Métodos de secado de madera más m s comunes 1. Secado completo al aire libre (secado natural). 2. Secado completo en cámaras de secado u hornos (convencional). 3. Secado al aire hasta cerca del punto de saturación de las fibras y completando el proceso en un horno (convencional). El método a emplear depende de numerosos factores tales como la especie de madera, espesor del material, la velocidad secado, y la degradación o daño permisible. Así como también del abastecimiento (producción) o de la demanda de madera seca. Clasificación n de la madera para el secado Criterio de clasificación Por especie Por Espesor Por Anchos Por longitud Por contenido de humedad Por calidad Comentarios Maderas de secado rápido y otras de secado lento, tendencia a sufrir defectos, necesidades de mercado y/o producción. La velocidad del secado depende o es afectado por el espesor de la madera. Las piezas de menor espesor se secan primero. Es conveniente organizar las piezas de forma tal que queden espacios homogéneos y verticales chimeneas en el interior de la pila. Asegurar una restricción mecánica y evitar deformaciones y rajaduras por extremos (alineamiento de separadores), el apilado es más fácil con piezas de la misma longitud. La madera aserrada proviene de distintos lotes de producción, lo que implica CH iniciales distintos, por lo que es conveniente separar aunque sean espesores y especies iguales. Conviene clasificar por grados de calidad para secar la madera de mayor valor en condiciones menos severas. A veces la madera de menor calidad se usa para proteger las partes superiores y laterales de las pilas. IMPORTANCIA DEL CHe DE LA MADERA El conocimiento del CHE es fundamental para la conducción del secado artificial. Existe relación entre el CH final y el CHE. Determinación n del CH en la madera El agua presente en la madera se expresa como el contenido de humedad y se define como la relación del peso del agua contenida en la madera respecto al peso seco (libre de humedad) de la madera. Existen varios métodos para determinar el CH de la madera, los más importantes: Método gravimétrico: CH= ((P inicial P seco ) / P seco )*100 Método eléctrico: La propiedad eléctrica más importante de la madera es su resistencia al paso de una corriente eléctrica. Control del contenido de humedad en una pila de secado Apilado incorrecto: Sin separación entre el suelo y la pila de madera. Pilas de madera inclinadas. La vegetación en el suelo dificulta el secado y forma un medio propicio para la propagación de los agentes de biodeterioro en la madera. Preparación de las muestras testigo para el control del %CH de la madera durante el secado 1
Secado artificial en hornos Surgió como respuesta a las deficiencias del secado natural. Por medio de aparatos e instalaciones especiales, se establecen en recintos cerrados condiciones climáticas diferentes a las condiciones atmosféricas normales. Mediante ventiladores, se produce un flujo de aire estable que circula a través de las pilas de madera, con temperatura y humedad relativa controladas de acuerdo a programas preestablecidos según la especie y dimensiones de la madera en proceso. Vistas de patios con un drenaje adecuado, un suelo libre de vegetación y con suficiente separación entre la madera y el suelo Etapas del proceso Dichas etapas son: Tradicionalmente en el secado en hornos convencionales, existen etapas que son comunes a todas las especies. Etapa preparatoria: Se suministra calor y humedad a la carga de madera Objetivos: 1. Alcanzar las condiciones de temperatura y HR del aire dentro de la cámara 2. Homogenizar la temperatura de toda la carga de madera, así como también se busca homogenizar el CH inicial de la carga. Etapa preparatoria o de calefacción Etapa de secado Etapa post-secado CH inicial de tablas E. grandis de 25 mm espesor Etapa de secado: Se busca disminuir el CH de la madera, siguiendo la pauta o programa de secado establecido, hasta lograr el CH final deseado. Ésta etapa por lo general es la más larga del proceso. En esta etapa entran en juego variables como temperatura bulbo seco, temperatura bulbo húmedo, diferencia psicrométrica, HR, velocidad de circulación de aire, tiempo de secado y CHE. Objetivos: 1. Alcanzar CH final establecido en el menor tiempo posible. 2. Obtener CH final homogéneo en toda la carga y menor cantidad de defectos. Etapa de post-secado: Se pueden aplicar uno o más tratamientos, buscando mejorar la calidad del proceso y poner a la madera en condiciones de funcionamiento en condiciones ambientales sin sufrir mayores distorsiones. Tratamientos en post-secado: 1. Igualación: El objetivo es homogenizar el CH de todas las tablas que componen la carga. Este tratamiento se inicia cuando la tabla más seca tiene 2% de CH menos que el CH final deseado y termina cuando la tabla más húmeda alcanza el CH final deseado. El CHE deberá ser igual al CH de la tabla más seca. 2. Acondicionamiento: Doble objetivo, reducir o eliminar las tensiones de secado entre la superficie y el interior de la pieza y por otro lado homogenizar el CH en el espesor de la pieza. 3. Enfriamiento: Realizados los tratamientos anteriores y finalizado el secado, es conveniente enfriar la madera dentro de la cámara para evitar el riesgo de el reestablecimiento de las tensiones de secado. 2
Conducción n práctica del secado 1. Preparación de la carga: Inspección de la carga Homogeneidad de CH inicial Espesores y especies Estado fitosanitario de la madera Calidad general de la madera Inspección de los sistemas de control Apilado y carga del horno 2. Control y regulación del proceso de secado: Control evolución del CH de la madera Control de las condiciones dentro del horno Sistemas de regulación Semi-automática Automática En función del tiempo En función del CH de la madera Fases del proceso de secado Programas de secado Cuidado de la madera Ventajas y limitaciones del secado al horno Limitaciones: Alto costo de la inversión inicial en equipo, combustible, electricidad y supervisión. Dependiendo de la demanda se requieren secadores de gran capacidad (m 3 ). Requiere de personal altamente capacitado para el control del secado. Ventajas Menor duración del proceso, se obtienen CH final bajos de acuerdo al uso final. Es posible controlar parámetros como temperatura, HR, velocidad de circulación del aire, no depende de las condiciones climáticas. Se tiene más eficiencia en el proceso de secado, velocidad del secado es de 10 a 40 veces más rápido que el secado al aire. Defectos de secado Defectos asociados por ataque de hongos: ocasiona manchas, pudrición y moho Defectos asociados por acción química: ocasionan oxidaciones (cambios de color en la madera) Defectos asociados por ataque de insectos: ocasiona agujeros, perforaciones y en algunos casos también manchas CAMBIOS DIMENSIONALES EN LA MADERA Contracciones (merma) e hinchamientos La contracción se produce solamente cuando la madera posee un CH menor al PSF. Defectos asociados con la contracción: Endurecimiento superficial Grietas: superficiales y/o por extremos Apanalamiento (grietas internas) Pandeos: Acanaladura, arqueadura, encorvadura, alabeo El hinchamiento es un fenómeno análogo a la contracción pero en forma inversa, se produce hasta que la madera alcanza el valor de CH correspondiente al PSF, aumenta su peso pero no se producen cambios dimensionales. Cambios dimensionales de la madera relacionados a su CH Cuando la madera se seca por debajo del PSF, la humedad es removida de la PC y la madera se contrae. Anisotropía de la madera: estructura anatómica, %CH, PE Defectos de secado Los defectos asociados con la contracción de la madera se ven incrementados cuando se utilizan temperaturas elevadas y/o bajas humedades relativas, o altas velocidades de circulación del aire, durante las etapas críticas del proceso de secado. Colapso Bolsas de agua Grietas por cabeza 3
Pandeos Torceduras o pandeos Arqueadura Encorvadura Alabeo Acanaladura El factor causante de las torceduras por lo general es un apilado INCORRECTO. Dado que la temperatura vuelve más plástica a la madera, por lo que ésta adopta la forma que le dictan los esfuerzos aplicados a ella. La deformación adoptada es permanente. Si el espaciamiento de los separadores es demasiada la madera se flexiona. Endurecimiento superficial Este defecto se debe a la aplicación de un programa de secado severo al iniciarse el proceso, alta temperatura y gran diferencia psicrométrica. Bajo éstas condiciones, las capas superficiales de la madera pierden rápidamente humedad alcanzando un CH menor que el correspondiente al PSF, iniciándose por lo tanto una contracción en las capas superficiales originándose esfuerzos de tensión perpendicular al grano. El endurecimiento superficial se considera un defecto grave cuando la madera que lo presenta va ser reaserrada. Puede ser corregido por un proceso de vaporización o acondicionamiento de la madera en el horno durante varias horas al final del secado. Algunas medidas sugeridas: Prevención n de defectos Grietas superficiales y en extremos Evitar la radiación directa del sol sobre la madera. Evitar la acción de las corrientes secas y fuertes sobre madera húmeda. Proteger los extremos de las piezas de madera (pintura aluminio ó parafina). Las grietas internas se pueden evitar por medio de la selección de un programa de secado adecuado. Pandeos / torceduras: Se minimizan de una manera satisfactoria con un buen apilado de la madera a secar. También se puede aplicar un vaporizado cuando la carga a llegado al CH final, durante un tiempo prudencial y la madera pueda enderezar, la madera se debe enfriar y luego retirar los pesos. Cubierta metálica de protección (lluvia y rayos solares) para pilas horizontales en secado al aire libre, además con pesos para minimizar pandeos Apilado bastante correcto dentro de una cámara de secado Programación del secado en una industria Cuánta madera debe secarse? Vm xt V n = T Donde: V n =Volumen neto en la planta de secado, m 3 /carga V m =Cantidad de madera seca requerida por mes, en la empresa, en m 3 /mes o por semana T s =Tiempo promedio de secado, incluyendo operaciones de carga y descarga, en horas/carga T t =Tiempo total de trabajo de la secadora, en horas/mes u horas/semana t s 4
Ejemplo: Calcule la capacidad de un secador de madera sabiendo que la empresa debe vender 7000 pmt de madera seca de melina por semana. La melina dura 18 días secando. El programa de secado se ejecuta 24 horas al día Para cargar manualmente un horno se dispone de 1,5 días y para descargar un tiempo de 0,5 días El horno solo trabaja 20 días por mes. El tamaño del horno En función de la cantidad de madera que se deba secar por mes así debe tomarse la decisión de si es mejor tener varios hornos pequeños o un horno grande. Ventajas Desventajas Varios Hornos pequeños: Un horno grande: Varios Hornos pequeños: Un horno grande: Varias cargas de diferentes especies y espesores Tiempos cortos de carga Menos riesgos por deficiencias operacionales Ocupa menos área de terreno Menos costo de construcción Menos costos de operación Mayor economía en el trabajo Menor inversión en la adquisición del equipo Requieren mayor espacio Mayor costo unitario de producción Inversiones mayores en accesorios Más tiempo para operación y mantenimiento Menos económicos en general Dificultades en la planificación de la producción Mayor área de almacenamiento para material seco Mayor tiempo en carga y descarga Mayor riesgo por deficiencias operacionales Cómo cubicar madera apilada Coeficiente de apilado V r e = l x a x h x x K e + b Donde: V r : volumen real de madera en la pila en m 3 l: largo de la pila, en metros a: ancho de pila, en metros h: alto de pila, en metros e: espesor de la madera, en cm b: espesor de los separadores, en cm K: coeficiente de apilado Factor que da cuenta del grado de disminución en el volumen real de la madera que se apila debido a la desuniformidad en longitudes y distancias de separación 5
Clasificación Ejemplo: 0,9 0,8 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 madera bien recortada, con longitud uniforme y apilada en general sin espacios entre piezas mismas condiciones anteriores pero con largo desuniforme igual que la primera pero con cantos no desorillados igual que la anterior pero sin tablas rectas y con espacio entre piezas lo mismo que la anterior pero con tablas de longitud diferente Calcule el volumen real de una pila de madera que tiene las siguientes condiciones: l= 3,0 m a=1,2 m h=1,0 m e=2,5 cm b=2,0 cm K=0,9 6