PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) UTILIZACIÓN INDUSTRIAL Y MERCADO DE DIEZ ESPECIES MADERABLES POTENCIALES DE BOSQUES SECUNDARIOS Y PRIMARIOS RESIDUALES

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1 PROYECTO PD 512/08 Rev.2 (I) UTILIZACIÓN INDUSTRIAL Y MERCADO DE DIEZ ESPECIES MADERABLES POTENCIALES DE BOSQUES SECUNDARIOS Y PRIMARIOS RESIDUALES INFORME TÉCNICO FINAL Periodo cubierto : Del 9 de octubre 2012 hasta el 09 de febrero del Título del proyecto : Estudio del comportamiento al secado artificial de diez especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales. Autor : Ing. MSc. Ing. Ayda Guisella Avalos Díaz Co autores : Ing. Pío Santiago Puertas Ing. Leticia Guevara Salnicov Bach. Mayra Lorena Espinoza Linares Número de serie : PD 512/08 Rev.2 (I) Gobierno anfitrión : Perú Organismo ejecutor : Asociación para la Investigación y Desarrollo Integral (AIDER) Fecha de inicio de proyecto : 15 de setiembre de 2010 Duración del proyecto : 24 meses Costo del proyecto (US$) : OIMT 398,517 OE 293,475 Total 691,992 Fecha y lugar de expedición del informe: Junio 2013, Lima-Perú

2 Personal técnico y científico del proyecto: Coordinador Nacional : Ing. Jaime Guillermo Nalvarte Armas. Director del Proyecto : Ing. Pío Santiago Puertas. Responsable de Área Pucallpa : Ing. Carmen Leticia Guevara Salnicov. Responsable de Área Aguaytía : Bach. Mayra Lorena Espinoza Linares. Coordinador Regional : Ing. Ángel Raúl Egoavil Recuay Institución responsable: Asociación para la Investigación y Desarrollo Integral (AIDER) - Dirección: Av. Jorge Basadre 180, Dpto. 6, San Isidro, Lima 27, Perú - Teléfono: (51) (01) RPM # Correo electrónico: lima@aider.com.pe - Página web: Producto financiado: Organización Internacional de Maderas Tropicales-OIMT - Dirección: International Organizations Center, 5th floor Pacifico Yokohama, Minato-MiraiNishi-Ku, Yokohama , Japan - Teléfono: Página web: 2

3 ÍNDICE Resumen 5 I. Introducción 6 II. Objetivos 8 III. Antecedentes IV. Metodología 31 V. Presentación de datos 37 VI. Análisis e interpretación de datos y resultados 38 VII. Conclusión 42 VIII. Recomendaciones 42 IX. Repercusiones en la prácticas 43 X. Bibliografía 44 XI. Anexo 46 3

4 GLOSARIO: Anisotropía, es la propiedad general de la materia según la cual cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas, Sicrómetro, es un aparato utilizado en meteorología para medir la humedad relativa o contenido de vapor de agua en el aire. Corte radial, Plano de corte que se extiende longitudinalmente a lo largo de un órgano cilíndrico, en forma paralela a un radio parenquimático. Anisótropo, no tiene las mismas características en todas sus direcciones. Higroscopia; es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medioambiente. Higrometría: Parte de la física que se encarga de la medición de la humedad atmosférica. Gradiente; Medida de la inclinación de una curva (con frecuencia una línea recta). Se define como la relación del cambio vertical (elevación) con respecto al cambio horizontal (recorrido) para una línea no vertical. Retracción tangencial, Contracción que se produce en las direcciones tangentes a los anillos anuales. Contracción volumétrica, Reducción de volumen que experimenten las piezas de madera cuando pierden humedad 4

5 RESUMEN Este estudio se realizo con la finalidad de contribuir con la investigación para el estudio de nuevos Especies forestales con el proyecto Utilización industrial y mercado de diez especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales que ejecuta la Asociación para la Investigación y Desarrollo Integral - AIDER en colaboración con la Universidad Nacional de Ucayali, la Dirección General de Forestal y Fauna, y con asistencia técnica y financiera de la Organización Internacional de Maderas Tropicales OIMT En este caso el Estudio del comportamiento al secado artificial de diez especies maderables potenciales de bosques secundarios y primarios residuales nos confirma que para el mejor secado de la madera depende de tres factores extrínsecos: la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del aire sin importa los métodos de secados utilizados como son: Secado al aire. Secado artificial Secado mixto: Pre secado al aire libre y secado artificial. Sin embargo no se debe omitir la gran importancia que tienen el uso de los equipos adecuados como son: Una cámara aislada térmicamente para mantenerlo estable frente a las variaciones. del clima exterior y limitar los gastos de energía. Ventiladores para poner el fluido secante al contacto del producto a secar. Equipos de humidificación, para calentar el poder secante del fluido de secado. Equipos de calor para el aporte de energía. Equipos de extracción para la evacuación del agua bajo forma de vapor. Equipos de control y registro; del ambiente de la cámara y de la madera. Así como tampoco se debe omitir la importancia de las fases para un buen secado. 5

6 I. INTRODUCCION La madera aserrada seca al aire aún se comercializa en el mercado, especialmente en el nacional y una pequeña proporción del mercado de exportación. Sin embargo la situación está cambiando, la infraestructura industrial para el secado artificial de maderas tiene una tendencia creciente, en Pucallpa hay una capacidad de secado de más de 2,400 m3/mes, opina FONDEBOSQUE (2006). La demanda internacional se orienta crecientemente hacia madera secada artificialmente, con un contenido de humedad entre 8 y 12%. Las nuevas normas de la CEE prohíben la entrada de madera húmeda, incluso las parihuelas deben cumplir estrictas normas de dimensiones, resistencia mecánica y contenidos de humedad, a fin de lograr productos reciclados a varios países, por criterios ambientales y económicos. La producción de manufacturas de mayor valor agregado como muebles, molduras, paneles sobre la base de listones, puertas, etc., requiere ineludiblemente trabajar con madera secada artificialmente a un contenido de humedad final del 8%. En este caso, las normas son estrictas en los mercados internacionales y no existe ninguna posibilidad de desarrollar este tipo de productos sin contar con secadores apropiados y programas de secado apropiados para cada tipo de madera y espesor de las piezas (TOULLIER, 2006). Como premisa fundamental para evitar pérdidas y problemas de calidad, la madera debe secarse en forma controlada, de manera que la humedad final esté definida por las condiciones ambientales o de clima del lugar donde se desarrollará el proceso de secado, propiciando el control del clima en los procesos de eliminación del agua de la madera. Actualmente, los esfuerzos tendientes a una mejora tecnológica se enfocan a la reducción de los tiempos de secado y calidad de la madera seca. Con estos objetivos se trabaja en el desarrollo y aplicación de nuevas técnicas, en el secado tradicional a temperaturas convencionales, en el de ciclo acelerado y en el secado por altas temperaturas. Como la mayoría de la madera que se utiliza en la segunda transformación se seca en cámaras, la demanda de madera aserrada seca aumenta permanentemente en gran medida, debido a las exigencias de los procesos de elaboración, a la necesidad de contar con productos elaborados de alta calidad y a los volúmenes requeridos, que resultaría imposible, económicamente, mantenerlos en inventario. Este aumento en la demanda no se ve reflejado en la capacidad instalada de secado, lo que permite inferir que gran parte de los productos de madera que se comercializan, por lo menos internamente, no tienen un secado controlado o directamente no están secos. 6

7 Si se toma en cuenta que el proceso de secado de la madera como el que mayor tiempo y energía consume, se pueden entender los argumentos que tienen los industriales para disminuir los tiempos de secado y el consecuente consumo energético. Los tiempos de duración de un proceso se corresponden con la calidad requerida con el tipo de producto que se desea elaborar a partir de ese material. Aun así, existen una cantidad de factores que influyen directamente y que pueden modificar estas variables. Dicho en otras palabras, no solo se debe contar con una cámara de secado, sino que es necesario que esta cumpla con los requisitos técnicos de ingeniería y con las prestaciones esperadas del servicio de secado en cuanto a calidad y tiempo. En los bosques de secundarios y primarios remanentes hay importantes volúmenes de madera de especies forestales potencialmente comerciales, tales como Apeiba membranácea (Maquizapa ñagcha) Apuleia leiocarpa (Anacaspi), Brosimun utile (Panguana), Croton matourensis (Aucatadijo), Jacaranda copaia (Huamanzamana) Matisia cordata (Sapote), Septotheca tessmannii (Utucuro), Schizolobium parahyba (Pashaco blanco) Simauroba amara (Marupa), Terminalia oblonga (Yacushapana amarilla). Sin embargo la mayoría de estas maderas no tienen estudios que evalúen el comportamiento al secado que propicien su utilización industrial. Se propone el estudio del comportamiento de la madera de diez especies maderables de bosques secundarios y primarios remanentes. Se ensayaran programas de secado adecuados a la densidad de la madera y aptitud tecnológica de uso, lo que determina los espesores de las tablas a secar. II. OBJETIVOS Estudiar el comportamiento al secado artificial de diez especies maderables de bosques secundarios y primarios residuales. Determinar la tendencia a la formación de defectos y deformaciones producidas durante el proceso de secado artificial. 7

8 III. ANTECEDENTES 3.1 Definición de Términos Especializados. Abarquillado Es el alabeo de las caras en la dirección transversal. Acebolladura Es la separación del leño entre dos anillos de crecimiento consecutivos. Alabeo Es la deformación que puede experimentar una pieza de madera por la curvatura de sus ejes longitudinal, transversal o de ambos. Apilar Es el proceso de estibar o colocar las piezas de madera formando lotes más o menos homogéneos. Arqueadura Es el alabeo de las caras en la dirección longitudinal. Contenido de humedad Es la cantidad de agua contenida en la madera, normalmente expresada en una de las siguientes formas: a) en porcentaje del peso de la madera anhidra; b) en porcentaje del peso total de la madera; c) cantidad absoluta de agua en una cantidad absoluta de madera. Contenido de humedad de equilibrio Es el contenido de humedad que alcanza la madera cuando está expuesta a condiciones ambientales constantes durante un tiempo adecuado. Es decir, es la condición de equilibrio entre la humedad de la madera y el medio que la rodea. Contenido de humedad final Es el contenido de humedad que deberá tener la madera al terminar el proceso de secado. Contenido de humedad inicial Es el contenido de humedad que tiene la madera al iniciarse el secado. 8

9 Contracción Es la disminución de las dimensiones que experimenta la madera cuando pierda humedad por debajo del punto de saturación de las fibras. El valor de las contracciones suele expresarse como un porcentaje de alguna de las dimensiones de la pieza en estado saturado. Puede ser longitudinal, tangencial, radial y volumétrica. Contracción radial Es la variación de la dimensión de una pieza de madera en el sentido de los radios de la madera, entre el estado saturado y el estado anhidro. Se refiere a las dimensiones en estado saturado. Contracción tangencial Es la variación de la dimensión de una pieza de la madera, en el sentido perpendicular a los radios de la madera, entre el estado verde y el estado anhidro. Se refiere a las dimensiones en estado saturado. Contracción volumétrica Es la variación de la dimensión de una pieza de madera en volumen, entre el estado verde y el estado anhidro, debido a las contracciones radiales y tangenciales, refiriéndose esta contracción a las dimensiones en estado saturado. Encorvadura Es el alabeo de los cantos en la dirección longitudinal. Estado de humedad Es el contenido de humedad que presenta la madera al ser clasificada. Madera anhidra. Es aquella en que se ha eliminado toda la humedad. Madera comercialmente seca Es aquella madera aserrada cuyo contenido de humedad no es superior al 20%. Fuente. Norma Técnica Peruana Terminología. INDECOPI. Elaboración. Propia 9

10 3.2 Direcciones y Secciones de la Madera. La madera es un material anisótropo, lo que significa que no tiene las mismas características en todas sus direcciones. Son tres direcciones de base que son tomadas como referencia; la dirección axial o longitudinal, la dirección tangencial y la dirección radial son: La dirección axial corresponde a la dirección de las fibras y al eje del árbol; la dirección tangencial es aquella que es tangente a los anillos de crecimiento; la dirección radial es aquella que corresponde a los radios leñosos y es perpendicular a la dirección tangencial. Estas tres direcciones determinan tres secciones: La sección transversal es determinado por la dirección tangencial y la dirección radial; la sección tangencial es determinado por la dirección tangencial y por la dirección axial; a sección radial es determinado por la dirección radial y la dirección axial. 3.3 Aspectos Generales El proceso de secado se descompone en dos fases: La difusión del agua dentro de la madera, y la evaporación del agua en la superficie. En el transcurso de secado, tres fenómenos esenciales deben ser tomados en cuenta: 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 se baja justo al punto de equilibrio con el medio ambiente; este es el equilibrio higroscópico de la madera. El secado de madera húmeda es rápido después del aserrío. El vapor de agua en la superficie se manifiesta muy rápidamente, después el flujo de agua que sale a la superficie es frenada progresivamente, en razón de la difusión de la humedad interna hacia las partes superficiales más secas, y así justo hasta el estado de equilibrio de la madera con la atmósfera. El agua circula rápidamente en la dirección axial, menos rápida en la dirección radial, lentamente en la dirección tangencial de la madera. Por lo que es recomendable separar los lotes de piezas de madera aserradas en corte radial de 10

11 las de corte tangencial, ya que las de corte tangencial se secarán mucho más rápido. La repartición del agua dentro de la madera debe llegar a ser regular en toda la masa. Si las partes externas están más secas que la internas, esta gradiente crea tensiones que producen rajaduras y deformaciones luego de la operación de secado. b) Agua en la madera. Las maderas livianas, por ser más porosas, contienen una mayor cantidad de agua que las pesadas. De igual manera la albura, por estar conformada por células cuya función principal es la conducción del agua, presenta un contenido de humedad mayor que el duramen. El duramen no permite contenidos de humedad elevados debido a las sustancias infiltradas y contenidas en sus células, la albura puede acumular más del 100% de su peso seco en agua e incluso llegar a un 400% en aquellas maderas muy livianas como la lupuna, catahua, marupa, etc. (JUNAC, 1986). SOTO T. (1982) determinó en madera de Clarisia sp un contenido de humedad máximo en la base, disminuyendo en la mitad del tronco y un ligero aumento en la base de la copa. En cuanto a la variación transversal, el contenido de humedad disminuye progresivamente desde la médula hasta la zona de intermedio para incrementarse hacia la corteza. KOLLMAN (1959) afirma que en la madera pueden distinguirse tres tipos de agua: Agua libre, que ocupa los lúmenes de las células, tiene poca influencia en los cambios dimensionales y resistencia mecánica de la madera; Agua higroscópica, ocupa las paredes celulares, fijada coloidalmente a las cadenas de celulosa a través de enlaces OH; Agua de constitución, que forma parte de las cadenas de celulosa, solo puede eliminarse por métodos químicos que implican profundas modificaciones de la estructura química de la madera. 11

12 c) Secado de la madera El secado depende de tres factores extrínsecos: la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del aire. El contenido de humedad de equilibrio varía en función directamente proporcional con la humedad relativa e inversamente proporcional con la temperatura. A mayor velocidad del aire, mayor capacidad de eliminación de agua. El gradiente de secado de madera es la relación entre la humedad contenida en la madera y la humedad de equilibrio del ambiente. Los valores normales están entre 1,5 y 2,5 dependiendo de la madera y el espesor. En piezas muy gruesas no se pueden usar gradientes altos ya que la diferencia entre el centro de la pieza, que está húmedo, y la superficie, que tiene una humedad de equilibrio de acuerdo al ambiente, es muy alta y provoca esfuerzos que dañan la madera ó interrumpen el secado. (JUNAC, 1986). También depende de factores intrínsecos como son la densidad de la madera, contenido de humedad inicial, dimensiones de las piezas, especialmente el espesor, estructura anatómica de la madera, principalmente proporción de vasos, fibras y tejido parenquimatico y tipo de punteaduras, proporción de albura y duramen, grano, entre otros. (LEON y ESPINOZA, 2001). 3.4 Principios del secado térmico de la madera (PEREZ DEL CASTILO y ONO, 2003): En el proceso de secado térmico el aire calienta la madera y mediante un viento forzado evacúa 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 de la madera y están relacionados con la madera (el material a secar), la humedad, calor y aire (el medio de secado) y los controles (que relacionan la evolución de las características físicas de la madera y medio ambiente, durante el proceso de secado). 12

13 El aire húmedo El aire húmedo está constituido de aire seco y de vapor de agua, y ha sido formado por evaporación de agua líquida. El aire debe tener unas condiciones particulares de humedad; temperatura, velocidad y presión, para poder realizar un buen secado. 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 seca-temperatura húmeda La temperatura seca, es la temperatura registrada en un termómetro y en donde el bulbo es mantenido seco. La evaporación del agua es un fenómeno que absorbe el calor, y por lo cual provoca un enfriamiento. La temperatura húmeda 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 húmeda sea más baja que la temperatura seca. La temperatura húmeda 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 la temperatura seca y la temperatura húmeda. Cuando el aire está saturado de humedad, no provoca evaporación al pasar por el bulbo húmedo; la temperatura húmeda es igual a la temperatura seca. 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 seca, y de la diferencia entre la temperatura seca y húmeda. Estas tablas son llamadas tablas psicométricas. Por ejemplo; si la temperatura seca del aire es 60ºC y la temperatura húmeda de 52ºC, su humedad relativa es de 65ºC. 13

14 Sicrómetro: Calor latente de vaporización del agua El calor latente de vaporización de agua, es la cantidad de calor que hace falta aportar a la unidad de masa de agua líquida para transformarla en vapor. Este calor, está en función de la temperatura; entre 0ºC y 100ºC. El calor latente de vaporización de agua está comprendido entre 540 y 600 kcal/kg, equivalente a 0.70 y 0.63 kwh/kg. Entre 0ºC y 100ºC el calor latente de evaporación de agua es dado en kcal/kg. Igual a (0.69 x t); siendo t la temperatura en ºC Calor latente-calor sensible El calor latente, es la cantidad de calor que hace falta aportar a un fluido para hacerlo cambiar de fase (por ejemplo, la vaporización o la condensación). El calor sensible es la cantidad de calor que hace falta aportar a un fluido para modificar su temperatura sin cambiar de fase. El calor latente de evaporación de agua (del orden de 550 kcal./kg.) es muy superior al calor sensible (100 kcal). Para hacer pasar 1kg de agua de 0ºC a 100ºC). Entre 0ºC y 100ºC el calor sensible de agua es de 1 kcal por Kg de agua y por C Calor específico del aire Es la cantidad de calor que debe suministrarse a una cantidad de masa de aire para aumentar su temperatura un grado centígrado. El calor específico del aire es 0.24 kcal/kg C. 14

15 3.5 Métodos de Secado Los principales métodos de secado son: 1) Secado al aire. 2) Secado artificial 3) Secado mixto: Presecado al aire libre y secado artificial Proceso Productivo del Secado al Aire 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. Es recomendable para zonas donde predomina la humedad relativa baja y la temperatura es relativamente alta. También es recomendable para tablas de reducido espesor o escuadría pequeña, para maderas de poros grandes y sin tendencia a las deformaciones. Es aplicable a maderas de bajo valor comercial que no soportan altos costos de secado. 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 debe ser protegida de la intemperie, pero también y sobre todo de los rayos solares, a riesgo de provocar daño mecánico como grietas, rajaduras, acebolladuras y deformaciones. Por lo que es necesario contar con un área techada. 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. 15

16 3.5.3 Procedimientos previstos: Para acelerar el secado es necesario considerar pasadizos ventilados, arreglo de las pilas y acondicionamiento del suelo. El secado 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 antirajaduras y dispositivos de protección para la lluvia y rayos solares Ventajas del secado al aire: Método que da buenos resultados de secado, sin instalaciones costosas. Es muy suave, gracias a la alternancia del día y la noche, en el transcurso de la cual la humedad relativa del aire retoma siempre un valor más elevado. No utiliza ninguna fuente de energía que incremente el costo de producción. No necesita de personal muy calificado Desventajas del secado al aire: Esto provoca las siguientes depreciaciones: Mecánicas como las rajaduras y las deformaciones; Biológicas por los insectos y los hongos. No permite de llegar a la humedad de la madera, que sea compatible con la humedad que se requiere para los usos en el interior de recintos habitables. El equilibrio higroscópico de la madera que se puede obtener por secado natural es, por lo general, insuficiente para muebles y madera, de uso en obra de interiores. Este método es lento, por lo que necesita de una gran superficie de almacenamiento y un mayor tiempo de retorno financiero. Hay costos ligados a la adquisición, manejo y mantenimiento del patio de secado de madera y de dispositivos de protección: a la inmovilización de capital correspondiente al precio de la madera aserrada almacenada; necesidad de protección permanente a nivel de piezas de secado debido a agentes biológicos y no biológicos de deterioro; A diferencia del secado artificial este proceso no elimina insectos ni hongos. 16

17 3.5.6 Proceso Productivo del Secado Artificial Referido al secado por aire caliente climatizado, donde el proceso de secado es efectuado con temperatura, humedad controlada y ventilación forzada, con la finalidad de reducir significativamente el tiempo de secado de la madera hasta humedades requeridas y por general por debajo del punto de humedad de equilibrio del medio ambiente exterior. Este tipo de secado se basa en evacuar el aire caliente saturado o casi saturado de la cámara y reemplazarlo por aire menos húmedo a temperatura ambiente. Se realiza en recintos cerrados, dentro de los cuales se aplican climas artificiales progresivamente más cálidos y secos. Estos equipos toman el nombre de cámaras de secado, que están equipados con sistemas de inyección de aire, calefacción, humidificación, control y registro de las condiciones ambientales interiores. Un secador industrial moderno debe presentar los siguientes elementos principales: ventiladores, ventilas, deflectores de aire, calefactores, trampas de vapor y controles del ambiente de la cámara y de la madera Parámetros que influencian los tiempos de secado Humedad inicial y humedad final requerida; considerando el porcentaje de tolerancia de la humedad final. Condiciones de apilado; espesor de los separadores y longitud de las pilas o paquetes. Tipo y equipos del secador; secadores fijos, continuos, velocidad del aire, transferencia de calor, etc. Equipo de regulación del proceso de secado; manual, semiautomático, automático. Equilibrado inicial de mamadera; presecado. Conducción del secado; curva de secado seleccionado. Observancia del operador; prudencia en la conducción de secado. Los incidentes de secado: Corte de corriente, falla en los dispositivos de control, falla en los equipos. 17

18 3.6 Equipo de secado La descripción de secado del presente manual va a estar referido al método de secado por aire caliente climatizado, es decir, al secado de madera en base a aire caliente y húmedo y a flujo forzado de viento. Los secadores son constituidos por los siguientes materiales: Una cámara aislada térmicamente para mantenerlo estable frente a las variaciones. del clima exterior y limitar los gastos de energía. Ventiladores para poner el fluido secante al contacto del producto a secar. Equipos de humidificación, para calentar el poder secante del fluido de secado. Equipos de calor para el aporte de energía. Equipos de extracción para la evacuación del agua bajo forma de vapor. Equipos de control y registro; del ambiente de la cámara y de la madera Preparación de las cámaras de secado Previo al secado de cada carga de madera, se debe verificar el buen funcionamiento de los sistemas que la componen, generalmente son los sistemas de calefacción, ventilación, humidificación, control y registro, además de una verificación final de la estructura, elementos de aislamiento térmico, de prevención y seguridad Carguío de la cámara de secado Para el carguío de la cámara de secado hay que seguir algunas de las siguientes reglas simples para obtener buenos rendimientos: Es deseable de secar lotes homogéneos de madera, en; especie, espesor, humedad inicial y de ser posible, tablas del mismo tipo de corte (radial o tangencial). 18

19 En caso de diferentes especies, se tiene que agrupar las especies que tengan un comportamiento similar al secado. En caso de espesores diferentes, es necesario agruparlo en espesores vecinos; por ejemplo de 23 mm a 27 mm, de 36 mm a 40 mm, etc. En caso de secar diferentes especies y/o calibres y/o humedades iniciales; se debe seguir la tabla de secado correspondiente a la de la especie más delicada de secado, a la de mayor espesor y a la más húmeda. En caso de mezclar especies de fácil secado, presecadas, o muy delgadas en espesor, con especies difíciles o muy húmedas; se tiene que utilizar el secado por más tiempo, con el riesgo adicional de que las primeras maderas se sequen más de lo deseado; para lo cual la fase de calentamiento debe ser en un ambiente saturado de humedad. La mezcla de especies y humedades, deben ser en lo posible evitado, ya que sería la fuente de incremento de riesgo a las deformaciones o colapso de la madera y a obtener niveles bajos de calidad, con la consiguiente pérdida de dinero y credibilidad. Camas de la pilas de madera, con separadores uniformemente distribuidos y espaciados y a partir de los extremos de la pila. Hay que considerar que el volumen de una cámara de secado es de 5 a 7 veces mayor que le volumen de la madera a secar, por lo que no es recomendable aumentar el coeficiente de llenado, bajando el espesor de los separadores de madera, ya que impediría circular el aire a través de la pila de madera. Se debe estar atento a no poner madera en los pasadizos que son reservados a la circulación de aire y ventilación, ya que impide la homogeneidad y rapidez de secado. Los tiempos de carga y descarga, representan del 5 al 25% del tiempo de utilización del secador. Lo que debe tomarse en cuenta especialmente en ciclos cortos de secado, y por lo cual es necesario considerar esta operación en tiempos paralelos al de secado. Para lo cual, se deben tener dispositivos de carga adicionales a los que están siendo empleados en el proceso de secado. 19

20 Por lo anterior, hace falta decidir si se llena el secador parcialmente solo con el lote homogéneo de madera; secar simultáneamente maderas recién cortadas con las ya presecadas; completar el lote con especies diferentes. Estas tres soluciones anteriores indican que la empresa no ha estimado detenidamente el tamaño óptimo del secador. También, para la instalación del secador se tendrá en cuenta: La proximidad del patio de aserrío y del patio de almacenamiento de madera seca, esto para reducir los costos de mantenimiento; de la proximidad de la fuente de energía, estos para reducir las pérdidas caloríficas en línea; avisos y dispositivos de seguridad. 3.7 Conducción del secado En el proceso de secado se distinguen las siguientes fases: Elevación de temperatura. Recalentamiento. Secado. Equilibrio. Enfriado.. La fase del secado está constituida por las tres subfases siguientes: Durante la primera subfase, que es generalmente corta, la superficie de la madera es alimentada de agua líquida. La segunda subfase comienza cuando no hay más agua en la superficie y dura en función de la existencia de agua líquida en el centro de la madera. Solo las zonas periféricas están en el dominio de la higroscopía. La tercera subfase es aquella durante la cual, no hay más agua bajo forma líquida al seno de la madera. Toda la masa de la madera está en el dominio de la higroscopia. 20

21 3.8 Elevación de temperatura Con objetivo de calentar el aire al inicio del secado. Valor de humedad relativa del aire HRA, mantenida a un valor suficientemente elevado. La subida de temperatura en intervalos; 5ºC a 10ºC Recalentamiento Con objetivo de recalentamiento de la madera en toda su masa, antes de comenzar el secado. Llegar a una temperatura igual a la del inicio de la curva de secado. Efectuar el recalentamiento en atmósfera muy húmeda; igual o mayor a 85% de humedad, manteniendo una relación de humedad de la madera entre 15% a 18%. 3.9 Secado Selección de una temperatura adaptada a la especie y a la humedad de la madera considerada (tabla de secado) y que provoca en la masa de la madera una gradiente de humedad suficientemente importante, para que la humedad circule lo más rápidamente posible (el agua circula de las zona húmeda a la zona seca). La gradiente de humedad debe estar acorde a la higrometría del aire para no provocar daños en la madera. Seleccionar permanentemente las condiciones de la HRA acorde a la medición continua de la HRM (4 a 8 testigos de madera instalados en el interior de la pila y no en los extremos o lados). En lo que concierne a la fase de secado, las condiciones del intervalo de temperatura y de higrometría del aire correspondiente a la humedad de la madera, no deberán ser alcanzados, si no, luego de haber pasado por todos los segmentos precedentes a la correspondiente tabla de secado. La duración de cada segmento está en función de la especie y al espesor; pudiendo estar comprendido entre 0.5 horas y 3 horas. La gradiente de secado está definido por el reporte de la humedad de la madera (Medido sobre los testigos de madera) sobre el equilibrio higroscópico de la madera; así se tiene 21

22 que si la humedad de la madera es 24%, el equilibrio giroscópico de la madera es 8%, la gradiente de secado es: 24 / 8 = 3. Para el cálculo de la gradiente de secado, cuando la humedad de la madera es mayor a 30%, se calcula con un valor igual o próximo a 30% Equilibrio Referido a la homogenización higroscópico de la madera en toda su masa, necesario para el procesamiento posterior de la misma; al final del secado, la humedad dentro de las zonas superficiales es menor que dentro de la parte interior. Tiene por objetivo disminuir las contracciones que existen dentro de la masa de la madera y así evitar las deformaciones posteriores. Para realizar el equilibrio, cuando la humedad final promedio es alcanzada, es necesario conservar la temperatura del fin de secado y seleccionar una higrometría del aire correspondiente a un equilibrio higroscópico de la madera, igual a la humedad final de la madera alcanzada. Ejemplo: si la madera seca justo a 12% de humedad y si al fin del secado la temperatura es de 70ºC y el equilibrio higroscópico de la madera es 4.5% (URA aprox. 30%), el equilibrio deberá efectuarse a 70ºC con un equilibrio giroscópico de la madera de 12% (humedad relativa del aire aprox. 78%). La duración del equilibrio higroscópico, debe ser del mismo orden al de la fase de recalentamiento Enfriado A fin de evitar un choque térmico que podría provocar rajaduras en la superficie de la madera, es necesario efectuar un enfriamiento progresivo. Para el enfriamiento, es necesario abrir las ventilas de intercambio de aire, una puerta del secado, dejar en rotación los ventiladores, pero con la fuente de calor apagada. El enfriamiento termina cuando la diferencia de temperatura del aire del secador y la temperatura del aire exterior es semejante; temperaturas comprendidas entre 20ºC a 30ºC, en todo caso acorde a la temperatura exterior. 22

23 3.12 Defectos de secado En el proceso de secado se pueden producir los siguientes defectos de secado: Colapso; tensiones internas en el transcurso del secado; rajaduras y deformaciones y daños debidos a un secado mal conducido; deformaciones; rajaduras superficiales; rajaduras internas; variación de coloración; mancha azul; manchado por separadores; decoloración 3.13 Colapso En el proceso de secado el líquido se evapora y aparece al inicio del secado y en el interior de la madera un frente de evaporación; cuando este frente de evaporación llega a una célula de muy pequeña sección o de una puntuación, en razón de su pequeño diámetro las fuerzas de capilaridad son muy grandes. Estas repercuten por intermedio del agua líquida a las paredes celulares de la madera. Si localmente las fuerzas capilares son superiores a la resistencia mecánica de las paredes celulares, estas colapsan. El colapso es una falla de resistencia de las paredes celulares y es reconocida por una ondulación en las caras de la madera. Si es importante, puede conllevar a rajaduras en el interior de la madera, pero esta no es sistemática, y solo aparece en presencia de agua líquida, es decir cuando la madera es aún muy húmeda. Una temperatura elevada, favorece la aparición del colapso, puesto que ella produce una plasticidad de las paredes celulares. Por lo tanto, para limitar o impedir este defecto, es necesario de utilizar una temperatura baja y un alto contenido de humedad, en la medida en que esté presente el agua líquida, o sea hasta el punto de saturación de las fibras. Cuando el colapso no está acompañado de rajaduras, se puede practicar un tratamiento para recuperar una parte del espesor. Esta operación consiste en pasar la madera, cuando su humedad está comprendida entre 15% a 20%, a 100ºC a pleno vapor saturado durante un tiempo que depende del espesor de la madera. Para una madera de 25 mm., de espesor, la duración es del orden de 2 horas. Nota; ciertas maderas son más propicias al colapso que otras: Ejemplo; el Eucalipto y por lo general las maderas duras. 23

24 3.14 Tensiones internas en el transcurso del secado En el transcurso del secado aparecen contracciones que son la consecuencia de las características de retractibilidad de la madera. El fenómeno de retractibilidad se produce por debajo del punto de saturación de las fibras. Durante la primera subfase de secado, ninguna parte de la madera es sometida a los fenómenos de contracción y por lo tanto no aparecen las tensiones de secado. Durante la segunda subfase, las zonas periféricas son sometidas a contracciones y no las zonas internas. La contracción no puede manifestarse libremente, ya que las zonas internas impiden a las zonas periféricas de contraerse. Las zonas periféricas son sometidas a tensiones de tracción y las zonas internas, por reacción, son sometidas a tensiones de compresión; el conjunto está en equilibrio. A partir del inicio de la tercera subfase, y hasta el fin del secado, las zonas periféricas secadas bajo tensiones de tracción, tendrán una retracción un poco menor que las zonas internas. Hay por lo tanto, una inversión de tensiones de secado. Las tensiones de secado pueden ser visualizados mediante probetas cortadas en forma de tenedor o peine. Durante la segunda subfase de secado, las láminas se abren ya que las láminas externas son más cortas que las internas. En la tercera subfase, las láminas se sierran por que las láminas externas son más largas que las láminas internas Rajaduras y deformaciones y daños debidos a un secado mal conducido Deformaciones La retracción de la madera no es idéntica en las tres dimensiones. La retracción en la dirección tangencial es 1.5 a 2.5 veces más importante que dentro la dirección radial. La retracción axial (longitudinal) es aproximadamente 50 veces menor que la retracción tangencial. A medida que la humedad de la madera disminuye, la sección de la madera aserrada se deforma. En razón de la curva de los anillos de crecimiento, una madera cortada en cara tangencial, donde su cara superior es mas tangencial que su cara inferior; luego del secado su cara superior se va a contraer más que la cara inferior, por lo que la 24

25 pieza de madera tirará a arquearse en dirección contraria a la curvatura del anillo de crecimiento. En una madera aserrada de sección cuadrada, cortada de tal manera que una de sus diagonales sea tangencial a la otra radial, tendrá su diagonal tangencial que se contraerá luego del secado de 1.5 a 2.5 veces más que su diagonal radial; por lo que la madera de sección cuadrada se transformará en sección romboide. Esta anisotropía de retracción (contracción), conlleva luego del secado, a deformaciones de la madera aserrada, que uno lo reagrupa en los cuatro tipos siguientes: Curvatura de las caras de una tabla en el sentido de su longitud; curvatura de las caras de una tabla en el sentido de su longitud y en uno de los extremos de la tabla; deformación en V de la tabla, siguiendo su longitud; deformación en forma de hélice de la tabla Rajaduras superficiales En referencia a las rajaduras de superficie las rajaduras de extremo y rajaduras por cementación Luego de la segunda fase de secado (zonas periféricas por debajo del punto de saturación de las fibras y zonas internas por encima del punto de saturación de las fibras), Las zonas periféricas son sometidas a las tensiones de tracción. Si estas tensiones son superiores a la resistencia a la tracción de la madera, aparecen rajaduras que parten de la periferia y progresan hacia el interior. Estas rajaduras superficiales y que pueden o no desaparecer al cepillado, por lo cual es necesario tenerlos en cuenta en la clasificación de defecto. Las rajaduras se producen dentro de zonas de menor resistencia mecánica, siguiendo casi siempre los radios leñosos, no obstante las rajaduras tangenciales pueden aparecer entre la madera de secano y de lluvias (referente a los anillos de crecimiento. Por lo tanto, las rajaduras resultan de la existencia dentro de la madera de una gradiente de humedad muy importante, donde la utilización de humedad relativa del aire muy baja antes de de que las zonas internas de la maderazo hayan llegado al punto de saturación de las fibras. 25

26 Es posible, luego de la segunda fase de secado, que la utilización del aire muy seco no conlleve a rajaduras superficiales, pero un desecamiento importante de las zonas periféricas, que forma una barrera a la circulación de la humedad de las zonas internas versus la superficie, se denomina fenómeno de cementación. Luego que esto se produce, es necesario de humidificar el aire justo hasta un estado próximo al de saturación durante dos a cuatro horas para suprimir esta cementación. Para evitar la aparición de las rajaduras de superficie, de extremos y el fenómeno de cementación hace falta utilizar un aire muy húmedo antes de que las zonas internas de madera hayan llegado al punto de saturación de las fibras Rajaduras internas Luego de la tercera fase de secado, si las zonas internas son sometidas a las tensiones de tracción superiores a la resistencia a la tracción de la madera, se producen las rajaduras internas. Estas son debidas a la utilización, luego de la segunda fase de un aire muy seco, que ha provocado un secado de las zonas periféricas bajo tensiones de tracción importantes. El efecto, las rajaduras internas, se producen a partir del momento en donde toda la masa de madera ha pasado por debajo del punto de saturación de las fibras. Para evitar la aparición de las rajaduras internas, es necesario el aire muy húmedo hasta que las zonas internas de la madera hayan llegado al punto de saturación de las fibras. Estas rajaduras internas no tienen ni la misma causa, ni la misma solución, que la que se pueden producir bajo el efecto del colapso Variación de coloración Mancha azul Producido en la mayor parte de resinosos y de parte de especies tropicales, generalmente las denominadas blancas, y es producido por una infestación de hongos denominados hongos cromógenos. Estos hongos se desarrollan dentro de la madera y en humedades a partir del punto de saturación de las fibras (30%) 26

27 y hasta aproximadamente 46%. Por otro lado, no se desarrollan a temperaturas superiores a 35ºC. La temperatura óptima se sitúa entre 22ºC y 30ºC. La infestación de los hongos, es en razón de las sustancias nutritivas que la madera contiene y que por lo general es la albura. Para evitar la mancha azul, las especies susceptibles deben ser protegidos mediante inmersión o nebulización, con producto preservador para madera, inmediatamente después de haber sido aserrado y si este no es el caso, hace falta secarlo artificialmente lo más rápidamente posible. Por lo anterior, conviene de utilizar desde el inicio del secado temperaturas superiores a 35ºC y una humedad relativa del aire ligeramente inferior o igual al 80%, con el fin de hacer caer la humedad de las zonas superficiales de la madera por debajo del 30% de humedad Manchado por separadores Luego del secado y en ciertas ocasiones, las huellas de los separadores es observado en una profundidad importante de las tablas; esto es debido a un estacionamiento prolongado de la humedad de la madera en la superficie de contacto entre el separador de apilado y la tabla. Para evitar este inconveniente, hace falta: Utilizar separadores secos, con humedades inferiores a 15% de humedad. Para evitar la acumulación de humedad en los separadores, hay que utilizar separadores con sección en forma de H o X o acanaladuras. Utilizar separadores de madera o de otro material que no sea corrosible Decoloración En ciertas especies, en el transcurso del secado presentan decoloraciones no homogéneas en toda la masa de la madera y estas son debidas a la oxidación de determinados taninos contenidos en la madera. Para limitar el riesgo de aparición de estas manchas, conviene justo en el paso por el punto de saturación de las fibras, de mantener una temperatura del aire baja y que sea inferior o igual a 30% 27

28 y una humedad relativa del aire no elevada y que sea correspondiente a un equilibrio higroscópico de la madera inferior o igual a 16%. Reducción de los defectos de secado Defecto Causa Práctica recomendada Colapso Tensiones internas Temperatura elevada al inicio del secado Las características de retractibilidad de la madera - Bajar la temperatura al inicio del secado y aumentar la humedad del aire. - Pasar la madera, cuando su humedad está comprendida entre 15% a 20%, a 100ºC a pleno vapor saturado durante un tiempo que depende del espesor de la madera. - Secado muy lento por debajo del punto de saturación de las fibras. Deformaciones Rajaduras en extremos Fenómeno de cementación Rajaduras de superficie e internos - Separadores de madera emplazados incorrectamente. - Aire muy seco y equilibrio higroscópico de la madera muy reducida. - Aire muy seco y equilibrio higroscópico de la madera muy reducida. - Separadores de madera emplazados incorrectamente. Aire muy seco y equilibrio higroscópico de la madera muy reducida. Aire muy seco y equilibrio higroscópico de la madera muy reducida. - Camas de la pilas de madera, con separadores uniformemente distribuidos y espaciados y a partir de los extremos de la pila. - Aumentar la humedad relativa del aire. - Aumentar el equilibrio higroscópico de la madera. - Aumentar la humedad relativa del aire. - Aumentar el equilibrio higroscópico de la madera. - Camas de la pilas de madera, con separadores uniformemente distribuidos y espaciados y a partir de los extremos de la pila - Humidificar el aire justo hasta un estado próximo al de saturación durante dos a cuatro horas para suprimir esta cementación - Aumentar la humedad relativa del aire. - Aumentar el equilibrio higroscópico de la madera Mancha Azul Temperaturas de secado y humedades del ambiente muy bajas. - El aumento de temperatura de la cámara debe ser los más rápidamente posible, para situarse por encima de 35ºC. - Bajar el equilibrio higroscópico de la madera. - Las especies susceptibles deben ser 28

29 Decoloración Temperaturas muy elevadas al inicio del proceso de secado protegidos con producto preservador de madera. - Bajar la temperatura al inicio del proceso de secado. Calidad de secado Calidad e la madera por: grano muy inclinado, deformaciones, rajaduras, nudos, hongos, médula, etc. Apilado cuidadoso. Madera aserrada homogénea. Carguío cuidadoso de la cámara de secado. Capacitación apropiada del operador. Programa de secado. Seguimiento diario del ciclo de secado. Dimensionamiento apropiado de equipos Selección de calidad de la madera a ser secado Separadores de madera: Con espesor uniforme. - Con espaciamiento uniforme. - De alineamiento estricto. - De especies duras y de color neutro. - Con humedades hasta el 12% - Tablas del mismo espesor o muy similares. - Misma especie. - En lo posible, misma humedad inicial. - En lo posible tablas del mismo tipo de corte. - Menor inclinación del grano. - Llenado homogéneo de las pilas de madera, evitando espacios abiertos que facilitaría el paso del aire evitando el paso por las pilas de madera. - Tapar espacios vacíos para forzar al aire a pasar solo por las pilas de madera. - Conocimientos de los principios de base del secado. - Conocimiento del proceso productivo. - Conocimiento del equipo de secado. - Conocimiento y reacción ante los avisos y dispositivos de seguridad. - Previsión de imprevistos y accidentes Selección de una tabla de secado adecuada. - Registro de los datos de secado. - Conducción, control y vigilancia. - Potencia calorífica. - Velocidad del aire. - Aspersión de humedad. - Dispositivos de homogenización del clima interior. - Dispositivos de control 29

30 Bienestar del personal - Horario de trabajo. - Jornales justos. - Servicios varios. - Vacaciones. - Salud. 30

31 IV. METODOLOGÍA APLICADA 4.1 Lugar De Ejecución El estudio para la determinación del comportamiento al secado artificial de la madera de diez especies forestales de bosques secundarios y primarios remanentes se efectuó en la planta de la empresa Industrial Acosta EIRL ubicada en la Av. Centenario km 4.800, distrito de Yarinacocha, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali; y el laboratorio de propiedades físicas de la madera de la Universidad Nacional de Ucayali, ubicada en el Km 6 de la carretera Federico Basadre margen izquierdo, distrito de Manantay, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali. Especies estudiadas: Nombre científico por identificación botánica Apeiba membranacea Aubl Apuleia leiocarpa (Vogel) J.F. Macbr. Brosimun utile (Kunth) Oken Croton matourensis Aubl Jacaranda copaia (Aubl.) D. Don Matisia cordata Bonpl Septotheca tessmannii Ulbr Schizolobium parahyba (Vell:) S.F.Blake Simarouba amara Aubl. Terminalia oblonga (Ruiz &Pav) Steud. Nombre común Maquizapa ñagcha Ana capi Panguana Auca atadijo Huamanzamana Sapote Utucuro Pashaco blanco Marupa Yacushapana amarilla Fuente. Informe de identificación dendrologica. IVITA. UNMSM Elaboración. Propia 31