Diseño metodologico en el secado natural de leña 23 11 07 by Bayron Mazariegos

ONG FORESTALES POR EL DESARROLLO DEL BOSQUE NATIVO

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DISEÑO METODOLOGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA

Preparado por: Mario Vega Rivero Ingeniero Forestal (M.Sc) mario.vega.r@gmail.com

Valdivia Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

INDICE DE CONTENIDOS 1. ANTECEDENTES GENERALES 2. DEFINICIONES 3. ENSAYOS 3.1. Ensayo zona de Valdivia 3.1.1. Área 1 3.1.2. Área 2 3.1.3. Área 3 • Objetivo específico • Diseño experimental • Instalación del ensayo de ambos ensayos. 3.2. Ensayo zona de Llanquihue • Objetivo específico • Diseño experimental • Instalación del ensayo 3.3. Ensayo zona de Chiloé • Objetivo específico • Diseño experimental • Instalación del ensayo 3.4. Ensayo zona de Coyhaique • Objetivo específico • Diseño experimental • Instalación del ensayo 4. ANEXOS 4.1. Protocolo de Selección del sitio del ensayos 4.2. Protocolo de Instalación del Ensayo 4.3. Diagrama de Flujos 4.3.1. Zona de Valdivia 4.3.2. Zona Puerto Montt 4.3.3. Zona de Chiloé 4.3.4. Zona de Coyhaique 4.4. Nomenclatura

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1. ANTECEDENTES GENERALES El Sistema Nacional de Certificación de Leña (SNCL), se basa en cuatro principios, que los comerciantes de leña deben cumplir para estar certificados bajo este sistema. Los principios se refieren al Cumplimiento de las leyes, Origen de la leña, Calidad de la leña y Servicio al consumidor. Específicamente, el Principio 3 “Calidad de la Leña”, obliga entre otros aspectos a que la leña que se comercializa debe estar seca, entendiéndose por leña seca la que posee un contenido de humedad menor o igual a un 25% en base seca. Por lo tanto el secado de la leña es un eje primordial del SNCL, por lo cual se deben realizar esfuerzos en investigaciones aplicadas de las técnicas más adecuadas en el secado de leña, de manera que los productores y comerciantes puedan adoptarlas y de esta manera programar sus ventas cumpliendo con la totalidad de los principios del SNCL. En el presente informe se presenta el DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA en el área de influencia del SNCL. Con la implementación de este diseño se espera poder avanzar significativamente en dar respuestas sobre las técnicas adecuadas de secado natural de leña y los tiempos requeridos para alcanzar el contenido de humedad solicitado por el Principio 3. Para el diseño del estudio, el mandante (SNCL) solicitó basarse en las conclusiones de experiencias desarrolladas anteriormente, con el objetivo de no redundar en resultados ya obtenidos. Siendo el primer paso del estudio establecer cuatro áreas independientes del proyecto, estas áreas se determinaron por dos razones principales 1) Que no existiesen experiencias anteriores en secado de leña o 2) si las hubiese fuesen experiencias limitadas a cuanto especies y variables estudiadas. Siendo las áreas seleccionadas; Valdivia, Puerto Montt, Chiloé y Coyhaique. En cada área se desarrollaron distintos diseños acorde con la realidad local, especialmente en forma de comercialización de la leña (corta, choco, larga, partida y redonda) y especies (Tepú, canelo, lenga, coigüe, luma). El diseño se basa principalmente en la mejora de las prácticas habituales de los productores y comercializadores de leña, respecto al secado de la leña. De manera que el informe sea lo más flexible y didáctico posibles, este se divide en cuatro secciones principales: 1° Definiciones, 2° Diseños experimentales, 3° Protocolo de instalación y medición, y 4° Diagramas de flujo instalación y medición para cada zona. ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero3 Valdivia, Primavera 2007

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2. DEFINICIONES Se definen a continuación los conceptos empleados en este documento. Acopio tradicional: consiste en el arrumado como actualmente lo realizan los productores de leña, es decir sin ningún tipo de protección del suelo y de la lluvia.

SUELO

Acopio: consiste en el arrumado con una disposición tradicional de los leños, pero levantándolo desde el suelo 30 cm, mediante varas u otro mecanismo. Este procedimiento se emplea para todos los tratamientos expuestos en el estudio a excepción de aquel que identifique claramente como Acopio tradicional. Un ejemplo de elevación se aprecia en las siguientes figuras.

30 cm.

SUELO

Acopio bajo techo: consiste en el arrumado con la disposición tradicional de los leños, pero dentro de un galpón. En este tipo de acopio también deberá levantarse al menos 20 cm, mediante varas u otro mecanismo y dejar una distancia entre la parte superior de la ruma y el cielo o techo de la edificación de al menos 70 cm. Esto se requiere para que el flujo del aire no se detenga por la cercanía cielo o techo, además de evitar que la condensación de la humedad expulsada de la leña que se condensa en el techo influyendo sobre la humedad de la leña. ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero4 Valdivia, Primavera 2007

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Viento predominante

Un aspecto importante en acopio bajo techo es la disposición de las rumas respecto al viento (o circulación predominante de aire) dentro del galpón, el cual debe intentar que sea como se indica en la siguiente figura.

1 : Distancia ≥ 30 cm.

Acopio cubierto: consiste en el arrumado con la disposición tradicional de los leños, pero levantándolo desde el suelo 30 cm, mediante varas u otro mecanismo además de encontrarse cubierto (solo la parte superior) por una protección individual por ruma, ejemplos de este tipo de cobertura se expone en la siguiente figura.

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Leña Partida: se entiende como un leño partido en el eje longitudinal, idealmente a la mitad. Este tipo de leña puede ser acopiada en Acopio tradicional o Acopio.

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Leña Redonda: se define como un leño que no se encuentra partido en su eje longitudinal. Este tipo de leña puede ser acopiada en Acopio tradicional o Acopio.

Leña Trozada: Se entiende como aquel leño partido transversalmente a su eje longitudinal en tres partes iguales, obteniéndose leños de 33 cm. aproximadamente de largo. Este tipo de leña puede redonda o partida y puede ser acopiada en Acopio tradicional o Acopio.

Leño 33 cm. aprox.

Superficie específica: Se refiere a la superficie sin corteza que se encuentra al momento de la combustión en contacto directo entre el combustible y el carburante (aire), además es la superficie de evaporación de agua de los leños esta posee relación directa con la superficie específica, por lo que el leño se seca más rápido, entre mayor sea la superficie específica. Probetas de CHi: Se refiere a las probetas que se obtienen para determinar el Contenido de Humedad inicial (Chi) de las muestras. El método empleado es por pesadas. Probetas Control: Son las probetas que se emplean para determinar los cambios en el Contenido de Humedad de la muestra.

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1 muestra de leña trozada de 33 cm

1 muestra de leña de 1 m

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL b

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL c

Probeta de CONTROL b

Población: Es la leña de una especie dada (o mezcla de ellas) en un predio establecido, respecto a su tasa de secado natural. Muestra: Es el leño de una especie dada redondo o partido. Unidad experimental (UE): corresponde a un m3 estéreo de leña de donde se obtienen las muestras. Diseño experimental: Con el fin de estudiar la influencia de dos o más factores sobre la tasa de secado de leña en distintas especies, se aplica el diseño factorial (DF) o Bloques al azar (DA) Repetición: Consiste en la repetición de un tratamiento dado. En este caso se consideran tres repeticiones de cada tratamiento (incluyéndose las repeticiones del tratamiento testigo). Réplicas del experimento: No se aplicarán réplicas del experimento en este estudio. Tipo de muestreo: Aleatorio simple con reemplazo, El muestreo aleatorio simple: se define como aquel en que cada elemento de la unidad muestral tiene la misma probabilidad de ser seleccionado como muestra. En la práctica no nos interesa el leño seleccionado en general, sino solo los que poseen un mayor peso y dimensión, entre los cuales se seleccionan muestras. Esto se debe a que en la práctica estos leños poseen una tasa de secado menor al resto de los leños de menores dimensiones y peso, lo que implica que tardan más tiempo en secarse y llegar a un CH% predeterminado. Seleccionando sólo leños pesados y grandes se asegura de este modo, que al momento que estos se encuentren al CH deseado el resto también lo estará. Se emplea el muestreo con reemplazo debido que el leño seleccionado será medido sucesivamente, extrayéndose, midiéndose y luego devolviéndose a la ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero8 Valdivia, Primavera 2007

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ruma, la ventaja de este muestreo es que se pueden realizar infinitas extracciones o hasta que se complete el tiempo de estudio o bien hasta que alcance el CH% predeterminado. Este muestreo se realiza en todos los ensayos, a menos que se indique lo contrario. Tamaño muestral: (n) 10 muestras por tratamiento. Metodología de elección de n: Se seleccionan todos los leños de mayor peso y dimensiones separándola del resto de la leña adquirida para el estudio. De los leños seleccionados se escogen 10 leños por tratamiento y repetición, los cuales son preparados como muestras, aplicando la metodología descrita en el Anexo 4.2. El resto de los leños no seleccionados se emplean en completar los m3 de los tratamientos.

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3. ENSAYOS 3.1. Ensayo zona de Valdivia 3.1.1. Área 1 • Objetivo específico: Se evaluará la influencia de la superficie específica del leño en la tasa de secado, de una mezcla de dos especies leñosas de la zona costera de la provincia de Valdivia. • Diseño experimental Área geográfica específica

: ______________________________

Especies

: Luma (Amomyrtus luma) : Melí (Amomyrtus meli)

Diseño estadístico

: Bloques al azar (DA)

Muestreo: Aleatorio simple, se deberá realizar en la proporción de la mezcla entre las dos especie1.

Tratamiento Acopio de leña Trozada Redonda Acopio tradicional de leña Trozada Redonda Acopio de leña Trozada Partida Acopio tradicional de leña Trozada Partida

Repeticiones Unidad experimental n muestral Probetas de CHi Probetas Control de CH Variable respuesta

Mezcla de leña Luma + Meli √ √ √ √

: Tres por tratamiento. : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) : 10 por tratamiento. : 10 por unidad experimental. : 30 por unidad experimental. : Contenido de humedad (CH)

La mezcla de especies es una práctica común en la venta de leña, esta mezcla no posee proporciones definidas para cada tipo de leña. Para la obtención de las muestras se debe mantener la proporción de cada tipo de leña (ver anexo 4.2) y luego continuar el ensayo según las instrucciones generales.

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Variables constantes

Viento Época de corta Contenido de Humedad inicial (CHi) Tamaño del leño (33 cm. de largo)

Requerimientos de Material

: 2 bloques = 14 m3 en total. Cada bloque de 6 m3 (dos tratamientos x tres repeticiones) + un m3 (área buffer)

3.1.2. Área 2 • Objetivo específico: Se evaluará la influencia de la superficie específica del leño en la tasa de secado, de leña trozada de Canelo de la zona costera de la provincia de Valdivia. • Diseño experimental Área geográfica específica

: .....................................................................

Especie

: Canelo (Drimys winteri)

Diseño

: Bloques al azar (DA)

Esquema del diseño experimental

Tratamiento Acopio de leña Trozada Partida Acopio de leña Trozada Redonda Acopio tradicional de leña Trozada Partida Acopio tradicional de leña Trozada Redonda

Leña de Canelo √ √ √ √

Muestreo: Aleatorio simple. Repeticiones n muestral Unidad experimental Probetas de CHi Probetas Control de CH Variable respuesta Variables constantes

: Tres por tratamiento : 10 por tratamiento. : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) : 10 por unidad experimental. : 30 por unidad experimental. : Contenido de humedad (CH) : Viento

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Época de corta Contenido de Humedad inicial (CHi) Tamaño del leño (33 cm. de largo) Requerimientos de Material

: 2 bloques = 14 m3 en total. Cada bloque de 6 m3 (dos tratamientos x tres repeticiones) + un m3 (área buffer)

3.1.3. Área 3 • Objetivo específico: Se evaluará la influencia de la superficie específica del leño en la tasa de secado, de leña larga de Canelo de la zona costera de la provincia de Valdivia. • Diseño experimental Área geográfica específica

: .....................................................................

Especie

: Canelo (Drimys winteri)

Diseño

: Bloques al azar (DA)

Esquema del diseño experimental

Tratamiento Acopio de leña Partida Acopio de leña Redonda Acopio tradicional de leña Partida Acopio tradicional de leña Redonda

Leña de Canelo √ √ √ √

Muestreo: Aleatorio simple. Repeticiones n muestral Unidad experimental Probetas de CHi Probetas Control de CH Variable respuesta Variables constantes

: Tres por tratamiento : 10 por tratamiento. : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) : 10 por unidad experimental. : 20 por unidad experimental. : Contenido de humedad (CH) : Viento

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Época de corta Contenido de Humedad inicial (CHi) Tamaño del leño (1 m. de largo) Requerimientos de Material

: 2 bloques = 14 m3 en total. Cada bloque de 6 m3 (dos tratamientos x tres repeticiones) + un m3 (área buffer)

• Instalación del ensayo (Los protocolos son idénticos para las tres áreas). a) Protocolo de selección del sitio, ver Anexo 4.1. b) Protocolo de Instalación del ensayo, ver Anexo 4.2. c) Protocolo de medición y control del Contenido de Humedad de la leña, del Anexo 4.2

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3.2. Ensayo zona de Puerto Montt • Objetivo específico: Se evaluará la influencia del acopio bajo techo (en galpón) en su tasa de secado, en leña de dos especies leñosas de la zona de LLanquihue. Área geográfica específica

: Llanquihue

Especies

: Luma (Amomyrtus luma) : Canelo (Drimys winteri)

• Diseño experimental Diseño : Factorial (2 X 3) Factor Especie Acopio

Nivel Luma Canelo Acopio bajo techo de leña partida Acopio de leña partida Acopio tradicional de leña partida

Esquema del diseño experimental

Tratamiento Acopio bajo techo de leña partida Acopio de leña partida Acopio tradicional de leña partida

Especie Luma Canelo √ √ √ √ √ √

Muestreo: Aleatorio simple Repeticiones n muestral Unidad experimental Probetas de CHi Probetas Control de CH

: Tres por tratamiento : 10 por tratamiento. : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) : 10 por unidad experimental. : 20 por unidad experimental.

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Variable respuesta Variables constantes

: Contenido de humedad (CH) : - Viento - Época de corta - Contenido de Humedad inicial (CHi) - Tamaño del leño (1 m. de largo)

Requerimientos de Material

: 3 bloques = 21 m3 en total. Cada bloque de 6 m3 (dos tratamientos x 3 repeticiones) + 1 m3 (área buffer)

• Instalación del ensayo a) Protocolo de selección del sitio, ver Anexo 4.1. b) Protocolo de Instalación del ensayo, ver Anexo 4.2. c) Protocolo de medición y control del Contenido de Humedad de la leña, del Anexo 4.2

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero15 Valdivia, Primavera 2007

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3.3. Ensayo zona de Chiloé • Objetivo específico: Se evaluará la influencia del acopio cubierto en leña trozada de Tepú y Canelo respecto a su tasa de secado, en la zona de Chiloé. Antecedentes Área geográfica específica

: .........................................................

Especies

: Tepú (Tepualia stipularis) : Canelo (Drimys winteri)

• Diseño experimental Diseño : Factorial (2 X 2) Factor Nivel Especie Tepú Canelo Acopio Acopio de leña trozada partida Acopio cubierto de leña trozada partida

Esquema del diseño experimental

Tratamiento Acopio de leña trozada partida Acopio cubierto de leña trozada partida

Leña trozada Tepú Canelo √ √ √ √

Muestreo: Aleatorio simple Repeticiones n muestral Unidad experimental Probetas de CHi Probetas Control de CH Variable respuesta

: Tres por tratamiento : 10 por tratamiento. : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) : 10 por unidad experimental. : 30 por unidad experimental. : Contenido de humedad (CH)

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Variables constantes

Viento Época de corta Contenido de Humedad inicial (CHi) Tamaño del leño ( 33 cm. de largo)

Requerimientos de Material

: 2 bloques = 14 m3 en total. Cada Bloque de 6 m3 (2 tratamientos x 3 repeticiones) + 1 m3 (área buffer)

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero17 Valdivia, Primavera 2007

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3.4. Ensayo zona de Coyhaique • Objetivo específico: Se evaluará la influencia del trozado y el acopio cubierto en la tasa de secado de leña de Lenga en la zona de Coyhaique. • Diseño experimental Área geográfica específica

:............................................................

Especie

: Lenga (Nothofagus pumilio)

Diseño estadístico

: Factorial (2 X 2)

Factor Nivel Leña Partida Trozada partida Acopio Acopio Acopio cubierto

Esquema del diseño experimental

Tratamiento Acopio de leña Acopio cubierto de leña

Leña Trozada Partida partida √ √ √ √

Muestreo: Aleatorio simple. Repeticiones n muestral Unidad experimental Probetas de CHi

: Tres por tratamiento : 10 por tratamiento. : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) : 10 por unidad experimental (leña partida) : 10 por unidad experimental (leña trozada partida) Probetas Control de CH : 20 por unidad experimental (leña partida) : 30por unidad experimental (leña trozada partida) Variable respuesta : Contenido de humedad (CH) ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero18 Valdivia, Primavera 2007

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Variables constantes

Viento Época de corta Contenido de Humedad inicial (CHi)

Requerimientos de Material

: 2 bloques = 14 m3 en total. Cada Bloque de 6 m3 (2 tratamientos x 3 repeticiones) + 1 m3 (área buffer)

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero19 Valdivia, Primavera 2007

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4. ANEXOS 4.1. Protocolo selección del Sitio de Ensayos Para la selección del sitio debe considerarse los siguientes aspectos: 1) Viento. Se debe determinar cual es el viento predominante en el sitio, para posteriormente instalar la ruma de los ensayos los más perpendicular posible al sentido del viento predominanate. Ruma de leña

VIENTO 2) Cercanía al bosque. La cercanía al bosque perjudica la libre circulación del aire y la exposición al sol. Por lo que debe evitarse al máximo instalar los ensayos cerca o bajo bosques o cortinas de viento, como se observa en la siguiente figura. El lugar ideal es en un terreno absolutamente libre de obstáculos para el viento y el sol.

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3) Exposición del sol. Corresponde a la exposición de la ruma respecto al sol, esta deber estar ubicada preferentemente de cara al norte para aprovechar al máximo los rayos solares.

N Ruma de leña

4) Pendiente. Es un factor que incide en la facilidad para la instalación adecuada del ensayo, por lo que debe realizarse en lugares planos o con pendientes mínimas, sin embargo se debe evitar al máximo lugares planos en hondonadas o depresiones de terreno ya que en estos lugares generalmente no circula el viento con la misma intensidad que en los sectores altos. 5) Preparación del terreno. Consiste en eliminar la vegetación de la zona donde se instalará el ensayo, deberá tenerse especial cuidado con el pasto que al crecer acumulará la humedad del suelo e evitará la libre circulación del aire, dificultando de esta manera el secado de la ruma espacialmente en las zonas bajas de la ruma. Además no hay que olvidar que al secarse la vegetación esta se transforma en combustible, convirtiéndose en foco de posibles incendios.

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero21 Valdivia, Primavera 2007

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4.2. Protocolo de Instalación del Ensayo 1) Características del material a utilizar (leña) -

Recién volteada, es de suma importancia ya que de esta manera el CH es homogéneo y sus variaciones en el CH solo se podrán explicar por los tratamientos aplicados. De tamaño regular, es decir deben considerarse leña que sea lo mas homogénea posible en cuento a su forma. Sanidad se refiere a la condición sanitaria de la leña es decir que no posea presencia de hongos manchadores ni mucho menos degradadores ya que esto afectaría su tasa de secado. Origen de la leña, debe evitarse que ella provenga de predios distintos.

2) Características de la muestras De los metros cúbicos estéreos disponibles de leña para el ensayo se seleccionan las muestras de la leña disponible con las características descritas en el punto anterior. En la práctica no interesa el leño seleccionado al azar, sino solo los que poseen un mayor peso y dimensión, entre los cuales se seleccionan las muestras. Esto se debe a que en la práctica estos leños poseen una tasa de secado menor al resto de los leños de menores dimensiones y peso, lo que implica que tardan más tiempo en secarse y llegar a un CH% predeterminado. Seleccionando sólo leños pesados y grandes se asegura de este modo, que al momento que estos se encuentren al CH deseado el resto también lo estará. Por lo tanto se seleccionan 10 muestras por tratamiento y repetición, que posean homogeneidad en el peso y dimensión. 3) Diseño experimental En la instalación de los ensayos deberá considerarse el diseño experimental explicado, tomando en cuenta las definiciones expuestas en punto correspondiente.

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero22 Valdivia, Primavera 2007

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4) Ubicación de las muestras, Ubicación de las muestras en la unidad experimental se describe en el siguiente esquema,

Muestras Estacas de separación, entre m3 estéreos de leña y estas además separan los tratamientos.

Área buffer

La altura dependerá del tratamiento aplicado.

Disposición ideal de un ensayo con tres tratamientos, tres repeticiones y tres bloques. VIENTO PREDO_ MINANTE

VIENTO PREDO_ MINANTE

La instalación de un ensayo debe intentar dentro de la factibilidad del terreno que las variables que afectan el secado sena homogéneas para todos los tratamientos y repeticiones de ellos. Como el viento es un factor determinante no debe obviarse el área buffer a cada extremo de los bloques. ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero23 Valdivia, Primavera 2007

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5) Determinación del Contenido de humedad inicial de los leños seleccionados. Para determinar el CHi (contenido de humedad inicial) se emplea el método de gravimétrico (pesadas) descrito en detalle en la NCh 176/1 2, y con los mediciones obtenidas se podrá realizar el seguimiento del secado del leño seleccionado, empleando el método descrito por Simpson, 19913. Método gravimétrico: El método gravimétrico consta de dos partes esenciales: a) La obtención de las probetas y su manejo, b) La obtención del CHi. A continuación se describe cada parte, a) Obtención de las probetas para el cálculo de CHi. Se seleccionan los leños de mayor tamaño y más pesados de todos los metros cúbicos estéreos disponibles para el ensayo, de estos, se seleccionan 10 leños (por tratamientos y repetición) de similar tamaño y superficie específica, esperando que los leños seleccionados posean el mayor CH. • En caso de los tratamientos con leña redonda o partida se obtiene una sola probeta de CHi por leño, como se indica a continuación.

Probeta de CHi

NCh 176/1.Of84. 1984. Madera – Parte 1: Determinación de Humedad. Instituto Nacional de Normalización (INN). Santiago–Chile. NCh 176/2.Of86.1988. Madera – Parte 2: Determinación de la Densidad. Instituto Nacional de Normalización (INN). Santiago–Chile. 3 ·Simpson, W. 1991. Dry Kiln Operator’s Manual. Agricultural Handbook 188. Forest Products Laboratory. Forest Service. Department of Agriculture. Wisconsin-United States. ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero24 Valdivia, Primavera 2007

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• Para el caso de los tratamientos con leña trozada se obtiene también una probeta de CHi por leño, como se indica a continuación.

Probeta de CHi

De cada uno de los 10 leños seleccionados en leña de 1 m de largo se obtiene una probeta de CHi. Esta probeta debe tener a 5-7 cm de largo, la probeta debe encontrarse libre de defectos como pudrición, nudos, resina, etc. En caso de encontrarse estos u otros defectos se debe remuestrear obteniendo una nueva probeta (lo mas cerca posible de la probeta anterior), la cual debe chequearse nuevamente, si no es satisfactoria realizar un nuevo muestreo y así sucesivamente hasta encontrar una probeta libre de defectos. Las probetas de CHi deben sellarse o introducirse en recipientes sellados que impidan su deshidratamiento prematuro, (por ejemplo, film plástico y/o bolsas selladas). Las cuales deben introducirse idealmente en un refrigerador o bien en lugares húmedos para que no pierdan humedad, en ningún caso deben dejarse al interior de una habitación calefaccionada o expuesta al sol directo. b) La obtención del CHi 1° Pesar las probetas de CHi: Inmediatamente de extraerlas de sus bolsas, film, o recipientes, esta pesada debe ser con una precisión 0.1 gr. 2° Secar en estufa a 103+2 ºC durante 48 horas: Este tiempo es necesario para así asegurarse que la madera se encuentre completamente anhidra.

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero25 Valdivia, Primavera 2007

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3° Enfriar la probeta: Debe realizarse en un desecador hasta alcanzar la temperatura ambiente y continuar con el próximo paso rápidamente. 4° Pesar la probeta anhidra: con una precisión de 0.1 gr. Con esta metodología se puede obtener los valores que se emplea en la siguiente fórmula para obtener el CHi;

%CH =

Ph − Po *100 Po

Donde: Ph: Peso húmedo de la probeta antes del secado, en gramos. Po: Peso anhidro de la probeta después del secado, en gramos. CH : Contenido de Humedad en %. Para la leña partida y redonda se obtienen dos probetas denominadas probetas control del contenido de humedad de las dos partes restantes del leño resultantes de obtener la probeta de CHi. Estas se deben sellar con pintura al óleo para exterior, en el extremo donde se obtuvo la probeta de CHi. Para el caso de los tratamientos con leña trozada, las probetas control del contenido de humedad serán los mismos tres leños que se divide la leña de un metro. En este caso NO deben sellarse los extremos interiores. Para ambos casos, en los extremos de cada leño se debe identificar con un número, además se debe indicar claramente el lado de la ruma al cual corresponde, por ejemplo: leño 1A y leño 1B. El 1A corresponderá a la dirección norte y 1B a la dirección sur, para que al momento de reponer los leños después de las mediciones no se modifique las posiciones del leño. Y para el caso de leña trozada, basta con denominar 1C al leño central. ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero26 Valdivia, Primavera 2007

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c) Seguimiento de la pérdida de Contenido de Humedad en los leños. Para el seguimiento de la pérdida de humedad en las rumas se emplea el método descrito por Simpson, 1991, el cual se basa en la pérdida de peso (por ende de humedad) de las probetas control del contenido de humedad. Se utiliza para este fin las 20 probetas control (2 por leño) para leña redonda y partida y 30 probetas control (3 por leño) para leña trozada, y con ellas se obtiene el CH promedio por leño en ese instante de tiempo. Procedimiento de seguimiento con Probetas Control de CH en la ruma, 1º Pesar cada probeta de control del contenido de humedad (Pi). 2º Se conoce el CHi (contenido de humedad inicial) de cada leño. 3º Con el CHi y Pi se determina el Po (peso anhidro) mediante la siguiente expresión matemática.

Pi − Po Po

CHi = CHi =

Pi −1 Po

CHi +1 =

Po =

Wi Wo

Pi CHi + 1

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero27 Valdivia, Primavera 2007

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4º Se pesan (con precisión de hasta 5 gr) las probetas control del contenido de humedad por leño, desde la instalación del ensayo y luego cada 30 días. Con estos valores se determina el CH del leño para ese instante de tiempo (CHx).

CHx =

Px − Po Po

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DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

4.3. Diagrama de Flujos 4.3.1. Zona de Valdivia 4.3.1.1.

DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE VALDIVIA – ÁREA 1

Tratamiento Acopio de leña Trozada Redonda Acopio tradicional de leña Trozada Redonda Acopio de leña Trozada Partida Acopio tradicional de leña Trozada Partida

Mezcla de leña Luma + Meli √ √ √ √

Leña para ensayo: 14 m3 estéreos (12 m3 y 2 m3 buffer)

2 m3 largos redondo de Mezcla y 2 m3 largos partida de Mezcla (1 m de largo)

5 m3 cortos redondo de Mezcla (33 cm de largo)

5 m3 cortos partido de Mezcla (33 cm de largo)

Selección de las 120 muestras

60 muestras para estudio de leña trozada redonda de 33 cm de largo ( l ) Elaborar las 60 muestras para estudio de leña trozada redonda (ver diagrama de fuljo adjunto)

Montar las 3 UE con 10 muestras cada una de leña trozada

60 muestras para estudio de leña trozada partida de 33 cm de largo (Mezcla)

Elaborar las 60 muestras para estudio de leña trozada partida (ver diagrama de fuljo adjunto)

Montar las 3 UE con 10 muestras cada una de leña trozada partida

Montar las 3 UE con 10 muestras cada una de leña trozada

U U ____________________________________________________________________________________________ 4 3 2 5 6 4 3 2 5 6 Mario Vega RiveroE E 29 UE

Tratamiento Acopio de leña trozada partida-redonda Alternar los tratamientos y repeticiones

Valdivia, Primavera 2007 Tratamiento Acopio Tradicional de leña trozada partida-redonda Alternar los tratamientos y repeticiones

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Elaboración de 120 muestras seleccionadas según características descritas en protocolo de instalación

Elaboración de 120 muestras para el ensayo con leña trozada partida de 33

Obtención de la probeta de CHi y 3 probetas control 1 muestra

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL c

Probeta de CONTROL b

Manejo de las probetas de Se rotulan claramente en la madera con un lápiz indeleble con la nomenclatura: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10)

Ch: Chiloé C : Canelo y T: tepú ATP: Acopio de leña trozada partida 2 : Repetición 2 1 : Muestra 1

Las probetas de CHi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral y se introducen en una bolsa plástica trasparente que también

El transporte y almacenamiento hasta su pesaje en laboratorio debe realizarse como indica el protocolo de instalación del ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero30 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Manejo de las tres probetas de Control en ensayo la leña trozada partida de 1 m de

NO SE SELLAN los extremos de las probetas

Se rotulan claramente en la madera con un lápiz indeleble con la nomenclatura: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10) 6° probetas control (a, b y c ) 7° mes de medición (0 a 12) Ej.: Ch-C-ATP-2-1-c-12

Se pesan inmediatamente después de rotulado

Las 3 probetas de control corresponden a una muestra

Las probetas de control se ubican según el diagrama expuesto en el protocolo de

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero31 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

4.3.1.2.

DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE VALDIVIA – ÁREA 2

Tratamiento Acopio de leña Trozada Redonda Acopio tradicional de leña Trozada Redonda Acopio de leña Trozada Partida Acopio tradicional de leña Trozada Partida

Leña Canelo √ √ √ √

Leña para ensayo: 14 m3 estéreos (12 m3 y 2 m3

2 m3 largos redondo de Canelo y 2 m3 largos partida de Canelo (1 m de largo)

5 m3 cortos redondo de Canelo (33 cm de

5 m3 cortos partido de Canelo (33 cm de

Selección de las 120

60 muestras para estudio de leña trozada redonda de 33 cm de largo (C l ) Elaborar las 60 muestras para estudio de leña trozada redonda (ver diagrama de fuljo adjunto)

Montar las 3 UE con 10 muestras cada una de leña trozada

60 muestras para estudio de leña trozada partida de 33 cm de l (C l )

Elaborar las 60 muestras para estudio de leña trozada partida (ver diagrama de fuljo adjunto)

Montar las 3 UE con 10 muestras cada una de leña trozada partida

Montar las 3 UE con 10 muestras cada una de leña trozada

UE UE UE ____________________________________________________________________________________________ UE UE UE UE UE UE UE U U 4 Mario5 Vega Rivero3 2 6 4 3 2 5 6 32 E E

Tratamiento Acopio de leña trozada partida-redonda Alternar los tratamientos y repeticiones

Valdivia, Primavera 2007 Tratamiento Acopio Tradicional de leña trozada partida-redonda Alternar los tratamientos y repeticiones

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Elaboración de 120 muestras seleccionadas según características descritas en protocolo de instalación

Elaboración de 120 muestras para el ensayo con leña trozada partida de 33

Obtención de la probeta de CHi y 3 probetas control 1 muestra

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL c

Probeta de CONTROL b

Manejo de las probetas de

Se rotulan claramente en la madera con un lápiz indeleble con la nomenclatura: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10)

Ch: Chiloé C : Canelo y T: tepú ATP: Acopio de leña trozada partida 2 : Repetición 2 1 : Muestra 1

Las probetas de CHi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral y se introducen en una bolsa plástica trasparente que también

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Manejo de las tres probetas de Control en ensayo la leña trozada partida de 1 m de

NO SE SELLAN los extremos de las probetas

Se pesan inmediatamente después de rotulado

Las 3 probetas de control corresponden a una muestra

Las probetas de control se ubican según el diagrama expuesto en el protocolo de 4.3.1.3.

Área 3

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero34 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

4.3.2.DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE CHILOÉ

Especie Luma Canelo √ √ √ √ √ √

Tratamiento Acopio bajo techo de leña partida Acopio de leña partida Acopio tradicional de leña partida

Leña para ensayo: 21 m3 estéreos (18 m3 y 3 m3

3 m3 de canelo y 3 m3 de luma (1 m de largo)

7.5 m3 de canelo y 7.5 m3 de luma (1 m de largo)

Selección de las 180 muestras, 60 de canelo y 60 de luma

Elaborar las 180 muestras para estudio de leña de tepú (ver diagrama de fuljo Montar las 18 Unidades Experimentales (9 de canelo y 9 de luma) con 10 muestras cada

U M

Tratamiento Acopio bajo techo de leña partida Alternar las especie y repeticiones

U U U U U U U U U U U U M M M M M M M M M M M M ____________________________________________________________________________________________ Tratamiento Acopio tradicional de leña partida Tratamiento Acopio de leña partida Vega RiveroAlternar las especies yMario repeticiones 35 Alternar las especies y repeticiones Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Elaboración de 120 muestras seleccionadas según características descritas en protocolo de instalación

Elaboración de 60 muestras para el ensayo con leña partida de 1 m de largo

Obtención de la probeta de Chi y dos probetas control 1 muestra

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL b

Manejo de las probetas de

Se rotulan claramente en la madera con un lápiz indeleble con la nomenclatura: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10)

Co: Coyhaique L : Lenga AcT: Acopio Tradicional 2 : Repetición 2 1 : Muestra 1

Las probetas de Chi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral y se introducen en una bolsa plástica trasparente que también

El transporte y almacenamiento hasta su pesaje en laboratorio ____________________________________________________________________________________________ debe realizarse como indica el Mario Vega Riveroprotocolo de36 instalación del Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Manejo de las dos probetas de Control en ensayo la leña partida de 1 m de largo.

Se sellan los extremos de la probeta de donde se obtuvo la probeta de CHi

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero37 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

4.3.3. DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE CHILOÉ

Tratamiento Acopio de leña trozada partida Acopio cubierto de leña trozada

Tepú √ √

Leña Canelo √ √

Leña para ensayo: 14 m3 estéreos (12 m3 y 2 m3

2 m3 largos tepú y 2 m3 largos canelo (1 m de largo)

5 m3 cortos tepú y 5 m3 cortos canelo (33 cm de largo)

Selección de las 120

60 muestras para estudio de leña trozada partida de 33 cm de l ( ú)

60 muestras para estudio de leña trozada partida de 33 cm de l (C l )

Elaborar las 60 muestras para estudio de leña de tepú (ver diagrama de fuljo adjunto)

Elaborar las 60 muestras para estudio de leña trozada canelo (ver diagrama de fuljo adjunto)

Montar las 6 Unidades Experimentales con 10 muestras cada una.

U U U U U U M M M M M M Tratamiento Acopio de leña trozada partida

U M

U M 2

U M 3

U M 4

U M 5

U M 6

Tratamiento Acopio cubierto de leña trozada partida Alternar los tratamientos y repeticiones

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero38 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Elaboración de 120 muestras seleccionadas según características descritas en protocolo de instalación

Elaboración de 120 muestras para el ensayo con leña trozada partida de 33

Obtención de la probeta de CHi y 3 probetas control 1 muestra

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL c

Probeta de CONTROL b

Manejo de las probetas de

Se rotulan claramente en la madera con un lápiz indeleble con la nomenclatura: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10)

Ch: Chiloé C : Canelo y T: tepú ATP: Acopio de leña trozada partida 2 : Repetición 2 1 : Muestra 1

Las probetas de CHi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral y se introducen en una bolsa plástica trasparente que también

Mario Vega RiveroValdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Manejo de las tres probetas de Control en ensayo la leña trozada partida de 1 m de

NO SE SELLAN los extremos de las probetas

Se pesan inmediatamente después de rotulado

Las 3 probetas de control corresponden a una muestra

Las probetas de control se ubican según el diagrama expuesto en el protocolo de

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero40 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

4.3.4.DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE COYHAIQUE

Tratamiento Acopio de leña Acopio cubierto de leña

Leña Trozada Partida partida √ √ √ √

Leña para ensayo: 14 m3 estéreos (12 m3 ensayo y 2 m 3 b ff ) 5 m3 cortos (33 cm de

9 m3 estéreo (1 m de Selección de las 120

60 muestras para estudio de leña partida de 1 m de largo

Elaborar las 60 muestras para estudio de leña partida de 1 m de largo (ver diagrama de flujo adjunto)

Montar las 6 Unidades Experimentales con 10 muestras cada una.

U U U U U U M M M M M M Tratamiento Acopio de leña Alternar los tratamientos y repeticiones

60 muestras para estudio de leña trozada partida de 33 cm de l

Elaborar las 60 muestras para estudio de leña trozada partida de 33 cm de largo (ver diagrama de flujo

Montar las 6 Unidades Experimentales con 10 muestras cada una.

U U U U U U M M M M M M Tratamiento Acopio cubierto de leña Alternar los tratamientos y repeticiones

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero41 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Elaboración de 120 muestras seleccionadas según características descritas en protocolo de instalación

Elaboración de 60 muestras para el ensayo con leña partida de 1 m de largo

Elaboración de 60 muestras para el ensayo con leña trozada partida de 33

Obtención de la probeta de Chi y dos probetas control

Obtención de la probeta de Chi y 3 probetas control 1 muestra

1 muestra

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL b

Probeta de CONTROL a

Probeta de CHi

Probeta de CONTROL c

Probeta de CONTROL b

Manejo de las probetas de

Se rotulan claramente en la madera con un lápiz indeleble con la nomenclatura: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10)

Las probetas de Chi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral y se introducen en una bolsa plástica trasparente que también

Co: Coyhaique L : Lenga AcT: Acopio Tradicional 2 : Repetición 2 1 : Muestra 1

El transporte y almacenamiento hasta su pesaje en laboratorio ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Riverodebe realizarse 42 como indica el Valdivia, Primavera 2007 protocolo de instalación del

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Manejo de las dos probetas de Control en ensayo la leña partida de 1 m de largo.

Se sellan los extremos de la probeta de donde se obtuvo la probeta de CHi

Se pesan inmediatamente después de rotulado y sellado

Las 2 probetas de control corresponden a una muestra

Las probetas de control se ubican según el diagrama expuesto en el protocolo de

Manejo de las tres probetas de Control en ensayo la leña trozada partida de 1 m de

NO SE SELLAN los extremos de las probetas

Se pesan inmediatamente después de rotulado

Las 3 probetas de control corresponden a una muestra Las probetas de control se ubican según el diagrama expuesto en el protocolo de

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero43 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

4.4. Nomenclatura Ensayo Valdivia ‐ Área 1: VA1 Valdivia ‐ Area 2: VA2 Valdivia ‐ Área 3: VA3 Puerto Montt ‐ Llanquihue: PM Chiloé: Ch Coyhaique: Co Especies Mezcla (luma+meli): M Canelo: C Luma: L Tepú: T Lenga: L Tratamiento Acopio de leña Trozada Redonda

Código del ensayo ATR

Acopio tradicional de leña Trozada Redonda Acopio de leña Partida Acopio de leña Redonda Acopio bajo techo de leña partida Acopio bajo techo de leña partida Acopio cubierto de leña trozada partida Acopio de leña trozada partida Acopio cubierto de leña partida Acopio cubierto de leña trozada partida

AtTR AP AR AbtP AbtP AcTP ATP AcP AcT

Ejemplo: 1° área del ensayo 2° especie a secar 3° código del ensayo 4° repeticiones 5° muestra (1 a 10) 6° probetas control (a, b y c ) 7° mes de medición (0 a 12)

PM (Puerto Montt) C (Canelo) AP (Acopio de leña partida) R3 (Repetición 3) 6 b 4

código final

PM-C-AP-R3-6-b-4

Significando: Es el peso de leño "b" de la muestra 6 en el mes 4, de la repetición 3 del ensayo Acopio de leña partida de canelo ubicado en Puerto Montt. ____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero44 Valdivia, Primavera 2007

DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL DE LEÑA ________________________________________________________________________________________

Documentos 1. NCh 176/1.Of84. 1984. Madera – Parte 1: Determinación de Humedad. Instituto Nacional de Normalización (INN). Santiago–Chile. 2. NCh 176/2.Of86.1988. Madera – Parte 2: Determinación de la Densidad. Instituto Nacional de Normalización (INN). Santiago–Chile. 3. Simpson, W. 1991. Dry Kiln Operator’s Manual. Agricultural Handbook 188. Forest Products Laboratory. Forest Service. Department of Agriculture. Wisconsin-United States.

____________________________________________________________________________________________ Mario Vega Rivero45 Valdivia, Primavera 2007

NORMA CHILENA OFICIAL

NCh176/1.Of84

Madera - Parte 1: Determinación de humedad

Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh176/1 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Alfred H. Knigh Corporación de la Madera, CORMA Corporación Nacional Forestal, CONAF Fundación Chile Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, IDIEM Instituto Forestal, INFOR Instituto Nacional de Normalización, INN Maderas y Sintéticos S.A. Ministerio de Vivienda, División de Política Habitacional Universidad Católica de Chile, DICTUC Universidad de Concepción Universidad de Chile, Depto. de Ingeniería Civil Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias, Veterinarias y Forestales

Carlos Caballero Giamberto Bisso C. Agustín Castro C. José Trivelli R. Emilio Moreno H. René Araya M. Gastón Cubillos C. Vicente A. Pérez G. Ana María Coro M. José M. Sainz Santiago Castillo R. Daniel A. Súnico H. Gregorio Azócar G. Gerardo Soto U. Mario Wagner Emilio Cuevas I.

NCh176/1 Universidad de Santiago Universidad del Bío-Bío

Augusto Lucero F. Rodolfo Uribe R. Nabil Kuncar A.

El anexo no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta sólo a título informativo. Esta norma anula y reemplaza a la norma NCh176.Of53, "Determinación de humedad, encogimiento, hinchamiento y densidad de la madera", declarada Oficial de la República, por Decreto N°1178, de fecha 23 de Junio de 1953, del Ministerio de Obras Públicas y Vías de Comunicación. Esta norma ha sido aprobada por el H. Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 4 de Noviembre de 1983. Esta norma ha sido declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto N°34, de fecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas, publicado en el Diario Oficial N°31.813 del 03 de Marzo de 1984. Esta norma es una "reedición sin modificaciones" de la norma chilena Oficial NCh176/1.Of84, "Madera - Parte 1: Determinación de humedad", vigente por Decreto N°34, de fecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas.

NORMA CHILENA OFICIAL

NCh176/1.Of84

Madera - Parte 1: Determinación de humedad

1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece los siguientes métodos para determinar el contenido de humedad de la madera: método de secado en estufa; método de destilación y método del xilohigrómetro. 1.2 Esta norma no se aplica a maderas reconstituidas. Esta norma podrá aplicarse a maderas preservadas con las limitaciones indicadas en anexo.

2 Referencias NCh44 NCh968

Inspección por atributos - Tablas y procedimientos de muestreo. Madera - Selección, obtención y acondicionamiento de muestras y probetas para la determinación de propiedades físicas y mecánicas.

3 Definiciones 3.1 contenido de humedad: cantidad de agua incluida en la madera, expresada en porcentaje de su masa anhidra. 3.2 estado verde: condición de la madera que tiene un contenido de humedad sobre el punto de saturación de las fibras. 3.3 estado anhidro: condición de la madera en la cual se ha eliminado la humedad hasta obtener masa constante.

NCh176/1

4 Método de secado en estufa 4.1 Este método es aplicable a maderas con cualquier contenido de humedad. Sirve para determinar el contenido de humedad de lotes de piezas de madera y de probetas destinadas a ensayos de laboratorio. NOTA - En maderas de alto contenido de sustancias volátiles (mayor de 1%) la precisión del método se ve afectada, por lo que se recomienda usar el método de destilación.

4.2 Principios Determinación por pesada de la pérdida de masa de la probeta cuando se seca hasta masa constante y cálculo de la pérdida de masa en porcentaje de la masa de la probeta después del secado.

4.3 Aparatos 4.3.1 Balanza, capaz de pesar con una precisión de 0,1 g. 4.3.2 Estufa de secado, con circulación de aire, regulable a 103°C ± 2°C. 4.3.3 Desecador, provisto de un deshidratante adecuado. 4.3.4 Recipientes de vidrio, de 2 a 3 dm3 de capacidad, preferentemente provistos de tapas herméticas.

4.4 Obtención de las probetas 4.4.1 De lotes de piezas de madera Tomar al azar piezas de madera del lote, de acuerdo a los planes de muestreo establecidos en NCh44, inspección normal, nivel de inspección especial S-4. De cada pieza que compone la muestra, extraer dos probetas para ensayo, abarcando la sección transversal completa y ubicadas a 1/3 de cada extremo, pero en todo caso a no menos de 50 cm del extremo. La probeta debe tener como mínimo 25 mm de longitud y debe estar libre de corteza y defectos. En piezas pequeñas de madera, en las que no se pueden cumplir las condiciones anteriores, se tomará como probetas la pieza entera o la parte central de ella. 4.4.2 Para ensayos físicos Las probetas deben seleccionarse según NCh968 y tener preferentemente forma de prismas rectos, de sección cuadrada de 25 mm por lado y una longitud de 100 mm ± 5 mm medida a lo largo de las fibras. Después de la preparación, las probetas deben acondicionarse según NCh968. El contenido de humedad se puede determinar sobre probetas preparadas para otros ensayos o cortarse de ellas. La forma, dimensiones y método de tomar las muestras para las probetas, así como el número mínimo de probetas para la determinación del promedio del contenido de humedad se especifican en NCh968.

NCh176/1 4.4.3 Observación general Si no es posible pesar las probetas inmediatamente después de cortadas, envolverlas con una lámina a prueba de humedad previamente tarada o colocarlas en un recipiente de vidrio, de cierre hermético, previamente tarado, para evitar cambios en el contenido de humedad. En este caso la probeta debe pesarse conjuntamente con la lámina o recipiente. En todo caso no deben transcurrir más de 2 h desde que se cortan las probetas hasta el momento de pesarlas. NOTA - Pueden usarse las mismas probetas para la determinación de humedad, densidad y contracción.

4.5 Procedimiento 4.5.1 Pesar la probeta con una precisión de 0,5% de su masa. Secar hasta masa constante en la estufa a una temperatura de 103°C ± 2°C. NOTA intervalo probeta. especies

Se considera masa constante cuando la diferencia entre dos pesadas sucesivas efectuadas a un de 2 h a 4 h, según la especie y el tamaño de la probeta, es igual o menor a 0,5% de la masa de la En general es suficiente secar durante 24 h para lograr masa constante, con excepción de las 3 cuya densidad es mayor de 0,65 g/cm que pueden requerir un tiempo mayor.

4.5.2 Enfriar la probeta hasta temperatura ambiente en un desecador y pesar rápidamente para evitar variaciones mayores a 0,1% en el contenido de humedad. La precisión de la pesada debe ser de 0,1 g.

4.6 Cálculo y expresión de resultados 4.6.1 Calcular el contenido de humedad, H, de cada probeta, expresado en porcentaje, con una aproximación de 0,1% según la fórmula:

m1 - m2 ⋅ 100 m2

en que:

m1 = es la masa, en gramos, de la probeta antes del secado; m2 = es la masa, en gramos, de la probeta después del secado. 4.6.2 Calcular el promedio aritmético de los resultados obtenidos para las probetas individuales e informarlo como el valor promedio del contenido de humedad de las probetas, o del lote. Redondear los resultados al entero porcentual más próximo.

5 Método de destilación 5.1 Este método se aplica a maderas con cualquier contenido de humedad y cualquier contenido de sustancias volátiles.

5.2 Principios Remoción del agua de la madera mediante un solvente y recolección por condensación en una trampa de agua, que permite medir su volumen.

NCh176/1 5.3 Aparatos. (Ver figura 3). 5.3.1 Matraz de vidrio, termorresistente para extracción, de 250 ml de capacidad. 5.3.2 Tubo colector, consistente en un tubo graduado de vidrio, con o sin llave, de una capacidad de 10 ml; las graduaciones más pequeñas deben ser no mayores de 0,1 ml, (ver figura 1). 5.3.3 Refrigerante a reflujo. (Ver figura 2). 5.3.4 Manto calefactor 5.3.5 Balanza, de sensibilidad de 0,01 g.

5.4 Reactivos 5.4.1 Solvente, grado analítico (tolueno, xileno, benceno).

5.5 Preparación de la muestra Obtener las probetas siguiendo las mismas indicaciones que para el método de secado en estufa (4.4). Reducir la probeta a astillas, con cuchilla u otro instrumento cortante, teniendo la precaución de no producir calor, para evitar pérdida de humedad. Efectuar esta operación inmediatamente antes del ensayo.

5.6 Procedimiento 5.6.1 Pesar las astillas con una precisión de 0,01 g. Introducirlas en el matraz de extracción, agregar 100 ml de solvente, armar el aparato y calentar, regulando el calor de modo que el condensado caiga dentro del tubo colector. 5.6.2 Continuar destilando, disminuyendo el calor a medida que se realiza el ensayo, hasta que no se vean gotas de agua en el tubo refrigerante ni en el codo del tubo colector. 5.6.3 Aumentar el calor durante algunos minutos si se observan gotas que persisten adheridas al tubo interior del refrigerante. Enfriar el tubo colector a temperatura ambiente y registrar el volumen de agua recogida.

5.7 Cálculos Calcular el contenido de humedad, H, mediante la fórmula siguiente:

V 100 m-V

NCh176/1 en que:

volumen de agua recogida, en mililitros;

m = masa original de las astillas, en gramos. 5.8 Precisión Dos determinaciones sobre la misma muestra en condiciones de repetibilidad no deben diferir en más de ± 3% del valor promedio.

6 Método del xilohigrómetro 6.1 Este método es aplicable a madera con un contenido de humedad entre 7% y 28% y no requiere cortar probetas. Sirve para determinar el contenido de humedad de un lote o de piezas de madera. Este método es apto para determinaciones en terreno. Este método no es aplicable en casos de arbitraje.

6.2 Principios Medición de las propiedades eléctricas de piezas de madera, usando un medidor que relaciona dichas propiedades con el contenido de humedad de la madera.

6.3 Aparatos 6.3.1 Xilohigrómetro, calibrado para la especie correspondiente y capaz de hacer una medición individual con un error no mayor de ± 2%, a contenidos de humedad entre 7% y 28%. 6.3.2 Electrodos, consistentes en agujas cubiertas con material aislante en toda su longitud con excepción de la punta.

6.4 Muestras 6.4.1 Para lotes de piezas de madera Tomar al azar del lote el número de piezas correspondientes según NCh44, inspección normal, nivel de inspección II, general. 6.4.2 Para piezas individuales Efectuar las mediciones de humedad con el xilohigrómetro sobre cada una de las piezas.

6.5 Procedimiento 6.5.1 Medir el contenido de humedad en áreas exentas de defectos visibles, humedad superficial y suciedad. Orientar los electrodos en la madera de modo que la línea que une las puntas esté en la dirección de las fibras, a menos que por el diseño del instrumento se especifique lo contrario.

NCh176/1 6.5.2 El número de puntos de medición deben ser: dos para piezas de más de 1,5 m y hasta 2,5 m de largo; tres como mínimo para piezas de más de 2,5 m y hasta 4 m de largo y cuatro como mínimo para piezas de más de 4 m de largo. 6.5.3 Los puntos en que se efectúen las mediciones deben estar ubicados a una distancia no menor de 50 cm de cada extremo, equidistantes uno del otro y ubicados en el centro del ancho de cada cara. 6.5.4 Insertar los electrodos en forma perpendicular a la superficie y a una profundidad entre 1/4 y 1/5 del espesor de la pieza, en el caso de piezas de sección rectangular y entre 1/6 y 1/7 en piezas circulares. NOTA - Esta profundidad corresponde a la humedad promedio de la sección transversal. Si se quiere conocer el gradiente de humedad, las mediciones se harán a diferentes profundidades.

6.5.5 Efectuar las correcciones para especies y temperaturas cuando corresponda.

6.6 Cálculos y expresión de resultados 6.6.1 Calcular el promedio de las mediciones en cada pieza de madera que compone la muestra, para obtener los valores individuales de contenido de humedad, en porcentaje en masa, redondeado al 1%. 6.6.2 Obtener el valor promedio del contenido de humedad del lote, en porcentaje en masa redondeado al 1%.

7 Informe 7.1 El informe debe incluir lo siguiente: a) nombre del laboratorio responsable del ensayo; b) la referencia a esta norma; c) el método usado; d) el objetivo del ensayo; e) identificación de las probetas y/o piezas, incluyendo el nombre de la especie y detalles respecto al muestreo; f)

los resultados individuales y los promedios;

g) otros parámetros estadísticos, si se requieren de acuerdo al objetivo del ensayo; h) características del xilohigrómetro, si se usa dicho método; i)

fecha del ensayo;

nombre del solicitante del ensayo.

NCh176/1

Anexo (Informativo) Los tres métodos especificados en esta norma no son igualmente apropiados en todos los casos, por lo que al hacer referencia a esta norma, para su aplicación en un caso determinado, es importante indicar cual es el método que se debe usar, de lo contrario se asume que es posible usar cualquiera de los tres. El método de secado en estufa no es conveniente para maderas con gran cantidad de sustancias volátiles y para maderas impregnadas con productos químicos, sean éstos volátiles o no. El método de destilación es apropiado para determinar humedad en maderas impregnadas con productos solubles en el solvente que se use (tolueno, xileno, benceno) y especialmente con preservantes creosotados u oleosos. El método del xilohigrómetro presenta grandes errores cuando se usa en madera impregnada con sales u otros electrolitos. No es conveniente su uso cuando la madera ha sido tratada con sales preservantes o retardadores de fuego, así como tampoco cuando la madera ha estado en contacto prolongado con agua de mar. Cuando el contenido de humedad es menor de 8% estas alteraciones son despreciables. Las sales retenidas dan valores aumentados de humedad, pero aun así el xilohigrómetro podría usarse para establecer los límites superiores de humedad en maderas tratadas con sales. Preservantes como el pentaclorofenol y la creosota afectan muy levemente las lecturas del xilohigrómetro y generalmente no es necesario hacer correcciones.

NCh176/1

Dimensiones en milímetros

Figura 1 – Tubo colector

NCh176/1

Dimensiones en milĂmetros

Figura 2 â&#x20AC;&#x201C; Refrigerante a reflujo

NCh176/1

Figura 3 â&#x20AC;&#x201C; Esquema del armado del aparato

NORMA CHILENA OFICIAL INSTITUTO

NACIONAL

NCh

NORMALIZACION

176/1.Of84 INN-CHILE

Madera - Parte 1: Determinación de humedad Wood - Part 1: Determination of moisture

Primera edición Reimpresión

Descriptores:

: 1984 : 1999

materiales de construcción, madera, ensayos, determinación de humedad

CIN 79.040 COPYRIGHT Dirección Casilla Teléfonos Telefax Internet Miembro de

© 1984 : INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN * Prohibida reproducción y venta * : Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, Chile : 995 Santiago 1 - Chile : +(56 2) 441 0330 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0425 : +(56 2) 441 0427 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0429 : inn@entelchile.net : ISO (International Organization for Standardization) • COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)

NORMA CHILENA OFICIAL

NCh176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988

Madera - Parte 2: Determinación de la densidad

Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh176/2 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Alfred H. Knigh Corporación de Fomento de la Producción, CORFO Corporación de la Madera, CORMA Corporación Nacional Forestal, CONAF Fundación Chile Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, IDIEM Instituto Forestal, INFOR Instituto Nacional de Normalización, INN Maderas y Sintéticos S.A. Ministerio de Vivienda, División de Política Habitacional Universidad Católica de Chile, DICTUC Universidad de Concepción

Carlos Caballero Roy Wotherspoon Giamberto Bisso C. Agustín Castro C. José Trivelli R. Emilio Moreno H. René Araya M Gastón Cubillos C. Vicente A. Pérez G. Ana María Coro M. Vicente A. Pérez G. José M. Sainz Santiago Castillo R. Daniel A. Súnico H. Gregorio Azócar G. Gerardo Soto U.

NCh176/2 Universidad de Chile, Depto. de Ingeniería Civil Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias, Veterinarias y Forestales Universidad de Santiago Universidad del Bío-Bío

Mario Wagner Emilio Cuevas I. Ramón Rosende Augusto Lucero F. Rodolfo Uribe R. Nabil Kuncar A.

Los anexos A, B y C forman parte del cuerpo de la norma. El anexo D no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta sólo a título informativo. Esta norma anula y reemplaza a la norma NCh176/2.Of84, Madera - Parte 2: Determinación de la densidad, declarada Oficial de la República, por Decreto N°34, de fecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas. Esta norma ha sido aprobada por el H. Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 19 de Mayo de 1986. Esta norma ha sido declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto N°130, de fecha 11 de Junio de 1986, del Ministerio de Obras Públicas. MODIFICACION 1988 Esta norma ha sido modificada en las siguientes partes: En el anexo A, se eliminó: La fórmula b) y la línea en que se define ρH1. En el tercer párrafo del anexo D, se reemplazó el texto por el siguiente: De estos dos últimos tipos de densidades el más importante es la "densidad básica" pues, al conocer su valor, es posible establecer la densidad de referencia a cualquier otro contenido de humedad superior al punto de saturación de la fibra mediante el uso de la fórmula a) del anexo A de esta norma. En el cuarto párrafo del anexo D, se reemplazó el texto por el siguiente: Si se desea conocer la densidad de referencia de la madera a un contenido de humedad mayor que el punto de saturación de la fibra, se debe recurrir a la fórmula b) del anexo A).

NCh176/2 En el ejemplo del anexo D, se reemplazó el texto por el siguiente: Se conoce la densidad básica del pino insigne (ρb = 0,45 g/cm3) y se desea saber la densidad de referencia que tendría una pieza de madera cuando la humedad de ella es 60%. Aplicando la fórmula b):

 100 + H  ρ H = ρb ⋅   100 

ρ 60 = 0,45 ⋅ 1,6 = 0,72 g/cm3 Si además se desea estimar la densidad normal de la pieza es necesario utilizar ambas fórmulas de la siguiente manera: Densidad de referencia en el punto de saturación de la fibra (PSF):

ρ 28 = ρ b ⋅ 1,28 (Suponiendo una humedad igual a 28% para el PSF)

ρ 28 = 0,45 ⋅ 1,28 = 0,58 g/cm3 La densidad anhidra es:

ρ o = ρ 28 ρo=

[100 + (K ⋅ 28)] (100 + 28)

0,58 ⋅ [100 + (0,49 ⋅ 28)] = 0,515 g/cm3 (100 + 28)

y la densidad normal:

 (100 + 12)  112 ρ 12 = ρ o ⋅   = 0,515 ⋅ 105,88  100 + (0,49 ⋅ 12) 

ρ 12 = 0,545 g/cm3 La presente MODIFICACION a la norma NCh176/2.Of86 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguiente: Corporación de la Madera, CORMA Instituto Forestal, INFOR Instituto Nacional de Normalización, INN Ministerio de Vivienda y Urbanismo, MINVU Universidad de Chile, Depto. Ingeniería Civil Universidad de Chile, Depto. Tecnologías de la Madera

Mario Wagner M. Alberto Campos B. Vicente Pérez G. Daniel Súnico H. Mario Wagner M. Emilio Cuevas L. III

NCh176/2 Esta MODIFICACION ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 13 de Noviembre de 1987 y ha sido incorporada al texto de la norma. Esta MODIFICACION ha sido declarada Oficial de la República por Decreto N°8, del 13 de Enero de 1988, del Ministerio de Obras Públicas, publicado en el Diario Oficial N°33.003, del 23 de Febrero de 1988. Esta norma es una "reedición sin modificaciones" de la norma chilena Oficial NCh176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988, "Madera - Parte 2: Determinación de densidad", vigente por Decreto N°8, de fecha 13 de Enero de 1988, del Ministerio de Obras Públicas.

NORMA CHILENA OFICIAL

NCh176/2.Of86 MODIFICADA EN 1988

Madera - Parte 2: Determinación de la densidad

1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece métodos para determinar la densidad nominal, la densidad básica y la densidad de referencia de la madera.

2 Referencias NCh176/1 NCh176/3 NCh968

Madera - Parte 1: Determinación de humedad. Madera - Parte 3: Determinación de la contracción radial y tangencial. Madera - Selección, obtención y acondicionamiento de muestras y probetas para la determinación de propiedades físicas y mecánicas.

3 Definiciones 3.1 Se entiende por densidad al cuociente formado por la masa y volumen. Debido al carácter higroscópico de la madera se definen los siguientes tipos de densidad: 3.1.1 densidad de referencia: relación entre la masa y el volumen de la probeta, determinados ambos a un mismo contenido de humedad (H). Para este tipo de densidad se definen (Ver Anexo D): a) densidad anhidra: relación entre la masa y el volumen de la probeta en el estado anhidro. b) densidad normal: relación entre la masa y el volumen determinados ambos a un contenido de humedad igual al 12%. 3.1.2 densidad básica: relación entre la masa de la probeta en estado anhidro y el volumen de la probeta en estado verde (ver anexo C).

NCh176/2 3.1.3 densidad nominal: relación entre la masa de la probeta en el estado anhidro y el volumen de la probeta al contenido de humedad del ensayo. (Generalmente este contenido de humedad es de 12%).

4 Principios 4.1 Determinación de la masa de la probeta por pesada y de su volumen por medición de sus dimensiones u otro método. Cálculo de la masa por unidad de volumen de la madera.

5 Aparatos 5.1 Instrumento de medición, capaz de determinar las dimensiones de las probetas al 0,1 mm. 5.2 Balanza, capaz de pesar al 0,01 g. 5.3 Equipo, para determinar el contenido de humedad de acuerdo con NCh176/1. (Método de secado en estufa o método de destilación).

6 Preparación de las probetas 6.1 Cortar las probetas en forma de prismas rectos que tengan una sección cuadrada de 25 mm de lado y una longitud en la dirección de la fibra de 100 mm ± 5 mm. Los anillos de crecimiento deben ser paralelos a dos caras opuestas. 6.2 Cuando se trate de determinar la relación entre una característica mecánica y la densidad, se recomienda que la densidad se determine sobre probetas preparadas para los ensayos mecánicos en particular o sobre probetas cortadas de ellas que tengan forma cúbica de 20 mm por lado. 6.3 La preparación y número de probetas debe ser según NCh968. El contenido de humedad se determina según NCh176/1. (Método de secado en estufa o método de destilación). NOTA - Pueden usarse las mismas probetas para la determinación de humedad, densidad y contracción.

7 Procedimiento 7.1 General Determinar la masa de la probeta con una precisión de 0,01 g. Determinar el volumen por alguno de los métodos descritos en capítulo 8.

NCh176/2 7.2 Determinación de la densidad anhidra Secar las probetas gradualmente hasta masa constante, según NCh176/1, evitando su deformación y resquebrajamiento. Determinar la masa y el volumen según lo indicado en 7.1, una vez enfriadas a temperatura ambiente.

7.3 Determinación de la densidad básica Determinar el volumen máximo de la madera al estado verde (lo más cercano posible al contenido de humedad máxima que corresponde al volteo del árbol), por alguno de los métodos indicados en capítulo 8. Secar las probetas hasta masa constante y pesar con una precisión de 0,01 g.

7.4 Determinación de la densidad nominal Determinar el volumen de la probeta al contenido de humedad de 12%, por alguno de los métodos indicados en capítulo 8. Secar la probeta hasta masa constante y pesar con una precisión de 0,01 g.

7.5 Determinación de la densidad de referencia Determinar la masa y el volumen de la probeta al contenido de humedad H, según lo indicado en 7.1.

7.6 Determinación de la densidad normal Determinar la masa y el volumen de la probeta al contenido de humedad de 12%, según lo indicado en 7.1.

8 Determinación del volumen El volumen de la probeta puede determinarse por alguno de los métodos siguientes:

8.1 Por medición directa Este método es aplicable a probetas de cualquier tamaño, de forma regular, cuyas esquinas presenten ángulos rectos, y cuyas superficies sean lisas. Medir la longitud ! , el ancho a y el espesor e, con una precisión de ± 0,3%. Efectuar por lo menos tres mediciones en cada dirección, aunque en probetas pequeñas es suficiente una o dos mediciones.

8.2 Por inmersión en agua Estos métodos son aplicables a probetas de forma irregular o de superficie rugosa. La madera seca debe sellarse previamente sumergiendo la probeta en cera de parafina caliente. En madera verde no es necesario este sellado. En 8.2.1 y 8.2.2 se describen dos métodos alternativos. 3

NCh176/2 8.2.1 Colocar la probeta en un recipiente de volumen conocido y agregar agua hasta llenar el recipiente. Sacar la probeta del agua y determinar el volumen remanente. El volumen del recipiente lleno menos el volumen de agua remanente corresponde al volumen de la probeta. 8.2.2 Llenar con agua una probeta hasta una de las graduaciones principales y registrar este volumen. Colocar la probeta en el cilindro y hundirla con ayuda de una varilla delgada. Registrar el nuevo volumen. La diferencia entre los dos volúmenes corresponde al volumen de la probeta.

8.3 Por inmersión en mercurio Este método es aplicable a probetas de tamaño reducido, de cualquier forma, densidad y contenido de humedad. No es necesario sellar la probeta con parafina, excepto si presenta poros o huecos muy abiertos en los cuales podría quedar atrapado mercurio, provocando una medición errónea. El procedimiento empleado es igual al de inmersión en agua.

9 Cálculo y expresión de resultados 9.1 La densidad anhidra, ρo, de cada probeta, en kilogramos por metro cúbico (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

ρo =

mo Vo

en que:

mo = es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta en la condición anhidra;

ρ o = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta en la condición anhidra. 9.2 La densidad básica, ρb, de cada probeta, en kilogramos por metro cúbico (gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

ρb =

mo Vv

en que:

mo = es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta en la condición anhidra; Vv = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta en estado verde. 4

NCh176/2 9.3 La densidad nominal, ρn, de cada probeta en kilogramos por metro cúbico (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

ρn =

mo VH

en que:

mo = es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta en la condición anhidra; V H = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta al contenido de humedad H. En este caso la medición del volumen se hace generalmente a un contenido de humedad de 12% ( ρ r12 ). 9.4 La densidad de referencia, ρ H , de cada probeta en kilogramos por metro cúbico (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

ρH =

mH VH

en que:

m H = es la masa, en

kilogramos

(o gramos)

de la probeta al contenido de

humedad H;

V H = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta al contenido de humedad H. 9.5 La densidad normal, ρ 12 , de cada probeta, en kilogramos por (o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

ρ 12 =

metro

cúbico

m12 V 12

en que:

m 12 = es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta al contenido de humedad de H = 12%;

V12 = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta al contenido de humedad de H = 12%.

NCh176/2 9.6 Precisión Expresar los resultados individuales de cada probeta con una aproximación de 5 kg/m3 (ó 0,005 g/cm3). 9.7 Calcular con una precisión de 10 kg/m3 (ó 0,01 g/cm3) el promedio aritmético de los resultados obtenidos en las probetas individuales e informar este valor como el promedio de densidad de las probetas. NOTA - En anexo A se indican las fórmulas que relacionan las diferentes densidades. En anexo D se indica el procedimiento para calcular las densidades de referencia a un contenido de humedad cualquiera (H).

10 Informe El informe debe incluir lo siguiente: a) nombre del laboratorio responsable del ensayo; b) la referencia a esta norma; c) el método usado para la determinación del volumen; d) el objetivo del ensayo; e) identificación de las probetas incluyendo el nombre de la especie y detalles respecto al muestreo; f)

descripción de las probetas (presencia de madera de reacción, diferencia de edad, etc.);

g) los resultados del ensayo, calculados según se especifica en capítulo 9 de esta norma y los promedios; h) otros parámetros estadísticos, si se requieren de acuerdo al objetivo del ensayo; i)

el valor del coeficiente K usado para el ajuste de los resultados del ensayo a otros contenidos de humedad, de acuerdo a las fórmulas dadas en anexos;

fecha del ensayo;

k) nombre del solicitante del ensayo.

NCh176/2

Anexo A Las fórmulas que relacionan las diferentes densidades son: a)

 100 + H  ρ H = ρo    100 + K ⋅ H  (cuando H es menor que el punto de saturación de la fibra)

 100 + H  ρ H = ρb    100  (cuando H es mayor que el punto de saturación de la fibra)

en que:

ρ o = densidad anhidra; ρ H = densidad de referencia al contenido de humedad H; H = contenido de humedad, expresado como porcentaje; K

coeficiente de contracción volumétrica para un cambio de 1% de contenido de humedad, calculado para cada especie, como la suma de los respectivos coeficientes de contracción lineal (k) que se incluyen en el anexo B;

ρ b = densidad básica. Si no se conoce el coeficiente de contracción, usar 0,85 x 10-3 ρo si la densidad se expresa en kilogramos por metro cúbico y 0,85 ρo si la densidad se expresa en gramos por centímetros cúbicos.

NCh176/2

Anexo B Coeficientes de contracción y puntos de intersección de algunas maderas en Chile Especie Pino Insigne

Tepa

Eucalipto

Coigüe

Roble

Olivillo

Ulmo

Tineo

Tangencial,

Radial.

Ver NCh176/3.

Dirección1)

Coeficiente de contracción, k

Punto de 2) intersección (%H)

0,29

28,0

0,20

27,0

0,31

31,0

0,15

25,0

0,42

31,0

0,24

28,0

0,30

28,0

0,15

26,0

0,29

28,0

0,18

25,0

0,30

28,5

0,15

25,9

0,35

31,5

0,22

27,0

0,36

32,0

0,18

26,0

NCh176/2

Anexo C Por el volumen en estado verde se entiende aquel que se determina cuando el contenido de humedad se encuentra sobre el punto de saturación de la fibra (PSF), significando por ello que la madera no ha sufrido variación dimensional (contracción) respecto de su estado original. Para las maderas con tendencia a ser afectadas por el fenómeno de colapso, además de la condición de humedad sobre el PSF, es preciso constatar ausencia de este fenómeno al medir su volumen en estado verde. Para obviar esta dificultad se recomienda para estas maderas determinar su volumen inmediatamente después de la corta del árbol, o bien proteger la madera para impedir la pérdida de su humedad original.

NCh176/2

Anexo D (Informativo) El carácter higroscópico de la madera determina la necesidad de especificar el contenido de humedad al expresar su densidad. Para determinarla se hace necesario pesar la pieza o trozo de madera, medir su volumen por alguno de los métodos que entrega esta norma en el capítulo 8 y hacer referencia al contenido de humedad al cual se efectuaron ambas determinaciones. Los infinitos valores de densidad que así pueden resultar se definen como: a) densidad de referencia: la cual relaciona la masa y el volumen de la probeta, determinados ambos a un contenido de humedad H. Entre estos valores son importantes los siguientes: i) ii)

densidad en estado anhidro: relacionando la masa y el volumen de la madera en

estado anhidro;

densidad normal: relación entre la masa y el volumen de la madera a un 12% de

humedad. También es posible utilizar relaciones entre masa anhidra y volumen de la madera en estados diferentes al anhidro, de las cuales las más usadas son: a) densidad básica: relacionando la masa anhidra con el volumen verde, es decir con humedad superior al punto de saturación de la fibra (P.S.F.); b) densidad nominal: relación entre la masa anhidra y volumen de la madera a un 12% de humedad. De estos dos últimos tipos de densidades el más importante es la "densidad básica" pues, al conocer su valor, es posible establecer la densidad de referencia a cualquier otro contenido de humedad superior al punto de saturación de la fibra mediante el uso de la fórmula a) del anexo A de esta norma. Si se desea conocer la densidad de referencia de la madera a un contenido de humedad mayor que el punto de saturación de la fibra, se debe recurrir a la fórmula b) del anexo A. A fin de aclarar este procedimiento se entrega, a continuación, el siguiente ejemplo de aplicación: Ejemplo: Se conoce la densidad básica del pino insigne (ρb = 0,45 g/cm3) y se desea saber la densidad de referencia que tendría una pieza de madera cuando la humedad de ella es 60%.

NCh176/2 Aplicando la fórmula b):

 100 + H  ρ H = ρb ⋅   100 

ρ 28 = ρ b ⋅ 1,28 (Suponiendo una humedad igual a 28% para el PSF)

ρ 28 = 0,45 ⋅ 1,28 = 0,58 g/cm3 La densidad anhidra es:

ρ o = ρ 28 ρo=

[100 + (K ⋅ 28)] (100 + 28)

0,58 ⋅ [100 + (0,49 ⋅ 28)] = 0,515 g/cm3 (100 + 28)

y la densidad normal:

 (100 + 12)  112 ρ 12 = ρ o ⋅   = 0,515 ⋅ 105,88  100 + (0,49 ⋅ 12) 

ρ 12 = 0,545 g/cm3

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MODIFICADA EN 1988 INSTITUTO

NACIONAL

NORMALIZACION

INN-CHILE

Madera - Parte 2: Determinación de la densidad Wood - Part 2: Determination of density

Primera edición : 1988 Reimpresión : 1999

Descriptores:

materiales de construcción, maderas, ensayos, determinación de la densidad

CIN 79.040 COPYRIGHT Dirección Casilla Teléfonos Telefax Internet Miembro de

© 1988 : INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN * Prohibida reproducción y venta * : Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, Chile : 995 Santiago 1 - Chile : +(56 2) 441 0330 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0425 : +(56 2) 441 0427 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0429 : inn@entelchile.net : ISO (International Organization for Standardization) • COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)

Chapter 6 Kiln Samples

Variability of material 118 Species 118 Thickness 118 Moisture content 118 Heartwood and sapwood 118 Wetwood or sinker stock 118 Grain 119 Number of kiln samples 119 Moisture content schedules 119 Time schedules 119 Checking kiln performance 119 Selecting kiln samples 120 Preparing kiln samples and moisture sections 120 Cutting kiln samples and moisture sections 120 Determining moisture content and weight of kiln samples and moisture sections 120 Weighing moisture sections 120 Weighing kiln samples 121 Ovendrying moisture sections 121 Weighing ovendry moisture sections 121 Calculating moisture content of moisture sections 121 Calculating ovendry weight of kiln samples 122 Placing samples in kiln charges 123 Using kiln samples during drying 123 Calculating current moisture content of samples 123 Using samples for kiln schedule changes 124 Using automatic systems 124 Intermediate moisture content tests 124 When to make intermediate tests 125 How to make intermediate tests 125 Intermediate shell and core moisture tests 125 Final moisture content and stress tests 125 Recording drying data 127 Forms for recording data 129 Graphs of drying data 129 Literature cited 131 Source of additional information 131

Chapter 6 was revised by William T. Simpson, Supervisory Research Forest Products Technologist.

Lumber is dried by kiln schedules, which are combinations of temperature and relative humidity applied at various times or at various moisture content levels during drying (see ch. 7). When moisture content levels are the determining factor for adjusting temperature and relative humidity in the kiln, some means of estimating moisture content of the lumber in the kiln during drying is necessary. These estimates are made with kiln sample boards, which are weighed or otherwise sensed during drying. Kiln samples are not used in drying softwood dimension lumber and are rarely used for drying lumber for higher quality softwood products. Kiln samples are usually used in hardwood lumber drying because incorrect kiln conditions have more severe consequences for hardwood lumber than for softwood lumber. Traditionally, kiln samples have been removed from the kiln periodically and weighed manually for moisture content estimates. This manual procedure is still used in the majority of hardwood operations, but automated methods are beginning to be developed. One such method utilizes probes that are inserted into sample boards to measure electrical resistance as an estimate of moisture content (ch. 1, table 1-11). This electrical resistance signal can then be fed into a computer control system that makes scheduled changes in kiln conditions automatically. Another system uses miniature load cells that can continuously weigh individual sample boards; the weights are fed into a computer control system. Whether kiln samples are monitored manually or automatically, the same principles of selection and placement apply. The main principle of selection is that the kiln samples be representative of the lumber in the kiln, including the extremes of expected drying behavior. It is impractical to monitor moisture content of every board in a kiln, so the samples chosen must represent the lumber and its variability. The main principles of placement are that the samples are spread throughout the kiln at various heights and distances from the ends of lumber stacks and that the samples are subject to the same airflow as the lumber. The handling of kiln samples requires additional operator time, and some lumber is lost when kiln samples are taken. These disadvantages are more than offset by several advantages. The selection, preparation, placement, and weighing of kiln samples, if properly done,

117

provide information that enables a kiln operator to (1) reduce drying defects, (2) obtain better control of the final moisture content, (3) reduce drying time and improve lumber quality, (4) develop time schedules, and (5) locate sources of trouble that affect kiln performance. All these advantages add up to lower drying costs and more uniformly dried lumber. This chapter covers selection and preparation of kiln samples; the number of samples required in a kiln charge; determination of moisture content and ovendry weight of samples; how to use samples during drying; how to make intermediate moisture content estimates; tests for residual drying stresses; and recording and plotting of data.

Variability of Material To make full use of known drying techniques and equipment and to assure good drying in the shortest time, each kiln charge should consist of lumber with similar drying characteristics. Differences between boards will invariably exist despite measures to minimize them, and kiln sample selection must include these differences. The following variables should be considered in selecting kiln samples: (1) species, (2) thickness, (3) moisture content, (4) heartwood and sapwood, (5) wetwood or sinker stock, and (6) grain (flatsawn or quartersawn).

Species Wood of both native and imported species has a wide range of physical properties that can influence ease of drying (ch. 1 and USDA 1987). These properties include specific gravity, shrinkage, moisture diffusion and permeability, strength perpendicular to the grain, and size, distribution, and characteristics of anatomical elements. Such woods as basswood, yellow-poplar, and the pines are relatively easy to dry, with few or no serious drying defects. Others, such as the oaks, black walnut, and redwood, are more likely to check, honeycomb, and collapse during kiln drying. Consequently, it is usually advisable to dry only one species at a time in a kiln, or, at most, a few species that have similar drying characteristics. If mixed species are dried together, kiln samples should be taken from all species.

Thickness When lumber dries, the moisture evaporates from all surfaces but principally from the wide faces of boards. Thickness, therefore, is the most critical dimension. The thicker the lumber, the longer the drying time and the more difficult it is to dry without creating defects (ch. 1). Lumber of different thicknesses cannot be dried

118

in the same kiln charge without either prolonging the drying time of the thin lumber or risking drying defects in the thick lumber. Kiln operators should recognize miscut lumber and either dress it to uniform thickness or choose kiln samples accordingly. Nominal l-in-thick lumber can vary from 3/4 in to over 1 in thick, even in the same board. The thinner parts will dry faster than the thick parts, resulting in uneven final moisture content or drying defects.

Moisture Content The extent to which lumber has been air dried or predried before it is put in a kiln must also be considered, because moisture content often governs the drying conditions that can be used. If all the free water has already been removed, more severe drying conditions can be used in the initial stages of kiln drying, with little or no danger of producing drying defects. Furthermore, a uniform initial moisture content greatly accelerates drying to a uniform final moisture content. If boards vary considerably in initial moisture content, the kiln samples should reflect this variation.

Heartwood and Sapwood Sapwood usually dries considerably faster than heartwood. Resins, tannins, oils, and other extractives retard the movement of moisture in the heartwood. Tyloses and other obstructions may be present in the pores of the heartwood of some species, principally white oak and the locusts. Sometimes, it is practical to segregate the heartwood and sapwood boards. The green moisture content of sapwood is usually higher than that of heartwood, particularly in the softwoods. For these reasons, heartwood lumber may not reach the desired final moisture content as soon as sapwood, or vice versa. Choice of kiln samples should be guided by the relative proportions of heartwood and sapwood in a kiln charge.

Wetwood or Sinker Stock Wetwood or sinker stock (Ward and Pong 1980) is a condition (bacterial infection) that develops in the living tree and causes entire boards or parts of boards to be higher in initial moisture content, slower drying, or more susceptible to drying defects. Hemlocks, true firs, red oaks, aspen, and cottonwood develop this kind of wood. Ideally, wetwood should be segregated from normal lumber and dried separately by a different drying schedule. However, it is not always possible or practical to do so. From the standpoint of kiln sample selection, only the hardwoods are really relevant. Bacterially infected wood often has a disagreeable odor, especially in red oaks, or may be darkened (aspen and cottonwood).

If wetwood is suspected, the sample boards should be selected accordingly and observed carefully during drying to detect any drying defects.

Grain Quartersawn boards generally dry more slowly than flatsawn, but they are less susceptible to surface checking. Thus, more severe drying conditions can be used on quartersawn lumber to reduce drying time. It is sometimes advantageous to segregate quartersawn and flatsawn lumber in drying. If not, kiln samples should reflect the relative amounts of the two grains in a charge.

Number of Kiln Samples The number of kiln samples needed for any kiln charge depends upon the condition and drying characteristics of the wood being dried, the performance of the dry kiln, and the final use of the lumber. There are several reasons for using kiln samples, which may dictate the number as well as placement of the samples. Kiln samples are used when drying lumber by moisture content schedules and for developing time-based drying schedules.

Moisture Content Schedules By far the most important purpose of kiln samples is to enable a kiln operator to dry a kiln charge of lumber by a specific moisture content schedule (ch. 7). This type of schedule calls for changes in drying conditions that are based on the moisture content of the lumber during various stages of drying. Because many variables affect drying results, the specific number of kiln samples required when using moisture content schedules has not been firmly established. The requisite number is different for different species, initial moisture contents, and kilns, and it is best determined through experience. A rule of thumb given in the earlier version of this manual (Rasmussen 1961) is to use at least four samples in charges of 20,000 fbm or less. For charges of 100,000 fbm or more, 10 to 12 kiln samples per charge are usually sufficient. More samples should be used when (1) drying a charge of lumber of different species, thicknesses, moisture contents, grain, or mixture of heartwood and sapwood, (2) drying an unfamiliar species, (3) drying costly lumber, (4) obtaining drying data for modifying a drying schedule or developing a time schedule, and (5) using a dry kiln whose performance is unknown or erratic. Since publication of the earlier edition of this manual, research has been conducted to better define the necessary number of kiln samples (Fell and Hill 1980).

Although this research is not directly applicable to commercial practice, it provides some guidelines. In their scheme, which applies to hardwoods, Fell and Hill recommended using 10 to 12 kiln samples to monitor moisture content from green to 40 percent. Twenty to 23 samples are recommended for 40 to 12 percent moisture content because this range requires a more precise estimate of moisture content. Finally, only 7 to 12 samples are recommended for 12 to 6 percent moisture content. These recommendations call for considerably more kiln samples than the rule of thumb guidelines, but they are based on statistical sampling. Operators should use their experience and individual circumstances to weigh the value of the increased precision, at an increased cost, that comes with increasing the number of kiln samples.

Time Schedules At plants where certain species and thicknesses of lumber from the same source are dried regularly, kiln operators can utilize kiln samples to develop time schedules for subsequent charges of the same material dried from and to the same moisture content. This may involve extra sampling work to measure the full range of variables, but after sufficient information and experience are obtained, kiln samples can be eliminated for future charges. Time schedules are generally used in drying softwoods. It is possible, however, to develop satisfactory time schedules for some of the more easily dried hardwoods. Some samples should be used occasionally to check the performance of the kiln and the final moisture content of the lumber.

Checking Kiln Performance Studies of kiln performance show that dry-bulb temperature and rate of air circulation throughout a kiln may vary considerably and affect the time and quality of drying. Variations in temperature and air circulation can be determined with testing equipment (ch. 3). But if such equipment is not available, kiln samples can be used to check variability of kiln performance. All samples for this purpose should be cut from the same board to minimize variation in drying characteristics between samples. The samples should be placed near the top and bottom of the stacks and on both sides, at intervals of 10 to 16 ft along the length of the kiln. Kiln samples that dry slowly indicate zones of low temperature or low air circulation, and those that dry rapidly indicate zones of high temperature or high air circulation. If the drying rates vary greatly, action should be taken to locate and eliminate the cause. Differences in drying rates between the samples on the

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entering-air and leaving-air sides of the stacks will assist the operator in determining how often to reverse air circulation. The greater the difference in drying rate between these two, the more frequently the direction of air circulation should be reversed.

Selecting Kiln Samples Ideally, segregation of lumber is based on all the factors that affect drying rate and quality. Since this is frequently not possible or practical, a kiln operator must be guided in the selection of kiln samples primarily by the drying rate of the most critical, slowest drying material. The largest number of samples should be selected from the slowest drying material. Some samples should also be selected from the fastest drying material, since these will determine when the equalizing period should be started (ch. 7). The best time to select boards from which kiln samples will be cut is during stacking. Some boards are selected to represent the heavier, wetter, and thicker boards and to contain a relatively high percentage of heartwood. Usually one kiln sample is cut from each sample board to assure a representative group of kiln samples (fig. 6-1). Some kiln samples are also cut from boards that represent the drier and faster drying boards. Such boards are usually flatsawn, narrow, and scant in thickness, contain a high percentage of sapwood, or are drier than the rest of the lumber at the time of stacking. Moisture sections

One sample per board

Figure 6-1â&#x20AC;&#x201D;Method of cutting and numbering kiln samples and moisture content sections. (ML88 5587)

Cutting Kiln Samples and Moisture Sections Mark the kiln samples and moisture sections for identification, as shown in figure 6-1, before they are cut. Usable lengths of lumber can be salvaged from each end of the board when the kiln samples and moisture sections are cut. If no usable lengths would be left, cut the samples and moisture sections about 20 in or more from the ends of the boards to eliminate the effects of end drying. With certain exceptions, moisture sections are not cut less than 1 in along the grain and are cut across the full width of the board. It may be necessary to cut moisture sections less than 1 in. in length along the grain if a quick estimate of moisture content is needed. To minimize errors, take extra precautions in cutting, handling, and weighing these thinner sections. In dimension stock 1 in square or less in cross section, moisture sections are cut 2 in or more in length along the grain. A sharp, cool-running saw should be used and the sections weighed immediately. If it is necessary to cut a number of sections at a time before weighing them, the sections should be wrapped in aluminum foil or a sheet of plastic wrap.

Determining Moisture Content and Weight of Kiln Samples and Moisture Sections The moisture content of a kiln sample is determined from the moisture sections cut from each end of the sample. The average moisture content of these two sections and the weight of the kiln sample at the time of cutting are used to calculate the ovendry weight of the sample. The ovendry weight and the subsequent weights of the sample obtained at intervals during drying-called current weightsâ&#x20AC;&#x201D;are used to calculate the moisture content at those times. Weighing Moisture Sections

Preparing Kiln Samples and Moisture Sections Kiln samples that will be weighed during drying and moisture sections are prepared as shown in figure 6-1. Kiln samples should be 30 in or more long. Moisture sections, cut for the purpose of estimating initial moisture content, should be about 1 in. in length along the grain. Knots, bark, pitch, and decay should not be included in the kiln samples, except when drying lumber of the common grades. The moisture sections that are cut from each end of the kiln sample must be of clear, sound wood. Any bark on the kiln sample or moisture sections should be removed before weighing because it causes error in the moisture content estimate and interferes with drying. 120

After cutting the moisture sections, rapidly remove all bark, loose splinters, and sawdust, and weigh the sections immediately. Weigh each section on a balance that has precision of 0.5 percent of the weight of the section and that reads in grams. Triple beam or top loading pan balances are suitable for this (ch. 3). Balances with the precision to weigh moisture sections are somewhat delicate, and they require proper care and maintenance. The manufacturerâ&#x20AC;&#x2122;s recommendations and procedures should be consulted to ensure accurate measurement. To save weighing and calculating time, the two moisture sections cut from each kiln sample are sometimes weighed together. This technique, however, does not

distinguish the difference in moisture content usually present between the two moisture sections; therefore, separate weighings are preferred. After weighing the moisture sections separately or together, mark the weight on each section with an indelible pencil or a felttip pen with waterproof ink and record the weight or weights on a data form. Weighing Kiln Samples After cutting the kiln samples, remove all bark, loose splinters, and sawdust. Then, immediately apply an end coating. Most kiln companies offer an end-coating product, and asphalt roofing compounds are effective and readily available. Immediately after end coating, weigh the kiln samples on a balance that is sensitive to 0.01 lb or approximately 5 g. The balance capacity should be about 35 lb (15 kg). Weight should be expressed in either metric units or in pounds and decimals of pounds (not ounces). Mark the weight with a waterproof pencil or ink on the kiln sample and also record it on a data form. The weight of the end coating can usually be disregarded. If for some reason the kiln sample has to be shorter than recommended and is made from a low-density species, it may sometimes be desirable to consider the weight of the end coating. If so, weigh the kiln sample immediately before and after end coating; the difference, which is the weight of the end coating, should be subtracted from all subsequent sample weights. Ovendrying Moisture Sections

After weighing the moisture sections, they should be dried until all water has been removed in an oven maintained at 214 to 221 째F (101 to 105 째C). This usually takes 24 to 48 h in a convection oven. To test whether the sections are thoroughly dry, weigh a few sections, place them back in the oven for 3 to 4 h, and then reweigh. If no weight has been lost, the entire group of sections can be considered completely dry. A typical electric oven for drying moisture sections is shown in chapter 3. The moisture sections should be open piled in the oven to permit air to circulate freely around each section (ch. 3, fig. 3-7). Avoid excessively high temperatures and prolonged drying because they cause destructive distillation of the wood. The result is that ovendry weights are too low, and thus the estimate of moisture content is too high. If newly cut sections are placed in an oven with partly dried sections, the newly cut sections may cause the drier sections to absorb some moisture and unnecessarily prolong drying time.

in less than 1 h), but care must be taken not to overdry or underdry the sections. In a convection oven there is a considerable margin of error. If a moisture section is left in longer than necessary, no great harm is done, and the ovendry weight will not be affected significantly. However, if a moisture section is left in a microwave oven even slightly longer than necessary, considerable thermal degradation can occur. The indicated ovendry weight of the moisture section will be less than it should be, and the calculated moisture content will be too great. This danger can be decreased by using a microwave oven with variable power settings. Through experience, the operator can establish combinations of species, size, and initial moisture content of moisture section, ovendrying time, and oven power setting that give accurate ovendry weights. Weighing Ovendry Moisture Sections

Ovendried moisture sections are weighed by the same procedures as freshly cut moisture sections. However, the sections must be weighed immediately after removing from the oven to prevent moisture adsorption. Calculating Moisture Content of Moisture Sections

Moisture content of the moisture sections is calculated by dividing the weight of the removed water by the ovendry weight of the sections and multiplying the quotient by 100. Since the weight of the water equals the original weight of the section minus its ovendry weight, the formula for this calculation is Moisture content in percent

Example: Calculate the average moisture content of two moisture sections (fig. 6-1) when Green weight of moisture section a1 is 98.55 g Ovendry weight of moisture section a1 is 59.20 g Green weight of moisture section a2 is 86.92 g Ovendry weight of moisture section a2 is 55.02 g Wanted: The average moisture content of moisture sections a1 and a 2, Two methods of calculating average moisture content in percent can be used.

Microwave ovens can also be used for ovendrying moisture sections. Such ovens are much faster than a convection oven (moisture sections can generally be dried 121

Method 1: Moisture content of section a1

Moisture content of section a2

The average moisture content of moisture sections a1 and a2 is

Calculating Ovendry Weight of Kiln Samples The moisture content of a kiln sample at the time of cutting and weighing is assumed to be the same as the average of the moisture content values of the two moisture sections cut from each end of the sample. Knowing this value and the weight of the sample at the time the sections were cut, the ovendry weight of the sample can be calculated by using the following formula: Ovendry weight of kiln sample (2)

where MC is moisture content

Method 2: If the sections are weighed together, the combined green weight of sections a1 and a 2 is 185.47 g, and their combined ovendry weight is 114.22 g. Then Average moisture content

Although the average moisture content of moisture sections a1 and a 2 calculated by method 2 results in a slightly higher value than that obtained by method 1, the calculated ovendry weight of the kiln sample using either method will be the same when corrected to the nearest 0.01 lb. It is sometimes convenient when making calculations to use a shortcut method of calculating moisture content by the formula

Example: Calculate the ovendry weight of kiln sample A-1 (fig. 6-1), which had an original weight of 4.46 lb, using the average moisture content calculated for moisture sections a1 and a2, 62.2 percent.

Ovendry weight of kiln sample

A shortcut version of equation (2) that is useful with calculators is Ovendry weight of kiln sample

Substituting the weights for kiln sample A-l, Ovendry weight of kiln sample

Substituting the weights for moisture section a1 in this formula Moisture content in percent of section a1

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Placing Samples in Kiln Charges After kiln samples are cut, end coated, and weighed, they are placed in sample pockets as described in chapter 5 and illustrated in figure 6-2. Sample pockets are usually placed at several locations along the length of the kiln in the sides nearest the walls. Since the kiln samples are representative of the lumber being dried, they should at all times be exposed to the same drying conditions or they will give a false estimate of the moisture content of the kiln charge. For example, if samples are cut and weighed several days before the lumber is loaded into the kiln, the samples should be inserted in the loads or packages during the time the lumber is outside the kiln. If a mixed kiln charge is being dried, the samples representing each type of material should be placed in the truckloads or packages containing that lumber. For example, if 4/4 and 6/4 pine lumber are being dried in the same charge, the 4/4 samples should be with the 4/4 lumber and the 6/4 samples with the 6/4 lumber. Some operators of poorly lighted kilns place small colored-glass reflectors or reflective tape on the edges of the samples or the edges of boards above and below the sample pocket. These reflectors can be located with a flashlight. To guard against replacing samples in the wrong pocket after weighing, a number or letter corresponding to the sample can be written on the edge of the board immediately above or below the pocket.

Using Kiln Samples During Drying As drying progresses, the drying conditions in the kiln are changed on the basis of the moisture content of the samples at various times during the run. How frequently the samples must be weighed will depend on the rate of moisture loss; the more rapid the loss, the more frequently samples must be weighed. The samples must be returned to their pockets immediately after weighing.

Calculating Current Moisture Content of Samples Two weights are required to calculate the current moisture content of a sample: the current weight and the calculated ovendry (OD) weight. The formula used is as follows: Current moisture content

Figure 6-2â&#x20AC;&#x201D;(a) Schematic showing placement of kiln samples in sample pockets built in the side of a load of lumber. The pockets should be deep enough so that the kiln samples do not project beyond the edge of the load. (b) Photograph showing kiln sample in place. (ML88 5624, MC88 9028)

(3)

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Thus, if the calculated ovendry weight of the sample is 2.75 lb and its current weight 4.14 lb, then Current moisture content

After another day of drying, this sample may weigh 3.85 lb. The current moisture content of the sample will then be

The following shortcut formula can also be used to calculate current moisture content: Current moisture content

Substituting the above values in this formula,

Using Automatic Systems When automatic control systems are used, the use of kiln samples and moisture sections is changed somewhat. When electronic probes are used, there is no need to cut kiln samples or moisture sections. The principles of selecting sample boards still apply, however, because the probes will be inserted in sample boards. Variation in drying time between sample boards also needs to be known. When miniature load cells are used, kiln samples and moisture sections are still necessary. However, since the weights of the sample boards are taken automatically and continuously, there is no need to enter the kiln to get kiln samples. Computer interface and control do not require manual calculation of current moisture content. The use of electronic probes that estimate moisture content from electrical resistance is growing. Such probes offer automatic control, but they currently have some limitations. The change in electrical resistance with moisture contents above 30 percent is small, so that the probes are limited in accuracy above this level of moisture content. Currently, charges in kilns that use these control systems are dried to 30 percent moisture content using home other control principle, and probes are able to control from 30 percent to final moisture content.

Intermediate Moisture Content Tests

Using Samples for Kiln Schedule Changes Kiln schedules provide for changes in kiln conditions as drying progresses. With moisture content schedules, the temperature and relative humidity are changed when the moisture content of the kiln samples reaches certain levels as defined by the particular schedule in use. If the schedules recommended in chapter 7 are used, drying conditions should be changed when the average moisture content of the wettest 50 percent of the kiln samples equals a given moisture content in the schedule. Sometimes, a kiln operator may change drying conditions according to the wettest one-third of the samples or the average moisture content of a smaller group that may be distinctly wetter or more difficult to dry than the others. These are called the controlling samples. The moisture content of the driest sample determines when equalizing should be started (ch. 7).

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If the moisture content of the moisture sections does not truly represent that of the kiln sample, the calculated ovendry weight of the kiln sample will be wrong. This may mislead the operator into changing kiln conditions at the wrong time, with such serious consequences as prolonged drying time, excessive drying defects, and nonuniformly dried lumber. For example, if water pockets are present in the moisture sections but not in the sample, the calculated ovendry weight of the sample will be too low and its current moisture content too high. This will lead the kiln operator to believe that the moisture content is higher than it really is, and scheduled kiln condition changes will be delayed. The end result is an unnecessary extension of drying time. Conversely, if water pockets are present in the sample but not in the moisture sections, the calculated ovendry weight of the sample will be too high and its current moisture content too low. This will lead the kiln operator to believe that the moisture content is lower than it really is, and scheduled kiln condition changes will be made too soon. The result is an acceleration of the kiln schedule that could cause drying defects. These potential problems can be avoided by making intermediate moisture content estimates.

When to Make Intermediate Tests When the calculated moisture content of one or a few kiln samples is much higher than that of the other samples, or if their rate of drying appears to be much slower than the average rate, a moisture check should be made on those samples for a better estimate of their calculated ovendry weight. The best time for making an intermediate estimate is when the average moisture content of the samples is about 20 to 25 percent. Intermediate estimates can be made on all the samples in the charge if the operator wants an even better estimate of moisture content.

How to Make Intermediate Tests Trim a section about 5 in long from one end of the kiln sample. Then, cut a l-in-wide moisture section from the newly exposed end of the sample, weigh it immediately, and ovendry. Coat the freshly cut end of the shortened sample and weigh it immediately. The new weight of the sample is the new â&#x20AC;&#x153;originalâ&#x20AC;? weight used in equation (2). After weighing the sample, place it in its pocket in the kiln charge. As soon as the moisture section has been dried, weigh it and calculate its moisture content with equation (1). Substitute the new moisture content value, together with the new original weight of the sample in equation (2), to obtain a new calculated ovendry weight. Use the new calculated ovendry weight in equation (3) to obtain the current moisture content of the sample in all subsequent weighings. A moisture content check may be desirable near the end of the kiln run to obtain a better estimate of when to start equalizing.

Intermediate Shell and Core Moisture Tests Moisture content gradients are discussed in chapter 1. Sometimes, it is useful for the kiln operator to know the moisture contents of the shell (the outer part of the board) and the core (the inner part of the board). For example, in a species that is susceptible to drying defects, such as oak, it is quite important to delay raising the temperature in the kiln to the high temperatures of the last few steps in the kiln schedule until the core moisture content is 25 percent or below. Otherwise, honeycomb is likely to develop (ch. 8). However, when the core is at 25 percent moisture content, the average moisture content for the whole piece will be something less than 25 percent and thus will not always be a reliable indicator of the core moisture content. Therefore, shell and core moisture content estimates are sometimes useful. A typical moisture section, 1 in along the grain, is cut and then further cuts are made into the shell

Figure 6.-3â&#x20AC;&#x201D;Method of cutting section for measuring shell and core moisture content. (ML88 5586)

and core portions, as shown in figure 6-3. The shell and core are weighed separately and then ovendried so that the moisture content can be calculated according to equation (1).

Final Moisture Content And Stress Tests After the lumber has been dried to the desired final moisture content, the drying stresses relieved by a conditioning treatment (ch. 7), and the charge removed from the kiln, a final moisture content check on the sample boards is often desirable. The average moisture content as well as shell and core estimates can be made in the same way as already described.

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Drying stresses are discussed in chapter 1, the relief of drying stresses (conditioning) is discussed in chapter 7, and the consequences of unrelieved stresses are discussed in chapter 8. Here, we describe how to prepare and interpret stress sections. There are two basic ways to prepare stress sections. Both methods work on the principle that the stresses, that is, tension in the core and compression in the shell, will become unbalanced when a saw cut is made. Figure 6-4 shows one way to cut stress sections and illustrates the reaction of sections that are casehardened (sections with residual drying strews). When the sections have stress, the two outer prongs pinch in because the tension stress in the core is released by the saw cut. Thus, the inner faces of the prongs shorten because of the release of stresses.

Figure 6-4â&#x20AC;&#x201D;Method of cutting stress sections for casehardening tests. Lumber that is less than 1-1/2 in thick is cut into three prongs, and the middle prong is removed; lumber that is 1-1/2 in thick or thicker is cut into six prongs, and the second and fifth prongs are removed. (ML88 5585)

Figure 6-5â&#x20AC;&#x201D;(a) Method of cutting stress sections for severe casehardening tests. (b) Prongs are offset so that they can cross and indicate severity of casehardening. (ML88 5584)

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In situations where drying stresses are severe, the prongs as cut in figure 6-4 will touch and in fact snap together tightly. Because they touch, it is difficult to judge the severity of the stresses. The second method of making the casehardening test visually distinguishes between severe and moderate drying stresses. The stress section is sawed to allow diagonally opposite prongs to bypass each other by an amount related to the severity of drying stresses (fig. 6-5b). The sawing diagram for preparing these sections is shown in figure 6-5a. After cutting the section from the sample board, saw on lines P and Q but do not remove the section loosened by these cuts. Saw along line R, which is approximately midway in the sectionâ&#x20AC;&#x2122;s width. Saw diagonally along S and its diagonally opposite counterpart. Remove the diagonally opposite prongs and the loose center section to allow free movement for the remaining diagonally opposite prongs. If the drying stresses are severe, the prongs will cross, as shown in figure 6-6. Unfortunately, residual drying stresses and moisture gradients sometimes interact and can cause confusion. If the core of a cut stress section is not at the same equilibrium moisture content as the air where it is cut, the moisture content of the core will change, and the inner face will either shrink and react as if casehardened, or swell and react as if reverse casehardened (fig. 6-4). Most commonly, the moisture content of the core is high enough so that the core shrinks when exposed to the surrounding air. Then, the inner face created by the saw cut loses moisture and shrinks. The result is that the prongs pinch in as if casehardened. The time required for prong movement is a good indication of whether residual drying stresses or moisture gradients cause prong movement, or if the cause is a combination of these. Residual drying stresses cause prong movement immediately, whereas a change caused by moisture content requires at least several hours to complete. If immediate prong movement is observed,

Figure 6-6â&#x20AC;&#x201D;Stress sections showing crossing of prongs when sections are cut by the procedure shown in figure 6-5. (MC88 9034)

followed by additional prong movement, both factors are the cause. In either case, prong movement points to a condition that should be corrected to avoid warp upon resawing or machining (ch. 8). Either additional stress relief or equalization or both procedures are required.

ment must be in calibration. If longitudinal stresses are still a problem, the wet-bulb setting can be raised 1 Â°F over the recommended value. Also, the conditioning period can be extended about 4 h per inch of thickness. If tension wood stresses are very severe, they may not yield to any conditioning treatment.

Occasionally, the transverse casehardening test will show no stress, but the lumber will bow when resawed. Bowing is caused by longitudinal stress resulting from either longitudinal tension set in the surface zones or longitudinal shrinkage differentials caused by reaction wood (tension wood in hardwoods). These stresses are most likely to be unrelieved when conditioning temperature or equilibrium moisture content is too low or when conditioning time is too short. The longitudinal stress sticks in figure 6-7 show whether such stresses are present. If longitudinal stresses are a problem, conditioning should be at 180Â°F or higher. The lumber must have been equalized, and the recording instru-

Recording Drying Data Good recordkeeping of the details of kiln runs can be useful to the kiln operator in several ways: (1) for modifying drying schedules on subsequent charges to obtain faster drying without sacrificing quality, (2) for developing time schedules for certain types of lumber that are dried frequently, (3) for determining the effect of seasonal weather conditions on kiln performance and drying time, and (4) for checking kiln performance for causes of nonuniform drying or drying defects.

The kinds of data to be recorded will vary with the nature of the drying. More than the usual amount of drying data is required in the case of a test run in a new kiln, a new and unfamiliar type of lumber, and a new or modified schedule. Also, good documentation of the kiln run may be useful when precise drying is required or high-value lumber is dried. The data can include lumber species, grade, origin (of both the lumber (sawmill) and the trees (geographical location) it was cut from), grain (flatsawn or quartersawn), percentage of sapwood, number of rings per inch, moisture content, and thickness; date of sawing; intermediate handling between sawing and drying; drying data (initial), schedule, time, and defects; handling and storage after drying; and shipping date. Any other information that the kiln operator considers relevant should also be noted. Figure 6-7â&#x20AC;&#x201D;Method of cutting sections for final moisture content and drying stress tests. MC is moisture content. (ML88 5583)

Figure 6-8â&#x20AC;&#x201D;Form used for recording kiln sample data in a dry kiln run of 4/4 air-dried soft maple. Data for 3 of 10 kiln samples are shown. (ML88 5582) 128

Moisture and Stress Record

Figure 6-9窶認orm for recording final moisture content and drying stress data for three kiln samples. (ML87 5321)

Forms for Recording Data

Graphs of Drying Data

Kiln sample data should be recorded on suitable forms, such as ones supplied by kiln manufacturers. Many kiln operators develop their own forms to fit their specific needs. Two forms are shown in figures 6-8 and 6-9. Drying data obtained for each sample during the kiln run can be entered on a kiln sample record form (fig. 6-8). Other data such as kiln number, lumber volume, species, thickness, and starting and ending dates for the run can be entered as required in a heading. The form in figure 6-8 is for only three sample boards. This form also shows data recorded for intermediate moisture content estimates and the moisture regained during the conditioning treatment. The weight of the end coating used on the kiln samples can also be recorded, if required.

Graphs of drying data show at a glance the time required to reach certain moisture contents. A plot of the moisture contents of several kiln samples is shown in the lower portion of figure 6-10 for 4/4 northern red oak. The curve illustrates the steady loss of moisture over the entire drying period. Curves plotted from data obtained from each sample are useful for checking kiln performance and the reliability of the moisture contents of the kiln samples. For example, if the moisture loss data from some samples in several charges in the same zones in a kiln consistently indicate a slower or faster drying rate than that of the other samples in the charges, this is evidence of a cold or hot zone or different air circulation in that location. The source of trouble can usually be found and corrected. On the other hand, if it is known or if an investigation shows that the cause is not associated with a cold or hot zone or different air circulation, the calculated ovendry weight of the kiln sample may be inaccurate and an intermediate moisture content estimate is needed.

Data for the final moisture and drying stress tests can be recorded on a form like the one shown in figure 6-9. The degree of casehardening present in the lumber is noted on this form. Supplemental moisture data obtained with a moisture meter should also be recorded.

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Figure 6-10â&#x20AC;&#x201D;Graph showing kiln-drying schedule and moisture content at various times during drying of 4/4 northern red oak. EMC is equilibrium moisture content. (ML88 5581)

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Literature Cited Fell, J. D.; Hill, J. L. 1980. Sampling levels for hardwood kiln-drying control. Forest Products Journal. 30(3): 32-36. Rasmussen, E. F. 1961. Dry kiln operatorâ&#x20AC;&#x2122;s manual. Agric. Handb. 188. Washington, DC: U.S. Department of Agriculture. 197 p. U.S. Department of Agriculture. 1987. Wood handbook: Wood as an engineering material. Agric. Handb. 72. Washington, DC: U.S. Department of Agriculture. 466 p.

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