PRESERVACIÓN Y SECADO DEL BAMBÚ
La Merced – ChanchamayoPerú
DOCENTE:Ph.D Jorge Augusto Montoya
1
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN2. CARACTERISTICAS ANATÓMICAS DE LA GUADUA3. PRESERVACIÓN 4. SECADO 5. PROPIEDADES QUE INFLUYEN EN EL SECADO6. TIPOS DE SECADO Y SUS TECNOLOGÍAS
Problemas con la Preservación y el secado de la Guadua angustifolia
• Material altamente higroscópico,• Material maderable con alto contenido de carbohidratos
(azucares) y almidon, • Su contenido de humedad inicial varía entre 80 -150%• Los agrietamientos y las rajaduras en la Guadua rolliza, el
hongo azul o azulado en latas,• Un mal secado y una mala preservaciòn de la Guadua =
Material de segunda categoría, a pesar de sus excelentes propiedades físico-mecánicas.
Conceptos Básicos y Propiedades de la Preservación y Secado del material Bambú Permeabilidad Higroscopicidad Contenido de Humedad (Agua libre, Vapor de Agua,
Agua higroscópica (fija)) Humedad Relativa Humedad de Equilibrio Higróscopico (PSF-Punto de
Saturación de Fibra) Anisotropía Densidad/Peso especifico Resistencia Mecánica Elasticidad Contracción/Hinchazon Conductividad térmica
Tejido de un culmo, con Haces vasculares incrustados en el tejido del parénquima
Fibras Vasos Post-xylem
Floema
Cross-section Cell Parénquima
Vasos Proto-xylem
Fibras longitudinales
Células Parénquima longitudinales
Paquetes Fibras
6
Micrografias de las partes tejido celular Haces Vasculares, Celulas parénquimas, Fibras, Vasos Xilemas, Floema
7
Presencia de almidón en células parénquima
Fibras de Bambú corte transversal
9
Estructura de las fibras (micras-nanomicras)
10
Células parénquima y agujeros de comunicación
Estructura del Diafragma o Nudos
Partes del culmoDirección Radial, Tangencial, Longitudinal
13
Cristales de Sílice en la estructura celular y su incremento con la edad
PRESERVACIÓN
• Temperatura [°C]
• pH
• Conductividad [µS/m]
• Concentración [%]
• Retención [kg/m³] & Penetración [%]
• CH (%)
• HEH (%)
Efecto en algunas propiedades físicas en el tratamiento de Guadua angustifolia Kunth
materiales & métodos
Materiales & métodos
Temperature(ºC)
inmersion Time (h)
2 4 6
Ambient (22) A B C
40 B C A
60 C A B
Note: Las letras significacan concentración A = 4%, B= 6% y C= 8%Diseño Experimental (DCL: Diseño Cuadro Latino)
Retención
Retención & Penetración
R = [(W1- W2)/ V)* (C/ 100)]
PenetrationPara evaluar la penetración del boro se aplicó la Norma AWPA A2-05 (AWPA, 2005)
Retención & Penetración
Preservation Penetration Classification
Grade Culm Wall
0 No penetration
1 < 25%
2 25 – 50%
3 50 – 75%
4 >75
PenetrationNorm AWPA A2-05 (AWPA, 2005)
Retention and Penetration
Grade of penetration of the solution: A) Grade 2; B)Grade 3 y C) Grade 4
Penetration Classification
Grade Culm Wall
0 No penetration1 < 25%2 25 – 50%3 50 – 75%4 >75
Modelos para determinar la concentración de la solución preservante a través de conductividad(Guzman L.J., 2013)
[Donde:
[%m/v] = Concentración [σ] = Conductividad(µS/m)[T] = Temperatura (ºC)
Predictive models for conductivity√MSE
R R2
1. σ = – 0,874 + 1,005 [%m/V] + 0,101 T*pH 0,141 0,999 0,997
2. σ = – 0,452 + 1,010 [%m/V] + 0,083 Tσ 0,158 0,998 0,996
3. σ = –1,013 + 1,000 [%m/V] + 0,030 Tσ + 0,083 T*pH 0,141 0,999 0.997
4. σ = – 0,965 + 1,000 [%m/V] + 0,106 T 0,141 0,999 0,997
[4]
Tratamiento por Inmersión(T/pH/Conductividad – control del proceso)
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5
pH Vs. conductivity to differen temperatures
Temperarture (°C) pH Conductivity (μS/m)
Concentración Vs. Temperatura
[Donde:
[%m/v] = Concentración [σ] = Conductividad(µS/m)[T] = Temperatura (ºC)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0 10 20 30 40 50 60
Co
nce
ntr
ati
on (
%m
/v)
Temperature (°C)
Concentration Vs. Temperature
La temperatura acelera la diffusion celular de los vasosmetaxilema hacia las celulas parenquima y las fibras
vasosMetaxilema
célulasParenquima
Modulo de Elasticidad (MOE) & (MOR) para la Guadua en 2 ambientes diferentes% Humedad Relativa, presenta diferencias significativas (MPa)
99N =
Ambiente (%HR)
HúmedoNormal
95%
IC E
sfue
rzo
de R
otur
a (M
OR
)
150
140
130
120
110
100
90
80
70
MOR: ~ 29% diferenciaGuadua seca en camera
MOE: ~23% diferencia Guadua seca en camera
FLOW DIAGRAM FOR TREATMENT OF BAMBOO (Production of 6.400 linear meters / month- 1 shift)
(Production of 12.800 linear meters / month- 2 shifts)
Boring
Washing
Pre-drying Outdoor to 40% MC
Hot dip diffusion 60°C (200 culm 6m/lot-d)
Draining
Drying automatic camera (800 Culms 6m/Lot -10d;
accelerates cell diffusion treatment) to 15% MC
Storage of borax salts solution
Finishing
(Linseed and turpentine) Bamboo for structural
constructions
Entry storage
Lavado
Storage linseed and turpentine
wet processes
dry processes
TRATAMIENTO DEL BAMBÚ PARA ACELERAR LA DIFUSIÓN CELULAR
Procesos húmedos
Procesos SECOS
Tratamiento por inmersión difusión celular
Tratamiento por inmersión difusión celular
Tratamiento por inmersión difusión celular
TRATAMIENTOS TRADICIONALES
• Tratamientos sin Químicos.
1)Avinagrado, 15-20 días,
2)Almacenamiento en agua,
3)Tratamiento con calor (con soplete, sumergiendo en baño de aceite a 210° C durante 2 h).
TRATAMIENTOS TRADICIONALESTratamientos con Químicos Preventivos
1) Inmersión (sales de boro: ácido bórico + bórax).
2) Método Boucherie (con sustrato buena solubilidad)
3) Método por Difusión Vertical (sales de boro: ácido bórico + bórax).
Tratamientos con Químicos Correctivos
1)Inyección (sales de boro: ácido bórico + bórax)
Investigación en Métodos para preservación de Guadua angustifolia
Investigación en Métodos para preservación de Guadua Angustifolia
• Método por Inmersión en Frio (5 días) o Caliente 60° C (6 h)
Investigación en Métodos para preservación de Guadua angustifolia
35
Método por Inmersión (Tecniambiental) en Caliente
Método Boucherie
Método Boucherie
Método por Difusión Vertical (VSD)
Comparación de los diferentes
métodos de preservación ($US/m)
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
INYECCION INMERSION BOUCHERIEACIDO BORICO
BOUCHERIEACIDO
PIROLEÑOSO
AHUMADOHORNO
VERTICAL
Promedio de agujeros encontrados en las Guaduas preservadas (6 meses después de tratadas)
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
B oucherie consolución bórax y
acido bórico
B oucherie conácido
piro leñoso
C ontro l Ahum ado enhorno vertica l
Inm ersión consolución de
bórax y ác idobórico
Inyección consolución de
bórax y ác idobórico
M ontenegroC erritosFrailesSanta R osa
NE NE NE
n= 1309 trozas x 1m
Evaluación del proceso de Avinagrado en mata
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
3 m eses 6 m eses 9 m eses
EVALUACIONES
PR
OM
ED
IO D
E A
GU
JER
OS
Curado
No Curado
Histograma de frecuencias relativas de DAP por
sitios,
DAP = diámetro medido a una altura de 130cm
n = 120
n = 72
n = 44
n = 36
Guadua atacada por los insectos
Dinoderus minutus
Orden: Coleoptera
Suborden: Polyphaga
Superfamilia: Bostrichoidea
Familia: Bostrichidae
Subfamilia: Bostrichinae
Genero: Dinoderus
Especie: D. minutus (Fabricius)
Eucalandra
Orden: Coleoptera
Suborden:Polyphaga
Superfamilia: Curcullionoidea
Familia: Curcullionidae
Subfamilia: Rhynchophorinae
Genero: Eucalandra
Especie: E. setulosus (Gyll) (**trompa de elefante)
Acción del insecto
Dinoderus minutus
Acción del insecto
Dinoderus minutus
SECADO• Temperatura
• Humedad Relativa
• Contenido de Humedad
• Velocidad del Aire
Secar Guadua ≠ madera
Tipos de Agua en la Guadua
• Agua en canutos, • El agua libre, tanto en forma liquida como gaseosa, llena el
interior de las cavidades celulares, está presente cuando la guadua tiene un contenido de humedad superior al 30%, pero desaparece cuando estamos por debajo de este punto,
• El agua fija como su nombre lo indica esta fijada en las paredes celulares mediante fuerzas de gran intensidad de tipo físico y químico.
• Vapor de agua, esta fija también en las paredes celulares.
Tipos de secado
• Secado al Aire Libre
• Secado solar – Tipo invernadero
• Secado en Cámara Convencional
• Secado al Vació
Secado al Aire libre Selección del Sitio,
Corte de la Guadua Menguante,
Nocturno,
Época no lluviosa,
Avinagrado.
Cepillado y Lavado,
Ubicación en Perchas o forma vertical
Secado de Guadua vs Secado de Madera (Pino)
Lavado, Perforado y Perchado
Secador solar tipo inverenaderoPrototipo secador de latas de Guadua
Prototipo secador 2 para latas de Guadua
Medición de la Humedad
• Curva de HEH- Humedad de Equilibrio Higroscópico.
• Medición por Gravimetría.
• Medición Eléctrica.
Humedad de la Guadua
La humedad de la guadua o contenido de humedad de la guadua se define como el cociente entre la masa de agua presente y la masa anhidra de la guadua, expresado en tanto por ciento.
mh – ms%CH = ------------x 100
ms
CH: humedad de la guadua (%)mh : masa de la guadua húmedams : masa de la guadua totalmente seca (anhidra)
Toma de muestra en Guadua rolliza
Dimensión:
5 cm de longitud en rolliza
5 cm x3 cm x 0,8 cm en latas
Procedimiento de las muestras en horno de secado en laboratorio
Propiedades basicas de las secadores
• Cámara bien aislada para evitar pérdidas de calor y mantener un clima con humedad relativa alta
• Las paredes y el techo tienen que ser aisladas e impermeables al vapor. Sino, el vapor entra a las paredes y se condensa, con el efecto que las paredes pierdan su capacidad de aislar térmicamente
• Circulación interna del aire en la camara
• Un techo falso para que el aire en circulación sea transportado eficientemente por las pilas
• Suficiente espacio adelante y atrás de las pilas, exactamente debajo del cielo-falso para que se forme un flujo uniforme entre éstas
Diseño de secador solar
Datos Técnicos • Lugar: Universidad Tecnológica de Pereira
Coordenadas:4° 49” Latitud75° 42” Longitud
Altura:1490 m Temperatura: 23°C
HR:75%Colector solar: 5,2 m²
Capacidad del colector: 13,31 kWh/d(ASHRAE 99-77)
Capacidad de carga: 90x2=180 kg/tandaTemperatura del colector max : 58°CVolumen total interno: 22 m³Temperatur max. en secador: 44°CTiempo de secado:15,1 d (verano)
21 d (lluvia)Contenido de humedad final: 8% (verano)
15% (lluvia)
Diseños para 2 pilas de latas
Secador solar para 6 pilas con circulación transversal
Secador solar vista frontal
Secador solar vista lateral
SECADOR SOLAR GUADUA ROLLIZA
SECADOR SOLAR
Datos Técnicos secador de Guadua rolliza
• Lugar: DANSA Int. CerritosCoordenadas:4° 52” Latitud
75° 54” LongitudAltura:1390 m
Temperatura: 23°C HR:75%
Área colector solar: 12 m²Capacidad del colector: 30,72 KWh/d
(ASHRAE 99-77) Capacidad del secador: 2625 kg/Pila (500 Guaduas de 3 m)Temperatur max. del colector: 58°CTemperatur max. en secador.: 45°Tiempo de secado:22 d
SECADOR SOLAR GUADUA ROLLIZA
SECADOR SOLAR GUADUA ROLLIZA
SECADOR SOLAR GUADUA ROLLIZA
SECADOR SOLAR GUADUA ROLLIZA
Secado en Cámara
Secado convencional en cámara, secado mecánico
Carta Psicrométrica
Tipos de cámaras
• Existen secadores de diferentes tamaños
• Los más pequeños tienen capacidad de 4-10 m3, o 100 Guaduas
• Los mejores pueden almacenar hasta 100 m3, o para 850 Guadua
• Existen también sistemas con una capacidad pequeña sin techo falso, pero con ventiladores en los lados
• Hay mucha variación en cómo cargar la cámara de secado. Eso depende mucho del tipo del montacarga que se utilice en la empresa
Cómo cargar una secadora?• Siempre tratar de llenar todo el ancho y el alto del secador
Características de las cámaras
• Buen aislamiento de las paredes para evitar pérdidas de calor
• Circulación forzada del aire en el secador(transversal 99%, longitudinal 1%)
• Cielo-falso para dirigir el flujo del aire • Reversión del flujo del aire cada 3 horas• Circuito de agua o vapor para calentar la cámara y
su carga por medio de intercambiadores de calor• Ventilas o ventiladores para el intercambio de aire• Inyectores para introducir agua o vapor• Sensores (temperatura, humedad relativa, y
contenido de la humedad de la madera)• Sistema de control automático o semi-automático
Efecto de la carga en el flujo del aire
Variables a controlar en la cámara• Para controlar el clima en la cámara necesitamos por lo
menos dos pares de sensores, uno para cada lado de la cámara para sistemas semi-automáticos. Para sistemas Automáticos sólo con uno.
• Para sistemas semi-automáticos, se puede hacer de dos formas: 1-. Empleando un sensor para la temperatura seca (Temperatura de bulbo seco) y un sensor para la temperatura humeda (Temperatura de bulbo humedo), se cálcula la H.E.H. (Huemdad de Equilibrio Higroscópica).
2-. Empleando un sensor de temperatura seca Temperatura de bulbo seco y otro de Humedad Relativa, se cálcula la HEH (Huemdad de Equilibrio Higroscópica).
Plan o Programa de secado
• El programa de secado determina cuáles condiciones
son aplicables durante el proceso de secado
• Los valores deseados son preparados como listas
• Los valores pueden ser variados según el Contenido
de Humedad de la madera o según el tiempo del
secado
• Ambos sistemas son utilizados frecuentemente
Programa de secado 1
CH Tbs Tbh HR HEH PS
60 - 30 50 48 90 17 1,8
30 - 25 53 48 75 13 2,0
25 - 20 56 48 65 10 2,2
20 - 15 60 48 50 7 2,4
15 - 10 60 45 40 6 2,0
Programa de secado 2
CH Tbs Tbh HR HEH PS
60 - 30 60 54 70 11 2,7
30 - 25 65 56 62 9 3,0
25 - 20 70 54 45 6 3,6
20 - 15 75 53 32 4,2 4,0
15 - 10 75 48 25 3,3 3,6
Cuándo es un programa suave o fuerte ?
• El PS; potencial del secado, definido como la relación entre humedad actual de la madera y humedad de equilibrio (PS = CH / HEH)
• Atención: Cuándo CH > 30% --> HEH = 30% !!!
• PS en el inicio del secadoentre 1,5 y 2,0 --> plan suaveentre 2,1 y 2,8 --> plan medianoentre 2,9 y 3,5 --> plan fuerte
• Durante el secado el PS se aumenta lentamente
• En la Fase final del secado, se necesita una fase de acondicionamiento con PS muy bajo (≈ 1,2)
SECADO CON AIRE FORZADO
SECADO CON AIRE FORZADO
Materiales & Metodos
Secador convencional en cámaras
Secador Solar de rolliza
Secador Solar de latas
Secado al aire libre
Secado
Resultados
1. Propiedades relevantes del secado
2. Secado al aire libre
3. Secado solar
4. Secado convencional in/out
Resultados 1. Propiedades relevantes del secado.
▫ Dependencia de Topografia en el Contenido de Humedad,
▫ Variación de la CH a lo largo de la longitud,
▫ Variación del contenido de humedad entre nudo y entrenudo.
Dependencia de Topografia en el Contenido de Humedad,Variación de la CH a lo largo de la longitud,Variación del contenido de humedad entre nudo y entrenudo.
Valle
Loma
Cima
50 m 5 m
80 m
Dependencia de Topografia en el Contenido de Humedad
151515N =
Topographie
TalHangBergspitze
95%
Kon
fiden
zint
erva
ll %
Feu
chte
geha
lt
120
110
100
90
80
70
151515N =
Topographie
TalHangBergspitze
95%
Kon
fiden
zint
erva
ll %
Feu
chte
geha
lt
130
120
110
100
90
80
70
Nodos de las cepas Entrenudos de las Cepas
Dependencia de Topografia en el Contenido de Humedad
151515N =
Topographie
TalHangBergspitze
95%
Kon
fiden
zint
erva
ll %
Feu
chte
geha
lt
110
100
90
80
70
60
50
40151515N =
Topographie
TalHangBrgspitze
95%
Kon
fiden
zint
erva
ll %
Feu
chte
geha
lt120
110
100
90
80
70
60
50
40
Nudos de las Basas Entrenudos de las Basas
Variación del contenido de humedad del nudo y entrenudo, entre cepas y basas
4545 4545N =
Stammabschnitt
BasisMitte
95%
KI %
Feu
chte
geha
lt
110
100
90
80
70
60
Teil des Abschnitts
Nodium
Internodium
2. Secado al aire libreExperiment 2: Freilufttrocknung
y = 132,42e-0,0188x
R2 = 0,969
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100 120
Tage
T °C
/Φ%
/u%
Φ% T°C u% Exponentiell (u%)
Experiment 1: Freilufttrocknungy = 85,834e-0,0243x
R2 = 0,9068
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80
Tage
T °C
/%Φ
/u%
T °C Φ % CH % Exponentiell (CH %)
2. Secado al aire libre
Experimento 1:Secado al Aire libre y = 85,834e-0,0243x
R2 = 0,9068
0102030405060708090
100
0 20 40 60 80
Días
T °C
/Φ%
u%/
T °C Φ % CH % Exponentiell (CH %)
25252525252525N =
80 Tage67 Tage55 Tage52 Tage49 Tage43 Tage20 Tage
95%
KI
u%
70
60
50
40
30
20
10
0
0102030405060708090
100110
Exp. 1 Exp. 2
u%/u
%/T
age/
% R
isse
u%-Anfang u%-Ende Zeit (Tage) Risse/Spalte %
3. Secado Solar de latas
0
1020
3040
5060
7080
90100
110
Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4
u%/u
%/T
age/
%/%
u%-Anfang u%-Ende Zeit (Tage) Krümmung % Bläue %
Experimento 1: Secador solar semi-artificial
y = 96,62e-0,1549x
R2 = 0,9932
010
2030
4050
6070
8090
0 5 10 15 20
Días
T° C
/HR
%/C
H %
u% T° out %φ out Exponentiell (u%)
3. Secado solar de Guadua latas y rolliza
0102030405060708090
100110
Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5 Exp. 6
u%/u
%/%
/%/%
u%-Anfang u%-Ende Zeit (Tage)Krümmung % Bläue % Risse/Spalte %
Experiment 5: Solartrockner Halm
y = 38,181e-0,0654x
R2 = 0,9845
0102030405060708090
0 5 10 15 20 25Tage
T° C
/φ%
/u%
T° C out φ% out u% Exponentiell (u%)
4. Secado convencional in/out de aire
0102030405060708090
100110120130
Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4
u%/u
%/T
age/
%/%
u%-Anfang u%-Ende Zeit (Tage) Bläue % Risse/Spalte %
Experiment 1: konventioneller Trockner
y = 26,86e-0,0018x
R2 = 0,9516
01020304050607080
0 200 400 600Stunden
T° C
/φ%
/u%
T° C φ% u% Exponentiell (u%)
Resultados
Secado Aire Libre
Secado Solar
Secado Convencional
(F/A)Tiempo de
Secado - - - + - + + + Calidad del
Secado - - - + - + + +
Inversión Inicial + + + + + - - -Costos Mano de
Obra - - - + + + + + + Costos
Mantenimiento NA + + - - Consumo de
Energía NA + + + - - Amigable al Medio
Ambiente + + + + + + - - Complejidad del
Sistema NA + + + - - -
Recomendable: + + + Bueno: + + Regular: + - Malo: - - Muy malo: - - -No aplicable: NA
Conclusiones.......
GRACIAS!!