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“REMOCION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA ESPECIE Dipteryx micrantha Harms. CÁTEDRA:

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA

CATEDRÁTICO:

M. Sc. RUDECINDO CERRON TAPIA

ALUMNa:

García Espinoza, Ruth

SEMESTRE:

Octavo

HUANCAYO – PERÚ 2013

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA

I.- INTRODUCCION La madera, como un material proveniente de seres vivos que son los árboles, contiene desde su origen una gran cantidad de agua en su interior. Cuando se pone a secar, la madera pierde una elevada cantidad de agua mas no toda, ya que como materia prima se comporta como un material "higroscópico", esto es, que tiene la propiedad de ceder o ganar humedad en intercambio con la humedad existente en el medio ambiente que la rodea, hasta alcanzarse un estado de equilibrio entre el valor de la humedad relativa del aire y el contenido de humedad de la madera. Esta propiedad (higroscopicidad), hace que la madera en condiciones normales de uso siempre contenga una cierta cantidad de agua en las paredes de las células que la conforman pero además y lo más importante, es que la variación de esa cantidad de agua tiene grandes implicaciones en las demás propiedades como son su resistencia mecánica, su aptitud para el trabajo con máquinas y herramientas, su aptitud para recibir acabados y adhesivos, el poder calorífico que puede generar, su resistencia al ataque de hongos cromógenos (manchadores) y xilófagos (de pudrición), su aptitud para la impregnación, en el peso y, sobre todo, en los cambios dimensionales que sufre la madera a consecuencia precisamente de la variación en su contenido de humedad.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA

II.- OBJETIVOS  GENERAL:

 Determinar la remoción del contenido de humedad durante el secado de la madera de la especie “Dipteryx micrantha Harms”.  ESPECÍFICOS:

 Determinación de la cantidad de agua eliminada durante el secado (gr.,  

kg.) Determinación del volumen seco final (cm3, m3) Determinación del volumen seco final en pt.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA III.- REVISION BIBLIOGRAFICA REMOCION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA ESPECIE Dipteryx micrantha Harms, 1.- DESCRIPCIÓN DE LA ESPECIE:     

ESPECIE: Dipteryx micrantha Harms FAMILIA: Fabaceae-Papilionoideae SINONIMIA: Coumarouna micrantha (Horms) Ducke NOMBRES COMUNES Perú: shihuahuaco, charapilla, kumarut. Bolivia: coumarou. Colombia: charapilla NOMBRE COMERCIAL INTERNACIONAL: Cumaru

1.1.- Características de la especie: Distribución Geográfica: Se encuentra en los departamentos de Loreto y Ucayali. La especie existe en cantidades medias a altas en la amazonía norte del Perú. Árbol: Alcanza 40 m de altura 100 cm de diámetro; aletones empinados, de 4 m de altura y 1.5 m de ancho; algunas veces, en árboles jóvenes, los aletones se prolongan tenuemente hacia arriba del tronco, dando el aspecto de tronco acanalado, mostrando concavidades y convexidades longitudinales; en árboles maduros el tronco es cilíndrico. Copa amplia y aparasolada. La corteza superficial del tronco es lisa, de color pardo grisáceo a pardo amarillento; corteza muerta leñosa; se desprende en placas irregulares de hasta 1 cm de grosor, corchosas hacia el interior; al desprenderse quedan huellas circulares en bajo relieve, de color marrón anaranjado, dando la apariencia de martillado. Corteza viva compuesta de dos capas de 2 mm de espesor. Hojas: Hojas compuestas imparipinnadas, alternas y dispuestas en espiral, de 1330 cm de longitud, con raquis acanalados y estrechamente alados, terminando en un mucrón lanceolado y alargado, 4-7 pares de foliolos, oblongos, de 4-10 cm de longitud y 2-3,5 cm de ancho, ápice de los foliolos obtuso a agudo, cortamente acuminado, la base obtusa a rotunda, enteros, 10-14 pares de nervios secundarios, glabros y coriáceos. Inflorescencias: Inflorescencias panículas terminales o axilares de 10-20 cm de longitud, multifloras.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Flores: Flores hermafroditas, zigomorfas, de 0,8-1,2 cm de longitud, cáliz de 3-5 mm de longitud, corola rosada, 6-10 mm de longitud, androceo 5-7 mm de longitud con varios estambres, gineceo con ovario súpero y alargado, estigma capitado. Frutos: Frutos oblongoides de 3-6 cm de longitud y 2-4 cm de diámetro, leñosos, indehiscentes, la superficie de color amarillento, el mesocarpio harinoso y oleoso, la semilla única. 1.2.- Características de la madera: 

    

Color: El tronco recién cortado presenta las capas externas de madera (albura) de color blanco y las capas internas (duramen) de color marrón con jaspes claros y de forma regular, observándose entre ambas un gran y abrupto contraste de color. En la madera seca al aire la albura se torna de color blanco rosáceo HUE 8/2 7.5YR y el duramen marrón rojizo HUE 5/4 5YR. (Munsell Soil Color Charts). Olor: Distintivo y característico Lustre o brillo: Moderado a elevado. Grano: Entrecruzado. Textura: Media. Veteado o figura: Bien definido, arcos superpuestos y bandas angostas, paralelas, satinadas, jaspeado amarillo en la sección tangencial.

1.3.- Características tecnológicas: El Shihuahuaco es una madera muy pesada, que presenta contracciones lineales bajas y la contracción volumétrica es estable. Para la resistencia mecánica se sitúa en la categoría alta. Propiedades Físicas:     

Densidad básica: 0.87 g/CM3. Contracción tangencial :9.10 % Contracción radial: 5.50 % Contracción volumétrica: 15.00 % Relación T/R: 1.60

Propiedades Mecánicas   

Módulo de elasticidad en flexión kg/cm2 Módulo de rotura en flexión 1,286 kg/cm2 Compresión paralela (RM) 672 kg/CM2

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA    

Compresión perpendicular (ELP) 150 kg/CM2 Corte paralelo a las fibras 145 kg/cm2 Dureza en los lados 1,353 kg/cm2 Tenacidad (resistencia al choque) 6.2 kg-m

1.4.- Utilidad: La madera es dura, usada para durmientes, carrocerías, puentes sobre quebradas de poco cauce, en pisos, construcción pesada, carpintería de exterior, machihembrados y parquet. 2.- TEORIA DEL SECADO Principios del Secado Térmico de la Madera: En el proceso de secado térmico el aire calienta la madera y mediante un viento forzado evacua la humedad que se encuentra en ella. Es necesario conocer una serie de características y propiedades físicas de la madera y del aire, para comprender este proceso. Principios físicos básicos: En el proceso de secado artificial de la madera, hay principios físicos básicos que rigen el proceso de secado, y están relacionados con: la madera (el material a secar), la humedad, el calor y el aire (el medio de secado) y los controles (que relacionan la evolución de las características físicas de la madera y medio ambiente). El aire húmedo: El aire húmedo; está constituido de aire seco y vapor de agua, y ha sido formado por evaporación de agua líquida. Para poder realizar un buen secado, el aire debe tener ciertas condiciones particulares de humedad; temperatura, velocidad y presión. El secado de la madera se efectúa, en la mayoría de los casos, por intercambio de energía, por convección, entre la madera y el aire. Temperatura de bulbo seco-temperatura de bulbo húmedo: La temperatura de bulbo seco, es la temperatura registrada en un termómetro y en donde el bulbo se mantiene seco.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura registrada por un termómetro, cuyo bulbo es recubierto con una gasa inhibida de agua líquida que lo mantiene húmedo. Si el aire que pasa por esta gasa no es saturado o húmedo, provoca la evaporación del agua de la gasa, lo que produce un enfriamiento que hace que la temperatura del bulbo húmedo sea más baja que la temperatura del bulbo seco. La temperatura de bulbo húmedo se estabiliza en un valor que corresponde al equilibrio entre el calor aportado por el aire que pasa por el bulbo húmedo y el calor absorbido por el agua líquida sobre el bulbo para evaporarse. Cuando el aire del ambiente es más seco, es mayor la diferencia entre ambas temperaturas y cuando el aire está saturado de humedad, no provoca evaporación al pasar por el bulbo húmedo; la temperatura del bulbo húmedo es igual a la temperatura de bulbo seco. El conjunto, constituido por un termómetro seco y un termómetro húmedo, es llamado sicrómetro. Existen tablas que dan la humedad relativa del aire en función de la temperatura del bulbo seco, y de la diferencia entre la temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo. Estas tablas son llamadas tablas sicrométricas. Por ejemplo; si la temperatura del bulbo seco del aire es 60ºC y la temperatura del bulbo húmedo de 52ºC, su humedad relativa es de 65ºC.

Sicrómetro:

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA La diferencia entre las temperaturas de ambos termómetros se llama depresión sicrométrica y permite calcular la humedad relativa y presentar los resultados en una tabla donde cada de presión sicrométrica tiene su correspondiente HR.

Humedad Relativa del Aire: Referido a la cantidad de vapor de agua contenida en el aire y se expresa; en relación a la cantidad máxima de vapor de agua (saturación) que el aire puede contener a la misma temperatura. Se mide en porcentaje (%). Varía según el lugar geográfico y las condiciones climáticas. Es normal encontrar humedades relativas con valores entre el 65% y el 85%. La presión del aire es representado por “Pa”, la presión del vapor por “Pv” y la presión total por “Ptotal”. La Ptotal igual a Pa + Pv, es frecuentemente próxima a la presión atmosférica (1.013 bar.). Para una temperatura dada, el aire húmedo puede contener una cantidad máxima de vapor de agua (presión del vapor es máxima), y es denominada “presión de vapor saturante-Pvs”. Si el aire contiene, a la temperatura considerada, una cantidad de vapor inferior a la cantidad máxima; la presión del vapor Pv es inferior a Pvs. Por definición, la humedad relativa del aire a una temperatura dada es la relación entre la presión del vapor Pv y la presión del vapor saturante Pvs y generalmente es dado en porcentaje.

En la norma técnica correspondiente, es expresado por:

Donde; PP = Presión parcial PS = Presión de Saturación

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Contrariamente a la humedad de la madera, la humedad relativa del aire no puede ser superior a 100%. La humedad del aire corresponde, a la relación entre la masa de vapor de agua que el aire contiene y la masa de vapor de agua máxima que este podría contener a una temperatura considerada. La humedad absoluta es la masa de vapor de agua asociada a cada “kg.” de aire seco; esta se expresa en “g.” de vapor de agua asociada a 1 Kg. de aire seco. La medición de humedad se efectúa por medio de un higrómetro o por un sicrómetro. El higrómetro es un instrumento calibrado para medir la cantidad de vapor de agua contenida en el aire, y da una lectura expresada en porcentaje.

Temperatura del aire: Es una medida del nivel de calor contenida en el aire. A mayor temperatura, mayor calor acumulado en el aire. Se mide en grados centígrados (°C). Las cámaras de secado convencionales operan a temperaturas del orden de 50 a 75°C. A medida que aumenta la temperatura del aire, aumenta también su capacidad para secar o absorber humedad. Para aumentar la temperatura al aire es necesario suministrar energía calórica. Las fuentes corrientes de esta energía son: la electricidad, el gas, el carbón, la leña y el sol. La temperatura del aire dentro de una cámara se mide por medio de un termómetro común, como el termómetro de bulbo seco del sicrómetro.

Temperatura de rocío: El aire húmedo está constituido de vapor de agua asociada a aire seco. Si este aire se enfría, hay una temperatura por la cual el vapor de agua contenido comienza a licuarse, bajo la forma de gotas de agua líquida. A esta temperatura se la denomina “temperatura de rocío”. La masa de vapor asociada a cada kilogramo de aire seco, tenderá a ser muy débil, en relación a la que ha estado antes de la condensación; por lo que disminuirá la humedad absoluta de aire húmedo.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA El agua en el aire: El aire del medio ambiente contiene, entre otros, vapor de agua, invisible en condiciones normales, pero en otras se manifiesta mediante el fenómeno de condensación. El aire puede absorber el agua por ebullición, o eliminar una cierta cantidad por condensación. Esto indica que el aire contiene el vapor de agua, pero la cantidad que puede admitir es limitada; esta cantidad máxima corresponde a un límite de saturación y depende principalmente de la temperatura del aire. Al aumentar la temperatura del aire se aumenta su capacidad de absorción de vapor agua, y que en un medio ambiente determinado, le corresponde una cantidad límite de vapor de agua absorbida. El agua en la madera: El agua en la madera se encuentra bajo tres formas; - Agua libre. - Agua ligada. - Agua de constitución.

- Agua libre: La madera, al no ser un material alternante, continuo y homogéneo, presenta muchos vacíos, que el agua libre al estado líquido ocupa y que no está ligado a la materia leñosa por enlaces químicos. El “Punto de Saturación de las Fibras – PSF, está referido al contenido de humedad CH que posee la madera cuando ha perdido toda el agua libre y corresponde a un CH generalmente del orden del 30%. - Agua ligada: Las moléculas de agua son ligadas a la madera por reacción química. De los dos constituyentes fundamentales, lignina y celulosa, solo esta última es muy hidrófila y la reacción química para la unión de las moléculas de agua se producirá con las moléculas de celulosa que se pueden presentar bajo la forma de alfa-celulosa, beta-celulosa, hémicelulosa, etc.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Las diferentes cadenas de macromolécula de celulosa, son ligadas entre ellas por los puentes de hidrógeno. La inserción de agua entre las cadenas de macromoléculas de celulosa, implica una distorsión de la cadena atómica y por lo tanto un hinchamiento de las paredes de las células. La reacción de fijación de las moléculas es exotérmica. Contrariamente al agua libre, el agua ligada determina la variación geométrica de la estructura íntima de la madera y por consiguiente; una contracción o hinchamiento de su masa volumétrica. - Agua de constitución: Se trata del agua constituida por reacciones altamente energéticas, que se sitúan a niveles de radicales periféricos del nudo celulósico. Esta agua, al estar fuertemente ligada al nudo celulósico, no puede ser evacuada con el secado ni tratamientos térmicos a temperaturas moderadas. Solo la carbonización o la combustión, permite su liberación. En realidad, el estado anhidro, tal como se presenta, es un falso estado anhidro, puesto que el Psh, es el peso de la madera efectivamente anhidra más el agua de constitución. El agua de constitución solo representa una ínfima parte del agua contenido dentro de la materia. Agua líquida (agua capilar): El agua de la madera puede ser asociada a los capilares, que asemejan a cilindros de diámetro muy pequeño. Por debajo del punto de saturación de las fibras, el agua líquida está presente dentro en los vacíos celulares (lumen). La ley de capilaridad se refiere a la interfase entre el agua líquida y el vapor de agua. La presión del vapor es superior a la presión del líquido; la diferencia entre las dos presiones es denominada “presión capilar- Pc” y es inversamente proporcional al radio del capilar La presión capilar (Pc), está dado por la siguiente relación:

Dónde: “t”; es la tensión superficial. “r”; es el radio del capilar.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Contenido de humedad de la madera: La humedad de una pieza de madera, es la relación de la masa de agua que ella contiene respecto a su masa anhidra.

Se define el contenido de humedad de la madera-CH, expresado en porcentaje, como la cantidad en peso de agua contenida dentro un cierto volumen de madera, en relación al peso del mismo volumen de la madera al estado anhidro. El contenido de humedad de una pieza de madera-CH, se determina en función al peso del contenido de humedad inicial-Ph y al peso final anhidro-Psh . Fórmula;

Dónde: CH: Contenido de humedad, en %. Ph: Peso húmedo, en gramos. Psh: Peso seco anhidro, en gramos. Aplicación numérica; Si; Ph= 100 g. Psh= 80 g. CH= 25 %

El valor de la humedad es superior a 100%, cuando la muestra de madera contiene más agua que material leñoso. Al estado completamente verde, es posible encontrar en ciertas especies, a una humedad del orden de 200%, estableciéndose valores que se encuentran entre 80% a 90%.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Equilibrio higroscópico de la madera: La madera tiende a perder agua en un medio seco, y absorberlo en un medio húmedo. Luego que queda expuesta a las mismas condiciones de humedad del medio, y al final de una duración variable y según las circunstancias, su humedad se estabiliza en un valor casi uniforme, que depende de la humedad y de la temperatura del medio ambiente que lo rodea. A este valor se le denomina humedad de equilibrio higroscópico o humedad de equilibrio. Por lo anterior; el equilibrio higroscópico de la madera o humedad de equilibrio, es la humedad hacia donde tiende a estabilizarse la madera, luego de que ha sido estacionada en un ambiente con condiciones definidas de temperatura y humedad relativa del aire-HR, es decir que depende de las condiciones climáticas del ambiente donde está estacionada la madera. En los diagramas de temperatura y humedad relativa del ambiente, se han definido curvas de equilibrio higroscópico de la madera; así por ejemplo se tiene: para una temperatura de 30ºC y 75% de humedad relativa, se tiene un equilibrio higroscópico de 14%.

Si la muestra de madera es una lámina de espesor pequeño, el valor de equilibrio será alcanzado en pocos minutos, pero si se trata de una madera de varios centímetros de espesor, esta humedad de equilibrio será alcanzada en varios días o meses. También por debajo de la humedad de equilibrio de la madera, ésta es sometida a cambios dimensionales y a la posible aparición de rajaduras y torceduras. Las curvas de equilibrio higroscópico de la madera por encima de 100ºC de temperatura de bulbo seco, indican que así sea en pleno vapor (temperatura húmeda = 100ºC), la humedad de equilibrio cae rápidamente a valores muy pequeños; así a 120ºC, en pleno vapor, el equilibrio higroscópico de madera está comprendido entre 4% a 5%. Variaciones de la humedad de equilibrio: En vista que la humedad y la temperatura del medio ambiente que rodean a la madera son variables en función de las estaciones o del medio ambiente artificial, la madera sufre alteraciones de humedad, que hace que esta humedad de equilibrio varíe en pequeños rangos y en dimensiones de su masa volumétrica.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Proceso de evacuación del agua dentro de la madera: La madera definida como “verde”, contiene esencialmente agua libre y ligada. La primera está débilmente ligada a la madera por el fenómeno de capilaridad. Ningún aporte de energía es necesario para su evacuación, a condición que sea posible ser captado por el medio ambiente. La evacuación de esta agua, que ocupa solo las cavidades intercelulares de la materia, no conlleva a ninguna modificación de la estructura y por consiguiente de ninguna contracción de la madera. Luego que toda el agua libre es evacuada, se llega al punto de saturación de las fibras, (generalmente alrededor de 30 % de CH). Por debajo del punto de saturación de las fibras, el secado continúa con la evacuación del agua ligada; lo que; - Necesita de un aporte energético más importante, para romper la unión química. - Implica una modificación de la estructura de la molécula de celulosa y por consiguiente, una disminución del volumen de macromoléculas de celulosa, que se traduce en una contracción de las fibras de la madera. Circulación del agua dentro de la madera: - Principios generales ligados a la estructura de la madera: Una cantidad de agua, es eliminada en el transcurso del secado, este fenómeno se descompone en dos fases; 1) Migración del agua dentro de la madera, que corresponde al desplazamiento de una cierta cantidad de líquido de las partes internas hacia las partes externas de la madera. 2) Evaporación del agua de la superficie de la madera. Siendo la madera un material anisotrópico, la circulación del agua es diferente en relación a los tres ejes de la madera; - Axial. - Radial. - Tangencial.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA La circulación del agua por el eje axial es mucho más fácil que por los otros dos ejes. Este eje está constituido por los vasos leñosos y fibras que facilitan la circulación y evacuación del agua. Esto explica la velocidad de circulación del agua en esta dirección y la necesidad de su control. - Práctica de control de velocidad de circulación de agua, especialmente en especies de madera con altas tensiones internas y propensas a agrietarse, mediante la protección de los extremos de la pieza de la madera con productos antirajadura, a fin de evitar una desecación muy rápida. En el plano perpendicular a las fibras, el agua se desplaza principalmente por los radios leñosos y difícilmente por las fibras y vasos leñosos. Lo que explica, en la práctica, que las piezas de madera de corte tangencial secan mucho mas rápido que las piezas de madera en corte radial. - Práctica de secado de piezas de madera de corte homogéneo. - Factores externos que influyen en la circulación natural del agua 1) Temperatura de la madera; el coeficiente de circulación del agua en la madera aumenta con el incremento de temperatura; este coeficiente se expresa en cm/s. 2) Presión del aire; El coeficiente de circulación del agua en la madera aumenta cuando la presión disminuye; este coeficiente se expresa en cm./s. Por consiguiente: La presión del aire y temperatura dentro de la madera, son dos factores fundamentales sobre las cuales se puede influir, para aumentar la velocidad de circulación del agua y, por lo tanto; reducir la duración del secado. El secado es una operación que se ejecuta en dos etapas; primero se evacua una cierta cantidad de agua a la superficie de las piezas de madera, aplicando los criterios definidos anteriormente; en segundo lugar, se evapora el agua, interviniendo en la aptitud del aire del medio ambiente, en absorber una cierta cantidad de agua. Cuanto mayor sea la cantidad de aire seco del medio ambiente, mayor será el poder de absorción del agua en la superficie de la madera. En la práctica el proceso de absorción se rige por la siguiente ley; “La cantidad de agua que se desplaza hacia la superficie de la pieza de madera en un tiempo determinado, debe ser igual a la cantidad de agua evaporada de la superficie de la misma pieza de madera en el mismo tiempo determinado”.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Si el aire del ambiente es muy seco, éste evapora mucha más agua del que se desplaza hacia la superficie de la madera, provocando un desecamiento de las zonas superficiales, produciendo una contracción rápida, cementación y núcleos de tensiones, lo que en la práctica se traduce en deformaciones, acanalados, rajaduras, etc. Las tensiones también pueden manifestarse al momento del procesamiento de la madera (deformaciones y rajaduras). Por consiguiente: - Una buena práctica, es la de mantener la madera en un ambiente relativamente húmedo a fin de mantener la igualdad mencionada en el párrafo anterior, ya que el volumen de agua a ser evaporada de la superficie de la pieza de madera tiende a ser mayor del volumen de agua que arriba a la superficie de la pieza de madera. -Regular la circulación del aire que pasa por la superficie de las piezas de madera, a fin de facilitar la evacuación del vapor de agua en la medida en que el agua arriba a la superficie.

- Velocidad del aire El aire caliente debe circular a través de las pilas de madera a una velocidad tal que garantice la evacuación del agua contenida en ésta. El aire es en general propulsado por ventiladores eléctricos, que consumen menos de una cuarta parte de la energía eléctrica requerida para calentar el aire. La velocidad del aire se calcula a partir del caudal de los ventiladores y de la distribución de la madera dentro de la cámara. Se mide por medio de un anemómetro. Un buen secador debe tener una velocidad mínima del aire a través de las pilas, de 1.5 a 2.5 m/seg. En caso de secadores a alta temperatura (> a 100ºC) puede situarse entre 5 a 6 m/seg. 3.- PROCESO DE SECADO 3.1. Generalidades El proceso de secado se subdivide en dos fases; 1). Difusión del agua dentro de la madera. 2). Evaporación del agua en la superficie.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA En el transcurso del secado, deben ser tomados en cuenta tres fenómenos esenciales: a. Equilibrio higroscópico de la madera; como todos los cuerpos porosos higroscópicos, la madera pierde parte de su agua al ser expuesta al aire. El grado de humedad de la madera disminuye hasta llegar al punto de equilibrio con el medio ambiente; llamado comúnmente “equilibrio higroscópico de la madera”. b. El secado de madera “verde” es rápido después del aserrío. El vapor de agua presente en su superficie se elimina rápidamente, luego del cual es frenada progresivamente, en razón de la difusión de la humedad interna hacia las partes superficiales más seca. Esto continúa hasta que se llega a un estado de equilibrio de la madera con la atmósfera. El agua circula: - Rápidamente en el sentido axial. - Menos rápido en el sentido radial. - Lentamente en el sentido tangencial de la madera. Por lo que es recomendable separar los lotes de madera aserradas en corte radial de las de corte tangencial, ya que las de corte tangencial se secarán mucho más rápido. c. La distribución del agua dentro de la madera debe llegar a ser regular en toda la masa. Si las partes externas están más secas que las internas, esta gradiente crea tensiones que producen rajaduras y deformaciones luego de la operación de secado. 3.2. Métodos de secado Los principales métodos de secado son: 1) Secado al aire. 2) (Presecado). 3) Secado artificial convencional. 4) Secado a alta temperatura. 5) Secado por bomba de calor.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA 6) Secado al vacío. 7) Secado por alta frecuencia. 3.2.1. Secado al aire Es el proceso mediante el cual se reduce el contenido de humedad de la madera exponiéndola al aire libre en un patio o cancha, como suele denominársele a las áreas destinadas para tal fin. Es la forma más sencilla y económica para secar madera aserrada.

3.2.2. Presecado Referido al secado de la madera, desde el estado verde hasta el rango que va de 30 a 20% de humedad. La madera es almacenada dentro de unas cámaras herméticas de tamaño relativamente grande. Cámaras climatizadas a baja temperatura (inferiores a 45°C) y a higrometría elevada. El clima puede ser fijo o ligeramente evolutivo (incrementado). La extracción de los lotes de madera puede ser en forma continua y a medida que van llegando a la humedad final deseada. La energía proviene del medio ambiente, de los rayos solares o de una fuente artificial. Sea cual fuere el origen térmico, el aire cálido es obligado a pasar horizontalmente a través de las pilas de madera. 3.2.3. Secado artificial convencional También denominado “secado por aire caliente climatizado”, es el más difundido y de uso generalizado en nuestro país. Se caracteriza por secar la madera utilizando temperatura (menor a 90ºC), vapor de agua y viento forzado. Actualmente se encuentran secadores con capacidad útil que va desde 30 hasta 120 m3. Las cámaras pueden ser metálicas o de albañilería, en todos los casos deben ser diseñadas para resistir la corrosión. La naturaleza del material y espesor del aislante térmico, que van en las paredes de la cámara, son seleccionados en función de la temperatura de funcionamiento del secador. La velocidad del aire fluctúa entre 2 y 4 m/s., según la especie, la cual puede ser modificada durante el ciclo de secado mediante un modificador de velocidad.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA 3.2.4. Secado a alta temperatura Se llama así al secado en aire húmedo a temperaturas superiores de 100°C, así sea que solo una parte del ciclo de secado sea efectuado por encima de dicha temperatura. 3.2.5. Secado por bomba de calor Procedimiento de secado dentro del cual el aire húmedo es deshumidificado, por condensación del vapor que este contiene, al pasar sobre el evaporador de una bomba a calor. Dentro de un secador por deshumidificación del aire, el rol de la bomba a calor, es de deshumidificar el aire por intermedio de un evaporador. Los secadores por bomba a calor comprenden los de circuito de aire cerrado y los de circuito de aire abierto. La capacidad útil del secador está comprendida entre 30 m3 y 80 m3. Secador por bomba a calor de circuito de aire serrado El rol de la bomba a calor es de deshumidificar el aire caliente. El aire caliente y húmedo que sale de la pila de madera pasa sobre el evaporador, en donde, el vapor de agua contenido en aire caliente se enfría y se condensa. Seguidamente el aire pasa sobre el condensador, donde el aire se recalienta antes de ser ventilado a través de la pila de madera. La velocidad del aire comprende generalmente entre 1.5 m/s y 2.5 m/s. El funcionamiento del compresor es controlado mediante un higrostato. La calefacción adicional, es efectuada mediante la utilización de resistencias eléctricas, luego del recalentamiento previo del aire al pasar por el condensador. En caso de sobrecalentamiento, el excedente de calorías es dispersado al exterior del secador por un condensador secundario accionado por un termostato. Secador por bomba a calor de circuito de aire abierto Este tipo de secador difiere del anterior por la manera de manejar el exceso de temperatura. En este caso el enfriamiento es obtenido por intercambio de aire con el exterior; no hay condensador secundario.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA 3.2.6. Secado al vacío Para aumentar la velocidad de secado, es necesario aumentar la velocidad de circulación del agua en el interior de la madera. Según P.Joly y F. More Chevalier (1980), el agua circula a una velocidad cinco veces mayor en un material bajo presión de 60 mm. de Hg. que bajo una presión de 760 mm. de Hg. Esta propiedad es la que sirve de fundamento para el desarrollo del proceso de secado al vacío. Complementariamente, es importante recalcar que la acción del vacío también se traduce en una disminución de la temperatura de ebullición del agua, con lo cual se logra una intensificación de la evaporación en la superficie. Como consecuencia de ello, se aumenta la gradiente de temperatura en la madera ya que la superficie se enfría más rápido que el centro a causa de la intensa evaporación, trayendo como efecto un aumento de la velocidad de secado. También, se ha comprobado, que para el secado de la madera, es necesario suministrar la energía calorífica requerida para extraer el agua higroscópica y para pasar el agua del estado líquido al gaseoso. Por tal razón, además del vacío es indispensable calentar la madera. El auge adquirido recientemente por los secadores al vacío se explica por la notable disminución en los tiempos de secado y al desarrollo de sistemas de fabricación de las cámaras que permiten una disminución en el costo del equipo. La madera es colocada dentro de una autoclave cilíndrica, dentro del cual se efectúa un vacío primario del orden de 60 a 70 mm de mercurio. La acción del vacío favorece la evaporación del agua a baja temperatura y en donde los tiempos de secado son reducidos sensiblemente hasta la mitad respecto al método de secado de aire caliente y húmedo. Este tipo de método de secado se basa en la presión y temperatura para acelerar la circulación de agua dentro de la madera e intensificar la evaporación. El secado de madera está ligado principalmente a dos fenómenos: - La circulación del agua dentro de la madera; del interior versus la periferia. - La evaporación del agua de la superficie de la madera. El factor que limita la velocidad del secado, es la circulación del agua al interior de la madera. La velocidad de circulación de agua depende de la presión y temperatura del medio ambiente.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA A una presión de 60 mm. de mercurio (80 mbar), la velocidad de circulación de agua es aproximadamente 5 veces más rápida que a la presión atmosférica (760 mm.). Es esta propiedad la que se utiliza en el procedimiento de secado al vacío. La baja presión o vacío, permite que la temperatura de ebullición del agua baje sensiblemente y que se intensifique la evaporación de agua en su superficie. Así se tiene que a una presión de mercurio de 60 mm., el agua se evapora a 40ºC, acelerando así el secado. No obstante en la primera fase de secado las temperaturas de trabajo son del orden del 60º al 75ºC, en un ambiente muy saturado (80%HR). Un secador de vacío, es un tanque de acero hermético, dentro del cual se disminuye la presión desde 90 hasta 1013 mbar. Vacío importante que requiere un tanque de acero con capacidad de resistir a la presión exterior. La rarefacción del aire , agente de transmisión del calor por convección, hace que se tenga que interrumpir el vacío periódicamente o de utilizar otros medios de transmisión de calor, como la conducción mediante placas o irradiación de calor. Procedimiento: Son cuatro procedimientos de secado, que se distinguen por el modo de transmisión de calor: 1). Método de vacío discontinuo; donde el vacío es interrumpido periódicamente para recalentar la madera con aire caliente. 2). Método de vacío continuo; donde la madera es calentada por conducción debido a placas de recalentamiento intercaladas en las camas de apilado de la madera. 3). Método de vacío continuo con vapor recalentado; donde el vapor que sale de la madera sirve como fluido de calentamiento 4). Método de vacío continuo, combinado con hondas de alta frecuencia; es con el fin de asegurar el secado de la madera en menor tiempo. Ventajas: Las ventajas más importantes que este método ofrece en relación a los sistemas tradicionales son: - La velocidad, - la uniformidad de calidad,

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA - completa automatización, - economía, - ausencia de rechazos y posibilidad de secar piezas de madera en espesores mayores, - no decolora la madera, - posibilidad de secar coníferas sin tratamiento anterior, - destrucción de microorganismos y hongos, - posibilidad de vaporización de la madera, - posibilidad de uso inmediato de la madera secada, - alto grado de secado de la madera. 1). La velocidad de secado se debe a la combinación del calor y del vacío, que aparte de facilitar la evaporación de la humedad a bajas temperaturas, favorece la migración de las moléculas del agua del interior de la madera, a la superficie externa de la misma. Como ejemplo; la velocidad de secado, puede incluso ser quince veces más rápida que el secado por ventilación forzada. 2). Una calidad muy alta de secado se alcanza, a través del espesor de la madera. El hecho del tener un grado uniforme de humedad a través del espesor de la madera, elimina la presencia de cualquier tensión interna. Se sabe que por debajo del punto de saturación de las fibras (30%) el volumen de la madera disminuye con la reducción en su humedad. Por lo tanto, cada vez que hay diversos grados de humedad en el espesor de la madera, se produce una tensión interna que da lugar a formación de cavidades, grietas o roturas. 3). Un análisis de todos los costos de la operación, demuestran un gran ahorro respecto a los procedimientos tradicionales. 4). La uniformidad del secado y de su acción progresiva, reduce significativamente los rechazos y por lo cual es posible secar partes y piezas.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA 3.2.7. Secado por alta frecuencia Al colocar la madera en un campo de corriente alterna de alta frecuencia, a más de un millón de ciclos por segundo, se calienta a una temperatura superior al punto de ebullición del agua debido a la fricción molecular ocasionada por la oscilación de sus moléculas. La tasa de calentamiento depende de las propiedades dieléctricas, del calor específico de la madera y además de la potencia de cualquier corriente eléctrica disponible. Cualquier madera húmeda se calienta rápida y uniformemente a través de su sección transversal. La tasa de calentamiento varía, según la especie, entre 5° y 20°C por minuto. Como se presentan pérdidas de calor y se produce enfriamiento de la superficie debido a la evaporación de la humedad, la distribución de la T° decrece de adentro hacia fuera, es decir, en forma opuesta a la que ocurre en el secado convencional. Después del período de calentamiento la T° se nivela por encima de los 100°C y debajo de la zona de saturación de las fibras ésta se incrementa. El secado tarda entre dos y cuatro horas en maderas permeables.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA IV.- MATERIALES Y METODOS 4.1.- MATERIALES Materiales de escritorio:  Hojas bom  Lápiz y lapiceros  Cuaderno de apuntes  Calculadora  Computadora  Hoja con fórmulas sobre apilado horizontal Fórmulas utilizadas para el cálculo:

 Contenido de humedad inicial:

CHi =

(1.56−DB) 1.56 x DB

𝑥 100

 Peso seco

𝐏𝐬 = 𝐃𝐁 𝐱 𝐕𝐯𝐦𝟑

 Peso húmedo inicial:

𝐏𝐡𝐢 = 𝐏𝐬 𝐱

𝑪𝑯𝒊 +𝟏 𝟏𝟎𝟎

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA  Peso húmedo final:

𝐏𝐡𝐟 = 𝐏𝐬 𝐱

𝑪𝑯𝒇 +𝟏 𝟏𝟎𝟎

 Cantidad de agua removida en la madera:

𝑸 = 𝑷𝒉𝒊 − 𝑷𝒉𝒇

 Volumen seco final:

𝐕𝐬𝐟 = 𝐕𝐯 −

4.2.- MÉTODOS

4.2.1. MÉTODO GENERAL.- Análisis

4.2.2. MÉTODO ESPECIFICO -

Síntesis

-

Comparación

𝑽𝒗 𝒙 𝑪𝑽 𝟏𝟎𝟎

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA V.- METODOLOGIA 5.1.- DENSIDAD BASICA: Dipteryx micrantha Harms Dato obtenido de

la revisión bibliográfica, densidad básica de la especie

Shihuahuaco es de 0.87 gr/cm3. 5.2.- CONTENIDO DE HUMEDAD: Dipteryx micrantha Harms Determinamos el contenido de humedad inicia (CHi) de la nombrada especie: = 50.42

5.3.- Peso Seco en kilogramos (Kg): =

3

= 870

1

3

3

=

5.4.- Peso Húmedo inicial en kilogramos (Kg): i=

100

+1

50.00 100

i = 870 =

+1

.

5.5.- Peso Húmedo final en kilogramos (Kg) según el lugar:  Huancayo. Contenido de Humedad en Equilibrio: 12.00 % = 870 =

12 +1 100 . .

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA  Iquitos. Contenido de Humedad en Equilibrio: 16.80 % 16.80 = 870 +1 100 =

.

 Pucallpa. Contenido de Humedad en Equilibrio: 15.50 % 15.50 100

= 870 =

+1

.

 Tingo María. Contenido de Humedad en Equilibrio: 15.20 % 15.20 100

= 870 =

+1

.

 Cuzco. Contenido de Humedad en Equilibrio: 11.80 % 11.80 100

= 870 =

+1

.

 Selva Central. Contenido de Humedad en Equilibrio: 14.80 % 14.80 100

= 870 =

+1

.

5.6.- Cantidad de agua removida en kilogramos (Kg) según el lugar: =

−

 Huancayo: = 1305.00

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA = 974.4 = 1305.00 − 974.4 = .  Iquitos: = 1305.00 = 1016.16 = 1305.00 − 1016.16 = .  Pucallpa: = 1305.00 = 1004.85 = 1305.00 − 1004.85 = .  Tingo María: = 1305.00 = 1002.24 = 1305.00 − 1002.24 = .  Cuzco: = 1305.00 = 972.66 = 1305.00 − 972.66 = .  Selva Central: = 1305.00 = 998.76 = 1305.00 − 998.76 = .

5.7.- CANTIDAD DE AGUA REMOVIDA EN UN PIE TABLAR: Dipteryx micrantha Harms Determinamos la cantidad de agua removida en 1 PT de la nombrada especie:

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA 5.7.1. Cantidad de cm3 que existe en un Pie Tablar: 1 PT = Espesor x Ancho x Largo 1PT = 1pulg. x 1pie x 1pie 1PT = 2.54 cm x 30.48 cm x 30.48 cm 1PT = 2360 cm3 5.7.2. Peso Seco en gramos (gr): = 3 = 0.87

2360

3

=

3

.

5.7.3. Peso húmedo inicial en gramos (gr): i=

+1 100 50.42 +1 100

i = 2053.2 =

.

5.7.4. Peso húmedo final en gramos (gr) según el lugar:  Huancayo. Contenido de Humedad en Equilibrio: 12.00 % =

12 +1 100

. =

.

 Iquitos. Contenido de Humedad en Equilibrio: 16.80 % =

16.80 100

. =

+1

.

 Pucallpa. Contenido de Humedad en Equilibrio: 15.50 % =

15.50 100

. =

+1

.

 Tingo María. Contenido de Humedad en Equilibrio: 15.20 %

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA =

15.20 100

. =

+1

.

 Cuzco. Contenido de Humedad en Equilibrio: 11.80 % =

11.80 100

.

+1

= .  Selva Central. Contenido de Humedad en Equilibrio: 14.80 % =

14.80 100

. =

+1

.

5.7.5. Cantidad de agua removida en gramos (gr) según el lugar: = −  Huancayo: = = =

. =

. . − .

.

 Iquitos:

=

= . = 2398.14 . − 2398.14 = .

 Pucallpa:

=

= . = 2371.45 . − 2371.45 = .

 Tingo María:

=

= . = 2365.29 . − 2365.29 = .

 Cuzco: =

.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA = 2295.48 . − 2295.48 = .

=  Selva Central:

= . = 2357.07 . − 2357.07 = .

=

5.8.- VOLUMEN SECO FINAL EN 1 m3 y 1 PT:

Dipteryx micrantha Harms

 Volumen seco final en 1 m3: =

−

=1

3−

100 1

3 15 100

= .

 Volumen seco final en 1 PT: = = 2360

− 3− =

100 2360

3 100

15

VI.- RESULTADOS E INTERPRETACION Cuadro N°01: REPRESENTA LA REMOCION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN 1m3

Especie

DB

CHi

CHf

Ps

Phi

Phf

Vv

CRd

CTg

Cvol

Q

Vsf

Zona Lugar

gr/cm3

%

%

Kg

Kg

Kg

m3

%

%

%

Kg

m3

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

12.00

870

1305.00

974.4

1

5.5

9.1

15.0

330.6

0.85

Huancayo

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

16.80

870

1305.00

1016.16

1

5.5

9.1

15.0

288.84

0.85

Iquitos

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

15.50

870

1305.00

1004.85

1

5.5

9.1

15.0

300.15

0.85

Pucallpa

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

15.20

870

1305.00

1002.24

1

5.5

9.1

15.0

302.76

0.85

Tingo María

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

11.80

870

1305.00

972.66

1

5.5

9.1

15.0

332.34

0.85

Cuzco

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

14.80

870

1305.00

998.76

1

5.5

9.1

15.0

306.24

0.85

Selva Central

Gráfico N° 01: Gráfico que representa el peso húmedo final en Kg de la especie Dipteryx micrantha Harms

Gráfico N° 02: Gráfico que representa la cantidad de agua eliminada en Kg de la especie Dipteryx micrantha Harms

Cuadro N°02: REPRESENTA LA REMOCION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN 1 PT

Especie

DB

CHi

CHf

Ps

Phi

Phf

Vv

CRd

CTg

Cvol

Q

Vsf

Zona - Lugar

gr/cm3

%

%

gr

gr

gr

cm3

%

%

%

gr

cm3

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

12.00

2053.2

3088.42

2299.58

2360

5.5

9.1

15.0

788.84

2006

Huancayo

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

16.80

2053.2

3088.42

2398.14

2360

5.5

9.1

15.0

689.86

2006

Iquitos

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

15.50

2053.2

3088.42

2371.45

2360

5.5

9.1

15.0

716.97

2006

Pucallpa

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

15.20

2053.2

3088.42

2365.29

2360

5.5

9.1

15.0

723.13

2006

Tingo María

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

11.80

2053.2

3088.42

2295.48

2360

5.5

9.1

15.0

792.94

2006

Cuzco

Dipteryx micrantha Harms

0.87

50.42

14.80

2053.2

3088.42

2357.07

2360

5.5

9.1

15.0

731.5

2006

Selva Central

Gráfico N °03: Representa el peso húmedo final en gr de la especie Dipteryx micrantha

Harms

Gráfico N° 04: Representa la cantidad de agua eliminada en gr de la especie Dipteryx

micrantha Harms

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA VII.- CONCLUSIONES 

El secado de la madera es un proceso importante para la industria maderera este proceso tiene por finalidad eliminar el agua libre y una gran parte del agua higroscópica de las paredes.

 Comparando el contenido de humedad y la cantidad de agua eliminada

en

de cada zona, se determina

que cuando existe

mayor cantidad de humedad en el ambiente menor será la cantidad de agua eliminada en la madera. 



A raíz de que la densidad básica de Dipteryx micrantha Harms es 0.87 gr/cm3 se determina un contenido de humedad inicial de 50.42 %. La especie Dipteryx micrantha Harms; elimina una cantidad de agua que en kilogramos en la ciudad de Huancayo es: 330.6Kg en Iquitos, 288.84Kg en Pucallpa, 300.15Kg en Tingo María, 302.76Kg. en Cuzco 332.34 y 306.24Kg en Selva Central.



La especie Dipteryx micrantha Harms Presenta un volumen seco final de 0.85 m3.



La especie Dipteryx micrantha Harms En la ciudad de Huancayo y Cuzco no difiere significativamente con respecto a la cantidad de agua eliminada, pues el contenido de humedad en equilibrio en ambos solo tiene un diferencia de 0.20%.



Podemos afirmar tras los cálculos realizados que la cantidad de agua eliminada durante el proceso de secado de la especie Dipteryx micrantha Harms difiere según la zona donde se desee eliminar el agua en la madera.

SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA VIII.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS  Caracterización dendrológica de las especies arbustivas y arbóreas frecuentemente asociadas a Swietenia macophylla King “Caoba” en Loreto, Ucayali, San Martín y Madre de Dios. Autor JOSÉ LUIS MARCELO PEÑA, documento on line, visto en: http://www.lamolina.edu.pe/proyectocaoba/librocaoba/Anexo%205.pdf  Maderas del Perú, Shihuahuaco, documento on line, visto en: http://maderasperu.com/shihuahuaco

 Manual de buenas prácticas de manufactura para el secado natural y artificial, de madera aserrada; acorde a los estándares expresados en el proyecto de normas técnicas, Autor: Luis A. Novoa Robles Consultor Forestal, documento on line, visto en:http://www.mincetur.gob.pe/comercio/OTROS/penx/estudios/Sec ado_Preservacion/MANUAL_SECADO_MADERA_ASERRADAv5.p df