SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. CÁTEDRA: SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA CATEDRÁTICO: ING. CERRON TAPIA, RUDECINDO ALUMNA: ECHEVARRIA TOVAR, SAORI HUANCAYO- PERU 2019-I M Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 1 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA RESUMEN El comportamiento de la madera en servicio está casi enteramente determinado por las relaciones de humedad. Para la mayoría de los usos finales de la madera, es de vital importancia reducir su contenido de humedad antes de su transformación en productos, a un nivel apropiado de acuerdo al lugar donde se utilizará, con el fin de obtener un producto estable que se desempeñe satisfactoriamente en servicio; si no un secado "informal" ocurrirá durante su utilización, produciendo frecuentemente efectos indeseables y en algunos casos resultados desastrosos. Las industrias de la madera, en general, se abastecen de madera en estado húmedo. Si la industria no cuenta con adecuadas facilidades para secar la madera, ya sea por medio de secado al aire o secado artificial, esta madera pasará al proceso productivo sin ningún control en cuanto a su contenido de humedad, dando como resultado problemas durante su manufactura, acabado y servicio (Cordoba Fogila, 2005). El objetivo del presente trabajo fue determinar cantidad de humedad máxima (CHM), libre (CHL), de equilibrio (CHE) y punto de saturación de las fibras (PSF) de la especie Virola sebifera Aubl., mediante la determinación del nivel de correlación entre la densidad básica y los parámetros de humedad utilizando modelos matemáticos. Con una DB de 0.45 g.𝑐𝑚3 , se encontró que el PSF estimado es de 28.48 %. El CHL estimado es de 162.47 %. El CHM estimado es de 166.4 %. El CHE estimado es de 13.201 %. Estos mismos parámetros de humedad expresados en l·𝑚3 presentaron el siguiente comportamiento, el volumen que se da al secar la madera desde el volumen verde (𝑉𝑣 ) hasta el volumen anhidro (𝑉𝑜 ) es de 0.433 𝑚3 . Y la cantidad de kilogramos de agua que se pierde desde el CHM hasta el CHE, es de 689 kg. Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 2 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA CONTENIDO RESUMEN ............................................................................................................................................ 2 I. INTRODUCCION ........................................................................................................................... 4 1.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 4 1.1.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................................................. 4 II. MARCO TEORICO ............................................................................................................................. 5 2.1. Distribucion geografica: ........................................................................................................... 5 2.2. Descripción del árbol en pie ..................................................................................................... 5 2.3. Descripción de la madera ......................................................................................................... 5 2.4. Aserrío y secado ....................................................................................................................... 5 2.5. Propiedades físicas ................................................................................................................... 6 2.6. Propiedades mecánicas ............................................................................................................ 7 2.7. Contenido de humedad máxima (chm).................................................................................... 7 2.8. Contenido de Humedad Libre (CHL)......................................................................................... 7 2.9. Punto de Saturación de la Fibra (PSF) ...................................................................................... 7 2.10. Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE) .......................................................................... 8 III. MATERIALES Y MÉTODOS........................................................................................................ 9 3.1. Materiales y equipo............................................................................................................. 9 3.2. Método ................................................................................................................................ 9 3.2.1. Tipo y nivel de investigación ....................................................................................... 9 3.2.2. Procedimiento.............................................................................................................. 9 IV. RESULTADOS ......................................................................................................................... 11 4.1. C.H.M. (Contenido de Humedad Máximo en la Madera) ................................................. 11 4.2. C.H.L. (Contenido de Humedad Libre Calculado) .............................................................. 11 4.3. P.S.F. (Punto Saturación de las Fibras) .............................................................................. 11 4.4. C.H.E. (Contenido de Humedad de Equilibrio) .................................................................. 11 4.5. Cantidad de agua que se elimina (kg) desde el CHM hasta el CHE ................................... 11 4.6.Volumen final de la madera en 1𝑚3....................................................................................... 12 V. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 13 VI. ANALISIS ................................................................................................................................ 13 REFERENCIA BIBLIOGRFICA ............................................................................................................... 14 Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 3 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA I. INTRODUCCION Los bosques de la amazonia peruana presentan una composición florística muy compleja o altamente heterogénea, estimándose que existen alrededor de 2,500 especies forestales diferentes, de las cuales sólo están debidamente reconocida cerca de 600 especies; por ello, es preciso identificar esta gran cantidad de especies y determinar sus usos para integrarla al contexto de las especies útiles para su comercialización. Asimismo, esta gran diversidad de especies ignoradas no permite un aprovechamiento racional e integral de uno de nuestros más abundantes recursos naturales renovables, ya que este reducido número de especies conocidas son insuficientes para trazar políticas de desarrollo forestal a corto y mediano plazo. La identificación de las especies forestales es un requisito indispensable en el planeamiento, desarrollo y ejecución de casi todas las labores dasonómicas, jugando un papel importante, tanto en el plan de aprovechamiento integral de los bosques como en la comercialización de productos forestales. Todas las labores forestales están directa o indirectamente relacionadas con la identificación de las especies vegetales. (Baluarte Vasques & Arostegui Vargas, 1990) 1.1.OBJETIVO GENERAL Determinar la cantidad de humedad máxima, libre, de equilibrio y punto de saturación de las fibras de la especie Virola sebifera Aubl., mediante la determinación del nivel de correlación entre la densidad básica y los parámetros de humedad utilizando modelos matemáticos. 1.1.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar el contenido de humedad máximo de Virola sebifera Aubl. Determinar el contenido de humedad libre de Virola sebifera Aubl. Determinar el Punto de Saturación de las Fibras de Virola sebifera Aubl. Determinar el contenido de humedad de equilibrio de Virola sebifera Aubl. Determinar la cantidad de agua que se elimina (kg) desde el CHM hasta el CHE. Determinar el volumen final de la madera en 1𝑚3 . Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 4 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA II. MARCO TEORICO 2.1. Distribucion geografica: Se distribuye por todo América tropical, generalmente en las tierras bajas. En el Perú se encuentra principalmente en los departamentos de Loreto, San Martín y Ucayali. Se desarrolla en las partes bajas de las formaciones ecológicas de bosque húmedo tropical (bh-T) y en los bosques secundarios en suelos inundables y en altitudes entre 80 a 1000 m.s.m. Se asocia con Terminalia sp., Manilkara sp., Protium sp., Schizolobium sp, otros. (Oshiro Chinen, 2016) 2.2. Descripción del árbol en pie Árbol de fuste resto y cilíndrico. Altura total de hasta 30 m. Altura comercial de 17 a 20 m. Diámetro a la altura del pecho de 60 cm. De copa plana a redonda, con ramificaciones más o menos verticales. El fuste posee fisuras anchas y poco profundas, desprendimiento de escamas gruesas (Confederación Peruana de la Madera, 2008). 2.3. Descripción de la madera Color: Albura marrón rosado transición gradual a abrupta al duramen que es de color marrón grisáceo uniforme. Brillo: Elevado. Grano:Recto a irregular Textura:Media. Veteado: De poca figura, excepto si presenta grano ondulado (Confederación Peruana de la Madera, 2008). 2.4. Aserrío y secado Durabilidad natural: Madera poco durable, muy susceptible al ataque de termites, hongos e insectos de maderas secas. Preservación: De fácil preservación en los tratamientos baño caliente-frío y vacío a presión. Impregnabilidad buena. Usos: Carpintería de obra. Laminado. Cajonería y Mueblería. (Oshiro Chinen, 2016) Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 5 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Hábitat: Ocurre en ámbitos con pluviosidad elevada y constante; es una especie con tendencia esciófita, presente en bosques secundarios tardíos y bosques primarios, sobre suelos de textura y niveles de acidez variados, usualmente fértiles, bien drenados y a veces con pedregosidad elevada. Región Amazónica, desde Brasil y las Guayanas hasta Colombia, Ecuador, Perú y Bolivia, mayormente debajo de los 1200 msnm. (Reynel, Pennington, & Flores, 2003). Imagen 1 Distribucion en el Perú Usos: La madera es de buena calidad, blanda y liviana, con grano recto y textura media, de color rosado a amarillo rojizo cuando seca. Es muy trabajable, apreciada en carpintería, ebanistería y construcción, aunque no es muy durable (Reynel, Pennington, & Flores, 2003). La Cumala Blanca es una madera de color blanco. La densidad básica es de baja a mediana. El aserrío es fácil y de regular a buen comportamiento a la trabajabilidad. El secado al aire libre es en forma rápida y presenta un buen comportamiento al secado artificial con un programa severo. La madera de Cumala Blanca es poco durable, muy susceptible al ataque de hongos y termites. Por lo que se recomienda la aplicación de un tratamiento preservante adecuado. De fácil preservación en baño caliente-frío y vacío-presión. (Oshiro Chinen, 2016) 2.5. Propiedades físicas Densidad Básica: 0.45 gr/cm³ Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 6 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Contracción Volumétrica: 13.40 % Relación T/R: 2.40 Contracción Tangencial: 9.87 % Contracción Radial: 4.45 % 2.6. Propiedades mecánicas Módulo de Elasticidad en flexión: 106.0 tn/cm² Módulo de Ruptura en flexión: 447.0 kg/cm² Comprensión Paralela: 185.0 kg/cm² Comprensión Perpendicular: 37.0 kg/cm² Corte paralelo a las Fibras: 52.0 kg/cm² Dureza de lados: 212.0 kg/cm² Tenacidad: 0.90 kg-m (Confederación Peruana de la Madera, 2008). 2.7. Contenido de humedad máxima (chm) Se refiere a la cantidad de agua máxima que una madera es capaz de contener, es decir, que tanto la pared celular como los lúmenes se encuentran completamente saturados de agua (Tamarit-Urias & Fuentes-Salinas, 2003). 2.8. Contenido de Humedad Libre (CHL) Se refiere a la cantidad de agua que la madera contiene exclusivamente en las cavidades o lúmenes de las células. Cuando ésta se pierde solo se presenta reducción de su peso. Por diferencia entre el máximo contenido de humedad y el punto de saturación de la fibra se estimó el contenido de humedad libre (TamaritUrias & Fuentes-Salinas, 2003). 2.9. Punto de Saturación de la Fibra (PSF) Entendido éste como el contenido de humedad de la madera en donde sus fibras contienen toda el agua higroscópica, pero nada de agua libre, cuya principal característica es que cuando se presenta la pérdida del agua higroscópica también Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 7 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA se presenta contracción y pérdida de peso (Tamarit-Urias & Fuentes-Salinas, 2003). 2.10. Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE) Este contenido de humedad depende de la temperatura del aire circundante, de la humedad relativa y de las condiciones de secado a las cuales haya sido sometida previamente la madera. El CHE varía con los cambios en una o ambas condiciones atmosféricas. Maderas que son aparentemente iguales, generalmente no alcanzan el mismo contenido de humedad de equilibrio bajo idénticas condiciones atmosféricas, debido a las variaciones en los contenidos de extractivos o condiciones previas de secado, las cuales pueden originar uniones permanentes de los grupos hidroxilos y en consecuencia una disminución de la capacidad de la madera para adsorber humedad (Arroyo, 1983). Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 8 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1.Materiales y equipo - Computadora personal y accesorios. - Útiles de escritorio y papelería en general. - Modelos matemáticos (fórmulas). 3.2.Método 3.2.1. Tipo y nivel de investigación El estudio pertenece al tipo de investigación aplicada, ya que se usa conocimiento ya establecidos para poder determinar los diferentes contenidos de humedad de la madera usando fórmulas. El nivel de investigación es exploratorio, porque permitió identificar los diferentes contenidos de humedad del Cedro. 3.2.2. Procedimiento Para determinar los diferentes contenidos de humedad de la especie se utilizaron solamente datos de densidad básica (DB) del cedro 0.45 g.𝑐𝑚3 definida como la relación peso anhidro (𝑃𝑜 ) entre su correspondiente volumen verde (𝑉𝑣 ) expresada en g.𝑐𝑚3 , también se tomó en cuenta la contracción volumétrica de la especie 13.4%. Los parámetros de humedad que se determinaron fueron: Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 9 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA A. Contenido de Humedad Máximo (CHM), para su estimación se empleó la fórmula: 𝐶𝐻𝑀 = 597.96 ∗ 𝑒 −2.243∗𝐷𝐵 B. Contenido de Humedad Libre (CHL), para su estimación se empleó la fórmula: 𝐶𝐻𝐿 = 583.84 ∗ 𝑒 −3.263∗𝐷𝐵 C. Punto de Saturación de la Fibra (PSF), para su estimación se empleó la fórmula: 𝑃𝑆𝐹 = 14.678 ∗ 𝐷𝐵 −0.83 D. Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE), para su estimación se empleó la fórmula: 𝐶𝐻𝐸 = −4.141 ∗ ln(𝐷𝐵) + 9.8939 E. Contenido de humedad (CH), para su estimación se empleó la fórmula: %𝐶𝐻 = F. 𝑃ℎ − 𝑃𝑜 ∗ 100 𝑃𝑜 Contracción volumétrica (CV), para su estimación se empleó la fórmula: 𝐶𝑉 = 𝑉𝑣 − 𝑉0 ∗ 100 𝑉0 Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 10 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA IV. RESULTADOS 4.1.C.H.M. (Contenido de Humedad Máximo en la Madera) 𝐶𝐻𝑀 = 597.96 𝑒 −2.843×𝐷𝐵 𝐶𝐻𝑀 = 597.96 × 2.7178−2.843×0.45 𝐶𝐻𝑀 = 166.4% 4.2.C.H.L. (Contenido de Humedad Libre Calculado) 𝐶𝐻𝐿 = 583.84 𝑒 −3.263×𝐷𝐵 𝐶𝐻𝐿 = 583.84 × 2.7178−3.263×0.45 𝐶𝐻𝐿 = 162.47% 4.3.P.S.F. (Punto Saturación de las Fibras) 𝑃𝑆𝐹 = 14.678 𝐷𝐵 −0.83 𝑃𝑆𝐹 = 14.678 × 0.45−0.83 𝑃𝑆𝐹 = 28.48% 4.4.C.H.E. (Contenido de Humedad de Equilibrio) 𝐶𝐻𝐸 = −4.141 ln(𝐷𝐵) + 9.8939 𝐶𝐻𝐸 = −4.141 ln(0.45) + 9.8939 𝐶𝐻𝐸 = 13.201% 4.5.Cantidad de agua que se elimina (kg) desde el CHM hasta el CHE 𝐷𝐵 = 𝑃𝑜 𝑉𝑣 0.45 = 𝑃𝑜 106 𝑃𝑜 = 0.45 ∗ 106 𝑔 Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 11 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA Usando el contenido de humedad máxima %𝐶𝐻 = 𝑃ℎ − 𝑃𝑜 ∗ 100 𝑃𝑜 𝑃𝑚á𝑥 − 0.45 ∗ 106 166.4 = ∗ 100 0.45 ∗ 106 𝑃𝑚á𝑥 = 1.199 ∗ 106 𝑔 … … … (1) Usando el contenido de humedad de equilibrio %𝐶𝐻 = 𝑃ℎ − 𝑃𝑜 ∗ 100 𝑃𝑜 𝑃𝑒𝑞𝑢𝑖𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 − 0.45 ∗ 106 13.20 = ∗ 100 0.45 ∗ 106 𝑃𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 = 0.51 ∗ 106 𝑔 … … … (2) Restando (1) y (2) 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎 = (1) − (2) 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎 = 1.199 ∗ 106 − 0.51 ∗ 106 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎 = 689 𝑘𝑔 4.6.Volumen final de la madera en 1𝒎𝟑 𝐶𝑉 = 𝑉𝑣 − 𝑉0 ∗ 100 𝑉0 13.4 = 1 − 𝑉0 ∗ 100 𝑉0 𝑉𝑜 = 0.433𝑚3 Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 12 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA V. CONCLUSIONES a) El contenido de humedad máximo de Virola sebifera Aubl fue 166.4 %. b) El contenido de humedad libre de Virola sebifera Aubl fue 162.47 %. c) El Punto de Saturación de las Fibras de Virola sebifera Aubl fue 28.48 %. d) El contenido de humedad de equilibrio de Virola sebifera Aubl fue 13.201 %. e) La cantidad de agua que se elimina (kg) desde el CHM hasta el CHE fue de 689 kg. f) El volumen final de la madera en 1𝑚3 fue de 0.433 𝑚3 . VI. ANALISIS 1. De los resultados sacados se puede deducir el contenido de humedad, que cuanto mayor dureza o más densidad básica tenga la especie Virola sebifera Aubl el contenido de humedad máxima, contenido de humedad libre de saturación, punto de saturación de las fibras y el contenido de humedad equilibrio es menor. Esto se debe a que las especies con mayor densidad contienen menor cantidad de agua en su estructura anatómica. 2. Estos contenidos de humedad fueron expresados en el uso de la determinación de la cantidad de agua eliminada hasta el contenido de humedad de equilibrio de la madera Virola sebifera Aubl representados en 1𝑚3 se obtuvo que la cantidad de agua que pierde durante el proceso de secado dese la humedad máxima que viene a ser 166.4% hasta el contenido de humedad de equilibrio 13.201% perdiendo así 689kg en una pieza de madera de 1𝑚3 . Con lo cual se puede analizar que si una troza de madera de 1𝑚3 recien cortado es dejado al aire libre o secado al ambiente la cantidad de agua que esta perdería seria 689kg 3. En la concentración volumétrica de la especie Virola sebifera Aubl fue expresado en el uso de la determinación del volumen final en una pieza de madera de un 1𝑚3 mediante la fórmula de contracción volumétrica, mediante la fórmula de 𝐶𝑣 concentración volumétrica 𝑉𝑣 = 𝑉0 (100) + 𝑉0 obteniendo en un volumen final de 0.433 𝑚3 , con lo cual se analiza que los cambios mecánicos de la madera pueden darse a bajo el punto de saturación de las fibras. Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 13 SECADO Y PRESERVADO DE LA MADERA REFERENCIA BIBLIOGRFICA Baluarte Vasques, J. R., & Arostegui Vargas, A. (1990). Identificacion y descripcion de diecinueve especies forestales del bosque humedo tropical (bh-t) colonia angamos (rio yavari) y jenaro herrera. iquitos. Confederación Peruana de la Madera. (2008). Compendio de informacion tecnica de 3 especies forestales . Lima. Cordoba Fogila, R. (2005). Conceptos basicos sobre el secado de la madera. Revista Forestal, 2(5). Oshiro Chinen, M. (2016). Ficha estándar n° 91 familia 20720019 madera cumala. ficha estándar de familia del catálogo de bienes, servicios y obras del mef. Reynel, c., Pennington, T., & Flores, C. (2003). Árboles útiles de la Amazonia Peruana y sus usos. Lima- Perú. Contenido de humedad máxima, libre, al punto de saturación de las fibras y de equilibrio en la especie Virola sebifera Aubl. 14
