a) Relación Madera – Humedad
La humedad de la madera oscila entre un rango de valores bastante amplios. La madera recién cortada llega a registrar entre un 50 a 60% de humedad; en ‘imbibición puede llegar hasta 250 y 300%’.
La madera cuenta con el agua de constitución, como parte de la materia celular, agua de saturación, en las paredes celulares, y el agua libre, la cual se encuentra en las cavidades celulares.
La madera es de naturaleza higroscópica, es decir que absorbe y libera humedad, de acuerdo con el medio en el que se encuentra. Durante el proceso de secado, se extrae el agua libre y el agua de saturación. ‘El extraer el agua de constitución significaría la destrucción de la madera’.[1]
Una vez el árbol es talado, y luego de cierto período de tiempo, el agua libre se evapora; tanto el agua de constitución como el agua de saturación se mantienen al nivel de humedad atmosférica, hasta alcanzar el equilibrio. Concluido este ciclo, se considera que la madera ha sido secada al aire. La madera en este estado puede llegar a contener humedad en un rango de 10 a 15% de su peso total; la unidad media internacional ha sido establecida en 15% ( http://www.ucn.cl).
La cantidad de humedad en la madera se denomina contenido de humedad. Puede ser expresada en porcentaje de peso seco o húmedo. Para la mayoría de los propósitos el contenido de humedad de la madera está basado en el peso seco, pero el contenido de humedad de la leña está usualmente basado en peso húmedo. El contenido de humedad en seco y húmedo se define como:
Ambas maneras de expresar el contenido de humedad se relacionan de la siguiente manera:
Para la mayoría de las especies, el modo más común y exacto de determinar el contenido de humedad es el método de secado en exceso o prueba de horno. Este método no es adecuado para especies con alto contenido de material extractivo. En el método de secado en exceso toda el agua es evaporada de una muestra de madera por calentamiento. Conociendo el peso de la muestra antes y después del secado permite realizar el cálculo del contenido de humedad.
Por su contenido de humedad, la madera recibe las siguientes denominaciones:
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Denominación |
Nivel de Humedad |
Ubicación |
| Madera verde |
80 – 200% |
bajo cubierta, en el bosque |
| Madera húmeda |
25 – 80% |
recién cortada, en patio de trozas o a la intemperie |
| Madera poco seca |
20 – 25% |
aire libre |
| Madera seca al aire |
15 – 20% |
bajo techo |
| Madera muy seca |
8 – 15% |
Interiores |
| Madera anhidra |
0% |
en laboratorio |
Fuente: Guía para el Secado de la Madera en Hornos, 1998. S. Viscarra.
El árbol cuenta con un nivel de agua bastante elevado. Maderas como el mapajo y balsa pueden contener hasta un 300% ó 400% de contenido de humedad. Otras especies, como el quebracho colorado pueden presentar un 50% a 60% como máximo. A continuación un listado de contenido de humedad de algunas maderas nacionales, en estado húmedo o verde.
Fuente: Guía para el Secado de la Madera en Hornos, 1998. S. Viscarra.
En general, la madera debe ser secada a un contenido de humedad (CH) dentro del 2% de su CH en uso. Para muebles, gabinetes, estaciones de trabajo y otros productos utilizados en los hogares u oficinas, el CH en uso es de 6 a 8% (equivalente de 30 a 45% de humedad relativa). Se realizaron ajustes para humedades más secas, como sucede durante el invierno en edificios con calefacción con ambientes no humidificados y ambientes más cargados de humedad.
La madera destinada a ser usada en la intemperie generalmente se seca a un mayor CH, de 12 a 16%. La madera para realizar curvaturas se seca al 25% CH para curvas pronunciadas y al 18 % para curvas leves. Para madera blanda de construcción (2×4, 2×6, etc.) por lo general se seca hasta un máximo de 19% ,15% ó 12% CH, establecido como requisito por el Instituto Americano de Madera (American Lumber Standard).
La siguiente tabla detalla el contenido de humedad final deseado para madera en función a su utilización.
Fuente: http://www.secadomadera.com/el_proceso_de_secado.htm
La relación entre la humedad y el contenido de humedad de la madera es el factor crítico en la determinación del CH en uso. El proceso de control de Humedad a partir de muestras y el cálculo del contenido de humedad (CH) se encuentran detallados en el Anexo 1.
b) Determinación del Contenido de Humedad de la Madera
La humedad de la madera se obtiene de la relación porcentual entre el peso de la madera completamente seca y su peso original. Una madera está seca en su totalidad cuando al colocarse a 103±2°C, registra un peso constante.
Método de Secado en la Estufa
‘Este método permite determinar el contenido de humedad (CH), calculando la relación entre peso seco y peso húmedo.
Método Eléctrico
El método eléctrico permite obtener el contenido de humedad a partir de propiedades eléctricas de la madera seca y húmeda, como ser la resistencia eléctrica y la capacidad dieléctrica. Para ello se cuenta con instrumentos de medición denominados xilohigrómetros. Las lecturas se obtienen al clavar electrodos en la pieza que se medirá. El equipo proporciona el valor porcentual de humedad que la pieza contiene.
c) Punto de Saturación de la Fibra
El punto de saturación de la fibra denota el punto en el proceso de secado en el que el agua libre de las cavidades celulares se evapora, manteniéndose el agua de saturación en las paredes celulares, de alrededor del 30%. Se tiene que tener especial cuidado al juzgar si cierta pieza alcanza el PSF, ya que el término se refiere a células individuales, y no así a piezas.
El PSF es un indicador importante durante el secado de madera, debido a que:
- Se requiere de más energía para evaporar humedad de las paredes celulares que de las cavidades celulares (aproximadamente 5% más a 15% de contenido de humedad y 15% más a 6% de contenido de humedad).
- Las células de la madera no se encogerán hasta haber alcanzado el PSF.
- A partir del PSF se presentan una serie de cambios físicos y mecánicos de mucha importancia.
d) Contenido de Humedad de Equilibrio
‘Cuando una pieza de madera se deja suficiente tiempo en un ambiente cuyas características de temperatura y humedad relativa permanecen constantes, se establece un equilibrio entre la presión parcial del vapor de agua en el aire y la que existe en el interior de la pieza de madera’.[1] Una vez alcanzado este equilibrio, la humedad de la madera no presentará más variaciones, entonces se afirma que se ha llegado al contenido de humedad de equilibrio (CHE). Este valor se mantendrá constante mientras las características del ambiente no sean modificadas.
Como indicamos anteriormente, el contenido de humedad de la madera es sensible a los cambios ambientales, ya que el grado definido inicialmente puede incrementar o disminuir, de acuerdo con las condiciones y humedad del aire.
Dado que las condiciones ambientales varían de manera constante, ninguna madera se encuentra en equilibrio estable, ya que el contenido de humedad se rige a las fluctuaciones del medio ambiente. Por esto, es importante referir el valor de contenido de humedad en equilibrio de una pieza al lugar y momento de su verificación. (www.elmaky.com) Para realizar esta medición, la madera debe estar expuesta a diversas condiciones ambientales y el contenido de humedad alcanzado deberá ser verificado continuamente. Es posible obtener este valor de antemano, a partir de la determinación de la temperatura y humedad relativa del aire a la que la pieza estará expuesta. Por ejemplo, una pieza que será colocada en un ambiente de 20°C, con 50% de humedad relativa, presentará un contenido de humedad en equilibrio del 10%.
Adicionalmente, es recomendable contrarrestar el efecto del cambio de ambiente con la aplicación de sustancias impermeabilizantes, tales como ceras, lacas, parafinas, pinturas, entre otros. Por otra parte, cuando una madera cuyo contenido de humedad corresponde a cierto CHE, es llevada a un medio atmosférico para menor equilibrio, la pieza sufrirá contracciones que podrían producir grietas, rajaduras y deformaciones. (www.elmaky.com).
El Anexo 2 incluye un listado de contenido de humedad recomendado para maderas en función a su uso. (Kollmann y Côté; Estados Unidos, 1968)
Cabe señalar que la causa más común de defectos de fabricación en el mobiliario y gabinetes que se producen después del secado (probablemente 85% de los que requieren correcciones) se debe a un CH incorrecto. Es necesario prestar atención a la humedad (no a la temperatura) en el lugar donde la madera se almacena, donde es manufacturada y preparada para el embarque, para asegurarse que el CH de la madera seca o el producto terminado de madera, mantenga el CHE en uso en todo momento.
Muchas variables puede modificar el contenido de humedad de una pieza de madera al estar en equilibrio con una humedad y temperatura dadas. Estas variables incluyen la variabilidad natural de la madera y factores externos, como estrés o calor. La variabilidad natural del arce es tan pequeña que es ignorada en el proceso de secado de madera. Para tomar en cuenta esta variabilidad, a pesar de ser pequeña, un grupo estándar de valores de CHE ha sido adoptado y es aplicado a todas las especies de madera. (Anexo 2 Tablas A) Esta información se encuentra graficada en las tablas del Anexo 2 A. En ambos gráficos, el punto de interés es la intersección de las líneas para las condiciones conocidas. Cuando las condiciones caen en medio de las líneas, entonces una línea imaginaria (en proporción a las líneas dadas) es utilizada.
La siguiente tabla muestra los valores de CHE y Humedad Relativa claves para el secado. Estos valores son muy importantes ya que pueden usarse para obtener madera seca de alta calidad. Cuando la humedad relativa es mantenida constante, el contenido de humedad de equilibro del aire varía sólo ligeramente con cambios en la temperatura por debajo de los 120°F (49°C). A medida que la temperatura aumenta con la HR constante, el CHE cae ligeramente a 212°F (100°C), el CHE a 100% HR es 22%; los valores del CHE a temperaturas más altas presenta menos cambios.
El CHE puede relacionarse directamente con el encogimiento, el cual en cambio tiene una relación cercana con el estrés; igualmente, el estrés está relacionado con varios tipos de degradado, incluyendo agrietamiento, rajaduras y torceduras. Por lo tanto, el CHE puede ser una expresión muy útil para la indicación del contenido de humedad en el aire en un secador de madera.
Punto de Condensación
El punto de condensación se define como la temperatura del aire en la que el vapor del mismo se transforma en agua a medida que éste es enfriado. Mientras el aire sea enfriado muy por debajo del punto de condensación, mayor será la humedad condensada.
e) Gradiente de Humedad de la Madera y Gradiente de Secado
Tan pronto se inicia el proceso de secado, la distribución del contenido de humedad en el interior de las piezas presenta alteraciones. El secado de la madera es el resultado del movimiento de humedad desde el interior hacia la superficie, donde se evapora y se libera a la atmósfera circundante.
Para determinar el comportamiento del secado, existen dos valores de contenido de humedad de mucha importancia; estos son el contenido de humedad real (CH real) en un momento determinado y el contenido de humedad de equilibrio (CHE) a la que tiende la madera, de acuerdo a las condiciones de temperatura y humedad fijadas dentro del horno. La relación entre ambos valores se denomina gradiente de secado (GS), cuya fórmula es:
Gradiente de Secado
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