PT103637A - Secador de madeiras energeticamente eficiente - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UM SECADOR DE MADEIRAS ENERGETICAMENTE EFICIENTE QUE FUNCIONA COM BASE NO APROVEITAMENTO DE CONDIÇÕES NATURAIS FAVORÁVEIS, COMO UM SISTEMA DE CIRCULAÇÃO DO AR EXTERIOR E AQUECIMENTO COM ENERGIA SOLAR, QUE DEPOIS É FEITO CIRCULAR POR CONVECÇÃO E POR VENTILAÇÃO FORÇADA POR MEIO DE VENTILADORES ELÉCTRICOS QUE VÃO INJECTAR O AR QUENTE ATRAVÉS DA UMA PILHA DE MADEIRA, PROMOVENDO DESTE MODO A SUA SECAGEM, ATRAVÉS DA LIBERTAÇÃO DA HUMIDADE EXISTENTE NA MADEIRA VERDE.

Description

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DESCRIÇÃO "SECADOR DE MADEIRAS ENERGETICAMENTE EFICIENTE"

ÂMBITO DO INVENTO O presente invento diz respeito a um secador de madeiras energeticamente eficiente por acção do ar quente que percorre uma pilha de madeira que está colocada no interior do secador, promovendo deste modo a sua secagem, através da libertação da humidade existente na madeira verde (cerca de 50% do seu peso). A secagem da madeira é um dos processos de transformação mais importantes, de entre as várias etapas da sua transformação em produtos, como o caso de móveis, componentes para a construção, postes, etc. A madeira pode ser considerada como adequadamente seca quando apresenta os seguintes parâmetros: - um teor em água compatível com o uso pretendido; e - um mínimo de variação no teor de humidade, tanto em espessura dentro de cada peça individualmente, como entre todas as peças secas de um mesmo lote. O nível aceitável para cada um desses parâmetros irá variar de acordo com o tipo de madeira e com a aplicação dessa madeira. 2

Usos em que a aparência visual da madeira é mais importante, tais como móveis e outros produtos com função decorativa, irão requerer padrões de qualidade da secagem da madeira mais elevados do que para outros usos como é o caso da indústria da construção civil.

Para atingir padrões rígidos de qualidade requere-se uma solução de compromisso entre a madeira, e o processo e a forma como é conduzida a secagem.

TÉCNICA ANTERIOR

Essencialmente existem duas técnicas muito utilizadas para a secagem de madeiras. Numa delas procede-se à secagem ao ar livre, o que requer grande tempo de exposição da madeira ao ambiente (cerca de 4 a 6 meses), factor que representa um perigo de degradação, exigido consequentemente um tratamento de protecção temporária. Este sistema representa uma imobilização de capital grande. Noutra técnica, recorre-se à secagem artificial que garante um tempo reduzido (cerca de 4 dias) mas também um alto custo energético e elevado investimento em equipamentos.

Outras técnicas recorrem a sistemas para secagem de madeiras que utilizam colectores solares. Entre eles, são de referir as patentes DE19963092, FR2680230 e UA61462. A patente DE19963092 diz respeito a um dispositivo de secagem que tem uma cavidade de secagem a 3 energia solar, em que a madeira é disposta de forma solta em camadas. A cobertura da cavidade de secagem e/ou as suas paredes laterais têm outras paredes por detrás delas, permitindo a passagem de ar insuflado por um ventilador. 0 ar é aquecido no interior de uma cavidade de aquecimento de ar através de aberturas formadas numa parede lateral e através de outras aberturas formadas nas camadas de madeira. A patente FR2680230 diz respeito a uma estufa de secagem de madeira. A concepção da estufa baseia-se na assimilação do próprio edifício a um colector solar. Também é proporcionado um dispositivo de lavagem e de remoção de seiva. Um conjunto de manipulação faz com que seja possível transferir as pilhas de madeira do posto de lavagem para a estufa. A unidade compreende: um equipamento de lavagem e de remoção de seiva constituído por rampas de pulverização e um tanque de imersão; um equipamento de secagem que permite reduzir o teor de humidade de 90 para 30% e que é constituído por uma estrutura metálica que suporta colectores solares e dois extractores de ar; um equipamento de manipulação que permite transferir o produto para o interior da unidade. Este equipamento de manipulação é constituído por duas paletes que recebem pranchas de madeira, um pórtico de suporte de monocarris equipados com carros e polias próprias para elevar e transferir as paletes. O método destina-se apenas à cura de madeiras e mais particularmente de madeiras tropicais muito carregadas de humidade e por vezes pouco acessíveis. 4 A patente UA61462 diz respeito a um dispositivo de secagem a energia solar para madeira serrada que é constituído por uma estrutura de armação combinada e que inclui paredes verticais e inclinadas transparentes, duas paredes laterais com vidros duplos e uma parede traseira termicamente isolada dotada de canais de aspiração-sucção, acumuladores de radiação solar. Para absorver e acumular a energia solar são utilizados colectores planos de material cerâmico, cujo comprimento de onda de radiação corresponde ao da radiação solar e é bem adaptado às propriedades ópticas da madeira, pedra comum (cascalho) pintada de preto e cobrindo o fundo do dispositivo de secagem. Para permitir que o dispositivo de secagem possa funcionar à noite e com tempo sombrio são utilizados tubos de aquecimento cheios de sais de hidratos cristalinos.

Nenhum dos documentos referidos ou outros do estado da técnica conseguem secar madeiras através de um secador energeticamente eficiente e de baixo custo de investimento, que funciona com base no aproveitamento de condições naturais favoráveis, como um sistema de forte circulação com ar injectado do exterior (quando este apresenta uma humidade relativa baixa) e seu posterior aquecimento com energia solar (nas horas e condições em que tal seja permitido e vantajoso para o processo) . Este sistema permite uma secagem das madeiras de curta duração (cerca de 20 a 40 dias, dependendo das condições exteriores, da espécie e da espessura das pranchas) e muito baixo custo de operação. A optimização do funcionamento é 5 obtida por comando automático a partir de um computador e software apropriado, abertura e fecho de janelas, o que não era referido nas técnicas anteriores.

SUMÁRIO DO INVENTO 0 presente invento diz respeito a um secador de madeiras energeticamente eficiente tem um sistema de circulação do ar, consistindo em entradas do ar do exterior com grande caudal, uma na zona lateral virada a Sul junto ao solo, e outra entrada do ar exterior sobre a porta. 0 aquecimento do ar exterior é conseguido em painéis de conversão directa ar-ar, um na posição vertical na parede lateral virada a Sul, e outro painel horizontal sobre o tecto da estrutura que protege a zona de colocação das madeiras.

Os ventiladores são colocados no painel posterior da estrutura que protege a zona de colocação das madeiras, de forma que o ar aspirado provenha das camadas mais elevadas, onde se encontra mais quente, em resultado de movimento de convecção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A descrição que se apresenta a seguir é feita com referência aos desenhos anexos que são apresentados apenas a titulo de referência, sem qualquer carácter limitativo, e 6 em que: a figura 1 representa uma vista em perspectiva do secador de madeiras energeticamente eficiente objecto do invento, que mostra o modelo esquemático da circulação do ar; a figura 2 representa outra vista em perspectiva do secador de madeiras energeticamente eficiente; a figura 3 representa ainda outra vista em perspectiva do secador de madeiras energeticamente eficiente objecto do invento; e a figura 4 é uma vista esquemática em corte plano no sentido longitudinal do secador representado nas figuras anteriores.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO 0 secador representado nas figuras é basicamente constituído por uma estrutura tubular do tipo estufa agrícola (2), com cobertura em plástico transparente, dentro da qual se acha delimitada uma zona (1) de protecção e colocação da madeira. Esta zona de protecção e colocação de madeira tem uma configuração rectangular, sendo, em relação a estrutura da estufa (2), aberta do lado da porta (9), afastada da parede virada a Sul e da parede do lado oposto à porta (9) e encostada à parede virada a Norte. 7 A estrutura de estufa, constituída por tubos de aço zincado, postes rectangulares de 75 mm x 45 mm com respectivos travamentos. A cobertura transparente da estrutura da estufa é feita com filme de plástico especial, resistente aos raios solares e com boa transmissão de radiação e cerca de 200 mícrones de espessura. A estufa (2) é dotada de janelas de admissão (6) e (7), a primeira junto ao solo na parede voltada a Sul e a segunda por cima da porta da estufa (9). Na referida porta (9) a toda a largura da estufa para permitir a entrada de um empilhador industrial carregado com uma pilha de madeira estão montadas janelas para exaustão de ar (8).

Os colectores de solares (3) e (4) que constituem o sistema de aquecimento são colectores de conversão directa ar-ar, um colocado na posição vertical (3) na parede lateral virada a Sul da estrutura da zona (1) de protecção e colocação da madeira e outro colocado na posição horizontal (4) sobre o tecto da mesma estrutura. São constituídos por uma tela plástica escura opaca a 100% ou por folhas metálicas ondulas pintadas de negro fosco, aplicadas sobre uma base de contraplacado de 9 mm de espessura, que por sua vez está fixado à estrutura metálica por parafusos ou rebites.

Na estrutura da zona (1) de protecção e colocação da madeira são ainda montados do lado oposto à porta (9) da estufa (2), os ventiladores eléctricos axiais (5) dispostos 8 com o eixo de rotação na posição horizontal.

Conforme se pode observar nas figuras, o ar fresco entra do exterior entra pelas janelas para admissão (6) localizadas ao longo do comprimento da parede lateral virada a Sul, perto do solo (cerca de 30 cm), e pelas janelas para admissão (7) localizadas sobre a porta (9), ar esse que é feito circular, verticalmente num sentido ascendente por convecção e ventilação forçada, e horizontalmente por meio da circulação forçada dos ventiladores eléctricos (5). O ar, que segundo as direcções e sentidos referidos nas figuras é aquecido através dos respectivos colectores solares (3) e (4), passa através de uma pilha de madeira colocada dentro da zona (1) e efectua a sua secagem.

Na figura 1 também se pode observar as janelas para exaustão (8) do ar quente e húmido que sai da estufa (2) proveniente da secagem de madeira, localizadas no modelo de execução representado, respectivamente em cada uma das abas da porta de correr (9).

As janelas (6) e (7) de admissão de ar e as janelas (8) de exaustão de ar são dimensionadas de forma a garantir que a área somada das janelas (8) nas portas, por onde sai o ar quente e húmido do secador (1) proveniente da secagem de madeira, seja até 10% superior à área somada das janelas (6) e (7) de entrada do ar fresco exterior, evitando deste modo a insuflação da respectiva estrutura 9 tipo estufa (2).

Na figura 2 pode-se observar os ventiladores eléctricos (5) colocados na parede oposta à entrada da zona de protecção e colocação da madeira. A potência de ventilação é tal que garanta a renovação total do ar interior num único ciclo de ventilação, devendo ser dimensionada para pelo menos três renovações completas de ar em cada minuto.

Nas figuras 3 e 4 representa-se esquematicamente a circulação do ar, por convecção natural e circulação forçada por ventiladores eléctricos (5), entre as paredes exteriores da estrutura da zona (1) e o interior da estrutura da estufa (2), e a circulação do ar quente e seco por meio de ventilação forçada por ventiladores eléctricos (5) no interior da referida zona (1). A saida do ar saturado, proveniente do secador, é feita através de janelas para exaustão de grande secção nos próprios painéis das portas. A altura de ambas as estruturas deve permitir a entrada de máquinas para a movimentação das madeiras. 10

Principio Geral de Funcionamento do Secador de Madeiras Energeticamente Eficiente A estufa possui duas grandes janelas para a admissão do ar fresco do exterior, situadas respectivamente, uma por cima da porta exterior e outra na parede lateral virada a Sul, e duas grandes janelas para exaustão do ar transportando a humidade, colocadas na porta do compartimento das madeiras.

As janelas de admissão são responsáveis pela entrada do ar fresco do exterior que ao percorrer a extensão interior da estufa, vai aquecendo gradualmente, através da sua passagem pelos colectores solares. Em relação à dimensão das janelas para admissão e exaustão do ar, são dimensionadas de maneira a garantir que o caudal de saída do ar (descarga) seja superior ao caudal de entrada de modo a evitar sobrecargas no interior da estufa, evitando assim a insuflação e possíveis danos na estrutura da estufa. A única comunicação entre o espaço de colocação das madeiras, delimitado pela estrutura (1) e o espaço delimitado pela cobertura exterior transparente (2), ser através das aberturas dos ventiladores (5). A optimização do baixo valor da humidade relativa do ar interior, que circula no interior da estufa e do secador, é conseguida, não só por elevação da temperatura, 11 como pela permuta do ar interior com o ar exterior, quando tal se revele vantajoso.

Temperaturas Atingidas no Secador de Madeiras Energeticamente Eficiente

Ensaios experimentais do funcionamento objecto do invento, permitem concluir que se consegue em funcionamento continuo durante as horas de maior insolação um aumento de temperatura no interior em comparação com a temperatura do ar exterior de 15 a 20°C, tendo-se atingido durante várias horas em continuo no Verão, com os ventiladores ligados, temperaturas de 55°C.

Nestas condições as humidades relativas do ar baixam para valores da ordem dos 15 a 20%, que constituem o potencial para secagem de madeiras.

Tempo de Secagem da Madeira no Secador de Madeiras Energeticamente Eficiente

Para madeiras de pinheiro com espessuras de cerca de 30 mm conseguem-se tempos de secagem de 15 dias, desde madeira verde até 15 % de teor em água.

Para madeiras mais dificeis de secar (Folhosas), exemplo carvalho e eucalipto, os tempos de secagem situam-se em cerca de um mês para espessuras de 30 mm. 12

Vantagens Ambientais e Energéticas do Secador de Madeiras Energeticamente Eficiente 0 secador de madeiras energeticamente eficiente apresenta diversas vantagens relativamente aos impactes ambientais em comparação com outros processos de secagem convencional, quer a nivel de materiais para construção das caixas (estufa (2) e secador (1)), quer mais significativamente ainda, quanto ao baixo consumo energético dos ventiladores eléctricos e recurso a fonte renovável para a fornecimento de calor, dado que: recorre a energia solar ou à simples troca do ar saturado ou húmido do interior do secador com o ar exterior mais seco; não emite gases com efeito de estufa, resultantes da queima de combustíveis fósseis, para as fases de aquecimento, contribuindo para o cumprimento dos acordos internacionais de controlo de gases com efeito de estufa (tal como o protocolo de Kyoto). utiliza energia eléctrica nos ventiladores apenas durante cerca de 2 0% do seu tempo total de funcionamento; e apresenta baixo consumo energético pelo controlo inteligente (quando as condições são desfavoráveis, o secador de madeiras energeticamente eficiente entra em espera sem nada consumir nos ventiladores eléctricos do sistema de ventilação forçada); 13

Vantagens Técnicas e Económicas do Secador de Madeiras Energeticamente Eficiente

Os custos de investimento e de exploração do secador de madeiras energeticamente eficiente são diminutos, o que permite às empresas um aumento de competitividade, em comparação com os outros processos convencionais de secagem de madeiras, que são genericamente dotados de um sistema de aquecimento cuja fonte calorífica é a circulação de água quente, óleo térmico ou vapor, um sistema de ventilação, um sistema de humidificação e um sistema de extracção de ar.

Potencialidades Industriais do Secador de Madeiras Energeticamente Eficiente 0 secador de madeiras energeticamente eficiente possui um baixo custo de investimento e de manutenção, grande versatilidade por ser facilmente regulável e oferece uma qualidade elevada da madeira seca, apresentando, consequentemente, um elevado potencial de implementação em pequenas e médias empresas.

Dada a sua versatilidade o secador de madeiras energeticamente eficiente, pode ser utilizado para secar outros produtos, que não sejam madeiras, tais como frutos, pinhas, algas, lamas, materiais cerâmicos, etc. 14

Todas as alterações, desde que não modifiquem as caracteristicas essenciais das reivindicações que se seguem, devem ser consideradas dentro do âmbito da protecção.

Lisboa, 26 de Fevereiro de 2009

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Secador de madeiras energeticamente eficiente que funciona com base no aproveitamento e maximização de condições naturais favoráveis, como sejam, o aquecimento por energia solar e circulação de ar do exterior, quando este se encontrar suficientemente seco para que seja vantajoso injectá-lo forçadamente no secador, sendo constituído por: - uma zona (1) de protecção da zona de colocação da madeira a secar, delimitada dentro da estrutura tipo estufa formada por uma estrutura de suporte (2) e cobertura a material transparente; - um sistema de aquecimento através de colectores solares de conversão directa ar-ar, um colocado na posição vertical (3) na parede lateral virada a Sul da estrutura (1), de protecção a colocação da madeira, e outro colocado na posição horizontal (4) sobre o tecto da mesma estrutura; e - um sistema de ventilação constituído por ventiladores eléctricos montados na estrutura da zona (1) de protecção e colocação da madeira, no lado oposto à porta (9) da estufa (2) , caracterizado por ser dotado de: - um sistema de circulação de ar que consiste numa entrada (6) de ar fresco do exterior ao longo da parede lateral virada a Sul junto ao solo, e outra entrada (7) de ar exterior sobre a porta (9) da estufa (2) e numa exaustão de ar (8), em que as janelas (6) e (7) de admissão de ar e as 2 janelas (8) de exaustão de ar estão dimensionadas de forma a garantir que a área somada das janelas (8) nas portas, por onde sai o ar quente e húmido do secador (1) proveniente da secagem de madeira, seja até 10% superior à área somada das janelas (6) e (7) de entrada do ar fresco exterior, evitando deste modo a insuflação da respectiva estrutura tipo estufa (2); e por - o sistema de ventilação forçada garantir que ar aspirado e que vai passar através da madeira provenha das camadas mais elevadas da estufa (2) onde o ar quente se acumula por convecção, - capacidade de renovação total do ar interior num único ciclo de ventilação, com potência de ventilação dimensionada para pelo menos três renovações completas de ar em cada minuto.

2. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por: a zona (1) de protecção e colocação das madeiras ter uma forma rectangular, ser aberta do lado da porta (9), estar afastada da parede virada a Sul, estar também afastada do lado oposto à porta (9) e estar encostada à parede virada a Norte da estrutura do tipo estufa (2), e por compreender ventiladores eléctricos (5) dispostos num plano vertical, localizados na zona oposta à porta (9) e colectores solares (3) e (4), localizados respectivamente na posição vertical (3) do lado da parede lateral virada a Sul, no hemisfério Norte, e na posição horizontal (4) sobre o tecto. 3

3. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por: os colectores solares (3) e (4) serem constituídos por uma tela plástica escura 100% opaca ou por folhas metálicas onduladas pintadas de negro fosco aplicadas por meios adequados sobre estrutura da zona (1) de protecção e colocação da madeira.

4. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por: a estrutura tipo estufa (2) ser dotada de uma porta (9) a toda a largura da estufa para permitir a entrada de um empilhador industrial carregado com uma pilha de madeira, e compreender janelas (6) e (7) de admissão de ar fresco exterior, localizadas respectivamente ao longo da parte inferior da parede lateral virada a Sul e no painel superior do lado da porta (9), e janelas (8) de exaustão do ar quente e húmido proveniente da secagem da madeira localizada na própria porta (9).

5. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a estrutura tipo estufa (2) ter uma cobertura transparente constituída por filme de plástico especial, resistente aos raios solares e com boa transmissão de radiação.

6. Secador de madeiras energeticamente 4 eficiente, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o ar exterior que entra pela janela de admissão (6) ser obrigado a circular, primeiro no sentido ascendente por convecção e depois horizontalmente no sentido da porta (9) para a traseira da estufa (2), ser aquecido quando passa pelos colectores solares (3) e (4), e finalmente ser forçado a descer por meio dos ventiladores eléctricos (5).

7. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o ar exterior que entra pelas janelas de admissão (7) ser obrigado a circular, horizontalmente no sentido da porta (9) para a traseira da estrutura tipo estufa (2), por meio da circulação forçada dos ventiladores eléctricos (5) e ser aquecido quando passa ao longo do colector solar (4).

8. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o ar quente ser injectado pelos ventiladores eléctricos (5) colocados na parede da estrutura da zona (1) de protecção e colocação da madeira localizada no lado oposto à entrada, e percorrer a pilha de madeira colocada no seu interior promovendo a sua secagem, através da libertação da humidade da madeira verde por acção da injecção do ar quente e seco.

9. Secador de madeiras energeticamente eficiente 5 de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a única comunicação entre o espaço de colocação das madeiras, delimitado pela estrutura (1) e o espaço delimitado pela cobertura exterior transparente (2), ser através das aberturas dos ventiladores (5);

10. Secador de madeiras energeticamente eficiente, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por os ventiladores eléctricos (5) fazerem um controlo inteligente do consumo de energia eléctrica e resultar deste controlo que os ventiladores só estão em funcionamento cerca de 20% do tempo total utilizado para a secagem de madeiras. Lisboa, 26 de Fevereiro de 2009