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¿Cómo se Seca la Madera en Hornos?

Para la realización de este tipo de secado se realiza muestreo, se controla la temperatura, humedad relativa y humedad de la madera. En este proceso se extrae el agua libre y agua de saturación.

La remoción de agua libre es rápida; cuando la pieza no tiene agua libre, se dice que está en el punto de saturación de fibras (PSF). Una vez alcanzado este nivel, y si las condiciones son extremas, la madera puede sufrir el colapso de sus células.

El proceso de extracción de agua de saturación es mucho más lento y se extiende hasta alcanzar el equilibrio higroscópico con la humedad relativa del medio. En esta fase la madera puede presentar daños como grietas y endurecimiento.

Es importante tomar en cuenta los dos intervalos durante el secado de madera: secado por encima del punto de saturación de fibras (PSF) y el secado por debajo del punto de saturación de fibras.

Consideraciones Previas

a)     Realizar el control de la circulación del aire, humedad relativa y temperatura al interior del horno de secado.

b)    Para asegurar un eficiente proceso de secado, es importante tomar en cuenta los valores de temperatura y humedad relativa experimentalmente determinados para cada tipo de madera.

c)     Muchos hornos de secado de madera miden la humedad relativa utilizando el parámetro del Bulbo Húmedo, unidad termodinámica de humedad en el aire, determinada con un aparato denominado Psicómetro.

Todas las tablas de secado están basadas en los valores de «Bulbo Seco» o temperatura y «Bulbo Húmedo» o humedad. ( http://www.ingenierialpl.com.ar/hornos.htm)

La madera no se seca uniformemente, el secado comienza primero desde el exterior y eventualmente seca por dentro. Éste grado de secado crea tensiones y muchos defectos durante el proceso. El siguiente análisis se basa en el secado de 8/4 de roble rojo, que representa lo que ocurre a todas las especies y grosores. Éste estudio aplica a maderas de secado al vacío. Por lo tanto, esta descripción debe ser estudiada  una y otra vez hasta que «tenga sentido» y sea completamente entendida. Tal entendimiento hará  que el secado resulte encero defectos.

Fase 1

La Fase 1 también se conoce como la fase de control de superficies, ya que es durante ésta etapa que nuevas grietas se forman en la superficie. La Fase 1 va de verde (es decir, «madera verde») a 2/3 de verde. Para el roble rojo, con un contenido de humedad (CH) verde de 75%, la fase 1 es del 75% al 50% de CH. Para el roble blanco, con un CH verde de 66%, la Fase 1 será de 66% a 44% CH. Esta etapa puede requerir 20 días en el horno para 8/4 de madera de roble rojo.

Durante esta fase, las células en la superficie secan rápidamente y por debajo de la FSP, lo que significa que están tratando de reducirse. Sin embargo, las células por debajo de la superficie se encuentran aún por encima del FSP y, por lo tanto, resisten a la fuerza de contracción de las células de la superficie. Ésta capa superficial se denomina también cáscara; el interior es el núcleo o corazón. Como la cáscara va contrayéndose, se ejerce una fuerza de compresión en el núcleo. Según la Tercera Ley de Newton, «Para cada acción se tiene un contrario, la igualdad de reacción».  Por lo tanto, si la cáscara crea una fuerza de compresión sobre el núcleo, el núcleo ejerce una fuerza de tensión sobre la cáscara. Si esta tensión es superior a la fuerza de resistencia de la madera, entonces se producirá una rajadura. La tensión en la cáscara es mayor durante el quinto día en el horno de secado (aproximadamente), para el roble rojo, verde a la vista, con 8/4.

Para que una superficie presente grietas, se requiere realizar una tensión en la cáscara, y éstas se presentan sólo durante la Fase 1, que es cuando se generan grandes fuerzas de tensión en la cáscara. Por lo tanto, es sólo en la Fase 1 donde se originan grietas en la superficie. Este hecho es importante para decidir cuál es la causa de la presencia de grietas en la superficie. Cuando la madera presenta las mismas, algo salió mal a muy alto contenido de humedad (CH).Tenga en cuenta que a pesar de las grietas de superficie puedan cerrarse a medida que el proceso de secado continúe (Fase 2), pueden agravar y profundizar más adelante (Fase 3).Los daños causados por las acciones inadecuadas durante la primera fase aparecen mucho más adelante. Adicionalmente, el daño es difícil de controlar hacia el final. El mejor método de control de daños se ejerce al inicio del proceso. Asimismo, el mejor método de control de grietas de superficie se ejerce a muy alto contenido de humedad (CH), no más tarde. Para evitar que la superficie presente grietas en la Fase 1, es necesario minimizar el desarrollo de estrés mediante el control de la humedad y la velocidad y aumentar la fuerza de la madera al máximo, manteniendo la madera fresca. (Véase también ¿Cómo Seca la Madera? – Efectos Ambientales, página 25.)Tenga en cuenta que el 99% de todos los panales fueron originalmente una grieta que luego creció internamente; el control de grietas en la Fase 1 también controlará los panales. De hecho, es preciso señalar que «el momento más crítico en el secado es durante la pérdida del primer 1/3 de humedad.» (El segundo momento crítico es cuando se determina el CH final).

Para alcanzar condiciones libres de grietas durante el secado de roble rojo o blanco típico, serecomienda que durante la Fase 1, las condiciones del horno sean de 87% de humedad relativa (HR), 350 pies por minuto, y 110°F. Si la velocidad se reduce y/o se baja la temperatura, el riesgo deaparición de grietas se reduce, lo que puede significar que la humedad relativa puede ser reducida con seguridad. En un recinto de pre-secado, las condiciones de 85°F con el 65% de humedad relativa y 125 pies por minuto son satisfactorias.

En esencia, no existe una serie de condiciones correctas para el secado de roble en la Fase 1, sino más bien las tres variables – la temperatura, humedad relativa y velocidad – deben ser consideradas de manera conjunta. La variable clave a controlar en la Fase 1, con el fin de determinar si las condiciones son satisfactorias, es la tasa diaria de pérdida de contenido de humedad (CH) de muestras correctamente preparadas. (La selección y preparación de muestras es detallado más adelante. Cada pieza de madera tiene un límite de velocidad de secado de seguridad. El límite depende de la especie, espesor, y factores externos, tales como la presencia de bacterias. El exceder el límite seguro aumenta enormemente el riesgo de aparición de rajaduras. El funcionamiento muy por debajo del límite ocasionará una extensión del tiempo de secado y aumentará el riesgo de aparición de manchas. Es importante señalar que el límite es el indicador máximo para cada pieza de madera, no sólo el promedio de la mayoría de las piezas. Además, se considera la pérdida diaria, y no el promedio de pérdidas durante varios días.

También se debe mencionar que los parámetros de seguridad se basan en madera normal. Si algo habría ocurrido a la madera, tales como estar infectados con bacterias, que sean cortadas con una sierra poco filosa en el aserradero, que hubiese sido secada demasiado rápido el día anterior, sometida a altas temperaturas antes de su secado, o que presente pequeñas grietas en su superficie anteriores  al secado, entonces los parámetros citados no serían aplicables. (No se tiene certeza de los parámetros que aplicarían en estos casos, sin embargo, el mejor consejo es evitar estos problemas a toda costa.)

También tomamos nota de que con maderacepillada, que es madera verde que fue tratada para eliminar la superficie irregular, la cual a menudo es la fuente de grietas(en un estudio elaborado por McMillen, se comprobó que la madera cepilladapresenta 18 veces menos grietas que la madera áspera), la velocidad de secado se puede ir aumentado de manera segura. Cuando la tensión en estudio se concentra en el secado, a medida que el nivel de estrés aumenta en la madera, esta tornará flexible.Ésta propiedad se alcanza antes de que la madera presente grietas. Cuando la madera se encuentra en esta fase flexible, las células de la madera se encuentran permanentemente estiradas y son más grandes de lo que hubiesen sido si contaran con la libertad de contracción sin estar sujetos por el núcleo húmedo. Éste fenómeno se denomina la tensión ejercida o endurecimiento conjunto de cáscara. (Es necesario tomar en cuenta que la cáscara o superficie no es muy dura.)

Fase 2

La Fase 2 comienza a los 2/3 verde y continúa hasta el 30% de contenido de humedad (CH). (Recordemos que cuando la madera se encuentra en 30%, el núcleo es más húmedo y la cáscara es más seca, es incorrecto decir entonces que la madera se encuentra en fsp.) Durante esta fase, la tensión en la cáscara va en descenso y la tensión se encuentra en desarrollo en zonas más profundas de la madera, dado que las células del interior presentan un bajón por debajo del fsp. El tiempo típico de secado en la Fase 2  para roble rojo de 8/4 es de 20 a 30 días.

Por lo general la tensión no es tan grande como los niveles registrados en la Fase 1. No obstante, sigue siendo importante mantener la temperatura de madera relativamente baja para maximizar su fuerza y prevenir la aparición de grietas pequeñas en la superficie, que puedan convertirse en grietas internas o colmenas. Sin embargo, como el riesgo de formación de nuevas grietas ha disminuido en gran medida, la humedad relativa puede descender ligeramente sin el riesgo de SI NO HAY GRIETAS HASTA ESTE PUNTO.

Como el interior seguirá secando, la contracción del interior jalará las grietas de la superficie, sellándolas; éstas serán invisibles desde la superficie rugosa. (Esto también se denomina «estrés reverso».)Sin embargo, estas grietas están abiertas dentro y puede aumentar en profundidad, anchura, longitud en el interior de la madera, con ninguna indicación desde el exterior. El incremento de grietas internas se producirá sólo si la velocidad de secado es demasiado rápido en esta etapa.Por lo tanto, cuando las grietas son visibles después de haber cepillado de madera, pero son invisibles en bruto, es muy probable que el error se hubiese realizado durante la Fase 2. Una vez que el estrés reverso se produce, es esencial prevenir que la madera recupere humedad, ya que ésta recuperación incrementarála

tensión interna y empeorar las grietas y panales.

Si queremos llamar a la Fase 2 por otro nombre, podríamos denominarla como la etapaque determina si se presentarán grietas o panales subsecuentemente. Es adecuado tener en cuenta que casi todos los defectos interiores son el resultado de grietas de superficie o grietas finales penetrando hacia el interior y no la creación espontánea de fallas en el interior. Si no podemos controlar las grietas en la Fase 1 (situación que puede ocurrir con el roble de mayor espesor, donde una pequeña cantidad de grietas puede ser considerada normal o inevitable), entonces tenemos que tratar la madera con el cuidado suficiente en la Fase 2, para prevenir una mayor acentuación de grietas. (Ver también Control de Calidad de

Madera Entrante en la página 36.)

Si las grietas en la Fase 1 estuviesen sometidas a humedad y secado alternado,  o fuesen especialmente severas, éstas no se cerrarán cuando el estrés reverso se produzca. En realidad, se abrirán al final delsecado, mientras que las grietas «comunes» se cerrarán.

Fase 3

La Fase 3 se presenta desde un 30% al CH final. El tiempo de secado es de 30 a 50 días para roble rojo de 8/4. En este escenario, es casi imposible que se presente un nuevo deterioro(excepto con las más severas condiciones de secado o si se volviese a añadir agua a la madera).En esta etapa, la temperatura de la madera puede ser elevada tanto como 200°F para algunas especies, y la humedad puede reducirse a niveles muy bajos (50°F depresión). Sin embargo, para una calidad óptima, la temperatura máxima no debe exceder de 160°F y la depresión no debe exceder de 40°F a 45°F para todas las especies y espesores.

Es en ésta etapa que las pequeñas grietas se convertirían en panales; sin embargo éste desarrollo es inevitable, debido generalmente al secado inadecuado en la Fase 1 ó 2, y muy rara vez durante la Fase 3.Es, en la mayoría de los casos, imposible solucionar errores en las Fases 3 y 4.

Fase 4

La etapa final consiste en igualar y acondicionado. La igualación es un proceso mediante el cual se considera un modesto nivel de humedad que resulta en la humedad dentro de una pieza de madera y entre las diversas piezas que se encuentran dentro de varios puntos porcentuales de contenido de humedad (CH).Se detiene el proceso de secada para la pieza más seca; la pieza con mayor humedad seguirá siendo secada hasta que el deseado CH final sea alcanzado.

El acondicionado es un proceso que consiste en la utilización de un tratamiento con vapor, utilizando una humedad relativa alta para incrementar rápidamente el CH  de las células de la superficie.Éstas células han tratado de contraerse en la Fase 1 y se les ha impedido, de modo que fueron extendidas (es decir, la tensión establecida desarrollada), la cual se denomina endurecimiento de cáscara.Para eliminar el endurecimiento de la cáscara, la superficie se humedece rápidamente, haciendo que las células de la superficie traten de hincharse; sin embargo, las células de abajo resisten la hinchazón. (Es el retroceso de la Fase 1).Las células entonces ejercen un conjunto de compresión, el cual compensa la tensión establecida, el resultado es una pieza libre de estrés.