CONGRESO FORESTAL ESPAÑOL - Lourizán 1.993. Ponencias y comunicaciones. Tomo IV

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EVOLUCION DEL MUNDO TECNOLOGICO DE LOS TABLEROS DE MADERA

Alfonso Fernández González

Departamento de Control de Calidad de Tableros de Fibras S.A. Fernando El Santo, N°20 28010-MADRID (España) Resumen

Se hace un repaso a la historia de los tableros de madera, su nacimiento y evolución a lo largo del siglo XX, tanto desde el punto de vista de propiedades de los tableros como la evolución Tecnológica que se ha operado en los últimos años en los procesos de fabricación. P.C.: Tableros de madera, Evolución tecnologica, .Procesos de fabricación Abstract

A survey of common aspects about the origin and evolution of wood based panels along the XX century, both under the point of view of the properties and technological evolution that happened during the last years in the manufacturing process. P.C.: Wood basel panel, Technological evolution. Manufactering process INTRODUCCION El hombre ha usado la madera desde tiempo inmemorial como combustible y para construir sus habitaciones. Durante miles de años hemos aprendido a utilizarla en muebles y construcción. A pesar de las muchas virtudes de la madera como el confor, la belleza y la facilidad de su trabajo, tiene también defectos naturales, los cuales frecuentemente hacen difícil su utilización racional. El desarrollo de los productos a base de madera ha solventado muchos pro~lemas y abierto la oportunidad de incrementar las aplicaciones. Lo que ha logrado la industria es reconstituir la madera de deshecho o de mala calidad para la producción de paneles de superficies grandes fáciles de usar con caras pulidas, sin defectos localizados y con gran homogeneidad y estabilidad. El coeficiente de resistencia a peso y las excelentes características térmicas se conservan en los tabÍeros. La producción mundial de tableros es una industria de las que más ha crecido en el siglo XX. El incremento de la población mundial y sobre todo las más altas cotas de bienestar con una demanda creciente de productos lleva consigo el aprovechamiento de especies y residuos forestales que solo se utilizaban como combustible en el pasado y que hoy constituyen la materia prima para la producción de paneles altamente cualificados para las aplicaciones necesarias

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DEFINICION DE LOS TABLEROS A BASE DE MADERA Pa!"a mejor comprenger todo lo que se va a decir a continuación y al mismo tiempo comprobar el grado de especialización al que se ha llegado, parece apropiado ahora repasar las definiciones de los distintos tipos de tableros que existen en la actualidad. Estas definiciones las hacemos a partir de las que figuran en las normas Europeas que se están desarrollando estos años con vistas a la armonización necesaria en el Mercado U nico Europeo: -Tableros contrachapados -Tableros de fibras -Tableros aglomerados -Tableros madera cemento Tableros contrachapados: Son paneles constituidos por chapas de madera encoladas entre SI y generalmente dispuestas perpendicularmente según la dirección de la veta. Tableros de fibras: Son paneles de un espesor superior a 1,5 mm. producidos a partir de fibras Iignocelulosicas con aplicación de calor y presión. La unión entre las fibras se produce por: -Las propiedades adhesivas inherentes a las fibras en el proceso húmedo. -Por resinas sintéticas añadidas a las fibras. Después volveremos a hablar de este tipo de tableros que en su vertiente de proceso seco da origen al producto más moderno conocido como MDF. Tableros aglomerados: Son paneles fabricados bajo presión y calor a partir de partículas de madera (en cualquier forma que se presenten) y o otros materiales lignocelulosicos con la adición de un adhesivo. Tableros de madera cemento: Paneles fabricados bajo presión a partir de partículas de madera o otras partículas vegetales unidas con cemento hidráulico y posiblemente conteniendo aditivos. HISTORIA El nacimiento industrial de todos estos tableros y el gran consumo de los mismos ha sido relativamente reciente. La producción de tableros ha crecido desde 12 millones de m3 en 1950 hasta los 125 millones de m3 en la actualidad. En las tablas 1 y 2 se indica la producción mundial de tableros de madera y la comparación del consumo, por cada mil habitantes, de madera y ta bleros respectivamente. Un repaso a la historia nos dice que el primer registro de producción de paneles es de hace 3500 años en Egipto. Los Egipcios aplicaban chapas de madera decorativas sobre madera maciza como se ve en cuadros, muebles, ataúdes de esa época. También la practica de embellecer muebles con chapas decorativas fue bastante usada por griegos y romanos. Durante el siglo XVIII fue conocido y usado el principio de unir chapas alternando las direcciones de la veta. Los muebles SHERATON y CHIPPENDALE estaban hechos con esta técnica. . . El cortado plano de chapas a mano tuvo sin embargo poco desarrollo. Hasta 1830 no

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se invento en Francia la plana. A Ultimos del siglo XIX se desarrollo el corte rotativo por medio del torno haciendo posible la consecución de grandes hojas de chapa y abriendo la llave de la primera fabrica de contrachapado en REVAL (Estonia) en 1896. A partir de este momento se desarrollaron mas industrias en Finlandia, Rusia y en general en ·Ios países bálticos con grandes plantaciones de abedules. La velocidad de desarrollo del contrachapado se acelerara rápidamente, desde 1914 a causa de la GRAN GUERRA; la razón fue que las fabricas de aviones requirieron grandes volúmenes de tableros ligeros y resistentes. La segunda GUERRA MUNDIAL estimulo también el desarrollo de nuevas técnicas de fabricación de adhesivos. La producción del tablero de fibras por proceso húmedo tiene el mismo principio empleado en la fabricación de papel y así la primera fabrica de este tipo de tablero se erigió en 1898 en SUNBURY-ON-THAMES y la materia prima fue papel reciclado; se producían así tableros aislantes de muy baja densidad. Hasta 1920 no se descubrió que una manta de fibras de madera con humedad, comprimida en una prensa caliente producía un tablero rígido de alta densidad; nació así el tablero de fibras duro (TABLEX). La gran resistencia de estos tableros se consigue de forma natural gracias a las propiedades termoplasticas de la lignina con aplicación de presión y calor. El primer proceso para obtener fibras directamente de la madera fue el de MASONITE en 1924 en EE UU. En 1934 surgió el proceso térmico Sueco Defibrator que es el más· usado en Europa. La producción del tab lero de fibras por procedimiento seco en su versión moderna dando lugar al tablero MDF es muy reciente y data de 1966 en USA. Desde este momento ha habido un incr~mento colosal de fabricas en todo el mundo con una capacidad actual de 7 millones de m3 y se espera doblar esta capacidad antes de fin de ..siglo. El consumo Europeo se estima en 1,8 millones de m3 • Aunque en principio se producían tableros de espesores entre 12 y 30 mm. pronto se instalaron procesos para tableros delgados de 1,8 a 10 mm. por una parte y procesos para fabricar hasta 60 mm. por otra. El primer tablero aglomerado comercial se fabrico en BREMEN Alemania en 1941. La primera planta Alemana produCía 10 Tm día usando resina fenollca como adhesivo. Desde ese momento el tablero aglomerado creció rápidamente, ocupando en la actualidad la primera posición entre todos los tableros de madera con una producción de 56 millones m3 anuales en el mundo. Véanse las tablas 1 y 2 que indican la producción mundial de tableros de madera y la comparación del consumo por cada mil habitantes de madera y tableros , respectivamente. El desarrollo explosivo de los tableros ha sido posible gracias al desarrollo a su vez de las modernas resinas termoendurecibles. Durante siglos las colas para la madera se basaron en extractos animales o veg~ta1es: Volviendo al tiempo de los faraones, los Egipcios' usaban una caseína obtenida de la leche cuajada. Hasta 1960 la albúmina de la sangre en combinación con algunos reactivos se usaba todavía para la fabricación del tablero contrachapado. Hasta el desarrollo de las resinas sintéticas este fue el adhesivo más importante con cierta resistencia al agua que había. Todas estas colas naturales tienen muy poca resistencia al agua y al calor. El doctor BACLAND fue el que dio nombre al producto Baquelita y sugirió por primera vez que una resina sintética de fenol-formaldehido podría usarse para encolar madera; esto ocurría en 1912. Hasta 12 años más tarde 1924 no apareció la primera resina fenolica, en Alemania, usable para la producción de contrachapado. Esta resina era muy cara y se utilizo solo para la producción de tableros a utilizar en aviones y barcos.

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En 1930 aparecieron las resinas de urea-formaldehido que hoy se usan ampliamente en todos los tipos de tablero. Recientemente se vienen usando también resinas de melaminaformaldehido con gran resistencia al agua. Un problema que desde hace años viene poniendo dificultades a la utilización en" interiores es la emanación de gas formaldehido a partir de tableros fabricados con colas a base de formaldehido. Sobre todo en los países del norte de Europa y a raíz de las reglamentaciones nacionales de conservación de la energía, con poca renovación del aire de los locales han hecho que se demande a los tableros de madera un contenido potencial de formaldehido libre capaz de ser emitido cada vez más bajo. Afortunadamente la industria se ha ido adaptando a las exigencias hasta producir hoy tableros con contenidos de formaldehido libre tan bajos como 6,5 miligramos por 100 graIl}os de tablero. Naturalmente estas reglamentaciones no afectan al tablero de fibras duro (TABLEX) porque su composición es absolutamente natural sin ningún tipo de adhesivos en su composición. En cada uno de los tipos de tableros se ha producido una gran especialización por aplicaciones de forma que hoy se fabrican tableros con calidades diferentes para muebles y construcción en ambientes secos y húmedos e incluso tableros ignifugo. FABRICA DE TABLEROS AGLOMERADOS. Proceso continuo Solsona En la gráfica 1, podemos ver el diagrama de flujo de esta fabrica. El desarrollo de las propiedades de los tableros y la adaptación de la industria a los sucesivos períodos económicos ha sido posible gracias al avance tecnológico habido en los procesos de producción. Desde el aprovechamiento de la corteza como combustible, la relación m3 de madera m3 de tablero hasta la optimización de la producción por medio de autómatas programables y microprocesadores de control, los procesos industriales están hoy altamente automatizados. Sirva como ejemplo la breve descripción que vamos ha hacer de una línea de producción continua de tableros aglomerados de TAFISA. . El carácter fundamental de una línea continua viene definido por la ausencia de discontinuidades en la producción desde la formación hasta el apilado del tablero como producto terminado; se obtiene una cinta continua de tablero lo que proporciona las ventajas que después enumeraremos. Como es conocido en las líneas convencionales existentes hasta ahora bien de uno o varios pisos (este es el caso más ,general), las mantas de viruta que van a la prensa, de dimensiones adecuadas según el tamaño de los platos de la misma se acumulan, una a una en cargadores; después se introducen en la prensa por medio de diversos sistemas de alimentación y a continuación se aplica presión, produciéndose la consolidación de la manta; cuando se acaba el ciclo de prensado, la presión baja a cero, se abre la prensa y se extraen de la misma los tableros producidos. Se habla de ciclo de prensado que es el tiempo que transcurre entre dos aberturas de la prensa. Después los tableros son canteados uno a uno a su dimensión final. El cambio rriásimportante que introduce una línea continua es la entrada sin discontinuidad de la manta de partículas en la prensa sin esperas. La presión y temperatura va cambiando a lo largo de la prensa, obteniéndose una cinta de tablero que puede cortarse a voluntad. Las ventajas pueden fácilmente identificarse:

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-Menor perdida de material por canteado -Menor consumo de energía al no tener que abrir y cerrar la prensa en cada ciclo. -Propiedades más homogéneas en el mismo tablero y entre tableros. -Menor duración del prensado por aplicación de temperaturas más altas. -Menor consumo de madera por m3 de tablero al tener que lijar menos. -Menor personal por la utilización de autómatas programables. Como puede observarse el proceso tiene tres partes básicas: -Preparación de la madera hasta obtener partículas. -Central térmica, secado y selección. -Formación de la manta, prensado, enfriado y acabado. Vamos a describir cada una de estas tres partes: PREPARACION DE LA MADERA. PARQUE: La diversidad en las formas de la materia prima que puede emplearse ha aumentado mucho, de ahí que el parque de madera deba ser organizado para tratar todas ellas. La materia prima se presenta en forma de : -Troncos -Costeros -Astillas -Serrín -Virutas de cepillado TRATAMIENTO: Troncos: Descortezado por medio de tambor descortezador de gran capacidad (140 T/h). Viruteadoras de tambores capaces de tratar troncos de 2,40 m de longitud. Costeros: -Astillado -Viruteado por viruteadoras de anillos Astillas: -Cribado para la separación de materias extrañas -Viruteado por viruteadoras de anillos Serrín y virutas: -Cribado Hacemos incapieen las diversaLformas en que se presenta la materia prima que una fabrica moderna debe de poder tratar. El reciclado de productos de madera es ya importante pero lo será más en el futuro a medida que se implanten las disposiciones nacionales y comunitarias sobre este asunto. . Cada materia prima tratada en la forma que hemos dicho son almacenadas en silos separados lo que permite su dosificación al proceso de manera exacta. CENTRAL TERMICA, SECADO y CLASIFICACIÓN DE PARTICULAS Otro aspecto fundamental de una fabrica moderna es la de conseguir un coste energético lo mas bajo posible. ' La central térmica de la fabrica (Foto 1), con una capacidad de 33 Gcal/h utiliza exclusivamente corteza procedente del descortezado de troncos, serrines del lijado de los tableros y residuos forestales. Esta central térmica consta de los siguientes elementos: -Cámara de combustión. -Intercambiador de aceite. -lntercambiador agua-aceite.

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La cámara de combustión está diseñada como decíamos arriba, para la combustión de corteza, con alimentación en continuo y dotada de un sistema de parrillas móviles, refrigeradas por agua y permite la obtención de gases de combustión a 1000 oC. Estos gases de salida se utilizan para: Secado de particulas en secadero rotativo Calentamiento a 300 oC del aceite térmico que se emplea directamente para el suministro de energía calorífica para la prensa. Producción de agua sobrecalentada para proporcionar energía calorífica a las líneas de transformación de productos.

Foto 1. Conjunto central térmica y secadero

FORMA ClaN DE LA MANTA, PRENSADO, ENFRIADO Y ACABADO Las particulas secas y seleccionadas' son encoladas mediante la adición de resinas por medio de maquinas encoladoras y transportadas a distintos silos según sean destinadas a la capa de superficie o media. Llamamos la atención en este punto, sobre la necesidad de utilizar partículas muy finas en las capas exteriores, debido a las cada vez más alt:a¡ solicitaciones, por el empleo de papeles de recubrimiento, y chapas cada vez más finas. A continuación por medio de maquinas formadoras por aire se forma el colchón de partículas que se preprensa en frío y en continuo para dar compacidad al mismo y que no sufra roturas en el transporte. La prensa propiamente dicha, con la sala de control contigua a ella constituyen el corazón de la fabrica. La prensa de la fabrica de Solsona tiene 20 m de longitud ampliables a 30 m. Puede producir tableros de ancho variable entre 1,83 m Y- 2,10 m, lo que constituye otra ventaja adicional. '

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Se divide en tramos cada uno de los cuales contribuye a una fase de la consol idación del tablero. La temperatura de los platos es superior a 200 oc. La cinta continua de tablero es cortada según la longitud de tablero deseada y así las piezas individuales son enfriadas por medio de transportadores de estrella. A continuación se procede al lijado y apilado de los tableros. En la figura 1 podemos ver el diagrama de la prensa continua. En la sala de control se tiene por un lado mediante representación gráfica y numérica conocimiento de los valores más importantes de las variables de proceso: temperaturas, humedades, distribución de peso a lo ancho de la manta, peso por unidad se superficie, espesor a la salida del tablero todo ello medido en continuo. Además por medio de autómatas programables, se controlan todos los movimientos así como el diagrama de prensado, lo que facilita los cambios de espesor, tipo de producto etc. TABLEROS AGLOMERADOS ESPECIFICACIONES El avance tecnológico en la fabricación, hace posible la producción a voluntad no solo de dimensiones diferentes sino de tipos de productos distintos según las aplicaciones a las que ' van destinados los tableros. Para dar una idea de la diversidad de productos existentes en el campo del tablero aglomerado a continuación indicamos la clasificación de los tableros que se ha efectuado en las normas CEN. Como todos ustedes saben se esta procediendo a la confección de las normas Europeas que sustituirán a las normas nacionales de los países de la Comunidad Europea y de la EFTA, con vistas a la armonización necesaria en el mercado único Europeo. Pues bien en estas normas los tableros aglomerados se clasifican en los siguientes tipos: -Tableros para usos generales. -Tableros para equipamiento interior incluidos muebles. -Tableros portantes para utilizar en condiciones secas. -Tableros portantes para utilizar en condiciones húmedas. -Tableros portantes con altas solicitaciones en condiciones secas. -Tableros portantes con altas solicitaciones en condiciones húmedas. -Tableros OSB. Son tableros con grandes virutas orientadas lo que les confiere una gran resistencia en la dirección perpendicular a la orientación. -Tableros madera cemento destinados únicamente a la construcción. A su vez se definen para cada uno de estos tipos de tablero las especificaciones de producto así como, los valores característicos para los calculistas de estructuras. También se definen en las normas los métodos principales para el control continuo de la calidad en la fabrica, para acceder a la marca N europea.

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SO

100

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200

Añc 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2050

Madera 150 169 188 190 173 165 140

1980

~ Tableros

Afio

Tableros 7 19 46 64 71 100 170

E88J Madera

1970

TABLA 2

1000 HABITANTES DE MADERA Y TABLEROS

COMPARACION DEL CONSUMO POR CADA

1950

~ 1

o1

50

= ~I

15,39 33,17 39,38 49,95 55,25

1960 1970 1980 1990 2000

W~J

Tablero Particulas 0,05 3,07 19,14 41,21 56,12 69,75

16,09 20,34 28,5

Tablero Fibras 4,55 9,51 14,19

27,97 66,5 96,68 126,41 153,5

Total Tableros 11,4

~

TABLA 1

PRODUCCION MUNDIAL DE TABLEROS DE MADERA

1950

Contra chapado 6,8

Años

~Fibras

~

~

~YI----M'.4í'\--1X

~ Particulas [}ljTotal

~A