propiedades físicas de la madera

LA MADERA
Características Generales de la Madera
Estudio general
de
la madera, sus
características físicas y químicas para la
obtención de algún producto.
HAROL ROMERO Y MARIBEL ROMERO
30/03/2011
INTRODUCCIÓN
Con este breve proyecto se quiere dar a conocer una parte de la inmensa
familia de árboles que sirven para suplir la gran demanda de construcción;
anexamos algunos árboles y sus propiedades que sirven exclusivamente para
la elaboración de muebles para el hogar.
[2]
PROBLEMÁTICA
La gran mayoría de los mercados medianos o pequeños utilizan cualquier tipo
de madera y por efecto se producen muebles de baja calidad y de baja
duración además en la construcción se requiere tener más conocimiento pues
se sabe que otros materiales en este momento van remplazando a la madera
por durabilidad en años frente al desgasto.
[3]
JUSTIFICACION
En la industria como en el hogar el desconocimiento del tipo de madera para
cada necesidad hace que a futuro el mueble en el caso del hogar y la
estructura en el caso de la industria, se deteriore y se dañen por completo.
Aquí una breve historia y algunos conocimientos que debemos tener en cuenta.
[4]
OBJETIVO GENERAL
Dar a conocer ampliamente los componentes de la madera para construcción
y para el hogar así establecer que tipo de madera se requiere en los diferentes
campos y que tipo de madera se esta utilizando en el mundo de hoy.
[5]
OBJETIVOS ESPECIFICOS



Conocer el tipo de madera para la construcción su duración, su
densidad y otras cualidades, y así saber cuanto puede resistir al pasar
de los años.
Determinar las características físicas más notables que presenta este
material al exponerlo en trabajo a la intemperie.
Dar a conocer la madera del futuro (MDF, Aglomerados, Corcho Caucho
etc.), aplicaciones, formas y presentaciones del material en desarrollo
para una mayor eficacia de los recursos de la naturaleza en este futuro
donde los recursos son cada día más escasos.
[6]
MARCO HISTORICO
Material extraído del tronco de los árboles que se utiliza en muchos elementos
constructivos y también como combustible. La Madera está constituida por el
conjunto de tejido que forma la masa de los troncos de los árboles,
desprovistos de su corteza. Es el material de construcción más ligero,
resistente y fácil de trabajar, utilizado por el hombre desde los primeros
tiempos. La madera fue el primer material de construcción de que dispuso el
hombre. Además de usarla como combustible y como arma defensiva, la
cabaña con estructura de madera y cubierta de ramas le proporcionó una
defensa contra la intemperie. Luego la emplearía en la construcción de
puentes, barcos, aviones etc.
La técnica de laminación relacionada con el uso decorativo de la madera es
conocida por los egipcios desde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas de
calidad les llevaba a técnicas de enchapado y marquetería. Desde sus
comienzos hasta el S XlX, la técnica del enchapado permaneció como de uso
artesanal, ya que exigía un profundo conocimiento de la madera y un
meticuloso trabajo de corte y encolado. Es en el S XlX, con la aparición de
nuevos métodos de corte de chapas y, posteriormente, a comienzos del XX con
la aparición de nuevas colas y adhesivos, cuando el tablero contrachapado, tal
y como lo conocemos hoy hace su verdadera aparición. Este tablero se puede
curvar fácilmente, adoptando casi, cualquier forma. La madera tanto maciza
como laminada se empleó en la construcción de vehículos, aeronaves y en la
construcción de barcos. Los agentes protectores, los nuevos adhesivos y
pinturas surgidos con el desarrollo industrial de finales del S XlX y a lo largo del
XX, le transformaron en un elemento duradero, fuerte y versátil.
[7]
LA MADERA
PROPIEDADES FISICAS, QUIMICAS Y PROCESOS DE
TRANSFORMACION DE LA MADERA
La madera es un término genérico aplicable al material de que están
constituidas las partes leñosas de los troncos o ramas de los árboles y arbustos.
El material que constituye la madera puede proceder de diferentes zonas
vegetativas de las plantas en dependencia de la naturaleza de esta, lo más
común es que se obtenga de las partes más internas de los troncos y ramas
gruesas de los árboles pero puede proceder de las raíces (bagá), de la corteza
(ciertas maderas para tallado), de las partes externas de los tallos (palmeras o
bambú)
e
incluso
de
los
frutos
(para
trabajo
artesanal).
Botánicamente hablando la madera está constituida por el Xilema de las
plantas, mientras que comercialmente, el término se refiere a aquel material
extraído de las partes leñosas de los árboles de suficientes dimensiones,
estabilidad geométrica, dureza, resistencia y durabilidad como para que pueda
ser utilizado en obras de construcción o Para la fabricación de objetos de
consumo. En esta página nos referimos a la madera comercial
ORIGEN DE LA MADERA
En la mayor parte de los casos la madera se obtiene del material presente
debajo de la corteza en los troncos de los árboles. Veamos de manera resumida
como surge este material.
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Dibujo esquemático de la sección de un tronco:
1.- Súber: El súber es la corteza mas externa que sirve como capa de
protección y está
Constituida por tejido muerto.
2.- Líber: También conocido como flema, está formada por tejido vivo y
transporta, en sentido descendente, hasta las raíces, los alimentos fabricados
en la foto síntesis y el oxígeno absorbido del aire usado en la respiración. El
líber puede tener fibras largas y muy fuertes, las que en algunos casos
constituyen la materia prima de la que se obtienen
fibras comerciales.
3.- Cámbium: Es una zona de células vivas que son las que producen el
crecimiento del tronco.
4.- Xilema: El xilema es tejido leñoso y es el material de donde se extrae la
madera.
El proceso de crecimiento tiene lugar a partir del cambium. Esta capa de células
se encuentra siempre en proceso de división y produce tanto células de líber
como de xilema.
SECCION TRANSVERSAL DE UN TRONCO
[9]
Médula: es la parte interior del tronco. Al ser buena madera se utiliza para
hacer instrumentos como la flauta.
Líber: es una de las partes más externas del tronco o la corteza interior.
Duramen: una de las partes más internas del tronco. Se utiliza para
encofrados y la construcción.
Albura: Es la parte del tronco que se encuentra en la mitad de él. Se utiliza
para la construcción de cualquier elemento estructural.
Corteza: es la parte más externa del tronco. La corteza se utiliza para hacer
pasta de papel, debido a que contiene fibras, se utiliza para producir papel.
COMPOSICIION DE LA MADERA
La madera es en esencia un conjunto de fibras alargadas y paralelas de
celulosa aglutinadas por un material conocido como lignina conteniendo
además hemicelulosa en una suerte de relleno. En su composición están en
mayoría el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno con cantidades
menores de potasio, sodio, calcio, silicio y otros elementos.
[10]
ANILLOS DE CRECIMIENTO
Los anillos de crecimiento indican varias cosas:
 La edad del árbol: Cada anillo se forma por el crecimiento de una
nueva capa de xilema, fenómeno que ocurre en los cambios de estación
en las zonas geográficas en que éstos existen.
 La dureza de la madera: madera dura tiene los anillos más próximos
entre sí que la madera blanda.
 Variaciones climáticas: si los anillos están muy juntos, esto puede
indicar un periodo de sequía, en la cual el xilema no ha crecer mucho.
Recíprocamente, si ha llovido mucho, entonces los anillos estarán más
separados.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA
Las propiedades físicas mas importantes de las maderas desde el punto de vista
comercial y de utilización son:
1. Humedad: La humedad es la cantidad de agua separable por secado que
tiene la madera en su estructura y tiene dos orígenes:
 Agua del sistema vascular:
Es el agua presente en los jugos naturales de la madera, siendo máxima en el
árbol recién cortado (30-50%) y cuya cantidad relativa dependerá de la
naturaleza del árbol, y de la época de tala.
Cuando la madera húmeda
comienza a secarse va perdiendo peso y se contrae hasta un límite en el que no
puede disminuir más su grado de humedad, para la temperatura a la que se
encuentra, este grado de humedad es el aceptado comercialmente como
madera seca y está entre el 15 y el 20%.
 Agua de impregnación:
[11]
Es el agua que ha absorbido la madera del ambiente donde se encuentra
debido a su higroscopicidad, esta humedad es variable y depende de la
humedad relativa ambiental cuando está expuesta al aire. Puede llegar a ser
muy
alta
en
la
madera
sumergida
(hasta
300%).
La humedad de la madera está directamente relacionada con el peso, y afecta a
otras propiedades físicas y mecánicas. Por eso, es importante conocer el
contenido de humedad de una madera para las condiciones en la que va a
emplearse.
En función del grado de humedad, las maderas se pueden clasificar en los
siguientes tipos:
 Madera verde: Es el material recién cortado.
 Madera oreada: Es la que ha perdido una parte de su agua natural,
pero que no ha sufrido aún contracciones ni cambio en sus propiedades
mecánicas apreciables.
 Madera comercial: Es la que tiene un contenido en humedad inferior
al 20%.
 Madera seca: Su grado de humedad está en equilibrio con la humedad
relativa del aire, este estado se adquiere con varios meses de secado al
aire después de haber sido aserrada en tablas.
 Madera desecada: Es la que tiene una humedad inferior al 12%.
 Madera anhidra: Presenta un grado de humedad en torno al 3%.
DENSIDAD APARENTE
Es el peso de la unidad de volumen de la madera y dependerá en gran medida
de la humedad. Convencionalmente la densidad aparente de la madera se toma
con humedad menor del 30% . Es común que esta densidad aparente esté
acompañada por el grado de humedad a la que fue tomada la medición.
Las maderas se clasifican por su densidad aparente en:
1. Muy Pesadas: Densidad aparente mayor de 1ka/ cm3.
2. Medianamente pesadas: si está comprendida entre 0.8 y 1 Kg/dm3
3. Ligeras: Si es menor de 0.5 Kg/dm3
RETRACCION E HINCHAMIENTOS
La madera cambia de volumen según la humedad que contiene. Cuando pierde
agua, se contrae o merma, cuando absorbe se hincha o crece. Estos cambios
volumétricos dependen de la dirección asumida:
1. Cambio Axial: Menos de 1%
2. Cambio Radial: de 1 a 8%
3. Cambio Tangencial: de 5 a 18%
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Los cambios son mayores en la albura que en el duramen, originando tensiones
por desecación o humedad que agrietan y alabean la madera en algunos casos.
DUREZA
Es la resistencia que presenta la madera a ser penetrada por un objeto duro. Se
determina midiendo la fuerza necesaria para la introducción en ella de manera
forzada hasta el final una semiesfera de metal con una base de sección de
1cm2.
La dureza de la madera depende principalmente de la naturaleza del árbol que
la produce y está directamente relacionada además con:
 El modo de crecimiento del árbol; para una misma madera el crecimiento
más lento produce madera mas dura.
 Con el clima de crecimiento; en climas cálidos se obtienen maderas más
duras para la misma especie.
 Con la zona de tronco; la parte central y mas antigua del duramen es
mas dura que las exteriores.
 El grado de humedad; la humedad alta reduce la dureza
Según su dureza, la madera se clasifica en:
 Maderas duras: son aquellas que proceden de árboles de un
crecimiento lento, por lo que son más densas y soportan mejor las
inclemencias del tiempo si se encuentran a la intemperie que las
blandas. Estas maderas proceden de árboles de hoja caduca, que
tardan décadas, e incluso siglos, en alcanzar el grado de madurez
suficiente para ser cortadas y poder ser empleadas en la elaboración
de muebles o vigas de los caseríos o viviendas unifamiliares. Son
mucho más caras que las blandas, debido a que su lento crecimiento
provoca su escasez, pero son mucho más atractivas para construir
muebles con ellas. También son muy empleadas para realizar tallas
de madera o todo producto en el cual las maderas macizas de calidad
son necesarias.
 Maderas blandas: el término madera blanda es una denominación
genérica que sirve para englobar a la madera de los árboles
pertenecientes a la orden de las coníferas. La gran ventaja que tienen
respecto a las maderas duras, procedentes de especies de hoja
caduca con un periodo de crecimiento mucho más largo, es su
ligereza y su precio, mucho menor. Este tipo de madera no tiene una
vida tan larga como las duras, pero puede ser empleada para
trabajos específicos. Por ejemplo, la madera de cedro rojo tiene
repelentes naturales contra plagas de insectos y hongos, de modo
que es casi inmune a la putrefacción y a la descomposición, por lo
que es muy utilizada en exteriores. La manipulación de las maderas
blandas es mucho más sencilla, aunque tiene la desventaja de
producir mayor cantidad de astillas. Además, la carencia de veteado
[13]
de esta madera le resta atractivo, por lo que casi siempre es
necesario pintarla, barnizarla o teñirla.
DILATACION TERMICA
Las dilataciones y contracciones, originadas en las maderas por efecto de
cambios en la temperatura son pequeñas y pueden en general ser despreciadas
en la mayor parte de los trabajos corrientes. Solo en casos especiales como en
las reglas y patrones dimensionales se utilizan maderas especiales con grado de
dilatación casi cero.
Conductividad térmica
La naturaleza porosa con aire retenido de la madera la convierten en una
pésima conductora del calor, por lo que suele emplearse como aislante térmico,
aunque conforme la humedad y/o la densidad aumenta en ésta, también
aumentará la conducción térmica. Además, la conductibilidad térmica también
dependerá de la dirección de transmisión, siendo mayor en la dirección
longitudinal. La conductividad térmica de las maderas muy ligeras puede ser
comparable con la de los mejores materiales artificiales.
Conductividad eléctrica
La madera seca es un buen aislante eléctrico, su carácter aislante disminuye
con el aumento de humedad. Esta capacidad aislante en general es menor para
las maderas mas duras.
Durabilidad
Es la resistencia de la madera a la acción del tiempo. Es una propiedad que
depende de muchos factores diferentes. Para hacer un poco mas manejable
aunque impreciso este complejo tema, la durabilidad se establece en términos
generales de acuerdo a ciertas condiciones generales de uso, las mas notables
son:
 Durabilidad soterrada; útil para seleccionar madera para postes.
 Durabilidad a la intemperie; útil para la madera no soterrada pero
usada en el exterior
 Durabilidad en el interior; útil para la madera de uso en interiores.
 Resistencia al ataque de insectos; En algunos casos esta resistencia
es notablemente diferente entre la albura y el duramen y es útil para
preservar la madera de acuerdo al ambiente en que va a ser usada.
 Durabilidad sumergida: útil para determinar el uso de ciertas maderas
en obras portuarias y similares.
Además en términos generales, las maderas expuestas a fuertes alternativas de
humedad y sequedad durarán menos tiempo que si alguna de estas condiciones
es estable; si se empotran las maderas en el suelo, duran más si éste es
[14]
arcilloso y menos si es calizo. Es común pero no generalizado que las maderas
blandas duren menos que las duras.
No es apropiado establecer la durabilidad de la madera en años debido a los
múltiples factores involucrados en ello, lo más común es la utilización de
términos cualitativos tales como:
 Incorruptible: Estas maderas aun en las peores condiciones pueden
durar casi intactas cientos y hasta miles de años.
 Durable: Cuando esta duración es mayor que el tiempo de vida del
objetivo a que fue destinada.
 Medianamente durable: Cuando la durabilidad es suficiente para
satisfacer un tiempo razonablemente adecuado para el objeto a que fue
utilizada.
 Poco durable: Son aquellas maderas de vida corta en el ambiente a
que está sometido. Su uso se restringe a la construcción de objetos y
obras
temporales.
La durabilidad de las maderas es muy diferente de acuerdo a las
condiciones de utilización, así una madera durable a la intemperie puede
ser poco durable cuando está soterrada.
PROPIEDADES ACUSTICAS
La madera proporciona un medio elástico adecuado a las ondas sonoras, por lo
que se emplea ampliamente en la fabricación de instrumentos musicales y en la
construcción de salas de conciertos, teatros, etc. Las características de la
madera que más influyen sobre esta propiedad son el peso específico aparente,
la humedad, el tipo de grano y la ausencia de defectos.
PROPIEDADES MECANICAS
La naturaleza fibrosa, heterogénea y fuertemente anisotropía de la madera,
hace que sus propiedades mecánicas sean muy variables según la dirección en
que
se
midan.
Como la humedad influye de manera notable en estas propiedades,
convencionalmente se utilizan maderas de entre 12 y 15% de humedad a la
hora de la determinación de estas propiedades. La presencia de defectos y
nudos en la madera cambian notablemente los valores.
Las propiedades mecánicas mas importantes son:
1. Resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión es la dificultad que ofrece la madera a ser
comprimida al aplicarle una carga, la carga puede aplicarse en dos direcciones:
paralela y perpendicular al grano, siendo máxima la resistencia para la dirección
paralela y mínima para la perpendicular. El contenido de humedad no influye en
la resistencia a la compresión cuando asciende desde el 30%, no obstante esta
[15]
resistencia aumenta a medida que la humedad desciende de este valor de
humedad.
2. Resistencia a la Atracción:
Representa la resistencia que ofrece la madera a ser deformada por la
actuación de dos fuerzas paralelas, de sentido contrario y coincidente, aplicadas
en los extremos a una muestra de madera. Esta resistencia es muy diferente
de acuerdo a la dirección de las fuerzas y será muy pequeña si son
perpendiculares a las fibras, pero mucho mas elevadas si se aplican paralelos a
éstas. En cuanto a la influencia de la humedad, se observa que al aumentar,
disminuye la resistencia.
3. Hendibilidad:
Se conoce también como facilidad para el rajado, y representa la tendencia de
la madera a romperse en el sentido longitudinal cuando se introduce en ella
una cuña. Depende principalmente de la naturaleza de la madera y de su
humedad, en general las maderas húmedas tienen menos hendibilidad que las
secas. Es común pero no generalizado, que las maderas duras sean más
hendibles que las blandas.
4. Flexibilidad
Representa la capacidad de la madera a doblarse sin romperse debido a una
carga. Si el esfuerzo se aplica perpendicular a las fibras la resistencia será
máxima, mientras que si es paralelo a ellas será mínima. No obstante, defectos
estructurales en la madera pueden hacer perder resistencia, al igual que una
disminución de humedad y la antigüedad de la madera, es decir, las maderas
húmedas son más flexibles que las secas, y las maderas jóvenes lo son más
que las viejas.
5. Resistencia al Cizallamiento
Representa resistencia al rompimiento de la madera cuando se aplican dos
fuerzas opuestas que tienden a seccionarla.
RASGOS DISTINTIVOS
Estos rasgos se refieren a cualidades distintivas de las maderas que las
diferencian unas de otras incluso dentro de un mismo tipo. Los más
importantes son:
1. Textura: Se denomina textura a la apariencia que le dan a la madera al
tamaño de los elementos anatómicos. Puede ser:
 Gruesa: cuando los elementos de la madera son muy grandes y se ven
fácilmente.
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 Media: cuando pueden apreciarse pero no son notables.
Fina: cuando estos elementos casi no se diferencian, dando una
apariencia homogénea.
2. Grano: El grano es la dirección que tienen los distintos elementos
anatómicos respecto al eje del tronco, e influirá en las propiedades
mecánicas de la madera y en la facilidad de trabajar con ella. Según la
dirección de los elementos anatómicos podemos diferenciar distintos
tipos de grano como:
 Grano recto: Cuando los elementos se sitúan paralelos al eje del árbol.
La madera con este tipo de grano presenta buena resistencia mecánica y
facilidad de trabajo.
 Grano inclinado: Los elementos forman un cierto ángulo con respecto
al eje longitudinal del árbol, la madera tendrá peor resistencia mecánica
y mayor dificultad para ser trabajada.
 Grano entrecruzado: Los elementos se disponen formando un ángulo
con respecto al eje del árbol pero en algunas zonas están dirigidos en
diferente dirección que en otras por lo que en la superficie aparecen
cruzados. Estas maderas presentan dificultades para su trabajo,
especialmente el cepillado.
 Grano irregular: Los elementos se disponen de forma irregular, siendo este tipo de
grano el que se encuentra en los nudos, ramificaciones del tronco, zonas heridas, etc.
3. Diseño: El diseño es el dibujo representado en la superficie de la
madera al ser cortada, y cambia en dependencia del ángulo de corte y
de la distribución de los elementos anatómicos, es decir, al grano. Los
nombre que reciben los diferentes tipos de diseños son muchos pero
son usuales los siguientes:
 Diseño liso: Es el que presentan las maderas de textura fina, y da
lugar a un color casi homogéneo.
 Diseño rallado: Es debido a las líneas formadas por los vasos
leñosos cortados longitudinalmente y los canales de resina.
[17]
 Diseño angular: Es debido al corte transversal de los anillos de
crecimiento.
 Diseño veteado: El dibujo tiene el mismo origen que en la madera
de diseño angular, pero con las franjas paralelas entre sí.
 Diseño jaspeado: El origen del dibujo se debe a los cambos de
color de los diferentes grupos de células cuando éstas son anchos.
 Diseño espigado: Aparece en las maderas de grano entrecruzado
al cambiar en cada anillo de crecimiento la disposición de los
elementos anatómicos.
4. Color: El color de la madera es una consecuencia de las sustancias
retenidas en la masa leñosa, y es característico de cada especie. Esta
propiedad puede ser de importancia a la hora de emplear una
determinada madera con fines decorativos. Muchas maderas oscurecen
su color con el tiempo debido a la influencia de los agentes atmosférico.
5. Sabor: El sabor también es consecuencia de las sustancias que
impregnan la madera, y son de especial interés a la hora de emplear
[18]
una determinada madera en la fabricación
conservación o manipulación de alimentos.
de
recipientes
de
6. Efectos fisiológicos: Por último podemos decir que muchas maderas
producen efectos negativos sobre las personas que trabajan con ellas,
entre
estos
están
principalmente
reacciones
alergénicos.
PROPIEDADES QUÍMICAS Y QUÍMICOFISICAS
Para hacer un aprovechamiento óptimo de la madera desde el punto de vista
químico es necesario conocer su composición química, cuyos compuestos
surgen de la combinación de los elementos C, H y O, la que se compone, de
forma general, de dos grupos de sustancias: extraíbles y los componentes de la
pared celular, estos últimos comprenden la lignina, celulosa y hemicelulosa
(Hans, B. y Anders, R., 1995).
Cada uno de estos componentes presenta distintas estructuras químicas. Sus
proporciones, en los vegetales leñosos, comprende los siguientes rangos de
valores (Díaz A., 1986), (Cartagena, M. del C., 1994): lignina, entre 25 y 35 %
(maderas blandas), entre 17 y 25 % (maderas duras); celulosa, entre 40 y 45
%, prácticamente igual tanto para maderas duras que para maderas blandas);
hemicelulosa, 20 % (maderas blandas), entre 15 y 35 % (maderas duras).
Por otra parte se puede decir que los árboles no podrían alcanzar tanta altura si
sus troncos no estuvieran impregnados de lignina, cuya propiedad de
aglutinamiento proporciona la dureza y rigidez necesaria a los haces de fibras
celulósicas.
La pared secundaria, que constituye la mayor parte de la madera, contiene
cerca del 75 % de la lignina (Tancredi, N., 1995.). Esta sustancia da a la pared
celular una gran resistencia, dureza e impermeabilidad, lo que va a permitir en
futuras aplicaciones, desarrollar sobre ella un proceso regulado de gasificación
y la creación de poros, obteniéndose carbón activado.
A modo de resumen, podemos añadir que en las coníferas la relación ligninahemicelulosa-celulosa es de 30:20:50 % en masa y en las latifolias la relación
es en igual orden.
DESCOMPOSICIION TERMICA DE LA MADERA
Existen diferentes vías para el aprovechamiento tecnológico de los residuos
lignocelulósicos. Considerando la naturaleza de los procesos a emplear pueden
distinguirse de forma general los procedimientos químicos-hidrolíticos,
biológicos y termoquímicos.
PROCESOS TERMICOS
[19]
La madera antes de ser transformada térmicamente sufre un proceso de
cambio que comprende: trozado y secado para después ser combustionada,
pirolizada o gasificada.
La combustión, pirolisis y gasificación, constituyen probablemente alternativas
de mayores posibilidades de implantación industrial a corto plazo, para el uso
de los residuos lignocelulósicos.
COMBUSTION
La combustión constituye el sistema más empleado para el aprovechamiento de
residuos leñosos, representando cifras relativamente importantes dentro de la
estructura de consumo energético de los países menos desarrollados, siendo en
este caso más favorecido el medio ambiente al ser menores las emisiones de
CO2 al compararlas con las de los combustibles fósiles). Este proceso
termoquímico domina las aplicaciones industriales y residenciales en el mundo
de hoy. Es ampliamente aceptado que una oxidación a baja temperatura es la
principal fuente de calor conducente a la combustión espontánea
PIROLISIS
La pirolisis puede llevarse a cabo a distintas velocidades de calentamiento,
distinguiéndose así la pirolisis lenta, rápida, la pirolisis flash y la reactiva. La
primera, también conocida como la pirolisis convencional o carbonización,
ocurre a temperaturas entre 400 y 600 ºC, con tiempos de residencia de horas
y días la carbonización y hasta 30 minutos la pirolisis convencional, donde los
productos principales son sólidos.
En el intervalo de 250 a 350 ºC tiene lugar la fase cuantitativamente más
importante de la pirolisis de la madera, completándose en este intervalo la
descomposición térmica de la hemicelulosa y en su mayor parte la de la
celulosa.
Las reacciones principales consisten en rupturas de enlaces
glicosídicos con la consiguiente despolimerización parcial del componente
celulósico de la madera.
El proceso de pirolisis de la madera conduce al rendimiento de diferentes
cantidades de gas, líquido y carbón, según las condiciones de operación,
fundamentalmente velocidad de calentamiento y temperatura final. Cuando el
carbón es el principal producto a obtener, la pirolisis debe efectuarse a bajas
velocidades de calentamiento y temperaturas finales moderadas.
Durante la carbonización tiene lugar la reorganización de los átomos de
carbono en estructuras microcristalinas tipo grafito. A medida que aumenta la
temperatura, los compuestos primarios se polimerizan e independientemente de
que el material original tenga cadenas alifáticas o aromáticas, se origina un
sistema planar de moléculas tipo benceno condensadas, formándose así un
sólido como resultado de las uniones C-C entre planos vecinos. Desde 400
hasta 700 ºC estos sistemas condensados crecen gradualmente, pero todos los
átomos periféricos están unidos por enlaces químicos a átomos de hidrógeno o
grupos hidrocarbonados, estas sustancias tienen alta resistividad eléctrica.
Entre 700 y 800 ºC, muchos de los átomos de hidrógeno y los grupos
hidrocarbonados son eliminados, dejando pequeños cristalitos con estructura
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similar al grafito lo que coincide con una drástica reducción de la resistividad
eléctrica, o un mayor ordenamiento observado por Difracción de Rayos X
(XRD).
Si la carbonización se efectúa por encima de 1000 ºC, la reactividad disminuye,
pues se destruyen los centros activos en la superficie, el número de átomos en
las aristas es reducido por reordenamiento, las dislocaciones desaparecen y los
heteroátomos abandonan la estructura en gran medida por desvolatilización de
compuestos de Nitrógeno y Oxígeno, sobre todo por debajo del 50 % de
pérdida por combustión. De igual forma a altas temperaturas el proceso es
rápido y el rendimiento de carbón es menor.
El residuo sólido (carbón) de la carbonización constituye el producto de mayor
interés comercial de la pirolisis de la madera, aunque resulta también de gran
valor el aprovechamiento de los gases como energéticos.
La calidad del carbón vegetal se evalúa principalmente, por su contenido de
carbono, materia volátil, ceniza y humedad, pudiéndose destinar a usos
energéticos y a la producción de carbones activados lo que incluye los estudios
GASIFICACION INCOMPLETA
La gasificación al igual que la pirolisis ofrece una mayor versatilidad que la
combustión como método de aprovechamiento de los residuos lignocelulósicos
ya que la combustión tiene como único objetivo la obtención de energía.
La diferencia entre pirolisis y gasificación se puede establecer en sus objetivos,
mientras la pirolisis pretende principalmente la obtención de un sólido
carbonoso y a veces líquidos, en el caso de la gasificación se busca un alto
rendimiento en gases, fundamentalmente CO, H2 y CH4. Esta diferencia de
objetivos va a marcar las condiciones operativas ya que la gasificación se lleva
a cabo a temperaturas superiores y en presencia de agentes gasificantes como
el vapor de agua para forzar la producción de H2 y CO.
La gasificación es por tanto una reacción heterogénea del tipo gas-sólido y
están presentes como agentes gasificantes, el aire, el oxígeno, CO2 o vapor de
agua, o la mezcla de ellos en función de la finalidad del proceso. Un caso
particular del proceso de gasificación en el que la conversión del carbón no es
total y resulta un sólido poroso (carbón activado) como consecuencia de una
gasificación controlada, es lo que se conoce como activación física del carbón.
Si la gasificación es controlada, los agentes gasificantes a utilizar son
fundamentalmente CO2 y vapor de agua.
Por su parte la gasificación con vapor de agua puede representarse por medio
de una reacción heterogénea (la de gasificación propiamente dicha) que es
endotérmica y otra homogénea, que se produce en estado gaseoso, que es
exotérmica y la extensión en la que se produce depende fundamentalmente de
las condiciones de presión y temperatura a las que se trabaje.
[21]