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SECADO DE MADERA DE RENOVALES DE ROBLE Y RAULI

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COAPORACION DE FOMENTO DE LA PRODUCCION

'NSTI TUTO FORESTAL

CORPOAACION DE FOMENTO DE lA PRQDUCCION Gereneia de Filiale. de Fomento

INFORME TECNICO N° 134

SECADO DE MADERA DE RENOVALES DE ROBLE Y RAULI

CONCEPCION - CHILE

Septiembre 1994 Reglstro Propiedad Intelectual N° 93.767

(J : .' ._ . li~STlTU

ru

~

_

t~ ,,\

FQ;'¡éSTAL

INDICE

Pagina

PROLOGO RESUMEN

1.

INTRODUCCION ••••••••••••••••••••••••••.•...••.••••.•

1

2.

METODQLOGIA .•.•••••••.••••••.•••••••••••••••••••••.•

3

2.1

Procedencia de la Madera ..............•........

3

2.2:

Diseflo Experimental

3

2.3

Conducci6n del Secado

5

2.4

Costos del Secado..............................

7

2.5

Material y Equipos

8

3.

DISCUSION DE RESULTADOS ••••••••••••••••••.•..•..•••.

10

3.1

Secado Natural.................................

10

3.2

Secado Artificial Convencional a Escala Piloto.

15

3.3

Ensayos de Secado Artificial a Escala Real .....

23

4.

CONCLOS IONES ..•.••••••.•.•••.••••.•.••.•.••.•.••.•••

28

5.

BIBLIOGRAFIA

........................................

30

APEND I CE N" 1

Número de anillos en las trozas usadas para obtener

la

madera aserrada para

los ensayos de secado. APENDICE N" 2

Clasificación de alabeos y grietas.

APENOICE N° 3

Calidad del secado.

APENO1CE N" 4

Supuestos para el análisis

de

costo~

y del secado.

APENOICE N" 5

Condiciones ambientales secado al aire.

PROLOGO El presente estudio "Análisis Secado de Madera Proveniente de

Ranovales",

ha

sido desarrollado por

la

División

Industrias del

1nstituto Forestal, INFOR, por encargo de la Corporación de Fomento te la Producción, CORFO.

La organización que se ha dado al informe es la siguiente: En primer lugar se detalla la metodologia utilizada, a continuación se incluye la discusión de resultados y,

finalmente,

se indican las

conclusiones. El estudio se llevó a

cabo a

través de un convenio

INFOR-

UNIVERSIDAD DEL BIO BIO, por medio del cual la Universidad realizó todos los ensayos de secado requeridos. La madera para el proyecto se obtuvo gracias e un convenio INFQR-FORVESA

y

proviene

del

predio

Jauja,

ubicado

en

la

Precordillera Andina, comuna de Collipulli (IX Región, Chile). Participaron Civiles

en

en

la

Industrias

realización del

Forestales

Sres.

estudio Gonzalo

los

Ingenieros

Hernández

C.

y

Victor Sagner K.• el Ingeniero Forestal, Jefe División Industrias del Instituto Forestal,

Sr. Nelson Vergara R.•

y los Ingenieros,

Sres. Rubén Ananias A.• Emilio Vergara S. y Peter Steinhagen de la Universidad del Sio Bio.

RESUMEN En

este

trabajo

se analizó el

secado natural

y arti ficial

(convencional). de madera aserrada de renovales de rauli Notbofagus alpina

(Poepp.

et Endl.) Oeerst y roble Notbofagu.s abliqua

(Mirb.)

Bl.

Se escogieron, voltearon y trozaron árboles en pie de bosques

creciendo en la Precordillera Andina de la Novena Región de Chile. Las trozas fueron convertidas en madera aserrada de 25 y 50 mm de espesor. El secado natural fue realizado durante dos épocas: Verano e Invierno. Se ejecutaron 8 ensayos de secado artificial a escala

piloto y dos ensayos de secado a escala industrial. A escala piloto se

secó madera

capacidad.

Se

medIante

el un

y

el

secado

longitud

industrial

cuantificaron

natural

durante

1.7 m de

A escala

~apacidad.

secado

de

secado

artificial

análisis

de

en

un

horno de

se ocupó un

los

defectos

artificial; a

escala

varianza.

Se

O. 2S ml

secador de

producidos

de

4 rn l

de

durante

el

los

defectos

ocurridos

piloto

fueron

comparados

evaluó

el

var:acIón dimensional de la madera. Además,

colapso

y

la

fue estimado el costo

del secado artificial. Los

J \

¡

resul tados

indican

que

los

renovales

de

rauli

y

roble

pueden secarse satisfactoriamente bajo un mismo programa de secado artl flcial,

empleando

lncluye

precalentamiento

un

temperaturas convencionales en

ambiente

saturado

en

el

que

se

a

80

oC.

La

duración del secado de la madera de 25 mm fue de alrededor de 8 a 10 dlas; el tiempo de secado de la madera de 50 mm,

dependió del

grado de duraminizaci6n, variando entre 12 y 37 dlas. El costo del secado artificial de los renovales fue del orden de los 37 USS/m J

•

l.

INTROOUCCION

obl~qua

El raull Notbofagus alpina y el roble Notbofagus

primer crecimiento han sido especies de

latifoliadas

del

nativas

de

gran interés comercial e industrial. Su madera ha sido empleada en la manufactura de muebles y otros fines nobles. Este recurso está cada d1a más escaso, alejado de los centros industriales y en lugares de dificil

acceso.

Ello está

favoreciendo

a

la madera

es

necesario

proveniente de bosques del segundo crecimiento. Este

recurso

está

siendo

investigado,

ya

que

conocer la potencialidad de la madera de renovales como material

sólido para la fabricación de muebles, chapas y otros usos finos. Un

importante

lnvestigaciones

se

aspecto refiere

que a

los

se

debe

analizar

programas

de

en

secado

estas y al

comportamiento durante el secado de los renovales.

de

Las propiedades fisicas y mecánicas de la madera de renovales rauli y roble han sido determinadas por diversos autores

ICarabias 1975¡ Bunster 1980). Estas mediciones se han ejecutado sobre madera libre de defectos, por lo que deben usarse cuidadosamente. Igualmente se han evaluado las propiedades mecánicas como un indicador del potencial uso de los renovales de raul i y roble (INFOR 1990). Por otra parte, se ha evidenciado también en los renovales un cierto nivel de madera de tensión (Ananias et al 1993) y una tendencia al manchado de la superficie de la madera que ha sido almacenada por algún tiempo antes del secado (Ananias et al 1994). Ambas pueden limitar seriamente el va or comercial de los renovales.

1

Este

proyecto

comportamiento

tiene

frente

como al

objetivo

secado,

general

natural

analizar y

el

arti f icial

(convencional) de los renovales de rauli y roble de 25 y 50 mm de espesor.

2.

ME TODOLOGIA

2.1

Procedencia de la Madera

La madera

utilizada

en

todos

los

experimentos,

provino de

bosques de renovales de raulí y roble creciendo en la Precordillera Andina, hacienda Jauja, comuna de Collipulli. IX Región, Chile. El DAP entre 22

y

(diámetro a 42

cm.

La

la altura del pecho>

edad de

anillos de la primera troza

los

de los árboles

fue

árboles por método conteo de

estuvo en un rango de 48 a 60 anos en

los renovales de rauli y de 40 a 52 años en los renovales de roble (Apéndice N° 1).

Las trozas fueron aserradas en la Unidad Industrial Maderera

de la Universidad del 810-Bl0. Las trozas se convirtieron en basas

mediante una máquina circular lampeadora, las cuales posteriormente fueron transformadas en tablas de dimensi6n nominal de 2S mm x 127 mm x 3,65 ro y de 50 mm x 127 mm x 3,65 ro usando una máquina huincha. 2.2

DiaG~o

~nsayos

Experimental

de Secado Natural

Se montaron ocho ensayos de secado natural según el siguiente plan:

FACTOR

Especie Espesor Epoca

NIVELES 2 (Renoval rauli 2 (25 mm y 50 mm)

y renoval roble)

2 (Verano 93 e Invierno 93)

3

La madera aserrada

fue encastillada en el patio de

secadol

natural de la Unidad Industrial Maderera en la Universidad del BioBlo,

Concepción. El programa verano comenzó la segunda semana de

enero de 1993 y el programa invierno se inició la tercera semana de julio de 1993.

Ensayos Secado Artificial (escala piloto) Se ejecutaron ocho ensayos de secado artificial (convencional) a escala piloto de acuerdo con el siguiente plan:

NIVELES

FACTOR

2 (Renoval raull y renoval roble) 2 (25 mm y 50 mm) 2 {Lento y Rápido I

Especie Espesor Programa

Los

programas

de

secado

recogidos de la literatura

originales

(Cuadro

N°

1),

son

(Sahlman y Han 1963), a los que se le

introducen tratamientos en ambiente saturado al comienzo y durante el secado. Cuadro N° 1 PaOGIL~

DE ncADO RAPlDO PARA RAtJLI

(ruante: Sah1man y lIaD 1963)

cam:NIDO llJ: lIlIMI:DAO EN LA

...,,-

4

'tDiriORA'I'URA BOL8O SECO

'1iHPERA.'1'URA BOLaO lIllHEDO

m.a:oAD RELATIVA DEL AIRE

It)

l-C)

(-C)

lt)

verde 60 40 30 25 20 15

48,S 48,5 51,S

46, O 45, O 46, S 47,0 49, O 53,0 58,0

85 80 75 65 55 45 40

54. 60. 68, O 76,5

Los resultados del secado a escala piloto fueron evaluados a través de un anAlisis de varianza del tipo factorial 2 x 2 x 2, teniendo como

especie,

factores

espesor

y programa

(Apéndice

Ensayos secado artificial convencional (escala real) Se ejecutaron 2 ensayos de secado artificial a escala

real,

según el siguiente plan :

NIVELES

FACTOR

2 (Renoval rauli y renoval roble) 1 (25 mm)

Especie Espesor Programa

Se

aplicó

1

el

mejor

programa

de

secado

resultante

de

los

ensayos de secado artificial a escala piloto. 2.3

Conducci6n del Secado

Previo

a

los

ensayos,

se

prepararon muestras

testigo para

llevar a cabo el control de la humedad de la madera por metodo gravimétrico (según Norma Chilena Oficial 176/1). Para el secado natural se emplearon 8 muestras, lado en "lingas"':

de

2S

mm y 6 muestras,

3

por

4 por cada

lado,

en

las

"linga5" de SO mm.

Paquete de madera aserrada con separadores que constituye la carga lo parte de ellal del secador.

~5

el nombre corriente que se da a los

~castil105"

de

carga del secador.

5

En el secado artificial a escala piloto, en la madera de 25 D se emplearon 5 muestras testigos en tanto que en la de 50 mm Sl , utilizaron 3 muestras testigos. Estas fueron ubicadas alternadamente a un costado del castillo de madera. En el secado artificial a escala real, la conducción del secado se realizó en base de 10 muestras testigos, las que se ubicaron convenientemente en ambos lados del castillo. Las muestras se usaron también para determinar los cambios dimensionales de la madera durante el proceso de secado. La contracción fue calculada de acuerdo a la Norma ehi lena Oficial 176/3. En el secado piloto. todas las piezas son usadas humedad final el gradiente de humedad. las tensiones contracción y los defectos al final del secado. En aire y en el secado artificial se evalúa sólo un

para medir la de secado. la el secado al 10 % de las

piezas. El gradiente de humedad fue obtenido mediante pesadas de secciones del tipo "L" I extraldas de la superficie de las probetas de madera. Las

tensiones

de

secado

fueron

evaluadas

en

base

a

la

desviación de los dientes de probetas del tipo tenedor. Las grietas y alabeos fueron evaluados de acuerdo a la Norma Chilena Oficial 993

(Apéndice N°2) y la calidad de la madera fue

estimada en base a un índice ponderado propuesto en la bibliografía (Apéndice N° 3) .

6

2.4

Coa to.

del Secado

En base de los 2 ensayos de secado convencional a escala real se determinó el costo del secado por metro cúbico de la madera de 25 mm de espesor de renovales de rauli y roble. Se evaluaron los siguientes item de costos

(f'uente:

Joly

¡¡,

More-Chevalier 1980): Energia:

Se midió el consumo de vapor condensado. Se calculó

el consumo eléctrico a partir de la lectura en placa de los kWh

de

los

motores

que

accionan

el

sistema

de

los

ventiladores. Depreciación secado

Se calculó en base del valor de la planta de

(horno y caldera)

y su valor residual para una vida

útil de 10 ai\os. Personal:

Se estimó en base de los sueldos de 4 operadQ res

de caldera y secado y un supervisor del secado. Mantención

Se le asignó un 2% del valor de la planta de

secado. En base de los gastos del secado anteriores y los resultados del

secado a escala piloto,

se estimó el costo del

secado para

madera de 50 mm de espesor. Otros

detalles de

los

supuestos

del

Apéndice N°4.

r '1

I f

~.

i~

.-,....

'~

....... ,

secado

se

indican

en

2. S

Material y Equipo.

Para el secado natural, cada castillo fue preparado con 2 lingas (paquetes) de cada especie; uno con ea piezas de 25 mm y el otro con SO tablas de SO mm de espesor. Se colocaron S piezas en el ancho de cada linga. La altura de cada paquete de 25 mm de espesor se preparó con 16 tablas; las liogas de SO mm con 10 piezas. Se usaron 5 separadores por cada camada de madera. Los castillos con madera, vientos

dominantes

del

sur,

se ubicaron en dirección de los en un lugar plano y libre de

edificaciones. Se dispusieron sobre bases de 40 cm de altura y fueron techados convenientemente. Un

Termohigrógrafo,

permi tió

llevar

el

instalado en una

registro

diario

caseta meteorológica,

de

las

condiciones

temperatura y humedad relativa en el patio de secado

de

(Apéndice

N° Sl .

En

los ensayos de secado artificial

a

escala piloto,

con

madera de 25 mm se armaron castillos con 30 piezas; en el caso de madera de SO mm s6lo fueron usadas 15 piezas. En todos los casos se emplearon 3 piezas en el ancho de dimensión nominal 25 mm x 127 mm x 1,52 m,

y 4 separadores por estrato de madera.

Los castillos

fueron cargados con aproximadamente 250 kg/m 2 • El ambiente de secado fue l'equlado en base a una serie de 6 termocuplas para medir la temperatura de la superficie de la madera y verificar las lecturas del sistema de termómetros del horno. La velocidad del aire entre las camadas fue de 2,5 mis. Los

ensayos

experimental

8

de

de secado fueron ejecutados en 0,25 ml de capacidad, con sistema

un

horno

control

semiautomático, ventiladores sobre la arga y calefaccionado con vapor de 2 a 3 at de presión, proveniente de un calderin de 20 kWh. En el secado artificial a escala real, en cada ensayo se armó un castillo con 300 piezas de 25 mm x 127 mm x 3,65 m. Se utilizó una cámara UnIversidad del Bio-Bio, con aserrada.

industrial perteneciente capacidad para 5 mJ de

a la madera

El sistema de control de temperatura y humedad relativa

fue regulado en forma manual. Con ventiladores dispuestos sobre la carga, la velocidad del aire a través de las camadas de madera fue je :,5 mis. El horno fue calefaccionado con vapor a una presIón de 2 a 3 at proveniente de una caldera a leña.

3.

DISCUSICtI DE IlESULTAOOS

3.1

Secado Na tural

En la Figura N° 1 se muestran las curvas de secado natural renovales de rauli y roble de 25 mm de espesor, durante la época verano (iniciado el 11.01.93) para la zona de Concepción. observa que en aproximadamente 30 dias la madera alcanza

de de Se un

contenido de humedad un poco por encima del contenido de humedad de equilibrio (Apéndice 5) .

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1- raull Figura N° l.

ctJRVAI

UCADO

25

.......- roble 25

.~ RZNCNALU RNJLI Y JtC:8L&

25 ... EPOCA VERANO

Posteriormente, ambas especies presentaron una leve variación en el contenido de humedad,

el que

después de los tres meses se

incrementó debido al cambio de las condiciones climáticas con la

entrada

del

periodo

ctonal.

En

el

equilibrio

de

humedad

generalmente el contenido de humedad del roble fue mayor que en el renoval de raull. excepto

10

al

La velocidad del secado fue bastante parecida,

principio

del

secado,

cuando

el

mayor

contenido

de

humedad inicial del raull agua.

favoreció una rbpida evaporación del

En cambio, cuando el secado natural de los renovales de 25 mm, comenzó en el invierno (19.07.93), la humedad de equilibrio fue alcanzada después de 4 meses de secado. Según la Figura N° 2, ambas especies iniciaron el secado con una humedad superior al 85%, manteniendo una tendencia similar en la velocidad del secado, en este caso el contenido de humedad del renoval de roble fue generalmente mayor en todo el rango de humedad analizado.

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APENDICE N° 2

CLASIFlCAClaI DE ALl\BEOS y GRIETAS

(Fuente :

Chilena

No~

O~icial

N° 993)

Secado natural y secado artificial escala real 1" x 5" X 12 1 oan=> ;lc.n.. hdura

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APENDICE N° 3

CALIDAD DEL SECADO

(Fuente: Kauman y Mittak, 1966) o

E.xcelente

0,5

Muy Buena

1, O

Buena

1,5

Satisfactoria

2,0

Regular

3,0

Defectuosa

5,0

Hala

>5,0

Huy Hala

APENDlCE N° 4

SUPUESTOS PAIlA EL ANALISIS DE COSTOS Y DEL SECADO

Densidad básica de los renovales 0,5 g/cm 3

•

Contenido humedad inicial 73%. Contenido humedad final 19%. Producción de madera aserrada en 25 mm. de espesor 1.200

ml/ano, en 50 mm 400 ml/aho. Tiempo de secado para 25 mm, 4,5 dlas y para 50 mm 13,5 dlas

(estimado), sin reacondicionamiento y usando un programa de temperaturas convencionales. Consumo energia térmica 5.000 kJ/kg agua evaporada. Consumo de energ1a eléctrica 200 kJ/kg agua evaporada

14% de

energia térmica).

Inversión en un secador de 20 rn l de capacidad, US$ 25.000.Inversión en una caldera de 60 kW,

en base de combustible de

madera residual y máquina de transporte, US$ 90.000.Amortización de la inversión en 10 anos.

Precio de la madera 500 US$/m'. Precio del suelo 10 US$/m'. Precio combustible seco, 11 US$/ton.

APENDICE N° 5

CCtlDICICNES AHBIENTALES SECADO AL AIRE

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BIBLIOTECA I STlTIIT(l FORESTAL