Conceptos Básicos del Secado de Madera

PROCESOS
Conceptos Básicos del
Secado de Madera
Fabrizio Ciurlo (*).
Gerente Ekamant Colombia E.U
Secamiento: Es el proceso de eliminar el exceso de agua de la madera
para facilitar su posterior procesamiento y regularidad. Pero el concepto
de secado va más allá de una simple definición, abarca el conocimiento
de la materia prima, de su comportamiento y de los equipos utilizados
para un adelantar un procesamiento óptimo.
U
no de los procesos más exigentes
en la preparación de la madera
para usos industriales y domésticos es
el secado. De hecho, de su correcto
desarrollo depende que este material
ofrezca buenos resultados durante
y después del proceso de transformación.
Foto: B. Atrium La Madera.
Las consideraciones físicas y mecánicas de la materia prima así como
las técnicas que se refieren al tipo y
manejo de los equipos escogidos para
esta práctica son aspectos fundamentales cuando se planea adelantar un
secado, por eso a continuación haremos un recorrido por los conceptos
asociados con este procedimiento
para un manejo profesional y consciente de la madera en planta y fuera
de ella.
Conceptos Generales
Para comprender como seca la madera, es necesario, primero saber
cuáles son las partes que constituyen
el tronco del árbol.
Visítenos en: www.revista-MM.com
101
PROCESOS
Dicha sección de los árboles está
constituida por varias partes:
-
-
La Corteza, o capa protectora
externa, conformada por tejidos
muertos que protege la planta de
agentes externos y evita la evaporación del agua del tronco.
densa debido a la mayor cantidad de
paredes celulares que contiene.
En este sentido el término densidad
está estrechamente relacionado con la
presencia de agua en la madera, que
puede ser de dos formas: Agua libre o
capilar y Agua de Impregnación.
El Sámago o la albura, parte viva
de la madera, ubicada entre el
duramen y el cámbium de consistencia más blanda y más joven que
el duramen y seca más rápido.
El segundo aspecto a tener en cuenta
en el proceso de secado es la densidad
de la madera o dicho de otra manera,
su peso y dureza, determinados por
la cantidad de células existentes en
su conformación; es decir, que a mayor número de células mayor dureza
en la madera y a un menor número
se tiene una madera más blanda,
comparándolas ambas, en un mismo
volumen. Así, la madera más densa
es más difícil de secar que la menos
102
Análisis estructural del tronco de árbol: a)
Corteza, b) Liber, c) Cámbium, d) Albura,
e) Duramen, f) Médula o corazón.
El Cámbium o tejido regenerador
–ubicado entre la corteza y la albura– y que produce la corteza hacia
fuera y la madera hacia adentro.
- El Duramen (madera de corazón)
o parte interna del tronco conformado generalmente de tejido
muerto –más oscura que la albura
y de secamiento más lento– y cuya
delimitación puede ser muy difícil
de determinar en ocasiones. Finalmente está la Médula, o núcleo
central, madera dura, irregular,
que tiende a secar con defectos
al igual que la madera cercana al
mismo y que a veces puede ser
también, extremadamente blanda
y parecerse al corcho.
Por lo anterior, puede afirmarse que
existen dos etapas bien definidas en
el proceso de secado: La eliminación
del agua libre hasta el Punto de Saturación de la Fibra, y la eliminación
del agua de impregnación hasta el
7 por ciento máximo, contenido de
humedad, ideal para el uso de madera
en muebles de gran calidad.
Foto: Catálogo Nardi.
-
extraída genera cambios evidentes en
la madera, luego del secado.
Foto: B. Atrium La Madera.
La madera es el componente del
tronco de los árboles que tiene
como función el sostén de la planta
y el transporte de alimentos para el
crecimiento de éstos, lo que le da
características de porosidad y gran
resistencia mecánica.
Medición de humedad
La primera se encuentra en el interior
de las cavidades celulares (de fácil y
rápida extracción) y su eliminación no
modifica apreciablemente la madera.
Eliminada ésta, el contenido de humedad de la madera será del 30 por
ciento aproximadamente. Este es el
llamado Punto de Saturación de las
Fibras (PSF). La segunda, el Agua de
Impregnación, es aquella adherida a
las paredes celulares que resulta mucho más difícil de eliminar y que al ser
La primera etapa generalmente es fácil
y rápida, mientras que la segunda es
mucho más compleja y demorada debido a la dificultad de eliminar el agua
adherida a las paredes celulares.
¿A Dónde Va el Agua?
De acuerdo a lo anterior, para iniciar un proceso de secado se debe
determinar en primera instancia, la
densidad de la madera, para lo cual se
aplican varios métodos siendo el más popular y sencillo:
la probeta. Esta consiste en
tomar una pieza de madera
para medirla en todas sus
dimensiones, pesarla con
precisión, y secarla en horno,
poco a poco, hasta que ya
no pierda más peso, después
de lo cual se vuelve a medir
y a pesar para determinar la
contracción y comparar los
nuevos datos contra el peso
y el volumen inicial y determinar la densidad.
Pero… ¿Cómo seca la madera? ¿De
qué forma es liberada el agua? ¿Tiene
alguna dirección? ¿Hacia dónde se
mueve el agua para este efecto?
Para resolver estos interrogantes, es
necesario saber que el agua al interior de la madera se mueve desde las
zonas más húmedas (interior) hacia
las más secas (exterior) por capilaridad y difusión (1) y que este mismo
orden se da la remoción del agua de
Visítenos en: www.revista-MM.com
PROCESOS
alcance una condición óptima de
trabajo y estabilidad, efecto que se
conoce como Humedad de Equilibrio
(H.E.) o Contenido de Humedad de
Equilibrio (C.H.E).
Pero la madera no sólo cede humedad sino que también la toma del
aire o de su medio circundante para
equilibrar el contenido de la misma
(concepto que la define como un
material higroscópico), reacción que
se busca también cuando se adelanta
un proceso de secado. En este caso
se generan unas condiciones de
temperatura y humedad externas a
la madera para que ésta se equilibre
gradualmente a dicho ambiente y
Sistemas de Secado
Visítenos en: www.revista-MM.com
En general, existen varios sistemas
de secado basados, casi todos, en el
principio antes descrito de equilibrado
de la madera a las condiciones de
la cámara, exceptuando el secado
al vacío y el secado por radio frecuencia, sistemas cuyo principio y
funcionamiento es muy diferentes a
los tradicionales; pero los siguientes
son los más empleados:
• Secado Natural
Foto: B. Atrium La Madera
la superficie, razones por las que se
afirma que la madera seca de adentro
hacia fuera; de hecho, la superficie y
las puntas de la madera al contacto
con el aire, tienden a estar siempre
más secas.
Sistema de secado natural
103
PROCESOS
Trabajan con temperatura media-alta y son las más usadas en
el mundo, pues existe una gran
variedad dentro del grupo, dependiendo de su configuración,
aunque todas funcionan bajo un
mismo principio.
Cuentan con una caldera de
madera o carbón, que calienta
el agua de 90° C a 100° C, para
luego hacer pasar el líquido por
unos intercambiadores de calor o
radiadores (serpentines) instalados
en el interior del horno, en donde
también se instalan ventiladores de
gran capacidad que generan una
fuerte corriente de aire caliente,
gracias al paso de éste por los
radiadores.
Pese a lo popular de esta modalidad, el sistema tienen como
principal inconveniente el elevado tiempo que demanda –difícil
de establecer pues depende de
variables como la cantidad de luz
solar, la velocidad del viento, la
exposición a puntos cardinales,
la condensación y humedad relativa ambiental, entre otros– y
la reducida homogeneidad en los
resultados, pues no toda la madera
seca de igual forma, razón por la
que no se puede establecer con
exactitud la humedad final que
generalmente, no baja del 20 por
ciento con éste sistema.
Caldera
Foto: Catálogo Nardi
• Cámaras Convencionales
Foto: Catálogo Nardi
En realidad existen muchísimas
maneras para secar naturalmente:
desde los encastillados particulares
o apilamiento de la madera hasta
prácticas que incluyen creencias
esotéricas y ambientales para
obtener mejores resultado en el
proceso.
Las cámaras convencionales y el secado natural son los dos sistemas más usados por la
industria de la madera a razón de sus buenos resultados y costos de funcionamiento.
104
Foto: Catálogo Nardi
Es el primero, el más antiguo y es
considerado por muchos, el mejor;
de hecho se aplica frecuentemente
en distintos lugares del mundo
y para diversos casos, pero en
especial cuando no se cuenta con
recursos para montar otros sistemas.
Quemador para calentamiento directo.
Además, están provistos de unas
boquillas de aspersión de agua
usadas cuando es necesario humectar o aumentar la humedad
relativa de la cámara, y unas
chimeneas o ventilas ubicadas en
ambos extremos del horno que
pueden ser abiertas o cerradas
para controlar, tanto la humedad como la temperatura y que
además sacan el aire “mojado” e
introducen aire nuevo. En algunas
cámaras la humectación se logra
con vapor de agua que cumple doble función: calentar y humedecer
el ambiente.
En cuanto a los sistemas para
medir condiciones como la temperatura y la humedad, existen
una gran variedad, desde los más
sencillos como el bulbo seco y el
bulbo húmedo (2) hasta los más
sofisticados sensores electrónicos
de manejo automatizado, pero
todos tienen como base el mismo
principio: el equilibrio de la madera
a unas condiciones ambientales, o
sea el C.H.E.
Vale señalar que para su calentamiento, algunas cámaras de éste
Visítenos en: www.revista-MM.com
PROCESOS
Foto: Wood Mizer.
Foto: B. Atrium La Madera.
Foto: Catálogo Nardi
los cuales se pasa el aire para que,
en vez de calentarlo, se enfríe. De
esta forma se condensa la humedad que a su vez, se elimina por
conductos para ese propósito;
sería algo parecido a la mezcla de
“horno con nevera”.
Cámara de secado solar.
Foto: Catálogo In Comac.
Sistema de tubería y válvulas para distribución de agua caliente.
Sistema de humidificación compuesto por
sprays y tubos de acero inoxidable.
tipo utilizan distintos sistemas
como aceite térmico, quemadores de gas o calderas de fuego
directo, que son éstas últimas, las
menos usuales y a la vez, las más
peligrosas.
• Cámaras Deshumidificadoras.
Estas cuentan con todos los elementos de las convencionales
(ventiladores, humidificadores,
controles, etc.) pero incluyen
adicionalmente unos equipos similares a los de aire acondicionado,
dotados de unos serpentines por
Visítenos en: www.revista-MM.com
• Cámaras de Radiación Solar
Funcionan aprovechando la energía calorífica del sol y la luz para
ganar temperatura. En este grupo
el mercado ofrece diversos tipos
con varios grados de tecnificación
(sensores de temperatura y humedad) y tamaños. La principal
ventaja de estos sistemas es el
menor consumo energético y el
respeto por el medio ambiente.
Sus desventajas: el proceso de secado se desarrolla más lentamente
que usando cámaras convencionales o deshumidificadoras. Estas
funcionan también controlando
la temperatura y la humedad y
empleando ventiladores para forzar las corrientes de aire tal como
sucede con las cámaras convencionales.
• Cámaras de Vacío
Parten de un principio de funcionamiento distinto a las anteriormente
citadas, y que se resume en dos
pasos aplicados consecutivamente
hasta alcanzar la humedad deseada: primero, se aplica temperatura
a la madera “inyectándola” a
presión, para abrir el poro, luego
se aplicar el vacío succionando la
humedad.
Estas cámaras que, generalmente
se utilizan en cargas de madera
relativamente pequeñas (no sobrepasan el metro cúbico aunque
también las hay de mayor tamaño) y tienen un alto costo en el
mercado. Su mayor ventaja es la
reducción de tiempo en el proceso
comparado con otros sistemas y
que además garantizan la calidad
de la madera, sin sufrir alteraciones.
• Secado por Radio Frecuencia
Ideales también para cargas pequeñas, éstas operan totalmente
diferente a todas las anteriores
gracias a que el principio de la radio frecuencia es casi exactamente
como el de un horno microondas:
las células con agua son obligadas
a vibrar con alta frecuencia, para
generar un calentamiento de las
células que evapore el agua. Gracias a este sistema se obtienen
tiempos de secado verdaderamente rápidos, sin embargo, tanto el
consumo de energía (único medio
para su funcionamiento) como el
costo de los equipos es muy alto.
105
PROCESOS
Pero ¿cuál es el motivo? ¿Por qué este
es un elemento tan importante? El
lector puede imaginar gotas de agua
o una nube de vapor que flota sobre
la superficie de la madera, producto
de la elevación de la temperatura de
las tablas y de la cámara, y en este
contexto, el aire es el medio de transporte del agua o del vapor.
Foto: Catálogo Nardi
De todo esto podemos ver que los
secaderos más prácticos son aún los
convencionales y los deshumidificadores, con un interesante incremento de
los solares en los últimos años, aunque
vale aclarar que todos tienen en común una importantísima condición: El
flujo fuerte de aire forzado.
El túnel de aire se ubica entre el techo y el techo falso. Los túneles de aire están
provistos de ventiladores, con paletas de aluminio, que aseguran un mismo flujo de
aire en ambas direcciones.
Pero ¿qué debe hacerse para que éste
circule bien? En primera medida, organizar la madera correctamente para que el
aire fluya sin cortes de
flujo, razón por la que
se recomienda armar
paquetes o castillos
de tablas de madera
con espacios alineados
entre si y entre tablas
(lo que se conoce como
estriado) a fin de facilitar la libre circulación
de las corrientes de aire
entre las piezas cargadas en la cámara.
El proceso del secado
en sí, comienza una
vez que la cámara ha
sido cargada con los
paquetes, se cierran las
compuertas y comienza
el calentamiento del equipo, a razón
de 2° C a 4° C por hora aproximadamente. Aquí se integra el concepto
de programa u horario de secado,
que no es otra cosa que una serie de
pasos o condiciones de temperatura
y humedad establecidas en la cámara
para secar la madera.
Para asegurar un proceso de secado óptimo de la madera, las corrientes de aire deben correr libremente
entre los castillos de tablas cargados en la cámara.
Por esta razón, dentro de la cámara,
es indispensable garantizar un flujo
de aire continuo y constante ofrecido
por los ventiladores, pues si tanto el
flujo como la velocidad del aire no son
suficientes, el aire se llena de vapor,
se hace pesado y termina depositando
el agua nuevamente sobre la madera.
En pocas palabras, el aire es realmente
el principio que seca, el que hace el
trabajo pesado.
106
Foto: Catálogo In Comac.
Funcionamiento: Cámara
Convencional
Cada madera tiene un ciclo de secado
propio, no sólo por las ya mencionadas
Factores Fundamentales que
rigen los secados
- Temperatura: Factor que calienta el
ambiente interno de la cámara y la
madera misma.
-
Flujo de aire: Factor que transporta
el agua que se va eliminando de las
tablas.
-
Control de la humedad interna:
para generar condiciones cada vez
más “secas” con las que la madera
se va igualando.
- Encastillado: organización de la madera en la cámara.
diferencias entre las densidades, sino
también porque cada madera tiene
características particulares. Los pasos
del secado se denominan fases y son
definidos por el Contenido de Humedad de la madera, es decir, que cada
fase se mueve dentro de un rango de
humedad específico, por ejemplo, fase
mayor a 50% hasta 40%, de 40% a
30% y así sucesivamente, y a su vez,
cada una tiene condiciones diferentes
de temperatura y humedad.
También hay que distinguir dos etapas principales en el desarrollo de los
ciclos: la primera, cuando la madera
Visítenos en: www.revista-MM.com
PROCESOS
inútiles– una cuarta parte menor que
el inicial, lo que significaría que para
llenar una cámara con 30 metros cúbicos de madera, es necesario cortar
40 metros cúbicos de bloques.
Foto: Catálogo Nardi
Adicionalmente, en la segunda fase de
elaboración se aprovecha un 75 por
ciento de lo extraído de los hornos,
lo que quiere decir que de los 30 m³
sólo sirven 22.5 m³ de las tablas secas
para un triste saldo acumulado de 44
por ciento de desperdicio.
Armario eléctrico equipado con convertidor
de frecuencia.
está “verde”, con un alto grado de
contenido de humedad (normalmente
de 45 – 50% o más), y que se extiende hasta que el material llega al P.S.F.,
(30% de C.H.), y la segunda etapa, el
secado propiamente dicho en la que
se extrae el agua de impregnación.
Pero una vez terminado el mueble,
este porcentaje aumenta significativamente a cuenta de los maquinados
restantes, de hecho si se pudiera cubicar la madera que el mueble tiene
una vez terminado, se tendría casi
un 25 por ciento más de desperdicio
representado en puntas por cortes,
barrenados, virutas por maquinado,
etc., sin sumar los eventuales defectos ocultos que pueda presentar la
madera. Se llega con esto a 17 m³
aprovechados de los 40 m³ iniciales
(un 58% de desperdicio), en lo que
no se cuenta el porcentaje de madera
adicional perdido tras los maquinados
de cada pieza fabricada.
Haciendo números, un m³ de madera
(33 piezas aproximadamente) cuesta
en promedio $500.000, de los que
$290.000 se pulverizan literalmente,
valor al que debe sumarse las 20 horas/hombre para el trabajo de corte y
encastillado de la madera, el proceso
de secado ($160.000), los traslados
y otras arandelas que sumadas llegan
fácilmente al $1.500.000 o más.
Relacionándolo de otra forma, para
obtener un m³ de madera seca se necesitan 2,5 m³ de madera en bloque,
($1.250.000 aproximadamente), lo
que deja claro que el supuesto valor
inicial de la madera (3) puede ser “lo
de menos”, el problema está en el
desperdicio y la mano de obra necesaria para la transformación, pues lo
que al principio parece un gasto de
$650.000, se convierte en más del
El Desperdicio: El Gran
Problema
Uno de los temas más importantes
asociado al procesamiento de la madera es el de costos y en este sentido
es lamentable afirmar que luego del
primer proceso, el aserrado, sólo se
aprovecha de un bloque de madera
un 75 por ciento aproximadamente,
es decir, las tres cuartas partes de éste,
o tres bloque de cada cuatro.
Así, si cuatro bloques de medida igual
se cortan en tablas, la medida cúbica
de las tablas una vez cortadas será
–por el rectificado de los bloques,
el espesor del corte y los sobrantes
Visítenos en: www.revista-MM.com
Selección mecanizada de las piezas según su tamaño y apilado posterior.
107
PROCESOS
doble, y en algunos casos cuando no existen controles
efectivos pueden ser más altos.
Lo que es claro de todo esto, es que la madera no es
simplemente un “pedazo de palo”, es un elemento con
un valor enorme que, con nuestro trabajo adquiere aún
valor mayor.
Por eso cuando esté trabajando una pieza, hable de madera
y no de leña. Cualquier “palito” representa un esfuerzo
muy grande la naturaleza, y nuestro. Utilizar bien todos
nuestros recursos no es solamente un problema de costos
sino de responsabilidad. M M
REVISTA
&
Citas
1. Capilaridad: Es la habilidad de un tubo delgado para succionar un
líquido en contra de la fuerza de gravedad. Sucede cuando las fuerzas
intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son más fuertes
que las fuerzas intermoleculares cohesivas entre el líquido. Este es el
mismo efecto que causa que materiales porosos absorban líquidos. Las
plantas usan la capilaridad para succionar agua a sus sistemas, aunque
las plantas más grandes requieren la transpiración para mover la cantidad
necesaria de agua donde la requieren. Difusión: Movimiento de un conjunto de partículas en un medio ambiente bajo la acción de diferencias
de concentración, temperatura, etc. Distribución de una sustancia en el
organismo.
EL MUEBLE Y LA MADERA
__________________________
(*) Fabrizio Ciurlo. Diseñador industrial, con estudios en procesos de
producción, tecnología industrial y mantenimiento dirigidos específicamente a la industria de transformación de la madera y sus derivados. Experiencia en producción en varios países, desde 1984. Actualmente gerente de Ekamant Colombia E.U., filial de Ekamant Suecia,
encargado de desarrollo y soporte técnico para toda América Latina, y
asesor industrial en varias empresas del sector en diferentes países.
[email protected]
108
2. Bulbo seco y bulbo húmedo: Es la temperatura determinada con un
termómetro (llamado de bulbo húmedo) que tiene el bulbo cubierto con
una gasa empapada en agua. Haciendo pasar el aire, siempre que no esté
saturado, a una velocidad suficientemente elevada, se nota un descenso
de la temperatura respecto a la indicada en un termómetro normal (de
bulbo seco) y que es producida por la evaporación del aire.
3. Una pieza de madera seca, en perfecto estado, lo cual es imposible,
tiene un costo real de $45.000 pesos, tomando como base madera de
$15.000 pieza en el camión.
Visítenos en: www.revista-MM.com