BRPI0616674A2 - sistema e método para tratamento de materiais de madeira com ozÈnio - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MéTODO PARA TRATAMENTO DE MATERIAIS DE MADEIRA COM OZÈNIO. A presente invenção refere-se a um método para tratamento de um material de madeira, que inclui aplicação de uma quantidade eficaz de ozónio ao material de madeira.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO PARA TRATAMENTO DE MATERIAIS DE MADEIRA COM OZÔNIO".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a métodos e sistemas para trata-mento de materiais de madeira.

ANTECEDENTES

Materiais de madeira, incluindo painéis de madeira, engradados,estrados e calços de estiva, são comumente usados para transporte e em-pacotamento. Materiais de madeira podem ser tratados para sanitarizar amadeira e eliminar bactérias, mofo, fungos, levedo, esporos, insetos e outrosorgânicos biológicos que possam estar presentes na madeira. Os presentesmétodos de tratamento, contudo, podem consumir energia excessiva e tam-bém podem secar os materiais de madeira.

SUMÁRIO

Em geral, um material de madeira pode ser tratado para sanitari-zar e de outro modo eliminar pestes, incluindo bactérias, mofo, fungos, leve-do, esporos, insetos e outros organismos biológicos através de aplicação deuma quantidade eficaz de ozônio ao material de madeira.

Em um aspecto, um método de tratamento de um material demadeira inclui redução de pressão em um vaso contendo o material de ma-deira. Em outras circunstâncias, o método pode ocorrer em pressão ambiente.

Em determinadas circunstâncias, o método pode incluir aqueci-mento do material de madeira. Aquecimento do material de madeira podeocorrer durante um tempo predeterminado em um vaso em uma temperaturapredeterminada. Aquecimento pode incluir aplicação de vapor ao material demadeira. O vapor pode ter uma temperatura de menos de 100 0C e menosde 90°C. Em determinadas circunstâncias, o vapor pode ter uma temperatu-ra de mais de 60°C.

Em outro aspecto, um método de fabricação de um sistema detratamento de madeira inclui obtenção de um vaso, conexão do vaso a umcontrolador configurado para aplicar uma quantidade eficaz de ozônio a ummaterial de madeira. Um sistema de tratamento de madeira pode incluir umvaso e um gerador de ozônio. O sistema de tratamento de madeira tambémpode incluir um controlador configurado para aplicar uma quantidade eficazde gás de purgação ao vaso.

Em outro aspecto, um sistema de tratamento de madeira podetambém incluir um controlador configurado para reduzir pressão no vaso. Ocontrolador pode ser configurado para aplicar uma quantidade eficaz de va-por ao vaso. O vapor pode ser aplicado em uma temperatura de menos de100°C, menos de 90°C ou mais do que 60°C ou combinações dos mes-mos. A pressão no sistema pode oscilar entre 5 e 7 Kpa (50 e 70 mBar) du-rante tratamento da madeira.

O sistema de tratamento de madeira pode incluir um controladorconfigurado para aplicar uma quantidade eficaz de um gás de purgação aovaso. O gás de purgação pode ser ar purificado ou oxigênio.

O material de madeira pode ser um painel de madeira, estruturade madeira, engradado, calços de estiva ou outro objeto de madeira.

Detalhes são apresentados nos desenhos em anexo e na des-crição abaixo. Outras características, objetivos e vantagens serão evidentesa partir da descrição e desenhos e das reivindicações.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura. 1 é um diagrama esquemático mostrando um sistemade tratamento de madeira.

A Figura. 2 é um gráfico representando curvas de temperaturadurante tratamento de madeira com vapor.

A Figura. 3 é um gráfico representando curvas de temperaturadurante tratamento de madeira com vapor e ozônio.

A Figura. 4 é um diagrama esquemático representando um sis-tema de tratamento de madeira incluindo um gerador de ozônio.

A Figura. 5 é um gráfico representando curvas de temperaturano material de madeira e no vaso.

DESCRIÇÃO DETALHADAUm método de tratamento de materiais de madeira pode incluiraplicação de ozônio a um material de madeira. Um sistema de tratamento demadeira inclui um vaso para contenção da madeira, um gerador de ozônio eum controlador configurado para aplicar ozônio ao material de madeira. Ocontrolador pode incluir uma válvula de suprimento de ozônio, a qual ficaaberta para introduzir o ozônio no vaso.

Um sistema de tratamento de madeira para aplicação de ozônioa um material de madeira pode também incluir uma bomba a vácuo e umgerador de ozônio ou uma fonte de gás. Um sistema de tratamento de ma-deira também pode incluir um reservatório de ozônio, uma fonte de gás depurgação conectada ao vaso através de um conduto de gás de purgação,uma válvula de gás de purgação e um sensor de ozônio. Uma fonte de gáspode produzir uma corrente de gás de elevada concentração de ozônio parao reservatório de ozônio. O ozônio pode ser sintetizado a partir de oxigêniopuro ou ar, embora concentrações maiores de ozônio possam ser obtidas deoxigênio puro. Por exemplo, com oxigênio puro, uma concentração de ozô-nio de até 14% pode ser atingida. Ozônio pode ser fornecido por uma fontede gás ou um gerador de ozônio. Um gerador de ozônio pode ter em si umafonte de gás ou pode sintetizar ozônio a partir de oxigênio usando uma des-carga de barreira dielétrica (DBD). Vide, por exemplo, B Eliasson et al, 1987J. Phys. D: AppL Phys. 20 1421-1437, o qual é incorporado aqui por referên-cia. Em uma DBD, tensão CA é aplicada a um sistema de eletrodo com umou ambos os eletrodos cobertos por uma camada dielétrica. A DBD é umafonte eficiente de elétrons altamente energéticos os quais também são ca-pazes de iniciar reações químicas de plasma. Ela pode ser facilmente sus-tentada, mesmo em pressão atmosférica.

DBD, a qual consiste de numerosas micro descargas de auto-pulsão em um vão de gás com descargas de superfície correspondentessobre o dielétrico, é descrita em detalhes por Pietscha e Gibalovb, Pure andAppi Chem., 70 1169-1174 (1998), o qual é incorporado por referência aqui.De forma a obter altas eficiências da síntese de ozônio, a resistência decampo dentro das estruturas de descarga deverá estar próximo do valor oti-mizado, o qual pode ser encontrado experimentalmente. Para eficiência au-mentada, altas temperaturas em um gás de processo podem ser evitadasporque, em temperaturas elevadas, o equilíbrio entre o oxigênio atômico emolecular e o ozônio é desviado para o oxigênio. Além desse, outros parâ- metros, tais como umidade do gás de processo, sua pureza, resistência desuperfície do dielétrico, também podem influenciar o campo de ozônio.

Ozonização pode ser aplicada em conjunto com um tratamentotérmico. O tratamento térmico pode incluir um tratamento com vapor. O tra-tamento térmico também pode incluir aplicação de um vácuo ao vaso. Ozo- nização pode durar pelo menos 3 minutos e menos de 24 horas, durante oqual a pressão no vaso pode atingir a temperatura ambiente 100 Kpa(1 Bar).Em algumas circunstâncias, ozonização pode seguir um tratamento térmico.A temperatura no vaso pode ser reduzida para aproximadamente 50-80 gCantes que ozonização comece.

O vaso pode ser suprido com ozônio por um controlador, o qualpode incluir a válvula de suprimento de ozônio ou uma chave para aberturada válvula de suprimento de ozônio. Se um gerador de ozônio em um tama-nho razoável não é capaz de fornecer o volume necessário de ozônio, então,o tempo entre as fases de ozonização pode ser usado para enchimento doreservatório de ozônio usando um gerador de ozônio em uma menor taxa deprodução.

Quando o vaso é submetido à pressão reduzida, pelo menosmenos do que 50 Kpa (500 mBar), por exemplo, ozônio é extraído para omaterial de madeira através de um diferencial de pressão. Para melhortransferência do ozônio para o material de madeira, a fase de pressão redu-zida pode ser enfatizada na redução de pressão antes de ozonização parauma pressão menor do que 70 Kpa (700 mBar), de preferência na faixa de 5a 70 Kpa (50 a 700 mBar). Geralmente, a duração do tratamento com ozôniopode ser adaptada ao requisito real, por exemplo, ao tipo, densidade e es-pessura do material de madeira a ser tratado. Descobriu-se que um períodode tempo eficaz para fornecer uma quantidade eficaz de ozônio pode serescolhido entre cerca de 3 a cerca de 24 horas, a partir do início de enchi-mento do vaso até o início da próxima etapa. Após tratamento com ozônio,outras etapas adicionais podem suplementar o tratamento da madeira, talcomo criação de uma fase de pressão reduzida ou purgação do ozônio comum gás de purgação e decomposição do ozônio.

Ozônio pode ser aplicado a um material de madeira após o ma-terial de madeira ter sido submetido a um tratamento térmico. Após um tra-tamento térmico, a temperatura em um vaso pode ser levada a cair entre 50e 80 °C antes que ozônio seja adicionado. Aquecimento de um material demadeira pode incluir sujeição do material de madeira a vapor e vácuo. Apli-cação de vapor e vácuo pode ser conduzida de modo que a temperaturainterna do material de madeira atinja pelo menos 56 -C. A fase de ozoniza-ção pode ser seguida por uma fase de purgação. Durante a fase de purga-ção, a válvula de purgação pode ser aberta e um gás de purgação, tal comoar purificado ou oxigênio, por exemplo, pode ser fornecido pela fonte de gásaté que um sensor de ozônio indique que o vaso pode ser seguramente a-berto. Um sensor de ozônio pode detectar a presença de ozônio através deespectrometria ou através de desabsorção programada de temperatura, porexemplo.

A ozonização de materiais de madeira pode proteger materiaisde madeira propensos à degradação por bactérias, mofo, fungos, esporos eorganismos similares. Materiais de madeira podem incluir, por exemplo, pai-néis de madeira ou estrados de madeira, tais como aqueles usados para finsde comércio, transporte e empacotamento. Painéis de madeira, engradados,quadros, calços de estiva ou estrados são freqüentemente escolhidos comomateriais de empacotamento para trânsito internacional porque eles são decusto mais eficaz do que outros materiais que não são de madeira, mesmoquando o custo do tratamento da madeira é considerado.

A United States and the International Plant Protection Conventi-on (IPPC) estabeleceu restrições para cessar a introdução de pestes estra-nhas em virtude de surtos de peste trazidas por empacotamento de transpor-te. Vários países também estabeleceram restrições para materiais de empa-cotamento de madeira. A norma da IPPC (ISPM 15) e as regulamentaçõesNorte Americanas requerem tratamento de madeira através de tratamentotérmico ou fumigação com brometo de metila. Tratamento térmico pode serpreferido em virtude das preocupações ambientais causadas pelo brometode metila usado para fumigar o material de empacotamento. Para tratamentotérmico, o material de madeira deve ser aquecido, no núcleo, para 56 5C du-rante 30 minutos. No momento, a maioria dos métodos, incluindo ar aqueci-do e vapor superaquecido, tendem a secar a madeira, reduzindo sua quali-dade, falham em aquecer o núcleo do material de madeira eficazmente ouconsomem energia desnecessária em virtude das altas temperaturas de o-peração ou longos tempos de operação. Assim, há uma necessidade de ummétodo eficaz, energia-eficiente para tratamento de materiais de madeira,particularmente estrados de madeira e painéis de madeira, ao núcleo semsecar excessivamente a madeira, diminuindo sua qualidade.

Tratamento com ozônio pode proporcionar uma alternativa à fu-migação com brometo de metila de materiais de madeira. Sabe-se na técni-ca que ozônio pode eliminar bactérias, mofos, fungos, levedo, esporos, inse-tos e outros organismos biológicos que podem contribuir para a degradaçãoda madeira. Surpreendentemente, o ozônio provou ser bem tolerado por ma-teriais de madeira usados para transporte, ao mesmo tempo em que retém acapacidade de eliminar pestes. O tratamento de madeira com tratamento porozônio pode ser modular e usado em conjunto com outros métodos de tra-tamento de madeira. Por exemplo, tratamento com ozônio também pode serusado no lugar de ou além de tratamento térmico de materiais de madeira.

Ozônio é classificado como não perigoso de acordo com as definições deperigos para a saúde e perigo físico fornecida na Hazard CommunicationStandard (29 CFR 1910.1200).

Um processo de tratamento térmico para materiais de madeirapode incluir sujeição de um material de madeira em um vaso a uma pressãoreduzida, seguido pela introdução de vapor, o que permite a transferência decalor para o material de madeira. O interior do vaso pode, por fim, atingiruma temperatura de cerca de 80 QC, condições as quais sanitarizam o mate-rial de madeira. Pressão reduzida na faixa de 5 a 70 Kpa (50-700 mbar) eum tempo de tratamento com vapor da ordem de pelo menos 20 minutos emais do que 240 minutos podem ser empregados durante um período detempo eficaz. Um período de tempo eficaz pode também ser pelo menos 60minutos e menos do que 200 minutos. Um período de tempo eficaz tambémpode ser pelo menos 150 minutos e menos de 180 minutos.

Em geral, aquecimento do material de madeira pode incluir colo-cação do material de madeira em um vaso ou outro recipiente e evacuaçãodo vaso para uma pressão reduzida na faixa de cerca de 5 a 25 Kpa (50 a250 mbar). Vapor é, então, introduzido e o vapor é deixado permear o mate-rial de madeira durante um período de tempo eficaz durante pelo menos 20minutos e menos de 240 minutos durante o qual, na etapa de vaporização, atemperatura interna do material de madeira aumenta para aproximadamenteentre 40 e 80 9C. Um período de tempo eficaz também pode ser pelo menos60 minutos e menos do que 200 minutos. Um período de tempo eficaz tam-bém pode ser pelo menos 150 minutos e menos de 180 minutos. O vasopode, então, ser evacuado, o vapor restante sendo simultaneamente extraí-do e condensado exteriormente ao recipiente. O procedimento pode ser re-petido. Ao final do tratamento, os materiais de madeira são removidos. Apósum período de esfriamento apropriado, tempo durante o qual uma pequenaquantidade de umidade residual evapora, o material de madeira pode serpreparado para embarque.

Cada etapa de tratamento com vapor pode ser de uma duraçãoescolhida, a qual pode permitir que o interior do material de madeira atinjaentre 40 graus e 80 -C, com a temperatura do material de madeira aumen-tando com cada ciclo de vaporização. Uma temperatura interior final de pelomenos 56 9C assegura conformidade com as normas IPPC (ISPM 15) enormas Norte Americanas. Monitoramento de temperatura do material demadeira pode ser conduzido usando sondas sensoras de temperatura, como tempo da etapa de tratamento sendo orientado pela temperatura interiordesejada do material de madeira. Alternativamente, a transferência de calorpara o material de madeira pode ser julgada pela temperatura do vaso, sema necessidade de sensores de temperatura. Em outras circunstâncias, o tra-tamento térmico também pode ser durante um período de tempo pré-calculado, o qual pode ser encontrado experimentalmente, para aumentar atemperatura interna do material de madeira para mais do que 56 9C1 massem exceder a 60 9C. O cálculo pode resultar em conservação de energia eeconomia de custos, ao mesmo tempo em que ainda se conforma às normasda ISPM.

Os ciclos de vaporização podem ser repetidos tão freqüente-mente quanto necessário para aquecer o núcleo dos materiais de madeira ea proporção de duração de vaporização e extração de vapor a vácuo podevariar. A duração de um ciclo de vaporização pode ser determinada experi-mentalmente para levar a temperatura de um material de madeira para umatemperatura desejada com energia mínima. Por exemplo, após vapor seraplicado sob pressão reduzida durante um período de tempo definido, o va-por pode ser desligado, permitindo que a temperatura no vaso esfrie paraatingir 60 9C. Enquanto a temperatura no vaso de aproxima de 60 9C, a tem-peratura do material de madeira se aproxima ou permanece em 56 9C. Atra-vés de aquecimento dos materiais de madeira dessa maneira, energia míni-ma é usada. A temperatura do vaso e a duração de vaporização necessáriaspodem ser calculadas e extrapoladas para aplicação em vários sistemas. Atemperatura e período de tempo podem variar, dependendo das característi-cas térmicas do sistema, tais como isolamento, tempo necessário para esta-belecimento de pressão reduzida e taxa de evaporação, por exemplo.

O vácuo empregado pode estar em níveis de entre cerca de 5 a25 Kpa (50 e 250 mbar), com o maior vácuo sendo, tipicamente, aplicado naetapa inicial de tratamento. Vácuos de 5, 10, 20, 50 Kpa (50, 100, 200, 500mBar) para um processo com cinco ciclos podem ser aceitáveis, o vácuoservindo primariamente para facilitar a entrada da energia de vapor no mate-rial de madeira e, assim, melhorar a transferência de calor entre o vapor e omaterial de madeira. O tempo global de processo, incluindo etapas de trata-mento e o tempo necessário para reevacuar a câmara entre as etapas detratamento, pode ser da ordem de 20 a 240 minutos. Um período de tempoeficaz também pode ser pelo menos 60 minutos e menos de 200 minutos.Um período de tempo eficaz também pode ser pelo menos 150 minutos emenos de 180 minutos.

O tratamento térmico pode ser aplicado ao material de madeiraatravés de aumento sucessivo das temperaturas da fase vapor a partir deuma primeira temperatura durante um primeiro período de tempo a pelo me-nos um tratamento térmico subseqüente durante um período de tempo eficazpara elevar a temperatura do material de madeira para pelo menos 56 9C.

Se mais de um período de tempo está envolvido, uma temperatura de fasevapor de entre 40 e 80 qC pode ser estabelecido em um primeiro período detempo e entre 60 e 100 2C em um outro ciclo durante um período de tempoeficaz. Uma vez que o material de madeira está aquecido, a temperatura domaterial de madeira pode ser mantida a 56 -C durante um período de tempode contenção. Aumentando o tempo de contenção em uma temperaturaconstante durante tratamentos térmicos subseqüentes, os resultados podemtambém ser aperfeiçoados sem aumento substancial no consumo de energi-a. Em algumas circunstâncias, tratamento com vapor pode ser repetido du-rante outro ciclo para reduzir a quantidade de ar no vaso.

Quando de aplicação de vapor, a quantidade de água necessá-ria para tratamento da madeira pode também ser reduzida em uma ordemde magnitude através de recirculação do líquido. O tratamento térmico e osresultados obtidos podem ser ainda aperfeiçoados de uma maneira simplesrepetindo um ciclo de vácuo e vapor pelo menos uma vez.

Água, ozônio ou outros produtos químicos para tratamento demadeira podem ser fornecidos de recipientes dimensionados de acordo como volume do banho líquido no vaporizador e os quais, junto com o vaporiza-dor, formam um sistema no qual apenas líquido perdido é realimentado defora, o líquido perdido sendo em virtude de umidade residual no material va-porizado e da evacuação.

Um sistema para realização do método acima também pode in-cluir um vaso, um gerador de ozônio e uma bomba a vácuo via controladoresou válvulas. Uma bomba e pelo menos duas válvulas podem ser proporcio-nadas para o suprimento de ozônio, as válvulas controlando a admissão deozônio e vácuo no vaso.

Uma variedade de sistemas de aquecimento podem ser usadosem conjunto com tratamento com ozônio. Por exemplo, um dispositivo deaquecimento elétrico pode ser proporcionado dentro do volume de um banholíquido dentro do vaporizador. Sistemas de acúmulo de vapor também po-dem ser usados economicamente.

Aplicação de vapor em uma pressão reduzida pode melhorar ataxa de transferência de calor para o material de madeira, permitindo que atemperatura interna do material de madeira eleve de modo relativamenterápido porque o vapor tem uma maior capacidade térmica do que o ar.Transferência de calor está teoricamente completa quando atinge uma tem-peratura de 80 °C. Transferência de calor pode ser acelerada através de re-dução de pressão para aproximadamente 10 Kpa (100 mBar) (vide Figuras 2e 3) e, então, aumento da temperatura tão rapidamente quanto possível paraum valor predeterminado de aproximadamente 80 °C após atingir um vácuode 10 Kpa (100 mbar). Uma vez que o vapor tem uma pressão de saturaçãode vapor de cerca de 450 mbar a 80 °C, o diferencial de pressão é, então,45-10=35 Kpa (450-100 = 350 mbar), o que ajuda a forçar a energia de va-por para o material de madeira mais eficaz e rapidamente. Transferência decalor aperfeiçoada resulta em um aumento mais rápido na temperatura in-terna do material de madeira, desse modo, reduzindo o tempo necessáriopara tratamento do material de madeira. A pressão reduzida também asse-gura que energia é conservada porque o sistema pode operar em uma me-nor temperatura, desse modo, reduzindo a quantidade de energia que seria,de outro modo, consumida.

Fazendo referência à Figura 1, um sistema para realização dotratamento de madeira pode incluir um vaso 3, o qual é configurado paraconter o material de madeira, uma bomba a vácuo 9, uma válvula de vácuo18 e um gerador de ozônio 11 com um controlador 20. Um controlador podeincluir uma válvula ou uma chave para abrir e fechar uma válvula, depen-dendo de quando o ozônio tem de ser aplicado ao vaso. Da mesma forma, aválvula de vácuo pode permanecer fechada até que uma unidade de contro-le faça com que a válvula abra e um vácuo possa ser introduzido no vaso.

Os materiais de madeira podem ser colocados em um vaso emuma disposição que maximiza a exposição ao tratamento com vapor e vá-cuo. Por exemplo, os materiais de madeira podem estar soltos. Os materiais de madeira também podem estar suspensos. Os materiais podem ser depo-sitados deitados ou ser dispostos sobre uma configuração de correia trans-portadora ou de rotação.

Vapor pode ser introduzido no vaso por um gerador de vapor ouum acumulador de vapor. A entrada de vapor no vaso pode ser determinadapor um dispositivo controlador, tal como válvulas ou aberturas de acesso devapor, conforme descrito na Patente U.S. N9 5.291.757 e Patente U.S. Nq5.299.415, as quais são incorporadas aqui por referência.

Fazendo referência à Figura 2, um método de tratamento de ummaterial de madeira pode incluir o desenvolvimento de temperatura (em eC)e pressão (em mBar) versus o tempo (em minutos) durante o tratamento. Emuma fase inicial, um primeiro vácuo de entre 5 a 25 Kpa (50 - 250 mBar) éproduzido no vaso através de abertura da válvula de vácuo. Desse modo, oar inicialmente retido no vaso é removido tanto quanto possível.

Em uma fase de vaporização, um ou mais ciclos de vaporizaçãodurante o tempo podem ser realizados. Durante esse tempo, a válvula devaporização pode ser aberta para encher o vaso com vapor. Após atingir atemperatura definida, a válvula de vapor pode ser fechada e a válvula devácuo pode ser aberta para reduzir a pressão novamente para cerca de 25Kpa (250 mBar) ou menos. Durante os períodos de vaporização, a pressãono vaso pode ser de aproximadamente 50 Kpa (500 mBar) e a temperaturapode ser de aproximadamente 80 5C. A pressão pode ser determinada pelapressão de vapor da água em uma temperatura de vaporização selecionada,a qual pode ser 80 eC. Assim, em geral, no processo de vapor e vácuo,pressão pode estar em uma faixa de 5 a 70 Kpa (50 a 700 mBar). Uma vezque a temperatura de vaporização é atingida, o período de tempo eficaz paraaquecer o material de madeira pode oscilar entre 20 e 240 minutos. Um pe-ríodo de tempo eficaz também pode ser pelo menos 60 minutos e menos de200 minutos. Um período de tempo eficaz também pode ser pelo menos 150minutos e menos de 180 minutos. Um período de tempo eficaz pode ser otempo necessário para aquecer o núcleo do material de madeira para 56 2C.

Os ciclos de vaporização podem ser repetidos tão freqüente-mente quanto necessário para aquecer o núcleo dos materiais de madeira ea proporção de duração de vaporização e extração de vapor através de vá-cuo é escolhida de uma forma que, no final do ciclo, a temperatura centraldas unidades de material tratado atinge a temperatura de vaporização. Aofinal da fase de vaporização, um período de pressão reduzida pode ser de-terminado e uma fase de ozonização pode ser introduzida. A temperatura novaso diminui para cerca de 60 sC no final do período de pressão reduzida.

Essa temperatura pode variar, dependendo das características térmicas dosistema, tais como isolamento, tempo necessário para estabelecimento dapressão reduzida e taxa de evaporação, por exemplo.

Fazendo referência à Figura 3, um processo generalizado detratamento de madeira é mostrado, com uma fase de ozonização. A fase devaporização pode ser seguida pela fase de ozonização, a qual pode ocorrerentre 3 minutos a 24 horas e durante a qual a pressão no vaso pode serpressão ambiente 100 Kpa (1 Bar). Um ciclo de vapor pode ser seguido poruma fase de ozonização. Uma fase de ozonização pode ser precedida porum período de pressão reduzida durante o qual a pressão dentro do vaso édiminuída para uma pressão entre 5-70 Kpa (50 - 700 mBar). Antes que o-zonização seja introduzida, a temperatura no vaso pode ser reduzida parauma faixa de 50 a 80 5C. A fase de ozonização pode ser seguida por umafase de gás de purgação. A válvula de purgação pode ser aberta e um gásde purgação, tal como ar purificado ou oxigênio, por exemplo, pode ser for-necido pela fonte de gás até que um sensor de ozônio indique que o vasopode ser seguramente aberto. Após um ciclo de ozonização, a fase de vapore vácuo pode também ser repetida.

Fazendo referência à Figura 4, um vaso pode ser enchido comum gás contendo ozônio por uma válvula de suprimento de ozônio 23 a partirde um reservatório de ozônio 5. O reservatório de ozônio pode ser supridocom gás contendo ozônio por um gerador de ozônio 32 através de uma vál-vula do gerador de ozônio 30. Uma bomba a vácuo 9, válvula de vácuo 18,gerador de vapor 11 e válvula de vapor 20 também podem ser incluídos nosistema. Uma fonte de gás de purgação 34 pode ser conectada ao vaso a-través de um conduto de gás de purgação 7. Uma válvula de gás de purga-ção 16 pode permanecer fechada até que uma fase de gás de purgação sejaintroduzida. Se geradores de ozônio em um tamanho razoável não são ca-pazes de proporcionar os volumes necessários de ozônio em apenas unspoucos minutos com esforços razoáveis, o tempo entre as fases de ozoniza-ção pode ser usado para enchimento do reservatório de ozônio usando umgerador de ozônio ou taxa de produção de fluxo. À medida que a pressão novaso de aproxima de aproximadamente 70 Kpa (700 mBar) ou menos, o o-zônio pode ser levado para o material de madeira. Um gerador de ozôniopode ter em si uma fonte de gás ou pode estar uma descarga de barreiradielétrica.

Fazendo referência à Figura 5, uma curva de temperatura é re-presentada, comparando a temperatura no vaso e a temperatura interna domaterial de madeira como um resultado de tratamento com vapor. O gráficorepresenta as curvas de temperatura dos sensores de temperatura no mate-rial de madeira plotadas junto com a temperatura do vapor usado para o tra-tamento. Nesse exemplo, a temperatura de vapor pode ser menos do que100 QC. A temperatura de vapor também pode ser menos do que 90 2C. Atemperatura de vapor pode ser maior do que 60 QC. Aplicação de vapor evácuo pode ser realizada durante um período de tempo eficaz entre 20 e 240minutos. Um período de tempo eficaz também pode ser pelo menos 60 mi-nutos e menos de 200 minutos. Um período de tempo eficaz pode tambémser pelo menos 150 minutos e menos de 180 minutos.

Aplicação de vapor e vácuo a um material de madeira obtémuma série de vantagens surpreendentes. Primeiro, a despeito da naturezarelativamente compacta dos materiais de madeira, tais como ripas ou estra-dos de madeira, o vapor realiza uma transferência eficiente de calor para omaterial de madeira. A maior capacidade térmica do vapor, comparado comaquela do ar aquecido, permite um processo de transferência de calor maisrápido e mais eficiente quanto à energia, o qual proporciona benefícios eco-nômicos e ambientais. No contexto de um vácuo e pressão reduzida, essebenefício é ainda enfatizado porque uma menor temperatura de vapor podeser usada, desse modo, usando menos calor e melhorando a eficiência deenergia. Geralmente, a duração de aplicação de vapor e vácuo pode ser a-daptada ao requisito real, tal como o tipo, densidade e espessura do materiala ser tratado, por exemplo. Aplicação de vapor em uma pressão reduzidapode melhorar a taxa de transferência de calor para o material de madeira,permitindo que a temperatura interna do material de madeira eleve de modorelativamente rápido porque o vapor tem uma maior capacidade térmica doque o ar. A transferência de calor está teoricamente completa quanto atingeuma temperatura de 80 2C. A transferência de calor pode ser acelerada atra-vés de redução da pressão para aproximadamente 10 Kpa (100 mBar) (videFiguras. 2 e 3) e, então, aumento da temperatura tão rapidamente quantopossível para um valor predeterminado de aproximadamente 80 qC após a-tingir um vácuo de 10 Kpa (100 mbar). Uma vez que o vapor tem uma pres-são de saturação de vapor de cerca de 45 Kpa (450 mbar) a 80 sC, o dife-rencial de pressão é, então, 45-10=35 Kpa (450-100 = 350 mbar), o que aju-da a forçar a energia do vapor no material de madeira mais eficaz e rapida-mente.

Aplicação de vapor e vácuo no contexto de pressão reduzidatem a vantagem surpreendente de sanitarização, ao mesmo tempo em quemantém a qualidade dos materiais de madeira. Por exemplo, em uma pres-são reduzida de entre 5 e 70 Kpa (50 e 700 mBar), temperaturas de vaporde menos de 100 -C podem ser aplicadas. Conforme as Figuras 2-5 indicam,a pressão reduzida do sistema permite uma temperatura de vapor de menosde 100 eC dentro do vaso. Além disso, sob pressão reduzida, uma tempera-tura de vapor de menos de 90 9C também pode ser aplicada. A pressão re-duzida também permite que uma temperatura de vapor de aproximadamente80 9C seja aplicada. Surpreendentemente, quando de colocação de senso-res de temperatura no material de madeira, a temperatura interna do materi-al de madeira pode ser levada a atingir pelo menos 56 °C, enquanto que atemperatura do vaso permanece em menos de 100 °C. A pressão reduzida,portanto, permite que a temperatura interna do material de madeira atinjapelo menos 56 °C em conformidade com os requisitos impostos pelas Regu-lamentações de Empacotamento Norte Americanas e a norma de fitossanita-rização da ISPM, por exemplo, sem exceder a 100 °C. Como um resultado, omaterial de madeira pode ser sanitarizado e tratado sem secagem excessivae diminuição da qualidade do material de madeira.

O material de madeira pode estar solto e submetido à pressãoreduzida no vaso, de modo que uma diferença de pressão é formada entre ointerior do material de madeira e o vaso circundante. A diferença de pressãofaz com que o calor seja transferido para o material de madeira, acionadapela diferença de pressão entre o núcleo do material de madeira e o exteriordo material de madeira. O vapor pode ter uma temperatura de mais de 60°C. O vapor também pode ter uma temperatura de menos de 100 °C ou me-nos de 90 °C. O vapor também pode ter uma temperatura de aproximada-mente 80 °C. O vapor pode ser aplicado em uma pressão igual à pressão devapor da água na temperatura de vaporização, a qual é cerca de 50 Kpa (0,5Bar). Uma pressão na faixa de 5-70 Kpa (50-700 mBar) também pode serusada.

A aplicação de vapor e vácuo durante um período de tempo efi-caz pode permitir que a temperatura interna do material de madeira obtenhauma temperatura de aquecimento de pelo menos 56 9C. Nessa temperatura,a maioria das pestes biológicas, incluindo bactérias, insetos e fungos, podeser eliminada. Com tratamento suficiente, a temperatura interna do materialde madeira pode atingir entre 60-80 °C. O período de tempo eficaz pode os-cilar entre 20 e 240 minutos. Um período de tempo eficaz também pode serpelo menos 60 minutos e menos de 200 minutos. Um período de tempo efi-caz também pode ser pelo menos 150 minutos e menos de 180 minutos.Uma vez que o material de madeira foi aquecido, o material de madeira podeser mantido em uma temperatura de 56 °C durante um período de contençãoeficaz. O período de contenção pode ser pelo menos 30 minutos. Em deter-minadas circunstâncias, o material de madeira pode estar não aquecidoquando ozônio é introduzido no vaso. O material de madeira também podeser tratado com vapor e vácuo durante pelo menos um período de tempoantes que ozonização ocorra.

Em algumas circunstâncias, um ou mais períodos de tempotambém podem ser usados para aplicação de vapor e vácuo ao material demadeira. Se mais de um período de tempo está envolvido, uma temperaturada fase vapor de entre 40 e 80 sC pode ser estabelecida em um primeiroperíodo de tempo e entre 60 e 100 gC em um outro ciclo durante um períodode tempo eficaz. Aumentando o tempo de contenção em uma temperaturaconstante durante subseqüentes tratamentos térmicos, os resultados tam-bém podem ser aperfeiçoados sem aumento substancial no consumo deenergia.

Por exemplo, em um primeiro período de tempo, o material demadeira pode ser aquecido em uma primeira temperatura e, em um segundoperíodo de tempo, o material de madeira pode ser aquecido em uma segun-da temperatura. As primeira e segunda temperaturas podem ser substanci-almente diferentes.

O processo de aplicação de vapor e vácuo ao material de ma-deira pode ser realizado em um vaso, o qual pode estar conectado a um ge-rador de vapor. Um gerador de vapor pode incluir um vaporizador. Um gera-dor de vapor pode incluir um acumulador de vapor. Vaporizadores adequa-dos são conhecidos na técnica. Por exemplo, um vaporizador pode ser pro-jetado para utilizar recirculação forçada, conforme ensinado na Patente U.S.Nq 6.904.903, a qual é aqui incorporada por referência. Vaporizadores po-dem incluir uma caldeira cilíndrica passível de fechamento por uma cobertu-ra em pivô. Dentro do vaporizador, um banho de água pode gerar vapor pormeio de um dispositivo de aquecimento e o tratamento térmico apropriadodo material introduzido. Em outras circunstâncias, um vácuo pode ser gera-do para permitir que o calor acesse melhor o material, tal como através deeliminação de bolsas de ar, para assegurar uma atmosfera de vapor ótima.

Um acumulador de vapor pode ser incluído em um método e sis-tema de tratamento de madeira. Um acumulador de vapor proporciona ummétodo de armazenamento de energia, por exemplo, introduzida como e-nergia elétrica, de modo que ela pode ser liberada como vapor conformerequerido e, desse modo, pode diminuir os custos com energia de conexão,combustível e manutenção.

Em um exemplo, ar pode ser evacuado durante uma fase de a-quecimento inicial. Energia, a qual pode ser aplicada como energia elétrica,pode aquecer a água, por exemplo, para aproximadamente 180eC, a 1 Mpa(10 bar), em um sistema fechado de energia armazenada. Sob pressão re-duzida, a água pode entrar em ebulição e energia é armazenada na formade vapor. O vapor pode, em si, acionar o ar para fora do acumulador. Umsistema de tratamento de madeira pode incluir um controlador. O controladorpode incluir um deculador. Um deculador pode ser proporcionado para forçarqualquer ar no acumulador de vapor para fora. O deculador pode incluir umaválvula, a qual é configurada para abrir à medida em que ar está sendo for-çado para fora do acumulador e fechar quando apenas vapor permanece. Odeculador pode ser configurado para ser à prova de vazamentos.

Em outro exemplo, um vácuo pode ser aplicado para removerqualquer ar restante no acumulador. Um controlador pode assegurar que ovaso não se abra ou vaze durante uma fase de vaporização ou vácuo.

Um acumulador de vapor pode ser usado em lugar de ou emconjunto com um banho de água. Um acumulador de vapor proporciona ummétodo de armazenamento de energia de modo que ele pode ser liberadocomo vapor quando requerido e, desse modo, pode diminuir os custos deenergia de conexão, combustível e manutenção. Acúmulo de vapor é o pro-cesso de armazenamento de energia excedente produzida nos momentosde baixa demanda para subseqüente liberação para ir de encontro aos re-quisitos do consumidor em momentos de alta demanda. Quando a demandade vapor de um sistema é baixa e o acumulador é capaz de gerar mais va-por do que é requerido, a energia excedente pode emitir uma massa de á-gua armazenada sob pressão, resultando em transferência de energia. Aágua armazenada pode aumentar de temperatura até que finalmente obte-nha a temperatura de saturação para a pressão na qual o acumulador estáoperando. O vaso pode ser configurado para ter um suprimento uniforme devapor saturado. Quanto maior a queda na pressão, menor o vaso requerido,o que pode diminuir os custos do sistema, ao mesmo tempo em que propor-ciona uma maior capacidade de armazenamento. O acumulador de vaporpode ser aplicado em várias temperaturas. Por exemplo, o acumulador devapor pode ser aquecido para 180 -C a 1 Mpa (10 bar) antes que o materialde madeira seja aquecido. Quando o material de madeira é aquecido, atemperatura e pressão no vaso podem ser reduzidas para 80 eC e 47 Kpa(470 mbar). A diferença na entalpia pode promover transferência de calorpara o material de madeira. Vários tamanhos e designs de acumuladores devapor asseguram que uma taxa de fluxo desejada é obtida. Acumuladoresde vapor estão disponíveis, por exemplo, da David Oakland Associates noReino Unido.

Em um exemplo, o vaporizador pode ser carregado com o mate-rial a ser tratado. Na próxima etapa, uma bomba a vácuo pode ser ligada atéque um vácuo de pelo menos 10 Kpa (100 mbar) tenha sido gerado no vapo-rizador. A bomba pode, então, ser desligada. A válvula de alimentação paraágua ou um suprimento químico pode, então, ser aberta e um volume prede-terminado de líquido é admitido no vaporizador para formar um banho líqui-do. O banho líquido e a fase vapor podem ser formados quando aquecidospara uma temperatura predeterminada. Após o material de madeira a sertratado ter sido mantido durante um tempo predeterminado na fase de vaporsaturado, o líquido é bombeado do vaporizador em um recipiente. A bombaa vácuo pode, então, ser reativada. Após um período de evacuação, resfria-mento e secagem pré-selecionado, a bomba a vácuo pode ser desligada ear ambiente pode ser admitido no vaporizador e o material de madeira podeser removido.

Um período de tempo eficaz para tratamento térmico pode ser pelo menos 20 e menos de 240 minutos. Um período de tempo eficaz podeser também pelo menos 60 minutos e menos de 200 minutos. Um períodode tempo eficaz pode também ser pelo menos 150 minutos e menos de 180minutos. Um período de tempo eficaz pode permitir que o material de madei-ra atinja uma temperatura de pelo menos 56 -C. Uma vez aquecido, a tem-peratura do material de madeira pode ser mantida em aproximadamente 56qC durante um tempo de contenção. O tempo de contenção pode ser pelomenos 30 minutos. Durante o período de tempo eficaz e o tempo de conten-ção, bactérias, mofos, fungos, levedo, esporos, insetos e outros organismosbiológicos podem ser eliminados. Opcionalmente, os materiais de madeirapodem ser submetidos a um tratamento com ozônio. Um período de tempoeficaz pode ser escolhido para fornecer uma quantidade eficaz de ozônio. Operíodo de tempo pode ser escolhido entre cerca de 3 minutos a cerca de 24horas. As etapas podem ser repetidas durante fases e ciclos adicionais detratamento, dependendo do resultado desejado. Por exemplo, um período devaporização adicional pode ser realizado para reduzir a quantidade de ar novaso. Ciclos repetidos de vaporização de materiais têxteis são descritos nasPatentes U.S. NQS. 6.557.267 e 6.094.840, as quais são aqui incorporadaspor referência.

Outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicaçõesa seguir.

Claims (27)

1. Método de tratamento de um material de madeira compreen-dendo aplicação de uma quantidade eficaz de ozônio ao material de madei-ra.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a aplicaçãode ozônio ocorre em pressão ambiente.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo redução de pressão em um vaso contendo o material de madeira.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo aquecimento do material de madeira durante um tempo predetermi-nado em uma temperatura predeterminada.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, em que o aqueci-mento ocorre além da aplicação de ozônio.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, em que aquecimen-to inclui fornecimento de vapor.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, em que fornecimen-to de vapor inclui redução de pressão em um vaso contendo o material demadeira.

8. método de acordo com a reivindicação 7, em que o vapor temuma temperatura de menos de 100 9C.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, em que o vapor temuma temperatura de menos de 90 QC.

10. Método de acordo com a reivindicação 7, em que o vapor deuma temperatura de mais do que 60 9C.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o materialde madeira é um painel de madeira, engradados, estrados e calços de esti-va.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo purgação de ozônio.

13. Método de fabricação de um sistema de tratamento de ma-deira compreendendo obtenção de um vaso e conexão do vaso a um contro-lador configurado para aplicar uma quantidade eficaz de ozônio a um mate-rial de madeira.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, ainda compreen-dendo um controlador configurado para aplicar uma quantidade eficaz degás de purgação ao vaso.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, em que o gás depurgação é ar purificado ou oxigênio.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, em que o contro-lador é configurado para reduzir a pressão no vaso.

17. Método de acordo com a reivindicação 13, ainda compreen-dendo um controlador configurado para aplicar uma quantidade eficaz devapor ao material de madeira.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, em que o contro-lador é configurado para aplicar vapor em uma temperatura de menos doque 1009C.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, em que o contro-lador é configurado para aplicar vapor em uma temperatura de menos de 90'C.

20. Método como definido na reivindicação 17, em que o contro-lador é configurado para aplicar vapor em uma temperatura de mais do que 60 -C.

21. Sistema de tratamento de madeira compreendendo um vasoe um controlador configurado para aplicar uma quantidade eficaz de ozônioao material de madeira.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 21, ainda compreen-dendo um controlador configurado para aplicar uma quantidade eficaz degás de purgação ao vaso.

23. Sistema de acordo com a reivindicação 21, em que o gás depurgação é ar purificado ou oxigênio.

24. Sistema de acordo com a reivindicação 21, ainda compreen-dendo um controlador configurado para aplicar uma quantidade eficaz devapor ao vaso.

25. Sistema de acordo com a reivindicação 24, em que o contro-lador é configurado para aplicar vapor em uma temperatura de menos doque 100 °C.

26. Sistema de acordo com a reivindicação 24, em que o contro-lador é configurado para aplicar vapor em uma temperatura de menos de 90°C.

27. Sistema de acordo com a reivindicação 24, em que o contro-lador é configurado para aplicar vapor em uma temperatura de mais do que 60° C.