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Tabla de contenido
- Introducción .................................................................................................................................................
- CARACTERÍSTICAS DE LA MADERA ...............................................................................................................
- Propiedades Anatómicas ..................................................................................................................
- 1.1 Planos de la madera .................................................................................................................
- 1.2 Propiedades generales de la madera ........................................................................................
- 1.3 Composición anatómica de la madera. .....................................................................................
- 1.4 Distribución de los elementos celulares. ................................................................................
- 1.5 Efectos de la anatomía en las propiedades de la madera. ......................................................
- Propiedades físicas de la madera. ..............................................................................................................
- Importancia de las propiedades físicas de la madera. ....................................................................
- 1.1 Contenido de humedad ..........................................................................................................
- 1.2 Densidad .................................................................................................................................
- 1.3 Peso específico. ......................................................................................................................
- 1.4 Estabilidad dimensional ..........................................................................................................
- Propiedades Mecánicas de la madera. .......................................................................................................
- Importancia de las propiedades mecánicas de la madera. .............................................................
- PROCESOS PRODUCTIVOS. .........................................................................................................................
- Aserrío. ...........................................................................................................................................
- 1.1 Patrón de corte .......................................................................................................................
- 1.2 Operaciones básicas ...............................................................................................................
- 1.3 Máquinas para aserrío. ...........................................................................................................
- Secado ............................................................................................................................................
- 2.1 Importancia del secado en la industrialización de la madera .................................................
- 2.2 Tipos de secado: ......................................................................................................................
- 2.3 Programas de secado ..............................................................................................................
- 2.4 Factores que afectan el secado. ..............................................................................................
- 2.5 Defectos de secado .................................................................................................................
- 2.6 Recomendaciones para un buen secado .................................................................................
- Preservación. ..................................................................................................................................
- 3.1 Importancia de la preservación. ..............................................................................................
- 3.2 Degradación de la madera. .....................................................................................................
- 3.3 Métodos de preservación.
- PROCESAMIENTO SECUNDARIO y trabajabilidad de la madera .................................................................
- Trabajabilidad de la madera ...........................................................................................................
- ANEXO 1 .....................................................................................................................................................
- ANEXO 2. ....................................................................................................................................................
- ANEXO 3 .....................................................................................................................................................
- BIBLIOGRAFIA
- Cuadro 1. Planos de corte de la madera aserrada vista en un extremo o sentido transversal. ................... Indice de Cuadros y Figuras
- Cuadro 2. Tipos de grano con sus respectivas características. ....................................................................
- Cuadro 3. Descripción de las principales células que componen a la madera .............................................
- Cuadro 4. Tipos de agua con sus respectivas posiciones y efectos sobre la madera. .................................
- Cuadro 5. Clasificación de la madera según su peso específico. ................................................................
- Cuadro 6. Clasificación de la madera según su porcentaje de contracción ................................................
- Cuadro 7. Tipos de carga
- Cuadro 8. Principales cargas mecánicas a las que puede estar sometida la madera. ................................
- Cuadro 9. Comparación de las propiedades mecánicas en condición seca ................................................
- Cuadro 10. Operaciones básicas en aserrío ................................................................................................
- Cuadro 11. Ventajas y desventajas de aserradero fijo y portátil ................................................................
- Cuadro 12. Funciones de máquinas para aserrío. ......................................................................................
- Cuadro 13. Comparación entre madera de bosque natural y madera de plantación. ................................
- Cuadro 14. Ejemplo “Programa de Secado" ...............................................................................................
- Cuadro 15. Humedad inicial de algunas especies de plantación ................................................................
- según método de secado. ...................................................................................................................... Cuadro 16. Comparación del tiempo de secado para maderas de plantación con un espesor de 2,5 cm,
- Cuadro 17. Defectos producidos durante el secado
- Cuadro 18. Comparación entre hongos manchadores y hongos de pudrición ...........................................
- Cuadro 19. Algunas especies clasificadas según su durabilidad
- Cuadro 20. Operaciones en la madera .......................................................................................................
- plantación de Costa Rica. ....................................................................................................................... Cuadro 21. Comparación de la trabajabilidad de la madera de 10 especies estudiadas provenientes de
- Figura 1. Planos de crecimiento de la madera ..............................................................................................
- Figura 2. Diferentes planos de la madera. ....................................................................................................
- Figura 3. Diferencia de coloración entre albura y duramen. ........................................................................
- Figura 4. Diferentes tipos de porosidades. ................................................................................................
- Figura 5. Tipos de parénquima. ..................................................................................................................
- Figura 6. Efectos de la anatomía en las propiedades de la madera ...........................................................
- Figura 7. Contracciones o deformaciones de la tabla según la parte de la troza donde fue cortada. ........
- Figura 8. Contracción de una pieza de madera en corte radial. .................................................................
- Figura 9. Esquema básico de aserrío de trozas. ..........................................................................................
- Figura 10. Patrones de corte para trozas de Bosque Natural.
- Figura 11. Patrones de corte para tozas provenientes de Plantaciones. ....................................................
- Figura 12. Aserrío Primario. ........................................................................................................................
- Figura 13. Bloques y tablas obtenidos del proceso de aserrío secundario. ................................................
- Figura 14. Aserradero fijo ...........................................................................................................................
- Figura 15. Aserradero móvil o portátil.
- Figura 16. Esquema de evaporación del agua. ..........................................................................................
- Figura 17. Pila de secado al aire. ................................................................................................................
- Figura 18. Secado convencional de madera. ..............................................................................................
- Figura 19. Agentes de deterioro de la madera ...........................................................................................
- Figura 20. Agentes de degradación de la madera. .....................................................................................
- Figura 21. Tanque de acero donde se aplica el método de preservación vacío-presión ............................
- Figura 22. Madera preservada con tratamiento de vacío-presión .............................................................
- Figura 23. Penetración de preservante en madera de Melina ...................................................................
- Figura 24. Canoa de inmersión ...................................................................................................................
Introducción
Las características propias de la madera tienen un impacto directo en el rendimiento, la trabajabilidad y el adecuado desempeño de la madera. El almendro es una madera que se conoce como dura, la melina una que se conoce como suave. Qué significa esto? Se puede utilizar el almendro y la melina para los mismos productos? Se puede procesar de la misma manera?
Otro ejemplo: dos tipos de madera - madera albura (parte clara) y el duramen (conocido por algunos como madera de corazón) - tiene sus efectos durante el uso ya que la madera de duramen tiene mayor durabilidad natural, pero este tipo de madera por lo general no es posible de preservar. Otro en el caso de la fabricación de muebles, el entender que madera con poros grandes (poros visibles a simple vista) por lo general no puede ser usada en muebles ya que producen una textura gruesa, que las hace difícil de lijar y aumentan el consumo de acabado. No obstante madera de poros de tamaño medio (poco visibles a simple vista) son las más usadas en la fabricación de muebles.
En resumen, es muy importante tener claridad de las propiedades de la madera que se desea utilizar en un proceso productivo. Éstas determinarán en gran medida los equipos, herramientas, procesos y productos que se puedan fabricar.
Este módulo de ingeniería de la madera se divide en dos grandes apartados. El primero, “Características de la madera” describe algunos elementos básicos acerca de las características de la madera y como estos impactan en su uso y desempeño. Este es un apartado que incluye algunas descripciones teóricas que requerirán de la atención del lector pero que conforme avance la lectura se entenderá su aplicación en la práctica. En el segundo apartado “Procesos productivos”, se hará una breve descripción de las principales operaciones ejecutadas durante la manufactura y cómo las características indicadas afectan o facilitan el procesamiento de la madera y su trabajabilidad.
Cuadro 1. Planos de corte de la madera aserrada vista en un extremo o sentido transversal.
1.2 Propiedades generales de la madera
Las propiedades generales de la madera pueden ser observadas a simple vista.
Albura: es la parte del árbol que se encarga de almacenamiento de nutrientes, conducción de agua y procesos metabólicos; en algunas especies de árboles corresponde a la parte más clara de la madera y por lo general se encuentra en la parte más externa del troco y es de color blanco (Figura 3 ). Duramen: se encarga del soporte del árbol y en algunas especies corresponde a la parte más oscura de la madera (Figura 3). Esto es importante ya que este tipo de madera tiene diferentes condiciones, por ejemplo la madera de albura es menos durable que la madera de duramen.
Figura 3. Diferencia de coloración entre albura y duramen Foto: Róger Moya
Textura: Esta característica está relacionada al tamaño de los poros. Madera de textura fina posee poros pequeños y madera de textura gruesa posee poros gruesos. Grano: se refiere al hilo de la madera en relación al eje del árbol o de una pieza de madera (Cuadro 2).
Cuadro 2. Tipos de grano con sus respectivas características. Tipo de grano Características Ejemplos Recto Las capas de crecimiento tienen una misma dirección durante todo el año. Madera susceptible a rajar.
Cordia alliodora (Laurel)
Entrecruzado Las capas de crecimiento presentan diferente orientación. La madera presenta muchas deformaciones y dificultades de trabajar.
Dipteryx panamensis (Almendro)
Ondulado Las capas de crecimiento alteran constantemente su dirección, aparentando irregularidad.
Terminalia sp. (Surá)
Inclinado o diagonal Los elementos longitudinales de la madera presentan un desvío respecto al eje longitudinal del árbol. Afectan significativamente las propiedades de la madera.
Eucalyptus sp.
Velloso Se da durante cepillado de la madera y se produce con frecuencia en madera que se cepilla verde.
Levantado Se da durante el cepillado de la madera y se produce con frecuencia en madera que se cepilla verde.
Fotos: Róger Moya
Color de la madera: las maderas oscuras están asociadas a alta durabilidad y de esto depende su valor comercial.
Parénquima axial o longitudinal: sirven de almacenamiento de nutrientes. Son de forma cilíndrica y están ubicados longitudinalmente en el árbol
Parénquima radial: tienen la función de almacenamiento de nutrientes, son de poca longitud y de forma cilíndrica
Pared Celular: se encarga del crecimiento y la rigidez del árbol, además los protege de los virus
1.4 Distribución de los elementos celulares.
Cada elemento anatómico tiene una distribución en la madera que lo hace característico de cada especie. Estos elementos anatómicos se pueden distinguir visualmente y es aceptado utilizar en muchos casos lupas de 10 aumentos (10X). Seguidamente se detallan cada uno de ellos:
Vasos: se distinguen por el extremo o cabeza de la pieza de madera. Estos se distinguen por que se observan orificios muy pequeños y pueden presentar 3 tipos de porosidades (Figura 4): difusa, anular o semianular, y en algunos casos es posible observar estos alineados en filas o cadenas.
Figura 4. Diferentes tipos de porosidades.
Radios: este tejido, observado en la sección transversal, se diferencia del resto de los elementos anatómicos por presentar una tonalidad más clara. Básicamente presenta dos tipos de distribución: estratificado y no estratificado.
Parénquima longitudinal: nuevamente se observa en la sección transversal y generalmente presenta diferentes tipos: paratraqueal (asociado a poros) y apotraqueal (no asociado a poros). En la siguiente Figura 5 se distinguen los diferentes tipos de parénquima.
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Figura 6. Efectos de la anatomía en las propiedades de la madera
Relación entre la estructura anatómica de la madera y sus propiedades y comportamiento tecnológico.
Densidad
A menor concentración de fibras y menor espesor de la pared celular; menor densidad de la madera. Entre menor sea el diámetro y la frecuencia de los poros, mayor será la densidad.
Resistencia
A mayor presencia de la pared celular, mayor es la resistencia de la madera. Los poros concentrados en ciertas regiones disminuyen la resistencia de la madera en esa área.
Durabilidad Natural
A mayor abundancia de parénquima, menor durabilidad natural de la madera, por ser fácil penetración y tener cantidades de almidón, que podría ser alimento para los agentes destructores de la madera como los insectos o los hongos.
Permeabilidad
El paso de los líquidos en la madera, se da a través de elementos anatómicos que cumplen funciones de conducción como: vasos, fibras y parénquima.
Trabajabilidad
Maderas con alto cantidad de poros presentan dificultad de dar una superficie liza; alta densidad (paredes celulares gruesas y poros pequeños) y presencia de cristales, aumenta el degaste de las herramientas de corte. Estabilidad Dimensional
Al extraer la madera del árbol los elementos anatómicos se encuentran llenos de agua. Cuando es aserrada esta madera, empieza a perder humedad produciendo contracciones en la madera.
Encolado y Aplicación de acabados.
Poros grandes absorben gran cantidad de cola y pintura. Poros muy pequeños carecen de falta de adherencia.
Capacidad de Combustión
La madera de alta densidad produce mucho calor por tanto se considera como buena fuente de calor. Apariencia decorativa
Betas de la madera son producidas por la presencia de anillos de crecimiento. La presencia de poros en la madera afecta su apariencia.
Propiedades físicas de la madera.
Las propiedades físicas son características de la madera y tiene estrecha relación con las condiciones de crecimiento, la edad, la parte del árbol y el manejo que le dio el productor a la plantación.
1. Importancia de las propiedades físicas de la madera.
El conocimiento de las propiedades físicas es de gran importancia en la industrialización de la madera, porque permiten definir la capacidad de una determinada especie para un uso específico.
Por ejemplo: tomando en cuenta las propiedades de hinchamiento y contracción, se recomienda al aserrador cortar la madera con sobre dimensión (dimensionado en verde). Esto porque al secarla se produce una disminución de las dimensiones y podía alterar el uso final de la madera. El conocimiento del contenido de humedad es fundamental ya que algunas especies como melina y teca se sabe que contienen alta humedad, pero otras especies como las trozas de las partes altas de acacia poseen baja humedad. Esta diferencia en humedad podría repercutir en el secado de la madera. En el caso de la densidad, es importante en el momento del transportar la madera, debido al peso y al espacio que esta ocupa en el camión transportador y por tanto el costo de transporte. Por ejemplo es común utilizar una relación de 1100 kg de madera en trozas por cada metro cúbico.
A continuación se explican las propiedades físicas más importantes y que tienen mucha relación con el desempeño de la madera y su industrialización:
1.1 Contenido de humedad
Los árboles, al ser seres vivos, necesitan gran cantidad de agua para vivir, por esto el agua es un componente natural de cada árbol. El agua puede representar más de la mitad del peso de la madera y la cantidad varía dependiendo de la especie, de la edad del árbol, de la época del año y del lugar donde crece dicho árbol. Un aspecto importante a destacar de
El conocimiento de
las propiedades
físicas de la madera
es de gran
importancia en su
industrialización,
porque permiten
determinar la
capacidad de cada
especie para un uso
específico.
Agua atada: es el agua que se encuentra en la pared celular de las fibras y es la que produce contracciones en la madera cuando se elimina en secado. En caso de humedecerse la madera, el agua que se absorbe ingresa a la pared celular de las fibras, por lo que se da hinchamiento en la pieza de madera. Este tipo de agua es difícil de eliminar dentro de la madera y por lo tanto se necesita más calor para secarla. Agua de constitución: este tipo de agua forma parte de la madera y se puede eliminar solamente cuando dicha madera es quemada.
El término madera húmeda se describe como el contenido de humedad verde o máximo de la madera, esto se da cuando la madera está saturada de agua, es decir, al ser recién cortada o estar sumergida totalmente en agua, en ese momento todos los espacios celulares y la pared celular se encuentran llenos de agua.
Un parámetro muy usado y que es importante durante el secado es el referido al Punto de Saturación de las Fibras (PSF). Este punto significa el contenido de humedad donde se ha liberado el agua libre y solamente queda el agua atada. En forma general y a nivel mundial se establece que el PSF se alcanza cuando el contenido de humedad en la madera es igual al 30%.
1.2 Densidad
Es la relación que hay entre la masa (peso) de la pieza de madera y el volumen de la misma. Es una propiedad física que varía según el grado de humedad de la madera, por esta razón no es común que se presente este tipo de término para madera.
Por ejemplo: se tiene una pieza de madera que en verde pesa 3,2 Kg, sus dimensiones son de 1”x3”x4 varas, es decir, el volumen es de 6137 cm3, por lo tanto la densidad de esta pieza es de 500 kg/m3, acorde con las siguientes ecuaciones:
Densidad= Masa (Kg) Densidad= 3,2 Kg = 500 Kg/ m^3 Volumen (m^3 ) 0.006137 (m^3 )
1.3 Peso específico.
Es la relación entre el peso de la madera y el peso de un volumen de agua, o bien, la relación entre la densidad de la madera y la densidad del agua.
El agua atada es la que tiene el principal efecto en pandeo y contracciones y expansiones dimensionales de la madera, de ahí su importancia
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Por ejemplo: si se utiliza la misma pieza del ejemplo anterior donde se obtuvo una densidad de 500 Kg/m3, y tomando en cuenta que la densidad del agua es igual a 1000 Kg / m3, se obtiene un peso específico de esa pieza de madera de 0,5, acorde con la ecuación siguiente:
Peso específico = Densidad de la madera (Kg/m^3 ) = 500 Kg/m^3 = 0, Densidad del agua (Kg/m^3 ) 1000 Kg / m^3
El peso específico es importante ya que se suele clasificar la madera según este parámetro, a continuación se detalla esta clasificación. (Cuadro 5).
Cuadro 5. Clasificación de la madera según su peso específico. Pesos específicos básicos
Término descriptivo FPL 0171 Clasificación de Costa Rica
Principales especies comerciales
Menos de 0, 0,20 a 0,
Extremadamente liviana Excesivamente liviana
Balsa, Jaúl, Cebo, Botarrama 0,25 a 0, 0,30 a 0,
Muy liviana Liviana
Liviana
0,36 a 0,40 Moderadamente liviana 0,40 a 0, 0,42 a 0,
Moderadamente liviana Moderadamente pesada Semidura
Melina, Ciprés, Pochote, Laurel, Teca, Caoba 0,50 a 0,60 Pesada Acacia, Pino, Eucalipto, Cedro. 0,60 a 0, 0,72 a 0,
Muy pesada Excesivamente pesada Dura
Manú, Roble, Surá Guayacán Real, Más de 0,68 Excesivamente pesada Almendro,
1.4 Estabilidad dimensional
Se entiende por estabilidad dimensional la disminución o el aumento de las dimensiones de las piezas de madera debido a los cambios de humedad (Figura 7). Esta estabilidad varía con el peso específico de las especies, el contenido de humedad y de las condiciones de secado (tiempo, temperatura, forma de las piezas). Sin embargo el factor que más influye en las contracciones de la madera es la posición dentro del árbol o la sección transversal. La siguiente figura muestra cuál es el tipo de contracción que se presenta en las piezas de madera, según la parte de la troza donde fue cortada la tabla.
presenta 12 pulgadas de ancho (30 cm) (a) y luego de secado la disminución a lo ancho de la pieza se produce tangente a los anillos y su dimensión puede ser de 1/4 pulgada, quedando un ancho de 11 ¾ pulgadas (ver línea punteada en a.)
Contracciones en el corte radial: Se presentan cuando en la tabla se observan los anillos como muestra la figura 8 (b). La tabla recién cortada presenta 12 pulgadas de ancho (30 cm) y luego del secado la disminución del ancho de la pieza se produce perpendicular a los anillos de los árboles y su dimensión puede ser de 1/ pulgadas, quedando un ancho de 11/7/8^ pulgadas (Figura 8b).
Figura 8. Contracción de una pieza de madera en corte radial Fuente: http://workshopcompanion.com/KnowHow/Design/Nature_of_Wood/2_Woo d_Movement/2_Wood_Movement.htm
Contracciones volumétricas: se refiere al cambio de volumen en las piezas de madera debido a la pérdida de humedad; es la suma de todas las contracciones y normalmente es mayor en las piezas de madera con mayor densidad. Hinchamiento: es lo contrario a la contracción, aumento de las dimensiones de las piezas y ésta depende del contenido de humedad de la madera, se refiere a la absorción de agua, lo que produce aumento de peso y aumento en dimensiones de las piezas de madera. Esto ocurre cuando una tabla seca se humedece, por ejemplo, en época húmeda o durante la época lluviosa muchas puertas se pegan porque la madera de las puertas se hincha.
Propiedades Mecánicas de la madera.
1. Importancia de las propiedades mecánicas de la
madera.
Las propiedades mecánicas son características importantes pues determinan la resistencia que tendrá la madera en aplicaciones donde está sometida a carga o altos esfuerzos. Por ejemplo, la resistencia de una carrocería de madera para un camión que transporta ganado, la resistencia de construcciones con aplicaciones estructurales, el tipo de madera que se debe utilizar para la construcción de un puente donde es necesario que resista el tránsito diario, o la dureza de la madera de los pisos para evitar rayonazos.
Las propiedades mecánicas, son aquellas propiedades que permiten diseñar estructuralmente un producto en madera. Puede entenderse también como la capacidad que tiene la madera de resistir alguna carga.
La carga es la acción o fuerza que actúa sobre un cuerpo o estructura para cambiar su forma (deformación). Se identifican tres tipos de carga (Cuadro 7):
Cuadro 7. Tipos de carga. Tipo de carga Descripción Ejemplo Muerta Es una carga permanente en la estructura de madera y puede ser el peso de las láminas de zinc sobre una viga de madera.
Instantánea Es momentánea, como cuando una persona está sentada en una silla.
Súbita Se da por un período de tiempo intermedio, como al golpear una pared fuertemente con el puño cerrado.
