Aparato que comprende una autoclave de vacío para la modificación de madera de alta temperatura.

Un aparato (100) para el tratamiento de modificación termoquímica de la madera,

en el que dicha modificación se obtiene a través de múltiples reacciones químicas de las sustancias que comprenden la estructura de madera generadas mediante la exposición de la madera a temperaturas a las que comienza el fenómeno de pirólisis, es decir, comprendidas en el intervalo de 180 °C-240 °C, comprendiendo el aparato (100) un celda de autoclave de vacío (1), una puerta estanca al vacío (4), una bomba de vacío (13), un carro (2) para soportar una pila de madera que se ha de someter al tratamiento y un sistema de refrigeración con intercambio térmico y circulación forzada de fluido que comprende un circuito de circulación (8, 15A, 15B) del fluido, comprendiendo dicho circuito de circulación una pared de confinamiento térmicamente conductora que tiene una superficie expuesta dentro de la celda de autoclave de vacío (1) y que tiene una superficie opuesta en contacto con la circulación forzada de fluido, de manera que la circulación de fluido puede sustraer el calor de la atmósfera del interior de la celda de autoclave de vacío (1), evitando así que el fluido entre directamente en contacto con la atmósfera interna, en el que dicho aparato (100) comprende además un condensador (12) en comunicación para el flujo de fluidos con la celda de autoclave de vacío, adecuado para ser atravesado por los gases y/o vapores producidos durante el tratamiento para ser convertidos por el condensador en la fase líquida, en donde el condensador (12) está interpuesto operativamente entre la bomba de vacío (13) y la celda de autoclave de vacío (1).

Aparato que comprende una autoclave de vacío para la modificación de madera de alta temperatura Campo técnico La presente descripción se refiere a un aparato para el tratamiento térmico de alta temperatura de la madera en una autoclave de vacío, adecuado para producir la modificación de la estructura de la madera a través de múltiples reacciones físico-químicas de las sustancias que la forman, generadas mediante la exposición de la madera a temperaturas a las que comienza el fenómeno de pirólisis (180 º C-240 º C) , evitando en cualquier caso la combustión de la misma.

Técnica anterior El documento WO 2008/079000 A1 es un documento de patente que describe un ejemplo de aparato de la técnica anterior y un método para la modificación de madera de alta temperatura.

En este párrafo se describe el estado actual de la técnica. A este respecto, merece la pena señalar que los procesos de tratamiento térmico de la madera que se utilizan actualmente en la industria consisten sustancialmente en la secuencia de las tres etapas siguientes:

1. precalentamiento de la madera, previamente secada hasta valores de humedad cercanos a cero, dentro de una celda hasta que la temperatura de la misma llegue a la temperatura a la que comienza la pirólisis, de aproximadamente 180-230 º C, con medidas para evitar la combustión de la misma;

2. tratamiento térmico propiamente dicho, que consiste en el mantenimiento de la madera a la temperatura preestablecida durante un período predeterminado, evitando siempre y en cualquier caso la combustión de la misma.

3. refrigeración de la madera hasta llevarla a temperaturas en cualquier caso por debajo de 100 º C, con el fin de posteriormente poder exponer el material de madera al ambiente externo sin peligros de combustión y/o problemas de choque térmico.

En la actualidad, se conocen tres tecnologías para obtener madera tratada térmicamente, que se describen en el 35 presente documento a continuación, al tiempo que se señalan las características de los mismos.

1) Tratamiento térmico a presión atmosférica en celdas con calentamiento por vapor sobrecalentado (método finlandés)

La pila, compuesta por la madera previamente dispuesta en listones y secada en otros dispositivos, se carga dentro de una celda que está aislada adecuadamente y es impermeable al vapor, similar a una celda de secado de madera convencional, provista de ventiladores internos para generar la circulación del fluido de calentamiento a través de la pila, en el presente caso, vapor sobrecalentado a una temperatura de 150-230 º C, suministrado por un generador de vapor externo y mantenido rigurosamente, por razones obvias de seguridad, a presión atmosférica, por medio de un 45 conducto y/o chimenea de seguridad abierto a la atmósfera, con el que celda tiene que estar provisto necesariamente para evitar sobrepresiones internas peligrosas.

La madera está protegida frente a la activación de la combustión dado que se calienta hasta la temperatura de tratamiento térmico de 180-230 º C en un ambiente que es inerte, ya que el aire inicialmente existente en el mismo (por lo tanto, el oxígeno contenido en el mismo) ha sido sustituido por vapor sobrecalentado.

Por lo tanto, las dos primeros etapas, es decir, precalentamiento y tratamiento, se llevan a cabo con el mismo método usando una circulación de vapor sobrecalentado.

El tercer etapa, es decir, refrigeración, se lleva a cabo mediante la interrupción de la entrada de vapor sobrecalentado y la inyección de agua desmineralizada en la celda por medio de pulverizadores especiales que permiten "atomizar" el chorro de agua, el cual, al convertirse instantáneamente en vapor, sustrae calor de la celda de tratamiento, en una proporción de aproximadamente 540 kcal por litro de agua evaporada, llevando a cabo así la refrigeración de la madera contenida en la misma; el vapor generado de esta manera se descarga a la atmósfera a través de la "chimenea" mencionada anteriormente.

Por supuesto, existen algunas variantes en el método para producir el vapor de calentamiento, que se omiten en este documento por motivos de brevedad, pero que de cualquier manera siempre tienen su origen en el uso de vapor sobrecalentado como medio de calentamiento e inertización de la celda.

Los límites de esta técnica consisten en los siguientes puntos:

â secado: la madera que se desea tratar se ha de secar previamente en otro dispositivo con el fin de reducir los valores de humedad, después se debe enfriar y finalmente introducirse en la celda de tratamiento para ser calentada de nuevo, lo que acarrea una gran pérdida de tiempo, mano de obra y, sobre todo, energía térmica;

â calentamiento: existe la necesidad de instalar un generador de vapor equipado con todas las medidas de seguridad que se requieren para el uso del mismo;

â inertización: se lleva a cabo por medio de una inyección de vapor sobrecalentado; 10

â refrigeración: con el fin de reducir la temperatura de la madera desde 230 º C hasta 100 º C, es necesario sustraer energía térmica, igual a aproximadamente 45.000 kcal/m3, lo que corresponde a un consumo de agua desmineralizada de 70-80 litros por m3 madera tratada, y la consiguiente producción de aproximadamente 150 m3 de vapor por m3 de madera tratada;

â contaminación: el vapor de agua que sale de la chimenea de la celda actúa inevitablemente como un vehículo para un conjunto significativo de gases y productos químicos volátiles resultantes de la conversión química de la madera (resinas, hemicelulosas, celulosa, etc.) . Por consiguiente, es importante saber que una cámara de tratamiento térmico con una capacidad 10 m3 de madera produce 1.500 m3 de vapor potencialmente contaminante por ciclo de tratamiento;

â seguridad: resultará evidente que, en el caso de falta de suministro eléctrico debido a un fallo externa y/o interna de la maquinaria, es necesario mantener de alguna manera la temperatura interna en cierta medida, con el fin de evitar que el vapor de calentamiento condense dentro la celda, disminuyendo así drásticamente su volumen y aspirando aire del entorno externo a través de la chimenea de seguridad, con lo que la masa de madera podría entrar inmediatamente en combustión.

2) Tratamiento térmico a presión atmosférica en una celda saturada con gas inerte (nitrógeno)

El proceso es similar al anterior, excepto por la variación de que el interior de la celda se satura con nitrógeno, el cual, al ser un gas inerte, impide la activación de la combustión del material de madera.

Los límites de esta técnica consisten en los siguientes puntos:

â secado: véase el caso anterior;

â calentamiento: el sistema está dotado de un fluido interno de aceite diatérmico y/o intercambiadores de calor eléctricos, así como con ventiladores para la circulación de nitrógeno a través de la pila de madera;

â inertización: se lleva a cabo por medio de una inyección de nitrógeno, de manera que el sistema tiene que estar equipado con un generador de nitrógeno y/o un depósito de almacenamiento de tamaño adecuado, ya que el consumo de gas es significativo; además, el sistema tiene que estar provisto de un costoso analizador de la concentración de oxígeno con el fin de garantizar que su concentración sea siempre inferior a los umbrales peligrosos.

â refrigeración: véase el caso anterior;

â contaminación: véase el caso anterior;

â seguridad: la falta ocasional de tensión es más fácil de gestionar que en el método anterior; sin embargo, se ha de prestar atención especial a la monitorización constante de la concentración de oxígeno dentro de la celda, con el fin de evitar riesgos de combustión. Además, es absolutamente necesario prever una eliminación precisa y segura del nitrógeno de inertización presente en la celda al final del proceso, con el objetivo de evitar, al abrir la misma, el peligro de asfixia debido a la inhalación de nitrógeno por parte del personal.

3) Tratamiento con vapor sobrecalentado en autoclave presurizada Tal proceso difiere completamente de los dos procesos anteriores, y consiste en la alimentación de la madera a una autoclave con un aislamiento adecuado y apto para resistir una presión interna de hasta 19 bares.

El calentamiento se lleva a cabo mediante la inyección directa de vapor sobrecalentado en la autoclave y, por lo tanto, no prevé la inclusión de dispositivos de ventilación y/o intercambiadores internos.

El proceso tiene lugar de acuerdo con las siguientes etapas: 65

1. precalentamiento: después de llevar a cabo un vacío previo con una presión residual de 200 mbar, se introduce en la celda vapor... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (100) para el tratamiento de modificación termoquímica de la madera, en el que dicha modificación se obtiene a través de múltiples reacciones químicas de las sustancias que comprenden la estructura de madera 5 generadas mediante la exposición de la madera a temperaturas a las que comienza el fenómeno de pirólisis, es decir, comprendidas en el intervalo de 180 º C-240 º C, comprendiendo el aparato (100) un celda de autoclave de vacío (1) , una puerta estanca al vacío (4) , una bomba de vacío (13) , un carro (2) para soportar una pila de madera que se ha de someter al tratamiento y un sistema de refrigeración con intercambio térmico y circulación forzada de fluido que comprende un circuito de circulación (8, 15A, 15B) del fluido, comprendiendo dicho circuito de circulación una pared de confinamiento térmicamente conductora que tiene una superficie expuesta dentro de la celda de autoclave de vacío (1) y que tiene una superficie opuesta en contacto con la circulación forzada de fluido, de manera que la circulación de fluido puede sustraer el calor de la atmósfera del interior de la celda de autoclave de vacío (1) , evitando así que el fluido entre directamente en contacto con la atmósfera interna, en el que dicho aparato (100) comprende además un condensador (12) en comunicación para el flujo de fluidos con la celda de autoclave de vacío, adecuado para ser atravesado por los gases y/o vapores producidos durante el tratamiento para ser convertidos por el condensador en la fase líquida, en donde el condensador (12) está interpuesto operativamente entre la bomba de vacío (13) y la celda de autoclave de vacío (1) .

2. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aparato (100) está adaptado para llevar a cabo el tratamiento térmico al tiempo que mantiene la presión interna de la celda (1) siempre menor que la presión atmosférica, en un intervalo de valores d.

7. 350 mbar de presión absoluta, consistiendo el tratamiento en las etapas de precalentamiento, calentamiento propiamente dicho y refrigeración de una masa de madera.

3. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el aparato (100) durante el calentamiento de la

madera, con el fin de evitar la combustión de la misma, está adaptado para eliminar totalmente el oxígeno contenido en la celda 1, en virtud de medidas especiales que consisten en primero "reducir" la cantidad inicial gracias al vacío parcial creado en la celda que reduce extremadamente el contenido de aire y, posteriormente, en "consumir" totalmente la pequeña cantidad residual, mediante la inducción de una microcombustión dirigida de una parte infinitesimal de la masa de madera sometida al tratamiento.

4. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el aparato (100) está adaptado para producir la inertización de la atmósfera interna de la autoclave (1) , gracias al fenómeno redox que es la base de la microcombustión de la pequeña cantidad de oxígeno aún presente en la cantidad reducida de aire, en la que el oxígeno, tras combinarse con el carbono contenido en la madera, se convierte en dióxido de carbono, con lo que se elimina totalmente el número de moléculas de oxígeno presentes en la celda de autoclave, y se consigue que la mezcla final de gases contenidos en la celda de autoclave sea totalmente inerte.

5. El aparato (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la celda (1) es adecuada para llevar a cabo la doble función de un secador de vacío y un dispositivo de tratamiento térmico, con el fin de secar primero la madera en un intervalo de temperatura d.

5. 100 º C y un intervalo de presión d.

5. 350 mbar, para evitar dañar la madera, incluso cuando se reduzca su humedad hasta valores próximos a cero y, posteriormente, ser capaz de exponer a las temperaturas "brutales" del tratamiento de modificación termoquímica, en un intervalo de temperatura d.

18. 240 º C y un intervalo de presión d.

7. 350 mbar.

6. El aparato (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un cilindro exterior (7) concéntrico a la celda de autoclave (1) , en el que se define un espacio intermedio (8) entre el cilindro (7) y la celda de autoclave (1) , comprendido en dicho circuito de circulación de fluido.

7. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende un ventilador (11) y en el que dicho fluido es aire aspirado desde la atmósfera exterior y distribuido en el circuito de circulación a través del ventilador (11) .

8. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende una válvula de cierre de aire (17) interpuesta operativamente entre el ventilador (11) y el espacio intermedio (8) .

9. El aparato (100) de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, en el que el espacio intermedio (8) comprende un orificio inferior (9) para aspirar el aire a través del ventilador (11) .

10. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho fluido es aceite diatérmico contenido en el espacio intermedio (8) , y en donde el aparato comprende un intercambiador de calor externo (20) y conductos de fluido (11A, 11B) adecuados para conectar el intercambiador de calor externo (20) con el espacio intermedio (8) .

11. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además una bomba (9) para la circulación forzada de dicho aceite en el espacio intermedio (8) y en el intercambiador de calor externo (20) .

12. El aparato (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho fluido es aceite diatérmico y el circuito de circulación comprende un intercambiador de calor interno (15A) y un intercambiador de

calor externo (20) en comunicación para el flujo de fluidos con el intercambiador de calor interno (15A) .

13. El aparato (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además dos ventiladores (6A, 6B) dentro de la celda de autoclave y adaptados para ser accionados durante la refrigeración con el fin de transferir el calor de la masa de la madera a la pared de confinamiento.