Secado de madera

El secado de la madera (también secado de la madera o secado de la madera ) reduce el contenido de humedad de la madera antes de su uso. Cuando el secado se realiza en horno , el producto se conoce como madera secada en horno , mientras que el secado al aire es el método más tradicional.

Hay dos razones principales para secar la madera:

carpintería: Cuando la madera se utiliza como material de construcción, ya sea como soporte estructural en un edificio o en objetos de carpintería , absorberá o expulsará la humedad hasta estar en equilibrio con su entorno. El equilibrio (normalmente el secado) provoca una contracción desigual en la madera y puede dañar la madera si el equilibrio se produce demasiado rápido. Se debe controlar el equilibrio para evitar daños a la madera. ^{[ cita necesaria ]}
Madera quemandose: Cuando se quema madera ( leña ), suele ser mejor secarla primero. Los daños por contracción no son un problema aquí, como puede serlo en el caso del secado para trabajar la madera. La humedad afecta el proceso de combustión y los hidrocarburos no quemados suben por la chimenea. Si un tronco 50% húmedo se quema a alta temperatura, con una buena extracción de calor de los gases de escape que lleva a una temperatura de escape de 100 °C , aproximadamente el 5% de la energía del tronco se desperdicia al evaporar y calentar el vapor de agua. Con los condensadores, la eficiencia se puede aumentar aún más; pero, para una estufa normal, la clave para quemar leña húmeda es quemarla muy caliente, tal vez encendiendo el fuego con leña seca. ^{[ cita necesaria ]}

Para algunos fines, la madera no se seca en absoluto y se utiliza verde . A menudo, la madera debe estar en equilibrio con el aire exterior, como en el caso de la madera de construcción, o con el aire interior, como en el caso de los muebles de madera.

La madera se seca al aire o en un horno especialmente diseñado . Por lo general, la madera se corta antes de secarla, pero a veces el tronco se seca entero.

El endurecimiento por cementación describe madera o madera que se ha secado demasiado rápido. Inicialmente, la madera se seca desde la cáscara (superficie), encogiendo la cáscara y comprimiendo el núcleo. Cuando esta cubierta tiene un bajo contenido de humedad, se "fraguará" y resistirá la contracción. El núcleo de la madera todavía tiene un mayor contenido de humedad. Este núcleo comenzará entonces a secarse y encogerse. Sin embargo, cualquier contracción es resistida por el caparazón ya "fijado". Esto conduce a tensiones inversas; esfuerzos de compresión en la cáscara y esfuerzos de tensión en el núcleo. Esto da como resultado un estrés continuo llamado endurecimiento de la caja. La [madera] endurecida puede deformarse considerablemente y peligrosamente cuando se libera la tensión mediante el aserrado .

tipos de madera

La madera se divide, según su origen botánico, en dos clases: maderas blandas, procedentes de coníferas, y maderas duras, procedentes de árboles de hoja ancha. Las maderas blandas son más ligeras y generalmente de estructura simple, mientras que las maderas duras son más duras y complejas. Sin embargo, en Australia, la madera blanda generalmente describe los árboles de la selva tropical y la madera dura describe las especies de esclerófilas ( Eucalyptus spp ).

Las maderas blandas como el pino suelen ser mucho más ligeras y fáciles de procesar que las maderas duras como la madera de árboles frutales. La densidad de las maderas blandas oscila entre350 kg/m ³ a700 kg/m ³ , mientras que las maderas duras son450 kg/m ³ a1250 kg/ ^m3 . Una vez secos, ambos constan de aproximadamente un 12% de humedad ( Desch y Dinwoodie, 1996 ). Debido a la estructura más densa y compleja de la madera dura, su permeabilidad es mucho menor que la de la madera blanda, lo que hace que sea más difícil de secar. Aunque hay aproximadamente cien veces más especies de árboles de madera dura que de árboles de madera blanda, la capacidad de secarse y procesarse más rápido y más fácilmente hace que la madera blanda sea el principal suministro de madera comercial en la actualidad.

Relaciones madera-agua

Madera tras ser recubierta con una capa de agua, con una reflectividad similar a la de un charco.

Cuando la madera verde se seca, el agua libre de la luz celular, retenida únicamente por las fuerzas capilares, es la primera en desaparecer. Las propiedades físicas, como la resistencia y la contracción, generalmente no se ven afectadas por la eliminación del agua libre. El punto de saturación de la fibra (FSP) se define como el contenido de humedad en el que el agua libre debe desaparecer por completo, mientras que las paredes celulares están saturadas con el agua unida. En la mayoría de los tipos de madera, el punto de saturación de las fibras se sitúa entre el 25 y el 30% de contenido de humedad. Siau (1984) informó que el punto de saturación de la fibra La madera de árboles vivos y troncos frescos contiene una gran cantidad de agua que a menudo constituye más del 50% del peso de la madera. El agua tiene una influencia significativa sobre la madera. La madera intercambia continuamente humedad o agua con su entorno, aunque la tasa de intercambio se ve fuertemente afectada por el grado de sellado de la madera.

La madera contiene agua en tres formas:

agua gratis: La mayor parte del agua contenida en la luz celular sólo se retiene mediante fuerzas capilares. No está ligada químicamente y se llama agua libre. El agua libre no se encuentra en el mismo estado termodinámico que el agua líquida: se requiere energía para superar las fuerzas capilares . Además, el agua libre puede contener productos químicos que alteran las características de secado de la madera.
Agua ligada o higroscópica: El agua unida se une a la madera mediante enlaces de hidrógeno . La atracción de la madera por el agua surge de la presencia de grupos hidroxilo (OH) libres en las moléculas de celulosa , hemicelulosas y lignina de la pared celular. Los grupos hidroxilo están cargados negativamente. Como el agua es un líquido polar, los grupos hidroxilo libres de la celulosa atraen y retienen el agua mediante enlaces de hidrógeno.
Vapor: El agua en la luz celular en forma de vapor de agua normalmente es insignificante a temperatura y humedad normales. ^[1]

Contenido de humedad

El contenido de humedad de la madera se calcula como el cambio de masa como proporción de la masa seca, mediante la fórmula (Siau, 1984):

{\text{moisture content}}={\frac {m_{\text{g}}-m_{\text{od}}}{m_{\text{od}}}}\times 100\%

Aquí, es la masa verde de la madera, es su masa seca al horno (la obtención de una masa constante generalmente después del secado en un horno a temperatura $m_{\text{g}}$ $m_{\text{od}}$ 103 ± 2°C (218 ± 4 °F ) durante 24 horas como lo mencionan Walker et al. , 1993). La ecuación también se puede expresar como una fracción de la masa del agua y la masa de la leña secada al horno en lugar de un porcentaje. Por ejemplo,0,59 kg/kg (seco al horno) expresa el mismo contenido de humedad que 59% (seco al horno).

Punto de saturación de la fibra

Cuando la madera verde se seca, el agua libre de la luz celular, retenida únicamente por las fuerzas capilares, es la primera en desaparecer. Las propiedades físicas, como la resistencia y la contracción, generalmente no se ven afectadas por la eliminación del agua libre. El punto de saturación de la fibra (FSP) se define como el contenido de humedad en el que el agua libre debe desaparecer por completo, mientras que las paredes celulares están saturadas con el agua unida. En la mayoría de los tipos de madera, el punto de saturación de las fibras se sitúa entre el 25 y el 30% de contenido de humedad. Siau (1984) informó que el punto de saturación de la fibra (kg/kg) depende de la temperatura T (°C) según la siguiente ecuación: $X_{\text{fsp}}$

X_{\text{fsp}}=0.30-(T-20C)/1000K\;

(1.2)

Keey et al. (2000) utilizan una definición diferente del punto de saturación de la fibra (contenido de humedad de equilibrio de la madera en un ambiente de 99% de humedad relativa).

Muchas propiedades de la madera muestran cambios considerables a medida que la madera se seca por debajo del punto de saturación de la fibra, entre ellas:

volumen (lo ideal es que no se produzca contracción hasta que se pierda parte del agua unida, es decir, hasta que la madera se seque por debajo del FSP);
resistencia (las resistencias generalmente aumentan consistentemente a medida que la madera se seca por debajo del FSP (Desch y Dinwoodie, 1996), excepto la resistencia a la flexión por impacto y, en algunos casos, la tenacidad);
resistividad eléctrica , que aumenta muy rápidamente con la pérdida de agua unida cuando la madera se seca por debajo del FSP.

Contenido de humedad de equilibrio

La madera es una sustancia higroscópica . Tiene la capacidad de absorber o desprender humedad en forma de vapor. El agua contenida en la madera ejerce su propia presión de vapor, que está determinada por el tamaño máximo de los capilares llenos de agua en cada momento. Si la presión del vapor de agua en el espacio ambiente es menor que la presión del vapor dentro de la madera, se produce la desorción. Los capilares de mayor tamaño, que en ese momento están llenos de agua, se vacían primero. La presión de vapor dentro de la madera disminuye a medida que el agua va contenida sucesivamente en capilares más pequeños. Finalmente se alcanza una etapa en la que la presión de vapor dentro de la madera es igual a la presión de vapor en el espacio ambiental sobre la madera y cesa la desorción adicional. La cantidad de humedad que permanece en la madera en esta etapa está en equilibrio con la presión del vapor de agua en el espacio ambiente y se denomina contenido de humedad de equilibrio o EMC (Siau, 1984). Debido a su higroscopicidad, la madera tiende a alcanzar un contenido de humedad que está en equilibrio con la humedad relativa y la temperatura del aire circundante.

La CEM de la madera varía significativamente con la humedad relativa ambiental (en función de la temperatura) y, en menor grado, con la temperatura. Siau (1984) informó que la EMC también varía muy ligeramente según la especie, la tensión mecánica, el historial de secado de la madera, la densidad, el contenido de extractos y la dirección de sorción en la que tiene lugar el cambio de humedad (es decir, adsorción o desorción).

Contenido de humedad de la madera en servicio.

La madera conserva sus características higroscópicas después de su utilización. Luego se somete a fluctuaciones de humedad, el factor dominante en la determinación de su EMC. Estas fluctuaciones pueden ser más o menos cíclicas, como cambios diurnos o cambios estacionales anuales.

Para minimizar los cambios en el contenido de humedad de la madera o el movimiento de los objetos de madera en servicio, la madera generalmente se seca hasta un contenido de humedad cercano a las condiciones EMC promedio a las que estará expuesta. Estas condiciones varían para usos interiores en comparación con usos exteriores en una ubicación geográfica determinada. Por ejemplo, según la Norma Australiana para la Calidad del Secado de la Madera (AS/NZS 4787, 2001), se recomienda que la EMC sea del 10% al 12% para la mayoría de los estados australianos, aunque los casos extremos son del 15 al 18% para algunos. lugares en Queensland, el Territorio del Norte, Australia Occidental y Tasmania. Sin embargo, en casas y oficinas secas con calefacción central o en edificios con aire acondicionado permanente, la CEM es tan baja como del 6 al 7%.

Contracción e hinchazón

La contracción y el hinchamiento pueden ocurrir en la madera cuando se cambia el contenido de humedad (Stamm, 1964). La contracción se produce cuando el contenido de humedad disminuye, mientras que la hinchazón se produce cuando aumenta. El cambio de volumen no es igual en todas las direcciones. El mayor cambio dimensional se produce en dirección tangencial a los anillos de crecimiento. La contracción desde la médula hacia afuera, o radialmente, suele ser considerablemente menor que la contracción tangencial, mientras que la contracción longitudinal (a lo largo de la fibra) es tan ligera que normalmente se ignora. La contracción longitudinal es del 0,1 % al 0,3 %, a diferencia de la contracción transversal, que es del 2 % al 10 %. La contracción tangencial suele ser aproximadamente el doble que en la dirección radial, aunque en algunas especies es hasta cinco veces mayor. La contracción es aproximadamente del 5 % al 10 % en la dirección tangencial y aproximadamente del 2 % al 6 % en la dirección radial (Walker et al. , 1993).

La contracción transversal diferencial de la madera está relacionada con:

la alternancia de incrementos de madera tardía y madera temprana dentro del anillo anual;
la influencia de los rayos de la madera en la dirección radial (Kollmann y Cote, 1968);
las características de la estructura de la pared celular, como modificaciones del ángulo de las microfibrillas y hoyos;
la composición química de la laminilla media.

El secado de la madera puede describirse como el arte de garantizar que los grandes cambios dimensionales debido a la contracción se limiten al proceso de secado. Lo ideal es que la madera se seque hasta alcanzar el contenido de humedad de equilibrio que alcanzará más tarde (en servicio). Por lo tanto, se mantendrán al mínimo cambios dimensionales adicionales.

Probablemente sea imposible eliminar por completo el cambio dimensional en la madera, pero la eliminación del cambio de tamaño puede aproximarse mediante modificación química. Por ejemplo, la madera puede tratarse con productos químicos para reemplazar los grupos hidroxilo con otros grupos funcionales hidrófobos de agentes modificadores (Stamm, 1964). Entre todos los procesos existentes, la modificación de la madera con anhídrido acético se destaca por la alta eficiencia anti-encogimiento o anti-hinchamiento (ASE) que se puede lograr sin dañar la madera. Sin embargo, la acetilación de la madera ha tardado en comercializarse debido al costo, la corrosión y el atrapamiento del ácido acético en la madera. Existe un extenso volumen de literatura relacionada con la modificación química de la madera (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

El secado de la madera es un método para agregar valor a los productos aserrados de las industrias primarias de procesamiento de la madera. Según la Corporación Australiana de Investigación y Desarrollo de Productos Forestales y de Madera (FWPRDC), la madera dura aserrada en verde, que se vende a unos 350 dólares por metro cúbico o menos, aumenta su valor a 2.000 dólares por metro cúbico o más con el secado y el procesamiento. Sin embargo, los procesos de secado convencionales utilizados actualmente a menudo dan como resultado importantes problemas de calidad debido a grietas, tanto externas como internas, lo que reduce el valor del producto. Por ejemplo, en Queensland (Anón, 1997), suponiendo que el 10% de la madera blanda seca se devalúe en 200 dólares por metro cúbico debido a defectos de secado, los aserraderos están perdiendo alrededor de 5 millones de dólares al año. En Australia, la pérdida podría ser de 40 millones de dólares al año para la madera blanda y una cantidad igual o superior para la madera dura. Por lo tanto, el secado adecuado en condiciones controladas antes de su uso es de gran importancia en el uso de la madera, en países donde las condiciones climáticas varían considerablemente en diferentes épocas del año. ^{[ cita necesaria ]}

El secado, si se realiza rápidamente después de la tala de árboles, también protege la madera contra la descomposición primaria, las manchas de hongos y el ataque de ciertos tipos de insectos. Los organismos que causan descomposición y manchas generalmente no pueden prosperar en madera con un contenido de humedad inferior al 20%. Varias plagas de insectos, aunque no todas, sólo pueden vivir en la madera verde.

Además de las ventajas mencionadas del secado de la madera, los siguientes puntos también son importantes (Walker et al. , 1993; Desch y Dinwoodie, 1996):

La madera seca es más ligera y se reducen los costes de transporte y manipulación.
La madera seca es más fuerte que la madera verde en la mayoría de las propiedades de resistencia.
Las maderas que se van a impregnar con conservantes deben secarse adecuadamente para lograr una penetración adecuada, especialmente en el caso de conservantes de tipo aceite.
En el campo de la modificación química de la madera y los productos de madera, el material debe secarse hasta alcanzar un cierto contenido de humedad para que se produzcan las reacciones adecuadas.
La madera seca generalmente funciona, mecaniza, termina y pega mejor que la madera verde (aunque hay excepciones; por ejemplo, la madera verde suele ser más fácil de tornear que la madera seca). Las pinturas y acabados duran más en madera seca.
Las propiedades de aislamiento eléctrico y térmico de la madera mejoran mediante el secado.

Por lo tanto, el secado rápido de la madera inmediatamente después de la tala mejora y agrega valor significativamente a la madera en bruto. El secado permite una economía sustancial a largo plazo al racionalizar el uso de los recursos madereros. El secado de la madera es, por tanto, un área de investigación y desarrollo que preocupa a muchos investigadores y empresas madereras de todo el mundo.

Mecanismos de movimiento de la humedad.

El agua en la madera normalmente se mueve de zonas de mayor contenido de humedad a zonas de menor contenido de humedad (Walker et al. , 1993). El secado comienza desde el exterior de la madera y avanza hacia el centro, siendo necesario también el secado por el exterior para expulsar la humedad de las zonas interiores de la madera. Posteriormente la madera alcanza el equilibrio con el aire circundante en cuanto a contenido de humedad.

Pasajes de humedad

La fuerza impulsora del movimiento de la humedad es el potencial químico. Sin embargo, no siempre es fácil relacionar el potencial químico de la madera con variables comúnmente observables, como la temperatura y el contenido de humedad (Keey et al. , 2000). La humedad en la madera se mueve dentro de la madera como líquido o vapor a través de varios tipos de conductos, según la naturaleza de la fuerza impulsora (por ejemplo, presión o gradiente de humedad) y las variaciones en la estructura de la madera (Langrish y Walker, 1993), como se explica en la siguiente sección sobre las fuerzas impulsoras del movimiento de la humedad. Estas vías constan de cavidades de los vasos, fibras, células de los radios, cámaras de hoyos y las aberturas de sus membranas, espacios intercelulares y conductos transitorios de la pared celular.

El movimiento del agua se produce en estos conductos en cualquier dirección, tanto longitudinalmente en las celdas, como también lateralmente de celda en celda hasta llegar a las superficies de secado laterales de la madera. La mayor permeabilidad longitudinal de la albura de las maderas duras generalmente se debe a la presencia de vasos. La permeabilidad lateral y el flujo transversal suelen ser muy bajos en las maderas duras. Los vasos en las maderas duras a veces se encuentran obstruidos por la presencia de tílides y/o por la secreción de gomas y resinas en algunas otras especies, como se mencionó anteriormente. La presencia de venas de goma, cuya formación suele ser el resultado de la respuesta protectora natural de los árboles ante las lesiones, se observa comúnmente en la superficie de las tablas aserradas de la mayoría de los eucaliptos. A pesar de la fracción de volumen generalmente mayor de los rayos en las maderas duras (típicamente 15% del volumen de la madera), los rayos no son particularmente efectivos en el flujo radial, ni los hoyos en las superficies radiales de las fibras son efectivos en el flujo tangencial (Langrish y Walker, 1993). .

Espacio de movimiento de humedad.

El espacio disponible para el aire y la humedad en la madera depende de la densidad y porosidad de la madera. La porosidad es la fracción de volumen del espacio vacío en un sólido. Se informa que la porosidad es del 1,2 al 4,6% del volumen seco de la pared celular de la madera (Siau, 1984). Por otro lado, la permeabilidad es una medida de la facilidad con la que los fluidos se transportan a través de un sólido poroso bajo la influencia de algunas fuerzas impulsoras, por ejemplo, el gradiente de presión capilar o el gradiente de humedad. Está claro que los sólidos deben ser porosos para ser permeables, pero de ello no se sigue necesariamente que todos los cuerpos porosos sean permeables. La permeabilidad sólo puede existir si los espacios vacíos están interconectados por aberturas. Por ejemplo, una madera dura puede ser permeable porque hay picaduras entre los vasos con aberturas en las membranas (Keey et al. , 2000). Si estas membranas están ocluidas o incrustadas, o si se aspiran las fosas, la madera adopta una estructura de células cerradas y puede ser prácticamente impermeable. La densidad también es importante para las maderas duras impermeables porque se atraviesa más material de pared celular por unidad de distancia, lo que ofrece una mayor resistencia a la difusión (Keey et al. , 2000). Por lo tanto, las maderas más ligeras, en general, se secan más rápidamente que las maderas más pesadas. El transporte de fluidos es a menudo un flujo masivo (transferencia de momento) para maderas blandas permeables a alta temperatura, mientras que la difusión ocurre para maderas duras impermeables (Siau, 1984). Estos mecanismos se analizan a continuación.

Fuerzas impulsoras del movimiento de la humedad.

Tres fuerzas impulsoras principales utilizadas en diferentes versiones de modelos de difusión son el contenido de humedad, la presión parcial del vapor de agua y el potencial químico del agua (Skaar, 1988; Keey et al. , 2000). Estos se analizan aquí, incluida la acción capilar, que es un mecanismo para el transporte libre de agua en maderas blandas permeables. La diferencia de presión total es la fuerza impulsora durante el secado al vacío de la madera.

Acción capilar

Las fuerzas capilares determinan los movimientos (o la ausencia de movimiento) del agua libre. Se debe tanto a la adhesión como a la cohesión. La adhesión es la atracción entre el agua hacia otras sustancias y la cohesión es la atracción de las moléculas del agua entre sí.

A medida que la madera se seca, la evaporación del agua de la superficie genera fuerzas capilares que ejercen una atracción sobre el agua libre en las zonas de la madera debajo de las superficies. Cuando ya no hay agua libre en la madera, las fuerzas capilares ya no son importantes.

Diferencias en el contenido de humedad

El potencial químico se explica aquí ya que es la verdadera fuerza impulsora para el transporte de agua tanto en fase líquida como de vapor en la madera (Siau, 1984). La energía libre de Gibbs por mol de sustancia suele expresarse como el potencial químico de esa sustancia (Skaar, 1933). El potencial químico del agua en el aire no saturado o en la madera por debajo del punto de saturación de las fibras influye en el secado de la madera. El equilibrio se producirá en el contenido de humedad de equilibrio (como se definió anteriormente) de la madera cuando el potencial químico del agua en la madera se vuelve igual al del aire circundante. El potencial químico del agua absorbida es función del contenido de humedad de la madera. Por lo tanto, un gradiente de contenido de humedad de la madera (entre la superficie y el centro), o más específicamente de actividad del agua , va acompañado de un gradiente de potencial químico en condiciones isotérmicas. La humedad se redistribuirá por toda la madera hasta que su potencial químico sea uniforme, lo que dará como resultado un gradiente de potencial cero en el equilibrio (Skaar, 1988). Se supone que el flujo de humedad que intenta alcanzar el estado de equilibrio es proporcional a la diferencia en su potencial químico e inversamente proporcional a la longitud del camino sobre el cual actúa la diferencia de potencial (Keey et al. , 2000).

El gradiente de potencial químico está relacionado con el gradiente del contenido de humedad como se explica en las ecuaciones anteriores (Keey et al. , 2000). El modelo de difusión que utiliza el gradiente de contenido de humedad como fuerza impulsora fue aplicado con éxito por Wu (1989) y Doe et al. (1994). Aunque la concordancia entre los perfiles de contenido de humedad predichos por el modelo de difusión basado en gradientes de contenido de humedad es mejor con contenidos de humedad más bajos que con contenidos más altos, no hay evidencia que sugiera que existen mecanismos de transporte de humedad significativamente diferentes que operan con niveles de humedad más altos. contenido de esta madera. Sus observaciones son consistentes con un proceso de transporte impulsado por la concentración total de agua. El modelo de difusión se utiliza aquí basándose en esta evidencia empírica de que el gradiente de contenido de humedad es una fuerza impulsora para el secado de este tipo de madera impermeable.

Las diferencias en el contenido de humedad entre la superficie y el centro (gradiente, la diferencia de potencial químico entre la interfaz y el volumen) mueven el agua unida a través de los pequeños conductos de la pared celular mediante difusión. En comparación con el movimiento capilar, la difusión es un proceso lento. La difusión es el mecanismo generalmente sugerido para el secado de maderas duras impermeables (Keey et al. , 2000). Además, la humedad migra lentamente debido al hecho de que los extractos tapan las pequeñas aberturas de las paredes celulares del duramen. Esta es la razón por la que la albura generalmente se seca más rápido que el duramen en las mismas condiciones de secado.

Direcciones del movimiento de la humedad para la difusión.

Se ha informado que la relación entre las tasas de difusión longitudinal y transversal (radial y tangencial) de la madera varía desde aproximadamente 100 con un contenido de humedad del 5% hasta 2-4 con un contenido de humedad del 25% (Langrish y Walker, 1993). ). La difusión radial es algo más rápida que la difusión tangencial. Aunque la difusión longitudinal es más rápida, tiene importancia práctica sólo cuando se secan piezas cortas. Generalmente los tableros de madera son mucho más largos que en ancho o espesor. Por ejemplo, el tamaño típico de un tablero verde utilizado para esta investigación era de 6 m de largo, 250 mm de ancho y 43 mm de espesor. Si las tablas se aserran en cuartos, entonces el ancho será en dirección radial mientras que el espesor será en dirección tangencial, y viceversa para tablas aserradas planas. La mayor parte de la humedad se elimina de la madera mediante movimientos laterales durante el secado.

Causas de grietas y grietas durante el secado de la madera y su control.

La principal dificultad que se experimenta al secar la madera es la tendencia de sus capas exteriores a secarse más rápidamente que las interiores. Si se permite que estas capas se sequen muy por debajo del punto de saturación de la fibra mientras el interior aún está saturado, se generan tensiones (llamadas tensiones de secado) porque la contracción de las capas exteriores está restringida por el interior húmedo (Keey et al. , 2000). . Se produce una ruptura en los tejidos de la madera y, en consecuencia, se producen fisuras y grietas si estas tensiones a lo largo de la fibra exceden la resistencia a lo largo de la fibra (unión de fibra a fibra).

El control exitoso de los defectos de secado en un proceso de secado consiste en mantener un equilibrio entre la tasa de evaporación de la humedad de la superficie y la tasa de movimiento hacia afuera de la humedad desde el interior de la madera. A continuación se explicará la forma en que se puede controlar el secado. Una de las formas más exitosas de secar o curar la madera sería el secado en horno, donde la madera se coloca en pilas en un compartimiento del horno y se seca al vapor y liberando el vapor lentamente.

Influencia de la temperatura, la humedad relativa y la tasa de circulación del aire.

Las condiciones externas de secado (temperatura, humedad relativa y velocidad del aire) controlan las condiciones límite externas para el secado y, por lo tanto, la velocidad de secado, además de afectar la velocidad del movimiento interno de la humedad. La velocidad de secado se ve afectada por las condiciones de secado externas (Walker et al. , 1993; Keey et al. , 2000), como se describirá a continuación.

Temperatura: Si la humedad relativa se mantiene constante, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad de secado. La temperatura influye en la velocidad de secado aumentando la capacidad de retención de humedad del aire, así como acelerando la velocidad de difusión de la humedad a través de la madera.
La temperatura real en un horno de secado es la temperatura de bulbo seco (generalmente denotada por Tg), que es la temperatura de una mezcla de vapor y gas que se determina insertando un termómetro con un bulbo seco. Por otro lado, la temperatura de bulbo húmedo (TW) se define como la temperatura alcanzada por una pequeña cantidad de líquido que se evapora en una gran cantidad de una mezcla insaturada de aire y vapor. El elemento sensor de temperatura de este termómetro se mantiene húmedo con una funda de tela porosa que generalmente se coloca en un depósito de agua limpia. Se necesita un flujo de aire mínimo de 2 m/s para evitar la formación de una zona de aire húmedo estancado alrededor del manguito (Walker et al. , 1993). Dado que el aire pasa sobre la manga húmeda, el agua se evapora y enfría el termómetro de bulbo húmedo. La diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y húmedo, la depresión del bulbo húmedo, se utiliza para determinar la humedad relativa a partir de un gráfico higrométrico estándar (Walker et al. , 1993). Una diferencia mayor entre las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo indica una humedad relativa más baja. Por ejemplo, si la temperatura de bulbo seco es de 100 °C y la temperatura de bulbo húmedo de 60 °C, entonces la humedad relativa se lee como 17% en un gráfico higrométrico.
Humedad relativa: La humedad relativa del aire se define como la presión parcial del vapor de agua dividida por la presión del vapor saturado a la misma temperatura y presión total (Siau, 1984). Si la temperatura se mantiene constante, humedades relativas más bajas dan como resultado velocidades de secado más altas debido al mayor gradiente de humedad en la madera, resultante de la reducción del contenido de humedad en las capas superficiales cuando se reduce la humedad relativa del aire. La humedad relativa suele expresarse en porcentaje. Para el secado, el otro parámetro esencial relacionado con la humedad relativa es la humedad absoluta, que es la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco (kg de agua por kg de aire seco). Sin embargo, está influenciado por la cantidad de agua en el aire caliente.
Tasa de circulación de aire: El tiempo de secado y la calidad de la madera dependen de la velocidad del aire y de su circulación uniforme. A una temperatura y humedad relativa constantes, la velocidad de secado más alta posible se obtiene mediante la rápida circulación del aire a través de la superficie de la madera, lo que permite una rápida eliminación de la humedad que se evapora de la madera. Sin embargo, no siempre es deseable una velocidad de secado más alta, particularmente para maderas duras impermeables, porque velocidades de secado más altas desarrollan mayores tensiones que pueden causar que la madera se agriete o se deforme. A velocidades muy bajas del ventilador, menos de 1 m/s, el flujo de aire a través de la chimenea suele ser un flujo laminar y la transferencia de calor entre la superficie de la madera y la corriente de aire en movimiento no es particularmente efectiva (Walker et al. , 1993). La baja efectividad (externamente) de la transferencia de calor no es necesariamente un problema si el movimiento interno de la humedad es la principal limitación al movimiento de la humedad, como lo es para la mayoría de las maderas duras (Pordage y Langrish, 1999).

Clasificación de maderas para secado.

Las maderas se clasifican de la siguiente manera según su facilidad de secado y su propensión a degradarse por secado:

Maderas altamente refractarias: Estas maderas son lentas y difíciles de secar si se quiere que el producto final esté libre de defectos, en particular grietas y hendiduras. Algunos ejemplos son las maderas estructurales pesadas con alta densidad, como la corteza de hierro ( Eucalyptus paniculata ), el butt negro ( E. pilularis ), la goma azul del sur ( E. globulus ) y la caja de cepillos ( Lophostemon cofertus ). Requieren considerable protección y cuidado contra condiciones de secado rápido para obtener mejores resultados (Bootle, 1994).
Maderas moderadamente refractarias: Estas maderas muestran una tendencia moderada a agrietarse y partirse durante el secado. Pueden curarse sin defectos con condiciones de secado moderadamente rápidas (es decir, se puede utilizar una temperatura máxima de bulbo seco de 85 °C). Algunos ejemplos son la goma azul de Sydney ( E. saligna ) y otras maderas de densidad media (Bootle, 1994), que son potencialmente adecuadas para muebles.
Maderas no refractarias: Estas maderas pueden curarse rápidamente para que estén libres de defectos incluso aplicando altas temperaturas (temperaturas de bulbo seco de más de 100 °C) en hornos industriales. Si no se secan rápidamente, pueden desarrollar decoloración (mancha azul) y moho en la superficie. Algunos ejemplos son las maderas blandas y de baja densidad como el Pinus radiata .

Modelo

La velocidad a la que se seca la madera depende de varios factores, los más importantes son la temperatura, las dimensiones de la madera y la humedad relativa. Simpson y Tschernitz ^[2] han desarrollado un modelo simple de secado de la madera en función de estas tres variables. Aunque el análisis se realizó para roble rojo, el procedimiento se puede aplicar a cualquier especie de madera ajustando los parámetros constantes del modelo.

En pocas palabras, el modelo supone que la tasa de cambio del contenido de humedad M con respecto al tiempo t es proporcional a qué tan lejos está la muestra de madera de su contenido de humedad de equilibrio , que es función de la temperatura T y la humedad relativa h : $M_{e}$

{\frac {dM}{dt}}=-{\frac {M-M_{e}}{\tau }}

donde es función de la temperatura T y una dimensión típica de la madera L y tiene unidades de tiempo. La dimensión típica de la madera es aproximadamente el valor más pequeño de ( ), que son las dimensiones radial, tangencial y longitudinal respectivamente, en pulgadas, con la dimensión longitudinal dividida por diez porque el agua se difunde aproximadamente 10 veces más rápido en la dirección longitudinal (a lo largo de la fibra). que en las dimensiones laterales. La solución a la ecuación anterior es: $\tau$ $L_{r},\,L_{t},\,L_{L}/10$

{\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}=e^{-{\frac {t}{\tau }}}

¿ Dónde está el contenido de humedad inicial? Se encontró que para la madera de roble rojo, la "constante de tiempo" estaba bien expresada como: $M_{0}$ $\tau$

\tau ={\frac {L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}

donde a , b y n son constantes y es la presión de vapor de saturación del agua a la temperatura T. Para el tiempo medido en días, la longitud en pulgadas y medido en mmHg, se encontraron los siguientes valores de las constantes para la madera de roble rojo. $p_{\text{sat}}(T)$ $p_{\text{sat}}$

a = 0,0575

b = 0,00142

norte = 1,52

Resolviendo el tiempo de secado se obtiene:

t=-\tau \,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\right)={\frac {-L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}\,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\right)

Por ejemplo, a 150 °F, utilizando la ecuación de Arden Buck , se encuentra que la presión de vapor de saturación del agua es de aproximadamente 192 mmHg (25,6 kPa). La constante de tiempo para secar una tabla de roble rojo de 25 mm (1 pulgada) de espesor a 150 °F es entonces de días, que es el tiempo necesario para reducir el contenido de humedad a 1/e = 37% de su desviación inicial del equilibrio. Si la humedad relativa es 0,50, entonces, utilizando la ecuación de Hailwood-Horrobin, el contenido de humedad de la madera en equilibrio es aproximadamente del 7,4%. El tiempo para reducir la madera aserrada del 85% de contenido de humedad al 25% de contenido de humedad es entonces de aproximadamente 4,5 días. Las temperaturas más altas producirán tiempos de secado más rápidos, pero también crearán mayores tensiones en la madera debido a que el gradiente de humedad será mayor. Para la leña, esto no es un problema, pero para trabajos de carpintería, las tensiones elevadas harán que la madera se agriete y quede inutilizable. Los tiempos normales de secado para obtener mínimas marcas de secado (grietas) en madera de Roble Rojo de 25 mm (1 pulgada o 4/4) oscilan entre 22 y 30 días, y en madera de 8/4 (50 mm o 2 pulgadas) oscilarán entre 65 y 30 días. a 90 días. $\tau =3.03$

Métodos de secado de madera.

En términos generales, existen dos métodos mediante los cuales se puede secar la madera:

secado natural o secado al aire
secado artificial

Secado al aire

El secado al aire es el secado de la madera exponiéndola al aire. La técnica del secado al aire consiste principalmente en realizar un apilamiento de madera aserrada (con las capas de tablas separadas por adhesivos) sobre cimientos elevados, en un lugar limpio, fresco, seco y con sombra. La velocidad de secado depende en gran medida de las condiciones climáticas y del movimiento del aire (exposición al viento). Para que el secado al aire sea exitoso, es necesario disponer de un flujo de aire continuo y uniforme a lo largo de toda la pila de madera (Desch y Dinwoodie, 1996).

La tasa de pérdida de humedad se puede controlar recubriendo los tablones con cualquier sustancia que sea relativamente impermeable a la humedad; El aceite mineral común suele ser bastante eficaz. Recubrir los extremos de los troncos con aceite o pintura espesa mejora su calidad al secarse. Envolver tablas o troncos en materiales que permitan cierto movimiento de la humedad generalmente funciona muy bien siempre que la madera se trate primero contra la infección por hongos recubriéndola con gasolina o aceite. El aceite mineral generalmente no penetra más de 1 a 2 mm por debajo de la superficie y se elimina fácilmente con el cepillado cuando la madera está lo suficientemente seca.

Beneficios: Puede ser menos costoso usar este método de secado (todavía hay costos asociados con el almacenamiento de la madera y con el proceso más lento de llevar la madera al mercado), y el secado al aire a menudo produce una madera de mayor calidad y más fácil de trabajar que la madera. con secado en horno.
Inconvenientes: Dependiendo del clima, se necesitan de varios meses a varios años para secar la madera al aire libre.

Secado al horno

El proceso de secado artificial o 'al horno' consiste básicamente en introducir calor. Esto se puede lograr directamente, utilizando gas natural y/o electricidad, o indirectamente, a través de intercambiadores de calor calentados con vapor. La energía solar también es una opción. En el proceso, el control deliberado de la temperatura, la humedad relativa y la circulación del aire crea condiciones variables para lograr perfiles de secado específicos. Para lograr esto, la madera se apila en cámaras equipadas con equipos para controlar la temperatura atmosférica, la humedad relativa y la tasa de circulación (Walker et al., 1993; Desch y Dinwoodie, 1996).

El secado en cámara proporciona un medio para superar las limitaciones impuestas por las condiciones climáticas erráticas. En el secado en horno, al igual que en el secado al aire, se utiliza aire insaturado como medio de secado. Casi todas las maderas comerciales del mundo se secan en hornos industriales. A continuación se ofrece una comparación entre el secado al aire, el horno convencional y el secado solar:

La madera se puede secar hasta cualquier contenido de humedad bajo deseado mediante secado en horno solar o convencional, pero en el secado al aire, es difícil alcanzar contenidos de humedad inferiores al 18% en la mayoría de los lugares.
Los tiempos de secado son considerablemente menores en el secado en horno convencional que en el secado en horno solar, seguido del secado al aire.
- Esto significa que si se trata de un desembolso de capital, este capital permanece más tiempo cuando se utiliza el secado al aire. Por otra parte, la instalación, operación y mantenimiento de un horno industrial es costosa.
- Además, la madera que se seca al aire ocupa espacio, lo que también podría costar dinero.
En el secado al aire, hay poco control sobre las condiciones de secado, por lo que no se pueden controlar las velocidades de secado.
Las temperaturas empleadas en el secado en horno normalmente matan todos los hongos e insectos de la madera si se utiliza una temperatura máxima de bulbo seco superior a 60 °C para el programa de secado. Esto no está garantizado en el secado al aire.
Si el secado al aire se realiza incorrectamente (expuesto al sol), la velocidad de secado puede ser demasiado rápida en los meses secos de verano, provocando grietas y rajaduras, y demasiado lenta durante los fríos meses de invierno.

Las ventajas significativas del secado en horno convencional incluyen un mayor rendimiento y un mejor control del contenido de humedad final. Tanto los hornos convencionales como el secado solar permiten secar la madera hasta cualquier contenido de humedad, independientemente de las condiciones climáticas. Para la mayoría de las operaciones de secado a gran escala, el secado solar y en horno convencional son más eficientes que el secado al aire.

Los hornos de compartimentos se utilizan con mayor frecuencia en las empresas madereras. Un horno de compartimentos se llena con una carga estática de madera a través de la cual circula aire. En este tipo de hornos la madera permanece estacionaria. Las condiciones de secado se varían sucesivamente según el tipo de madera que se seca. Este método de secado se adapta bien a las necesidades de las empresas madereras, que tienen que secar maderas de diversas especies y espesores, incluidas maderas duras refractarias que son más propensas que otras especies a agrietarse y partirse.

Los principales elementos del secado en cámara son:

Materiales de construcción: Las cámaras se construyen generalmente con mampostería de ladrillo o losas huecas de cemento y hormigón. En algunos hornos de leña modernos también se utilizan chapas o prefabricados de aluminio en una construcción de doble pared con aislamiento térmico intercalado, como lana de vidrio o espuma de poliuretano. Sin embargo, las cámaras de mampostería de ladrillo, con cal y revoque (mortero) en el interior y pintadas con revestimientos impermeables, se utilizan ampliamente y se ha demostrado que son satisfactorias para muchas aplicaciones.
Calefacción: El calentamiento se realiza normalmente mediante intercambiadores de calor de vapor y tuberías de diversas configuraciones (por ejemplo, tubos lisos o con aletas (transversales o longitudinales)) o mediante grandes conductos de humos a través de los cuales pasan los gases calientes de un horno de leña. Sólo ocasionalmente se utiliza electricidad o gas para la calefacción.
Humidificación: La humidificación se logra comúnmente introduciendo vapor vivo en el horno a través de un tubo rociador de vapor. Para limitar y controlar la humedad del aire cuando grandes cantidades de humedad se evaporan rápidamente de la madera, normalmente existe un dispositivo de ventilación de la cámara en todos los tipos de hornos.
Circulación aérea: La circulación del aire es el medio para transportar el calor y alejar la humedad de todas las partes de una carga. Los más comunes son los hornos de circulación forzada, en los que el aire circula mediante ventiladores o sopladores, que pueden instalarse fuera de la cámara del horno (horno con ventilador externo) o dentro de ella (horno con ventilador interno).

Durante todo el proceso, es necesario mantener un estrecho control del contenido de humedad utilizando un sistema medidor de humedad para reducir el secado excesivo y permitir que los operadores sepan cuándo extraer la carga. Preferiblemente, este medidor de humedad para horno tendrá una función de apagado automático.

Horarios de secado en horno

Por lo general, se puede lograr un secado en horno satisfactorio regulando la temperatura y la humedad del aire circulante para controlar el contenido de humedad de la madera en un momento dado. Esta condición se logra aplicando programas de secado en horno. El objetivo deseado de un programa apropiado es garantizar el secado de la madera al ritmo más rápido posible sin causar una degradación objetable. Los siguientes factores tienen una influencia considerable en los horarios.

Las especies: Las variaciones en las propiedades anatómicas, físicas y mecánicas entre especies afectan los tiempos de secado y los resultados generales.
El espesor de la madera: El tiempo de secado está inversamente relacionado con el espesor y, hasta cierto punto, con el ancho de la madera.
Si los tableros de madera están aserrados en cuartos, aserrados planos o aserrados bastardos (aserrados mixtos): El patrón de aserrado influye en la distorsión debido a la anisotropía de contracción.
Degradación por secado permitida: Los programas de secado agresivos pueden provocar que la madera se agriete y se deforme.
Uso previsto de la madera.: Los requisitos mecánicos y estéticos requerirán diferentes objetivos de humedad según el uso previsto.

Considerando cada uno de los factores, ningún programa es necesariamente apropiado, ni siquiera para cargas similares de la misma especie. Esta es la razón por la que hay tanta investigación sobre el secado de la madera centrada en el desarrollo de programas de secado eficaces.

Horno de deshumidificación

Una cámara de deshumidificación puede ser un sistema sin ventilación (circuito cerrado) o un sistema parcialmente ventilado que utiliza una bomba de calor para condensar la humedad del aire utilizando el lado frío del proceso de refrigeración (evaporador). El calor así acumulado se envía al lado caliente. del proceso de refrigeración (condensador) para recalentar el aire y devolver este aire más seco y cálido al interior del horno. Los ventiladores soplan el aire a través de las pilas como en un horno normal. Estos hornos tradicionalmente funcionan entre 100 °F y 160 °F y utilizan aproximadamente la mitad de energía que un horno convencional. ^[3]

horno de vacío

Estos hornos pueden ser los más rápidos en secar y los más eficientes en el uso de energía. En el vacío, el agua hierve a una temperatura más baja. Además de una mayor velocidad, un horno de vacío también puede producir una mejor calidad de la madera.

La baja presión ambiental reduce el punto de ebullición del agua, pero la cantidad de energía necesaria para convertir el líquido en vapor es la misma. Los ahorros provienen de no tener que calentar un edificio enorme y no tener que ventilar el calor mientras se reduce la humedad.

Dado que toda el agua libre se puede eliminar a menos de 115 °F, se mejora la calidad.

Mientras que el secado convencional utiliza aire cálido y seco para eliminar el agua de la superficie, los hornos de vacío pueden hervir agua desde el interior de la madera. Esto permite que un buen horno de vacío seque madera muy gruesa muy rápidamente. Es posible secar 12/4 de roble rojo recién cortado al 7% en 11 días.

Dado que la madera se seca con un gradiente de vapor (presión de vapor a presión ambiente), la humedad se puede mantener muy alta. Debido a esto, un buen horno de vacío puede secar roble blanco de 4,5" de espesor recién cortado al 8% en menos de un mes, una hazaña que antes se pensaba que era imposible.

horno solar

Un horno solar es un cruce entre el secado en horno y el secado al aire. Estos hornos son generalmente un invernadero con un ventilador de alta temperatura y respiraderos o un sistema de condensación. Los hornos solares son más lentos y variables debido al clima, pero son de bajo costo. ^[3]

Condimento de agua

La inmersión en agua corriente elimina rápidamente la savia y luego la madera se seca al aire. "...reduce la elasticidad y durabilidad de la madera y también la vuelve quebradiza." ^[4] Pero hay perspectivas contrapuestas, por ejemplo, "Duhamel, que hizo muchos experimentos sobre este importante tema, afirma que la madera para uso del carpintero es mejor ponerla en agua durante algún tiempo y luego secarla, ya que esto hace que la madera sea menos dura. susceptible de deformarse y agrietarse al secarse; pero, añade, 'cuando se requiere resistencia no se debe poner en agua'". ^[5]

Condimento hirviendo o al vapor

La inmersión en agua hirviendo o la aplicación de vapor acelera el secado de la madera. Se dice que este método causa menos contracción "... pero es costoso de usar y reduce la resistencia y elasticidad de la madera". ^[6]

Condimento químico o de sal

El condimento con sal consiste en sumergir la madera en una solución de urea y nitrato de sodio, todos los cuales actúan como agentes deshidratantes. Luego la madera se seca al aire. ^[7]

Condimento electrico

El curado eléctrico implica hacer pasar una corriente eléctrica a través de la madera, lo que genera calor y seca la madera. Este método es caro pero es rápido y de calidad uniforme. ^[7]

Secar en frío

La liofilización se logra reduciendo la presión en una cámara que contiene la madera a unos pocos milibares, mientras se reduce la temperatura de la cámara por debajo del punto eutéctico del material. Por lo general, se agrega calor lentamente al material para permitir que el agua contenida en la madera se sublime directamente en vapor y se deposite en los lados de la cámara de vacío o en la trampa de frío a través de la cual se evacua la cámara. La liofilización mediante sublimación suele consumir aproximadamente 10 veces la energía que se consume mediante la evaporación del agua por calor. En la práctica, la liofilización de la madera se puede lograr colocando madera a temperatura ambiente en una cámara de vacío que pueda enfriarse a -30 grados C o menos, evacuando la cámara a unos pocos milibares y al mismo tiempo enfriando la cámara a una temperatura de congelación. temperatura. El calor latente del hielo de la madera saldrá a través del vapor de agua, que se condensará en forma de hielo en el interior de la cámara. Después de unas horas en condiciones de vacío y congelación, la cámara vuelve a la presión normal, se retira la madera y se embolsa en plástico para evitar que el agua se condense sobre ella, y se le permite volver a la temperatura ambiente durante unas pocas horas o un día. Luego se repite el ciclo, cada vez que el calor latente en la madera se elimina a través del contenido de agua en la madera que se sublima y/o se evapora y se condensa en los lados del recipiente y en la trampa de frío. Los ciclos se repiten hasta que el contenido de humedad de la madera esté en un nivel aceptable predeterminado. En lugar de hacer circular la madera en la cámara, se puede agregar calor a la madera a una velocidad que coincida con la velocidad de sublimación del hielo en la madera en vapor de agua, que se deposita en el interior de la cámara o en la trampa de frío. Una ventaja de la liofilización de la madera es que se mantiene la forma de la madera y no suele producirse encogimiento. La contracción se producirá con el tiempo después de que la madera se liofilice, pero esto normalmente no causará defectos en la madera.

Defectos de secado

Los defectos de secado son la forma más común de degradación de la madera, junto a los problemas naturales como los nudos (Desch y Dinwoodie, 1996). Existen dos tipos de defectos de secado, aunque algunos defectos involucran ambas causas:

Defectos por anisotropía de contracción, que resultan en deformación: ahuecamiento, curvatura, torsión, curvatura, resorte y diamante.
Defectos por secado desigual, que resultan en la ruptura del tejido de la madera, como grietas (superficiales, finales e internas), hendiduras en los extremos, panalización y endurecimiento. También puede producirse un colapso, que a menudo se manifiesta como corrugación o el llamado " lavado de la superficie de la madera" (Innes, 1996). El colapso es un defecto que resulta del aplanamiento físico de las fibras por encima del punto de saturación de la fibra y, por lo tanto, no es una forma de anisotropía de contracción.

Las organizaciones de normalización de Australia y Nueva Zelanda (AS/NZS 4787, 2001) han desarrollado una norma para la calidad de la madera. Las cinco medidas de calidad del secado incluyen:

gradiente de contenido de humedad y presencia de estrés residual por secado (endurecimiento);
controles de superficie, internos y finales;
colapsar;
distorsiones;
Decoloración causada por el secado.

Horno de secado de madera

Hoy en día existe una variedad de tecnologías de hornos de secado de madera: convencionales, deshumidificación, solares, de vacío y de radiofrecuencia.

Los hornos secos de madera convencionales (Rasmussen, 1988) son de tipo paquete (carga lateral) o de vía (tranvía). La mayoría de los hornos de madera dura son hornos de carga lateral en los que se utilizan carretillas elevadoras para cargar paquetes de madera en el horno. La mayoría de los hornos de madera blanda son del tipo de orugas en los que los paquetes de madera se cargan en hornos/vagones de orugas para cargar el horno.

Los hornos convencionales modernos de alta temperatura y alta velocidad del aire generalmente pueden secar madera verde de 1 pulgada (25 mm) de espesor en 10 horas hasta un contenido de humedad del 18%. Sin embargo, el roble rojo verde de 1 pulgada de espesor requiere aproximadamente 28 días para secarse hasta alcanzar un contenido de humedad del 8%.

El calor normalmente se introduce a través de vapor que pasa a través de intercambiadores de calor de aletas/tubos controlados por válvulas neumáticas de encendido/apagado. Menos comunes son las válvulas neumáticas proporcionales o incluso varios actuadores eléctricos. La humedad se elimina mediante un sistema de ventilación, cuya disposición específica suele ser específica de un determinado fabricante. En general, se introduce aire frío y seco por un extremo del horno mientras que se expulsa aire cálido y húmedo por el otro. Los hornos convencionales de madera dura también requieren la introducción de humedad a través de sistemas de aspersión de vapor o de agua fría para evitar que la humedad relativa dentro del horno baje demasiado durante el ciclo de secado. Por lo general, las direcciones del ventilador se invierten periódicamente para garantizar un secado uniforme de las cargas más grandes del horno.

La mayoría de los hornos de madera blanda funcionan a una temperatura inferior a 115 °C (239 °F). Los programas de secado en hornos de madera dura suelen mantener la temperatura de bulbo seco por debajo de 80 °C (176 °F). Las especies difíciles de secar no deben exceder los 60 °C (140 °F).

Los hornos de deshumidificación son muy similares a los hornos convencionales en su construcción básica. Los tiempos de secado suelen ser comparables. El calor lo suministra principalmente una unidad de deshumidificación integral que también sirve para eliminar la humedad. El calor auxiliar a menudo se proporciona al principio del programa, donde el calor requerido puede exceder el calor generado por la unidad DH.

Los hornos solares son hornos convencionales, normalmente construidos por aficionados para mantener bajos los costos de inversión inicial. El calor se proporciona a través de la radiación solar, mientras que la circulación interna del aire suele ser pasiva.

En 1949, una empresa de Chicago introdujo un horno de secado de madera que utilizaba lámparas infrarrojas que, según afirmaban, reducía el tiempo de secado estándar de 14 días a 45 minutos. ^[8]

Las tecnologías de secado de madera más nuevas han incluido el uso de presión atmosférica reducida para intentar acelerar el proceso de secado. Existe una variedad de tecnologías de vacío, que varían principalmente en el método en que se introduce el calor en la carga de madera. Los hornos de vacío con placas de agua caliente utilizan placas calefactoras de aluminio con agua que circula en su interior como fuente de calor y, por lo general, funcionan a una presión absoluta significativamente reducida. Los discontinuos y SSV (vapor sobrecalentado) utilizan la atmósfera para introducir calor en la carga del horno. La tecnología discontinua permite que toda la carga del horno alcance la presión atmosférica total, luego se calienta el aire en la cámara y finalmente se genera el vacío. Los SSV funcionan a atmósferas parciales (normalmente alrededor de 1/3 de la presión atmosférica total) en un híbrido de vacío y tecnología de horno convencional (los hornos SSV son significativamente más populares en Europa, donde la madera recolectada localmente es más fácil de secar en comparación con las especies que se encuentran en América del Norte). . Los hornos RF/V (radiofrecuencia + vacío) utilizan radiación de microondas para calentar la carga del horno y, por lo general, tienen el costo operativo más alto debido a que el calor de vaporización lo proporciona la electricidad en lugar de combustibles fósiles locales o fuentes de madera residual.

Los estudios económicos válidos de diferentes tecnologías de secado de madera se basan en los costos totales de energía, capital, seguro/riesgo, impactos ambientales, mano de obra, mantenimiento y degradación del producto para la tarea de eliminar el agua de la fibra de madera. Estos costos (que pueden ser una parte importante de los costos totales de la planta) implican el impacto diferencial de la presencia de equipos de secado en una planta específica. Un ejemplo de esto es que cada pieza del equipo (en una planta de fabricación de madera) desde la podadora en verde hasta el sistema de alimentación en la cepilladora es el "sistema de secado". Dado que existen miles de tipos diferentes de plantas de fabricación de productos de madera en todo el mundo, y pueden estar integradas (madera, madera contrachapada, papel, etc.) o independientes (sólo madera), los verdaderos costos del sistema de secado sólo pueden determinarse comparando los costos y riesgos totales de la planta con y sin secado.

Las emisiones atmosféricas totales (nocivas) producidas por los hornos de leña, incluida su fuente de calor, pueden ser significativas. Por lo general, cuanto mayor es la temperatura a la que opera el horno, mayor es la cantidad de emisiones que se producen (por libra de agua eliminada). Esto es especialmente cierto en el secado de chapas finas y en el secado de maderas blandas a alta temperatura.

Normas de OSHA sobre instalaciones de hornos secos

1910.265(f)(3)(i)(a): Las puertas principales del horno deberán contar con un método para mantenerlas abiertas mientras se carga el horno.

1910.265(f)(3)(i)(b): Los contrapesos en las puertas de los elevadores verticales deben estar encajonados o protegidos de otra manera.

1910.265(f)(3)(i)(c): Se deben proporcionar medios adecuados para asegurar firmemente las puertas principales, cuando están desacopladas de los soportes y colgadores, para evitar que se caigan.

1910.265(f)(3)(ii)(a): Si los procedimientos operativos requieren acceso a los hornos, los hornos deben estar provistos de puertas de escape que operen fácilmente desde el interior, giren en la dirección de salida y estén ubicadas en o cerca del Puerta principal al final del pasillo.

1910.265(f)(3)(ii)(b): Las puertas de escape deberán tener la altura y el ancho adecuados para acomodar a un hombre de tamaño promedio.

1910.265(f)(4): Pozos . Los pozos deben estar bien ventilados, drenados e iluminados, y deben ser lo suficientemente grandes para acomodar de manera segura al operador del horno junto con los dispositivos operativos tales como válvulas, amortiguadores, varillas de amortiguador y trampas. ^[9]

Ver también

Batidos (madera)

Referencias

^ Minea, Vasile (6 de agosto de 2018). Secado de Madera Industrial Asistido por Bomba de Calor. Prensa CRC. pag. 25.ISBN 978-0-429-87406-2.
^ Simpson, William; Juan Tschernitz (1979). "Importancia de la variación del espesor en el secado en horno de madera de roble rojo" (PDF) . Corvallis, Oregón: Clubes de hornos secos occidentales . Consultado el 15 de noviembre de 2008 . {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
^ ab Varios autores. Carpintería fina sobre madera y cómo secarla: 41 artículos . Newtown, Connecticut: Taunton Press, 1986. 86-89. Imprimir.
^ Riley, JW. Un manual de carpintería y ebanistería ,. Londres: Macmillan and co., limitada;, 1905. 8. Imprimir.
^ "451. Condimento de agua". chestofbooks.com .
^ Smith, Percy Guillemard Llewellyn. Notas sobre la construcción de edificios . Londres: Longmans, Greene and Co., 1891. 390.Imprimir.
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^ "Horno de infrarrojos seca madera" Popular Mechanics , julio de 1949
^ "1910.265 - Aserraderos. | Administración de Salud y Seguridad Ocupacional". www.osha.gov . Consultado el 7 de noviembre de 2019 .

Otras lecturas

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enlaces externos

Revista de tecnología de secado
Bois, Paul J.. "Manipulación, secado y almacenamiento de madera de roble pesada" Boletín técnico n.º 8 del Laboratorio de productos forestales de EE. UU., 1978.