Mardones Valdes

8/18/2019 Mardones Valdes

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UNIVERSIDAD DE TALCA

FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES

ESCUELA DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS DE LA MADERA

EFECTO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN EL

CURVADO DE MADERA DE ALAMO

PABLO ANDRÉS MARDONES VALDÉS

Memoria para optar al título de

INGENIERO EN INDUSTRIAS DE LA MADERA

PROFESOR GUÍA: FRANCIS DEVLIEGER SOLLIER

PROFESOR COLABORADOR: ALEXANDER ELSDALE SEPÚLVEDA

TALCA-CHILE

2004


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RESUMEN

Se realizo un ensayo para determinar la influencia del contenido de humedad en el

curvado de la madera. Cuatro tratamientos fueron definidos para hacer la comparación de

dicha variable, en 12%, 18%, 25% y un tratamiento con madera saturada.

El proceso consistió en un tratamiento de vaporizado, un prensado por flexión, secado de

la madera y exposición en una cámara de clima a humedad de equilibrio del 18%.

Se obtuvo como resultado que el contenido de humedad es una variable fundamental en

el curvado y su relación con la deformación de las madera luego se ser sometida al proceso

de secado es directamente proporcional con la diferencia entre el contenido de humedad

inicial y el contenido de humedad al cual se desea secar. También se observo que la menor

variabilidad se obtiene al 18% de contenido de humedad inicial.


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SUMMARY

Test were made to establish the influence of wood moisture content in solid wood

bending. Four treatment were defined for making the coprarison of this variable, with the

following moiture contents: 12%, 18% 25% and saturated.

The procces consisted of a steam treatment, compression for bending, drying the wood

and exposind the wood to a climate chamber for the wood to reach an 18% moisture

content.

The result suggest that the nearer the initial moisture content was to the moisture content

desired after bending, the less likely the wood was to deform. It mas also observed that the

lowest veriability was odtained when the initial moistura content was 18%.


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ÍNDICE

RESUMEN

SUMMARY

Pag.

I. INTRODUCCIÓN.....................................................................................................1

II. OBJETIVO................................................................................................................4

III. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA...............................................................................5

3.1 El Álamo.....................................................................................................................5

3.1.1 Origen y clasificación de la especie............................................................................5

3.1.2 Características generales de la madera de álamo........................................................6

3.1.3 Características tecnológicas de la madera del híbrido I-214.......................................93.2 Aspectos generales sobre el curvado de la madera...................................................10

3.2.1 Propiedades mecánicas de la madera, afectadas en el curvado.................................10

3.2.2 Influencia de la temperatura sobre las propiedades mecánicas de la madera............11

3.2.3 Influencia del contenido de humedad sobre las propiedades mecánicas de la

madera...................................................................................................................................12

3.2.4 Efecto conjunto de la variación de la temperatura y el contenido de humedad........14

3.3 Variables más importantes en el curvado de la madera............................................15

3.4 El principio del curvado de madera sólida................................................................15

3.5 Métodos de plastificación de la madera....................................................................18

3.6 La selección del material...........................................................................................19

3.7 Defectos en el curvado de madera sólida..................................................................19

3.8 Evaluación y Clasificación de las propiedades en curvado de la madera de álamo..20


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APENDICES........................................................................................................................43

ANEXOS..............................................................................................................................47


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I. INTRODUCCIÓN

Los álamos se distribuyen en forma natural en Asia oriental y central, norte de África,

Europa y América, reconociéndose más de 30 especies de las cuales se han obtenido

centenares de híbridos de alta calidad forestal. Los países que presentan la mayor superficie

nativa son Canadá y Estados Unidos con alrededor de 20 millones de hectáreas (FAO,

1980).

En Chile, el cultivo del álamo nace como una opción de resolver los problemasasociados a la agricultura tradicional, planteando usos alternativos o complementarios a los

suelos utilizados en cultivos tales como oleaginosas, cereales y otros que podrían enfrentar

un escenario de depresión económica (Zamudio, 1999).

Los usos más frecuentes de la madera aserrada de álamo son los siguientes según FAO,

1980:

- Ebanistería y construcción de muebles y juguetes, tablas y tableros de

dibujo, estuches de joyería, utensilios diversos de cocina, entre otros.

- Carpintería para fabricación de piezas interiores u otras, como puertas,

tabiques, recubrimientos interiores, vagones, carrocería de autos, lápices.

- Carpintería de obra. Esta madera de menor calidad relativa se utiliza en

cajonería y embalajes. Constituye una utilización muy importante de la madera de

álamo, para lo cual es particularmente apta por su ligereza, propiedades mecánicas,

color blanco, facilidad de clavar y carencia de gusto y olor.

- Se usa en minas de carbón.


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- Armaduras y cubiertas de tejados, sobre todo en construcciones rurales.

El curvado de la madera se presenta como una alternativa a los usos mencionados

anteriormente, es por esta razón que se hace necesario realizar investigación para conocer el

comportamiento de ésta especie ante dicho proceso.

La técnica de curvado de madera sólida según Kollmann y Côté en 1984, presenta las

siguientes ventajas:

- No hay perdidas por desperdicio de material.

- La obtención de la forma deseada como regla, es más simple y puede ser

más rápido que el que se logra mediante el uso de máquinas convencionales para

trabajar en madera.

- La inversión inicial en maquinaria para el curvado de la madera es

relativamente menor.

- Menor consumo de energía.

- La propiedades de resistencia y rigidez de piezas curvas es más alta que las

propiedades que poseen piezas con la misma forma pero obtenidas directamente del

aserrado o moldureado.

- Las caras de piezas apropiadamente curvadas son más suaves que las de

piezas obtenidas mediante aserrado.

- En algunos casos como en la fabricación de algunos implementos

deportivos, barriles, partes de sillas, mangos de paraguas, etc., el curvado es la

alternativa más económica.

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La presente memoria esta orientada a determinar el comportamiento de la madera de

álamo en el proceso de curvado. Específicamente la relación existente entre el contenido de

humedad al cual se encuentra la madera en el momento de realizar el curvado.

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II. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general.

Describir el comportamiento de la madera curvada de álamo I-214 a distinto contenido

de humedad inicial.

2.1 Objetivos específicos.

Determinar la influencia del contenido de humedad en la variabilidad del curvado de

madera.


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III. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

3.1 El Álamo

3.1.1 Origen y clasificación de la especie

El Alamo pertenece al Orden Salicales, Familia Salicáceas, Género Populus y es

originario de hemisferio norte. Se reconocen mas de treinta especies de las cuales se han

obtenido más de un centenar de híbridos de alta calidad forestal (Sanhueza, 1998).

Las especies reconocidas se agrupan en cinco secciones y varias subsecciones, cada una

de ellas con especies representativas. Estas secciones son: Turanga, Leuce, Aigeiros,

Tacamahaca y Leucoide (FAO, 1980).

Son especies de rápido crecimiento por su gran capacidad fotosintética, pero son muy

exigentes en cuanto a agua, luz y suelo, además son muy sensibles a la competencia por lo

que requieren gran distancia en la plantación (Vita, 1977).

Loa Alamos son árboles de hoja caduca, copas amplias, pueden alcanzar una altura de

36m con diámetro comercial de 35 a 40 cm. Su fuste es recto y cilíndrico con corteza

gruesa de color castaño. Es una especie dioica que florece en primavera. El fruto es una

cápsula con numerosas semillas que pierden rápidamente su capacidad germinativa

(INFOR, 1996).


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Debido a la gran variedad de híbridos existentes, los álamos se adaptan muy bien a

diferentes condiciones de sitio. En Chile, las plantas pueden ser establecidas en secano, en

donde las precipitaciones de septiembre a marzo alcancen los 400 a 600 mm, en terrenos

que aseguren abastecimiento de agua (riego) (Comisión nacional del Alamo-CONAF,

2001).

Los álamos tienen una gran capacidad de reproducción vegetativa, éstos son propagados

por medio de varetas o estacas largas, quedando la reproducción sexual para la

investigación y obtención de nuevos híbridos (Vita, 1977).

3.1.2 Características generales de la madera de álamo

La madera de álamo rara vez es comercializada por especies y aunque la mayoría de los

álamos tienen características comunes, la calidad de la madera varía considerablemente

dependiendo de las condiciones de sitio, habito de crecimiento y manejo silvicultural

(INFOR, 1996).

Anillos: Los anillos de crecimiento son bastante visibles, a pesar de que no existe mucha

diferencia entra la madera temprana y tardía, pudiendo alcanzar anchos de hasta 32mm.

Color: El color depende de la especie o híbrido, la albura puede ser de color claro,

blanco amarillento, blanco grisáceo, rosa o rojizo, café pálido y el duramen generalmente

de un tinte más oscuro. Después del secado el color se atenúa.


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Contracción: La contracción de la madera de álamo está catalogada como débil.

Variación dimensional:

Radial 3.4%

Tangencial 8.0%

Volumétrica 11.4%

(FAO, 1980).

Textura: La textura es en general regular, salvo si el árbol ha sufrido lesiones. De todos

modos, algunos presentan en la base del fuste un entrecruzamiento u ondulación de las

fibras.

Densidad: La densidad verde (peso verde/ volumen verde) varia entre 0.7 y 1.05

gr/cm .

3

La densidad al 12% (peso 12% / Volumen12%): Varía entre 0.36 y 0.5 gr/cm .3

La densidad básica (peso seco / volumen Verde): varia entre 0.32 y 0.42 gr/cm .3

Biodeterioro: El biodeterioro en la madera de álamo es alto. Se caracterizan por ser

especies de poca durabilidad, durabilidad natural entre 1 a 5 años en usos exteriores. Sin

embargo, son fáciles de tratar con productos preservantes (Diaz-Vaz, 1991, citado por

INFOR, 1996).


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Secado: El secado de la madera de álamo es considerado en forma errónea como fácil de

realizar ya que se confunde el secado de madera aserrada con el secado de chapas, el cual

se realiza a temperaturas cercanas a los 100ºC, en las cuales no se presentan los

inconvenientes que se presentan en madera aserrada como las bolsas de humedad y las

grietas internas y externas.

Las dificultades del secado de madera de álamo radican en la presencia de Corazón

negro o Falso duramen, el cual se aprecia a simple vista por su color más oscuro y su alto

contenido de humedad, es por ésta razón que se debe tratar en forma diferente en el secado

la madera lateral y la madera central (Alvarez, 1992, citado por Castillo, 1992).

Otras características: es una madera liviana y blanda, fácil de aserrar y posee buenas

características de trabajabilidad, lo que permite lograr un buen acabado (Dep. of Scien. And

Res., 1956; citado por INFOR, 1996).

Propiedades mecánicas: La madera de álamo es más liviana, más suave y menos

resistente que la mayoría de las otras especies latifoliadas, a pesar de que su resistencia

especialmente la dureza, son relativamente altas para la densidad que presenta. Sin secado,

la madera es prácticamente tan dura como la Encina a pesar de ser un 40% más liviana

(Dep. of Scien. And Res., 1956; citado por INFOR, 1996).

La madera juvenil de álamo presenta una variación muy alta en sus propiedades como la

densidad, elasticidad, resistencia y ángulo fibrilar desde médula a corteza y además un

exceso de madera de tensión (Beauregard et al 1992; citado por INFOR, 1996).


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Según Fernández et. al (1994; citado por INFOR, 1996), el ancho del anillo de

crecimiento es inapropiado para hacer una clasificación de la madera estructural de álamo,

dado que no explica certeramente la densidad de la madera, el módulo de ruptura y el de

elasticidad. Así como también, la densidad no explica satisfactoriamente el módulo de

ruptura y de elasticidad.

3.1.3 Características tecnológicas de la madera del híbrido I-214

Populus x euroamericanacv. I-214. El I-214 es uno de los híbridos italianos que ha

tenido mayor éxito. Es un cultivar femenino de gran plasticidad y crecimiento

extraordinariamente rápido, alcanzando un desarrollo muy superior a otros álamos (Vita,

1977; Barros y Aguirre, 1980; Joblin, 1990, citados por CONAF-INFOR, 1997). Se cree

que proviene del entrecruzamiento espontáneo entre Populus deltoide y Populus nigra

(Carnevale, 1955, citado por CONAF-INFOR, 1997).

Es considerado en el país como uno de los híbridos más vigorosos y de mayor

adaptación a terrenos desfavorables, tanto secos como excesivamente húmedos. Se le

considera como clon universal.(Sanhueza, 1998).

Su copa es semiabierta formada de ramas grandes, presenta el inconveniente de tender a

formar doble flecha y curvarse en busca de luz debido a su alto fototropismo positivo. Su

fuste puede presentarse levemente sinuoso. Se hace por lo tanto necesario podas de

formación de la copa; en general requiere un manejo cuidadoso (CONAF-INFOR, 1997;

citado por Sanhueza, 1998).


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Es recomendable para la zona central del país, de preferencia en bueno suelos y a

grandes distancias, aunque ha demostrado una buena adaptación en la zona centro sur del

país (Sanhueza, 1998).

3.2 Aspectos generales sobre el curvado de la madera.

El curvado es una de las artes más antiguas en el trabajo de la madera (Hoadley, 1980) y

consiste básicamente en darle una forma curva a una pieza recta de madera.

Entre los variados métodos que existen y que comúnmente son utilizados para la

producción de piezas curvas de madera para muebles, el método de curvado por flexión es

el más utilizado logrando piezas con mayor resistencia y tal vez el más económico (Peck,

1957).

3.2.1 Propiedades mecánicas de la madera, afectadas en el curvado.

La madera es considerado como un material viscoelástico o elastoplástico lo cual

significa que bajo ciertas condiciones se comporta como un material elástico y en

condiciones distintas puede comportarse como un material plástico. La elasticidad significa

que las deformaciones sufridas por un cuerpo sólido producto de la acción de alguna carga

de baja magnitud es recuperada luego de retirar la carga. Este comportamiento es

característico en cuerpos sólidos bajo un cierto límite de esfuerzo (Kollmann, 1984). Este

límite está representado por un punto de gran importancia en un diagrama de

esfuerzo/deformación y es denominado límite proporcional o límite de proporcionalidad e

indica hasta que punto la deformación producida a un determinado esfuerzo son


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directamente proporcionales (Karsulovic, 1987). Sobre éste límite se producirán

deformaciones plásticas o fallas (Kollmann, 1984). La plasticidad de un cuerpo sólido

significa que la deformación producida por la solicitación de un esfuerzo, no es recuperada

íntegramente una vez retirada dicha carga; luego su deformación es permanente y el

incremento de la magnitud de deformación es mayor que la del incremento del esfuerzo

(Karsulovic, 1987).

3.2.2 Influencia de la temperatura sobre las propiedades mecánicas de la madera.

La influencia de la temperatura sobre la resistencia, elasticidad y plasticidad de la

madera, así como en cualquier otro material sólido (bajo el punto de fusión o

descomposición térmica), hace que la resistencia y rigidez disminuyan a medida que la

temperatura aumenta dado la expansión del entramado de celulosa y el incremento de la

intensidad de la oscilación molecular (Kollmann, 1984). Como consecuencia de esto las

propiedades mecánicas de la madera son alteradas y por lo tanto el límite proporcional es

desplazado en la gráfica de esfuerzo/deformación de tal modo que a una menor magnitud

de esfuerzo el comportamiento de la madera es de carácter plástico.

Thunell, 1941 citado por Kollmann, 1984. publicó una curva que muestra un continuo

decrecimiento del módulo de elasticidad a lo largo de la fibra en flexión con un incremento

de temperatura en el rango de –20ºC a +50ºC figura 1.


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Figura 1. Relación entre MOE en flexión y temperatura (Thunell, 1941).

3.2.3 Influencia del contenido de humedad sobre las propiedades mecánicas de la

madera.

Sobre el punto de saturación de las fibras, el agua libre contenida en vasos, traqueidas,

capilares y otros elementos de tejidos celulares no afecta la resistencia ni propiedades

elásticas de la madera. Bajo el punto de saturación de las fibras se produce contracción e

hinchamiento dado la disminución o aumento del contenido de humedad respectivamente.

(Kollmann, 1984). Bajo el punto de saturación de las fibras a medida que disminuye el

contenido de humedad, aumenta el modulo de elasticidad, en otras palabras, a un mismo

nivel de esfuerzo la deformación producida por una determinada carga aplicada a piezas de

distinto contenido de humedad será mayor si mayor es el contenido de humedad, esta

relación es valida para todas las especies independiente de su densidad. Este fenómeno esexplicado por la gráfica de la figura 2


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Figura 2. Efecto de contenido de humedad en el módulo de elasticidad paralelo a la

fibra. (Kollman y Krech 1960, citado por Kollman, 1984).


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3.2.4 Efecto conjunto de la variación de la temperatura y el contenido de humedad.

En las dos figuras anteriores se apreciaba el efecto por separado de la temperatura y en

contenido de humedad sobre el MOE, sin embargo en el proceso del curvado de madera son

alteradas ambas variables en conjunto por lo tanto es interesante conocer el

comportamiento del material ante éste tipo de variación. Sulzberger, 1953, citado por

Kollmann,1984, muestra en la grafica de la figura 3 el comportamiento del módulo de

elasticidad promedio de seis especies para cada contenido de humedad en función de la

temperatura de modo que el módulo de elasticidad a 20ºC es equivalente al 100%.

Figura 3. Gráfica del modulo de elasticidad en función de la temperatura para distintocontenido de humedad.


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En la figura anterior se aprecia que el MOE es más estable en función de la temperatura

cuando la madera esta en estado anhidro y por el contrario se aprecia una fuerte caída del

MOE a mediada que la temperatura aumenta, cuando el contenido de humedad es del 20%.

3.3 Variables más importantes en el curvado de la madera.

Existe una gran cantidad de variables asociadas al proceso de curvado de la madera entre

las cuales las más importantes están: La temperatura en el tratamiento de plastificación, el

tiempo se calentamiento, el contenido de humedad de la madera, la escuadría de la madera,

el radio de curvatura, las características anatómicas del la madera, la presencia de grietas,

nudos y otros defectos y por supuesto, todos los detalles asociados a los equipos y

procedimientos utilizados. (Davis, 1962). La forma en que se manejen estas variables y el

conocimiento sobre su influencia y magnitudes optimas para el proceso son de vital

importancia para lograr bajos índices de perdida de material y ahorro de energía en la

operación.

3.4 El principio del curvado de madera sólida.

Cuando una pieza de madera es sometida a la acción de una carga normal a su eje

longitudinal, tiende a producirse un arqueo de la pieza lo cual genera esfuerzos internos en

la pieza, éstos esfuerzos son compresión en la fracción interna del arco (cara cóncava),

tracción en la fracción externa del arco (cara convexa) y corte o cizalle vertical que tiende a

cortar la pieza en ese sentido y un esfuerzo longitudinal que tiende a provocar un

deslizamiento longitudinal figura 4. (Karsulovic, 1987).


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Figura 4. Diagrama de flexión en una viga simplemente apoyada.

El proceso de curvado de madera sólida consiste esencialmente en comprimir las fibras

de la cara cóncava y traccionar las de la cara convexa en una magnitud admisible para cada

esfuerzo en la pieza. Mientras mayor sea la deformación admisible sin causar fallas en el

material, menor será el radio de curvatura alcanzable para un determinado espesor

(Deparment of Scientific and Industrial Research No 33, 1959).

La madera vaporizada o sumergida en agua caliente de algunas especies durante un

determinado periodo puede ser comprimida y deformada a un 25% a 30% con respecto a su

dimensión original en sentido paralelo a la fibra. La misma madera solo puede ser

traccionada y deformada en un 1% a 2%, es por ésta razón que el curvado de madera que

involucre deformaciones severas debe ser realizado en su mayor parte por deformaciones

en compresión. (Woodhandbook, 1987). Para ilustrar lo anterior se muestra la gráfica de la

figura 5 la cual establece las curvas de tensión-deformación a esfuerzos de tracción y

compresión de la madera de fresno a temperatura ambiente y a 100ºC. Según éste gráfico, a

esfuerzos de tracción los cambios de comportamiento son muy pequeños, pero en

CargaCompresiónCara cóncava

Eje Neutro

Cara convexa

Tracción


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compresión los cambios son mucho más significativos pues la madera se comporta más

como un material plástico que como un material elástico, de tal forma que a partir de un

determinado valor, la deformación se incrementa muy rápidamente. Además la

deformación máxima es muy superior a la que puede tomar en condiciones normales.

Figura 5. Diferencia del comportamiento de la madera a temperatura ambiente y a

temperatura de 100ºC.

Dado lo anterior es necesario minimizar el esfuerzo de tracción en la pieza que se desea

curvar de modo que la deformación de la pieza ocurra por compresión. Para conseguir éste

objetivo se utiliza una faja metálica con topes de presión en los extremos los cuales

comprimen la pieza antes de producirse la flexión de tal modo que cuando la pieza

comienza a ser flectada y la deformación comienza a ocurrir, el esfuerzo de tracción es

soportado por la faja metálica dado que el plano neutro, donde se produce el cizalle se

desplaza hacia la fracción convexa de la curva por lo tanto la pieza es sometida en su

mayoría a un esfuerzo de compresión (figura 6.Según Hoadley, 1980).


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Figura 6. Diagrama de flexión en una viga con una faja metálica y tope en los extremos.

3.5 Métodos de plastificación de la madera.

La madera puede ser plastificada por diversos métodos entre los cuales se encuentran

tratamientos con sustancias químicas como urea, dimetilol-urea, resinas de

fenolformaldehído de bajo peso molecular, dimetil sulfoxido y amonia líquida. Además se

encuentra el tratamiento de vaporizado y el tratamiento de inmersión en agua caliente.

Carga

Compresión

Eje Neutro

Tracción


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3.6 La selección del material.

Una de las variables importantes a considerar dentro de una misma especie en el proceso

de curvado es la calidad y cualidad de la madera. En general uno de los más importantes es

que la madera debe estar lo más libre de defectos naturales posibles. Esto implica grano

recto, sin nudos o fibra inclinada, grietas, ataque de hongos. (Jorgencen, 1965).

3.7 Defectos en el curvado de madera sólida.

Davis, 1962 señala que existen principalmente 4 tipos de defectos relacionados con el

curvado de la madera. Ellos son: fragilidad (Brashness), compresión localizada (localized

compression), astillado (splintering tension), falla por tensión en grano cruzado (cross-

grain tension). El primero se caracteriza por quebraduras muy pequeñas, la compresión

localizada se caracteriza por la aparición de rugosidad en la cara cóncava de la pieza, el

astillado en tensión se caracteriza por la aparición de pequeña astillas en la cara convexa de

la pieza en forma de escamas, la falla por tensión en grano cruzado se manifiesta por el

quiebre de la pieza en el proceso de curvado, éste puede ser eliminado teniendo el cuidado

que en la selección del material sean rechazadas las piezas que presenten una desviación de

fibra inferior a 1 es a 15 pulgadas, es decir, que en 15 pulgadas de largo de la pieza, la

desviación de la fibra no sea superior a 1 pulgada.


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3.8 Evaluación y Clasificación de las propiedades en curvado de la madera de

álamo

En la evaluación de las propiedades de curvatura de la madera, indudablemente el factor

de mayor importancia, es el radio de curvatura mínimo posible de alcanzar con madera de

una determinada especie logrando un porcentaje razonable unidades buenas (sin defectos)

dado un espesor fijo, material de buena calidad, sin nudos y en ambas situaciones, con o sin

un soporte metálico para realizar el esfuerzo de flexión (Forest products research

laboratory, 1958).

La clasificación hecha por el Forest Product Laboratory consiste en calificar una

determinada especie en categoría de: muy buena, buena, moderada, pobre o muy pobre. El

método consistió en curvar probetas de una pulgada (25.4 mm) de espesor, previo

tratamiento de vaporizado a 100ºC durante 45 minutos.

Radio mínimo de curvatura en pulgadaal cual se quiebra durante el proceso de

curvado no más del 5% de las muestras.

Clasificación de la madera según gradode curvado

Menos de 6”

6” a 10”

11” a 20”

21” a 30”

Más de 30”

Muy buena

Buena

Moderada

Pobre

Muy Pobre

Figura 7. Clasificación de la madera según la aptitud al curvado.

En éste estudio comparativo la madera de álamo clasifica en la categoría “pobre”.


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IV. METODOLOGÍA

4.1 Origen y obtención del material a estudiar

Las madera utilizada en ésta memoria fue obtenida en la localidad de Coínco VI Región,

del fundo perteneciente a Don Jaime Ureta. Las probetas fueron obtenidas a partir de

madera lateral aserrada en corte tangencial de 1” x 8” x 3.2 m.

La madera fue redimensionada en las dependencias del CERTIM a un espesor de 20mm

ancho de 45mm y un largo de 800mm.

4.2 Diseño experimental

Para realizar el estudio de la variable de interés, se realizo un experimento unifactorial

completamente aleatorio en el cual se definió los tratamientos en función del contenido de

humedad inicial de la pieza al momento de realizar el curvado. El diseño se muestra en la

figura 8. Las unidades experimentales fueron identificadas por un binomio en el cual se

indica el tratamiento a distinto contenido de humedad i=1, 2, 3, 4 y número de probeta

correspondiente a cada tratamiento j=1, 2, .....n. Así, la probeta “ X 2.9” indica que se trata

de la probeta número 9 del tratamiento cuyo contenido de humedad inicial es 18%.


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Tratamiento Contenido de humedad

%

1 12

2 18

3 25

4 Saturado

Figura 8. Diseño experimental.

4.3 Acondicionamiento de la madera

Se dejo una muestra de 35 unidades experimentales en un recipiente con agua para

mantener el estado de saturación y las otras unidades fueron acondicionadas a 25, 18 y 12

% de contenido de humedad en el secador de ensayo ubicado en las dependencias del

CERTIM. La medición del contenido de humedad fue realizada con un Xilohigrómetro,tomando tres valores de contenido de humedad por pieza.

4.4 Maquinado de la madera

Una vez que las probetas alcanzaron en contenido de humedad deseado fueron canteadas

y cepilladas para lograr una superficie lisa en todas sus caras alcanzando un espesor de 15

mm, luego fueron escuadradas a un largo de 785mm y envueltas en plástico para conservar

su contenido de humedad mientras se realizaban los ensayos.


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4.5 El vaporizado

El vaporizado de las probetas fue realizado en la cámara que se muestra en la figura 9.

El sistema consiste básicamente en un recipiente para el almacenamiento de agua el cual

tiene incorporado una resistencia eléctrica de 2000W para generar calor. En la parte

superior del equipo se encuentra la cámara de vapor la cual se conecta al recipiente de agua

mediante un cañón por donde circula el vapor. La cámara tiene dos perforaciones, una en

cada extremo, para liberar vapor a la atmósfera y de éste modo mantener el sistema a

presión atmosférica.

La temperatura de tratamiento fue dada por la capacidad técnica del equipo, el cual

alcanzo un máximo de 84 ºC en el interior de la cámara de vapor y el tiempo de vaporizado

para cada tratamiento fue definido en forma experimental en ensayos preliminares para

alcanzar una temperatura uniforme en cada tratamiento (fig. 10).

Figura 9. En la izquierda el vaporizador, en la derecha la cámara de vapor.


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Contenido de Humedad Tiempo de Vaporizado

12 % 40 min.

18 % 45 min.

25 % 50 min.

Saturado 60 min.

Figura 10. Tiempo de vaporizado en función del contenido de humedad.

4.6 El curvado

El curvado de las piezas de madera fue realizado inmediatamente después del

vaporizado en una prensa de flexión con topes de compresión. El esfuerzo de flexión fue

realizado en la prensa hasta alcanzar un radio curvatura de 220 mm y se dejaron fijas a la

prensa durante 20 minutos mediante la utilización de un sargento.

El proceso curvado se realiza poniendo la probeta adosada a la faja metálica al ladoconvexo de la curva y se procede a traccionar por los extremos contra el molde. Una vez

alcanzada la forma deseada se fija con el sarjento (fig. 11).

Figura 11. La prensa de flexión utilizada en el ensayo.


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4.7 La consolidación de curvatura

Una vez transcurrido el tiempo en la prensa se procedió a retirar las piezas de madera ya

curvadas y colocarlas en la estructura de fijación (fig. 12), la cual tiene el propósito de

mantener las probetas con la forma curva mientras terminan de enfriarse y la madera

alcance sus propiedades físico mecánicas iniciales.

Figura 12. Estructura utilizada para la consolidación de las probetas curvadas.

4.8 Secado de las piezas curvadas

Una vez concluido el proceso de curvado y consolidación, las probetas fueron secadas

en cámara hasta alcanzar un contenido de humedad de aproximadamente el 12 %. El

programa de secado utilizado fue el que se muestra en la figura 13.


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Etapa (%) TBS (ºC) TBH (ºC) HR (%) UGL (%)

Calentamiento 70 68 91 15Verde 65 59 76 12

50 65 58 72 11

40 65 57 71 10

30 75 66 67 9

27 75 64 61 8

24 75 62 55 7

21 80 65 50 6

18 80 61 42 5

15 80 56 31 4

12 80 50 23 3

Acondicionamiento 75 73 90 16

Fuente: Jorge Castillo, 2001.

Figura 13. Programa de secado aplicado.

4.9 Medición del radio de curvatura

El radio de curvatura de las probetas fue medido por medio de la aplicación geométrica

de la circunferencia circunscrita en un triángulo. Esta dice “ El área de un triángulo es igual

al producto de sus lados dividido por cuatro veces el radio de la circunferencia

circunscrita”. De ésta relación de despejo el radio y se midió los lados del triángulo

inscrito en la circunferencia.

Para capturar la información se utilizo papel donde se dibujó la forma curva de cada

probeta y con regla y escuadra se midió la base del triángulo para una altura fija de 100mm.


33/56

4.10 Análisis de resultados

4.10.1 Clasificación cualitativa del material curvado

La primera evaluación realizada en éste estudio consistió calificar las probetas en una de

las tres categorías: buena, regular o mala. Se consideró buenas aquellas probetas que no

presentaron defectos o bien los defectos generados fueron leves y superficiales con no más

de 1 mm en el espesor, es decir, que es posible eliminar los defectos mediante el lijado

rebajando 1 mm en el espesor al interior de la curvatura de la pieza después del secado. Las

piezas regulares, presentaron el defecto de compresión localizada en la cara cóncava con

una profundidad de rugosidad o pliegue entre 1 a 3 mm, éste defecto, también puede ser

atenuado mediante un lijado dejando la superficie completamente lisa rebajando el espesor

de la pieza en 3 milímetros. Las piezas malas son aquellas que presentaron desprendimiento

de fibra, astillado o bien se quebraron durante el proceso, defectos que no permiten

atenuación o eliminación mediante un lijado o acabado por lo cual la pieza es desechada.

4.10.2 Análisis de la deformación residual

En primer lugar se realizo el análisis de varianza para un modelo de efectos fijos donde

se planteó la hipótesis nula: H0: u1=u2=u3=u4, donde ui , es la media del radio del

tratamiento i . Por lo tanto la hipótesis nula indica que la media de la deformación sufrida

por la madera curvada a distinto contenido de humedad, en el secado, es igual para todos

los tratamientos.

En segundo lugar se aplicó el método de Scheffé para determinar el tratamiento que sufrió

menor alteración del radio de curvatura, se hicieron contrastes entre los tratamientos cuyo


34/56

deformación residual fue menor, pera determinar si existía diferencia estadística altamente

significativa entre ellos y posteriormente se comparó cada uno de ellos con los otros tres. El

conjunto de resultados obtenidos permitió determinar el mejor tratamiento aplicado.


35/56

V. PRESENTACIÓN ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE REULTADOS

5.1 Evaluación cualitativa

La evaluación de los defectos y degradación de material generada en el proceso de

curvado (apéndice 1), dio origen a la tabla que se muestra en la figura 14, donde se muestra

la proporción de piezas que calificaron como buenas, regulares o malas.

Trat. nº Buenas % Regulares % Total

aprobadas

%

Aprobadas

Malas %

Malas

1 27 7 25.93 14 51.85 21 77.78 6 22.22

2 22 15 68.18 3 13.64 18 81.82 4 18.18

3 21 10 47.62 9 42.86 19 90.48 2 9.52

4 25 13 52.00 7 28.00 20 80.00 5 20.00

Figura 14. Resultado del la evaluación cualitativa de las probetas curvadas.

Los resultados que se muestran en la tabla (fig. 14) indican que existe una menor

porcentaje de degradación de material curvado cuando la madera tiene un contenido de

humedad de 25% y 18%.

El mayor porcentaje de aprobación de piezas donde se incluyen las piezas curvadas

buenas y regulares se logró en el tratamiento 3 con 25% de contenido de humedad, éste

porcentaje de aprobación alcanzo el 90.48%. Sin embargo, la mayor proporción de piezas

buenas se logró en el tratamiento 2 con un contenido de humedad de 18%, donde se alcanzo

un 68.18% de las piezas.


36/56

5.2 Variabilidad de la deformación en los tratamientos.

5.2.1 Diferencia en la deformación producto del secado

En el siguiente gráfico se muestra el radio promedio de curvatura de cada tratamiento

una vez realizado el secado (figura 15). Se aprecia claramente la influencia que tiene el

contenido de humedad inicial definido para cada tratamiento en la diferencia de la

deformación sufrida por la madera curvada en el proceso de secado. Esta deformación se

manifestó en la disminución del radio de curvatura en las probetas.

Gráfico comparativo del radio inicial y el radio

promedio depués del secado a CH 11%

0

50

100

150

200

250

Tratamiento

R a d i o e n ( m m

)

Radio CH 11

Radio Inicial

Diferencia

Radio CH 11 188 185 176 170

Radio Inicial 220 220 220 220

Diferencia 32 35 44 50

1 2 3 4

Figura 15. Radio promedio de las probetas luego del proceso de secado.


37/56

La relación existente entre deformación y contenido de humedad inicial de la madera,

tiene una proporcionalidad directa como se observa en el gráfico (fig.15) donde se muestra

la diferencia residual entre el contenido de humedad inicial y final de las piezas curvadas.

Este quiere decir que mientras mayor sea la diferencia entre el contenido de humedad

inicial y final de la pieza a curvar, mayor será la deformación que ésta sufrirá en el secado.

La diferencia entre el contenido de humedad inicial de cada tratamiento y el contenido

de humedad objetivo del programa de secado explica la diferencia decreciente a mediada

que disminuye el contenido de humedad inicial de los tratamientos, dado que mientras

mayor sea la diferencia, mayor será la contracción proporcional de las fibras.

Tratamiento 1 2 3 4

Promedio (mm) 188 185 176 170

Radio orig inal (mm) 220 220 220 220

Diferencia (mm) 32 35 44 50

Desviación Estándar 4.935 3.066 5.237 6.672

Coeficiente de

Variación

0.026 0.017 0.030 0.039

Figura 16. Radio después del secado.

En la tabla (fig. 16), se aprecia que la diferencia entre el radio, al contenido de humedad

inicial y el radio de las probetas secas aumenta directamente relacionado con la diferencia

de contenido de humedad inicial y final de cada tratamiento. Además se observa que la

menor variabilidad se presenta en el tratamiento 2 (CH=18%) con un 1.7% y una reducción

del radio promedio de 35mm, en segundo lugar el tratamiento 1 (CH=12%) con una

variabilidad de un 2.6% y una reducción del radio promedio de 32mm, en tercer lugar el

tratamiento 3 (CH=25%) con una variabilidad de un 3% y una reducción del radio


38/56

promedio de 44mm y por último el tratamiento 4 (Saturado) que presentó una variabilidad

del 3.9% y una reducción en el radio promedio de 50mm.

El análisis de varianza aplicado para éste modelo de efectos fijos permite afirmar que

existe evidencia estadística altamente significativa para rechazar la hipótesis nula, es decir,

al menos la deformación de uno de los tratamientos es distinto al de los demás. Para ilustrar

éste resultado se muestra en la figura 17, la tabla ANOVA con un 99% de nivel de

confianza con grados de libertad del numerador igual a 3 y grados de libertar en el

denominador de 74.

Fuente de variación Gl SC CM Valor F

Tratamientos 3 4060.02 1353.34 50.42

Error 74 1986.35 26.84

Total 77 6046.37 f(0.99,3,74)=4.067

Figura 17. Tabla ANOVA de los radios de los tratamientos después del secado.


39/56

5.2.2 Deformación residual producida luego de una semana en cámara de clima

Para medir si la deformación era permanente se comparó los valores del radio de

curvatura obtenido una vez secas las probetas, es decir, a un contenido de humedad del

11% y los radios las probetas una semana después de haber estado en la cámara de clima a

85% de humedad relativa y 15ºC de temperatura, es decir, una humedad de equilibrio del

18%, el contenido de humedad promedio alcanzado por las piezas en éste periodo fue un

15%. Esta comparación se aprecia en el gráfico de la (figura 18).

Radio medio de los t ratamiento a CH 11% y 15%

0

2040

60

80

100

120

140

160

180

200

Tramamientos

R a d i o ( m m )

Radio a CH 15%

Radio a CH 11%

Diferenca de radio

Radio a CH 15% 202 205 193 180

Radio a CH 11% 188 185 176 170

Diferenca de radio 14 20 17 10

1 2 3 4

Figura 18. Radio promedio de las probetas luego de una semana en cámara de clima.

En la figura 19, se muestra una tabla con los valores promedios alcanzados por el radio

de curvatura de los tratamientos, su desviación estándar y el coeficiente de variación. Se

aprecia que el tratamiento que sufrió la mayor deformación es el tratamiento 2 (Ch18%)

con una aumento del radio promedio de 20mm y una variabilidad de un 3.2%, en segundo

lugar el tratamiento 3 (CH 25%) con una aumento del radio promedio de 17mm y una


40/56

variabilidad de un 3.1%, en tercer lugar el tratamiento 1 (CH 12%) con una aumento del

radio promedio de 14mm y una variabilidad de un 2.1% y por último el tratamiento que

presentó la menor variación en la cámara de clima fue el 4 (saturado) con una disminución

del radio promedio de 10mm, sin embargo fue éste tratamiento el que presentó la mayor

variabilidad la cual alcanzó un 4%.

Tratamiento 1 2 3 4

Radio promedio (mm) 202 205 193 180

Radio Inicial (Ch11%)(mm)

188 185 176 170

Desviación estándar 4.33 6.55 6.02 7.23

Coeficiente de variación 0.021 0.032 0.031 0.040

Diferencia (mm) 14 20 17 10

Figura 19. Comportamiento de la deformación de la madera curvada después de una

semana en cámara de clima.

También se realizó el análisis de varianza para el radio promedio alcanzado por las

probetas curvadas luego de haberlas expuesto a las condiciones de humedad de equilibrio

descritas en la cámara de clima durante una semana y el resultado permite afirmar que

existe evidencia estadística altamente significativa para rechazar la hipótesis nula que

propone que no hay diferencia en el comportamiento del radio promedio de las probetas

curvadas. Por lo tanto se infiere que al menos la deformación de uno de los tratamientos es

distinto al de los demás. Este resultado aparece en la figura 20, donde se muestra la tabla

ANOVA con un 99% de nivel de confianza con grados de libertad del numerador igual a 3

y grados de libertar en el denominador de 74.


41/56

Fuente de variación Gl SC CM Valor F

Tratamientos 3 7657.05 2552.35 68.74

Error 74 2747.57 37.13

Total 77 10404.62 f(0.99,3,74)=4.067

Figura 20. Tabla ANOVA para la deformación después del secado.


42/56

5.2.3 Deformación residual producida en la segunda semana de exposición en

cámara de clima

El análisis de ésta situación se hizo en base a la comparación del radio promedio de

curvatura que tenían las probetas después de una semana en la cámara y el radio promedio

que se midió una semana después, es decir, dos semanas después de haber realizado el

secado (fig. 21).

Gráfico comparativo del radio registr ado luego

de un a y dos semanas de exposición en cámara

de clima

0

50

100

150

200

250

Tratamiento

R a d i o e n ( m m )

Radio C h15.6%

Radio Ch15%

Diferencia

Radio Ch15.6% 203 206 193 180

Radio Ch15% 202 205 193 180

Diferencia 1 1 0 0

1 2 3 4

Figura 21. Comparación del radio medio obtenido luego de una y dos semanas de

exposición en cámara de clima con humedad de equilibrio de un 18%.

El contenido de humedad promedio alcanzado en la segunda semana alcanzo un 15.6%,

vez (apéndice 1).


43/56

Se aprecia que la variación ocurrida es prácticamente nula, es decir, que las probetas se

estabilizaron bajo las condiciones de la cámara y la variación del radio de curvatura más

significativa ocurrió en la primera semana alcanzando los valores que se presentan en el

gráfico en la fila que tiene un contenido de humedad promedio de 15%. Por lo tanto si se

quiere estimar la magnitud de en la cual se debe subdimensionar el radio de curvatura de

una pieza determinada, son los valor que en dicha tabla aparecen los que se deben

considerar.

5.2.4 Comparación por contrastes, método Scheefé

Dado que el análisis de varianza realizado después del proceso de secado indica que

existe diferencia altamente significativa entre los tratamientos, es necesario hacer

comparación por contrastes para determinar estadísticamente el tratamiento que dio mejores

resultados después de dicho proceso. Estos contrastes se muestran a continuación figura 22.

Vector

comparativo

^L1 s2 S f 0.99,3 , 74 A Limite

inferior

Limite

superior

u1-u2 -3.20 2.769 1.66 4.067 2.852 -7.951 1.542

3u2-u1-u3-u4 -19.47 0.650 0.81 4.067 4.033 -22.722 -16.218

3u1-u2-u3-u4 -32.29 0.587 0.77 4.067 4.033 -35.377 -29.198

2u1-u3-u4 -29.08 0.293 0.54 4.067 3.493 -30.974 -27.192

2u2-u3-u4 -22.67 0.325 0.57 4.067 3.493 -24.665 -20.684

Figura 22. Tabla de comparación por contrastes entre los distintos tratamientos.

En la primera fila se muestra el resultado obtenido de la comparación entre el

tratamiento 1 y 2 con 12 y 18% de contenido de humedad respectivamente. El resultado


44/56

muestra que no hay diferencia estadísticamente discernible entra la variación del radio

después del secado entre estos dos tratamientos.

En la segunda y tercera fila se comparan los tratamientos 2 y 1 respectivamente con los

demás. El resultado afirma que existe diferencia altamente significativa en el

comportamiento del radio de los tratamientos en el secado.

Como no hubo diferencia entre los tratamientos 1 y 2, sin embargo si hubo diferencia

entre los tratamientos 1 y 2 con los otros tratamientos, se realizaron los contrastes que se

muestran en las filas cuatro y cinco de la figura 22. En la fila cuatro, se compara el

tratamiento 1 con el 3 y 4, el resultado indica que existe diferencia estadísticamente

discernible entre dichos tratamientos y como la variación menor del radio se obtuvo en el

tratamiento uno se puede afirmar que éste es mejor que los otros dos.

En la fila cinco de la tabla de la figura 22, se muestra la comparación por contraste entre

el tratamiento 2 y los tratamientos 3 y 4. El resultado muestra que existe diferencia

estadísticamente discernible entre el comportamiento del radio después del secado en el

contraste.


45/56

VI. CONCLUSIONES

El resultado del análisis cualitativo arrojo como resultado un 90.48% de aprobación en

el tratamiento 3 (Ch25%), luego el tratamiento dos (Ch18%) con una aprobación del

81.82% luego el 1 y el 4 con 80% y 77.78% respectivamente.

Del resultado de piezas aprobadas la mayor proporción de buenas se obtuvo en el

tratamiento dos con un 68.18%, luego los tratamientos cuatro, tres y uno con 52%, 47.62%

y 25.93% respectivamente.

Con respecto a la deformación producida en el proceso de secado se concluye que ésta

es directamente proporcional a la diferencia entre el contenido de humedad inicial de la

madera y el contenido de humedad al cual se desea llegar en el proceso de secado. Sin

embargo, como se muestra en los resultados la menor variabilidad se logró en el

tratamiento dos (Ch18%).

La diferencia en la deformación sufrida por la madera entre el proceso de secado una vez

puesta en la cámara de clima es significativa pero la interpretación del resultado escapa al

alcance de los objetivos de ésta memoria.

Con los resultados obtenidos se concluye que el contenido de humedad de la madera es

una variable de gran importancia para el proceso de curvado.


46/56


47/56

VII. BIBLIOGRAFÍA

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Sanhueza, A. 1998. Cultivo del Álamo. Corporación Nacional Forestal. Santiago. 214 pag.


49/56

Apéndice 1. Registro de datos del tratamiento 1.edad

Semana1 Semana2 Inicial Seco

11 14 15 220 189

220

11 15 15 220 191

11 15 16 220 191

11 15 15 220 186

11 15 15 220 182

11 16 16 220 192

220

220

11 16 16 220 193

11 15 16 220 184

12 14 15 220 185

12 13 15 220 195

11 13 15 220 187

220

11 15 15 220 189

11 16 16 220 192

11 15 15 220 186

11 15 15 220 202

11 15 15 220 189

11 14 15 220 184

11 15 16 220 183

11 15 16 220 190

220

11 15 15 220 181

11 15 15 220 186

220

11.1 14.8 15.3 220.0 188.4

RaUnidad Contenido de hum

Experimental Inicial Seco

1 12

2 12

3 12

4 13

5 13

6 11

7 13

8 14

9 13

10 12

11 12

12 13

13 12

14 11

15 11

16 11

17 12

18 12

19 13

20 11

21 12

22 13

23 13

24 14

25 12 26 12

27 12

PROMEDIO 12.3


50/56

Apéndice 2. Registro de datos del tratamiento 2.

Semana1 Seman2 Inicial Seco Seman

11 15 16 220 181

11 15 15 220 177

11 14 15 220 181

11 16 15 220 189

11 15 15 220 193

11 15 16 220 184

220

12 15 15 220 183 220

11 13 16 220 185

11 13 15 220 171

11 15 15 220 189

220

12 16 15 220 186

12 15 15 220 184

11 14 16 220 192

11 15 15 220 161

11 15 16 220 182

11 15 15 220 184

11 15 16 220 184

220

11 13 15 220 186

11.2 14.7 15.3 220.0 182.9

Radioido de humedadUnidad

Experimental Inicial Seco

1 18

2 17

3 18

4 18

5 18

6 18

7 17

8 18 9 18

10 19

11 18

12 18

13 19

14 19

15 18

16 18

17 18

18 18

19 19

20 19 21 18

22 18

PROMEDIO 18.1

Conten


51/56

Apéndice 3. Registro de datos del tratamiento 3.

a1 Seman2 Inicial Seco Seman1

15 15 220 179

15 15 220 178

14 15 220 181

15 16 220 185

15 16 220 185

15 15 220 191

15 16 220 177

15 16 220 177

14 16 220 187 15 15 220 173

15 16 220 181

14 15 220 192

15 16 220 178

15 15 220 183

15 15 220 179

14 15 220 184

15 15 220 181

14 16 220 191

14 15 220 181

14.7 15.4 220.0 182.3 1

RadioUnidad Contenido de humedad

Experimenta Inicial Seco Seman

1 26 11

2

3 25 11

4 25 11

5 25 12

6 24 12

7 25 11

8 26 11

9 25 11

10 25 11 11 25 12

12 25 12

13 26 11

14 26 11

15 27 11

16 27 11

17 26 11

18 26 12

19 26 12

20 25 11

21

PROMEDIO 25.5 11.3


52/56


53/56

Anexo 1.

Tratamiento 1. Contenido de humedad inicial del 12%.

Antes del lijado Después del lijado

47

Imagen lateral

Imagen exterior

Imagen interior


54/56

Anexo 2.

Tratamiento 2. Contenido de humedad inicial 18%


Imagen lateral

Imagen exterior

Imagen interior

48


55/56

Anexo 3.

Tratamiento 3. Contenido de humedad inicial del 25%.


Imagen lateral

Imagen exterior

Imagen interior

49


56/56

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