35 Madera y Bosques 16 (2), 2010:35-46ARTCULO DE INVESTIGACINEvaluacin de programas de secado paramadera de chalamite (Pinus pseudostrobus)Evaluation of drying schedules for chalamite wood(Pinus pseudostrobus)Laura V. Aquino-Gonzlez1, Juan Rodrguez-Ramrez1,Lilia L. Mndez-Lagunas1 y Sadoth Sandoval-Torres1RESUMENEl objetivo de este estudio es analizar el secado tcnico convencional de madera de chalamite(Pinus pseudostrobus) utilizando un diseo factorial 22. Se aplicaron dos programas de secado: unoacelerado con temperatura inicial de 76 C y final de 87 C y otro suave con temperatura inicial de60 C y final de 82 C, combinado con dos velocidades de aire: 2,05 ms-1 y 3,35 ms-1. Las variablesrespuesta evaluadas fueron: tiempo de secado y calidad de la madera seca. De acuerdo con los resul-tados eltiempo de secado es afectado por la intensidad delprograma, y la calidad de la maderadepende delprograma de secado y de la velocidad delaire. Estadsticamente se observ que unprograma de secado con temperaturas de 76 C a 87 C y velocidad de aire de 3.35 ms-1 redujo eltiempo de secado y la generacin de defectos en la madera seca.PALABRAS CLAVE:Defectos, diseo factorial, tiempo de secado, velocidad del aire.ABSTRACTThe aim of this study is to analyze the kiln-drying of chalamite wood (Pinus pseudostrobus)using a 22 factorial design. Two drying schedule were applied: the first one was an intense schedulewith temperatures from 76C to 87C, and the second one a soft schedule with temperatures from60 C to 82 C; these schedules were applied with two air velocities: 2,05 ms-1 and 3,35 ms-1. Dryingtime and quality of wood were the responses evaluated. According to the results, the drying time isaffected by the schedule intensity, and the wood quality depends on the drying schedule and air velo-city. Statistically, it was observed that a drying schedule with temperatures from 76 C to 87C and airvelocity of 3,35 ms-1 reduces the drying time and defects development in wood.KEYWORDS:Defects, factorial design, drying time, air velocity.1 Centro Interdisciplinario de Investigacin para el Desarrollo Integral Regional, IPN Unidad Oaxaca. Labora-torio de Tecnologas Agroalimentarias. Hornos 1003, Santa Cruz Xoxocotln, CP 71230, Oaxaca, Oaxaca,Mxico.e-mail: lauvicka@hotmail.com, jrodrigr@hotmail.com, mendezll@hotmail.com, sadothsan@yahoo.comMyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 35INTRODUCCINLos madereros y fabricantes de productosmaderables en Mxico mencionan quelas mejores maderas de pino son las deDurango, Chihuahua y Oaxaca debido asus caractersticas fsicas como:color,dureza, porosidad, durabilidad, y homo-geneidad, (USAID, 2007). Sin embargo; losmadereros del centro, norte y sur del pasconsideran que la madera Oaxaquea esde las ms caras del mundo debido a queel transporte en el estado es de los mscaros, lo cual incrementa el costo de lamadera. Otro factor que incrementa elcosto de la madera es la calidad, la cualse determina en funcin de la superficieutilizable libre de defectos (nudos,bolsas de resina, fisuras, rajaduras,manchas y otros).Una opcin para reducir los costos eincrementar la calidad de la madera es lacomercializacin de madera con uncontenido de humedad (CH)del10%,obtenida con el secado solar el secadotcnico convencional (Wiberg et al, 2000);el contenido de humedad se define comoel peso de agua presente en una pieza demadera (en condicin verde), expresadoen funcin del peso anhidro (en condicinseca).Sin embargo porlas limitanteseconmicas de Oaxaca,elsecado demadera se realiza en su mayora al airelibre y sin control,debido a que esteproceso tiene una duracin de 5 a 7meses hasta alcanzar un CH del 12 al10% se generan contracciones y defor-maciones que reducen la calidad y valoragregado de estas maderas. El secadoartificial estufado constituye una fasedelproceso de industrializacin de lamadera aserrada,en este proceso secombinan temperaturas de bulbo seco(TBS) y bulbo hmedo (TBH), humedadesrelativa (HR %)y velocidades de aire(Simpson, 1994; Carlsson, 2002; Sols etal, 2003; Aytekin et al., 2009).Un programa de secado se establecede acuerdo con la especie, espesor y usofinal de la madera; en este proceso se consi-dera la relacin entre el balance de calortransferido por el flujo de aire a la superficiedel material y del transporte de agua delcentro a la superficie del mismo. El procesode secado consta de tres fases determi-nadas por la variacin de la velocidad delsecado: una fase de calentamiento una fasede secado y una de acondicionamiento; elmovimiento del agua a travs de la maderadepender de las propiedades fsicas delmaterial y la velocidad del secado, la cual escontrolada por las condiciones externas(temperaturas, velocidad de aire, humedadrelativa); en la fase higroscpica, la velo-cidad de secado es controlada por la resis-tencia interna; en la tercera fase el contenidode humedad de la madera se uniformizahasta alcanzar el equilibrio (Kollman y Cot,1968; Rosen, 1983; Jankowsky, 1995).La madera seca sufre cambios ensus propiedades fsicas que producenesfuerzos, contracciones y grietas(Sandoval-Torres, 2009). La contraccincausa defectos tales como:endureci-miento, colapso celular, grietas, rajadurasy torceduras (lvarez y Fernndez, 1992;Langrish et al., 1997; Blakemore, 2008;Bustos et al. 2009), estos pueden serponderados para determinar la calidaddel secado (Kauman y Mittak, 1966). Deacuerdo a Brooke y Langrish (1997), elestrs formado dentro de la maderaproduce una contraccin y expansintrmica provocada por los gradientes dehumedad y temperatura.OBJETIVOEvaluarprogramas de secado tcnicoconvencional para madera de pino chala-mite (Pinus pseudostrobus) y analizar suefecto en el tiempo de secado y en lacalidad de la madera.36 Evaluacin de programas de secado para madera de chalamiteMyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 36Seleccin y preparacin de la muestraMETODOLOGAEn este estudio se utiliz madera de pinochalamite (Pinus pseudostrobus) mues-treadaenel DistritodeSanMiguelAloapan ubicado de la Sierra Norte deOaxaca. Solo se seleccion un rbol deesta especie debido a que las pruebas dede secado se realizaron en un secadorprototipo y el objetivo principal fueobtener resultados preliminares delsecado de esta especie. El rbol seleccio-nado tena una altura de 20 metros, condimetro de 60 cm con corteza, y 54 cmsin corteza. El tronco se seccion en 5trozas, de las cuales se obtuvieron 12tablas con dimensiones de 2,5 cm x 20 cmx 256 cm (Figura 1). Por cada tabla seobtuvieron 4 especmenes de 2,5 cm x 20 cmx 50 cm y 2 probetas de 2,5 cm x 2,5cm x 20 cm. para determinar el contenidode humedad. En total se obtuvieron 32especmenes y 64 probetas.Los especmenes y probetas sepesaron inmediatamente despus delcorte en una balanza Navigator marcaOhaus de 8000 g 0,5 g. El peso medidose consider como peso en verde. Losespecmenes se sellaron por los costadoscon silicn y se mantuvieron en una solu-cin de pentaclorofenato de sodio, paraevitar la prdida de humedad y evitar laaparicin de mancha azulen dichosespecmenes.Determinacin de Contenido deHumedad (% CH)Las probetas obtenidas de cada muestra,se secaron en una estufa de vaco MarcaShelab a una temperatura de 103 2 Chasta alcanzar un peso constante.El contenido de humedad (CH) secalcul con la metodologa propuesta porSimpson (1991), usando la siguiente rela-cin:(1)Durante el proceso de secado el pesoseco calculado de las especmenes sedetermin con la siguiente relacin:(2)Diseo de experimentos y determina-cin de variables respuestaPara establecer los programas de secadose sigui la metodologa propuesta porSimpson (1996). Para elaborar elprograma de secado se midi la densidadde la madera en un esteropicnmetromarca Quantachrome modelo SPY-5DC, ladensidad real fue de 1,4603 g/cm3; coneste valor se seleccion la temperatura37 Madera y Bosques 16 (2), 2010:35-46% 100 = xP P PCHss h100100+=CHPPSChFigura 1. Corte de la tabla para obtener 4 especmenes para secary 8 probetas para CH.MyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 37de bulbo seco (TBS),temperatura debulbo hmedo (TBH). Con el Contenido deHumedad Inicial(CHi) se seleccionaronlas condiciones del programa de secado:Humedad relativa (%HR),contenido dehumedad en equilibrio (CHE), y coeficientede secado (CS). El coeficiente de secadose calcula dividiendo elcontenido dehumedad en equilibrio entre el contenidode humedad de la muestra en la etapacorrespondiente. En las tablas 1 y 2 semuestran los programas de secado apli-cados en este estudio.Los especmenes de madera condimensiones 2,5 cm x 20 cm x 50 cm secolocaron dentro de un secador tipo tnel(Rodrguez et al., 2001), en donde el airefluye uniforme y longitudinalmente entrelas tablas. Este flujo de aire se generacon un ventilador centrfugo marca ARME yse controla con un variador de frecuenciamarca ABB. Las velocidades de utilizadasfueron 2,05 ms-1y 3,35 0,05 ms-1.Elsistema se humidific con ungeneradorde vapormarca Anghinettimodelo TV/62F; la humedad relativa (% HR)y temperatura se midieron con un sensorhumicap marca Vaisala modeloHMP234colocado dentro deltnel,elcalenta-miento se control con un controlador PIDregulando la temperatura de acuerdo alas etapas del programa de secado (Tabla1 y 2).Las condiciones del secado se apli-caron siguiendo un diseo de experi-mentos factorial 22, en cual se combinandos programas de secado (acelerado ysuave) y dos velocidades de aire (2,05ms-1 y 3,35 ms-1), obteniendo un total de8 pruebas experimentales (Tabla 3). Paracada prueba del diseo se usaron 4 espe-cmenes de 2,5x20x50 cm.Elsecadotermina cuando el contenido de humedadpromedio es del10% en los espec-menes.En Mxico existen normas para laclasificacin de la madera aserrada lacual se realiza de acuerdo a lapresenciadenudos, fibradesviada,defectos de crecimiento, maderajuvenil entre otros, sin embargo aun nose ha establecido un mtodo estandari-zado por lo cual cada regin establecesus propios procedimientos. Por talmotivo, en el presente estudio se utilizla Norma Chilena 993 EOf 72 (1993),que en la actualidad ha servido paracuantificarla calidad de la maderassuaves y latifoliadas en diversos estu-dios (Guerrero, 1980; Fuentes, 1991;Sandoval et al, 2004; Prez et al, 2007)y que a la vez es una metodologa defcil comprensinpor los operariossecadores en el estado de Oaxaca.De acuerdo con la Norma Chilena,para cuantificar la calidad de la maderaseca se manejaron 4 valores porcen-tuales mximos permisibles gradosde intensidad de defectos correspon-dientes a la dimensin de la tabla estu-fada; los defectos se determinaron conla metodologa de Kauman y Mittak(1966): se contabilizaron las rajadurasy grietas conmayor longitudy serealiz la sumatoria por muestra; paramedir arqueadura, torcedura, acanala-dura y encorvadura la muestra secoloc en superficie lisa y se registr ladistancia que se forma entre el defectoy la superficie. Elvalor obtenido pordefecto se multiplic por el factor dedesclasificacin (Tabla 4) para deter-minar la media ponderada de desclasi-ficacin o grado total de desclasifica-cin (MPD), en el Tabla 5 se ubic lamediaparaestablecer el ndicedecalidad de las tablas secas (ICS) y lascondiciones de operacin delsecado(CDS). El tiempo de secado y calidad dela madera seca se evaluaron con unanlisis de varianza y un alfa de 0,05usando NCSS 2001.38 Evaluacin de programas de secado para madera de chalamiteMyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 3839 Madera y Bosques 16 (2), 2010:35-46Tabla 1. Programa de secado acelerado.Etapa % CH TBS (C) TBH (C) %HR CHE CS0 - 76,6 76,6 100 - -1 120-70 76,6 65,5 60 7,8 0,1112 70-60 76,6 62,7 52 6,7 0,1113 60-50 76,6 60 45 5,7 0,1144 50-40 76,6 57,2 39 5,1 0,1275 40-35 76,6 57,2 39 5,1 0,1456 35-30 76,6 57,2 39 5,1 0,1707 30-25 82,2 62,7 41 5,0 0,2008 25-20 82,2 62,7 41 5,0 0,2009 20-15 87,7 68,3 43 4,9 0,24510 15 87,7 60 28 3,3 0,22011 8 87,7 77,7 66 8 1,00012 10 87,7 83,8 88 13 1,300Tabla 2. Programa de secado suave.Etapa % CH TBS (C) TBH (C) %HR CHE CS0 - 60 60 100 - -1 120-70 60 56,1 82 13,8 0,2302 70-60 60 54,4 75 11,9 0,2383 60-50 60 51,6 64 9,6 0,2404 50-40 60 48,8 54 8,0 0,2285 40-35 60 46,11 46 6,9 0,2306 35-30 65,5 48,8 41 5,8 0,2327 30-25 71,1 51,6 37 5,1 0,2558 25-20 76,6 57,2 39 5,0 0,3339 20-15 82,2 54,4 26 3,3 0,22010 15 82,2 72,2 65 8 111 8 82,2 78,3 85 13 1,300Tabla 3. Diseo factorial 22 para el secado de Pinus pseudostrobus.PruebaPrograma Velocidad de aire (m/s)1 Suave 3,352 Acelerado3,35 3 Acelerado 2,05 4 Suave 2,05 5 Suave 2,05 6 Suave 3,35 7 Acelerado 3,35 8 Acelerado 2,05 MyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 3940 Evaluacin de programas de secado para madera de chalamiteTabla 4. Porcentaje de valores permisibles de defectos para una muestrade 2,5x20x50 cm.e l b i s i m r e p o m i x m r o l a V r i d e m a s a c i t s r e t c a r a C o t c e f e Drespecto a: en % de su dimensin totalg1 g2 g3 g4Rajaduras al largo 3,00 5,00 8,00 >8000 0 3 > 0 0 , 0 3 0 0 , 0 2 0 , 0 1 o g r a l l a s a t e i r G0 0 4 > 0 0 , 4 0 0 , 2 0 o g r a l l a a r u d a e u q r A0 5 , 1 > 0 5 , 1 0 0 , 1 0 o g r a l l a a r u d a v r o c n E0 5 , 1 > 0 5 , 1 0 0 , 1 0 o g r a l l a a r u d e c r o TAcanaladura al ancho 0 0,50 1,00 >1,00Grados de calidad por factor de desclasificacin, (Kauman y Mittak, 1996).Grado Factor de desclasificacin Intensidad de defectoe t n e s u A 0 0 , 0 1o r e g i L 0 5 , 0 2e t r e u f a r a l u g e r e D 0 0 , 2 3o s n e t n I 0 5 , 2 4Tabla 5. Clasificacin de la calidad del secado (Kauman y Mittak, 1996).MEDIA PONDERADA DE INDICE DE CALIDAD CONDICIONES DEDESCALIFICACIN (MPD) DE SECADO (ICS) SECADO (CDS)s a d a u c e d A e t n e l e c x E 0 0 , 0 a 0 0 , 0a n e u b y u M 0 5 , 0 a 1 0 , 0a n e u B 0 0 , 1 a 1 5 , 0s a d a u c e d a o c o P a i r o t c a f s i t a S 0 5 , 1 a 1 0 , 1r a l u g e R 0 0 , 2 a 1 5 , 1s a d a u c e d a n I a s o u t c e f e D 0 0 , 3 a 1 0 , 2a l a M 0 0 , 5 a 1 0 , 3Mayor de 5,00 Muy malaMyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 40RESULTADOS Y DISCUSINEn la figura 2, se muestran las cinticasdesecadodecuatroexperimentos.Seobservaqueelprogramadesecadosuave entra a la fase de equilibrio en 30horas,yelprogramadesecadoacele-rado lo hace en 20 horas; esta diferenciapuede ser traducida en 10 horas de dife-renciadeconsumoenergtico.Seobserva tambin que la velocidad de airetieneunaligerainfluenciaenlascin-ticas de secado en su fase capilar (elimi-nacin del agua libre), pues el contenidodehumedaddisminuyeenmenortiempo.Conunprogramadesecadoaceleradolavelocidaddelairemuestraunefectodeaceleracin;sinembargo,elcontenidodehumedaddeequilibriofinal no es afectado por una mayor velo-cidad de aire, observndose lo contrariopara las condiciones de secado suaves.Losprogramasdesecadoaceleradossonunaopcinparareducirloscostosporconsumoelctricousodeaceitestrmicosymaterialesdecombustinusadosenelcalentamientodelairedesecado.Lafigura3correspondealavelo-cidaddesecado.Enestafiguraseobservaconclaridadlasetapasdelsecado de madera en funcin del Conte-nido de Humedad. En la primera etapa seobservaunaumentodelarapidezdesecado,debidoalcalentamientodelmaterial; la segunda etapa corresponde alaprdidadehumedadporarribadelpuntodesaturacindelafibra;enestaetapalamigracindeaguaesprincipal-menteafectadaporfuerzascapilares;laterceraetapaconsisteenacondicionarlasespecmenesdetalformaquesehomogenicelahumedadenelmaterial,para disminuir esfuerzos que deformen elmaterial (Bollman, 1984). En esta parte elequilibriohigroscpicoestablecelarela-cinderapidezdesecado,pueslaspropiedadesdelmaterialdominansobrelas condiciones externas. 41 Madera y Bosques 16 (2), 2010:35-46Figura 2. Cintica de dos programas de secado de pino pseudostrobus.MyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 41En el tabla 6 se registraron los valoresobtenidos de la media ponderada dedefectos para clasificar la calidad de lasespecmenes y la calidad del secado, enlas especmenes secas se observ unaligera acanaladura, lo que resulta en unacondicin de secado inadecuada (deacuerdo al mtodo empleado) y en unndice de secado malo. Ahora bien, si noincluimos en el anlisis este defecto poracanaladura, se pondera que la condicinde secado es de inadecuado a pocoadecuado,y elndice de secado deregular a malo, lo cual se debi tambin aque la madera usada fue de terceracalidad desde el inicio. En la prctica,este defecto por acanaladura es contra-restado colocando un sobrepeso en lapila de madera. Para comprobar ausenciao presencia de esfuerzos, se realiz unaprueba de tenedor a las especmenes,que consisti en seccionar cada 0,5 cmuna tabla de 2,5 cm de ancho obtenida delos extremos de las especmenes. Si lassecciones no presentan deformacin, elmaterial estlibredeesfuerzos. Ennuestro trabajo, esta prueba se realizpor duplicado y se observ la ausencia deesfuerzos. Los resultados mostraron quelas condiciones de secado intensasgeneran tablas de regular calidad y elsecado es defectuoso,en cambio concondiciones de secado suaves la calidaddelmaterialy elsecado se clasificancomo malos.En el anlisis de varianza ( =0,05)se establecieron como factores elprograma de secado (P) y la velocidad deaire (VA). Se observ que el programa desecado combinado con la velocidad deaire influye en la calidad en la maderaseca,sin embargo,en eltiempo desecado influye nicamente el programade secado (Tabla 7). Por lo tanto la condi-cin aceptable de acuerdo a nuestroestudio es aplicar un programa de secadoacelerado con una velocidad de aire 3,35ms-1 lo cual reduce ms la presencia dedefectos y el tiempo de secado.42 Evaluacin de programas de secado para madera de chalamiteFigura 3. Perfil de la prdida de humedad durante el secado de pino pseudostrobus.MyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 42Tabla 6. Calidad del secado de acuerdo a la media ponderada de defecto.PRUEBA CON ACANALADURA SIN ACANALADURAMedia ponderada Condiciones ndice de calidad Condiciones ndice de calidadde defectos de secado de secado de secado de secado(MPD) (CDS) (IDS) (CDS) (IDS)Suave a 3,35 ms-1 6,000 Inadecuada Muy mala Inadecuada MalaAcelerado y 3,35 ms-1 3,725 Inadecuada Mala Inadecuada DefectuosaAcelerado y 2,05 ms-1 3,500 Inadecuada Mala Poco adecuada RegularSuave y 2,05 ms-1 4,625 Inadecuada Mala Inadecuada DefectuosaSuave y 2,05 ms-1 4,625 Inadecuada Mala Inadecuada DefectuosaSuave y 3,35 ms-1 6,750 Inadecuada Muy mala Inadecuada MalaAcelerado y 3,35 ms-1 3,750 Inadecuada Mala Poco adecuada RegularAcelerado y 2,05 ms-1 4,625 Inadecuada Mala Inadecuada DefectuosaTabla 7. Anlisis de Varianza obtenido del secado de pino chalamite.Calidad en madera secaOrigenDF Suma de Media de Rotacin Nivel de Poder cuadrados cuadrados F Probabilidad (alfa=0,05)P 1 5,12 5,12 22,40 0,009086* 0,859140VA 1 1,015313 1,015313 4,44 0,122780 0,290147P/VA 1 2,152812 2,152812 9,42 0,037336* 0,522851S 4 0,914375 0,2285938Ajuste total 7 9,2025Total8Tiempo de secadoOrigenDF Suma de Media de Rotacin Nivel de Poder cuadrados cuadrados F Probabilidad (alfa=0,05)P 1 479220,5 479220,5 6,91 0,058299 0,412761VA 1 51842 51842 0,75 0,436115 0,090254P/VA 1 32258 3225,8 0,46 0,532759 0,074954S 4 277519 69379,75Ajuste total 7 840839,5Total8* termino significativo de alfa = 0,0543 Madera y Bosques 16 (2), 2010:35-46MyB2010(2)14/6/1019:15Pgina 4344 Evaluacin de programas de secado para madera de chalamiteLos resultados obtenidos se compa-raron con estudios realizados para otrasespecies de pino. Milota et al (2000) estu-diaron el efecto de las temperaturas altasenlaformacindealabeosenpinoamarillo del sur (SYP), los autores obser-varon que el secado a altas temperaturasreduce significativamente la formacin dealabeos y por ende el tiempo de secado.Fuentes, (1991); Guerrero, (1980); y Prezet al., (2007), mencionan que el defectocomn en madera es la encorvadura, elcualdesclasifica la madera y la puedecolocar en un cuarto quinto nivel decalidad, adems de que otro factor queinfluye en esta desclasificacin es el redu-cido nmero de especmenes evaluadas.CONCLUSINLos programas de secado aplicados eneste estudio, permiten tener mayor infor-macin acerca de efecto de los variablesde secado. Los resultados son aceptablesen el sentido que se alcanza un contenidode humedad de equilibrio acorde a lasespecificaciones para su comercializa-cin. El diseo factorial 22 mostr que lacondicin de secado mas apropiada paraChalamite (Pinus pseudostrobus) fue elprograma de secado acelerado con velo-cidad de aire de 3,35 ms-1, pues reduce eltiempo de secado y la presencia dedefectos.Una clara diferencia en lostiempos de secado fue observado entrelos programas de secado intensos ysuaves, lo cual esta directamente relacio-nado con el nivel de temperatura; estadiferencia de tiempo de secado es impor-tante desde un punto de vista econmico,pues elconsumo energtico de unaestufa de secado tradicional es siempreparmetro a minimizar. La calidad de lamadera especmenes secas indic unacondicin de secado inadecuada y unacalidad defectuosa en la madera, lo cual anivelindustrialo laboratorio se podrcontrarrestar en prximos estudios con eluso de madera de primera calidad yaplicar el sobrepeso colocado en las pilasde madera.AGRADECIMIENTOSSe agradece el apoyo financiero al Insti-tuto Politcnico Nacional (proyecto CGPI-2003-34), al SIBEJ-CONACYT (proyecto19990505013), a la Unin Forestal IXETOpor el apoyo recibido y a OSMOSE Mexi-cana por la asesora tcnica.REFERENCIASlvarez, H. y J. I. Fernndez. 1992. Funda-mentos tericos delsecado de lamadera. MAP, Madrid p. 32-35.Aytekin, A., G. Gunduz, B. Kaygin, S. Korkuty S.M. Onat. 2009. 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