Secado de Madera

Madera secado
 Tipos de madera

La madera es dividido, según su origen botánico, en dos tipos: blandas de los árboles de coníferas y frondosas de los árboles de hoja ancha. Estructuralmente maderas blandas son generalmente una estructura simple y más ligero mientras que las maderas duras son generalmente una estructura compleja y difícil. Sin embargo, en las coníferas de Australia generalmente se refieren a árboles de la selva y de maderas duras se refieren a especies esclerófilas a saber, Eucalyptus spp.

Blanda (como la madera del pino) es mucho más ligero y más fácil de procesar que la madera pesada (como la madera de árboles frutales). La densidad de las gamas de coníferas entre 350-700 kg / m, mientras que las maderas duras son 450-1250 kg / m. Ambos constan de aproximadamente el 12% de humedad (Desch y Dinwoodie, 1996). Debido a la estructura más densa y compleja de madera dura, la permeabilidad es muy baja en comparación con madera blanda, haciendo así más difícil de secar. A pesar de que hay especies cerca de cien veces más de los árboles de madera dura que los árboles de madera blanda, la capacidad para procesar y secar madera blanda más rápida y fácilmente la convierte en la principal fuente de madera comercial hoy en día.

De agua de madera y las relaciones

La madera de árboles vivos y troncos recién cortados contiene una gran cantidad de agua, que a menudo constituye más del 50% del peso maderas real. El agua tiene una influencia significativa en la madera. De madera continuamente la humedad intercambios (de agua) con su entorno, aunque la tasa de cambio está fuertemente afectada por la madera grado de sellado se

El agua en la madera puede estar presente en dos formas:

El agua libre: La mayor parte del agua contenida en la celda de luces sólo en manos de las fuerzas capilares: que no está vinculada químicamente y se llama agua libre. El agua libre no está en el estado termodinámico mismo que el agua líquida: se requiere energía para superar las fuerzas capilares. Además, el agua libre pueden contener productos químicos, alterando las características de secado.

El agua ligada o higroscópico: El agua ligada se une a la madera a través de enlaces de hidrógeno. La atracción de madera para el agua surge de la presencia de hidroxilo libres (OH) los grupos de la celulosa, hemicelulosa y lignina en las moléculas de la pared celular. Los grupos hidroxilo están cargadas negativamente eléctricamente. El agua es un líquido polar. Los grupos hidroxilo libres de la celulosa atraer y retener el agua mediante puentes de hidrógeno.

El agua en lúmenes de las células puede ser en forma de vapor de agua, pero la cantidad total es normalmente insignificante, en condiciones normales de temperatura y contenido de humedad. [Cita requerida]

El contenido de humedad de la madera

El contenido de humedad de la madera se calcula por la fórmula (Siau, 1984):

(1,1)

En este caso, es la masa verde de la madera, es el secado al horno la masa (el logro de una masa constante por lo general después de secarlo en un horno a 103 + / – 2 ° C durante 24 horas como se ha mencionado por Walker et al, 1993.). Esto también puede expresarse como una fracción de la masa del agua y la masa de la madera secada en horno en lugar de un porcentaje, por ejemplo, 0,59 kg / kg (base seca al horno) expresa el mismo contenido de humedad como 59% (horno en base seca).

Los estudiantes en el Reino Unido reconocería esta fórmula escrita como

x100%

Cuando el peso en húmedo es el peso del original “húmedo” de la muestra y el peso seco siendo el peso de la muestra después del secado en un horno. El contenido de humedad se expresa como un porcentaje.

La saturación de fibra

punto deCuando se seca la madera verde, el agua en primer lugar para ir es el agua libre de la celda de luces. Se lleva a cabo sólo por las fuerzas capilares. La mayoría de las propiedades físicas, tales como la resistencia y la contracción, son afectadas por la eliminación de agua libre. El punto de saturación de la fibra (PSF) se define como el contenido de humedad en el cual debe ser agua libre desaparecido por completo, mientras que las paredes celulares están saturadas con agua ligada. En la mayoría de los bosques, el punto de saturación de la fibra es de 25 a 30% de humedad. Siau (1984) informaron que el punto de saturación de la fibra (kg / kg) es dependiente de la temperatura T (C) de acuerdo con la siguiente ecuación:

(1,2)

Keey et al. (2000) utiliza una definición diferente del punto de saturación de la fibra (contenido de humedad de equilibrio de la madera en un entorno del 99% de humedad relativa).

Muchas de las propiedades importantes de la madera muestra un cambio considerable, ya que la madera se seca por debajo del punto de saturación de la fibra. Estos incluyen:

Volumen:. Idealmente no se encoge hasta el límite un poco de agua se pierde, es decir, hasta que la madera se seca por debajo de FSP

La mayoría de las propiedades de resistencia muestran un incremento consistente ya que la madera se seca por debajo de la FSP (Desch y Dinwoodie, 1996). Una excepción es la resistencia al impacto de flexión y, en algunos casos la resistencia.

Resistencia eléctrica aumenta muy rápidamente con la pérdida de agua ligada al la madera se seca por debajo de la

Humedad de equilibrio

el contenidoArtículo principal: el contenido de humedad de equilibrio

La madera es una sustancia higroscópica. Tiene la capacidad para tomar en o desprender la humedad en forma de vapor. El agua contenida en la madera ejerce una presión de vapor de su propio, que está determinada por el tamaño máximo de los capilares llenos de agua en cualquier momento. Si la presión de vapor de agua en el espacio ambiente es inferior a la presión de vapor dentro de la madera, la desorción se lleva a cabo. El mayor tamaño de los capilares, que están llenos de agua en el momento, vacía en primer lugar. La presión de vapor dentro de la madera cae en forma de agua está contenida en sucesivamente más y más pequeño tamaño capilares. Una etapa finalmente se alcanza cuando la presión de vapor dentro de la madera es igual a la presión de vapor en el espacio ambiente por encima de la madera, y deja más de desorción. La cantidad de humedad que queda en la madera en esta etapa está en equilibrio con la presión de vapor de agua en el espacio ambiente, y se denomina el contenido de humedad de equilibrio o CEM (Siau, 1984). Debido a su higroscopicidad, madera tiende a alcanzar un contenido de humedad que está en equilibrio con la humedad relativa y la temperatura del aire circundante. El EMC de madera varía con la humedad relativa ambiente (una función de la temperatura) de manera significativa, en menor grado con la temperatura. Siau (1984) informaron de que la EMC también varía muy poco con las especies, la tensión mecánica, la historia de secado de madera, densidad, contenido de extractivos y la dirección de sorción en el que el cambio de humedad se lleva a cabo (es decir, adsorción o desorción).

El contenido de humedad de la madera en servicio

Madera conserva sus características higroscópicas después de que se ponga en uso. Se somete entonces a la humedad fluctuante, el factor dominante en la determinación de su EMC. Estas fluctuaciones pueden ser más o menos cíclica, como por ejemplo los cambios diurnos o anuales los cambios estacionales. Con el fin de minimizar los cambios en el contenido de humedad de la madera o el movimiento de los objetos de madera en servicio, la madera se suele secar hasta un contenido de humedad que está cerca de las condiciones medias de EMC a la que se expondrán. Estas condiciones varían de interior utiliza en comparación con el exterior utiliza en una zona geográfica determinada. Por ejemplo, de acuerdo con la Norma Australiana para la Calidad de madera de secado (AS / NZS 4787, 2001), el CEM se recomienda que sea del 10-12% para la mayoría de los estados de Australia, aunque los casos extremos, puede ser hasta un 15 a un 18% de algunos lugares de Queensland, Territorio del Norte, Australia Occidental y Tasmania. Sin embargo, la CEM puede ser tan bajo como 6 a 7% en seco casas con calefacción central y las oficinas o en forma permanente edificios con aire acondicionado.

La razón principal para el secado de madera, con un contenido de humedad a su media de EMC bajo condiciones de uso es para minimizar los cambios dimensionales (o movimiento) en el producto final.

La contracción y la hinchazón

La contracción y la hinchazón pueden ocurrir en la madera cuando el contenido de humedad se cambia (Stamm, 1964). La contracción se produce cuando el contenido de humedad disminuye demasiado, mientras que la inflamación se produce cuando aumenta. El cambio de volumen no es igual en todas las direcciones. El mayor cambio dimensional se produce en una dirección tangencial a los anillos de crecimiento. La contracción de la médula hacia el exterior, o radial, es generalmente mucho menor que la contracción tangencial, al mismo tiempo longitudinal (a lo largo de la veta) la retracción es tan pequeña como para ser generalmente descuidado. La contracción longitudinal es de 0,1 a 0,3%, en contraste con contracciones transversales, que es 2-10%. Contracción tangencial es a menudo aproximadamente el doble de grande como en la dirección radial, aunque en algunas especies que pueden ser tanto como cinco veces mayor. La contracción es de aproximadamente 5 a 10% en la dirección tangencial y alrededor de 2 a 6% en la dirección radial (Walker et al., 1993).

La contracción diferencial transversal de la madera se relaciona con:

la alternancia de madera tardía y los primeros incrementos de madera dentro del anillo anual;

la influencia de los rayos de madera en la dirección radial (Kollmann y Cote, 1968)

las características de la estructura de la pared celular, tales como modificaciones ángulo de microfibrillas y pozos, y,

la composición química de la mitad de laminillas.

Secado de la madera

Secado de madera puede ser descrita como la técnica de asegurar que los cambios dimensionales brutos a través de la contracción se limitan al proceso de secado. Idealmente, la madera se secó para que el contenido de humedad de equilibrio como más adelante se (en servicio) ser alcanzados por la madera. Por lo tanto, profundizar el cambio dimensional se mantendrá a un

Probablemente es imposible eliminar por completo el movimiento en la madera, pero esto se puede aproximar por modificación química. Este es el tratamiento de la madera con productos químicos para reemplazar los grupos hidroxilo con otros grupos hidrófobos funcionales de agentes modificadores (Stamm, 1964). Entre todos los procesos existentes, la modificación de la madera con anhídrido acético tiene una promesa considerable debido a la alta eficiencia de lucha contra la pérdida desconocida o anti-oleaje (ASE) posible sin dañar las propiedades de la madera. Sin embargo, la acetilación de la madera ha sido lento para ser comercializados debido al costo, la corrosión y el atrapamiento del ácido acético en la madera. Existe una amplia literatura sobre la modificación química de la madera (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

El secado de la madera es un método para añadir valor a los productos aserrados de las industrias de primera transformación de madera. De acuerdo con el bosque de Australia y Investigación de la Madera y Productos de la Corporación de Desarrollo (FWPRDC), madera aserrada verde, que se vende en alrededor de $ 350 por metro cúbico o menos, los aumentos en el valor de $ 2.000 por metro cúbico o más, con el secado y procesamiento. Sin embargo, actualmente se utilizan procesos de secado convencionales suelen dar lugar a problemas de calidad de las grietas, tanto externa como internamente, reduciendo el valor del producto. A modo de ejemplo, en Queensland solo (Anon, 1997), suponiendo que el 10% de las coníferas secos se devaluó en 200 dólares por metro cúbico, debido a defectos de secado, aserraderos están perdiendo alrededor de $ 5 millones por año sólo en ese Estado. Australia amplia podría ser $ 40 millones por año para la madera blanda y una cantidad igual o superior a la madera dura. Así, el secado adecuado, bajo condiciones controladas (antes de su uso) es de gran importancia en la utilización de la madera en cualquier país, donde las condiciones climáticas varían considerablemente en diferentes momentos del año.

De secado, si se lleva a cabo con prontitud después de la tala de árboles, también protege la madera contra la caries primaria, hongos de manchas y ataque por parte de ciertos tipos de insectos. Los organismos que causan las caries y las manchas, por lo general no pueden prosperar en la madera con un contenido de humedad inferior al 20%. Varios, aunque no todas, las plagas de insectos sólo pueden vivir en la madera verde. Madera seca es menos susceptible a la descomposición de la madera verde (contenido de humedad superior al 20%).

Aparte de las ventajas anteriores importantes de secado de la madera, los siguientes puntos también son importantes (Walker et al, 1993; Desch y Dinwoodie, 1996.):

La madera seca es más ligero, y por lo tanto los costos de transporte y manipulación se reducen.

La madera seca es más fuerte que la madera verde en la mayoría de las propiedades de resistencia.

Maderas para la impregnación con conservantes tienen que ser secado apropiadamente si la penetración adecuada es que se logra, en particular en el caso de los conservantes de tipo de aceite.

En el campo de la modificación química de la madera y productos de madera, el material debe ser secado a un determinado contenido de humedad para las reacciones adecuadas a ocurrir.

Obras de madera seca, máquinas, acabados y colas mejor que la madera verde. Pinturas y acabados duran más tiempo sobre la madera seca.

Las propiedades de aislamiento eléctrico y térmico de la madera se mejoran mediante el secado.

Solicitar el secado de la madera inmediatamente después de la tala, por lo tanto da lugar a mejorar de manera significativa, y añadir valor a la madera en bruto. El secado permite sustancial la economía a largo plazo en la utilización de la madera mediante la racionalización de la utilización de los recursos madereros. El secado de la madera es por tanto un área de investigación y desarrollo, que afecta a muchos investigadores y las empresas madereras de todo el mundo.

Cómo se seca la madera: los mecanismos de movimiento de la humedad

El agua en la madera se mueve normalmente a partir de zonas de mayor a zonas de menor contenido de humedad (Walker et al., 1993). En términos simples, esto significa que el secado se inicia desde el exterior y se mueve hacia el centro, y también significa que el secado en el exterior también es necesaria para expulsar la humedad de las zonas interiores de la madera. Wood, después de un período de tiempo, alcanza un contenido de humedad en equilibrio con el aire circundante (la EMC, como se mencionó anteriormente).

Mecanismos para la humedad

movimientoPasajes de humedad

La fuerza motriz de base para el movimiento de la humedad es potencial químico. Sin embargo, no siempre es sencillo para relacionar potencial químico en la madera a las variables comúnmente observables, tales como temperatura y contenido de humedad (Keey et al., 2000). La humedad en la madera se mueve dentro de la madera como líquido o vapor a través de varios tipos de pasajes, según la naturaleza de la fuerza motriz, por ejemplo, presión o gradiente de humedad), y las variaciones en la estructura de madera (Langrish y Walker, 1993), como se explica en el siguiente sección sobre las fuerzas motrices para el movimiento de la humedad. Estas vías consisten en cavidades de los vasos, fibras, células de los radios, cámaras de pozo y sus aberturas de membrana en boxes, espacios intercelulares y transitorios pasillos de la pared celular. Movimiento de agua tiene lugar en estos pasajes en cualquier dirección, longitudinalmente en las células, así como lateralmente desde una celda a otra hasta que llega a las superficies laterales de secado de la madera. La mayor permeabilidad longitudinal de la albura de la madera dura y generalmente es causada por la presencia de los buques. La permeabilidad transversal de flujo lateral y con frecuencia es muy baja en maderas duras. Los vasos en maderas duras a veces se bloquea por la presencia de tílides y / o por las gomas y resinas secretoras en algunas otras especies, como se mencionó anteriormente. La presencia de venas de las encías, la formación de la que es a menudo un resultado de la respuesta protectora natural de los árboles a la lesión, se observa comúnmente en la superficie de tablas aserradas de la mayoría de los eucaliptos. A pesar de la fracción de volumen generalmente mayor de los rayos en maderas duras (típicamente 15% del volumen de madera), los rayos no son particularmente eficaces en el flujo radial, ni son los hoyos en las superficies radiales de fibras eficaces en el flujo tangencial (Langrish y Walker, 1993) .

Movimiento de la humedad

el espacioEl espacio disponible para el aire y la humedad en la madera depende de la densidad y porosidad de la madera. La porosidad es la fracción de volumen de espacio vacío en un sólido. La porosidad se informó a ser de 1,2 a 4,6% del volumen de celda seca madera pared (Siau, 1984). Por otro lado, la permeabilidad es una medida de la facilidad con que los líquidos sean transportados a través de un sólido poroso bajo la influencia de algunas fuerzas impulsoras, por ejemplo capilar gradiente de presión o gradiente de humedad. Es evidente que los sólidos deben ser poroso para ser permeable, pero no implica necesariamente que todos los cuerpos porosos son permeables. Permeabilidad sólo puede existir si los espacios vacíos están interconectados a través de las aberturas. Por ejemplo, una madera dura puede ser permeable porque no se intervasculares picaduras con aberturas en las membranas (Keey et al., 2000). Si estas membranas están ocluidas o incrustaciones, o si los pozos se aspiró, la madera asume una estructura de célula cerrada y puede ser virtualmente impermeable. La densidad es también importante para maderas duras impermeables porque más material de la pared celular es atravesada por unidad de distancia, que ofrece una mayor resistencia a la difusión (Keey et al., 2000). Por lo tanto maderas ligeras, en general, se secan más rápidamente que las maderas más pesadas. El transporte de líquidos es a menudo el flujo a granel (transferencia de energía cinética) para maderas blandas permeables a alta temperatura mientras que la difusión se produce para maderas duras impermeable (Siau, 1984). Estos mecanismos se discuten a continuación.

Fuerzas motrices de la humedad

movimientoTres motores principales utilizados en la versión diferente de los modelos de difusión son el contenido de humedad, la presión parcial del vapor de agua, y el potencial químico (Skaar, 1988;. Keey et al, 2000). Estos se discuten aquí, incluyendo la acción capilar, que es un mecanismo para el transporte de agua libre en maderas blandas permeables. Diferencia de presión total es la fuerza motriz durante el secado al vacío de la madera.

La acción capilar

Las fuerzas capilares determinar los movimientos (o ausencia de movimiento) de agua libre. Es debido tanto a la adhesión y cohesión. La adhesión es la atracción entre el agua a otras sustancias y la cohesión es la atracción de las moléculas en el agua unos a otros.

Como madera se seca, la evaporación de agua desde la superficie establece las fuerzas capilares que ejercen una tracción sobre el agua libre en las zonas de madera debajo de las superficies. Cuando ya no hay nada de agua libre en las fuerzas capilares de madera ya no son de importancia.

Diferencias de contenido de humedad

El potencial químico se explica aquí, ya que es el verdadero motor para el transporte de agua en ambas fases líquida y vapor en la madera (Siau, 1984). La energía libre de Gibbs por mol de sustancia se expresa generalmente como el potencial químico (Skaar, 1933). El potencial químico de aire insaturado o de madera debajo del punto de saturación de la fibra influye en el secado de la madera. El equilibrio se producirá en el contenido de humedad de equilibrio (como se define anteriormente), de madera cuando el potencial químico de la madera se vuelve igual a la del aire circundante. El potencial químico del agua absorbida es una función del contenido de humedad de la madera. Por lo tanto, un gradiente de humedad de la madera (entre la superficie y en el centro), o más específicamente de la actividad, es acompañado por un gradiente de potencial químico en condiciones isotérmicas. La humedad se redistribuirlo a lo largo de la madera hasta que el potencial químico es uniforme en todo, lo que resulta en un gradiente de potencial cero en el equilibrio (Skaar, 1988). El flujo de humedad de intentar lograr el estado de equilibrio se supone que es proporcional a la diferencia de potencial químico, e inversamente proporcional a la longitud del camino sobre el que actúa diferencia de potencial (Keey et al., 2000).

El gradiente de potencial químico está relacionada con el gradiente de humedad, como se explica en las ecuaciones anteriores (Keey et al., 2000). El modelo de difusión con gradiente de humedad como una fuerza impulsora fue aplicada con éxito por Wu (1989) y Pérez et al. (1994). Aunque el acuerdo entre los perfiles de contenido de humedad predicho por el modelo de difusión basados ??en la diferencia de contenido de humedad es mejor en l

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