Determinación de tiempos de secado por difusión en cámaras convencionales para Pinus taeda implantado de Misiones

Abstract

El secado es un proceso importante para la conservación, estabilidad dimensional resistencia mecánica y procesos de remanufactura de la madera. Las cámaras de secado más utilizadas en Ia industria de la madera son de temperatura convencional, mientras que el secado en cámaras de alta temperatura se limita a madera estructural. El proceso de secado se controla mediante programas que definen condiciones de temperatura y humedad relativa que se van modificando en función del contenido de humedad alcanzado por la madera o del tiempo transcurrido, lo que provoca la eliminación gradual del contenido de humedad de la madera. El avance de programas por tiempo resulta más práctico por razones operativas y económicas. La determinación de programas de secado con avance por tiempo se realiza empleando el método de prueba y error para conocer el comportamiento de la madera y de la cámara de secado lo que demanda repetidos ensayos, pone en riesgo la calidad de grandes volúmenes de madera y reduce la producción de madera seca durante el período de pruebas. La aplicación de la ecuación, que se deduce de considerar el secado de la madera coma un proceso de difusión pura, permite acelerar la obtención de programas de secado con avance por tiempo y la evaluación de la eficiencia de programas en uso. Esta ecuación, propuesta por Tuttle en 1925, fue desarrollada y aplicada por Kollmann en 1935 y por Hildebrand en 1970. Malmquist profundizó los estudios de esta tema entre 1974 y 1991 y aplicó con éxito el concepto de secado por difusión en la confección de programas con avance por tiempo, que se están utilizando en Suecia desde el año 1981. En el presente trabajo de Tesis se realizó el ajuste estadístico de la ecuación para la determinación de tiempo del modelo matemático de secado por difusión, que relaciona la humedad inicial, el espesor de la madera y los parámetros del programa de secado con Ia duración de este proceso. Se emplearon muestras testigo de Pinus taeda de una forestación de 14 años de Ia localidad de Montecarlo, Misiones. Se seleccionó madera con contenidos de humedad inicial entre 80 % y 180 %, de diferentes espesores en medidas estándar de 1/2" (15 mm) a 2" (57 mm), utilizando programas de secado en el rango de temperaturas comprendido entre 70°C y 90°C, con potenciales de secado de 3 a 15, y con una velocidad de circulación de aire de 4 m/s. Los datos obtenidos se procesaron estadísticamente mediante análisis de regresión no lineal, y se obtuvo un 96 % de ajuste de la ecuación. La ecuación que permite estimar, dentro de los niveles analizados de las variables, el tiempo "Z" de secado de Pinus taeda implantado de la provincia de Misiones en cámaras convencionales, conociendo el contenido de humedad inicial, contenido de humedad final, espesor de Ia madera, temperatura y potencial de secado es:

Donde: CHi: contenido de humedad inicial (%) CHf: contenido de humedad final (%) e: espesor (mm) 0:temperatura(°C) Cs: Potencial de secado

El coeficiente "a", característico de la especie y del equipo de secado utilizado, determinado para Pinus taeda en un secadero convencional de la mas reciente tecnología, fue de 0,0499. Los exponentes de los factores de corrección por espesor temperatura y potencial de secado obtenidos fueron 0,45, 0,58 y 0,32 respectivamente. El valor medio de densidad, determinado para la madera de Pinus taeda ensayada, fue 0,402g/cm3 y para el punto de saturación de las fibras 27,9 %. El control de calidad realizado sobre las 83 muestras testigo ensayadas dio un 2,4 % de defectos en el secado, inferior al 5 %, considerado aceptable en la industria. Se establecieron distintas formas de aplicación práctica de la ecuación, en forma gráfica analítica, con el objetivo es reducir tiempos de secado en forma significativa, sin modificar la calidad de secado, con la consiguiente reducción de necesidad de inversión en equipos de secado y costos operativos de proceso. Las principales aplicaciones de la ecuación de tiempos de secado por difusión son: 1-Conversión de programas de secado con avance por contenido de humedad de la madera a programas de avance por tiempo. 2- Ajuste del tiempo de secado de acuerdo al contenido de humedad inicial de la madera. 3-Evaluación de programas de secado empíricos en uso. 4- Confección de nuevos programas de secado.

Drying of wood is an important process for its conservation, dimensional stability, mechanical resistance and further processes of remanufacture. The kilns that find the most extensive application in wood industry are of the conventional temperature type, while the use of high temperature drying kilns is limited to structural wood. The drying process is controlled following schedules which establish changing conditions of temperature and relative humidity modified according to the humidity content reached by the wood or of the elapsed time, which causes a gradual elimination of the humidity content of the wood. Advancing schedules by time is more convenient from operative and economic standpoint. Determination of drying schedules advanced by time is normally carried out using the "try and error" method, to establish the behavior of wood and of the drying kiln, which demands repeated rehearsals, puts under risk the quality of large volumes of wood and reduces production of dry wood during tests periods. Application of the equation derived from considering the drying of wood a pure diffusion process permits to accelerate the definition of drying schedules advanced by time and also to evaluate the efficiency of programs in use. This equation, proposed by Tuttle in 1925, was further studied and applied by Kollmann in 1935 and by Hildebrand in 1970. Malmquist conducted research of this topic between 1974 and 1991 and have successfully applied the concept of diffusion drying in developing schedules advanced by time which are successfully used in Sweden since 1981. In this present thesis work a statistical adjustment of the equation for the determination of drying time was carried out for the mathematical model of drying by diffusion which relates initial humidity, thickness of the wood and the parameters of the drying schedule, with the duration of this process. The study was done using drying samples of Pinus taeda taken from wood of a 14 years old afforestation in the department of Montecarlo, Misiones. Wood was selected having different initial humidity contents ranging from 80% to 180% and thickness in standard increasing dimensions from 1/2" (15 mm) to 2" (57 mm). The study was conducted in industrial scale utilizing a drying kiln of modern technology, with 120 m3 of wood capacity, temperatures from 70°C to 90°C, drying potentials between 3 and 15 and air circulation speed of 4 m/s. Obtained data was statistically processed by means of a non lineal regression analysis, and 96 % adjustment of the equation was achieved. The equation that permits to estimate, inside the analyzed variables range, the drying time "Z" for Pinus taeda, planted in the Province of Misiones, dried in conventional kilns, knowing the initial humidity content, final humidity content, thickness of the wood , temperature and drying potential is:

Where: CHi: Initial humidity content (%) CHf: Final humidity content (%) e: Thickness (mm) 0:Temperature(°C) Cs: Drying potential

The "alpha", coefficient, characteristic of the species and of the drying system used, for Pinus taeda from Misiones, with conventional drying in a kiln of the most recent technology, was determined as equal to 0,0499. The correction factors exponents for: thickness, temperature and drying potential were 0,45, 0,58 and 0,32 respectively. The average density value for Pinus taeda wood, was 0,402 g/cm3 and fiber saturation point 27,9 %. Quality control performed on 83 drying samples showed 2,4 % of drying defects, less than the 5 % considered acceptable in industry. Different practical application of this equation were proposed, in analytic or graphic forms, with the objective to reduce drying time significantly, without modifying drying quality, allowing important savings in equipment investment, and process operation costs. The main applications of the equation for drying time determined by diffusion are: 1-Convertion of drying schedules advanced by humidity content to schedules advanced by time. 2 - Adjustment of drying time in an existing schedule, according to the initial humidity content of the wood. 3 - Evaluation of performance for empiric drying schedules in use. 4 - Establishing new drying schedules.