TEMA: CALCULO DE LA DENSIDAD, PESO ESPECÍFICO Y CONTRACCIÓN DE 5 ESPECIES FORESTALES.
OBJETIVOS GENERAL
Investigar en fuentes bibliográficas datos sobre secado de la madera de 5 especies o arboles diferentes y con ello aplicar las diferentes ecuaciones que nos permiten conocer la densidad, peso específico y Contracción de cada uno de ellos, ya sea en condiciones como verde, seco al aire y seco al horno.
ESPECÍFICOS
Buscar datos relevantes que permita la aplicación de las ecuaciones aprendidas previamente en la catedra de Industria Maderera
en el tema Densidad, Peso
Específico y Contracción para hacer un repaso general.
Realizar ejercicios con los datos encontrados para obtener una idea más clara y con ello fijar el conocimiento sobre este tema.
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INDUSTRIA MADERERA
INTRODUCCIÓN El estudio de las propiedades tanto físicas como mecánicas de las maderas tiene vital importancia, debido a que con el conocimiento de estos parámetros se pueden enmarcar los diferentes usos que se les dan y el campo en los cuales pueden ser utilizadas. Hay muchas definiciones de densidad de madera. Los forestales miden el peso seco de un determinado volumen de madera (secado con aire, con equipo especializado (estufas de aire) para eliminar la humedad). Dependiendo del país, la convención de “secado con aire” varía: la fracción de agua restante en la muestra de madera puede ser del 12% al 15%. Esta falta de homogeneidad metodológica provoca confusiones en la literatura científica. En el presente estudio, la densidad de madera se define como el cociente entre el la masa del material seco con estufa, dividido por la masa del agua desplazada y por su volumen verde (gravedad específica de madera o GSM, WSG en inglés). Este valor requiere de mediciones del peso de la madera seca, combinado con mediciones del volumen verde. (Chavez, 2006) En el presente trabajo se han recolectado datos tanto de especies de madera de la región andina como otras, para demostrar el cálculo de
aspectos importantes como son
Densidad, Peso Específico y Contracción con el fin primordial de aplicar los conocimientos impartidos en clases. Con el análisis y búsqueda de datos en las diferentes fuentes bibliografías se llevó a cabo la aplicación de las ecuaciones que corresponden Densidad en Condiciones de: Verde, Seca al aire, seca al horno y densidad básica de las diferentes mader as. Del mismo modo se calcularon los valores correspondientes a Contracción longitudinal, Radial y Tangencial y contracción volumétrica; y con esto se clasificar an a las maderas en estudio como pesadas o livianas.
JUSTIFICACIÓN La presente recolección de datos de investigaciones previas de 5 diferentes especies madereras se la realiza con el fin de armar una herramienta de aplicación y consulta a este tema relevante.
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MARCO TEÓRICO PROPIEDADES DE LA MADERA Las características de la madera varían según las diferentes especies, por su constitución anatómica, el desarrollo y la sección del árbol de la cual se extrajo.
PESO ESPECÍFICO y DENSIDAD EN LA MADERA Densidad Delgado G. (1975), define a la densidad, como la rela ción entre la masa de una probeta y su volumen. La densidad de la madera expresa la relación entre la masa de los distintos tipos de elementos que forman la madera y el volumen que ellos ocupan. Ananías (1993). El contenido de humedad de la madera influye sobre la relación madera-volumen, es decir es afectado el peso y las dimensiones de la madera. Ananías (1993). Como se sabe, la densidad de un cuerpo es el cociente formado por masa y volumen. En la madera, por ser higroscópica, la masa y el volumen varían con el contenido de humedad; por lo que resulta importante expresar la condición bajo la cual se obtiene la densidad. Esta es una de las características físicas más importantes, ya que está directamente relacionada con las propiedades mecánicas y durabilidad de la madera.
(Paguay, 2013)
Esta característica tecnológica es, tal vez la más importante, puesto que de ella dependen estrechamente otras propiedades, como la resistencia mecánica, grado de variación dimensional por la pérdida o absorción de agua, poder calorífico, et c. La densidad es una característica física expresada por la relación entre la masa de un cuerpo y su respectivo volumen. Existe el Pe real y el Pe aparente, el primero es la sustancia sólida de un cuerpo El Pe real es prácticamente igual para todas las madera y tiene un valor de 1,54 gr/cc El Pe aparente es influenciado por el CH (higroscopicidad y el cl ima) (V arg as, 2014)
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INDUSTRIA MADERERA DELGADO – manifiesta que en el caso de la madera el peso seco al horno se usa como base para el cálculo del peso específico. Esto es justificable porque el peso en esta condición es reproducible experimentalmente. Matemáticamente el peso específico en la madera se define como:
G = Peso seco al horno/ peso del volumen de agua desplazado. El peso específico basado sobre volumen verde, o peso específico o densidad básica, es uno de los valores más usados y más comúnmente encontrados en la literatura. El término básico es usado ya que el volumen verde y el peso seco al horno son los parámetros más constantes y producibles en la madera. El mismo autor define a la densidad de un material homogéneo como la relación entre la masa y la unidad de volumen. Fundamentalmente, la densidad difiere del peso específico en que este último es un número puro indicando densidad relativa. La densidad se expresa usualmente en g/cm³ o kg/m³.
ANDERSON Y LEAVER – dicen que la densidad real de las maderas es sensiblemente igual para todas las especies de 1.56. La densidad aparente varía no solo de unas especies a otras, sino aún en la misma, con el grado de humedad y sitio del árbol. Cuando mayor sea la densidad aparente de una madera, mayor será la superficie de sus elementos resistentes y menor el de sus poros.
Norma. DIN 52182, con probetas de 3x3x10 cm. Se determina la densidad en tres tipos de estado: Estado verde. Estado seco al aire (12% contenido de humedad). Estado seco al horno. Ecuaciones matemáticas para su cálculo.
: =
1+2 () 2
S1= superficie o área del extremo 1. S2= superficie o área del extremo 2. H = Longitud.
=
Pv= Peso de la madera verde. Vv= Volumen Verde.
= PSa= Peso de la madera seca al aire. VSa= Volumen seco al aire.
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INDUSTRIA MADERERA á =
PSH= Peso de la madera seca al horno. Vv= Volumen Verde.
=
ℎ
PSH= Peso de la madera seca al horno. VSh= Volumen seco al horno. La densidad básica y la densidad seca al horno se lo consideran como peso específico básico y peso específico seco al horno.
Densidad de Referencia Es la relación entre la masa y el volumen de la probeta, determinados ambos a un mismo contenido de humedad, para este tipo densidad se definen:
Densidad Anhidra: Relaciona la masa y el volumen de la madera anhidra (completamente seca). Densidad Normal: Aquella que relaciona la masa y el volumen de la madera con un contenido de humedad del 12%, de acuerdo a la densidad normal las maderas pueden clasificarse técnicamente en:
Pesadas si es mayor de 0.8 g.
Ligeras, si está comprendida entre 0.5 y 0.7 g
Muy Ligeras, las maderas de 0.5 g
Medición de la densidad La determinación de la densidad puede ejecutarse midiendo la masa y el volumen de la madera mediante métodos muy sencillos. La medición directa de la masa y el volumen de madera, se realizan pesando la madera en una balanza con una precisión de 0,1 g y luego recogiendo las dimensiones en espesor, ancho y largo de la madera, para poder calcular con ellas su volumen. Cuando la madera no tiene una forma regular, se recomienda medir el volumen por inmersión en agua. Una forma muy práctica de medir el volumen según este método, está basado en el principio de Arquímedes, esto es, se pesa un recipiente con agua y luego en el mismo recipiente con agua se introduce la madera sumergiéndola completamente y se vuelve a pesar el recipiente con la madera sumergida en él. La diferencia de peso es igual al volumen de la muestra de madera, ya que se asume que la densidad del agua es igual a 1 g/cm3. Si se desea determinar el volumen por
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INDUSTRIA MADERERA inmersión en agua para estimar la densidad de referencia a 12 % de humedad, la norma sugiere impermeabilizar previamente la muestra de madera con 18 35 parafina sólida caliente, o usar un fluido de densidad conocida y que no tenga afinidad con la madera, tal como la inmersión mercurio. Si se desea determinar la densidad básica de la madera, se debe saturar con agua la muestra de madera, luego medir el volumen por inmersión o por medición directa y posteriormente secar en estufa a 103 °C por 24 horas para obtener la masa anhidra de la muestra de madera. (Manual de secado de madera en hornos) (Paguay,
2013)
Clasificación de la madera por su densidad. Clasificación
Densidad kg / dm³
Pesadas. Ligeras. Muy ligeras.
0.8 0.5 – 0.7 Menores a 0.5
Clasificación de la madera por su peso específico. Clasificación. Livianas. Moderadamente livianas moderadamente pesadas. Pesadas.
Peso específico. 0.36 o menos a 0.36 a 0.50 Mayor a 0.50
(Carrillo, 2016)
CONTRACCIÓN DE LA MADERA Existe anisotropía en los cambios dimensionales. Los cambios no solo ocurren por el incremento o pérdida de humedad, sino por la cantidad de sustancia de la pared celular. (V argas, 2014) Ananías (1993), menciona que la madera contiene una cierta cantidad de agua depositada en los lúmenes celulares y en las paredes celulares de las fibras. Normalmente cuando la madera intercambia humedad de la pared celular, se producen a consecuencia de este intercambio, variaciones en las dimensiones de la madera, las que son conocidas como contracción.
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INDUSTRIA MADERERA Como la madera tiene un comportamiento anisotrópico, (es decir que sus propiedades físicas y mecánicas varía en función de la dirección de las fibras que se considere: dirección axial o longitudinal, dirección radial y dirección tangencial) los cambios dimensionales normales de la madera son de magnitudes diferentes en las direcciones tangenciales (corte tangencialmente a los anillos de crecimiento del árbol) radiales (el corte tiene dirección paralela a los radios) y longitudinales (corte en dirección perpendicular al eje del tronco). La contracción tangencial es 1,5 a 3 veces mayor que la contracción radial y la contracción longitudinal es normalmente baja en la madera. Las diferencias entre contracción tangencial y radial son debidas por una parte al potencial favorecimiento de la contracción en el sentido ta ngencial, y por otra a la restricción a los cambios dimensionales que ejercen los radios leñosos en la dirección radial de la m adera. La limitada contracción longitudinal es debida a la orientación longitudinal de los principales tejidos constituyentes de la madera. (P aguay, 2013)
Contracción longitudinal. En el sentido longitudinal o de la fibra (axial) de la madera, el movimiento es muy pequeño, y en la práctica se considera nulo (0,1%), mientras que en el sentido radial el movimiento puede variar entre un 4,5 y un 8%. En el sentido tangencial (anillos anuales), la contracción es, en general de 1,5 a 2 veces mayor que en el sentido radial. (V arg as, 2014)
Norma. DIN 52184, utilizando las mismas probetas usadas en la determinación de la densidad, es decir 3 x 3 x 10 cm. Se determina en dos tipos de estado: Verde a seca al aire. Verde a seca al horno.
Ecuación matemática para su cálculo.
=
1−2 2
100
B = Contracción. V1= volumen de la probeta de 3 x 3 x 10 cm, saturada. V2= volumen de la probeta anhidra.
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INDUSTRIA MADERERA Contracción radial y tangencial.
Norma: DIN 52184, con probetas de 3 x 3 cm de sección transversal y 1.5 cm de espesor en el sentido de las fibras. Se determina en dos tipos de estado y aplicando la misma fórmula. Verde a seca al aire. Verde a seca al horno.
Contracción volumétrica. La contracción volumétrica entre dos estados de humedad viene dado por el porcentaje de variación de volumen entre los dos estados. La medida de contracción volumétrica no es suficiente para determinar la calidad de una madera. Es preciso saber cómo se comporta bajo la influencia de las variaciones de humedad próximas a la humedad normal, que es, en general, la que corresponde al ambiente de empleo de la madera. (V argas, 2014)
Norma: DIN 52184, usando los datos de volumen en condiciones verde, seco al aire y seco al horno, con las probetas de densidad (3 x 3 x 10 cm). Se determina en dos tipos de estado y aplicando la misma fórmula. Verde a seca al aire. Verde a seca al horno.
Clasificación por las contracciones tangencial y radial. Clasificación
Tangencial (%)
Radial (%)
Baja menos del Mediana del Alta más del
3.6 3.6 a 6.3 6.3
1.5 1.5 a 3.0 3.0
Clasificación por la contracción volumétrica.
(Carrillo, 2016)
Clasificación.
Volumétrica (%).
Baja menos del Mediana del Alta más del.
10 10 al 15 15
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CONCLUSIONES
Las tesis sobre la determinación de características y propiedades físico mecánicas de las diferentes maderas que se encuentran en nuestr o país así como artículos científicos sobre el estudio de las maderas, han hecho posible l a realización de este trabajo, pues se logró encontrar datos relevantes sobre especies madereras andinas como el Nogal, Platuquero, Capulí y
Yagual, y especies de gran importancia como el Roble,
consiguiendo así aplicar las ecuaciones para los diferentes cálculos las cuales son Densidad en verde, seca al aire, seca al horno y densidad básica; peso específico y todos los parámetros de Contracción en Probetas tanto de 3*3*10 como 3*3*1.5. Con ello se clasifican según los datos bibliográficos mismos que fueron compartidos en las clases.
Las ecuaciones tanto de densidad como de Contracción en diferentes condiciones de verde y secado tiene un nivel de complejidad bajo y con los datos encontrados se logró conocer más a fondo estudios de este tema de Densidad y Contracción en las especies anteriormente mencionadas.
Los ejercicios se realizaron en base a los datos obtenidos y con ello se logró fijar el conocimiento en este tema.
RECOMENDACIONES
Es recomendable acudir a estudios técnicos de las propiedades físico mecánicas de las maderas con el fin de conseguir datos experimentales reales.
Se recomienda tomar os datos más relevantes de dichas tesis o artículos para hacer con estos los diferentes cálculos.
También se recomienda indagar y ampliar los conocimientos sobre humedad de las maderas para tener una visión clara de este tema.
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REFERENCIAS Carrillo, P. (2016). Industria Maderera y Papelera. Riobamba: UNACH.
DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE TRES ESPECIES FORESTALES ANDINAS. RIOBAMBA:
Paguay, I. (2013).
ESPOCH. Obtenido http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/2788/1/33T0109%20.pdf
de
Vargas, J. (2014). LA MADERA: CLASIFICACION Y PROPIEDADES. Obtenido de http://www.posgradoesfor.umss.edu.bo/boletin/drvargas/secado.pdf
TESIS: Carrillo, P. 1989, PROPIEDADES
FÍSICAS Y MECÁNICAS EN CINCO ESPECIES
NATIVAS, ALISO, ARRAYAN, CAPULÍ, MOLLE Y QUINUAR. Riobamba, ESPOCH
Enlaces Web de Consulta: http://dspace.utalca.cl/bitstream/1950/2305/1/diaz_mendez.pdf http://www.bdigital.unal.edu.co/9476/1/josesedielbarretocata%C3%B1eda.2013.pdf
