PT851996E - Secagem de madeira - Google Patents

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PT851996E
PT851996E PT96930259T PT96930259T PT851996E PT 851996 E PT851996 E PT 851996E PT 96930259 T PT96930259 T PT 96930259T PT 96930259 T PT96930259 T PT 96930259T PT 851996 E PT851996 E PT 851996E
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Philip Gerrish
Francis Wakefield
Ralph Shute
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Microwave Drying Ltd
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Description

DESCRIÇÃO SECAGEM DE MADEIRA A presente invenção refere-se à secagem ou ao designado amadurecimento da madeira. Um aparelho com as mesmas finalidades encontra-se revelado no Pedido de Patente US n° 3 721 013. A madeira acabada de cortar apresenta habitualmente um teor de humidade (por peso e com base no peso em seco) de cerca de 80 %. Caso a madeira se destinasse a ser usada imediatamente no fabrico de um produto elaborado com madeira, como seja uma peça de mobiliário, a madeira iria secar gradualmente e, ao secar, iria mudar de formato e, deste modo, distorcer o produto feito de madeira. De modo a evitar este problema, a madeira é seca até um ponto situado entre cerca de 2’ % e cerca de 8 % de teor de humidade, respectivamente para as madeiras moles e para as madeiras rijas, antes de ser usada para a elaboração de uma peça de madeira.
Tradicionalmente, a madeira tem sido amadurecida ou curada empilhando os toros de madeira cortados e deixando-os secar ao ar durante vários anos. Altemativamente, a madeira pode ser seca em poucas semanas usando um forno.
Ambos os métodos acima indicados de cura são insatisfatórios. Como a produção de madeira curada usando secagem através de ar ou a secagem usando um fomo demora um tempo considerável, deve ser mantida de um modo ordenado e sequencial uma grande quantidade de madeira em armazenamento de modo a assegurar um fornecimento constante de madeira curada. O armazenamento de grandes quantidades de madeira durante longos períodos de tempo é dispendioso. Adicionalmente, ambos os processos requerem habitualmente o empilhamento da madeira e, adicionalmente, muita da madeira não pode ser usada após a cura como resultado de fissuras e de grandes distorções. A madeira de faia, por exemplo, apresenta uma taxa de desperdício de entre 30 % e 40 % em qualquer um dos processos anteriormente mencionados. É um objecto da presente invenção fornecer um aparelho e um processo melhorados para a secagem da madeira. 1
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um aparelho de secagem da madeira compreendendo um compartimento destinado a albergar uma determinada quantidade de madeira, meios de medição da temperatura dispostos de modo a medir a temperatura da madeira no interior dos meios de compartimento destinados a aquecer a madeira que se encontra albergada no interior do compartimento e meios de controlo destinados a fazer variar os meios de aquecimento da madeira como resposta à temperatura medida, caracterizado por o compartimento definir uma cavidade (4); os meios para aquecer serem constituídos por um gerador de microondas (1) ligado à cavidade (4) por intermédio de, pelo menos, duas passagens (2) de forma a introduzir energia sob a forma de microondas no interior da cavidade (4); meios (13) de medição da temperatura dispostos de forma a medir a temperatura à superfície da madeira no interior da cavidade e de modo a proporcionarem uma saída da temperatura medida; meios (8) de pesagem destinados a fazer a medição do peso da madeira no interior da cavidade (4) e de modo a proporcionarem uma saída do peso; e meios (8) de controlo que funcionam para fazer derivar a saída de temperatura medida e a saída de peso medido de modo a regular a energia das microondas introduzidas.
De acordo com uma primeira versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção são proporcionados meios de ventilação (10, 11) destinados a deslocar o ar através da cavidade (4) de modo a regular a humidade do ar e/ ou a temperatura do ar no interior da cavidade (4). Habitualmente, os meios (10, 11) de ventilação incluem um sensor (9, 12) de humidade adaptado para proporcionar uma saída de sinal que representa a humidade do ar nas imediações do sensor; a saída de sinal é usada como entrada para regular o funcionamento dos meios (10,11) de ventilação.
De acordo com uma segunda versão preferencial de um primeiro aspecto da presente invenção ou de acordo com qualquer versão preferencial precedente da mesma, encontra-se presente uma carruagem (16) das madeiras disposta de modo a suportar a madeira no interior da cavidade (4). Habitualmente, os meios (7) de movimentação 2 encontram-se presentes na carruagem (16) em que o movimento oscilatório e/ ou rotativo pode ser transmitido à madeira suportada pela carruagem (16) dentro da cavidade (4).
De acordo com uma terceira versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção ou de acordo com qualquer versão preferencial anterior da mesma, encontram-se presentes meios (3) de agitação no interior da cavidade (4), os quais funcionam de modo a fazer variar a distribuição espacial da energia das microondas no interior da cavidade (4).
De acordo com uma quarta versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção ou de qualquer versão preferencial anterior da mesma, encontra-se presente na mesma uma abertura e um fecho (5), em que o fecho se abre de modo a fornecer acesso ao interior da cavidade (4) por intermédio da abertura pela qual a madeira pode ser inserida na cavidade. Habitualmente é fornecida uma pluralidade de aberturas e de fechos (5) da mesma e meios destinados a regular o fecho de cada uma das aberturas numa base contínua de modo a, de um modo contínuo, fazer com que a madeira passe de um modo periódico através da abertura.
De acordo com uma quinta versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção ou de qualquer versão preferencial precedente da mesma, o aparelho inclui meios (13) de medição da temperatura e compreende pelo menos um pirómetro de infravermelhos destinado a medir a temperatura superficial da madeira no interior da cavidade (4).
De acordo com uma sexta versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção ou de qualquer uma das versões preferenciais anteriores assinaladas como de um a quatro, os meios (13) de medição da temperatura incluem pelo menos um sensor de temperatura de fibra óptica.
De acordo com uma sétima versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção, os meios (8) de controlo funcionam de modo a derivar uma medida da velocidade de mudança de peso da madeira localizada no interior da cavidade a partir do peso medido de modo a calcular uma medição da velocidade de secagem da madeira. Habitualmente, os meios de controlo são dispostos de modo a controlar a energia de 3 saída para a origem (1) das microondas para assegurar que a velocidade de secagem da madeira no interior da cavidade (4) seja mantida abaixo de um valor máximo previamente determinado. Os meios de controlo servem para indicar que a madeira no interior da cavidade (4) se encontra suficientemente seca de acordo com o seguinte: a velocidade de secagem da madeira ao longo de um período de tempo previamente determinado entre zero um valor máximo previamente determinado: a perda de peso total durante a secagem é pelo menos igual a uma perda de peso mínima previamente determinada.
De acordo com a uma oitava versão preferencial do primeiro aspecto da presente invenção ou de qualquer versão precedente da mesma, o gerador (1) de microondas funciona de modo a produzir uma saída contínua de potência ou uma saída de energia intermitente.
De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um método para secar madeira no interior de um compartimento contendo uma quantidade de madeira e de meios de medição da temperatura dispostos de modo para medir a temperatura da madeira no interior do compartimento e meios para aquecer a madeira como resposta à temperatura medida, caracterizado por as etapas que fazem com que o compartimento sirva como cavidade (4) de microondas, medindo a temperatura da madeira fazendo a medição da temperatura à superfície da madeira; usando um gerador (1) de microondas para injectar energia sob a forma de microondas para o interior da cavidade (4) e, deste modo, para a madeira que se encontra no seu interior, medindo de uma forma repetida o peso e a temperatura da madeira no interior da cavidade (4) e controlando a energia injectada na cavidade (4) pelo gerador (1) como resposta ao peso e à temperatura da madeira que foram medidos no interior da cavidade (4). A carruagem do primeiro aspecto compreende preferencialmente uma pluralidade de raios que se destacam de um cubo central. A madeira a ser seca pode ser montada nas extremidades afastadas dos raios e o cubo encontra-se de preferência montado de um modo rotativo num eixo. Fazendo a montagem da madeira a ser seca entre os raios anteriormente mencionados, a madeira pode ser rodada de um modo prático no interior 4 da cavidade das microondas. Um ou mais conjuntos de raios pode ser montado ao longo da extensão da madeira de modo a reduzir a possibilidade de que longos toros de madeira se arrastem durante a secagem. A cavidade apresenta de preferência uma abertura fechavel destinada à inserção, e à remoção, de madeira para a secagem. A cavidade pode estar disposta de modo a apresentar uma pluralidade de aberturas e o aparelho pode, deste modo, funcionar de um modo contínuo para permitir a introdução, de um modo regular, novos lotes de madeira na cavidade usando, por exemplo, uma cinta transportadora.
Os meios de medição da temperatura incluem de preferência meios destinados a fazer a medição da temperatura superficial da madeira. Estes meios incluem de preferência pelo menos um pirómetro de infravermelhos que se encontra habitualmente disposto de forma a medir a temperatura no meio e a um terço da distancia entre as extremidades da madeira. Como há uma correlação previamente determinada (a qual pode ser determinada usando amostragens da temperatura interna em conjunto com medições superficiais) entre a temperatura interna e a temperatura à superfície para cada tipo de madeira uma medição de superfície é eficaz na medição da temperatura interna. A temperatura interna, por si própria, tem importância pois é o factor que determina em grande medida a pressão interna da madeira que se acumula à medida que a humidade é aquecida nos poros da madeira. Os meios de medição da temperatura podem, ao invés ou adicionalmente, incluir um ou mais sensores de temperatura de fibra óptica. Estes dois tipos de sensores provaram ser particularmente vantajosos no presente aparelho pois são não metálicos e produzem pouco ou nenhum encobrimento das radiações de microondas. Adicionalmente, no caso do pirómetro, os aparelhos de medição podem ser montados no exterior da cavidade. A temperatura medida é usada como uma entrada de controlo para os meios de controlo de modo a permitir que uma curva de temperatura/ tempo se mantenha durante a secagem. Por exemplo, alguns tipos de madeira secam melhor a uma temperatura relativamente constante. A temperatura medida em conjunto com o peso medido podem ser então usados para determinar uma saida energia adequada de gerador de microondas. A curva de temperatura/ tempo é de preferência mantida abaixo de uma 5 temperatura máxima previamente determinada de modo a evitar a ocorrência de distorções na madeira.
Através do controlo exacto da energia de saída do gerador de microondas, muitos dos problemas da irradiação não controlada das microondas da madeira podem ser evitados. Sem um controlo deste tipo, a humidade presente na madeira pode ser removida de um modo muito rápido e provocar a ruptura da estrutura dos poros da madeira. Isto vai levar a uma distorção geral da madeira sob a forma de fissuras, a formação de “favos de mel” em que se verifica a formação de grandes orifícios na estrutura interna da, madeira e o “colapso” em que a estrutura em forma de favos de mel se torna tão grande que provoca o colapso da estrutura da madeira.
De preferência, a energia de microondas encontra-se dentro de um intervalo de frequências superior a 100 MHz e/ ou inferior a 300 GHz. Habitualmente as frequências (que são frequências aprovadas pelo governo) são 434 MHz, 896 MHz, 915 MHz2,45 GHz e 4,75 GHz. Comprimentos de onda superiores proporcionam uma melhor penetração da estrutura da madeira e são preferidos para grandes peças de madeira. Habitualmente, uma frequência de 896 MHz permite a secagem de madeira de até um valor cumulativo total até 200 mm de espessura. Com uma frequência de 2,45 GHz, a madeira com uma espessura cumulativa de pelo menos 100 mm pode ser seca. Porções de maiores dimensões precisam também de ser secas mais lentamente pois a humidade tende a somente pela extremidade da madeira e, deste modo, o aumento de pressão no centro da madeira é superior em porções de madeira de maiores dimensões.
De preferência, os meios de controlo funcionam de modo a calcular uma medição da velocidade de mudança do peso da madeira a partir do peso medido, calculando deste modo uma medição da velocidade de secagem da madeira (a velocidade de secagem pode ser calculada partindo do princípio que a perda de peso se deve à humidade que se evapora da madeira), descobriu-se que diferentes tipos de madeira apresentam uma velocidade máxima de secagem característica acima da qual se verifica uma distorção significativa da madeira. Deste modo, os meios de controlo encontram-se de preferência dispostos de modo a controlar a saída de energia da origem das microondas de modo a assegurar que a velocidade de secagem da madeira seja mantida abaixo de um valor 6 máximo previamente determinado. A velocidade de mudança de peso pode ser ainda usada para determinar quando a madeira se encontra substancialmente seca. Por exemplo, a mudança de peso reduz habitualmente para zero, ou para um valor muito próximo de zero, quando a madeira se encontra suficientemente seca e o aparelho pode ser disposto de modo a indicar que a madeira se encontra suficientemente seca quando a mudança de peso durante um período de tempo previamente determinado é igual a zero ou inferior a um valor máximo previamente determinado ou a perda total de peso durante a secagem é igual ou superior a uma perda de peso mínima previamente determinada. De preferência, o gerador de microondas funciona de modo a produzir várias saídas de energia distintas e pode ser comutado de modo a ser ligado e desligado de uma forma intermitente.
Uma forma de realização exemplificativa da presente invenção será agora descrita de um modo exemplificativo sendo feita referencia aos desenhos nos quais: A Figura 1 é uma vista elevacional lateral de um aparelho de secagem de madeira; A Figura 2 é uma vista em corte transversal ao longo da linha A - A da Figura 1; e A Figura 3 é um traçado da temperatura e do peso relativamente ao tempo para uma quantidade exemplificativa de madeira que foi seca no aparelho da Figura 1. FIGURAS 1 E 2 O aparelho de secagem de madeira compreende um gerador 1 de microondas destinado a gerir energia no 896 para uma largura de banda de 915 MHz. Este encontra-se ligado a uma cavidade 4 de modos múltiplos por intermédio de guias de onda 2. A energia é ligada à cavidade 4 por intermédio de agitadores 3 de modo que funcionam de um modo convencional. A cavidade 4 apresenta um orifício 10 de entrada de ar e um orifício 11 de saída de ar. A humidade do ar que passa através do orifício 10 de entrada de ar e do orifício 11 de saída de ar é medido relativamente à humidade por intermédio dos sensores de humidade 9, 12 que se encontram, respectivamente, nos orifícios de entrada e de saída de ar. Por forma 7 a empurrar o ar através da cavidade 4 é montada uma ventoinha no orifício de entrada de ar 10.
Os sensores 13 de infra vermelhos encontram-se montados nas paredes da cavidade 4.
Na forma de realização ilustrada, quatro sensores 13 encontram-se montados na parede lateral. Contudo, a localização dos sensores pode variar e deve ser escolhida de modo a proporcionar medições consistentes e exactas da temperatura superficial da madeira no interior da cavidade 4. A Figura 2 ilustra a parede lateral da cavidade 4 com uma porta 5 que pode ser aberta de modo a permitir que uma carruagem de madeira seja inserida e removida da cavidade 4. A carruagem compreende quatro braços de suporte 16 que saem de um modo radial de um cubo 17 localizado no centro. A madeira é apoiada pelos braços 16 sendo rodada em ,.Λ tomo do cubo central 17 por intermédio de um motor 7. Os braços 16 podem ser suportados sobre células de carga 8 a partir das quais o peso da madeira e da carruagem pode ser medido, permitindo deste modo que a mudança de peso da madeira seja vigiada durante a secagem. Na forma de realização ilustrada, a carruagem apresenta, para alem dos braços 16 em cada uma das extremidades da cavidade, m conjunto de braços no centro da cavidade de modo a suportar a madeira ao longo da sua extensão durante a secagem. A secagem pode, ao invés ou adicionalmente, ser rodada ou "sacudida” com um movimento oscilatório fazendo a carruagem mover-se para a frente e para trás num plano geralmente horizontal el ou num plano geralmente vertical. Adicionalmente, ou ao invés, a madeira pode ser submetida a oscilação ou è rotação da madeira, preferencialmente em torno do cubo central, alternando numa direcção de rotação e depois na outra direcção de rotação. Isto vai ajudar a conseguir uma irradiação uniforme da madeira. A energia de microondas é distribuída dentro da cavidade 4 usando dispositivos como sejam os agitadores 3 de modo, os dispositivos de alternância de fase e os dispositivos de ajuste da energia.
Os meios 8 de medição do peso são usados para alem dos sensores 9, 12 da humidade como uma entrada de controlo para os meios de controlo de modo a fazer variar o fluxo de ar através da cavidade. 8
Figura 3
Este é um gráfico que ilustra o peso e a temperatura de um bioco de cinza de aproximadamente 205 mm x 320 mm x 30 mm. O traçado superior ilustra a redução de peso no bloco à medida que a humidade é removida. Nesta experiência em particular, o máximo da temperatura aos 13 minutos correspondia à produção de um ruído semelhante a um estalo feito pela madeira O som seria provocado por uma ruptura na estrutura do bloco. Este máximo é indesejável pois a energia sería preferencialmente controlada de modo a conseguir uma curva de temperatura semelhante semelhante à da “Temp 5” da Figura 3. Este máximo corresponde ainda a uma velocidade de secagem acrescida (conforme ilustrado pela curva de peso mais acentuada entre os 10 e os 15 minutos). Através da produção de um tal traçado para um tipo de madeira em particular é possível determinar uma velocidade máxima de secagem segura que pode ser então introduzida nos meios de controlo de forma a assegurar que a saída de energia do gerador de microondas seja controlada de uma forma adequada para as peças ou blocos de madeira seguintes.
Deve notar-se que todas as curvas de temperatura sobem de um modo acentuado à medida que a madeira fica mais seca. Esta subida acentuada pode ser usada para determinar quando a madeira se encontra seca.
Lisboa, 31 MAIO 2001
Por Microwave Drying Limited
Agente Oficiai oa Dropr:edade industriai Arco da Conceição, 3, ff- 1100 LISBOA 9

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho de secagem de madeira compreendendo um compartimento destinado a albergar uma determinada quantidade de madeira, meios de medição da temperatura dispostos de modo a medir a temperatura da madeira no interior dos meios de compartimento destinados a aquecer a madeira que se encontra albergada no interior do compartimento e meios de controlo destinados a fazer variar os meios de aquecimento da madeira como resposta â temperatura medida, caracterizado por o compartimento definir uma cavidade (4); os meios para aquecer serem constituídos por um gerador de microondas (1) ligado à cavidade (4) por intermédio de, pelo menos, duas passagens (2) de forma a introduzir energia sob a forma de microondas no interior da cavidade (4); meios (13) de medição da temperatura dispostos de forma a medir a temperatura à superfície da madeira no interior da cavidade e de modo a proporcionarem uma saída da temperatura medida; meios (8) de pesagem destinados a fazer a medição do peso da madeira no interior da cavidade (4) e de modo a proporcionarem uma saída do peso; e meios (8) de controlo que funcionam para fazer derivar a saída de temperatura medida e a saída de peso medido de modo a regular a energia das microondas introduzidas.
  2. 2. Aparelho de acordo com o reivindicado na Reivindicação 1, caracterizado por meios (10, 11) de ventilação dispostos de modo a deslocarem o ar através da cavidade (4) de modo a regular pelo menos a humidade do ar e/ ou a temperatura no interior da cavidade (4)-
  3. 3. Aparelho de acordo com o reivindicado na reivindicação 2, caracterizado por os meios de ventilação (10, 11) incluírem um sensor (9, 12) de humidade adaptado para proporcionar uma saída de sinal que representa a humidade do ar na vizinhança do sensor, em que o sinal de saída é usado como entrada para regular o funcionamento dos meios (10, 11) de ventilação. 1
  4. 4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizada por uma carruagem (16) de madeira disposta de modo a suportar a madeira no interior da cavidade (4).
  5. 5. Aparelho de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado por meios (7) para a carruagem (16) em que um movimento seleccionado do grupo que compreende o movimento oscilatório e rotativo poder ser transmitido à madeira suportada pela carruagem (16) no interior da cavidade (4).
  6. 6. Aparelho de acordo com o reivindicado em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por meios (3) de agitação no interior da cavidade (4) que funciona de modo a variar a distribuição espacial da energia de microondas no interior da cavidade (4).
  7. 7. Aparelho de acordo com o reivindicado em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por uma abertura e por um fecho (5), em que a abertura pode ser aberta de modo a proporcionar acesso ao interior da cavidade (4) por intermédio da abertura em que a madeira pode ser inserida no interior da cavidade.
  8. 8. Aparelho de acordo com o reivindicado na reivindicação 7, caracterizado por uma pluralidade de aberturas e fechos (5) e meios que regulam a o fecho de cada uma das aberturas numa base contínua de modo a proporcionar periodicamente a passagem da madeira através da abertura.
  9. 9. Aparelho de acordo com o reivindicado em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por os meios (13) de medição da temperatura compreendendo pelo menos um pirómetro de infra vermelhos para medir a temperatura superficial da madeira no interior da cavidade.
  10. 10. Aparelho de acordo com o reivindicado em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por os meios de medição da temperatura (13) incluírem pelo menos um sensor de temperatura de fibra óptica. 2
  11. 11. Aparelho de acordo com o reivindicado na Reivindicação 10, caracterizado por os meios de controlo serem dispostos de modo a controlar a saída de energia para a origem (1) das microondas de modo a assegurar que a velocidade de secagem da madeira no interior da cavidade (4) se mantém abaixo de um máximo previamente determinado.
  12. 12. Aparelho de acordo com o reivindicado na reivindicação 10 ou na reivindicação 11, caracterizado por os meios de controlo servirem para indicar que a madeira no interior da cavidade (4) se encontra suficientemente seca de acordo com o seguinte: a velocidade de secagem da madeira ao longo de um período de tempo previamente determinado apresenta uma porção sem oscilação entre zero e um máximo previamente determinado; e a perda total de peso durante a secagem tenha sido pelo menos igual a uma perda de peso mínima previamente determinada.
  13. 13. Aparelho de acordo com o reivindicado em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o gerador (1) de microondas funcionar de modo a produzir pelo menos uma saída seleccionada do grupo que compreende uma saída contínua de energia e uma saída intermitente de energia.
  14. 14. Método para secar a madeira no interior de um compartimento contendo uma quantidade de madeira e meios destinados a fazer a medição da temperatura dispostos de modo a medir a temperatura da madeira no interior do compartimento e meios para aquecer a madeira contida no interior do compartimento conjuntamente com meios de controlo destinados a fazer variar os meios de aquecimento da madeira como resposta à temperatura medida, caracterizado por as etapas que fazem com que o compartimento sirva como cavidade (4) de microondas, pela medição da temperatura da madeira fazendo a medição da temperatura superficial da madeira, pela utilização de um gerador (1) de microondas de modo a injectar energia de microondas para o interior da cavidade (4) e, deste modo, para a madeira localizada no seu interior, pela medição repetida do peso e da temperatura da madeira no interior da cavidade (4), por um calculo de uma medição da velocidade de mudança do peso da madeira localizada no interior da cavidade a partir do peso medido e do controlo da energia injectada no interior da cavidade (4) por intermédio do gerador (1) como resposta ao peso medido e à temperatura da madeira na cavidade (4). 3 31 ΜΑΙΟ 2001 Lisboa, Por Microwave Drying Limited
    ENG! MANUEL WONIZ PEREIRA Agent· Oficiai ao ^'•opriedade Industriai Arco da Conceição, 3, lí- 1100 LISBOA
PT96930259T 1995-09-15 1996-09-12 Secagem de madeira PT851996E (pt)

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