Principios del horno de vacío

Los hornos de vacío provocan evaporación a bajas temperaturas, pero aun así requieren calor, y este calor es difícil de suministrar debido al vacío. Aquí hay una explicación. 29 de julio de 2011
Pregunta
Estaba leyendo sobre algunos proyectos pequeños de hornos de vacío y encontré un artículo donde alguien decía que usaba un horno de vacío Wood-Mizer y que también aspiraba unos 200 litros, lo que equivale a unos 20 cm de vacío (eso decía el artículo). Tengo entendido que estos hornos de vacío comerciales también calientan la madera.

Me parece que el objetivo es convertir el agua de la madera en vapor y, por lo tanto, vaciarla. Para ello, introducimos vacío, lo que reduce la presión atmosférica alrededor de la madera. Sabemos que, a menor presión atmosférica, menor es la temperatura de ebullición del agua.

Entonces investigué un poco más y vi que si puedo dibujar 28 pulgadas de vacío, el agua hervirá a 100 grados F. Si puedo dibujar más que eso, no necesitaré calentar la madera (tener que calentar la madera solo agrega más complejidad al rompecabezas).

Construí una cámara muy pequeña que genera unos 75 cm de vacío. Si mi taller se calienta a 21 °C, el agua hervirá en 75 cm de vacío... Así que parece que mi taller está lo suficientemente caliente y que estoy generando suficiente vacío como para que la madera de mi cámara expulse el agua en forma de vapor, sin necesidad de usar mantas térmicas ni nada parecido.

¿Parece que voy por buen camino? Quiero crear suficiente vacío para no tener que calentar la madera. Respuestas del foro
(Foro de aserrado y secado) Del colaborador K:

Lo siento, la física te mata aquí. Al bombear vapor de agua, la evaporación enfriará la madera. De hecho, puedes bajar la temperatura de la madera a temperaturas de congelación o inferiores mediante este proceso. La madera más fría (y el agua más fría que contiene) evapora el agua mucho más lentamente. Tienes que añadir calor. Pero esto es difícil, ya que la madera está en un vacío (parcial). El calor ambiental (la temperatura fuera del horno de vacío) entra muy lentamente debido al vacío (como un termo). Necesitas aplicar calor radiante, como los cables de una tostadora o la radiación de un microondas, dentro del horno. No hay forma de evitar la necesidad de calor dentro de un horno de vacío.


Del interrogador original:

¿Podrían funcionar un par de bombillas grandes?


Del profesor Gene Wengert, asesor técnico del foro:

Sin aire que transporte el calor a la madera, ¿cómo se transferirá, especialmente si hay una pila de leña? Además, incluso en el vacío, se necesitan 1000 BTU por libra de agua evaporada, lo cual supone una cantidad considerable de energía.

Tenga en cuenta que no todas las especies son lo suficientemente porosas como para permitir que el vapor fluya fácilmente a través de la madera. Si utiliza madera porosa y no porosa en la misma carga o incluso en la misma pieza, parecería que el contenido de humedad final podría variar considerablemente.

Si desea evitar mantas, etc., tal vez pueda utilizar el vacío alternado y la presión atmosférica con aire caliente suministrado cuando está a presión atmosférica.


Del colaborador S:

¿Es por esto que se han investigado fuentes de energía transmitida para facilitar el traslado de la energía a la madera y compensar la pérdida de energía por evaporación? ¿Algo como la inducción o el calentamiento por radiofrecuencia?

Del interrogador original:


¿Cómo lo hace el sol?


¿Estás diciendo que es posible secar demasiado la madera?


Es un concepto interesante, pero el aire caliente puede provocar que la madera se seque de forma desigual, agrietando así los extremos.


Del colaborador T:

Imaginemos el Sol como una explosión nuclear en curso. No es del todo exacto, pero se acerca bastante a la realidad. Esta fusión nuclear emite radiación electromagnética. La energía radiante no necesita un medio para atravesarla, a diferencia de la convección o la conducción.

Hay mucho más que eso, pero no intentaré explicarlo porque he olvidado casi todo. Ahí tienes la solución para los hornos de vacío. Después de reducir el vacío a lo más cercano a 76 cm de mercurio posible, se activa un dispositivo termonuclear extremadamente pequeño dentro de la cámara. Este evaporará toda el agua libre y ligada. Si es demasiado grande, evaporará toda la madera, la cámara, el operador y los alrededores, así que ten cuidado al calcular el rendimiento.


Del profesor Gene Wengert, asesor técnico del foro:

El sol se calienta debido a la radiación emitida, pero en el espacio exterior solo calienta la superficie donde incide la energía. Sin aire, no habría calefacción dentro de la chimenea.

Se observará un secado excesivo e insuficiente en cada pieza y dentro de una misma pieza. El secador del colaborador D soluciona este problema, pero otros que he visto y usado no lo hicieron, excepto el Vacuum-Therm.

La oscilación entre el vacío y la atmósfera debe realizarse con mucho cuidado. La humedad atmosférica es importante.


Del colaborador K:

Sin duda, vas por buen camino al usar bombillas (incandescentes). Irradian casi toda su energía en infrarrojo, justo lo que se necesita. Tendrías que iluminar la madera de manera uniforme para lograr un secado uniforme, y la cantidad de calor aplicada para secarla será aproximadamente la misma que en un horno eléctrico. Un problema:
las bombillas no están diseñadas para funcionar en el vacío, así que si están dentro del recipiente, podrían romperse. Sin duda, podrías probarlo.

Otro problema es que, al secar la madera, no solo se bombea agua, sino también una mezcla de otros productos químicos volátiles y corrosivos que pueden dañar la bomba de vacío, dependiendo de su diseño. Tenga esto en cuenta.


Del interrogador original:

Mi plan es utilizar una válvula Venturi para generar el vacío, y así evitar la corrosión de la bomba de vacío.

Del profesor Gene Wengert, asesor técnico del foro:

¿Por qué usar una bombilla? ¿Por qué no usar un calentador de banda o un simple calentador eléctrico? 100 vatios = 341 BTU/h. Las bombillas sirven para iluminar, no para generar calor. Además, los calentadores de 1000 BTU son muy económicos. 500 pies cúbicos de madera verde necesitan aproximadamente 3 millones de BTU para secarse, incluyendo la pérdida de calor del edificio, etc. Pero recuerde que sin aire, no se puede transferir el calor de una bombilla o calentador. Por eso, las cámaras de vacío han utilizado placas o mantas calefactoras en contacto directo con la madera, o han utilizado radiofrecuencia.

En cuanto a Vacu-Therm, que alterna vacío y atmósfera, funciona bien. La clave está en la duración del ciclo y la cantidad de calentamiento.

En cualquier sistema, la velocidad de secado se puede (debe) controlar para controlar la calidad. Este factor determina el buen o mal funcionamiento de los hornos de vacío comerciales. ¿Cuál es la velocidad segura? ¿Cuánta madera se deteriora antes de que se determine esa cifra?


Del colaborador T:

Hace unos 3 años me topé con el sitio de un club de torneros de madera y leí un artículo de uno de sus miembros que había construido un horno de vacío muy pequeño.

Estaba secando bloques de madera muy pequeños. No recuerdo qué fabricaba, pero era un producto de nicho que vendía con éxito, y por eso buscaba una forma de secar sus piezas rápidamente. En el artículo, había proporcionado toda la información necesaria, incluyendo unas fotos muy buenas de su horno.

Se deshizo en elogios sobre su eficacia. Me dio la impresión de tener una comprensión muy básica de los principios involucrados, y quizá por eso no dudó en tomarse la molestia de construirlo. A veces sabemos demasiado. Abordó el tema de la transferencia de calor en el vacío y dijo que era consciente de que, aunque su madera estaba casi en vacío, aún había algo de aire y que su ventilador movería el poco calor presente y lo transferiría a través de la madera.



Del colaborador D:

Utilice la sugerencia de Gene de vacío discontinuo. Es muy sencillo. Introduzca una sonda de temperatura (RTD) en un bloque de madera y podrá lograr tiempos de ciclo casi perfectos.

Del colaborador R:

Me he preguntado si se pueden usar las rejillas de resistencia que venden para el mortero, para calentar el suelo de cerámica del baño. ¿Añadir capas de eso entre la madera? Deben alcanzar una temperatura superior a la corporal para que se sientan calientes. ¿Solo lo pienso?

Del colaborador D:

La rejilla de resistencia podría causar el mismo problema que Wood-Mizer tuvo con su horno de vacío. En zonas donde la madera está relativamente seca, puede calentarse mucho. En zonas con un contenido de humedad relativamente alto, la madera se enfría por evaporación. Todo esto genera problemas para controlar la temperatura e inconsistencia en el contenido de humedad.

Del profesor Gene Wengert, asesor técnico del foro:

En relación con los comentarios del colaborador D, utilicé un horno de vacío Wood-Mizer durante un año y no teníamos fuego, pero la madera se veía bastante carbonizada en algunas zonas. Cabe destacar que este calentamiento desigual también se produjo en los hornos de radiofrecuencia/vacío que vi en Carolina del Sur. De hecho, en todos los hornos que he visto o con los que he trabajado (excepto Vacuum-Therm y el horno del colaborador D), el contenido de humedad final desigual ha sido un problema.