PROGRAMA DE DESARROLLO DE POLÍTICAS DE COMERCIO EXTERIOR 1442 / OC - PE CONSULTORÍA DE SECADO Y PRESERVACIÓN DE MADERA ASERRADA

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1 PROGRAMA DE DESARROLLO DE POLÍTICAS DE COMERCIO EXTERIOR 1442 / OC - PE CONSULTORÍA DE SECADO Y PRESERVACIÓN DE MADERA ASERRADA MANUAL DE BUENAS PRACTICAS DE MANUFACTURA PARA EL SECADO NATURAL Y ARTIFICIAL, DE MADERA ASERRADA; ACORDE A LOS ESTÁNDARES EXPRESADOS EN EL PROYECTO DE NORMAS TÉCNICAS (PRODUCTO III) Robles Consultor Forestal DIRECCIÓN NACIONAL DE DESARROLLO DE COMERCIO EXTERIOR VICE MINISTERIO DE COMERCIO EXTERIOR Lima-Perú Enero 2006

2 Pág. ii CONTENIDO I. MARCO DE EJECUCIÓN DE LA CONSULTORÍA 1. INTRODUCCIÓN. 2. OBJETO DE LA CONSULTORÍA. 3. EXPECTATIVAS DEL PROGRAMA BID MINCETUR.. 4. PRODUCTOS A OBTENERSE DE LA CONSULTORÍA.. 5. PROPÓSITO DEL MANUAL. II. ASPECTOS TÉCNICOS 1. OBJETO DEL PROCESO DE SECADO. 2. FINALIDAD DEL SECADO 3. LA MADERA. 4. TEORÍA DEL SECADO.. 5. PROCESO DE SECADO Generalidades Métodos de secado Secado al aire Presecado Secado artificial convencional Secado a alta temperatura Secado por bomba de calor Secado al vacío Secado por alta frecuencia.. 6. SECADO AL AIRE Proceso productivo del secado al aire Aspectos generales Patio de secado al aire Características del terreno Distribución del patio de secado Calles transversales Calles principales Calles laterales Calles posteriores Calles rompe fuegos Apilado de madera Bases o cimientos Listones separadores Tiros y chimeneas Elementos de protección de las pilas Ancho de las pilas Altura de las pilas Orientación de las pilas Tipos de apilado de la madera Apilado vertical Apilado Horizontal Apilado en caballete Apilado en triángulo Apilado en cruz Duración del secado al aire Dificultades de secado al aire Costo del secado al aire. 7. SECADO ARTIFICIAL CONVENCIONAL proceso productivo de secado artificial convencional Parámetros que influyen en los tiempos de secado Equipo de secado La cámara de secado. Nº PÁGINA

3 Pág. iii Las puertas Los equipos de climatización Sistema de calefacción Sistema de ventilación Sistema de humidificación Sistema de control y registro Inspección general de la cámara Preparación de las cámaras de secado Carguío de la cámara de secado Conducción del ciclo de secado Elevación de temperatura Recalentamiento Secado Equilibrio Enfriamiento Tablas de secado Almacenamiento de madera seca Defectos de secado Colapso Tensiones internas en el transcurso del secado Deformaciones y daños debidos a un secado mal conducido Variación de coloración Reducción de los defectos de secado Buena práctica de secado Calidad de madera seca Criterios de producción Usos de la madera y humedades requeridas Costo del secado artificial Costos de funcionamiento y procedimientos de secado Componentes principales de costos 8. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS ANEXO I. ASPECTOS ADICIONALES A LA TEORÍA DEL SECADO. ANEXO II EJEMPLO DE CÁLCULO DE COSTO UNITARIODE SECADO ARTIFICIAL

4 Pág. 1 MANUAL DE BUENAS PRACTICAS DE MANUFACTURA PARA EL SECADO NATURAL ( 1 ) Y ARTIFICIAL, DE MADERA ASERRADA 1. INTRODUCCIÓN I. MARCO DE EJECUCIÓN DE LA CONSULTORÍA Dentro de las acciones que realiza el Ministerio de Comercio Exterior y Turismo (MINCETUR), a través de la Dirección Nacional de Desarrollo de Comercio Exterior (DNC) se encuentran las medidas para la reactivación de las exportaciones nacionales, consideradas dentro del Plan Estratégico Nacional Exportador (PENX) que viene siendo trabajado en estrecha coordinación con los sectores productivos del país y cuyas Bases Estratégicas fueron presentadas en Marzo Contando para su ejecución con el apoyo financiero del Banco Interamericano de Desarrollo (BID). Los documentos resultantes de esta consultoría permitirán orientar la elaboración de los futuros Proyectos de Normalización del Sector Forestal Maderable a ser desarrolladas por otras consultorías. 2. OBJETO DE LA CONSULTORÍA Promover la oferta exportable de la madera tropical peruana a través de la adopción e implementación de normas técnicas por los productores nacionales para que la exportación de la madera aserrada sea de una calidad alta y homogénea. Para lograrlo se definen los siguientes objetivos específicos: - Formular propuesta de proyecto de norma técnica para el secado natural y artificial de madera aserrada. - Formular propuesta de proyecto de norma técnica para preservar madera por inmersión utilizando sales hidrosolubles o con productos óleos solubles. - Formular propuesta de proyecto de norma técnica para preservar madera por vacío y presión. - Preparar un manual de buenas prácticas de manufactura para el secado al natural y artificial de la madera aserrada. - Preparar un manual de buenas prácticas de manufactura para la preservación por inmersión con sales hidrosolubles y con productos óleo solubles. - Preparar un manual de buenas practicas de manufactura para la preservación de madera por vacío y presión. - Desarrollar, establecer y realizar talleres de sensibilización y de capacitación en Pucallpa, Iquitos, Puerto Maldonado y Satipo, con el fin de validar las normas y los manuales elaborados. - Establecer un Plan de Difusión y Capacitación de las normas. - Establecer procedimientos y consideraciones técnicas para acceder al sello voluntario de certificación de productos forestales, que acredite la correcta utilización de las normas y determinar la entidad responsable de su otorgamiento y monitoreo. 3. EXPECTATIVAS DEL PROGRAMA BID MINCETUR Las expectativas que el programa tiene sobre la presente consultoría son las siguientes: - La consolidación e incremento de la oferta exportable de productos maderables de primera y segunda transformación, así como productos terminados provenientes de nuestros bosques tropicales - Resolver algunos cuellos de botella o puntos críticos referentes al secado y preservación de madera que afectan significativamente la eficiencia técnica y económica de las cadenas de valor de la madera. 1 Término de secado natural remplazado por secado al aire libre.

5 Pág. 2 - Contribución, a través del PENX, a superar en forma ordenada algunas de las limitaciones básicas que encuentra el exportador. 4. PRODUCTOS A OBTENERSE DE LA CONSULTORÍA La consultoría tendrá como resultados los siguientes productos. Producto I; Propuesta de proyecto de normas técnicas de secado de madera aserrada. - Secado natural; 01 Norma - Secado artificial; 01 Norma - Métodos de ensayos para control; 02 Normas Producto III; Producto V; Producto VI; Manual de buenas practicas de manufactura para el secado natural y artificial, de madera aserrada; acorde a los estándares expresados en las normas. Informe de realización de talleres de capacitación para la sensibilización y validación de las propuestas de proyectos de normas técnicas en; Pucallpa, Iquitos, Puerto Maldonado, Satipo y Tarapoto. Plan de capacitación y difusión de las propuestas de proyectos de normas técnicas. Producto VII; Documento con procedimientos y consideraciones técnicas, para acceder al sello voluntario de certificación de productos forestales. 5. PROPÓSITO DEL MANUAL Consideraciones: El desarrollo sostenible implica, entre otros, el de emprender actividades tendientes a producir productos maderables competitivos, en primera y segunda transformación. Mediante la aplicación de apropiadas tecnologías, es posible producir productos competitivos, en base a especies provenientes de nuestros bosques y orientados a los mercados nacionales y de exportación. Es fundamental la aplicación de la tecnología de secado y de preservación, tanto para incorporar nuevas especies como, para la elaboración de productos con valor agregado en primera y segunda transformación. Para conseguir el objetivo de un buen secado y preservación de madera aserrada, existe una diversidad de técnicas a aplicar. Pero en el proceso productivo, es indudable que hay una serie de vacíos que son necesarios de resolver mediante la aplicación de procedimientos adecuados de producción. Procedimientos adecuados, que van desde la clasificación de la madera húmeda hasta el despacho de las mismas a los mercados, previo proceso de secado y/o de preservación. El objetivo del sello voluntario de certificación de productos forestales, es el de permitir a los consumidores de identificar claramente el origen de un producto, garantizando su calidad y el buen manejo que ha tenido en el proceso de producción. Prevé la seguridad de trabajadores, empresarios y consumidores, la interoperabilidad de redes, la protección del medio ambiente, los lineamientos de la investigación y programas de desarrollo, y la competitividad del producto y empresas. El sello voluntario de certificación de productos forestales, es visto como una herramienta de comercialización que ayudaría a alcanzar y/o mejorar el acceso a los modernos y exigentes mercados nacionales y del exterior, especialmente el europeo y norteamericano.

6 Pág. 3 Lo que se espera de la consultoría: Que los manuales de buenas prácticas de manufactura, de secado y preservación, tiendan a señalar los procedimientos a seguir para una mayor eficiencia técnica y económica, en la aplicación del proceso productivo. Manuales de buenas prácticas de manufactura, que hacen referencia a normas técnicas ( 2 ), con la finalidad de obtener productos estandarizados, que faciliten la fabricación y colocación de productos maderables. Se considera las normas técnicas y manuales de buenas prácticas de manufactura, para elaborar los respectivos documentos con procedimientos y consideraciones técnicas, para acceder al sello voluntario de certificación de productos forestales. El documento con procedimientos y consideraciones técnicas, será basado en el desempeño de estándares específicos, que necesitan ser cumplidos en el proceso de producción. Se presentará una propuesta de documento con procedimientos y consideraciones técnicas, para acceder al sello voluntario de certificación de productos forestales. Se elaborará una propuesta para el reconocimiento de la competencia técnica de certificación de productos de los organismos de certificación, acorde los criterios establecidos en la guía peruana GP-ISO/IEC 65: 2003 requisitos generales para los organismos que operan sistemas de certificación de productos y en el reglamento general de acreditación. Es necesario indicar, que los resultados de la consultoría son las bases para continuar acciones de: Difusión y capacitación de los procesos productivos, acorde a las consideraciones técnicas, normalización y el desempeño de estándares específicos. Difusión y capacitación referente a los procedimientos apropiados de producción. Propuesta al Sistema Nacional de Normalización para la aprobación de las propuestas de proyectos de normas técnicas, antes de su aprobación final por INDECOPI. Presentar la propuesta para el reconocimiento de la competencia técnica de los organismos de certificación de productos ante la Secretaría Técnica de la Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales del INDECOPI. Estudios de tecnología intermedia apropiada de secado y preservación, orientado a medianos y pequeños productores. 2 Propuestas de proyectos de normas técnicas.

7 Pág OBJETO DEL PROCESO DE SECADO II. ASPECTOS TÉCNICOS Retirar una cierta cantidad de agua de la madera, para su absorción por el medio ambiente. 2. FINALIDAD DEL SECADO El secado de la madera se efectúa con el fin de protegerla contra el ataque de los hongos de pudrición, facilitar su trabajabilidad y el encolado, dar a la madera una humedad de estabilización que corresponda al ambiente en la que va a dar servicio y de incrementar sus características de resistencia mecánica. La madera se debe secar por las siguientes razones: a. Para no ser atacada por los hongos de pudrición, (por debajo de 20% de CH). b. Porque mejora la habilitación y acabado de la madera. c. Por debajo de 16%, el encolado de la madera es cada vez más efectivo. d. En condiciones de equilibrio de la madera, en relación al ambiente de utilización, hay una estabilización dimensional de la madera. e. Las características de la madera mejoran cuando la tasa de humedad relativa es cada vez mas baja. f. Los costos de transporte de madera disminuye debido a su menor peso final. 3. LA MADERA La madera es un material biológico de origen vegetal y composición química muy compleja, formada anatómicamente por albura y duramen. Esta compleja organización estructural hace de la madera un material anisotrópico con propiedades diferentes en sus tres planos normales de corte: (transversal, radial y tangencial) que lo convierten en un elemento particular y con propiedades diferentes a otros materiales tradicionalmente empleados en la construcción. La madera es un conjunto de tejidos vegetales con paredes lignificadas, de consistencia dura, referida a la parte del tronco, raíces y ramas del árbol: Es una estructura organizada de manera heterogénea. La estructura de la madera varía ya sea si se trata de coníferas o latifoliadas, siendo éstas últimas las que están presentes en estado natural en la mayoría de nuestros bosques, a excepción del género Podocarpus, que se encuentran localizados en las zonas de bosques de neblina.. La anatomía de la madera explica la composición de la estructura del árbol, así como de sus propiedades físico mecánicas, siendo importante para: - Entender la conformación de la madera. - La identificación de las especies. - Interpretar el comportamiento tecnológico de la madera y prever su aptitud para una categoría de uso.

8 Pág. 5 Diseño de diferentes zonas del tronco: 1.- Corteza 2.- Albura la 3.- Duramen 4.- Médula Leyenda: Corteza: 1 O Albura: 2 O Duramen: 3 O Médula 4 O El cambium es una faja de células generatrices del tejido de la madera y de la corteza, está localizado entre la albura y la corteza. El cambium, conduce a la formación de un tejido denominado tejido vivo, tanto para la parte interna (xilema), como para la parte externa (floema). A la faja de tejidos vivos localizados en el xilema se le denomina cambium. El cambium, tienen un rol en el transporte de la savia y en la elaboración de las sustancias complejas y en el almacenamiento de nutriente tales como el almidón. En dirección al centro del tronco, la albura se transforma; diversas sustancias desaparecen y al mismo tiempo que hay una transformación química de las paredes celulares. Esto se debe a la incrustación de sustancias químicas, sean minerales (calcio, sílice), o por otros productos del metabolismo (taninos, alcaloides). La faja interna se denomina duramen y está constituida por células muertas y lignificadas y tiene la función de sostenimiento del árbol. El ancho de la albura es variable, y por lo general es de un color más claro que el duramen. La zona de transición entre la albura y la madera dura, puede ser brusca o progresiva, dependiendo de las características de cada especie Las principales diferencias entre la albura y duramen son: Albura - Constituido de tejido vivo. - Fisiológicamente activo. - Rol en el transporte de la savia bruta. - La proporción de la albura es mayor en la parte superior del árbol. - Rol en la elaboración de las sustancias complejas y el almacenamiento de nutriente tales como el almidón. - Es comúnmente más claro. - Tejidos poco densos y permeables. - Madera de poca durabilidad natural y fácilmente atacada por hongos cromógenos. - La poca durabilidad de la madera es compensada generalmente por su buena impregnabilidad. Duramen - Constituido de tejido muerto. - Fisiológicamente inactivo. - Función de sostenimiento mecánico del árbol - Es generalmente más oscuro. - Sus propiedades físico mecánicas acrecentadas. - Madera resistente por la desaparición del almidón y por la formación de sustancias químicas en las paredes o cavidades celulares. - Durabilidad natural al ataque de agentes destructores de la madera. - Ser, en su mayoría, no impregnable por los productos de preservación

9 Pág. 6 Planos de la madera La madera es un material anisotrópico, lo que significa que no tiene las mismas características en todas sus direcciones. Se le observa según sus tres direcciones, siendo el eje de simetría la médula. Son tres direcciones de base que son tomadas como referencia y son: - La dirección axial o longitudinal, que corresponde a la dirección de las fibras y al eje del árbol. - La dirección tangencial, que es tangente a los anillos de crecimiento. - La dirección radial, que corresponde a los radios leñosos y es perpendicular a la dirección tangencial. Estas tres secciones determinan tres direcciones: - La sección transversal; es determinada por el corte perpendicular del tronco, se notan los anillos de crecimiento generalmente concéntricos. - La sección tangencial; es determinada por el corte tangencial a los anillos de crecimiento. - La sección radial; es determinada por el corte perpendicular a los anillos de crecimiento, La red o maya formada por los radios es visible. Diseño de direcciones y secciones de la madera: Dirección axial o eje central Sección transversal Dirección radial Dirección tangencial Sección radial Sección tangencial Los tejidos longitudinales de la madera, conformadas por fibrotraqueidas y vasos (caso de latifoliadas), son elementos fundamentales y conforman casi la totalidad de la masa de la madera. Estas definen la dirección del grano de la madera y constituyen los tejidos de sostén y conducción. Las células parenquimáticas son más delgadas y de menor longitud que las fibrotraqueidas, forman canales orientados transversalmente al eje del tronco, cumplen la función de conducir y almacenar sustancias nutritivas desde la corteza hasta la médula (radios medulares). Otro de

10 Pág. 7 los componentes son los canales resiníferos, ocasionalmente rodeados de tejido parenquimatoso especializado. La organización de los elementos leñosos es constante y específico en cada especie de madera y su identificación se realiza por la observación de las tres secciones de la madera. Una identificación precisa se obtiene mediante un examen al microscopio de dichos elementos. 4. TEORÍA 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. 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 mas baja que la temperatura del bulbo seco( 3 ). 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 mas 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 3 La evaporación del agua es un fenómeno que absorbe el calor, y por lo cual provoca un enfriamiento.

11 Pág. 8 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: 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 depresión sicrométrica tiene su correspondiente HR (Ver tabla 1). 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. Pv HR (%) = x 100 Pvs En la norma técnica correspondiente, es expresado por: HR% = PP x 100 PS Donde; PP = Presión parcial PS = Presión de Saturación 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.

12 Pág. 9 La medición de humedad se efectúa por medio de un higrómetro o por un sicrómetro; la figura 4 ilustra ambos instrumentos. 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. 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.

13 Pág 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. 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 ( 4 ), es el peso de la madera efectivamente anhidra mas 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), esta dado por la siguiente relación: 2 t Pc = r Donde: t ; es la tensión superficial. r ; es el radio del capilar. 4 Peso seco anhidro, en gramos.

14 Pág. 11 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. Masa de agua Humedad = 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 ( 5 ) y al peso final anhidro-psh ( 6 ). Fórmula; CH = Ph - Psh x 100 Psh Donde: Aplicación numérica; CH : Contenido de humedad, en %. Ph : Peso húmedo, en gramos. Psh : Peso seco anhidro, en gramos. 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%. 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%. 5 Ph; Peso inicial de la muestra conformada por agua y madera. 6 Psh; Peso final anhidro de la muestra, hasta que el peso sea constante, luego de ser puesta en estufa, a aproximadamente 110 ºC y por aproximadamente 48 horas.

15 Pág. 12 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 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 mas 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. La circulación del agua por el eje axial es mucho mas fácil que por los otros dos ejes ( 7 ). Este eje está constituido por los vasos leñosos y fibras que facilitan la circulación y evacuación del 7 Los vasos leñosos pueden estar obstruidos con tilos o gomas y la experiencia no confirma sistemáticamente el enunciado.

16 Pág. 13 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. 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.

17 Pág 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. 5. PROCESO DE SECADO 5.1. 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. 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 mas 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 Métodos de secado Los principales métodos de secado son: 1) Secado al aire. 2) (Presecado). 3) Secado artificial convencional ( 8 ). 4) Secado a alta temperatura. 5) Secado por bomba de calor. 6) Secado al vacío. 7) Secado por alta frecuencia. 8 También denominado secado por aire caliente climatizado, se incluye al secado solar.

18 Pág 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. Ver ítem 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 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 m 3. 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. Nota; Ver ítem 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 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 m 3 y 80 m 3. 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.

19 Pág. 16 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 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. 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.

20 Pág. 17 La rarefacción del aire ( 9 ), 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, - 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. 9 Ausencia de oxígeno en el ambiente

21 Pág 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. 6. SECADO AL AIRE 6.1. Proceso productivo del secado al aire Aspectos generales Se denomina así al proceso de secado que se realiza en un medio ambiente natural; normalmente se efectúa en áreas cubiertas para la protección solar y, expuesta al flujo del aire natural. Conducción: Las tablas son apiladas horizontalmente sobre separadores que deben responder a ciertas exigencias concernientes a; la especie, el espesor, el espaciamiento y el alineamiento. Las pilas así constituidas son almacenadas fuera y bajo abrigo, hasta que la humedad final sea alcanzada. Esta humedad final depende de; la duración del almacenamiento, de la estación y de las condiciones de almacenamiento. Una vigilancia periódica es útil para prevenir los riesgos de depreciación de la madera. Precauciones: Cuando la madera es secada al aire libre, esta debe ser protegida de la intemperie, pero también y sobre todo de los rayos solares, a riesgo de provocar una degradación tales como las grietas y deformaciones. De una manera general; las latifoliadas presentan grietas y las coníferas la mancha azul. Por lo que el secado en un cobertizo o hangar abierto es una solución muy satisfactoria. También es importante tener en cuenta la dirección del viento dominante para determinar la orientación de las pilas de madera y la naturaleza de la protección a utilizar. Procedimientos previstos: Para acelerar el secado es necesario considerar; pasadizos ventilados, arreglo de las pilas y acondicionamiento del suelo. Proceso que se puede acelerar mediante la instalación de ventiladores, esto último para incrementar el flujo de aire y mejor distribución a través de la pila de piezas de madera a secar. Para preservar la calidad de la madera aserrada, hay que considerar la aplicación de productos que minimicen la aparición de defectos de estructura y dispositivos de protección para la lluvia y rayos solares.