La madera de árboles vivos y troncos frescos contiene una gran cantidad de agua que a menudo constituye más del 50% del peso de la madera. El agua tiene una influencia significativa en la madera. La madera intercambia continuamente humedad o agua con su entorno, aunque el tipo de cambio se ve fuertemente afectado por el grado de sellado de la madera.

La madera contiene agua en tres formas:

Agua libre La mayor parte del agua contenida en la luz de la célula solo es retenida por fuerzas capilares. No se une químicamente y se llama agua libre. El agua libre no está en el mismo estado termodinámico que el agua líquida: se requiere energía para superar las fuerzas capilares. Además, el agua libre puede contener sustancias químicas que alteran las características de secado de la madera. El agua unida o higroscópica se une a la madera a través de enlaces de hidrógeno. La atracción de la madera por el agua surge de la presencia de grupos hidroxilo (OH) libres en la celulosa, hemicelulosas y moléculas de lignina en la pared celular. Los grupos hidroxilo están cargados negativamente. Debido a que el agua es un líquido polar, los grupos hidroxilo libres en la celulosa atraen y retienen el agua mediante enlaces de hidrógeno. El vapor de agua en la luz celular en forma de vapor de agua es normalmente insignificante a temperatura y humedad normales.

Contenido de humedaeditar

El contenido de humedad de la madera se calcula como el cambio de masa como proporción de la masa seca, mediante la fórmula (Siau, 1984):

contenido de humedad = m g − m od m od × 100 % {\displaystyle {\text{contenido de humedad}}={\frac {m_{\text{g}}-m_{\text{od}}}{m_{\text{od}}}}\times 100\%}

Aquí, m g {\displaystyle m_{\text{g}}}

es la masa verde de la madera, m od {\displaystyle m_{\text{od}}}

es su horno de masa seca (el logro de la constante masa generalmente después de secarse en un horno a 103±2 ° C (218±4 ° F) durante 24 horas, según lo mencionado por Walker et al., 1993). La ecuación también se puede expresar como una fracción de la masa del agua y la masa de la madera seca del horno en lugar de un porcentaje. Por ejemplo, 0,59 kg/kg (base seca para horno) expresa el mismo contenido de humedad que el 59% (base seca para horno).

Punta de saturación de fibreeditar

Estas marcas IPPC en una paleta de madera indican KD: secado al horno, HT: tratado térmicamente y DB: descortezado. Esencialmente, todo el material de embalaje de madera que se exporte a un Estado miembro de la CIPF debe llevar un sello como este.

Cuando la madera verde se seca, el agua libre de la lumina de la célula, retenida solo por las fuerzas capilares, es la primera en desaparecer. Las propiedades físicas, como la resistencia y la contracción, generalmente no se ven afectadas por la eliminación del agua libre. El punto de saturación de fibra (FSP) se define como el contenido de humedad en el que el agua libre debe desaparecer por completo, mientras que las paredes celulares están saturadas con agua unida. En la mayoría de los tipos de maderas, el punto de saturación de la fibra es de 25 a 30% de contenido de humedad. Siau (1984) reportaron que el punto de saturación de la fibra X fsp {\displaystyle X_{\text{fsp}}}

(kg/kg) es dependiente de la temperatura T (°C) de acuerdo a la siguiente ecuación: X fsp = 0.30 − 0.001 ( T − 20 ) {\displaystyle X_{\text{fsp}}=0.30-0.001(T-20)\;}

(1.2)

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

Muchas propiedades de la madera muestran cambios considerables a medida que la madera se seca por debajo del punto de saturación de la fibra, incluidas:

1. volumen (idealmente, no se produce contracción hasta que se pierde algo de agua unida, es decir, hasta que la madera se seca por debajo del punto de saturación de la fibra);
2. resistencia (las resistencias generalmente aumentan constantemente a medida que la madera se seca por debajo del punto de saturación de la fibra (Desch y Dinwoodie, 1996), excepto la resistencia a la flexión por impacto y, en algunos casos, la tenacidad);
3. resistividad eléctrica, que aumenta muy rápidamente con la pérdida de agua ligada cuando la madera se seca por debajo del FSP.

Contenido de humedad de equilibrioeditar

La madera es una sustancia higroscópica. Tiene la capacidad de absorber o desprender humedad en forma de vapor. El agua contenida en la madera ejerce presión de vapor propia, 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, se produce la desorción. Los capilares de mayor tamaño, que están llenos de agua en ese momento, se vacían primero. La presión de vapor dentro de la madera cae a medida que el agua se contiene sucesivamente en capilares más pequeños. Finalmente se alcanza una etapa 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 la desorción posterior cesa. La cantidad de humedad que permanece en la madera en esta etapa está en equilibrio con la presión de vapor de agua en el espacio ambiente, y se denomina contenido de humedad de equilibrio o EMC (Siau, 1984). Debido a su higroscopicidad, la madera tiende a alcanzar un contenido de humedad que está en equilibrio con la humedad relativa y la temperatura del aire circundante.

La EMC de la madera varía significativamente con la humedad relativa del ambiente (en función de la temperatura), en menor grado con la temperatura. Siau (1984) informó de que el CEM también varía muy ligeramente según la especie, el estrés mecánico, el historial de secado de la madera, la densidad, el contenido de extractivos y la dirección de sorción en la que se produce el cambio de humedad (es decir, adsorción o desorción).

Contenido de humedad de la madera en servicioeditar

La madera conserva sus características higroscópicas después de ser puesta en uso. Luego se somete a humedad fluctuante, el factor dominante en la determinación de su EMC. Estas fluctuaciones pueden ser más o menos cíclicas, como cambios diurnos o cambios estacionales anuales.

Para minimizar los cambios en el contenido de humedad de la madera o el movimiento de objetos de madera en servicio, la madera generalmente se seca hasta un contenido de humedad cercano a las condiciones promedio de CEM a las que estará expuesta. Estas condiciones varían para los usos interiores en comparación con los usos exteriores en una ubicación geográfica determinada. Por ejemplo, de acuerdo con el Estándar Australiano de Calidad de Secado de Madera (AS/NZS 4787, 2001), se recomienda que la CEM sea del 10-12% para la mayoría de los estados australianos, aunque los casos extremos son de hasta 15 a 18% para algunos lugares en Queensland, Territorio del Norte, Australia Occidental y Tasmania. Sin embargo, la EMC es tan baja como del 6 al 7% en casas y oficinas secas con calefacción central o en edificios con aire acondicionado permanente.

Contracción e hinchamientoeditar

La contracción e hinchazón pueden ocurrir en la madera cuando se cambia el contenido de humedad (Stamm, 1964). La contracción se produce a medida que disminuye el contenido de humedad, mientras que la hinchazón se produce cuando aumenta. El cambio de volumen no es igual en todas las direcciones. El mayor cambio dimensional ocurre en una dirección tangencial a los anillos de crecimiento. La contracción de la médula hacia afuera, o radialmente, es generalmente considerablemente menor que la contracción tangencial, mientras que la contracción longitudinal (a lo largo del grano) es tan leve que generalmente se descuida. La contracción longitudinal es del 0,1% al 0,3%, en contraste con la contracción transversal, que es del 2% al 10%. La contracción tangencial es a menudo el doble de grande que en la dirección radial, aunque en algunas especies es hasta cinco veces mayor. La contracción es de aproximadamente 5% a 10% en la dirección tangencial y de aproximadamente 2% a 6% en la dirección radial (Walker et al., 1993).

La contracción transversal diferencial de la madera está relacionada con:

1. la alternancia de incrementos de madera tardía y temprana dentro del anillo anual;
2. la influencia de los rayos de la madera en la dirección radial (Kollmann y Cote, 1968);
3. las características de la estructura de la pared celular, como las modificaciones del ángulo de microfibrillas y los hoyos;
4. la composición química de la lámina media.

El secado de madera puede describirse como el arte de garantizar que los cambios dimensionales gruesos a través de la contracción se limiten al proceso de secado. Idealmente, la madera se seca a ese contenido de humedad de equilibrio que la madera alcanzará más tarde (en servicio). Por lo tanto, el cambio dimensional adicional se mantendrá al mínimo.

Es probablemente imposible eliminar completamente el cambio dimensional en la madera, pero la eliminación del cambio de tamaño puede ser aproximada por modificación química. Por ejemplo, la madera se puede tratar con productos químicos para reemplazar los grupos hidroxilo con otros grupos funcionales hidrófobos de agentes modificadores (Stamm, 1964). Entre todos los procesos existentes, la modificación de la madera con anhídrido acético se ha destacado por la alta eficiencia anti-encogimiento o anti-hinchamiento (ASE) que se puede lograr sin dañar la madera. Sin embargo, la acetilación de la madera ha tardado en comercializarse debido al costo, la corrosión y la retención del ácido acético en la madera. Existe un extenso volumen de literatura relacionada con la modificación química de la madera (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

El secado de madera es un método para agregar valor a los productos aserrados de las industrias primarias de procesamiento de madera. Según la Australian Forest and Wood Products Research and Development Corporation (FWPRDC), la madera dura aserrada verde, que se vende a unos 350 dólares por metro cúbico o menos, aumenta su valor a 2.000 dólares por metro cúbico o más con el secado y el procesamiento. Sin embargo, los procesos de secado convencionales que se utilizan en la actualidad a menudo provocan problemas de calidad significativos debido a las grietas, tanto externas como internas, lo que reduce el valor del producto. Por ejemplo, en Queensland (Anon, 1997), suponiendo que el 10% de la madera blanda seca se devalue en 200 dólares por metro cúbico debido a defectos de secado, los aserradores pierden alrededor de 5 millones de dólares al año. En Australia, la pérdida podría ser de 40 millones de dólares al año para la madera blanda y una cantidad igual o superior para la madera dura. Por lo tanto, el secado adecuado en condiciones controladas antes del uso es de gran importancia en el uso de madera, en países donde las condiciones climáticas varían considerablemente en diferentes épocas del año.

El secado, si se lleva a cabo rápidamente después de la tala de árboles, también protege la madera contra la descomposición primaria, las manchas de hongos y el ataque de ciertos tipos de insectos. Los organismos, que causan descomposición y manchas, generalmente no pueden prosperar en la madera con un contenido de humedad inferior al 20%. Varias plagas de insectos, aunque no todas, solo pueden vivir en madera verde.

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

1. La madera seca es más ligera y se reducen los costos de transporte y manipulación.
2. La madera seca es más fuerte que la madera verde en la mayoría de las propiedades de resistencia.
3. Las maderas para impregnación con conservantes deben secarse adecuadamente para lograr una penetración adecuada, especialmente en el caso de conservantes de tipo aceite.
4. En el campo de la modificación química de la madera y los productos de madera, el material debe secarse a un cierto contenido de humedad para que se produzcan las reacciones adecuadas.
5. La madera seca generalmente funciona, trabaja a máquina, termina y pega mejor que la madera verde (aunque hay excepciones; por ejemplo, la madera verde a menudo es más fácil de girar que la madera seca). Las pinturas y los acabados duran más en madera seca.
6. Las propiedades de aislamiento eléctrico y térmico de la madera se mejoran mediante el secado.

El secado rápido de la madera inmediatamente después de la tala mejora significativamente y agrega valor a la madera en bruto. El secado permite una economía sustancial a largo plazo al racionalizar el uso de los recursos madereros. Por lo tanto, el secado de la madera es un área de investigación y desarrollo que preocupa a muchos investigadores y empresas madereras de todo el mundo.

Mecanismos de movimiento de la humedadeditar

El agua en la madera normalmente se mueve de zonas de mayor a zonas de menor contenido de humedad (Walker et al., 1993). El secado comienza desde el exterior de la madera y se mueve hacia el centro, y el secado en el exterior también es necesario para expulsar la humedad de las zonas internas de la madera. Posteriormente, la madera alcanza el equilibrio con el aire circundante en contenido de humedad.

Vías de paso de humedadeditar

La fuerza motriz del movimiento de la humedad es el potencial químico. Sin embargo, no siempre es fácil relacionar el potencial químico de la madera con variables comúnmente observables, como la temperatura y el 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 pasadizos, según la naturaleza de la fuerza motriz (por ejemplo, la presión o el gradiente de humedad) y las variaciones en la estructura de la madera (Langrish y Walker, 1993), como se explica en la siguiente sección sobre fuerzas motrices para el movimiento de la humedad. Estas vías consisten en cavidades de los vasos, fibras, células radiadas, cámaras de fosa y sus aberturas de membrana de fosa, espacios intercelulares y pasadizos transitorios de pared celular.

El movimiento del agua tiene lugar en estos pasillos en cualquier dirección, longitudinalmente en las celdas, así como lateralmente de celda a celda hasta que alcanza las superficies de secado laterales de la madera. La mayor permeabilidad longitudinal de la albura de madera dura generalmente se debe a la presencia de recipientes. La permeabilidad lateral y el flujo transversal a menudo son muy bajos en maderas duras. Los vasos de las maderas duras a veces están bloqueados por la presencia de tilosis y/o por la secreción de gomas y resinas en algunas otras especies, como se mencionó anteriormente. La presencia de venas de las encías, cuya formación es a menudo el resultado de la respuesta protectora natural de los árboles a las lesiones, se observa comúnmente en la superficie de las tablas aserradas de la mayoría de los eucaliptos. A pesar de la fracción de rayos de volumen generalmente más alta en maderas duras (típicamente el 15% del volumen de madera), los rayos no son particularmente efectivos en el flujo radial, ni los hoyos en las superficies radiales de las fibras son efectivos en el flujo tangencial (Langrish y Walker, 1993).

Espacio de movimiento de humedadeditar

El espacio disponible para el aire y la humedad en la madera depende de la densidad y la porosidad de la madera. La porosidad es la fracción de volumen del espacio vacío en un sólido. Se ha informado que la porosidad es de 1,2 a 4,6% del volumen seco de la pared celular de madera (Siau, 1984). Por otro lado, la permeabilidad es una medida de la facilidad con la que los fluidos se transportan a través de un sólido poroso bajo la influencia de algunas fuerzas motrices, por ejemplo, gradiente de presión capilar o gradiente de humedad. Está claro que los sólidos deben ser porosos para ser permeables, pero no se deduce necesariamente que todos los cuerpos porosos sean permeables. La permeabilidad solo puede existir si los espacios vacíos están interconectados por aberturas. Por ejemplo, una madera dura puede ser permeable debido a que hay picaduras de intervención con aberturas en las membranas (Keey et al., 2000). Si estas membranas están ocluidas o incrustadas, o si los hoyos se aspiran, la madera asume una estructura de celda cerrada y puede ser virtualmente impermeable. La densidad también es importante para maderas duras impermeables porque se atraviesa más material de pared celular por unidad de distancia, lo que ofrece una mayor resistencia a la difusión (Keey et al., 2000). Por lo tanto, las maderas más ligeras, en general, se secan más rápidamente que las maderas más pesadas. El transporte de fluidos a menudo es un flujo a granel (transferencia de impulso) para maderas blandas permeables a altas temperaturas, mientras que la difusión ocurre para maderas duras impermeables (Siau, 1984). Estos mecanismos se examinan a continuación.

Fuerzas motrices para el movimiento de la humedadeditar

Tres fuerzas motrices principales utilizadas en diferentes versiones de 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, incluida la acción capilar, que es un mecanismo para el transporte gratuito de agua en maderas blandas permeables. La diferencia de presión total es la fuerza motriz durante el secado al vacío de madera.

Acción capilareditar

Las fuerzas capilares determinan los movimientos (o ausencia de movimiento) del agua libre. Se debe tanto a la adhesión como a la cohesión. La adhesión es la atracción entre el agua y otras sustancias y la cohesión es la atracción de las moléculas en el agua entre sí.

A medida que la madera se seca, la evaporación del agua de la superficie establece fuerzas capilares que ejercen una atracción sobre el agua libre en las zonas de madera debajo de las superficies. Cuando ya no hay agua libre en la madera, las fuerzas capilares ya no tienen importancia.

Diferencias en el contenido de humidadeditar

El potencial químico se explica aquí, ya que es la verdadera fuerza impulsora para el transporte de agua en fase líquida y de vapor en madera (Siau, 1984). La energía libre de Gibbs por mol de sustancia se expresa generalmente como el potencial químico (Skaar, 1933). El potencial químico del aire insaturado o de la madera por 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 definió anteriormente) de la madera cuando el potencial químico de la madera sea igual al 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 contenido de humedad de la madera (entre la superficie y el centro), o más específicamente de actividad, va acompañado de un gradiente de potencial químico en condiciones isotérmicas. La humedad se redistribuirá por toda la madera hasta que el potencial químico sea uniforme en todas partes, dando como resultado un gradiente de potencial cero en equilibrio (Skaar, 1988). Se supone que el flujo de humedad que intenta alcanzar el estado de equilibrio es proporcional a la diferencia de potencial químico, e inversamente proporcional a la longitud de la trayectoria sobre la que actúa la diferencia de potencial (Keey et al., 2000).

El gradiente en potencial químico está relacionado con el gradiente de contenido de humedad como se explica en las ecuaciones anteriores (Keey et al., 2000). El modelo de difusión utilizando gradiente de contenido de humedad como fuerza motriz fue aplicado con éxito por Wu (1989) y Doe et al. (1994). Aunque la concordancia entre los perfiles de contenido de humedad predichos por el modelo de difusión basado en gradientes de contenido de humedad es mejor con un contenido de humedad más bajo que con uno más alto, no hay evidencia que sugiera que existan mecanismos de transporte de humedad significativamente diferentes que operen con un contenido de humedad más alto para esta madera. Sus observaciones son consistentes con un proceso de transporte impulsado por la concentración total de agua. Para esta tesis se utiliza el modelo de difusión basado en esta evidencia empírica de que el gradiente de contenido de humedad es una fuerza impulsora para el secado de este tipo de madera impermeable.

Las diferencias en el contenido de humedad entre la superficie y el centro (gradiente, la diferencia de potencial químico entre la interfaz y el volumen) mueven el agua enlazada a través de los pequeños pasillos de la pared celular por difusión. En comparación con el movimiento capilar, la difusión es un proceso lento. La difusión es el mecanismo generalmente sugerido para el secado de maderas duras impermeables(Keey et al., 2000). Además, la humedad migra lentamente debido al hecho de que los extractivos tapan las pequeñas aberturas de la pared celular en el duramen. Esta es la razón por la que la albura generalmente se seca más rápido que el duramen en las mismas condiciones de secado.

Direcciones de movimiento de humedad para la difusióneditar

Se informa que la relación de las tasas de difusión longitudinal a transversal (radial y tangencial) para la madera varía de aproximadamente 100 a un contenido de humedad del 5%, a 2-4 a un contenido de humedad del 25% (Langrish y Walker, 1993). La difusión radial es algo más rápida que la difusión tangencial. Aunque la difusión longitudinal es más rápida, es de importancia práctica solo cuando se secan piezas cortas. Por lo general, los tableros de madera son mucho más largos que en anchura o grosor. Por ejemplo, un tamaño típico de un tablero verde utilizado para esta investigación era de 6 m de largo, 250 mm de ancho y 43 mm de espesor. Si las tablas son quartersawn, el ancho será en la dirección radial, mientras que el espesor será en la dirección tangencial, y viceversa para la llanura aserrada tableros. La mayor parte de la humedad se elimina de la madera mediante un movimiento lateral durante el secado.

Razones de las fracturas y grietas durante el secado de la madera y su controleditar

La principal dificultad experimentada en el secado de la madera es la tendencia de sus capas externas a secarse más rápidamente que las interiores. Si se permite que estas capas se sequen muy por debajo del punto de saturación de la fibra mientras el interior aún está saturado, se establecen tensiones (llamadas tensiones de secado) porque la contracción de las capas externas está restringida por el interior húmedo (Keey et al., 2000). Se produce ruptura en los tejidos de madera y, en consecuencia, se producen fracturas y grietas si estas tensiones a través del grano exceden la resistencia a través del grano (unión de fibra a fibra).

El control exitoso de los defectos de secado en un proceso de secado consiste en mantener un equilibrio entre la velocidad de evaporación de la humedad de la superficie y la velocidad de movimiento hacia afuera de la humedad del interior de la madera. Ahora se explicará la forma en que se puede controlar el secado. Una de las formas más exitosas de secar o condimentar la madera sería el secado en horno, donde la madera se coloca en un compartimiento del horno en pilas y se seca al vapor, y libera el vapor lentamente.

Influencia de la temperatura, la humedad relativa y la velocidad de circulación del aireeditar

Las condiciones de secado externas (temperatura, humedad relativa y velocidad del aire) controlan las condiciones de los límites externos para el secado y, por lo tanto, la velocidad de secado, además de afectar la velocidad de movimiento de la humedad interna. La velocidad de secado se ve afectada por las condiciones de secado externas(Walker et al., 1993; Keey et al., 2000), como se describirá a continuación.

Temperatura Si la humedad relativa se mantiene constante, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad de secado. La temperatura influye en la velocidad de secado al aumentar la capacidad de retención de humedad del aire, así como al acelerar la velocidad de difusión de la humedad a través de la madera.

La temperatura real en un horno de secado es la temperatura de bulbo seco (generalmente denotada por Tg), que es la temperatura de una mezcla de vapor y gas determinada insertando un termómetro con un bulbo seco. Por otro lado, la temperatura de bulbo húmedo (TW) se define como la temperatura alcanzada por una pequeña cantidad de líquido que se evapora en una gran cantidad de una mezcla de vapor de aire insaturado. El elemento de detección de temperatura de este termómetro se mantiene húmedo con una funda de tela porosa (tela) que generalmente se coloca en un depósito de agua limpia. Se necesita un flujo de aire mínimo de 2 m/s para evitar una zona de formación de aire húmedo estancado alrededor del manguito (Walker et al., 1993). Dado que el aire pasa por encima de la manga húmeda, el agua se evapora y enfría el termómetro de bulbo húmedo. La diferencia entre las temperaturas del bulbo seco y del bulbo húmedo, la depresión del bulbo húmedo, se utiliza para determinar la humedad relativa a partir de una tabla higrométrica estándar (Walker et al., 1993). Una diferencia más alta entre las temperaturas del bulbo seco y del bulbo húmedo indica una humedad relativa más baja. Por ejemplo, si la temperatura de bulbo seco es de 100 ° C y la temperatura de bulbo húmedo de 60 °C, la humedad relativa se lee como 17% en una tabla higrométrica. Humedad relativa La humedad relativa del aire se define como la presión parcial del vapor de agua dividida por la presión de vapor saturado a la misma temperatura y presión total (Siau, 1984). Si la temperatura se mantiene constante, las humedades relativas más bajas dan lugar a tasas de secado más altas debido al mayor gradiente de humedad en la madera, como resultado de la reducción del contenido de humedad en las capas superficiales cuando se reduce la humedad relativa del aire. La humedad relativa se expresa generalmente en forma de porcentaje. Para el secado, el otro parámetro esencial relacionado con la humedad relativa es la humedad absoluta, que es la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco (kg de agua por kg de aire seco). Sin embargo, está influenciado por la cantidad de agua en el aire caliente. El tiempo de secado y la calidad de la madera dependen de la velocidad del aire y de su circulación uniforme. A una temperatura y humedad relativa constantes, la velocidad de secado más alta posible se obtiene mediante la rápida circulación del aire a través de la superficie de la madera, lo que proporciona una rápida eliminación de la humedad que se evapora de la madera. Sin embargo, una tasa de secado más alta no siempre es deseable, especialmente para maderas duras impermeables, porque las tasas de secado más altas desarrollan mayores tensiones que pueden causar que la madera se agriete o se distorsione. A velocidades de ventilador muy bajas, inferiores a 1 m/s, el flujo de aire a través de la pila a menudo es de flujo laminar, y la transferencia de calor entre la superficie de la madera y la corriente de aire en movimiento no es particularmente efectiva (Walker et al., 1993). La baja efectividad (externa) de la transferencia de calor no es necesariamente un problema si el movimiento interno de la humedad es la limitación clave para el movimiento de la humedad, como lo es para la mayoría de las maderas duras (Pordage y Langrish, 1999).

Clasificación de las maderas para secareditar

Las maderas se clasifican de la siguiente manera según su facilidad de secado y su propensión al secado:

Maderas altamente refractarias Estas maderas son lentas y difíciles de secar para que el producto final no presente defectos, en particular grietas y hendiduras. Los ejemplos son maderas estructurales pesadas con alta densidad, como la corteza de hierro (Eucalyptus paniculata), el cebo negro (E. pilularis), el chicle azul del sur (E. globulus) y la caja de cepillos (Lophostemon cofertus). Requieren una protección y un cuidado considerables contra las condiciones de secado rápido para obtener los mejores resultados (Bootle, 1994). Maderas moderadamente refractarias Estas maderas muestran una tendencia moderada a agrietarse y dividirse durante el condimento. Se pueden condimentar sin defectos con condiciones de secado moderadamente rápidas (es decir, se puede utilizar una temperatura máxima de bulbo seco de 85 ° C). Los ejemplos son la goma azul de Sydney (E. saligna) y otras maderas de densidad media (Bootle, 1994), potencialmente adecuadas para muebles. Maderas no refractarias Estas maderas se pueden sazonar rápidamente para que no presenten defectos, incluso aplicando altas temperaturas (temperaturas de bulbo seco de más de 100 °C) en hornos industriales. Si no se secan rápidamente, pueden presentar decoloración (mancha azul) y moho en la superficie. Ejemplos son las maderas blandas y las maderas de baja densidad como Pinus radiata.

Modeleditar

La velocidad a la que la madera se seca depende de una serie de factores, los más importantes de los cuales son la temperatura, las dimensiones de la madera y la humedad relativa. Simpson y Tschernitz han desarrollado un modelo simple de secado de madera en función de estas tres variables. Aunque el análisis se realizó para roble rojo, el procedimiento se puede aplicar a cualquier especie de madera ajustando los parámetros constantes del modelo.

En pocas palabras, el modelo asume que la tasa de cambio del contenido de humedad M con respecto al tiempo t es proporcional a la distancia de la muestra de madera de su contenido de humedad de equilibrio M e {\displaystyle M_{e}}

, que es una función de la temperatura T y la humedad relativa h: d M d t = − M − M e τ {\displaystyle {\frac {dM}{dt}}=-{\frac {M-M_{e}}{\tau }}}

donde τ {\displaystyle \tau }

es una función de la temperatura T y un maderas típicas de la dimensión L y tiene unidades de tiempo. La dimensión típica de la madera es aproximadamente el valor más pequeño de ( L r , L t , L L / 10 {\displaystyle L_{r},\,L_{t},\,L_{L}/10}

) que son las dimensiones radial, tangencial y longitudinal, respectivamente, en pulgadas, con la dimensión longitudinal dividida por diez porque el agua se difunde aproximadamente 10 veces más rápidamente en la dirección longitudinal (a lo largo del grano) que en las dimensiones laterales. La solución a la ecuación anterior es: M − M e M 0 − M e = e − t τ {\displaystyle {\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}=e^{-{\frac {t}{\tau }}}}

Donde M 0 {\displaystyle M_{0}}

es el contenido de humedad inicial. Se encontró que para la madera de roble rojo, la» constante de tiempo»τ {\displaystyle \tau }

estaba bien expresada como: τ = L n a + b p sat ( T ) {\displaystyle \tau ={\frac {L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}}

donde a, b y n son constantes y p sat ( T ) {\displaystyle p_{\text{sat}}(T)}

es la saturación de la presión de vapor del agua a la temperatura T. Para el tiempo medido en días, la longitud en pulgadas y p sat {\displaystyle p_ {\text{sat}}}

medido en mmHg, se encontraron los siguientes valores de las constantes para la madera de roble rojo. a = 0.0575 b = 0.00142 n = 1.52

Resolución para los rendimientos de tiempo de secado:

t = τ ln ⁡ ( M − M e M 0 − M e ) = − L n a + b p sat ( T ) ln ⁡ ( M − M e M 0 − M e ) {\displaystyle t=-\tau \,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\right)={\frac {-L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}\,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\right)}

Por ejemplo, a 150 °F, usando el Arden Buck ecuación, la saturación de la presión de vapor de agua se encuentra cerca de 192 mmHg (25,6 kPa). La constante de tiempo para secar un tablero de roble rojo de 1 pulgada de espesor (25 mm) a 150 °F es entonces τ = 3.03 {\displaystyle \tau =3.03}

días, que es el tiempo requerido para reducir el contenido de humedad a 1/e = 37% de su desviación inicial del equilibrio. Si la humedad relativa es de 0,50, utilizando la ecuación de Granizo-Horrobin, el contenido de humedad de la madera en equilibrio es de aproximadamente 7,4%. El tiempo para reducir la madera de 85% de contenido de humedad a 25% de contenido de humedad es de aproximadamente 4,5 días. Las temperaturas más altas producirán tiempos de secado más rápidos, pero también crearán mayores tensiones en la madera debido a que el gradiente de humedad será más grande. Para la leña, esto no es un problema, pero para fines de carpintería, las altas tensiones harán que la madera se agriete y sea inutilizable. Los tiempos de secado normales para obtener comprobaciones mínimas de condimentos (grietas) en madera de 25 mm (1 pulgada o 4/4) el roble rojo varía de 22 a 30 días, y en 8/4 (50 mm o 2 pulgadas) variará de 65 a 90 días.