Magísteres

Se estudió la esterilización con calor por radiofrecuencia de madera apilada verde de pino radiata para exportación como materia prima para embalajes. Se aplicaron los programas de esterilización 56/30 (°C/min) y 60/1 (°C/min). Los ensayos fueron realizados en un equipo de radiofrecuencia de laboratorio de 3 m3 de capacidad. Se determinó el tiempo experimental y se desarrollaron modelos de predicción del tiempo de tratamiento. Se evaluó la calidad de la madera durante el proceso de esterilización con calor por radiofrecuencia en base a la variación de alabeos, cambios dimensionales y contenido de humedad durante el procesamiento. El diseño experimental tuvo como factores variables la altura de la pila, el espesor de la madera y el volumen de madera. Los resultados confirmaron que la madera que se encuentra en la superficie de la pila, es la que requiere mayor tiempo para lograr las condiciones de esterilización bajo ambos programas de tratamiento. Además la madera tratada con calor por radiofrecuencia con fines de esterilización incremento en calidad ya que en el 74.5% de los casos no se presentaron alabeos, y los cambios dimensionales así como la pérdida de humedad variaron levemente.

Se realizan experimentos a escala de laboratorio para caracterizar el secado artificial de madera de Pinus radiata a temperaturas convencionales (70/50°C) y aceleradas (90/60°C): distribuciones transitorias y espaciales de contenidos de humedad y temperatura, así como, determinación de propiedades térmicas (conductividad térmica y calor específico) en función del contenido de humedad. Los datos experimentales obtenidos permiten, en primera instancia, determinar la conductividad térmica de la madera a través de metodología inversa y también, validar los valores numéricos obtenidos. El análisis comparativo muestra que la implementación de la metodología inversa desarrollada entrega información consistente con datos experimentales obtenidos y/o disponibles en la literatura especializada: conductividades térmicas crecientes con el aumento de la humedad y la temperatura, cuyos valores fluctúan entre 0,34 y 0,56 (W/m K) para variaciones de humedad entre 22% y 64%; y temperaturas entre 70°C a 90°C, respectivamente. Por último, conclusiones son dadas en base a la pertinencia de determinar propiedades de transporte a través de metodología inversa y su posterior validación con datos experimentales. En este sentido, se presentaron errores que fluctúan entre 3,83% y 12,7% para programas de secado 70/50°C y 90/60°C, respectivamente.

En esta investigación se evaluó el efecto del proceso de debobinado, bajo condiciones ajustadas de tasa de compresión, en el tipo de grietas de debobinado y calidad de chapas de Eucalyptus nitens para la fabricación de tableros contrachapados. Se utilizaron trozas provenientes de tres alturas en árboles de familias segregadas de Eucalyptus nitens procedentes de una plantación ubicada en la zona de Mulchén, Chile. Con las chapas ya elaboradas, se analizaron las grietas de debobinado que aparecieron durante el proceso, donde la morfología, propagación y propiedades mecánicas de chapas y tableros se obtuvieron mediante análisis de imágenes microscópicas y ensayos mecánicos. Mediante nanocaracterización se obtuvo las propiedades de la “Región de Interfase”, donde se midió en forma independiente el módulo de elasticidad reducido de la pared celular y del adhesivo fenólico. Mediante la ecuación de la regla de las mezclas se calculó el módulo de elasticidad en la región de interfase, para correlacionar con las propiedades mecánicas en tracción de tableros contrachapados. Se logró corroborar que con la tasa de compresión más ajustada, se obtiene una chapa más apretada, rígida y de buenas propiedades mecánicas, con grietas de debobinado de menores dimensiones con lo que la propagación de estas grietas a la superficie de la chapa se reduce cuando los tableros están en servicio. Las propiedades de la interfase mejoran a medida que se usan las chapas fabricadas con esta metodología, reforzando el concepto de que una buena interfase es capaz de transmitir esfuerzos entre chapas mejorando así las propiedades mecánicas del producto final. Mediante el uso de familias segregadas de Eucalyptus nitens y con trozas provenientes de alturas superiores a los 3 metros, es posible obtener chapas de buena calidad y apariencia para la fabricación de tableros contrachapados.

La poda se ejecuta para incrementar el volumen de madera libre de defectos con respecto al volumen total del fuste, esto conlleva la división de la troza en dos áreas: una libre de defectos y otra con defectos, que definen la calidad final de la madera aserrada. El proceso de corte se enfoca como un Problema de Corte y Embalaje (Cutting -Stock Problem, CSP) en donde se debe ubicar piezas de madera aserrada en las trozas minimizando la pérdida por aserrín o despuntes, que repercute en la rentabilidad de las industrias madereras. Sin embargo, al ser un problema de optimización combinatoria, encontrar una solución óptima es impracticable a nivel industrial dado el tiempo requerido. Esta investigación desarrolla un método eficiente en tiempo y rendimiento que permite aumentar el aprovechamiento volumétrico y utilidad de los aserraderos que procesan trozas podadas de Pinus radiata. Se estableció un algoritmo de programación dinámica, probado en trozas latifoliadas, que permite encontrar una solución al problema, considerando criterios de la materia prima: diámetros extremos, diámetro máximo de cilindro nudoso y largo de internudo; y de las piezas aserradas obtenidas: escuadría, calidad y precio. Basado en el marco teórico se reconstruye, en primera instancia, una troza tridimensionalmente considerando los siguientes parámetros internos: diámetro de cilindro nudoso de 10 cm, un largo de internudo que promedia 70 cm. con verticilos de cuatro nudos centrados en la medula simulados como conos truncados y orientados a 24° de la médula, lo que es complementado con las imágenes externas que proporciona un escáner industrial. La implementación del algoritmo computacionalmente en lenguaje de programación C# permitió tener presente las características de la materia prima, considerando listado de pedidos y flujo de producción predominante en el país, además de facilitar la visualización tridimensional del patrón de corte por medio de visualización gráfica. Los resultados muestran un incremento en el aprovechamiento de la materia prima y utilidad neta de la madera aserrada, sin embargo, se encuentra altamente supeditado a la confiabilidad que puedan conferir los datos entregados por el escáner industrial para confeccionar una imagen tridimensional de la troza.

En esta investigación se fabricó un piso de ingeniería con la superficie densificada con maderas de Pinus radiata y Eucalyptus nitens. Adhesivo urea formaldehído y sustratos de OSB y contrachapado fueron usados. Las propiedades de cada uno de los componentes del piso fueron medidas para conocer sus propiedades físicas y mecánicas. Una vez el piso fue fabricado se analizaron sus propiedades físicas, mecánicas y nanomecánicas. Mediante el SEM (scanning electron microscopy) se evaluó la morfología de la zona de la interfase (madera-adhesivomadera). El envejecimiento acelerado permitió observar y medir el comportamiento de la superficie del piso laminado sometida a rayos UV y a condensación. Luego con las propiedades de las láminas que componen el piso, se realizó un modelamiento a través de la teoría clásica de laminación, con el fin de obtener propiedades mecánicas del piso compuesto. Se logró ratificar que las chapas de madera densificada que componen el piso de ingeniería tienen mayores propiedades físicas y mecánicas que las chapas sin tratamiento de densificación. Mediante los ensayos físicos, mecánicos y nanomecánicos realizados a los pisos fabricados, se logró corroborar que los pisos con tratamiento de densificación en su superficie, tienen un aumento significativo en sus propiedades en comparación con los pisos sin el tratamiento de densificación. La morfología de la interfase en pisos de ingeniería, mostró que el tratamiento de densificación afecta la penetración del adhesivo. A través del envejecimiento acelerado se logra observar el buen comportamiento de los pisos con la superficie densificada, además de comprobar la eficacia del barniz poliuretano para la protección de la superficie del piso de ingeniería. A través del software MatLab se realizó el modelamiento con la teoría clásica de laminación, sin embargo y luego de la comparación con las propiedades del compuesto obtenidas experimentalmente, no fue posible la validación de este.

El presente trabajo se relaciona con la simulación numérica del problema esfuerzo/deformación en la madera debido a los cambios de humedad que experimenta durante un proceso isotérmico de secado. En este contexto, se simula el transporte bidimensional del contenido de humedad al interior de la madera, modelado de acuerdo con el concepto de Potencial Hídrico, vinculado a los esfuerzos asociados al fenómeno de contracción libre y sorción mecánica debido a gradientes de humedad. Recurrente de lo anterior, un modelo matemático caracterizado por un sistema de ecuaciones diferenciales parciales no lineales de segundo orden es resuelto numéricamente a través del Método de Volúmenes de Control basado por Elementos Finitos (CVFEM). Resultados de diversos problemas y aplicaciones para una sección en el plano radial tangencial de madera de álamo son indistintamente cotejados con datos experimentales, soluciones analíticas y simulaciones numéricas disponibles en la literatura especializada.

EI presente trabajo tuvo como objetivos la simulación numérica de la cinética del secado a baja temperatura de madera sólida. EI modelo numérico contempló la integración en el tiempo, a través del método de volúmenes finitos, de un sistema de ecuaciones diferenciales parciales no lineales de segundo orden para el transporte de humedad. Los sistemas lineales de ecuaciones resultantes fueron resueltos en forma iterativa a través del método de algoritmo de Thomas. Se desarrollaron programas computacionales, escritos en lenguaje Fortran. El modelo físico, se basó en que el movimiento interno de humedad durante el secado de madera aserrada de Eucalyptus nitens es de tipo difusivo, para lo cual fue determinado el coeficiente de difusión efectiva. Experimentos unidimensionales a temperatura convencionales fueron realizados para determinar los coeficientes de difusión efectiva requeridos para la modelación de la cinética del secado de Eucalyptus nitens. Se obtuvieron como resultados, simulaciones de procesos de secado unidimensional, valores del coeficiente de difusión efectiva y distribuciones de humedad al interior de la madera sólida de Eucalyptus nitens.