Metodología no destructiva para determinación de la calidad

Metodología no destructiva
para determinación de la
calidad mecánica de la madera.
Una nueva herramienta, en los
procesos de selección de los
programas de mejora, en los
modelos de crecimiento y en la
normativa de clasificación
estructural de madera cortada.
Esther Merlo Sánchez. CIS MADEIRA
Oscar Santaclara Estévez. CIS MADEIRA
Juan Gabriel Alvarez. USC
Ávila, 24 de Septiembre de 2009
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Organismo autonómico enmarcado dentro de
la Fundación para o Fomento da Calidade
Industrial e o Desenvolvemento Tecnolóxico
de Galicia.
Objetivos:
Posición competitiva de las empresas,
Aprovechamiento óptimo del recurso forestal,
Aplicación y calidad de sus productos
derivados.
Actividades:
Elaboración y ejecución de proyectos de
investigación básica y aplicada; Desarrollo de
convenios de investigación para la ejecución
de actividades específicas; Asistencia técnica
para control de materiales y productos;
Servicios de reingeniería de procesos
productivos, transferencia de tecnología,
promoción y difusión del conocimiento.
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Áreas de investigación:
Forestal: evaluación y optimización del recurso
Tecnología de aprovechamientos: obtención
de biomasa
Innovación industrial: tecnología de procesos,
optimización de logística
Área estratégica: Aplicación de
madera en construcción
•Normalización de calidad estructural de madera
•Normativa de calidad de madera antigua
• Implantación del marcado CE
•Cursos de construcción en madera
•Aplicación de madera en rehabilitación
•Aplicación en el medio rural
•Aplicación en obra nueva (casas modulares)
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No toda la madera producida
en plantaciones forestales es
factible para uso estructural.
Dentro de una misma especie
existe una gran variación de
las propiedades de la madera
entre sitios, entre árboles y
dentro del árbol
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Madera para construcción
El aumento de la competitividad en el
sector de la producción de madera para
construcción debe pasar por una
modernización tecnológica que permita:
•Partir de un material genético seleccionado
en base a caracteres mecánicos.
•Modelizar la calidad estructural de la
madera en las plantaciones optimizando los
procesos de gestión selvícola y de mercado
•Promover la normalización de los
productos resultantes
Desde 2005 esta línea de trabajo se está desarrollando en el CIS madera con
las especies Pseudotsuga menziesii, Pinus pinaster y recientemente Castanea
sativa, llevando a cabo la puesta a punto e implementación de tecnología no
destructiva para evaluación de la calidad mecánica de la madera.
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¿Metodologías no destructivas?
NDT (Non destructive testing)
Tecnologías que examinan sin afectar propiedades,
integridad o utilidad final del producto
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Antecedentes
Existen una amplia gama de las técnicas no destructivas (NDT), incluyendo la
vibración de baja frecuencia, las ondas de impacto, ultrasonido, infrarrojo
cercano, radiografía etc están siendo adoptadas por la industria en numerosos
países.
La investigación reciente se ha centrado en desarrollar técnicas portátiles de
fácil uso capaces de evaluar la calidad de madera. Desde las herramientas de
campo para la evaluación de árboles a los sistemas de control de calidad
automatizado para supervisar la calidad de productos finales.
Por tanto:
1) Existe un conocimiento técnico disponible, tanto a nivel europeo como
nacional, factible de aplicar a nivel productivo.
2) Existe un mercado insatisfecho de madera de alta calidad y valor.
3) Existen varios materiales forestales de reproducción y materiales genéticos
que pueden ser caracterizados en este ámbito con éxito.
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Técnicas utilizadas en CIS Madeira
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Métodos no destructivos sobre árbol en pie
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IML Hammer
Mide la velocidad con que una onda
acústica provocada por un impacto se
desplaza a lo largo del fuste.
Sirve para estimar módulo de elasticidad
Teoría unidimensional de ondas
MOEdin = v² x d
•Para diferentes especies se han identificado correlaciones útiles entre la medida
acústica del módulo de elasticidad de árboles y las características de elasticidad
estáticas de la madera de construcción extraída de ellos (Yin et al, 2004; Merlo et al
2008).
Resistógrafo
Resistencia de la madera a
la penetración de una aguja
de 3mm que gira a velocidad
constante
Zona cortiza
Zona
Zona médula
Para estimar densidad media, anchura y homogeneidad del anillo,
edad y …. Otras variables aún en estudio
Hitman 2000 Director
Microsecond Timer Fakopp
Absorbance ( )
NIR: Espectroscopía de Infrarrojo cercano
Longueur d’onde (nm)
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Densitometría de RX
0.2
0.4
0.6
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
x
4000
3000
2000
1000
0
1987
0.8
1.0
1986
profil
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Densitometría de RX
dem091.pxb
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Proyectos de investigación asociados:
1.
Utilización de métodos no destructivos para la selección por calidad
estructural en el programa de mejora de Pseudotsuga menziesii en Galicia.
CIS Madeira y Lourizan. 2005-2008
2.
Calidad estructural de la madera de P. pinaster en Galicia. Variabilidad
fenotípica. Métodos no destructivos de evaluación. CIS Madeira, USC, INRA
3.
Aplicación de infrarrojo cercano para determinación de propiedades
mecánicas en P. pinaster y abeto Douglas. CIS Madeira, INRA
4.
?Restauración y Gestion Forestal. Proyecto Singular Estratégico
Nacional.(Obj: incorporar protocolos de calidad de madera en los programas
de mejora) CIS Madeira, INIA, CSIC, TRAGSA, CETEMAS
5.
?Valorización forestal e industrial del castaño en España. Proyecto Singular
Estratégico Nacional. CIS Madeira, CETEMAS, CESEFOR
6.
?Calidad estructural de madera de gran escuadría de las ppales especies de
interés forestal para Galicia
Viga
3700
16000
3400
3100
2800
2500
2200
1900
6000
R2=0.33
8000 10000 12000 14000
MOE in lumber (N/mm2)
MOE observed by bending test
R2 = 0,8253
Utilización
de métodos no
14000
destructivos para la
12000
selección por calidad
10000
estructural
en el programa
de8000
mejora de Pseudotsuga
menziesii en Galicia.
E g lo
Sound velocity in tree (m/s)
Arbol
6000
6000
12800
8000 10000
12000 14000 16000
CIS Madeira
y Lourizan.
2005-2008 Edin PLG testa-testa
10800
MOE = 2413,15 + 1,88107*IMLtree + 11511,6*WD- 563,641*GR
8800
R2=0.60
6800
6800
8800
10800
12800
MOE predicted by standing tree
CALIDAD ESTRUCTURAL DE LA MADERA DE P. PINASTER EN GALICIA.
VARIABILIDAD FENOTÍPICA. MÉTODOS NO DESTRUCTIVOS DE EVALUACIÓN
CONCLUSIONES PRELIMINARES
Gran rango de variabilidad sobre los parámetros evaluados en monte
Para la variable velocidad a lo largo del fuste se han observado diferencias
significativas entre parcelas con una tendencia a velocidades más altas en
aquellas parcelas de climas más suaves.
Modelos estimativos
Permitirá aportar a gestores,
propietarios y rematantes una
herramienta para valorar el
gradiente de la calidad
mecánica de la madera en
una masa e incorporarlo en
los procesos de gestión y
valorización del lote.
Contacto. Esther Merlo Sánchez
[email protected]