PRODUCCION DE CHAPA TORNEADA DE PINUS AYACAHUITE EHR.

UTILIZADA EN LA ELABORACION DE TABLETAS PARA LAPICES

TESIS DE LICENCIATURA

INGENIERIA FORESTAL INDUSTRIAL

PRESENTA : ERICK ANDRES MEZA NÚÑEZ

CHAPINGO MÉXICO, NOVIEMBRE 2001

UNIVERSIDAD AUTONOMA CHAPINGO

DIVISIÓN DE CIENCIAS FORESTALES

PORQUE FUIMOS LO QUE ALGUN DIA SOÑAMOS....... DEDICADO A LA TOLERANCIA Y CARIÑO DE: OLGA Y JIMY

CON ADMIRACIÓN A EL NIÑO SABIO Y AL ASTRÓLOGO,

POR SU EDUCACION A MIS MAESTRAS ( MARY Y JULIA ) Y AL PROFE

ROBERTO, A MI AMIGO DE MIL BATALLAS JORGE

A MI PRINCIPIO: ANGY, CIRILA Y ANDRES.

A LOS TRABAJADORES DEL BOSQUE Y LA MADERA DE MÉXICO QUIENES

SON PARTE DE LA ESENCIA DE ESTA CARRERA.

AGRADECIMIENTOS

AL DIRECTOR DE ESTA TESIS

DR. DAVID ZAVALA ZAVALA

A MI AMIGO Y ASESOR

DR. LEONARDO SÁNCHEZ ROJAS

A LOS SINODALES

M.C. MIGUEL ANGEL PEREZ TORRES M.C. EUSEBIO PEDRAZA CERON M.C. ANGEL LEYVA OVALLE A LAPICERA MEXICANA Y A LA DIVISIÓN DE CIENCIAS FORESTALES.

GRACIAS....................

C O N T E N I D O PAGINAS

INDICE DE FIGURAS ΙΙ INDICE DE CUADROS ΙΙΙ INDICE DE ANEXOS ΙV RESUMEN V SUMMARY VΙ 1. INTRODUCCION 1

2. OBJETIVO GENERAL 3

2.1. Objetivos particulares 3 3. REVISION BIBLIOGRAFICA 3

3.1. Producción de chapa en México

3.2. Clasificación de la chapa de acuerdo al sistema de corte 4

3.3. Características de la materia prima (madera) y del 5 proceso de fabricación de lápices

3.4. Acondicionamiento de la madera para la obtención de 5

chapa

3.4.1. Ventajas del calentamiento en el acondicionamiento 6 de madera para la obtención de chapa

3.5. Métodos de calentamiento 8

3.6. Temperaturas de acondicionamiento 8

3.7. Características de la madera (materia prima) que influyen 9 en el tiempo de calentamiento

3.7.1. Efecto de la densidad de la madera en el tiempo de 9 acondicionamiento

3.7.2. Efecto del diámetro de la troza en el tiempo de 10 acondicionamiento 3.7.3. Efecto de la humedad en la madera en el tiempo de 12 acondicionamiento 3.8. Influencia del pH del agua utilizada en 13 el acondicionamiento. 3.9. Secuelas de acondicionamiento 13 3.10 . Temperatura de la madera durante el desenrollado o 14 rebanado 3.11. Características del torno que influyen en la calidad de 16 la chapa

3.11.1. Ajuste de la posición de la cuchilla 16

3.11.2. Abertura vertical 17

3.11.3 . Abertura horizontal 17

3.11.4. Afilado y biselado de la cuchilla 17 4.- MATERIALES 19

4.1. Tanque de acondicionamiento 19 4.2. Caldera 21

4.3. Agua utilizada para acondicionamiento 22

4.4. Taladro eléctrico 22

4.5. Potenciómetro 22 4.6. Torno 22

4.7. Mesa transportadora 23 4.8. Especie estudiada 24 4.8.1. Nombre botánico 24

4.8.2. Nombres comunes 24 4.8.3. Sinonimias 25 4.8.4. Ecología y distribución 25 4.8.5. Descripción de la madera 25 4.8.6. Características tecnológicas 26 4.8.7. Usos 26 4.8.8. Usos sugeridos 27 5. METODOLOGIA 28

5.1. Preparación de la troza 29

5.2. Suministro del agua en el tanque de acondicionamiento 29 y determinación del pH

5.3. Acondicionamiento de la madera 30

5.4. Medición de transferencia de calor 30

5.5. Perforación de la troza 32

5.6. Descortezado 32 5.7. Temperaturas de las trozas 33

5.8. Desenrollado de la troza 34

5.9. Determinación de la calidad de la chapa 36

5.10. Determinación del contenido de humedad en la chapa 36 5.11. Calculo de rendimientos de la chapa producida 37

6. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS 41

6.1. Secuela 1 43

6.2. Secuela 2 45

6.3. Secuela 3 47

6.4. Secuela 4 49

6.5. Contenido de humedad de la chapa 51

6.6. Coeficiente de aprovechamiento de la chapa 52 6.7. Variables consideradas en el análisis de resultados 55 6.8. Análisis de las variables consideradas y del coeficiente 55

de aprovechamiento

6.9. Tiempo y temperatura de acondicionamiento en la 56 madera en función de su densidad.

6.10. Temperaturas del agua en las fosas de 56 acondicionamiento

6.11. Temperatura de la madera en el momento del 58 desenrollado

6.12. Tiempos de acondicionamiento de las trozas en función 59

de sus diámetros

6.13. Contenido de humedad en la chapa 60

6.14. Coeficiente de aprovechamiento de los lápices producidos 60

6.15. Secuela de acondicionamiento propuesta para la 61 obtención de chapa desenrollada de 5 mm de espesor de

Pinus ayacahuite Ehr. destinada a la fabricación de tabletas para lápices. 7. CONCLUSIONES 62 8. RECOMENDACIONES 63 9. BIBLIOGRAFIA 64

I N D I C E D E F I G U R A S FIGURA PAGINA

1 Abertura vertical y horizontal entre la cuchilla y la 18 barra de presión. 2 Tanques de acondicionamiento. 20 3 Dimensiones de los tanques de acondicionamiento. 20 4 Caldera utilizada para el calentamiento del agua. 21 5 Torno en el que se efectuó el desenrollado de la 23 troza. 6 Mesa transportadora de la chapa y al final de esta 24 la guillotina neumática. 7 Acondicionamiento de la madera. 31 8 Medición de la temperatura del agua durante el 31 calentamiento de las trozas. 9 Proceso de descortezado de la troza. 32 10 Determinación de la temperatura de la troza previamente 33 a su desenrollado. 11 Proceso de desenrollado de la troza. 34 12 Angulo de la cuchilla y de la barra de presión en el 35 plano vertical. 13 Dimensiones de la tableta 7 w ó 7 play para la 39 fabricación de lápices. 14 Comportamiento de las temperaturas de calentamiento 44 del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 1. 15 Comportamiento de las temperaturas de calentamiento 46 del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 2.

ΙΙ

FIGURA PAGINA 16 Comportamiento de las temperaturas de calentamiento 48 del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 3. 17 Comportamiento de las temperaturas de calentamiento 50 del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 4. 18 Distribución de las temperaturas del agua de las 4 57 secuelas evaluadas. 19 Distribución de temperaturas de desenrollado de las 58 trozas en las 4 secuelas aplicadas. 20 Diámetros promedios de las trozas de las 4 secuelas 59 aplicadas.

I N D I C E D E C U A D R O S CUADRO PAGINA 1 Balanza comercial. 4 2 Tiempo de acondicionamiento en función de la densidad de 10 la madera. 3 Tiempos de calentamiento utilizados en la Cd. de México 10 y la zona metropolitana . 4 Tiempo de calentamiento del agua en función del diámetro 11 de la troza. 5 Tiempos y temperaturas de acondicionamiento de la madera 12 de Pseudotsuga menziesii en función de sus diámetros. 6 Secuelas de acondicionamiento recomendadas por la Capital 13 Machine co. 7 Temperaturas óptimas para el corte de chapa en función de 15 la densidad de la madera. 8 Temperatura de corte para diversas especies. 15 9 Características de las cuchillas del torno. 35 10 Temperaturas del agua registradas en las cuatro secuelas 42 evaluadas. 11 Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento 43 en la secuela 1 12 Evaluación de la calidad de la chapa generada en la secuela 1 45 13 Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento 45 en la secuela 2 14 Evaluación de la calidad de la chapa generada en la secuela 2 47 15 Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento 47 en la secuela 3

ΙΙΙ

CUADRO PAGINA 16 Evaluación de la calidad de la chapa generada en la secuela 3 49

17 Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento 49 en la secuela 4 18 Evaluación de la calidad de la chapa generada en la secuela 4 51 19 Rango de humedad en las chapas obtenidas 51 20 Porcentaje de ahuzamiento 52 21 Rendimientos de las trozas, chapa (5 mm) de espesor, tabletas 54 (7 play) y lápices en las secuelas aplicadas 22 Tiempos de acondicionamiento en función de los diámetros 60 propuestos para el desenrollado de la madera de Pinus ayacahuite Ehr.

23 Comparación de rendimientos obtenidos por medio del 61 método de desenrollado (torneado) y el utilizado en la industria mexicana 24 Secuela de acondicionamiento para la producción de chapa 61 desenrollada de Pinus ayacahuite Ehr. de 5 mm de espesor empleada en las fabricación de tabletas para lápices.

R E S U M E N La industria mexicana emplea el método de asierre y rebanado en la producción

de tabletas para lápices; Este estudio es el primer intento de producción de chapa

torneada de 5 mm de espesor para la obtención de tabletas con trocería de Pinus

ayacahuite Ehr. se realizaron cuatro ensayos de secuelas de acondicionamiento

en las instalaciones de la planta piloto de la División de Ciencias Forestales de la

Universidad Autónoma Chapingo. Las trozas se acondicionaron en fosas con agua

calentada a temperaturas controladas y la temperatura de desenrollado se

determinó midiéndola en el centro de las trozas al final del proceso. Para lograr el

espesor de chapa indicado, se ajustaron las aberturas vertical y horizontal de la

cuchilla y contracuchilla a 5 mm y 2 mm respectivamente. Se determinó que la

temperatura óptima de corte para Pinus ayacahuite Ehr es de 48 °C a 52 °C y se

sugiere utilizar temperaturas del agua de 50 °C a 75 °C en un periodo de 20 horas.

El método de producción de tabletas por chapa torneada supera hasta en un

62. 48% el coeficiente de aprovechamiento del sistema tradicional de la industria

lapicera mexicana.

S U M M A R Y For production of pencil slats the mexican industry uses the sawmilling and slicing

methods. This study is the firt trial to produce peeling veneer of 5 mm thickness for

pencil slats. Pinus ayacahuite Ehr logs were used in four conditioning schedules

tests in the instalations of the Forest Science Division of the Autonomous

University of Chapingo. The logs were conditioned in tanks with hot water at

controller temperatures and the peeling temperature was determined in the pit of

the logs at the end of the process. To get the specified veneer thickness, the

vertical and horizontal gaps of the knife and nose bar were adjusted to 5 mm and 2

mm respectively. It was determined that the optimum peeling temperature for

Pinus Ayacahite Ehr was from 48 °C to 52 °C and it es suggested to use water

temperatures from 50 °C to 75 °C in a 20 hours period. The method to produce the

pencil slats from peeling veneer overcomes up to 62.48% the recovery factor of the

traditional system of the mexican pencil industry.

PRODUCCION DE CHAPA TORNEADA DE PINUS AYACAHUITE UTILIZADA EN LA ELABORACION DE TABLETAS PARA LAPICES

I. INTRODUCCION Dentro del marco de la industria forestal, la producción de chapa es importante en

el País, ya que repercute en la fabricación de tableros y como consecuencia en

los sectores mueblero y de la construcción, actualmente en el mercado nacional

tableros con chapa de diversas maderas empiezan a sustituir a productos como el

lambrin y pisos de madera sólida (duela y tablón).

Las tabletas para lápices generalmente se obtienen por medio de asierre o

rebanado de la madera. Este trabajo es el primer intento para producir tabletas por

medio de chapa desenrollada o torneada que por su grosor (5 mm) no es

comercial, con la finalidad de aumentar el coeficiente de aprovechamiento de la

materia prima y reducir los costos de producción de las tabletas, contribuyendo

también a un menor impacto ambiental.

Anticipadamente al corte para la obtención de chapa, la madera se acondiciona

por medio de un proceso de ablandamiento, empleándose calor (calentamiento) y

agua (medio termoconductor), en piletas o fosas de acondicionamiento, o con

vapor en cámaras cerradas.

El proceso de acondicionamiento además de mejorar las características de la

chapa por su facilidad de corte, reflejado en la textura de su superficie, también se

manifiesta en un mayor coeficiente de aprovechamiento y reducción de

desperdicios por madera de chapa tersa.

Por lo general los criterios de aplicación de calor y temperatura en el proceso de

ablandamiento de madera para chapa, no están definidos para las diversas

especies, provocando con ello una deficiente calidad en el producto.

Por lo anterior, el acondicionamiento de la madera es sin duda importante en la

obtención de chapa, máxime cuando lo que se requiere es un mayor rendimiento

del recurso que cada vez es más escaso y la producción de una chapa y sus

derivados con una calidad superior a la ofrecida por los mercados internacionales.

En México existen diversas empresas que están involucradas en la elaboración de

lápices, todas con excepción de Lapicera Mexicana (Lapimex), importan la tableta

para la manufactura de su producto.

Desde sus orígenes Lapimex, junto con investigadores y docentes tanto de la

División de Ciencias Forestales de la Universidad Autónoma Chapingo como del

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, han desarrollado trabajos

enfocados a conocer el potencial real de diversas especies mexicanas

maderables, lo cual es vital para este sector, ya que el no depender del exterior

aprovechando y conociendo las propiedades de los recursos forestales nacionales

implica una ventaja sobre otras empresas.

El desarrollo Industrial y Universitario difícilmente pueden dejar de lado una

vinculación entre ambos, sin duda mucha de la problemática que actualmente

enfrentan los diversos sectores productivos nacionales, por el embate de nuevos

mercados, puede ser resuelta en colaboración con las instituciones educativas.

Las Universidades necesitan propiciar condiciones para que sea el lugar donde la

Industria oriente sus requerimientos tecnológicos y con ello tener una perspectiva

mas real de su situación.

Una vinculación del sector privado con las Universidades indudablemente induce a

una mejora en sus procesos, siendo esta tesis un ejemplo de ello.

2. OBJETIVO GENERAL Determinar la viabilidad de producción de chapa torneada de 5 mm de espesor

con Pinus ayacahuite Ehr., destinada a la fabricación de tabletas para lápices.

2.1. Objetivos particulares

1.- Generar información que contribuya a la obtención de chapa torneada de

Pinus ayacahuite Ehr., con un espesor de 5 mm para utilizarse en la fabricación

de tabletas para lápices, considerando factores que intervienen en el proceso de

transferencia de calor, sobre todo la temperatura del medio termoconductor y las

características de las trozas procesadas.

2.- Definir la secuela de acondicionamiento para la madera de Pinus ayacahuite

Ehr., mediante inmersión en agua caliente determinando una temperatura óptima

de corte en función de la temperatura de la troza y la calidad de la chapa (tersura y

agrietamientos).

3. REVISION BIBLIOGRAFICA Las tabletas para la manufactura de lápices, demandan características de la

chapa que implican considerar diversas particularidades para su obtención, entre

las que se encuentran, las propiedades de la madera (materia prima) y su

acondicionamiento, factores que influyen en las temperaturas de desenrollado, así

como el sistema de corte, por lo que es importante referir y analizar en este trabajo

cada uno de estos puntos.

3.1. Producción de chapa en México Las 48 empresas que se dedican a la obtención de chapa en México, son

generadoras de desarrollo económico y social en sus regiones. La capacidad

instalada de esta Industria es de 923,978 m3, siendo los estados con mayor

producción de chapa de madera, los siguientes ( SEMARNAP, 1998 ):

Durango, Chihuahua, Campeche, Estado de México, Quintana Roo, Guerrero,

Oaxaca.

Sin embargo en lo que se refiere a la balanza comercial se tiene un saldo

desfavorable ( Cuadro 1 ).

Cuadro1. Balanza comercial 1998 (miles de dólares)

DESCRIPCIÓN IMPORTACION EXPORTACION SALDO Chapa de madera 12,481.00 2,309.00 - 10,172.00 Madera aserrada 49,467.00 67,953.00 18,486.00 Duelas y barriles 3,506.00 203.00 -3,303.00

Fuente : SEMARNAP ( 1998 ) 3.2. Clasificación de la chapa de acuerdo al sistema de corte Zamudio ( 1975 ), de acuerdo al sistema de corte clasifica la chapa en:

1.- Chapa desenrollada, la cual se obtiene en un torno donde la superficie

tangencial de una troza se somete al corte de una cuchilla que va formando una

trayectoria espiral para cortar las fibras obteniendo así la capa de madera.

2 .- Chapa rebanada, en este sistema el movimiento del cuadrado o flitch (madera)

contra el filo de la cuchilla sigue un plano horizontal o vertical permitiendo que la

veta de cada hoja de chapa sea casi igual a la anterior.

3 .- Chapa aserrada, se genera por medio de sierras circulares que son la

herramienta de corte para producir la chapa.

El único país en el mundo que actualmente produce tabletas de chapa de madera

desenrollada para la fabricación de lápices es Indonesia ( Díaz, 2000, com. pers. 1.

3.3. Características de la materia prima ( madera ) y del proceso, en la fabricación de lápices Panshin et al. ( 1959 ), señalan que los materiales esenciales para la fabricación

de lápices son grafito, pegamento y madera, siendo el cedro rojo ideal para este

producto. Consideran que las maderas preferidas para la manufactura de lápices

son las que tienen como característica un olor agradable, de color rojizo, fáciles de

cortar capaces de recibir un buen acabado. La fragilidad en la madera es una

propiedad indeseable para la mayoría de los usos, pero en la fabricación de

lápices resulta conveniente. Fue costumbre en otros tiempos colocar las trozas de

cedro rojo en lugares húmedos y fangosos o en albercas por periodos de tres o

cuatro años para destruir la albura por considerarse inadecuada para madera de

lápices y se creía que así la madera tardía se volvía blanda y frágil, exactamente

como deseaba el fabricante. La madera para lápices suele acondicionarse antes

de cortarse en tablillas, pues estas deben estar secas a un contenido de humedad

del 6% para posteriormente ranurarse y recibir las minas de grafito, las ranuras

tienen la profundidad justa para cubrir la mitad del diámetro de la mina. El montaje

de un lápiz consiste en colocar la mina dentro de la acanaladura de la tableta,

poniendo encima una tableta similar para formar un bloque, después que el bloque

encolado se ha secado, esta en condiciones de pasar por un moldeador que

formara los lápices separados, para posteriormente lijarlos. En esencia la

fabricación de lápices es una operación de montaje, pues sólo algunas de las

grandes compañías producen sus propias minas y tabletas de madera .

1 Ingeniero Víctor Díaz Gómez

3.4. Acondicionamiento de la madera para producción de chapa

El proceso de acondicionamiento de la madera previo a su corte para la

producción

de chapa, se considera necesario para especies duras o de alta densidad, de

grano irregular o con veteado pronunciado, en maderas resinosas donde puede

interferir la resina con otras fases de preparación de la chapa y producción del

tablero, y cuando se desea producir chapa con espesores mayores de 3.175 mm

(1/8’’) , ya que de no estar acondicionadas se generarían grietas pronunciadas y

pérdida excesiva de material ( Fleischer , 1959 ; Lutz , 1974 ).

3.4.1. Ventajas e importancia del acondicionamiento

El acondicionamiento de la madera mediante calor, antes del corte para la

producción de chapa, logra plastificar las fibras y los componentes que las unen,

obteniéndose varias ventajas, entre las que destacan ( Lutz, 1974 ; Palka, 1974 ):

a) La producción de chapa compacta, con mayor resistencia a la tensión

perpendicular al grano; lo que facilita su manejo y reduce las pérdidas por

rajaduras, sobre todo por las maniobras en la “mesa verde”.

b) La reducción de la profundidad de las grietas durante el torneado de chapa

gruesa y una mayor posibilidad de producción de chapa delgada.

c) El ablandamiento de los nudos y de la madera de verano de coníferas, que se

manifiesta en un menor desgaste del filo de la cuchilla; mayor facilidad de

corte y como consecuencia se obtiene chapa más tersa.

d) La reducción del costo de energía motriz del torno o de la rebanadora por la

mayor facilidad de corte de la madera.

e) La reducción de la cantidad de pegamento en la elaboración de tableros

contrachapados por una mayor tersura de la chapa o grietas menos profundas,

sobre todo en chapa torneada y gruesa.

f) Un menor desperdicio de madera en chapa tersa por efecto de lijado.

Mediante el calentamiento de la madera, se logra la plastificación de las fibras

(traqueidas) y de las sustancias que las unen (lignina) (Zamudio, 1975). Pero el

exceso de calor provoca en algunas especies, cambios de color, grietas o

superficies vellosas ( F.A.O. , 1968 ).

Debido a que el calentamiento mejora la tersura de la chapa y reduce las grietas

alrededor de los nudos u otros defectos naturales de la madera, se obtiene un

porcentaje mayor de chapa de mejor calidad, una troza número 2 para triplay,

produce 25% más de hojas completas de calidad A, que una troza de la misma

calidad que no se calienta ( Baldwin, 1975 ).

Al incrementar el porcentaje de chapa de hojas completas que se genera de

madera acondicionada, se reduce el costo de mano de obra, por la facilidad de

manejo del material y la rapidez del proceso de piezas completas, un aumento de

hojas completas de 55 a 70% implica una reducción de personal en las

secadoras, un menor requerimiento de canteado y ensamblado, así como una

mayor producción en la engomadora ( Baldwin, 1975 ).

El calentamiento logra obtener más chapa de cada troza con un aumento de

calidad, reducción de costos de producción por ahorro de mano de obra y una

chapa más tersa ( Zavala, 1991 ).

No obstante las ventajas que se obtienen por efecto del calentamiento de la troza

previo a su desenrollado, algunas empresas que procesan coníferas consideran

que no lo requieren, otras aún cuando lo realizan, regularmente no lo hacen en

forma óptima, con relación a las temperaturas aplicadas en función de las

características de las trozas procesadas. Con frecuencia estos procesos varían de

una fábrica a otra, aun cuando se utilicen equipos similares y procesen las mismas

especies, lo que refleja un desconocimiento del manejo de los factores que

determinan el calentamiento de las trozas ( Zavala, 1990 ).

3.5. Métodos de calentamiento De acuerdo con lo citado por Kollman ( 1975 ) los métodos de calentamiento de

trocería para la producción de chapa de madera más comunes son :

1) Las cámaras de vapor

2) El agua caliente inyectada a presión

3) Las cámaras de rociado con agua caliente

4) La aplicación directa de energía eléctrica

5) El sistema vapor – agua

6) La inmersión de las trozas en las fosas con agua caliente

3.6. Temperaturas de acondicionamiento Fleischer ( 1959 ) , menciona que la temperatura más común de calentamiento

del agua mediante la inmersión de las trozas en las fosas de acondicionamiento

es de 212° F (99° C).

Baldwin ( 1975 ) , señala que el rango de temperatura empleado en las fosas de

acondicionamiento, es de 50 a 160° F (10 a 70° C).

Feihl y Godin ( 1975 ) , indican que el rango usual de temperaturas para el

acondicionamiento de la madera, fluctúa desde la temperatura ambiente

hasta 160° F (70.4° C), en función de la densidad de la especie.

Zavala ( 1991 ), encontró en diversas fabricas de triplay de la Ciudad de México y

su zona metropolitana, que las temperaturas del agua en las piletas de

acondicionamiento de la madera, varían de 70 a 95° C, indistintamente de las

especies y sus diámetros.

3.7. Características de la madera (materia prima) que influyen en el tiempo de calentamiento

El tiempo de calentamiento requerido para lograr una temperatura óptima de corte

en la madera, depende de los siguientes factores ( Zavala, 1990 ):

1) Las características de las trozas procesadas:

- Densidad de la madera

- Diámetro de las trozas

- Dimensiones de los cuadrados

- Contenido de humedad en la madera.

2) La interacción del sistema de calentamiento empleado:

- Cámara de vapor

- Pila de agua caliente.

3.7.1. Efecto de la densidad de la madera en el tiempo de acondicionamiento

Fiehl y Godin ( 1975 ) indican que la densidad de la madera es uno de los

factores determinantes en cuanto al tiempo de calentamiento para su

acondicionamiento y posterior desenrollado o rebanado, además de que se

requiere más tiempo para calentar una troza de alta densidad que una de baja

densidad, estableciendo que entre la madera de diferentes especies con densidad

anhidra similar, pero con densidad verde diferente, las de mayor densidad verde

requieren de mayores tiempo de calentamiento.

Feihl ( 1971 ), establece que las trozas de alta densidad requieren 25 % más

tiempo de calentamiento que la densidad media, en tanto que las de densidad baja

requieren 25% menos tiempo de calentamiento, con relación a las de densidad

media.

Moreno y Devlieger, ( s/f ) señalan que la densidad básica de la madera, no tiene

influencia significativa en el tiempo de calentamiento para alcanzar una

temperatura de ablandamiento determinada ( Cuadro 2 ).

Cuadro 2. Tiempo de acondicionamiento en función de la densidad de la madera.

ESPECIE DENSIDAD ( g cm-3 )

TIEMPO ( horas )

CONDICIONES

Olmo 0.53 38.9 Roble 0.42 38.4

Araucaria 0.48 38.1 Pino 0.42 37.7 Tepa 0.41 37.6

Alamo 0.33 36.8

Contenido de humedad en la madera : 60%

Diámetro de la troza : 0.40 m Temperatura inicial de la

madera : 10º C Temperatura del agua : 65 a

70º C

Fuente: Moreno y Devlieger (s/f)

Zavala ( 1991 ). reporta los tiempos de calentamiento de las trozas usuales en las

industrias de tableros contrachapados de la Ciudad de México y la Zona

Metropolitana ( Cuadro 3 ).

Cuadro 3. Tiempos de calentamiento utilizados en la Ciudad de México y la Zona Metropolitana.

ESPECIE TIEMPO (Horas)

CONDICIONES

Pino 24-72 Nogal 72 Caoba 24-36 Encino 24

Temperatura del agua de las piletas:

70 a 95º C

Fuente: Zavala (1991)

3.7.2. Efecto del diámetro de las trozas en el tiempo de acondicionamiento

En el proceso de calentamiento de la madera mediante inmersión en agua, las

temperaturas y los tiempos requeridos varían en función de las dimensiones de las

trozas.

Feihl ( 1971 ) indica que el tiempo de calentamiento aumenta aproximadamente

con el cuadrado del diámetro y establece que si una troza de diámetro D1 requiere

T1 horas para calentarse, el tiempo de calentamiento T2 de una troza de diámetro

D2 será T1x(D2/D1)2. Posteriormente, Feihl y Godin ( 1975 ), establecen como

regla general, que el tiempo de calentamiento aumenta 4 veces cuando el

diámetro se duplica (2 x 2 = 4) y nueve veces cuando el diámetro se triplica y así

sucesivamente. Debido a esta diferencia en los requerimientos de tiempo de

calentamiento, sugieren que las trozas se segreguen en dos o tres grupos en

función del diámetro.

Moreno y Devlieger ( s/f ) presentan la relación entre el diámetro de la troza y el

tiempo de acondicionamiento ( Cuadro 4 ).

Cuadro 4. Tiempo de calentamiento en función del diámetro de la troza.

DIAMETRO (m)

TIEMPO(horas)

Condiciones

0.1 4.5 0.2 12.0 0.3 25.0 0.4 45.5 0.5 72.0

Gravedad específica = 0.42 gr cm-3

Contenido de humedad = 60%

Fuente: Moreno y Devlieger (s/f)

Baldwin ( 1975 ), presenta la relación de temperaturas y tiempos de calentamiento

para Pseudotsuga menziesii ( Cuadro 5 ).

Cuadro 5. Tiempos y temperaturas de la troza de Pseudotsuga menziesii en función de sus diámetros.

TEMPERATURA (ºF) (ºC)

DIAMETRO ( Pulgadas )

TIEMPO ( Horas )

100 a 180 37.40 a 81.40 12 3 100 a 180 37.40 a 81.40 16 7 100 a 180 37.40 a 81.40 20 14 100 a 180 37.40 a 81.40 24 21 100 a 180 37.40 a 81.40 28 28 100 a 180 37.40 a 81.40 32 36 100 a 180 37.40 a 81.40 36 38

Fuente: Baldwin (1975)

En general Baldwin ( 1975 ), Lutz ( 1974 ), Moreno y Devlieger ( s/f ) establecen

una relación directa de diámetros de las trozas con los tiempos de calentamiento,

basados en experimentos con diferentes especies, sin llegar a establecer una

regla especifica.

3.7.3. Efecto de la humedad en la madera durante el tiempo de acondicionamiento

Feihl ( 1971 ), señala la interrelación del peso especifico de la madera húmeda y

madera anhidra con el tiempo de calentamiento requerido en dos especies

diferentes. Se observa que el peso especifico en verde es determinante del tiempo

de calentamiento, correspondiendo un mayor tiempo de calentamiento para la

madera de mayor humedad.

Fleischer ( 1959 ), indica que el calentamiento de la madera con menos de 30% de

contenido de humedad es más lento en comparación con la madera verde.

Moreno y Devlieger ( s/f ), mencionan que a mayor humedad en la madera se

requieren mayores tiempos de macerado

3.8. Influencia del pH (acidez) del agua utilizada en el acondicionamiento

Zavala, ( 1993 ) indica que un medio alcalino o neutro favorece la velocidad de

transferencia de calor en la madera. Al incorporar hidróxido de sodio (detergente

comercial) en el agua utilizada en el acondicionamiento de madera, se disminuye

la acidez, incrementando de esta manera la transferencia de calor en la troza,

debido a ello son utilizadas diversas sustancias reguladoras del pH.

3.9. Secuelas de acondicionamiento

Debido a que las características de la madera provocan diversas variaciones en su

comportamiento durante el proceso de obtención de chapa, se ha generado

información que relaciona las temperaturas del medio termoconductor con

periodos de tiempo para acondicionar a la madera con la finalidad de facilitar su

corte y mejorar las características de la chapa producida.

La capitol Machine Co.( s/f ), citado por Zamudio ( 1975 ), recomienda secuelas

de acondicionamiento para diferentes especies relacionando las temperaturas del

agua de calentamiento con los periodos en los que se aplica ( Cuadro 6 ).

Cuadro 6. Secuelas de acondicionamiento recomendadas por la Capitol Machine Co.

ESPECIE TEMPERATURA PERIODOS Alamo temblon 60º C una noche

Caoba mexicana 74 a 88º C una noche según grosor Nogal americano 60 y 71º C 12 horas cada periodo

Cedro rojo 93º C dos noches Cerezo europeo 79º C una noche

Eucalipto 88º C dos noches Encino rojo 71 a 82º C una noche, y

82 a 88º C la segunda noche Encino blanco 79º C dos noches

Fuente: La capitol Machine Co. ( s/f ) , citado por Zamudio ( 1975 ).

3.10. Temperatura de la madera durante el desenrollado o rebanado de la chapa

La temperatura de la madera al momento del corte determina la calidad de la

chapa con respecto a su tersura, rajaduras, grietas y vellosidades, además de la

facilidad o dificultad del corte.

Se considera que en general las maderas suaves con un peso específico menor

de 0.40 gr cm-3 , no requieren de calentamiento para obtener chapa de buena

calidad.

( Peters, 1974 ; Feihl, 1975 )

En el caso de las latifoliadas, la temperatura de corte está muy ligada con la

densidad de la madera, estableciendo que para especies de 0.46 a 0.55 g cm-3 la

temperatura de corte es de 59º C, para las de 0.55 a 0.59 g cm-3 de 70º C y para

las de 0.60 a 0.64 g cm-3 de 92º C, estas temperaturas de calentamiento

requeridas para coníferas son más altas que para las latifoliadas de densidades

similares. Esta diferencia se debe a la presencia de madera de verano en los

anillos de crecimiento que es más densa que la madera de primavera ( Fleischer,

1959 ).

El Pinus ponderosa se tornea de 15.5° C (60º F) a 60° C (140º F) y se rebana de

60° C (140º F) a 82° C (180º F), el Pinus strobus se calienta de 21° C (70º F) a

49° C (120º F) para chapa torneada, y de 49° C (120º F) a 60° C (140º F) para

chapa rebanada ( Lutz, 1972 ).

El rango de temperaturas observado en las trozas al momento de corte en el

torno, ha sido de 43 a 52º C en el centro y de 65 a 70º C en la periferia ( Moreno y

Espejel, 1983 ).

En la industria del triplay de la Ciudad de México y la zona metropolitana, las

temperaturas en las trozas al momento del corte varían entre industrias, aún

cuando se trate de la misma especie, presentándose un rango de 25 a 45º C (

Zavala, 1991 ).

La mayoría de los inconvenientes en el calentamiento de las trozas se debe al uso

de temperaturas muy altas o a tiempos de calentamiento muy prolongados. En el

caso de las trozas de encino, el sobrecalentado puede provocar rajaduras en la

cabeza de la troza, y en las coníferas se pueden presentar superficies vellosas en

la madera de primavera ( Lutz, 1972 ).

Fleischer ( 1959 ) estableció una relación directa de las temperaturas de corte en

función de la densidad de la madera ( Cuadro 7 ).

Cuadro 7. Temperaturas óptimas para el corte de chapa en función de la densidad de la madera.

DENSIDAD ( g cm-3 )

TEMPER. DE CORTE(º C)

Menos de 0.40 Temperatura ambiente0.46 A 0.54 59 0.55 A 0.59 70 0.60 A 0.64 92

Fuente: Fleischer ( 1959 )

Fleischer ( 1959 ), determino las temperaturas más favorables de la madera en

distintas especies para el corte de chapa en torno ( Cuadro 8 ).

Cuadro 8. Temperaturas de corte para diversas especies.

ESPECIE DENSIDAD ( g cm-3 )

TEMPER (º C)

Pinus ponderosa 48 a 65 Pinus leiophylla 70 a 87 Quercus alba 0.60 33 a 92

Liquidambar styraciflua 0.46 15 a 59 Fuente: Fleischer ( 1959 )

3.11. Características del torno que influyen en la calidad de la chapa

Un torno perfectamente instalado y ajustado, garantiza en cierta medida una mejor

calidad en la chapa generada, considerándose como los aspectos más

importantes los siguientes ( Muñoz, 1992 ):

a) Una cimentación nivelada y sólida para la base del torno.

b) El torno requiere estar debidamente ajustado en:

1) Posición de la cuchilla.

2) Abertura vertical.

3) Abertura horizontal.

c) Adecuado afilado y biselado de la cuchilla.

3.11.1. Ajuste de la posición de la cuchilla El filo de la cuchilla debe coincidir perfectamente con la línea central de los

husillos del torno. Se ajusta de manera vertical por medio de los tornillos y

posteriormente se coloca de manera horizontal al centro de los mandriles. La

variación en la inclinación de la cuchilla no alterara la posición de la orilla de corte

ni horizontal ni verticalmente.

Cuando la cuchilla está fija se alinea con referencia a los mandriles, poniendo el

extremo del carro contra ellos, ajustándolos contra el filo , la distancia del mandril

a los extremos de la cuchilla deberá ser homogénea en toda su longitud (

Fleischer, 1959 ).

Es importante mencionar que tanto la cuchilla como la placa de respaldo deberán

conservarse limpias durante todo el proceso ( Muñoz, 1992 ).

3.11.2. Abertura vertical

La abertura vertical es la que existe entre la barra de presión (extremo inferior) y

la

cuchilla ( Figura 1 ). Para modificarla, por lo general se adelanta o retrasa la barra

de presión por arriba de la orilla de corte de la cuchilla y el espacio o distancia

entre la barra de presión y el filo de la cuchilla, se determina en función del

espesor de la chapa que se pretenda producir. Por regla general la posición será

de ⅓ a ½ del grueso de la chapa a obtener ( Fleischer , 1959 ).

3.11.3. Abertura horizontal Lo compacto y tersura de la chapa aumenta con el incremento de la presión de la

barra de presión o contracuchilla ( Figura 1 ). Se recomienda fijar la abertura

inicialmente en 70% y hasta el 90% del espesor la chapa deseada, haciéndose un

ajuste al final, después de determinar la calidad de la chapa

producida ( Fleischer, 1959 ).

3.11.4. Afilado y biselado de la cuchilla

Para la obtención de una chapa de mejor calidad es necesario contar con una

cuchilla debidamente afilada y biselada, el filo debe ser recto con el fin de que el

corte sea adecuado.

Mientras más ancho sea el bisel de la cuchilla, mejor será el corte (desenrollado) y

la calidad de la chapa generada, sin embargo mientras más ancho es el bisel

también se vuelve más frágil al deterioro ocasionado por los nudos o textura de la

madera o por materiales accidentalmente incrustados en ella ( Muñoz, 1992 ).

Figura 1. Abertura vertical y horizontal entre la cuchilla y la barra de presión

4. MATERIALES

Para la realización de este trabajo se utilizó el siguiente material y equipo que se

encuentra en el laboratorio de la planta piloto de la División de Ciencias Forestales

en la Universidad Autónoma Chapingo :

1.- Tanque de acondicionamiento

2.- Termómetro de mercurio

3.- Taladro eléctrico

4.- Agua de acondicionamiento

5.- Caldera

6.- Torno

7.- Trozas de Pinus ayacahuite Ehr.

8.- Potenciómetro

9.- Mesa transportadora y guillotina

4.1. Tanque de acondicionamiento

Para el acondicionamiento de la madera estudiada ( Pinus ayacahuite Ehr. ) se

utilizó un tanque para el calentamiento de trocería empleado en la producción de

chapa torneada, ubicado en la planta piloto de la División de Ciencias

Forestales ( Figura 2 ), construido con concreto armado y con un serpentín

radiador de calor, de tubería galvanizada de 6 cm de diámetro, este tanque se

encuentra abajo del nivel del piso, tal como se utiliza en la industria del triplay y

chapa.

El tanque de acondicionamiento tiene las siguientes dimensiones; 2.0 x 5.4 m y

una profundidad de 2.0 m ( Figura 3 ):

Figura 7. Acondicionamiento de la madera para su posterior desenrollado. Figura 2. Tanque para el acondicionamiento de trocería en la producción de chapa desenrollada (torneada)

Figura 3. Dimensiones del tanque de acondicionamiento.

4.3. Agua del tanque de acondicionamiento

El agua que se utilizó para el calentamiento y el acondicionamiento de la trocería,

es la que se encuentra en la red de distribución de la Universidad Autónoma

Chapingo. 4.4. Taladro eléctrico

Para la determinación de la temperatura en el interior de la madera fue necesaria

la perforación de la troza hasta el centro del diámetro, mediante un taladro

eléctrico con una broca de 1 cm de diámetro y 30 cm de longitud.

4.5. Potenciómetro

El grado de acidez o alcalinidad (pH) del agua utilizada para el acondicionamiento

de la madera, se determinó utilizando un potenciómetro digital.

4.6. Torno El torno utilizado para la obtención de la chapa es de la marca Jusan de origen

español ( Figura 5 ), tiene una longitud de 5 pies de largo y cuenta con los

siguientes mecanismos:

1) Espigas con mordazas o husillos que sostienen a la troza en su movimiento

giratorio.

2) Carro sostén de la cuchilla y contracuchilla.

3) Tornillos de ajuste para la posición de avance y retroceso del carro.

4) Mecanismo de variación del ángulo en función del diámetro de la troza al

desenrollarse.

Dispositivo de sincronización que determina el grosor de la chapa. El motor eléctrico tiene una potencia de 60 H.P. ,los husillos tienen los siguientes

diámetros:

- Husillos internos: 7 cm ( 2 3/4” )

- Husillos externos: 14 cm ( 5 33/64” )

Figura 5. Torno en el que se efectuó el desenrollado de las trozas.

4.7. Mesa transportadora La mesa transportadora de la chapa generada en el torno tiene una longitud de 8

m de largo y en el extremo opuesto tiene una guillotina neumática para sanear y

dimensionar la chapa ( Figura 6 ).

Figura 6. Mesa transportadora de la chapa y la guillotina neumática.

4.8. La especie estudiada

Ficha técnica del Pinus ayacahuite Ehr.

4.8.1. Nombre botánico Pinus ayacahuite Ehr.

Familia.- Pinaceae.

4.8.2. Nombres comunes Ayacahuite (Puebla); cahuite y pino (México, D.F.); sisigüiri (Michoacán); acalote

(Veracruz) ( Olvera, 1983 ).

4.8.3. Sinonimias

Pinus veitchii Roezl

Pinus bonapartea Roezl

Pinus loudoniana Gord.

( Olvera, 1983 ).

4.8.4. Ecología y distribución

Vegeta en los estados de Guerrero, Hidalgo, México, Michoacán, Morelos, Puebla,

Veracruz y el Distrito Federal ( Olvera, 1983 ).

4.8.5. Descripción de la madera

La madera no presenta diferencia de color entre albura y duramen, la madera

temprana es rosa y la tardía castaño claro; olor resinoso y sabor no característico;

brillo bajo; veteado suave; textura mediana e hilo recto.

Anillos de crecimiento poco marcados por una banda clara de madera temprana y

una banda obscura de madera tardía; su anchura es homogénea; la madera

temprana ocupa más de la mitad del total de cada anillo, los que se presentan en

un número de 5 a 8 en 2.5 cm; la transición entre la madera temprana y la tardía

es gradual; los rayos se ven a simple vista en las caras transversal y radial.

Canales resiníferos visibles a simple vista ( Olvera, 1983 ).

4.8.6. Características tecnológicas a) Densidad básica : 0.42 g cm-3

b) Contracción total volumétrica : 13.64%

c) Contracción total tangencial : 8.43%

d) Contracción total radial : 3.55%

e) Relación entre contracción tangencial y radial T/R : 2.39

f) Coeficiente de contracción volumétrica : 0.46

• Punto de saturación de la fibra 25%

• Módulo de elasticidad (MOE) al 12 % C.H 118,000 kg cm-2

• Módulo de ruptura al 12% C.H 841 kg cm-2

• Esfuerzo al límite de proporcionalidad al 12 CH 584 kg cm-2

• Compresión paralela a la fibra 458 kg cm-2

• Compresión perpendicular a la fibra 46 kg cm-2

• Dureza lateral ( Janka ) 279 kg cm-2

( Fuentes, 1998 ).

4.8.7. Usos

Este tipo de madera se destina para aserrarla, chapa, pulpa para papel, postes,

construcciones, artesanías , tapas y tacones en la industria del calzado ( Olvera,

1983 ).

4.8.8. Usos sugeridos

La madera puede ser utilizada para artículos decorativos, chapa fina, artículos de

fantasía, juguetes, marcos, pirograbado, torneado, material didáctico, artículos

escolares como reglas, transportadores, etc. y madera aserrada de alta calidad y

para la elaboración de lápices ( Olvera, 1983 ).

4.2. Caldera

Las características técnicas de la caldera utilizada en este trabajo se indican a

continuación ( Figura 4 ):

Marca : Notholt Industrial.

Potencia : 30 H.P.

Capacidad : 469 kg de vapor / Hr

Superficie

de calefacción : 16 m2 (agua)

Presión de

a) diseño : 10.5 kg cm-2

b) trabajo : 8.8 kg cm-2

Figura 4. Caldera utilizada para el calentamiento del medio termoconductor (agua).

5. METODOLOGÍA

Este trabajo, se realizo en el laboratorio de la planta piloto de la División de

Ciencias Forestales, en la Universidad Autónoma Chapingo.

Se aplicaron cuatro ensayos de acondicionamiento de las trozas para la obtención

de chapa, considerando en cada una de ellas :

A) Características generales de la secuela (tiempo y temperatura)

B) Evolución de la temperatura durante el acondicionamiento

En cada ensayo se evaluaron las siguientes características de las trozas

procesadas:

1) Los diámetros

2) La longitud

3) La temperatura de desenrollado

De manera visual y como se detallo anteriormente se determinó la calidad de la

chapa producida obteniendo posteriormente el contenido de humedad.

Cada ensayo para su evaluación se constituyó de la siguiente forma :

La primera secuela consistió en colocar en el tanque de acondicionamiento cinco

trozas.

En la segunda etapa se instalaron en el fondo del tanque diez trozas,

empleándose para este estudio cinco de ellas las cuales fueron elegidas al azar.

En la tercer etapa se sometieron al acondicionamiento 26 trozas, evaluándose seis

de ellas.

La cuarta y última etapa se caracterizó por introducir en los tanques de

acondicionamiento el mayor número de trozas (28), registrándose los resultados

de cinco elegidas al azar.

El proceso de acondicionamiento de la madera de Pinus ayacahuite Ehr. para la

obtención de chapa desenrollada de 5 mm de espesor fue el siguiente:

5.1. Preparación de la troza

En este estudio se utilizaron trozas con las siguientes características:

1. - Trozas exclusivamente de fuste comercial

2.- Trozas cilíndricas (diferencia máxima entre diámetro mínimo y el diámetro

máximo igual al 10 % del diámetro mínimo), sin deformaciones (ahusamiento

máximo y/o una curvatura máxima de 2.5 cm por metro lineal), con la médula al

centro, sanas y libres de defectos.

3. - Trozas con diámetro mínimo de 35 cm (sin corteza).

4. - Trozas con longitudes mayores a 1.10 m .

5.2. Suministro del agua en el tanque de acondicionamiento y determinación del pH

Se verteo agua en el tanque de acondicionamiento hasta llenarlo, con lo que se

cubrió perfectamente la superficie de todas las trozas. Para la determinación de la

acidez del agua, se tomó una muestra, para posteriormente analizarla mediante un

potenciómetro, resultando un pH de 7.0.

5.3. Acondicionamiento de la madera

En este estudio se manejaron cuatro etapas. En cada una de ellas se utilizó una

secuela diferente con la finalidad de definir la mejor en función de la calidad de la

chapa.

La colocación de las trozas en el tanque de acondicionamiento se llevó a cabo

mediante un polipasto y una grúa viajera.

Las temperaturas del agua se manejaron en un rango de 20 a 120º C,

modificadas en función de la calidad de chapa generada tendiente a mejorarla con

el avance del trabajo.

Se seleccionaron las temperaturas de las trozas para su desenrollado, en base a

la densidad de la especie, que para una densidad media correspondió a un rango

de 45 a 60º C.

Es conveniente mencionar que la densidad de la madera influyó en la

determinación de las temperaturas y de los tiempos de acondicionamiento,

fundamentándose en lo reportado por Zavala ( 1991 ).

El agua se utilizó como el medio termoconductor ( Figura 7 ). 5.4. Medición de la transferencia de calor

Se registraron las temperaturas del agua en intervalos regulares de 30 minutos

durante la etapa de calentamiento de las trozas para cada una de las secuelas

aplicadas ( Figura 8 ).

Figura 8. Medición de la temperatura del agua durante el calentamiento de las trozas. Cuadro 9. Características de las cuchillas del torno

Angulo de presión 15º Angulo de colocación de la barra 16º Angulo de inclinación de la barra 14º Angulo de ataque de la cuchilla 24°

Angulo de la cuchilla 17° Angulo de incidencia de la cuchilla 4°

Distancia horizontal entre cuchilla y contracuchilla 5 mm Distancia vertical entre cuchilla y contracuchilla 2 mm

bisel de la cuchilla 32 mm

Figura 12. Angulos de la cuchilla y de la barra de presión en el plano vertical

Se utilizaron cuchillas de acero con un espesor de 12 mm ( 15/32” ) , un ancho de

4 cm ( 4 6/8” ) y una longitud de 5´.

5.5. Perforación de las trozas

Para poder determinar las temperaturas por efecto de calentamiento se realizó

una perforación en el centro y en la parte media de la troza a una profundidad de

aproximadamente 15 cm.

Angulo de presión

Bisel

Angulo de la barra

Angulo de inclinación

Cuchilla

Barra de presión

EJE VERTICAL

Angulo de ataque

Filo de cuchilla

EJE HORIZONTAL

Angulo de incidencia

Angulo de la cuchilla

5.6. Descortezado

Al finalizar cada secuela, las trozas se sacaron del tanque, con la ayuda de un

polipasto y una grúa, colocándose frente al torno, para posteriormente

descortezarlas mediante una pala ( Figura 9 ).

Figura 9. Proceso de descortezado de las trozas.

5.7. Temperaturas de las trozas

Previamente al desenrollado, se determinaron las temperaturas de la trozas

mediante un termómetro de mercurio, colocado en la perforación que se realizó

con la broca en el centro del diámetro de las trozas ( Figura 10 ).

Figura 10. Determinación de las temperaturas de las trozas previamente a su desenrollado.

5.8. Desenrollado de las trozas

Posteriormente al descortezado y determinación de la temperatura, se procedió

con el desenrollado de las trozas para la obtención de la chapa ( Figura 11 ).

Figura 11. Proceso de desenrollado de las trozas.

Las características de la cuchilla y la barra de presión del torno utilizado en este

trabajo se indican en el Cuadro 9 y en la Figura 12.

5.9. Determinación de la calidad de la chapa

La forma como se clasificó la chapa en este estudio fue de acuerdo al método

utilizado por Zavala ( 1993 ), de manera visual considerando rajaduras,

vellosidades y textura.

La calidad de la chapa resultante se clasificó utilizando 3 categorías:

a) BUENA b) REGULAR c) MALA

Las características de la categoría A (buena), fueron:

- Chapa libre de defectos.

Las características de la categoría B (regular), fueron:

- Chapa con presencia de rajaduras, vellosidades y asperezas hasta en un

20% de la superficie.

Las características de la categoría C (mala), fueron:

- Chapa con presencia de rajaduras, vellosidades y asperezas mayor del

20% de la superficie.

5.10. Determinación del contenido de humedad en la chapa El contenido de humedad ( C.H. ) de la chapa producida se determinó por medio

del método de deshidratación que se considera como uno de los más precisos y el

más utilizado, aunque requiere de tiempos prolongados para deshidratar

secciones pequeñas de madera, esta muestra se pesa inmediatamente,

obteniendo el peso húmedo (pH), posteriormente se introduce en un horno con

una temperatura de 100 ± 2º C por un periodo de 24 horas, pesándola

nuevamente para determinar su peso anhidro (Po) . El contenido de humedad se

calculó utilizando la fórmula ( ASTM, 1977 ) :

%CH = ( Ph – Po / Po ) (100)

Donde :

CH= Contenido de humedad

Ph = Peso húmedo

Po = Pesó anhidro

Para poder obtener el contenido de humedad de la chapa generada en cada troza,

se tomaron 6 muestras de aproximadamente 10 cm de longitud por 5 cm de ancho

de diferentes secciones, determinándose el rango del contenido de humedad de

cada troza procesada.

5.11. Cálculo de rendimientos de la chapa producida Debido a que la disponibilidad de los recursos naturales es cada vez menor, es

ineludible adoptar procesos que maximicen la utilización de la materia prima,

aunado a una menor generación de desperdicios.

Uno de los factores que motivaron la realización de este trabajo fue el obtener un

mayor coeficiente de aprovechamiento en la madera, el cual se determinó con

base en la siguiente información:

- Diámetros de la troza

- Diámetros del sobrante (rolo o bolillo)

- Longitud de la troza

- Grosor de la chapa producida

La diferencia de los diámetros de cada troza se utilizó como parámetro para

determinar el desperdicio por efecto del redondeo. Se utilizó la fórmula de Smalian

citada por Romahn ( 1987 ) , para determinar el volumen inicial de la troza y del

rolo, considerando el promedio de las áreas básales o de ambas cabezas, a través

del diámetro sin corteza en ambos extremos para determinar la superficie y

posteriormente multiplicar su promedio por la longitud y así obtener el volumen de

las trozas.

A + B

Vsma = 2 L

Donde :

Vsma = volumen de la troza

A = área basal en la cabeza mayor de la troza

B = área basal en la cabeza menor de la troza

L = longitud

π D2 Considerando que el área del círculo es A = π r2 = = 0.7854 D2 4

La fórmula se puede expresar a través de la siguiente relación:

a D2 + b D2

Vsma = 0.7854 2 L

= 0.3927 ( a D2 + b D2 ) L

Donde :

aD = Diámetro del área A

bD = Diámetro del área B

Obteniendo el volumen aprovechable de cada troza ( VaT ) y dividiéndolo entre el

grosor de la chapa generada ( 5 mm ) se determino la superficie aprovechable de

chapa de cada troza procesada ( SaC ). VaT SaC = 5 mm ( grosor de la chapa )

Donde:

SaC = Superficie aprovechable de chapa

VaT = Volumen aprovechable de la troza ( volumen de la troza – volumen rolo )

Las tabletas de chapa de madera utilizadas para la fabricación de lápices se les

denomina 7w ó 7 play, las cuales presentan las siguientes dimensiones ( Figura

13 )

7.1 cm 18.5 cm Figura 13. Dimensiones de la tableta 7w ó 7 play para la fabricación de lápices. El área de cada tableta es de 0.013 m2 con un espesor de 5 mm y en ella se

maquinan 9 canales o ranuras por lo tanto cada tableta produce 4.5 lápices, se

puede calcular que 1 m2 de chapa de 5 mm de espesor producirá 77 tabletas de

tipo 7w ó 7 play con un rendimiento de 346.5 lápices.

6. ANÁLISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS Los resultados de los cuatro ensayos (secuelas) de acondicionamiento aplicados,

obtenidos conforme a lo planteado en la metodología, se presentan en los

Cuadros 11,13,15 y 17 donde se describe cada secuela mientras que en los

Cuadros 12,14,16 y 18 se especifican las características de las trozas y la

evaluación de la calidad de la chapa .

Previo al análisis de las variables presentadas en este trabajo, es conveniente

señalar algunos aspectos generales que se observaron en el desarrollo de las 4

secuelas de acondicionamiento aplicadas en este estudio:

1.- Los tiempos de acondicionamiento (temperatura del agua) en la secuela

fueron constantes sin presentarse interrupciones, con la finalidad de evitar

descensos de temperatura del agua.

2.- Las temperaturas de calentamiento del agua se apegaron de acuerdo a las

secuelas de acondicionamiento previamente establecidas.

3.- No se utilizó una cubierta en los tanques de acondicionamiento, lo que

ocasionó perdidas de calor del agua durante el proceso de calentamiento , sin

embargo estos tanques son muy similares a los utilizados en la industria del triplay

El desarrollo de las temperaturas del agua en los cuatro ensayos o secuelas

aplicadas, se indican en el Cuadro 10. Las temperaturas registradas se

determinaron en intervalos de 30 minutos.

Cuadro 10. Temperaturas del agua registradas en las cuatro secuelas evaluadas.

TEMPERATURAS DEL AGUA (ºC) TIEMPO DE CALENTAMIENTO SECUELA 1 SECUELA 2 SECUELA 3 SECUELA 4

0:00 20 20 20 18 0:30 35 36 35 35 1:00 37 40 52 50 1:30 40 40 50 50 2:00 62 40 50 50 2:30 70 40 50 50 3:00 72 40 50 50 3:30 79 40 50 50 4:00 81 40 50 50 4:30 83 40 50 50 5:00 86 40 50 50 5:30 89 40 50 50 6:00 93 40 50 50 6:30 91 40 50 55 7:00 78 40 50 60 7:30 93 40 50 60 8:00 90 40 50 60 8:30 93 44 55 60 9:00 94 50 60 60 9:30 97 50 60 60 10:00 99 50 60 60 10:30 105 50 60 60 11:00 103 50 60 60 11:30 106 50 60 60 12:00 106 50 60 60 12:30 104 50 60 60 13:00 100 50 60 60 13:30 105 50 60 66 14:00 108 50 60 75 14:30 110 50 60 75 15:00 110 50 60 75 15:30 110 50 60 75 16:00 108 50 60 75 16:30 103 53 71 75 17:00 109 60 70 75 17:30 112 60 70 75 18:00 114 60 70 75 18:30 117 60 70 75 19:00 115 60 70 75 19:30 115 60 70 75 20:00 115 60 70 75 20:30 112 60 70 21:00 114 60 70 21:30 114 60 70 22:00 115 60 70 22:30 113 60 70 23:00 110 60 70 23:30 111 60 70 24:00 110 60 70

Como se puede apreciar en el Cuadro 10 el tiempo de calentamiento del agua

en las secuelas 1,2 y 3 tuvieron una duración de 24 horas, mientras que en la

secuela 4 el tiempo se redujo a 20 horas.

Las temperaturas del agua variaron no sólo al término de cada secuela, sino

también en los diferentes intervalos del proceso de acondicionamiento de la

trocería, debido a las modificaciones que se realizaron en función de la calidad de

la chapa generada en cada ensayo.

A continuación se analiza la información generada en este trabajo para cada una

de las cuatro secuelas aplicadas.

6.1. Secuela 1

El tiempo de duración del proceso de calentamiento de esta secuela fue de 24

horas, sin un periodo de inmersión de la troza en agua previo a su calentamiento.

La descripción de los periodos de tiempo con sus diferentes rangos de

temperatura del agua de los tanques de ablandamiento se señalan en el Cuadro

11 y en la Figura 14.

Cuadro 11. Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento en la secuela 1

TIEMPO TEMPERATURA ° C 2 horas 60° 6 horas 60° a 90° 8 horas 90° a 110° 6 horas 110° a 115° 2 horas 115° a 100°

0

20

40

60

80

100

120

140

0:00 7:30 15:00 22:30TIEMPO HORAS

TEM

PER

ATU

RA

ST° AGUAT° TROZA 1T° TROZA 2T° TROZA 3T° TROZA 4T° TROZA 5

Figura 14. Comportamiento de las temperaturas de calentamiento del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 1.

Como puede apreciarse en la Figura 14, la temperatura del agua se aplicó en un

periodo de 24 horas con una trayectoria ascendente en un rango de 20 a 115° C,

sin presentar descensos.

La calidad de la chapa generada de las cinco trozas procesadas se clasificó como

mala debido a la presencia de vellosidades, rajaduras, grietas, asperezas y

cambios de color además de dificultarse su desenrollado por las altas

temperaturas aplicadas en el calentamiento ( Cuadro 12 ).

Cuadro 12. Evaluación de la calidad de la chapa generada con la secuela 1

# TROZA

DIÁMETRO Promedio (cm)

LONGITUD ( m )

T° CORTE( ° C )

CALIDAD Chapa

1 42 1.20 85 C 2 55 1.20 80 C 3 47 1.20 80 C 4 48 1.20 70 C 5 44 1.20 61 C

Debido a que el proceso de calentamiento de la secuela 1 generó chapa de baja

calidad, fue necesario la aplicación de otra secuela con temperaturas de

calentamiento del agua mas bajas, con la finalidad de evitar el desarrollo de

vellosidades de la chapa que se generen por la aplicación de temperaturas altas.

6.2. Secuela 2

Esta secuela se aplicó en un periodo de 24 horas en trozas, que no se sometieron

a un periodo de inmersión en agua previo a su calentamiento ( Cuadro 13 ).

Cuadro 13. Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento en la secuela numero 2

TIEMPO TEMPERATURA ° C 1 hora Alcanzar los 40° 7 horas Mantener los 40° 1 hora Pasar de los 40° a 50° 7 horas Mantener los 50° 1 hora Pasar de los 50° a 60° 7 horas Mantener los 60°

Como se puede apreciar en el Cuadro 13, el proceso de calentamiento de la

troza se aplicó durante 24 horas, en un rango que no rebasó los 60° C .

0

10

20

30

40

50

60

70

00:00 07:30 15:00 22:30

TIEMPO HORAS

TEM

PER

ATU

RA

°CT° AGUAT° TROZA 1T° TROZA 2T° TROZA 3T° TROZA 4T° TROZA 5

Figura 15. Comportamiento de las temperaturas de calentamiento del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 2. Como se observa en la Figura 15, la temperatura se mantuvo constante durante

tres periodos, presentando ascensos graduales de los 20 a 60° C .

No se presentaron descensos en el calentamiento del agua durante el proceso de

ablandamiento o acondicionamiento, siendo las temperaturas alcanzadas por las

trozas muy similares.

El proceso de desenrollado de las trozas presentó dificultades, lo que se manifestó

en rajaduras y grietas en la chapa que impidieron que se obtuviera una sábana

continua, afectando sus rendimientos. En cuatro de las cinco trozas procesadas

la calidad de la chapa fue muy pobre (“c”) y solo en una troza su calidad resultó

ser regular (“b”) ( Cuadro 14 ). Se observaron gran cantidad de grietas alrededor

de los nudos, debido a la deficiencia del proceso de calentamiento de las trozas.

Cuadro 14. Evaluación de la calidad de la chapa generada con la secuela 2

# TROZA

DIÁMETRO Promedio (cm)

LONGITUD(m)

Tº CORTE( ° C )

CALIDAD Chapa

1 38 1.21 38 C 2 42 1.32 38 C 3 44 1.36 37 C 4 42 1.20 35 C 5 38 1.37 41 B

Con la finalidad de corregir las causas que influyeron en la baja calidad de la

chapa, se propuso la aplicación de la “secuela 3” aumentando la temperatura de

desenrollado en las trozas 6.3. Secuela 3

El tiempo de duración en esta secuela fue de 24 horas, sin inmersión de las

trozas en agua antes del proceso de calentamiento.

Se aplicó la “secuela 3” aumentando la temperatura máxima del agua de

acondicionamiento al final de la secuela a 70° C ( Cuadro 15 ).

Cuadro 15. Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento en la secuela numero 3

TIEMPO TEMPERATURA ° C 1 hora Alcanzar los 50° 7 horas Mantener los 50° 1 hora Pasar de los 50° a 60° 7 horas Mantener los 60° 1 hora Pasar de los 60° a 70° 7 horas Mantener los 70°

0

10

20

30

40

50

60

70

80

00:00 07:30 15:00 22:30 TIEMPO HORAS

TEM

PER

ATU

RA

°CT° AGUAT° TROZA 1T° TROZA 2T° TROZA 3T° TROZA 4T° TROZA 5

Figura 16. Comportamiento de las temperaturas de calentamiento del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 3. Como se observa en la Figura 16, se mantuvo un ascenso de la temperatura del

agua en un rango de 25 a 70º C.

La chapa generada de la troza tres no presentó defectos que afectaran su calidad,

sin embargo se observaron algunas asperezas y rajaduras en la chapa producida

por las demás trozas, pero no tan frecuentes como en secuelas anteriores (

Cuadro 16 ), por lo que las calidades de las chapas mejoraron notablemente,

sin embargo la dificultad del desenrollado impidió la obtención de una chapa

continua ocasionando desperdicios en el saneado e interrupción en el proceso de

desenrollado.

Cuadro 16. Evaluación de la calidad de la chapa generada con la secuela 3

# TROZA

DIAMETRO Promedio (cm)

LONGITUD( m )

Tº CORTE ( ° C )

CALIDAD Chapa

1 46 1.36 46 B 2 53 1.38 46 B 3 44 1.36 48 A 4 48 1.21 45 B 5 45 1.22 45 B 6 54 1.20 47 B

Con la aplicación de la secuela 3 se generó chapa de calidad “regular”, por lo que

se planteo la necesidad de aplicar una secuela con mayor temperatura y un menor

tiempo de acondicionamiento de las trozas en agua.

6.4 Secuela 4

Esta secuela se aplicó en un periodo de 20 horas y sin un periodo de inmersión de

las trozas en agua previo a su calentamiento.

La temperatura del agua en esta secuela alcanzó los 75° C y a diferencia de las

anteriores, tuvo una duración de 20 horas ( Cuadro 17 ).

Cuadro 17. Relación de tiempos y temperaturas del agua de calentamiento en la secuela numero 4

TIEMPO TEMPERATURA ° C 1 hora Alcanzar los 50° 5 horas Mantener los 50° 1 hora Pasar de los 50° a 60° 6 horas Mantener los 60° 1 hora Pasar de los 65° a 75° 6 horas Mantener los 75°

0

10

20

30

40

50

60

70

80

00:00 05:00 10:00 15:00 20:00TIEMPO HORAS

TEM

PER

ATU

RA

°CT° AGUAT° TROZA 1T° TROZA 2T° TROZA 3T° TROZA 4T° TROZA 5

Figura 17. Comportamiento de las temperaturas de calentamiento del agua y temperaturas de las trozas al momento del desenrollado con la secuela 4. Como puede apreciarse en la secuela 4 ( Figura 17 ), se alcanzó una temperatura

de 75° C, en un tiempo de 20 horas, Comparada con la secuela anterior se

aumentó la temperatura y a su vez se redujo el tiempo de su aplicación.

Las trozas acondicionadas con la secuela 4 generaron una chapa libre de

defectos, el color fue muy homogéneo, no se presentaron grietas ni se

desarrollaron vellosidades alrededor de los nudos, la cara y trascara de la chapa

fueron en sus características indiferenciables ( grietas en trascara ), por lo que se

puede aseverar que no se apreciaron defectos ( Cuadro 18 ).

No se manifestaron dificultades en el proceso de desenrollado de las trozas, se

redujeron los desperdicios provocados por el saneo de la chapa debido a la

obtención de una lámina o capa continua y a la vez se abatió el tiempo de

dimensionado de la chapa en la guillotina de la mesa “verde” mejorando en

general la calidad de la chapa y el proceso de torneado de las trozas y el

dimensionado de la chapa.

Cuadro 18. Evaluación de la calidad de la chapa generada con la secuela 4

# TROZA

DIAMETRO Promedio (cm)

LONGITUD( m )

Tº CORTE ( ° C )

CALIDAD Chapa

1 38 1.22 48º A 2 47 1.3 49º A 3 37 1.32 52º A 4 48 1.3 50º A 5 48 1.37 48º A

6.5 Contenido de humedad en la chapa Las chapas obtenidas en las 4 secuelas presentaron los siguientes rangos de

contenido de humedad ( Cuadro 19 ).

Cuadro 19. Rangos de humedad en las chapas generadas.

Secuela 1 38% - 52% Secuela 2 39% - 53% Secuela 3 39% - 54% Secuela 4 37% - 48%

Como puede observarse en el cuadro anterior los contenidos de humedad fueron

similares para secuelas con duración de 24 horas de calentamiento que con la de

20 horas ( 37 a 54 % C.H. ) la cual es una variación muy pequeña.

6.6 Coeficiente de aprovechamiento de las trozas y de la chapa

Previo al análisis del coeficiente de aprovechamiento de las trozas es importante

recordar que se determinó un porcentaje de desperdicio debido a su redondeo

(ahuzamiento) , el cual se describe en el Cuadro 20.

Cuadro 20. Porcentaje de ahusamiento

Secuela 1 Secuela 2 Rango

diámetros (cm)

Ahusa-miento

(%)

Rango diámetros

(cm)

Ahusa- miento

(%) 39-34 13 37-40 8 53-56 5 40-43 7 46-47 2 41-48 15 45-50 10 39-48 19 41-47 13 36-39 8

promedio 9% promedio 11% Secuela 3 Secuela 4

Rango diámetros

(cm)

Ahusa-miento

(%)

Rango diámetros

(cm)

Ahusa-miento

(%) 44-47 6 37-40 8 49-56 13 44-51 14 41-46 11 36-38 5 46-51 10 44-51 14 42-47 11 47-49 4 52-56 7 promedio 9%

promedio 10% Promedio general (10%)

El factor de ahuzamiento encontrado en las trozas empleadas para el desarrollo

de este trabajo fue de un 10%

Para poder determinar el coeficiente de aprovechamiento de la troza fue

fundamental considerar la longitud y sus diámetros como también las del rolo o

bolillo.

La diferencia entre los diámetros de la troza y el rolo estableció el volumen

aprovechable lo que permitió calcular posteriormente el rendimiento de la chapa.

En el Cuadro 21 se muestran las columnas 1,2 y 3 que contienen los diámetros

promedios de las cabezas y la longitud de cada troza procesada. Aplicando la

fórmula de Smalian ( descrita anteriormente ) se calcularon los volúmenes de las

trozas, de la trozas redondeadas, de los rolos y como resultado los volúmenes de

chapa aprovechables ( columnas 4, 5, 7 y 8 ).

Se determino la superficie total de la chapa producida por cada troza (columna 9)

lo que permitió calcular los rendimientos en tabletas ( columna 10 ), finalmente se

estimó el número de lápices generados por cada m2 de chapa desenrollada , y que

se expone en la ultima columna .

Se puede establecer que en la medida que fue mejorando el acondicionamiento y

con ello las condiciones para el desenrollado de la madera el volumen del rolo

(sobrante) fue disminuyendo.

El volumen del rolo repercutió en el volumen aprovechable.

A pesar de que se genero en el ensayo de la secuela 3 un coeficiente de

aprovechamiento (77.7%) ligeramente mayor que en la secuela 4 (75.7%), esta

última obtuvo mayor cantidad de chapa de mejor calidad.

6.7. Variables consideradas en el análisis de resultados

Los resultados generados de la aplicación de las 4 secuelas de este trabajo se

evaluaron considerando las siguientes variables:

a) Características de las trozas procesadas

* diámetros

* longitud

* densidad de la especie

* temperaturas de corte (desenrollado)

* temperaturas y tiempos de calentamiento del agua

b) Calidad de la chapa

* contenido de humedad

6.8. Análisis de las variables consideradas y del coeficiente de aprovechamiento

El análisis de las variables implicadas en las secuelas de acondicionamiento se

realizaron de acuerdo a:

1) Representación gráfica correspondiente al comportamiento de la temperatura

del

agua y a la distribución de las temperaturas de desenrollado de las trozas, de

las secuelas evaluadas.

2) Comparación de las variables consideradas entre la secuela con mejor

calidad de chapa, y la información reportada por otros autores.

3) Comparación del coeficiente de aprovechamiento obtenido por la secuela que

mejor calidad de chapa generó en este trabajo y el manejado en la industria

lapicera nacional ( Lapimex ).

Como se indicó anteriormente, en este trabajo no se aplicó previo a la fase de

calentamiento, un periodo de inmersión de la troza en agua, pues el tiempo del

calentamiento de agua y el tiempo de inmersión de la troza fue el mismo.

6.9. Tiempo de acondicionamiento en la madera en función de su densidad

La alta competitividad en los mercados es una característica en nuestros días,

esto ocasiona (entre otras funciones) que toda empresa requiera una planeación

de la producción, lo cual implica el establecer tiempos destinados a cada área del

proceso.

De acuerdo con los resultados generados en este trabajo, el tiempo de

acondicionamiento que mejor calidad de chapa genero fue en la secuela 4, por lo

que podemos señalar de manera contundente que el tiempo óptimo de

acondicionamiento en la madera de Pinus ayacahuite Ehr. ( densidad media) fue

de 20 horas, estando dentro de los rangos reportados por Zavala (1991) y muy por

debajo de lo reportado por Moreno y Devlieger (s/f).

6.10. Temperaturas del agua en la fosa de acondicionamiento

Las temperaturas generadas en la fosa de acondicionamiento permitieron variar

la temperatura final de cada troza, por lo que fueron de vital importancia para este

estudio.

La secuela 1 se caracterizó por tener un incremento permanente en las

temperaturas, lo que no permitió periodos en los que se mantuviera constante, sin

embargo se presentaron descensos por poco tiempo que no rebasaron los 15° C

que se consideraron poco trascendentales. Se puede observar que el aumento en

la temperatura no fue de manera constante, ya que el incremento en las primeras

16 horas, dos terceras partes de esta secuela, fue mayor que en las últimas 8

horas.

En las secuelas 2, 3 y 4 se aplicaron por periodos temperaturas que se

incrementaron y se mantuvieron de una manera continua, lo que provocó que la

temperatura final (máxima) permaneciera invariable durante el ultimo periodo

( ultimas 7 horas en las secuelas 2 y 3 y en las ultimas 6 horas de la secuela 4 ).

Se puede observar que a la mitad del tiempo en las secuelas 2, 3 y 4 se alcanzó y

se mantuvo el punto medio de la temperatura (1er rango de t° alcanzada – t° del

rango final), lo que generó una distribución proporcional del tiempo y

temperatura

Las temperaturas de calentamiento del agua con mejor efecto en la madera para

la obtención de chapa de buena calidad fueron las generadas en la secuela 4 en

un rango de ± 18° C (temperatura ambiente) a 75° C.

Lo anterior puede observarse en la Figura 18.

Figura 18. Distribución de las temperaturas del agua de las 4 secuelas evaluadas

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

0 0 : 0 0 0 2 : 0 0 0 4 : 0 0 0 6 : 0 0 0 8 : 0 0 1 0 : 0 0 1 2 : 0 0 1 4 : 0 0 1 6 : 0 0 1 8 : 0 0 2 0 : 0 0 2 2 : 0 0 0 0 : 0 0H O R A S

TEM

PER

ATU

RA

S ºC

S E C U E L A 1

S E C U E L A 2

S E C U E L A 3

S E C U E L A 4

Estas temperaturas son semejantes a los reportados por Baldwin ( 1975 ) , por

Feihl y Golm ( 1975 ) y Zavala ( 1991 ).

6.11. Temperatura de la madera en el momento del desenrollado Las secuelas evaluadas generaron diferentes rangos de temperatura en la

madera al momento del desenrollado, presentándose en las temperaturas de la

secuela 4 la mejor calidad de chapa producida, este rango fue de 48° C a 52° C (

Figura 19 ).

Temperaturas más elevadas a este rango (secuela 1) provocaron en la chapa

vellosidades, grietas y cambios de color, mientras que con temperaturas más

bajas (secuelas 2 y 3) se observaron grietas alrededor de los nudos lo que

repercutió en la calidad de la chapa , en las 3 secuelas se presentaron

dificultades en el desenrollado lo que disminuyó el rendimiento de las trozas

procesadas.

En la medida que la temperatura de las trozas, previo a su desenrollado, se

aproximaron al rango generado en la secuela 4, se presentó mejor calidad de la

chapa producida.

Figura 19. Distribución de temperaturas de desenrollado de las trozas en las 4 secuelas aplicadas.

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

1 2 3 4 5 6T R O Z A S

TEM

PER

ATU

RA

S ºC

S E C U E L A 1

S E C U E L A 2

S E C U E L A 3

S E C U E L A 4

Estas temperaturas de desenrollado se encuentran dentro de los rangos

reportados por Zavala (1991), Moreno y Espejel (1983) , Palka(1974) y Fleischer

(1959).

6.12. Tiempos de acondicionamiento de las trozas en función de sus diámetros

Como se ha indicado la trocería utilizada en este estudio presentó características

similares en dimensiones y cualidades, lo que permitió que hubiera poca variación

en cuanto al efecto con las secuelas de calentamiento aplicadas ( Figura 20 ).

Figura 20. Diámetros promedios de las trozas utilizadas en las 4 secuelas aplicadas Se puede observar en la Figura 20 un rango en el diámetro de las trozas de 41 -

48 cm existiendo una diferencia (ahusamiento) de 7 cm .

Como consecuencia de que las diferencias fueron mínimas entre los diámetros de

las trozas, las formas resultaron casi cilíndricas.

20

25

30

35

40

45

50

55

1 2 3 4Secuela aplicada

Dia

met

ro (c

m)

Diametropromedio

Se considera que las trozas presentaron una estandarización en cuanto a sus

diámetros y calidades, por lo que se propone el tiempo de calentamiento en

función de los diámetros en la madera de Pinus ayacahuite Ehr. ( Cuadro 22 ) :

Cuadro 22. Tiempo de acondicionamiento en función de los diámetros,

propuesto para el desenrollado de la madera del Pinus ayacahuite Ehr.

DIAMETROS

PULGADAS CENTÍMETROS

TIEMPO DE CALENTAMIENTO

( HORAS )

14 a 22

36 a 56

20

CONDICIONES Temperatura del

agua en las fosas : 50 a 75° C.

Temperatura de corte en las trozas:

48 a 52° C 6.13. Contenido de humedad en la chapa Debido a que las secuelas 1, 2 y 3 tuvieron una duración de 24 horas, mientras

que en la secuela 4 el tiempo se redujo a 20 horas, se estableció una reducción

de tiempo de calentamiento (4 horas ) que se manifiesta en ahorros o menores

costos por efecto de uso de combustible, en ambos casos los rangos de contenido

de humedad en la chapa producida fueron muy similares.

Se puede deducir que aun cuando la mejor calidad de chapa producida se

presentó en la secuela 4, con un rango del contenido de humedad de 37% – 48% ,

la variación con las secuelas 1, 2 y 3 fue mínima, por lo que en este trabajo el

contenido de humedad en las trozas no influyó en la calidad de la chapa.

6.14. Coeficiente de aprovechamiento de lápices producidos

Actualmente la industria lapicera en México, tiene un rendimiento de 32,000

lápices por m3 de madera en rollo, es decir necesita aproximadamente 92 m2 de

chapa para alcanzar dicho parámetro. En este estudio la secuela 4 generó la

mejor calidad de chapa, con las características necesarias para la fabricación de

lápices, además fue con la que se obtuvieron mayores rendimientos, que es

conveniente comparar con los procesos tradicionales de producción de tabletas

( Cuadro 23 ).

Cuadro 23. Comparación de los rendimientos obtenidos por medio del método de desenrollado (torneado) y el utilizado en la industria mexicana.

MÉTODO PROPUESTO(chapa torneada)

METODO TRADICIONAL(chapa rebanada)

Volumen de trozas procesadas

0.9910 m3

1 m3

Superficie de chapa producida (5 mm espesor)

150.14 m2

92.4 m2

De acuerdo con el cuadro anterior podemos aseverar que la obtención de chapa

desenrollada en la fabricación de tabletas para lápiz supera en cuanto a

rendimientos el proceso que tradicionalmente ha empleado la industria lapicera

mexicana. 6.15. Secuela de acondicionamiento propuesta para la obtención de chapa

desenrollada de 5 mm de espesor de Pinus ayacahuite Ehr. De los resultados generados en este trabajo se puede concluir que el ensayo 4 fue

el que generó la mejor calidad de chapa destinada a la fabricación de tabletas

para lápices, que corresponde a la siguiente secuela de acondicionamiento para la

producción de chapa desenrollada (torneada) de 5 mm de espesor ( Cuadro 24 ):

Cuadro 24. Secuela de acondicionamiento para la producción de chapa desenrollada de Pinus ayacahuite Ehr. de 5 mm de espesor.

ESPECIE TEMPERATURA

(°C) TIEMPO

(PERIODOS)

Pinus ayacahuite Ehr.

50° C 60° C 75° C

6 horas 7 horas 7 horas

7. CONCLUSIONES En base a la información generada por la aplicación de las 4 secuelas ensayadas

en este trabajo, se presentan las siguientes conclusiones y recomendaciones:

1.- No existen problemas técnicos en la producción de chapa desenrollada de

Pinus ayacahuite Ehr. con un espesor de 5 milímetros, utilizada para la

fabricación de tabletas para lápices.

2.- La secuela 4 fue la que generó la mejor calidad de chapa destinada a la

producción de tabletas para lápices.

2.- El tiempo óptimo de acondicionamiento de la madera en función de su

densidad, de la temperatura de corte y de sus diámetros fue de 20 horas.

3.- La temperatura óptima de la madera para su desenrollado fue de 48 a

52º C.

4.- Las temperaturas del agua para alcanzar la temperatura óptima de corte

fue de 50 a 75º C.

5.- La obtención de chapa desenrollada utilizada en la fabricación de tabletas

para lápices supera en rendimientos al sistema tradicional de la industria

lapicera mexicana.

6.- El contenido de humedad de las trozas en este trabajo no repercutió en la

calidad de la chapa.

7.- La distancia horizontal y vertical entre la cuchilla y la barra de presión

(contracuchilla) del torno utilizado para la obtención de chapa fue de 5 y

2 mm respectivamente y el ángulo de ataque de la cuchilla fue de 24°

8. RECOMENDACIONES

Para un proceso industrial es importante hacer las siguientes recomendaciones:

1.- Se recomienda rebanar el rolo o bolillo sobrante de las trozas utilizadas

para

chapa torneada, en la fabricación de tabletas contribuyendo de esta manera

a incrementar los rendimientos.

2.- Es recomendable analizar o evaluar el proceso de torneado de otras

especies maderables potencialmente aptas para tabletas.

3.- Para procesos industriales se sugiere monitorear de manera permanente

el

desarrollo de las temperaturas de la madera y del agua durante el proceso

de acondicionamiento de la trocería.

4.- El firme donde se coloque la base del torno que se utilice para la

producción de chapa, deberá estar perfectamente nivelado, del

mismo modo que todos sus componentes.

5.- El torno utilizado para el desenrollado de la madera, deberá ser revisado

continuamente con el fin de verificar la distancia horizontal y vertical entre

la

cuchilla y contracuchilla, determinantes de la uniformidad del espesor de la

chapa

6.- Se recomienda automatizar el control de la temperatura del agua en las

fosas de acondicionamiento.

9. BIBLIOGRAFIA AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM) . 1977. Standard

test methods for moisture content of wood. D 20016 – 74. (Annual Book of

ASTM Standars). Madison EUA. 596 – 611p.

BALDWIN, F.R. 1975. Plywood manufacturing practices. Miller Freeman

Publications. EUA. 260 p.

FEIHL, O. 1971. Heating frozen and nonfrozen veneer logs. Dep. Env., Can. For.

Serv., East. For. Prod.Lab., Canadá 50 p.

FEIHL, O. Y V. GODIN. 1975. Heating veneer logs. A practical guide. Can. For.

Serv. Technical report 9. Ottawa, On. Canadá. 20 p.

FLEISCHER, H.O. 1959. Heating rates for logs, bolts and flitches to be cut into

venner. U.S.D.A., For. Prod. Lab., For. Serv., Div. Tim. Proc.,Report. Nº

2149. Madison, Wi. EU A. 18 p.

FUENTES, M. 1998. Propiedades tecnológicas de las maderas mexicanas de

importancia en la construcción. Revista Chapingo 4(1), 221 – 229 p.

GARCÍA, G. 1998. Descripción del proceso de producción de chapa. Tesis de

licenciatura. División de Ciencias Forestales. Universidad Autónoma

Chapingo.

KOCK, P. 1964. Wood machining processes. The ronald press company. New

York. 503 p.

KOLLMANN, F.F. and KUENZI, E.W.1975. Principles of wood science and

tecnology II.Springer Verlag. New York. 703 p.

LUTZ, J.F.1972 Veneer species that grow in the United States. U S D A. Forest

Service. FPL 167 . Madison, Wi. EUA. 127p.

LUTZ, J.F. 1974. Techniques for peeling, slicing, and drying veneer. USDA. Forest

Service. Forest Products Lab. Research Paper FPL 276. Madison, WI.

EUA. 23 p.

MORENO Z. y ESPEJEL E. 1983. Rendimiento y proceso de la fabricación de

tableros contrachapados, compañía forestal de Chiapas, S.A. Depto. De

Bosques, Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, México.93 p.

MORENO, M.R. y DEVLIEGER, S.F. (s/f). Influencia de los factores de la madera

y de las condiciones del macerado en el tiempo de calentamiento de trozas.

Universidad Austral de Chile . Facultad de Ciencias Forestales y Facultad

de Ciencias Ingenieriles. Valdivia, Chile. 35 p.

MUÑOZ, R. 1992. Factores que influyen en la producción de chapa desenrollada.

Tesis de licenciatura. División de Ciencias Forestales. Universidad

Autónoma Chapingo.

OLVERA, C. 1985. Descripción Anatómica de la madera de siete especies del

genero Pinus. Boletín Técnico No 126 I.N.I.F.A.P. Secretaria de Agricultura

y recursos hidráulicos. México. 73 p.

PALKA, L.C. 1974. Veneer cutting review-factors affecting and models descibing

the proces. Report. VP-X- 135 Dep Env Can. For. Serv. West. For. Prod.

Lab. Canada 54 p.

PANSHIN, A.J., E.S. HARRAR and W.J. BARKER. 1959. Productos forestales:

origen, beneficio y aprovechamiento. Salvat. Barcelona España. 605 p.

PETERS, C. W. 1974. peeler block preconditioning. Proceedings of the Modern

plywood Techniques Vol. 1. Humbert G. Lambert. Edit. Portl. E.U.A. 160 p.

ROMAHN, C., H. RAMÍREZ y J. TREVIÑO. 1897. Dendrometría. División de

Ciencias Forestales. Universidad Autónoma Chapingo. México 387 p.

SEMARNAP. 1998. Compendio estadístico de la producción forestal. 156 p.

WOODFIN, R. 1974. Determinación de perdidas de madera en la producción de

triplay. Camara Nacional de las Industrias derivadas de la silvicultura.

México.38 p.

ZAMUDIO, S.E. 1975. Apuntes de producción de chapa y contrachapados. Depto.

de bosques. Escuela Nacional de Agricultura. Chapingo. México. 176 p.

ZAVALA, Z.D. 1990. Diagnóstico de la Industria de tableros contrachapados en el

área metropolitana del D.F. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales.

SARH. México. Revista Ciencia Forestal. 15( 68) : 61- 83 p.

ZAVALA, Z.D. 1991. Propiedades tecnológicas de la madera que influyen en las

características de la chapa y en la calidad del triplay. Instituto Nacional de

Investigaciones Forestales. SARH. México. Revista Ciencia Forestal.

16(69) : 77- 92 p.

ZAVALA, Z.D. y TRUJILLO A.G. 1993. Análisis del proceso de calentamiento de

trocería para la producción de chapa. Ciencia Forestal en México 18(74):

139 – 162 p.

ZAVALA, Z.D. 1998. Análisis del proceso de ablandamiento de trocería de encinos

para la producción de chapa para madera contrachapada (triplay). Madera y

bosques Instituto de Ecología A.C. Xalapa ,Veracruz 4 (1). 64 p.

ANEXOS FORMATO DE APLICACIÓN DE LA SECUELA DE ACONDICIONAMIENTO

SECUELA:_________

DE_________ A _________ ELEVAR LA TEMPERATURA A 50° C. DE_________ A _________ MANTENER LA TEMPERATURA EN 50° C. DE_________ A _________ ELEVAR LA TEMPERATURA A 50° C. DE_________ A _________ MANTENER LA TEMPERATURA EN 50° C. DE_________ A _________ ELEVAR LA TEMPERATURA A 50° C. DE_________ A _________ MANTENER LA TEMPERATURA EN 50° C.

FECHA HORA T° DEL AGUA

ELABORO:__________________________

CLASIFICACION DE LA CHAPA

FECHA:_____________ SECUELA______________

TROZA 1

TROZA 2

TROZA 3

TROZA 4

TROZA 5

TROZA 6

C A L I D A D

O B S E R V A C I O N E S

CUADRO 21. RENDIMIENTOS DE LA TROZA , CHAPA (5 MM) DE ESPESOR, TABLETAS (7 PLAY) Y LÁPICES EN LAS SECUELAS APLICADAS

aD (M)

bD (M)

Longitud troza (m)

Volumen troza (m3)

Volumen troza redondeada (m3)

Diámetro del rolo (m)

Volumen rolo (m3)

Volumen aprovechable

( m3)

Chapa (5 mm)producida (m2)

Tabletas* (m2)

Total de tabletas

Lápices producidos

SECUELA 1 0.425 0.405 1.2 0.1624128 0.146171579 0.24 0.054286848 0.091884731 18.37694628 77 1415.0248 6367.611886 0.545 0.55 1.23 0.2895831 0.260624849 0.22 0.046756433 0.213868416 42.77368314 77 3293.5736 14821.08121 0.46 0.47 1.25 0.2123034 0.191073094 0.2 0.03927 0.151803094 30.36061884 77 2337.7676 10519.95443 0.475 0.475 1.21 0.2144191 0.192977198 0.22 0.045996166 0.146981033 29.3962065 77 2263.5079 10185.78555 0.46 0.425 1.2 0.1848321 0.166348898 0.24 0.054286848 0.11206205 22.41241002 77 1725.7555 7765.900072

SECUELA 2 0.38 0.385 1.21 0.1390457 0.125141169 0.17 0.027464653 0.097676516 19.53530322 77 1504.2183 6768.9825660.4 0.43 1.32 0.1787837 0.16090537 0.17 0.029961439 0.13094393 26.18878608 77 2016.5365 9074.414377

0.45 0.425 1.36 0.2046163 0.184154702 0.16 0.027344486 0.156810215 31.36204302 77 2414.8773 10866.947910.435 0.41 1.2 0.1683858 0.15154725 0.18 0.030536352 0.121010898 24.20217954 77 1863.5678 8386.0552110.375 0.375 1.37 0.1513122 0.136180997 0.17 0.031096342 0.105084655 21.01693098 77 1618.3036 7282.366585

SECUELA 3 0.47 0.445 1.36 0.2237361 0.201362502 0.16 0.027344486 0.174018015 34.80360306 77 2679.8774 12059.448460.52 0.54 1.38 0.3045624 0.274106171 0.16 0.027746611 0.24635956 49.27191192 77 3793.9372 17072.717480.45 0.425 1.36 0.2046163 0.184154702 0.19 0.038559998 0.145594703 29.11894062 77 2242.1584 10089.712920.485 0.48 1.21 0.2212496 0.199124671 0.17 0.027464653 0.171660018 34.3320036 77 2643.5642 11896.039250.465 0.435 1.22 0.1942486 0.174823796 0.18 0.031045291 0.143778505 28.75570092 77 2214.1889 9963.8503690.56 0.525 1.2 0.2776663 0.24989975 0.17 0.027237672 0.222662078 44.53241562 77 3428.9960 15430.48201

SECUELA 4 0.38 0.385 1.22 0.1401948 0.126175394 0.16 0.024529613 0.101645781 20.3291562 77 1565.3450 7044.0526230.465 0.475 1.3 0.2255688 0.20301196 0.16 0.026138112 0.176873848 35.37476952 77 2723.8572 12257.357640.365 0.375 1.32 0.1419539 0.127758583 0.17 0.029961439 0.097797144 19.55942874 77 1506.0760 6777.342058

0.5 0.465 1.3 0.2380125 0.214211273 0.18 0.033081048 0.181130225 36.2260449 77 2789.4054 12552.324560.48 0.475 1.37 0.2453409 0.220806895 0.16 0.027545549 0.193261346 38.65226916 77 2976.2247 13393.01126