limitativo, la tasa de humedad objetivo de la madera secada mediante la puesta en práctica del procedimiento es inferior o igual al 5 %.

La invención se refiere también a una instalación de secado para la puesta en práctica de procedimiento de secado de acuerdo con la invención.

Otras ventajas y características de la invención aparecerán al examinar la descripción y los dibujos en los cuales:

[Fig. 1]representa esquemáticamente una instalación de secado de madera de acuerdo con la invención; [Fig. 2] representa de forma aislada el sistema de calentamiento de acuerdo con la invención;

[Fig. 3] representa un módulo calentador de inmersión interno del sistema de calentamiento de acuerdo con la invención;

[Fig. 4] representa un ventilador de simple aspiración del sistema de calentamiento de acuerdo con la invención;

[Fig. 5] representa esquemáticamente las etapas generales del procedimiento de secado de acuerdo con la invención;

[Fig. 6] representa esquemáticamente las subetapas que permiten la preparación para la inyección de CO2 y la inicialización del secado de acuerdo con la invención;

[Fig. 7] representa esquemáticamente las subetapas que permiten proceder a la etapa de calentamiento y de terminación del calentamiento de acuerdo con la invención; y

[Fig. 8] representa esquemáticamente las subetapas que permiten el final del ciclo de secado así como la detención de la instalación de acuerdo con la invención.

[Fig 9] representa un perfil higrométrico particular de la evolución de la humedad y de las temperaturas de la atmósfera de la cámara de secado en función del tiempo según el procedimiento de acuerdo con la invención.

[Fig. 10]representa varios perfiles higrométricos particulares de diferentes especies que representan la evolución de la humedad media de la madera en función del tiempo y de la temperatura de la atmósfera de la cámara de secado según el procedimiento de acuerdo con la invención.

Con referencia a lasfiguras 1,2,3 y 4, la instalación de secado de acuerdo con la invención comprende varios grupos funcionales que incluyen una cámara de calentamiento 1 que comprende al menos un tubo de secado en la cual se introduce la madera que se va a secar, al menos un sistema de calentamiento 2, al menos un sistema de alimentación de CO23, al menos un sistema de extracción de atmósfera 4 que permite la extracción de la atmósfera interior de la cámara de secado 1, varias unidades de medición metrológicas 5, y finalmente un sistema informático de mando 6 equipado con una interfaz de programación de aplicaciones API.

Según un modo de realización, la instalación comprende una cámara de secado 1 compuesta por uno o más tubos de secado cilíndricos huecos que permiten la introducción de la madera en rollo que se va a secar. Esta cámara de secado 1 dispone de una entrada 101 , a la cual le sigue un conducto denominado de "respiración" que comprende una válvula antirretorno 101a seguida de una electroválvula de respiración 101b de la cámara 1 , la que permite la inyección de aire procedente del exterior de la instalación en la cámara de secado 1.

La cámara de secado 1 comprende además una salida 102 hacia un sistema de extracción 4, controlado por una electroválvula de salida 102a, que también dispone de una sonda de temperatura 505 y que permite la extracción de la atmósfera presente en la cámara de secado 1. Una válvula de seguridad 103 dispuesta en la posición media de la cámara de secado 1, y conectada al conducto del sistema de extracción 4, permite la evacuación de urgencia de una parte de la atmósfera contenida en la cámara de secado 1 en caso de presión crítica en esta. En la práctica, la presión crítica a nivel de la válvula puede ser de 0,002 MPa (0,02 bar).

Finalmente, la cámara de secado también comprende instrumentos de metrología 5, que permiten la medición de diversas características físicas. Los instrumentos incluidos a nivel de la cámara de secado 1 son, por ejemplo:

- cuatro células de carga individualizadas 503a/503b/503c/503d, distribuidas bajo la cámara y que permiten el seguimiento de la masa del tubo de secado, y así conocer la masa de la carga de madera durante el secado, indicando el progreso del secado;

- seis transmisores de temperatura individualizados y colocados en la madera, de los cuales tres dispuestos en el centro del tronco 501a/501b/501c así como tres colocados en la periferia del mismo 502a/502b/502c, permitiendo así un seguimiento preciso en tiempo real de la temperatura en varios puntos de la cámara 1 , así como en la carga de madera, con el fin de evitar dañar el tronco durante el secado y optimizar el secado mediante regulación fina; - tres conjuntos de higrómetro/termómetro individualizados dispuestos aguas arriba 504a, en el centro 504b y aguas abajo 504c en la cámara de secado 1;

- un conjunto transmisor de presión 506a y manómetro 506b que permite el registro de la presión en el interior de la cámara de secado 1.

Cada medición metrológica comprende un valor de consigna o un grupo de valores de consigna que se deben respetar, específico de cada tipo de madera.

A título de ejemplo no limitativo, la cámara de secado 1 comprende un tubo cerrado de 2.000 litros con recirculación atmosférica interna. Por ejemplo, el reactor está constituido por:

- un tubo de acero de 5,5 metros de largo, cerrado por dos placas de acero (no representadas) de 700 mm de diámetro y 3 mm de espesor, una atornillada sobre bridas que comprende 1 derivación de inspección cerrada por una placa de acero de 220 mm de diámetro atornillada sobre brida, y la otra equipada con una puerta articulada atornillada sobre brida sobre pernos articulados, que comprende una derivación de inspección y finalmente cerrada por un grifo/válvula;

- un carril de rodillos (no representado) compuesto por una serie de diez rodillos de 4 cm de diámetro y 15 cm de longitud espaciados cada 70 cm y fijados mediante placa atornillada; y

- una extremidad fileteada cerrada por un capuchón roscado, para instalar los sensores, en los extremos y en el centro, fijado sobre el eje del generador superior de la cámara.

La instalación de secado comprende además un sistema de calentamiento 2, equipado con un conducto 204 que comprende una entrada 201 para hacer circular el gas procedente de la parte aguas arriba de la cámara de secado 1 , conduciendo entonces el conducto 204 a un sistema de recirculación continua 203 o ventilador de recirculación continua que comprende una vaina 203a, una turbina 203b, así como una entrada 203c y una salida 203d que permiten la circulación de la mezcla gaseosa desde la cámara 1 según una dirección F en el sistema de calentamiento 2, luego a un calentador 205 o celda de recalentamiento, que evacua la atmósfera así calentada hacia una salida 202 que da a la cámara de secado 1.

Según un primer modo de realización alternativo, la cámara de secado 1 está constituida por una pluralidad de tubos de secado, conectados a un sistema de calentamiento 2 común a los tubos de secado.

Según un segundo modo de realización alternativo, la cámara de secado 1 está constituido por una pluralidad de tubos de secado, conectados a una pluralidad de sistemas de calentamiento 2.

En la práctica, el calentador 205 es del tipo calentador de inmersión vendido con la referencia "calentador eléctrico 237537 con tubo sumergido" por la empresa VULCANICO con una potencia de 7 W e incluye una entrada 206 a través de la cual los gases que se van a calentar ingresan al calentador 205, un conducto 208 cilíndrico abierto de acero, en el que se inserta un calentador de inmersión 209 y se fija en una de las aberturas, y finalmente una segunda abertura de salida 207 para los gases así calentados. Aguas abajo del conducto 208, antes del orificio de salida 207, están dispuestos un termostato 210 que permite la regulación de la temperatura del calentador de inmersión 209, así como una sonda de medición de la temperatura 211.

A título de ejemplo no limitativo, el sistema de calentamiento 2 comprenda un circuito con vaina en espiral, fabricado en chapa de acero galvanizado de aproximadamente 8 m de longitud, que alimenta una caja de extracción de calentamiento equipada con un ventilador 203 de tipo helicoidal con motor remoto de baja presión de 9,5 Nm3/min, así como un calentador 205 de 2 x 3,5 kW controlado termostáticamente, el conjunto aislado por una envoltura de lana de vidrio de 20 cm de espesor.

En la práctica, el ventilador de recirculación continua 203 puede ser del tipo ventilador centrífugo de media presión, de simple aspiración, con vaina 203b y turbina 203a de chapa de acero, comprendiendo dicho ventilador una turbina 203a con álabes inclinados hacia el frente fabricados de chapa de acero galvanizado, siendo capaz el ventilador 203 de soportar una temperatura máxima del aire que se debe transportar de -20 °C a 250 °C.

La instalación de secado también comprende además un sistema de alimentación 3 de CO2, que comprende una fuente de CO2 líquido anhidro, constituido por un "centro de alimentación de CO2" 301 que comprende dos ubicaciones para proyectiles estándar de tipo "Aire-Líquido", cada uno de los cuales contiene 34 kg de CO2 líquido comprimido a 5 MPa (50 bar), y el(los) correspondiente(s) dispositivo(s) de expansión, es decir, un dispositivo de expansión de CO2 gaseoso constituido por un reductor primario (no mostrado) que permite que la presión pase de 7 MPa a 0,3 MPa (70 bar a 3 bar) (0,5 m3/h), un reductor-regulador de caudal secundario que permite aumentar la presión de 0,3 MPa a 0,03 MPa (3 bar a 0,3 bar) (5 m3/h). El sistema de alimentación 3 dispone entonces de una electroválvula 304 de corte precedida por un dispositivo de conteo 302/303 atmosférico del CO2, controlando la electroválvula la alimentación a una tubería atmosférica fija 306, estando constituido el dispositivo de conteo por un conjunto de manómetro/termómetro 302 y volúmetro/caudalímetro 303. El conducto de alimentación de CO2 inyectado y descomprimido luego incluye una válvula antirretorno y finalmente se une a una tubería de puesta en circulación atmosférica 306.

El sistema de alimentación 3 de CO2 incluye entonces un dispositivo de circulación de gas 307 que permite impulsar aire a temperatura ambiente hacia el sistema de calentamiento 2. El dispositivo de circulación 307 comprende un compresor de aire 308 que expulsa aire a presión hacia una tubería que se divide en dos, y por lo tanto la primera división permite la circulación del aire comprimido hacia un reductor 309 el cual permite luego la circulación de aire a presión reducida hacia las electroválvulas 101b y 102a, presentes respectivamente en la entrada 101 y la salida 102 de la cámara de secado 1. Una segunda división de la tubería permite la circulación de aire comprimido hacia un reductor 310 que reduce la presión del aire inyectado hacia una electroválvula 311 que permite controlar la cantidad de aire introducido en el circuito, que luego incluye una válvula de retención 312 y que desemboca en la tubería de circulación atmosférica 306 la cual se une al conducto 204 del sistema de calentamiento 2 aguas arriba del recirculador 203.

Según un modo de realización alternativo de la invención, la tubería de puesta en circulación atmosférica 306 se une directamente al menos a un tubo de la cámara de secado 1.

Según otro modo de realización alternativo, la fuente de CO2 utilizada es CO2 reciclado directamente a partir de la recuperación y de la depuración de emisiones de las chimeneas de las fábricas.

La instalación de secado comprende igualmente un sistema de extracción 4 de la atmósfera de los tubos de la cámara de secado 1, el cual comprende un conducto principal 402 que comprende una entrada 401 abierta al exterior, y que permite la creación de una entrada de aire hacia un extractor 403, que permite la ventilación forzada del conducto 402 hasta la salida 405. El conducto 402 comprende de dos uniones provenientes de la cámara de secado 1, de las cuales la primera unión con la tubería de la salida 102 de la cámara de secado 1 , y la segunda unión con la tubería de la válvula de seguridad 103. El sistema de extracción 4 permite así la evacuación de la atmósfera de la cámara de secado 1.

El sistema de extracción 4 de la instalación de secado comprende también una salida 104 situada en la base de la cámara 1, teniendo la base una inclinación del 1 %, que dispone de una electroválvula de drenaje 104a con cuello de cisne, que permite la evacuación del agua en forma líquida durante el secado.

La instalación de secado también integra además un sistema informático de pilotaje 6 que comprende una interfaz de programación de aplicaciones API. La interfaz de programación de aplicaciones permite por un lado, la gestión del envío de consignas a cada uno de los componentes de la instalación, y por otro lado integrar los datos recibidos por los diferentes instrumentos de medición metrológica 5, con el fin de ajustar las consignas enviadas a los componentes de la instalación.

Según un modo de realización particular, la instalación de secado de acuerdo con la invención comprende un sistema de reciclaje de CO2 que permite la separación de vapor de agua y de CO2 gaseoso presente en la atmósfera extraída de la cámara 1 durante el secado, para poder eliminar el agua recuperando el CO2 para ser almacenado, o directamente reutilizado en la instalación.

A título de ejemplo no limitativo, es utilizado un sistema de reciclaje de condensación, disminuyendo la temperatura de la mezcla gaseosa binaria de vapor de agua/CO2 extraída de la cámara de secado 1 hasta una temperatura t, permitiendo la condensación del agua de la mezcla, la cual luego se recupera por gravedad en forma líquida y es eliminada.

Por ejemplo, el sistema de reciclaje (no mostrado) permite la desecación de la atmósfera interna extraída de la cámara de secado 1 mediante una instalación de condensación térmica de vapor de agua por enfriamiento, sobre una pared fría equipada con un intercambiador de calor. Por lo tanto, el sistema permite el reciclaje de la atmósfera deshidratada, la cual está compuesta sea por CO2 puro o sea por aire deshidratado.

El gas CO2 recuperado por el sistema de reciclaje (no representado) se puede almacenar o reinyectar directamente además del "bloque de alimentación de CO2".

Según un modo de realización particular de acuerdo con la invención, la cámara de secado 1 dispone de una longitud de 5,5 m por 0,6 m de radio, es decir, un volumen interno de 1555 litros, el sistema de recirculación dispone de una longitud de 9 m por 0,16 m de radio, es decir, un volumen interno de 170 litros, y el tronco insertado en la cámara 1 dispone de una longitud máxima de 5 m por 0,46 m de radio, es decir, un volumen de 1415 litros. La atmósfera de la cámara de secado 1 por la cual circulará tanto el CO2 como el agua extraída dispone de un volumen promedio de 310 litros.

Con referencia a lasfiguras 4 a 9,la instalación de secado así descrita con referencia a lasfiguras 1,2 y 3pone en práctica un procedimiento de secado que comprende una sucesión de etapas según la siguiente secuencia:

Según una primera etapa de preparación de la madera o tronco que se va a secar S1, los troncos son descortezados y calibrados con el calibrador cilíndrico sin horquillas ni deformación axial. El tamaño de los troncos podrá, sin limitación, tener un diámetro máximo de 45 centímetros y una longitud máxima de 5 metros. El tronco es empujado hacia el interior del horno sobre un carril de rodillos y la puerta semiestanca del dispositivo (no representados) es cerrada y atornillada;

Según una segunda etapa de inicialización S2 de la instalación de secado, el sistema informático de pilotaje 6 lleva a cabo las pruebas de tensado eléctrico y de funcionamiento de los siguientes periféricos pero no de manera limitativa: células de carga piezoeléctricas de pie de celda 503a/503b/503c/503d, electroválvulas de admisión 304 y de evacuación del CO2 102a, ventilador extractor del circuito de recirculación continua de CO2 203, ventilador extractor del circuito de evacuación atmosférica de CO2403, termostato de celda de calentamiento 210 , resistencia(s) de la celda de calentamiento 209 y volúmetro/caudalímetro de alimentación de CO2303; Según una tercera etapa de inicio S3 del sistema de alimentación 3 de CO2 y de puesta en circulación 307 del mismo, se pone en marcha la instalación de secado;

Según una cuarta etapa de inicialización del sistema de recirculación continua de CO2 S4, el consumo de CO2 del procedimiento es reducido;

Según una quinta etapa de calentamiento S5 de la cámara de secado 1, la temperatura de la atmósfera de CO2 aumenta según un caudal y una velocidad elegida con la medición en tiempo real de la temperatura en diferentes puntos de la cámara, la higrometría, la presión, las presiones parciales de agua y CO2, el calentamiento efectuándose a presión atmosférica;

Según una sexta etapa de terminación del calentamiento S6, el calentamiento se detiene cuando se alcanza la temperatura máxima objetivo de la atmósfera de la cámara de secado 1, es decir, 140 °C para un tiempo de secado de 70 horas, o cuando la higrometría en el núcleo de la madera alcanza un valor objetivo;

Según una séptima etapa S7, está previsto detener el sistema de calentamiento 2 así como la terminación de los registros de las mediciones físicas mediciones durante el calentamiento;

Según una última etapa S8, la madera así secada se extrae del tubo de la cámara de secado 1.

Todas las etapas del procedimiento después de la etapa de preparación de la madera S1 son pilotadas y se llevan a cabo mediante una sucesión de comandos completamente automatizados por el sistema informático de pilotaje 6 que comprende una interfaz de programación de aplicaciones API. La API que ejecuta un programa de comando, envía diferentes consignas a cada uno de los componentes de control y recibe los datos de registro de los instrumentos metrológicos 5 de la instalación de secado, las cuales permiten ajustar los componentes de control con el fin de optimizar el secado en caso de desviación con respecto a los valores de consigna.

Las etapas de inicio de los sistemas S3 de alimentación 3 y de puesta en circulación de CO2307, y el inicio del sistema S4 de recirculación continua 2 incluyen ventajosamente subetapas que permiten poner en prácticas el procedimiento de conformidad con la invención.

Según la primera subetapa S31, está previsto el inicio del extractor 403 de evacuación atmosférica de CO2, permitiendo así la extracción de aire atmosférico de la cámara de secado 1 a un caudal mínimo.

El caudal mínimo se define como el caudal que permite al sistema de recirculación 203 renovar toda la atmósfera disponible en la cámara de secado 1 en un minuto, es decir, una media de 310 litros.

Por ejemplo, el caudal mínimo es de 300 litros por minuto.

A esta etapa S31 le sigue una subetapa S32 que consiste en el inicio de la inyección de CO2 mediante la apertura de las electroválvulas 304 de alimentación de CO2 hacia el conducto de calentamiento 204 hasta la obtención de la saturación definida por un porcentaje del valor másico de CO2 elegido en la cámara de secado 1.

Según una tercera subetapa S33, está previsto el inicio del sistema de recirculación continua de los gases presentes en la cámara de secado 1 a un caudal bajo, por ejemplo a 300 l/min, siendo activado dicho inicio mediante una consigna de inicio automático del ventilador de recirculación continua de CO2.

A la subetapa S33 le sigue una subetapa S34 de conteo de la renovación de la atmósfera de CO2 hasta que la tasa de renovación alcance un valor de consigna, comparándose automáticamente el volumen acumulado calculado con un valor de consigna, y permitiendo así conservar un porcentaje del valor másico del CO2 de la cámara 1 entre el 95 % y el 100 %.

Para ajustar la tasa de renovación de la atmósfera de CO2, el procedimiento de secado comprende una subetapa de limitación S35, que permite el ajuste de la tasa de renovación y de volumen calculado de CO2 gracias a la reducción del caudal de alimentación a un valor dado mediante la activación de una primera consigna de reducción de apertura de las electroválvulas 304 de alimentación de CO2, siendo vigilado (monitoreado) el caudal durante su reducción y comparado automáticamente con un valor de consigna mínimo.

Según una subetapa S36 que precede a la etapa de calentamiento S5, el sistema de recirculación continua 307 recibe una consigna de aumento automático en el régimen de uso nominal del ventilador de recirculación continua de CO2, aplicando un caudal nominal de 6000 l/min. El régimen nominal se define como el régimen del sistema de recirculación que permite obtener una recirculación óptima de los gases de la cámara de secado 1 antes del principio de la fase de calentamiento y permite así la recirculación directa y continua del CO2 una vez que se ha iniciado el calentamiento al caudal elegido.

Una vez operativos los sistemas de metrología 5, de alimentación de CO23 y de recirculación continua, el procedimiento descrito de acuerdo con la invención comprende una etapa de calentamiento S5 y de terminación de calentamiento S6 que comprende una serie de subetapas que permiten un secado óptimo de la madera en rollo.

Según la primera subetapa S51, se planifica el inicio del programa termostático de comando del calentamiento, que se separa en dos fases de calentamiento sucesivas.

Una primera fase de calentamiento S52 permite que la temperatura promedio de la cámara de secado 1 aumente entre la temperatura ambiente, por ejemplo 30 °C, y una primera temperatura establecida de 80 °C. El aumento de temperatura se produce durante un período de 10 horas, con un funcionamiento de la celda de calentamiento a plena potencia, es decir, 7 kW, siendo el gradiente de aumento de temperatura, por ejemplo, de 6 °C por hora. Durante esta primera fase se busca eliminar el agua libre de la masa de madera.

Según un modo de realización de acuerdo con la invención, el sistema de pilotaje 6 inicia la aceleración automática de las 2 resistencias de calentamiento del calentador de inmersión 209.

Una segunda fase de calentamiento S53 comienza cuando la temperatura promedio de la cámara alcanza los 80 °C. Esto permite que la temperatura promedio de la cámara aumente hasta un segundo valor de consigna de 140 °C, teniendo lugar esta segunda fase de calentamiento con el funcionamiento del calentador 205 a potencia reducida, es decir, 3,5 kW, durante un período de 60 horas, el aumento de la temperatura tiene lugar, por ejemplo, a una velocidad de 1 °C por hora, esto con el fin de regular más finamente el secado en sí, la integridad estructural de la madera que se va a secar así como el entorno de secado en la cámara de secado 1. Durante esta segunda fase, se trata de eliminar el agua ligada a la masa de la madera.

La segunda fase de calentamiento finaliza cuando la temperatura alcanza los 140 °C o el contenido de humedad objetivo de la madera seca es inferior o igual al 5 %.

La temperatura máxima de calentamiento elegida, es decir, 140 °C, permite una eficiencia de secado óptima mediante sustitución de CO2/H2O, limitando al mismo tiempo en gran medida cualquier daño a la integridad estructural de la madera que se va a secar.

En la práctica, la primera fase, que eleva la temperatura promedio de la cámara de secado 1 que contiene CO2 hasta 80 °C, permite extraer el agua libre de la madera que se va a secar, la segunda fase, de 80 °C a 140 °C, permite extraer el agua ligada de la madera que se va a secar.

Por encima de 140 °C, el solicitante ha observado que se produce una modificación de los compuestos macromoleculares de la madera (de acuerdo con la bibliografía sobre la materia), con una degradación de las hemicelulosas, una reticulación de las ligninas así como una modificación de la estructura cristalina de la celulosa, justificando así que el calentamiento según el procedimiento de acuerdo con la invención disponga una temperatura máxima de 140 °C.

El perfil de secado es específico para cada tipo de madera, por lo que cada tipo de madera tiene una curva de evolución higrométrica en el núcleo de la madera en función del tiempo de secado específico y de las secuencias del aumento de temperatura asociadas específicas, que dictan el perfil de aumento de temperatura que se debe aplicar durante las dos fases de calentamiento, y sirve como base de comparación con las mediciones metrológicas registradas para que el sistema de pilotaje 6 ajuste estas mismas mediciones a valores de consigna, esto con el fin de obtener un secado óptimo y de manera industrial de la carga de madera. Durante cada una de las dos fases de calentamiento, el termostato 210 del calentador 205 así como los sistemas para registrar mediciones metrológicas en tiempo real, permiten ajustar la potencia del calentador 205 mediante el efecto de retroacción del termostato 210 sobre el calentador 205 así como la modulación de los sistemas de circulación de CO2.

Según las Figuras 9 y 10, los gradientes de temperatura de la primera fase de secado 901 y de la segunda fase 902 son modulados por el sistema de pilotaje 6, para dominar la evolución de la higrometría en el duramen de la pieza de madera que se está secando.

En la práctica, al ser variable la higrometría en la madera que se va a secar, se vigilan mediante mediciones metrológicas: la higrometría media 904, la higrometría mínima 905 y la higrometría máxima 903, por ejemplo.

El registro del pilotaje de las secuencias de valores de consigna asociados a las mediciones observadas permite establecer un perfil higrométrico de secado específico para la especie de madera que se va a tratar, y así definir los retroajustes por parte del sistema de pilotaje 6 para las maderas de la misma especie durante las posteriores operaciones de secado, y así industrializar el secado manteniendo la conservación de la estructura macromolecular de la madera seca con una sustitución del agua ligada por CO2.

A título de ejemplo no limitativo, los retroajustes efectuados por el sistema de pilotaje 6 son obtenidos modificando el funcionamiento del calentador 205, del sistema de recirculación continua 203 o de la electroválvula de drenaje 104a. Estos reajustes permiten, por un lado, mantener un delta de temperatura máximo de 20 °C entre la temperatura registrada en el núcleo de la madera y la temperatura de la atmósfera de la cámara de secado 1 , y por otra parte, adaptar el secado de una especie de madera hasta un perfil específico.

Según la Figura 10, se encuentran los perfiles higrométricos de cuatro especies de madera A 1001, B 1002, C 1003 y D 1004, cada una de las cuales disponen de una evolución específica en función del gradiente de temperatura según una primera fase hasta 80 °C, luego una segunda fase que puede alcanzar los 140 °C.

La segunda fase de calentamiento permite la optimización de la sustitución del CO2 a H2O ligado a la celulosa de la madera que se va a secar. Esta sustitución de CO2/H2O permite garantizar la integridad molecular "estructural" de la "laminación de celulosa" y, por tanto, de la madera seca. Por lo tanto, es necesario un pilotaje multiparamétrico fino y preciso del entorno de secado, de la temperatura de la madera y de la cámara de secado 1.

La instrumentación y el pilotaje basados en mediciones metrológicas del ambiente interno de la cámara de secado y de la madera permiten evitar el deterioro de la madera durante el secado, induciendo cualquier secado una eliminación inevitable de material, aunque reducida por el CO2 sustituido. En caso de un control deficiente, la calidad estructural de la madera secada así obtenida puede verse afectada considerablemente.

Pueden aparecer grietas, así como combaduras de la madera, como consecuencia de un mal pilotaje y comprometer así la integridad estructural de la madera secada obtenida mediante el procedimiento de acuerdo con la invención, generando por tanto un producto no de acuerdo con la invención.

Según el procedimiento de acuerdo con la invención, pero sin limitación, las mediciones metrológicas registradas en tiempo real durante la subetapa S54 pueden ser las siguientes:

- la masa del reactor, que permite conocer la masa de la madera que se está secando y evaluar así el progreso de la extracción de la masa de agua y por tanto del propio secado;

- el caudal y el volumen de alimentación de CO2 así como la presión atmosférica diferencial agua/CO2, para realizar un ajuste si la cantidad de CO2 en la cámara de secado 1 es demasiado grande o insuficiente gracias a los sistemas de recirculación y de alimentación de CO2;

- la temperatura atmosférica en la salida/evacuación de la cámara de secado, así como la de la madera secada. En efecto, durante las dos fases de calentamiento, la temperatura promedio de la atmósfera de la cámara de secado 1 se compara con la temperatura en el núcleo de la madera como valor de consigna, bajo control del cumplimiento del perfil de secado específico de la madera que se va a secar que se va a aplicar, aplicando un seguimiento de la curva de evolución higrométrica en el núcleo de la madera en función del tiempo de secado y de su secuencia particular de aumento de la temperatura de la atmósfera de la cámara de secado 1. Esta curva de evolución sigue generalmente la función 1/x. Si se constata una diferencia superior a un valor admisible, se suspende temporalmente el aumento de temperatura hasta volver a un diferencial máximo de temperatura de 20 °C entre la temperatura del núcleo de la madera y la temperatura de la atmósfera de la madera de la cámara de secado por un lado, y por otro lado, encontrar unos valores aceptables respecto al perfil de secado específico de la madera que se va a secar;

- higrometría atmosférica en la célula de calentamiento y en su salida/evacuación; y

- la higrometría de la madera (albura y duramen).

Si uno de estos valores registrados no está situado en una zona de valores inicialmente prevista en un momento t durante el calentamiento, el sistema de pilotaje 6 establece una retroacción con el fin de ajustar el valor de la medición metrológica con el fin de volver a un valor de consigna normal satisfactorio dictado por el perfil específico de cada tipo de madera que se va a secar.

El secado se realiza, al menos para la segunda fase, con un porcentaje en masa de CO2 gaseoso en la cámara de secado 1 comprendido entre el 95 % y el 100 %. Una vez que la temperatura promedio de la cámara de secado 1 alcanza la temperatura máxima de 140 °C o que la higrometría de la madera al nivel del duramen es conforme con el valor objetivo de consigna, por ejemplo, pero sin limitación, 5 %.

El sistema de calentamiento 2 es detenido según una subetapa final S55, que incluye detener las resistencias del calentador 205, las electroválvulas de admisión 304 y de evacuación 102a de CO2 se pilotan mediante una sucesión de comando del sistema de pilotaje 6 con el fin de dominar y controlar la reducción de la temperatura de la cámara de secado 1.

La temperatura promedio de la cámara de secado 1 se define como el promedio entre la temperatura en el tubo de secado y la temperatura en la salida de la cámara 102. El sistema de pilotaje 6 inicia entonces la etapa de puesta en detención S7, con una subetapa S71 de disminución de la temperatura promedio de la madera hasta un primer valor de consigna de 60 °C, el sistema provoca la detención del sistema de recirculación continua 203 de CO2, por disminución automática del régimen de su propio sistema interno de ventilación a un régimen bajo, permitiendo por ejemplo obtener un caudal de 300 l/min. A partir de 60 °C, la alimentación 3 de CO2 es detenida S72 cerrando la electroválvula de admisión 304 de CO2 y la apertura del orificio de ventilación (no representado) permitiendo la admisión de aire exterior al interior de la cámara de secado.

Según una tercera subetapa S73, el sistema informático de pilotaje 6 provoca una detención del sistema interno de recirculación 2 de CO2, reduciendo automáticamente la velocidad del ventilador del sistema de reciclaje hasta que se detiene por completo.

El sistema de pilotaje 6 procede entonces a aumentar la velocidad del extractor de evacuación atmosférica 403 hasta un caudal nominal, por ejemplo 6000 l/min, y permitiendo la extracción completa S74 de la atmósfera de la cámara de secado 1.

Según un modo de realización alternativo de acuerdo con la invención, el caudal nominal es de 1000 l/min.

Cuando la temperatura de la madera alcanza 40 °C, el sistema procede entonces a detener el registro S75 de las mediciones metrológicas 5, luego, cuando la temperatura alcanza 35 °C, provoca un corte general de alimentación eléctrica de las instalaciones S76 y la activación del indicador de suspensión de la instrumentación, quedando por tanto detenida la instalación.

Una vez detenida la instalación, se puede retirar la madera de la cámara de calentamiento.

El producto así obtenido es, por tanto, una madera en rollo, entera o en tableros, definida por una tasa de humedad objetivo inferior al 5 % en el duramen.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de secado térmico de madera puesto en práctica mediante una instalación de secado que comprende al menos una cámara de secado (1 ), comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

- inyectar en el interior de la cámara de secado (1 ) un gas caloportador que comprende CO2 con presión y temperatura seleccionadas;

- forzar la circulación del gas caloportador a través de la cámara de secado (1 );

- calentar el gas caloportador que circula en la cámara de secado (1 ) según una primera fase llevando la temperatura promedio de la cámara de secado desde la temperatura ambiente hasta 80 °C según un gradiente de temperatura elegido con el fin de extraer el agua libre de la madera que se va a secar, luego una segunda fase de 80 °C a 140 °C en función del perfil de secado específico de la madera que se va a secar, el cual incluye un perfil de aumento de temperatura específico y que permite extraer el agua ligada específica de la madera que se va a secar,

caracterizado porqueel procedimiento comprende además las siguientes etapas:

- extraer fuera de la cámara de secado (1 ) la mezcla gaseosa binaria que comprende CO2 y agua en forma de vapor a alta temperatura y evacuar el agua así extraída de la carga de madera fuera de la cámara (1 );

- pilotar las etapas de inyección, de circulación, de recalentamiento y de evacuación según los programas, valores de consigna y tiempos de secado apropiados según la curva de evolución higrométrica específica en el núcleo de la madera en función del tiempo de secado y de las secuencias de aumento de la temperatura específicas para el tipo de madera a secar;

- y recoger el conjunto de datos formados por variaciones en las mediciones físicas metrológicas, compararlos con los valores de consigna dictados por el perfil específico de la madera que se va a secar y reajustar el funcionamiento de la instalación de secado en caso de desviación de los valores de consigna.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,caracterizado porquela madera pertenece al grupo formado por la madera en rollo, tronco, madera aserrada, madera en forma de tablones.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,caracterizado porquela etapa de inyección de CO2 incluye las siguientes subetapas:

- extracción del aire atmosférico de la cámara de secado (1 )

- comenzar la inyección de CO2 de caudal elegido;

- iniciar la recirculación continua de CO2 a régimen bajo;

- registrar y contar la tasa de renovación de la atmósfera de CO2;

- reducir el caudal de inyección de CO2 hasta un valor de consigna; y

- subir el régimen de recirculación continua de CO2 hasta un régimen nominal.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado porquela etapa de recalentamiento dura 70 horas.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado porquetambién incluye una etapa de reciclaje de CO2 permitiendo la recuperación de CO2 a partir de la mezcla gaseosa de vapor de agua/CO2 extraído de la cámara (1 ) durante el secado.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado porquela etapa de recalentamiento comprende las siguientes etapas:

- iniciar el programa termostático de comando de calentamiento;

- aumentar la temperatura del tubo de secado desde la temperatura ambiente hasta 80 °C durante 10 horas (6 °C/h);

- aumentar la temperatura del tubo de secado desde 80 °C hasta 140° durante 60 horas (1 °C/h);

- comprobar la presión interna, la presión parcial de agua y CO2, la temperatura de la cámara (1), la temperatura de la carga de madera a nivel de su albura y su duramen, la masa del tubo de la cámara de secado, la higrometría, el caudal y volumen de CO2, y la tasa de renovación de la atmósfera de CO2 en todo momento del calentamiento y modular el parámetro adecuado para mantener los valores de consigna; y

- detener el calentamiento cuando la higrometría de la madera haya alcanzado un valor objetivo o la temperatura promedio de la atmósfera de la cámara de secado alcance 140 °C.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,caracterizado porqueel calentamiento se realiza a presión atmosférica, para un porcentaje en masa de CO2 gaseoso en la cámara comprendido entre el 95 % y el 100 % al menos para la segunda fase de calentamiento.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por quela etapa de detención del procedimiento de secado comprende las siguientes subetapas:

- disminuir la temperatura de la cámara

- detener la alimentación de CO2 cuando la temperatura de la madera sea inferior a 60 °C;

- detener el sistema de recirculación continua de CO2

- extraer completamente la atmósfera interna de la cámara de secado (1);

- detener los registros de mediciones físicas de la instalación;

- detener y poner en suspensión.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado porquela tasa de humedad objetivo de la madera seca es inferior o igual al 5 %.

10. Instalación de secado para la puesta en práctica del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 que comprende:

- una cámara de secado (1) que comprende al menos un tubo de secado cilíndrico hueco de diámetro y longitud adecuados para el secado de madera de dimensiones elegidas,

- medios de alimentación de CO2 (3) para inyectar en el interior de la cámara de secado (1), un fluido caloportador en forma gaseosa de CO2 a presión y temperatura seleccionadas;

- medios circuladores (307, 203) para forzar la circulación del fluido gaseoso caloportador a través de la cámara de secado (1);

- medios de calentamiento (2) para calentar el fluido caloportador gaseoso,

caracterizado porquela instalación también incluye:

- medios extractores (4) que permiten extraer la atmósfera del interior de la cámara de secado 1, y extraer y rechazar el fluido caloportador gaseoso que comprende CO2 y agua en forma de vapor a temperatura o en forma líquida;

- medios de metrología (5) para medir las variaciones en las mediciones físicas de la instalación de secado durante el calentamiento; y

- medios de comando (6) para pilotar los medios de inyección, de circulación, de recalentamiento y de evacuación según unos programas, valores de consigna y tiempos de secado adecuados en función de la calidad de la madera secada buscada, y unos medios de tratamiento para medir, comparar y reajustar, en caso de desviación, los parámetros de funcionamiento a los valores de consigna.