Cámara automatizada para el secado de madera

Transcripción

1 Cámara automatizada para el secado de madera Item Type info:eu-repo/semantics/bachelorthesis Authors Esteban Martínez, Hanz; Pérez Cuba, Carlín DOI /RG Publisher Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Rights info:eu-repo/semantics/openaccess Download date 01/07/ :00:11 Item License Link to Item

2 CÁMARA AUTOMATIZADA PARA EL SECADO DE MADERA HANZ ESTEBAN CARLÍN PÉREZ Monterrico, 07 de marzo del 2006

3 INTRODUCCIÓN

4 Situación actual de los bosques en el Perú Superficie forestal peruana cerca de 70 millones de hectáreas de las cuales 46 millones de hectáreas de bosque tienen la capacidad de generar productos maderables. De las especies de maderas existentes, unas 600 han sido debidamente clasificadas, y se utiliza solo el 15% de ellas para la obtención de productos forestales maderables y no maderables. La mayor amenaza a los bosques amazónicos es la deforestación. Fuente: Boletín del área economía de los recursos naturales y del ambiente centro de investigación universidad del pacifico.

5 Datos importantes De cada 10 productos maderables, 8 tienen que pasar por el proceso de secado. Nueva Zelanda seca el 82% de su producción. Chile esta cerca del 50%, pero Arauco piensa crecer hasta un 85% en los próximos años. Un camión puede llevar 25 metros cúbicos de madera verde o 55 metros cúbicos de madera seca. Un metro cúbico de madera verde se vende en $120 dólares, si fuera de un bosque manejado,secado y preservado, puede llegar a $500 dólares. El secado de la madera a pasado de ser una necesidad a una obligación.

6 Cadenas productivas Algodón textil confecciones Textil camélidos Productos naturales suplementos nutricionales Pesquera Maderera

7 Cadena productiva maderera Pallets Frisas y pisos de madera Construcción Puertas y molduras Mueblería

8 Cadena productiva maderera Extracción de la madera de trozas Aserrado de las trozas Transporte Aserrado Secado Maquinado o fabricación del producto

9 SOLUCIÓN PROPUESTA

10 DESARROLLO DEL PROYECTO

11 PRINCIPIO FÍSICO

12 Importancia del secado de madera Estabilización dimensional Aumento resistencia mecánica Reducción de su peso Aumento resistencia al ataque de hongos

13 Características y atributos del material a secar Contraste entre madera temprana y madera tardía

14 Importancia del secado de madera Elementos vasos y su comunicación entre ellos Traqueídas y su comunicación entre ellas

15 Importancia del secado de madera ML: Lamela media P: Pared Primaria Pared Segundaria S1 S2 S3

16 El agua en la madera Agua libre: Contenida en los lúmenes celulares Es la primera en evaporarse. Al extraerse no genera cambios dimensionales Agua Higroscópica: Contenida en las paredes celulares. Para evaporarla se requiere mayor energía. Su extracción produce cambios dimensionales

17 Características de la madera Densidad Permeabilidad

18 Contenido de humedad CH % Se define como el peso de la cantidad de agua presente en una pieza de madera, expresado en función del peso de la piezas en condición seca o anhidra. Su valor numérico se expresa como: Donde C.H. (%) = (Pv- Po) / Po *100% C.H.(%): Porcentaje de agua en la madera c/r peso seco Pv : Peso verde, o al momento de la medición Po : Peso seco obtenido en estufa a / -3 Cº

19 Contracción e hinchamiento La madera no puede adquirir agua hasta su saturación completa, por lo tanto el proceso de hinchazón se limita hasta el PSF( agua en las paredes ). EXISTE UNA RELACIÓN LINEAL ENTRE LA CONTRACCIÓN (COEFICIENTE) Y EL C.H.(%).

20 Tecnología del secado El agua es removida de la superficie de la madera por evaporación. La tasa de evaporación es gobernada por variables como: Temperatura Humedad del aire Velocidad del aire.

21 Velocidad del aire Medio de secado en circulación : AIRE Capa límite Transmisión de Calor Transporte de Humedad Transporte de Calor

22 La humedad relativa en la cámara La HR en una cámara puede controlarse de las siguiente maneras: a.-inyección de agua a la corriente de aire seco, la aspersión provoca la evaporación rápida del agua y aumentará la HR. b.-agregando vapor húmedo al aire en circulación. c.-abriendo y cerrando las ventilas o dampers de la cámara

23 Secado convencional Recomendado principalmente para maderas duras y de baja permeabilidad. Opera con aire húmedo a presión atmosférica, y temperaturas por debajo de los 70 C, empleando extensos programas de secado, cuyos tiempos superan las 100 horas.

24 Curvas de secado natural CH (%) Encina de 1 entra a secado en verano Encina de 1 entra a secado en otoño Encina de 1 entra a secado en invierno Encina de 1 entra a secado en primavera Tiempo de secado (días)

25 ESTRUCTURA Y DISEÑO DE LA CÁMARA DE SECADO

26 Primer prototipo: Cámara de secado eléctrico Capacidad 3500 pies tablares

27 Primer prototipo: Cámara de secado eléctrico Capacidad 3500 pies tablares

28 Tamaño de la cámara 4.8 m 4.8 m

29 Estructura metálica 2.40 PARTE SUPERIOR 4.90 PARTE POSTERIOR PARTE LATERAL IZQUIERDA PARTE LATERAL DERECHA PARTE ANTERIOR ESTRUCTURA INTERIOR DE LA CAMARA DE SECADO ESCALA : 1/75

30 Paneles PLANCHA GALVANIZADA LANA DE VIDRIO ESTRUCTURA DE METAL POLIESTIRENO PLANCHA GALVANIZADA

31 Sistema de calefacción FALSO TECHO RESISTENCIAS BARRA DE VENTILADORES VENTILADOR

32 Intercambio de aire INGRESO DEL AIRE VENTILADORES EXTRACTOR DE AIRE HUMEDO

33 Falso techo 0.6 m 3.4 m BAFLE PLANCHA GALVANIZADA 4.6 m

34 Sistema para humedecer la cámara

35 ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE CONTROL

36 Dispositivos de control Microcontrolador Sensores Panel de control: teclado y pantalla LCD Actuadores: motores, resistencias eléctricas, etc.

37 Microcontrolador Pantalla LCD Teclado Sensores Uc Motores Actuadores de ventanas Resistencias eléctricas

38 Panel de control - Teclado

39 Panel de control - LCD

40 Sensor de temperatura

41 Sensor de humedad relativa

42 Higrómetro

43 Cable y clavo para medir humedad en la madera

44 Actuadores

45 Actuadores

46 Actuadores

47 Actuadores

48 Variables a controlar Temperatura Humedad Relativa

49 Diagrama de control de temperatura

50 Diagrama de control de humedad relativa

51 Configuración de parámetros de secado T < min SI Enciende resistencias eléctricas NO T > max NO Control de Temperatura SI Apaga resistencias eléctricas HR > max NO HR < min SI NO Enciende extractor de aire, abre las ventanas y cierra aspersores de agua Control de Humedad Relativa SI Apaga extractor de aire, cierra las ventanas y abre aspersores de agua NO Fin de secado? SI Muestra mensaje de fin de proceso en LCD FIN

52 Características del programa de control Muestra menús en diferentes pantallas según la opción 3 programas de control: Cedro, Bolaina y Pumaquiro. 2 programas opcionales personalizados. Estrategia de control de 6 fases Personalización de parámetros del sistema Capacidad de realizar un test a los dispositivos de control

53 Información en pantalla LCD Programa y Fase Set Point Sensado CEDRO 1.Calefac Optimo: 30.0 C 80% Medido: 28.4 C 69% 02:19 17:21:34 Tiempo de fase Reloj

54 Inicio TEMA DE TESIS Camara Automatizada Secado de Madera MENU DE INICIO 1. Programas 2. Config Parametro 3. Test del Sistema 1. PROGRAMAS 1. Prog Definidos 2. Programa 1 3. Programa PROG DEFINIDOS 1. Cedro 2. Pumaquiro 3. Bolaina Blanca CEDRO 1. Calefac 4. Acond 2. Secado 5. Enfria 3. Iguala 6. Extra PUMAQUIRO 1. Calefac 4. Acond 2. Secado 5. Enfria 3. Iguala 6. Extra BOLAINA BLANCA 1. Calefac 4. Acond 2. Secado 5. Enfria 3. Iguala 6. Extra 1.2 Programa 1 1. Calefac 4. Acond 2. Secado 5. Enfria 3. Iguala 6. Extra CALEFACCION Hum. Relativa: 60% Temp. Final: 35 C Grados/Hora: 05 C 1.3 Programa 2 1. Calefac 4. Acond 2. Secado 5. Enfria 3. Iguala 6. Extra SECADO 1. Fase 1 4. Fase 4 2. Fase 2 5. Fase 5 3. Fase 3 6. Fase IGUALACION Hum. Relativa: Temperatura: FASE 1 Hum. Relativa: Temperatura: ACONDICIONAMIENTO Hum. Relativa: Temperatura: FASE 6 Hum. Relativa: Temperatura: ENFRIAMIENTO Hum. Relativa: Temp. Final: Grados/Hora: FASE EXTRA Hum. Relativa: Temperatura: 2. CONFIG PARAM 1. Reloj 2. Extractor 3. Zona Neutra 2.1 CONFIG HORA Hora actual: 09:45: EXTRACTOR Frec. (Horas): 01 Tiempo (Min): ZONA NEUTRA Hum. Relativa: 02% Temperatura: 02 C 3. TEST DEL SISTEMA 1. Ventila 4. Ventana 2. Extract 5. Alarma 3. Resist 6. Aspersor

55 ESTRATEGIA DE CONTROL

56 Fases del proceso de secado INICIO 1. CALENTAMIENTO 2. SECADO 3. IGUALACION 4. ACONDICIONAMIENTO 5. ENFRIAMIENTO 6. ACONDICIONAMIETO POSTERIOR 7. GENERICA FIN

57 Modelo de programa de secado Paso Contenido de Humedad (%) Temperatura C Humedad Relativa (%) 1 > 35 37, , , , , < 15 49,0 32

58 Capacidad de secado Vr L A H C C B K Donde : Vr = Volumen real de madera en la pila, en metros cúbicos. L = Longitud de la pila en metros. A = Ancho de la pila en metros. H = Altura de la pila en metros. C = Espesor de la madera en centímetros. B = Espesor de los separadores en centímetros. K = Factor de apilado

59 0.6 m 1.15 m 0.1 m 1.15 m 0.1 m 1.15 m 0.6 m 0.1 m 1.7 m 0.1 m 0.9 m 0.9 m 0.9 m 0.9 m 0.45 m 0.1 m 0.1 m 0.1 m 0.45 m

60 Apilado de la madera

61 PRUEBAS REALIZADAS

62 Variedades de madera Blanda: Bolaina blanca Densidad media: Tornillo Dura: Shihuahuaco

63 Cortes de la bolaina blanca

64 Comportamiento de secado

65 Cortes del tornillo

66 Comportamiento de secado

67 Cortes del shihuahuaco

68 Comportamiento de secado

69 COSTOS DE INVERSIÓN Y RENTABILIDAD

70 Costos de la cámara de secado

71 Costos de la cámara de secado

72 Costos de la cámara de secado

73 Costos de secado

74 Rentabilidad

75 PRESENTACIÓN DE LA CÁMARA

76

77 CONCLUSIONES

78 Conclusiones 1. Es posible acelerar el proceso y minimizar las fallas de secado. 2. El sistema de control puede ser modificado a nivel de hardware y de programa de acuerdo a las necesidades del uso de la cámara. 3. Es posible diseñar cámaras para la esterilización de maderas para embalaje. 4. Una cámara de secado de mayor capacidad no podría realizarse con resistencias eléctricas. 5. El sistema automatizado para secado de madera va de la mano del operario. 6. Económicamente es rentable la implementación de la cámara. 7. Se abren posibilidades para implementar otras cámaras de mayor capacidad de secado. 8. Este sistema con algunos cambios puede ser utilizado en la deshidratación de alimentos.