1 GONZALO HERNÁNDEZ CALDERÓN, JOSÉ CRUZ DE LEÓN“USO DE LA REHIDRATACIÓN, PRESIÓN Y VACÍO EN EL ENDEREZADO DE MADERA DE PINO” GONZALO HERNÁNDEZ CALDERÓN, JOSÉ CRUZ DE LEÓN
2 INTRODUCCIÓN La madera en forma de tablas, tablones, vigas, gualdras etc, de las industrias madereras, sufren diversas deformaciones tales como torcedura, arqueamiento, encorvamiento y acanalamiento, etc.
3 Tipos de Alabeos.
4 Estas deformaciones son denominadas alabeos y son ocasionadas entre otros aspectos por un mal acomodo de las piezas, o por causas del secado de la madera. Lo que se pretende con este trabajo es contribuir con las empresas madereras a disminuir sus perdidas económicas, ayudándoles con este proceso a enderezar las vigas que presenten alabeos, basándose en el principio de rehidratación de las células de la madera.
5 La rehidratación de las células de la madera permitirá que recuperen su flexibilidad y con ello la forma original de las piezas. Para que la gran mayoría de las células de la madera se hidraten, es necesario aplicar fuerzas mayores a la presión atmosférica. Estas fuerzas se pueden lograr utilizando una autoclave en dónde se aplique, a través de bombas, presiones mayores a la atmosférica.
6 Un método de carácter industrial es el proceso Bethell también denominado de célula llena, en donde se puede controlar la hidratación y se garantiza la penetrabilidad del medio hidratante. Para ayudar a mantener la forma de las piezas de madera utilizadas en este trabajo de investigación, éstas se sujetaron por medio de flejes después del proceso y se sometieron a un proceso de secado al aire libre por un tiempo de dos semanas.
7 “Tiempo establecido por la industria para considerarlo como un proceso económicamente factible”.Este trabajo se realizó en el Laboratorio de Conservación y Preservación de la Madera (LACOPREMA) de la Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
8 ANTECEDENTES En la literatura especializada consultada, no se menciona específicamente el uso de presión y vacío para el enderezamiento de piezas de madera. Las deformaciones más frecuentes son el encorvado, arqueamiento, torcedura y acanalamiento (Vignote - Martínez, 2006). El alabeo es el termino general usado para designar cualquiera de los defectos, por la contracción inherente e irregular de la madera durante el secado, el alabeo se define como cualquier desviación de la superficie de una tabla que deja de ser plana y recta (Caraveo, 1982).
9 Contracción, contenido de humedad en equilibrio e hinchamiento, estos tres conceptos engloban lo que comúnmente es llamado “trabajo de la madera”. En cualquier madera y en cualquier lugar, el fenómeno del “trabajo de madera” es constante y permanente (Cruz, 2006). Como la madera es higroscópica, absorbe o desprende humedad, según el medio ambiente. El agua libre desaparece totalmente al cabo de un cierto tiempo, quedando, además del agua de constitución, el agua de saturación correspondiente a la humedad de la atmósfera que rodea a la madera, hasta conseguir un equilibrio, diciéndose que la madera esta secada al aire (Cruz, 2002).
10 OBJETIVO GENERAL Lograr la corrección de los alabeos, rehidratando las células de la madera por encima del Punto de Saturación de la Fibra (PSF), con agua utilizando presión y vacío (proceso Bethell). Sujetando las vigas por medio de flejes durante su proceso de secado al aire libre.
11 DESARROLLO DEL TEMA El proceso para esta investigación consistió a grandes rasgos en los aspectos siguientes: MADERA MEDICIÓN PROCESO BETHELL SECADO AL AIRE LIBRE SUJECIÓN MEDICIÓN
12 Se utilizaron 32 vigas de madera de pino (Pinus spSe utilizaron 32 vigas de madera de pino (Pinus sp.) donadas por una industria maderera de Morelia, Michoacán, de las siguientes medidas: 5 vigas de 3 ½” * 8 1/2” *16’ 2 vigas de 3 ½” * 8 ½” * 12’ 9 vigas de 3 ½” * 6 ½” * 12’ 10 tablones de 1 ½” * 4” * 16’ 5 vigas de 3 ½” * 8” * 16’ 1 tabla de 1 ½” * 9 ½” * 7’.
13 Se ennumeraron las 32 vigas para su identificación y se les tomó el contenido de humedad utilizando un higrómetro de agujas, después se identificó el alabeo que presentaba cada una de ellas. Presentando un contenido de humedad inicial promedio de 19.5 %.
14 Se llevaron a cabo 2 tratamientos, cada uno de 16 vigas de diversas medidas, en las cuales se identificaron 3 defectos: encorvado, torcedura y arqueamiento.
15 Para la medición del encorvado, se colocó la viga por el canto en el suelo en un lugar plano, midiéndose en cm la distancia del canto de la pieza al suelo.
16 De igual manera se procedió a medir la torceduraDe igual manera se procedió a medir la torcedura. Para ello, la medida se realizó de la esquina o extremo más alto de la viga al suelo .
17 Para la medición del arqueamiento, se colocó la viga por la cara en el suelo en un lugar plano, midiéndose en cm la distancia de la cara de la pieza al suelo.
18 El proceso Bethell consistió en lo siguiente:Se introdujo la madera al autoclave. Se realizó el primer vacío. Se inundó el autoclave con agua. Se presurizó el sistema, logrando que el agua penetrara dentro de la madera. Se trabajó con una presión de 10 Kg/cm². Una vez que se alcanzaron los valores deseados de saturación de la madera, se extrajo el agua sobrante del autoclave.
19 Se hizo vacío nuevamente, para remover el exceso de agua.Se abrió la puerta del autoclave, finalizando así el proceso de rehidratación.
20 Al final de cada proceso se llevaron las vigas al patio de secado y se flejaron mecánicamente, en 2 paquetes de 16 vigas, dejándolas así durante 2 semanas. El contenido de humedad al final del proceso que presentaron las vigas fue del 75% en promedio.
21 Herramientas Utilizadas para el Flejado
22 Bombas Utilizadas.
23 RESULTADOS
24 PRIMER PROCESO. De las 16 vigas se mejoraron 12, lo que equivale a una mejoría general del 75%. De las 16 vigas analizadas, 10 mostraron el defecto de encorvado (62.50%), 3 de torcedura (18.75%) y 3 de arqueamiento (18.75%).
25 Vigas Medidas comerciales Defecto Magnitud (cm) Magnitud (cm) 1 3 ½” * 8 ½” * 16’ Encorvado 2 Torcedura 6 3 Arqueamiento 4 3 ½” * 8 ½” * 12’ 3.5 5 2.4 7 1.9 8 3 ½” * 6 ½” * 12’ 1.7 9 10 4.6 11 2.6 12 13 1.4 14 1.8 15 16 3.2
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27 SEGUNDO PROCESO. De las 16 vigas se mejoraron 9, lo que equivale a una mejoría general del 56.25%. De las 16 vigas analizadas, 4 mostraron el defecto de encorvado de las cuales se corrigió 1 (6.25%), 1 de torcedura la cual no se corrigió y 11 de arqueamiento de las cuales se corrigieron 8 (50%).
28 Vigas Medidas comerciales Defecto Magnitud (cm) 1 1 ½” * 4” * 16’ Encorvado 5 3 2 Torcedura 2.8 Arqueamiento 9 4 6 1.4 Ruptura 7 3.5 8 10 11 3 ½” * 8” * 16’ 12 13 14 2.5 15 16 1 ½” * 9½” * 7’
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31 El encorvado mejoró un 64.28 % porque de 14 vigas (100%) que presentaron este alabeo se mejoraron 9.El arqueamiento mejoró un 78.57% ya que de 14 vigas mejoraron 11. La torcedura mejoro solamente en un 25% ya que se tenían 4 vigas con este alabeo y solo se mejoró una
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33 ANALISIS DE COSTOS Para ver la viabilidad del proceso de rehidratación para enderezar vigas de madera de pino, se realizó un análisis de costos simple. Para ello se investigaron datos de la empresa de Triplay y Laminados Continental de Morelia Mich, del Organismo Operador de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento (OOAPAS) de Michoacán y de la Comisión Federal de Electricidad (CFE).
34 PORCENTAJE DE APROVECHAMIENTO.Para determinar el porcentaje de aprovechamiento (PA) durante el proceso, se utilizó la siguiente ecuación: En donde: VD= numero de vigas corregidas TV= numero total de vigas = 65.62% De tal manera que
35 Costo por pie tabla (pt)Porcentaje de calidad Costos pt 100% $ 50% $ 65.62% $
36 $ 2801.93 Ahorro ó ganancia final 21 vigas pt $12.50 $ 11 vigas pt $6.25 $ 1,745.56 $ $ Ahorro ó ganancia final $ Valor inicial de las vigas $
37 Costos del agua utilizada.Para determinar el gasto de agua, primero se determinó el volumen del autoclave como se muestra a continuación. La medidas del autoclave son las siguientes: diámetro 0.76 metros y longitud 7.30 metros. Formula del cilindro: V = (π) (r²) (L)
38 V= (π) (0.38)² (7.30) V= 3.31 m3 Este es el volumen total del autoclave considerando que solo fuera un solo proceso ó carga, pero en esta investigación se realizarón dos procesos de tal forma que este valor se multiplica por dos para obtener el valor total. V= 3.31 m³ (2) = 6.62 m³
39 Ahora se convierten los pt totales en m³Ahora se convierten los pt totales en m³.Para ello se usa la siguiente ecuación: En donde: VM m³ = Volumen de madera en m³ VTMPT= Volumen total de madera en pt VPT m³= Volumen de un pt en m³ Por lo tanto tenemos que: VM m³ = * = 1.71 m³
40 De acuerdo con Sánchez (2005) la absorción promedio de la madera de pino (Pinus sp.) es de kg/m³. kg/m³ 1.717 m³ Kg o litros de agua. m³ 1 m³ de agua 1000 litros $ 6.71 $ 9.16 por m³ m³
41 Costos de la energía utilizada.Para determinar el gasto de energía eléctrica, se tomo en cuenta el costo por Kw/hr de $1.83. En contrato de media tensión del tipo OM de acuerdo a los valores de los recibos de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) del mes de julio del 2008.
42 1Hp equivale a kw/hr. 1 Kw/hr= $ 1.83 Bomba HP Kw/hr Tiempo trabajado Costo en pesos De Presión 1.5 1.11 80 min (1.33 hrs) $2.70 De vacío 3.73 130 min (2.17 hrs) $14.81 De llenado 1.0 240 min (4 hrs) $5.45 total $22.96
43 Costos por mano de obra utilizada.El costo de mano de obra por carga es de $ por trabajador, los trabajadores empleados para este caso fueron 2. Lo cual nos da un total de $ Costos del proceso. El costo por pie tabla (pt) es de $1.00 por el tratamiento con agua, y el total de pies tabla para esta investigación fue de pt, lo cual nos da un valor de $
44 Desglose de costos. Costo del proceso $ 727.60 Mano de obra $ 200.00Costo de energía eléctrica $ 22.96 Costo de agua $ 6.71 Total $
45 De tal forma que: $ $ = $1,844.66 El ahorro o ganancia final por m³ es de $ y de cada pt es de $2.53
46 Desglose de ganancia por tipo de defecto% de Mejoría Ganancia por m3 Ganancia por pt Arqueamiento 78.57 $844.11 $1.98 Encorvado 64.28 $690.59 $1.62 Torcedura 25.00 $268.58 $0.63
47 CONCLUSIONES De las 32 piezas tratadas las que presentaron mejor resultado fueron las de 3 ½” * 6 ½” * 12’, en la primera repetición y en la segunda las de 1½ “* 4” * 16’. El resultado no fue como se había pensado del 100% pero tomando en cuenta el resultado de 65.62%, es bueno ya que esto contribuye a la conservación del bosque. El valor obtenido como ganancia para la industria maderera por cada m³ es de $ 1,074.35 El valor obtenido como ganancia para la industria maderera por cada pt es de $2.53.
48 El alabeo que mejor se pudo corregir con el método de rehidratación por presión y vacío (Bethell), fue el arqueamiento (78.57% de mejoría). Para el arqueamiento se puede obtener una ganancia de $ por m³ y $1.98 por pt. El alabeo que quedó en segundo lugar fue el encorvado (64.28% de mejoría) Para el encorvado se puede obtener una ganancia de $ por m³ y $1.62 por pt. El alabeo que menos se mejoró fue la torcedura (25.00% de mejoría). Para la torcedura se puede obtener una ganancia de $ por m³ y $0.63 por pt. Las pérdidas económicas en la industria maderera se reducen.
49 RECOMENDACIONES Es necesario para la realización de estas pruebas, seleccionar las vigas con las medidas más uniformes para obtener resultados más precisos. Con los parámetros y la metodología seguida en este trabajo podemos recomendar la rehidratación de las células con presión y vacío para corregir alabeos de la madera. El flejado debe ser uniformemente distribuido. En los patios de almacenamiento y recepción de madera aserrada, es necesario que cuando llegue madera, la almacenen bajo sombra, con buena ventilación y con separadores de la misma medida y distribuidos adecuadamente para evitar que se presenten estos alabeos.
50 El proceso se llevó a cabo con agua, y esto nos da resultados favorables, pero este proceso se podría realizar con otras sustancias hidrosolubles tales como: sales CCA, o sales de boro. Es necesario hacer una variación de tiempos de sujeción y secado. Todos los tipos de alabeos se pueden mejorar todavía más porque vale la pena recordar que el sistema de sujeción (flejado) se retiró a las dos semanas y si se dejaran mas tiempo (por lo menos unas 4 semanas), se obtendrían mejores resultados. El óptimo resultado se obtendría cuando la madera obtuviera su Contenido de Humedad en Equilibrio y entonces se retirara el sistema de sujeción.
51 BIBLIOGRAFIA ABURTO G., G Impregnación de la madera de mango (Mangifera indica L.) con sales CCA y sales de boro por los métodos de inmersión y célula llena. Tesis profesional. Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Mich., México. 72 pp. AMBRIZ P., J. E Diseño de una planta de impregnación de madera para preservadores hidrosolubles. Tesis de maestría. Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Mich., México. 129 pp. ARROYO P., J., Propiedades físico-mecánicas de la madera. 2da edición. Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales- ULA. Mérida – Venezuela. 158 pp. AWPA (American Wood – Preservers` Association) AWPA book of Standards. Woodstock, MD. CARAVEO M, A., 1982: La madera aserrada. 1ra edición. Ediciones Chihuahua, Chihuahua. México. 270 pp. ÇENGEL, Y. Y BOLES, M, Termodinámica. 2da edición, tomo 2. Ediciones Mc Graw- Hill. Colombia. 866 pp.
52 CRUZ DE LEON J. , 2002. Secado de Madera AserradaCRUZ DE LEON J., Secado de Madera Aserrada. Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Coordinación de la Investigación Científica. UMSNH. Morelia, México.103 pp. CRUZ DE LEON, J., Manual Para la conservación y Preservación de Madera Estructural en Edificios Históricos. Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, México.145 pp. GARCIA, L. Y GUINDEO, A La madera y su tecnología aserrado, chapa y tableros contrachapados, tableros de partículas y de fibras, tableros enlistonados, OSB y LVL, madera laminada carpintería industrializada, tecnología de corte y tecnología de la aspiración. 1ra edición. Ediciones Mundi- Prensa Madrid. 322 pp. SANCHEZ R., D Preservación a presión comparando los métodos, célula llena (Bethell) contra célula vacía (Lowry) impregnando madera de Pinus leiophylla Schl. & Cham. Con sales CCA. Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Mich., México. 85 pp. SANCHEZ V., T Defectos del secado y sus causas. Tesis profesional. Escuela de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Mich., México. 69 pp.
53 SIMPSON, T. W, 1996: Dry Kiln Operators ManualSIMPSON, T.W, 1996: Dry Kiln Operators Manual. Research Forest Products Technologist. 274 pp. VIGNOTE, S. Y JIMENEZ, F.J, 1996: Tecnología de la Madera. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación/ Secretaria General Técnica/ Centro de Publicaciones. Madrid.602 pp. VIGNOTE, S. Y MARTINEZ, I, Tecnología de la madera. Ediciones Mundi- Prensa Madrid. 678 pp. Báez, A. Y Villafaña A, Taller de intercambio de experiencias en la situación tarifaría del Organismo Operador por el cobro del servicio de agua Potable. [Internet]. Disponible en < [consulta; Agosto 20, 2008].
54 POR SU ATENCIÓN GRACIAS.