preservaciÓn y secado del bambÚrepositorio.serfor.gob.pe/bitstream/serfor/747/8/2.9... · 2019....

104
PRESERVACIÓN Y SECADO DEL BAMBÚ La Merced Chanchamayo Perú DOCENTE: Ph.D Jorge Augusto Montoya 1

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  • 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!!