diseño metodologico en el secado natural de leña 23 11 07

ONG FORESTALES POR EL DESARROLLO

DEL BOSQUE NATIVO Teléfono (56) (63) 333235

Casilla 1305 – Janequeo 355 - Valdivia

DISEÑO METODOLOGICO Y EXPERIMENTAL PARA ESTUDIO DE SECADO NATURAL

DE LEÑA

Preparado por: Mario Vega Rivero Ingeniero Forestal (M.Sc) [email protected]

Valdivia Primavera 2007

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

____________________________________________________________________________________________Mario Vega Rivero-

Valdivia, Primavera 2007 2

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




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.




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. 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.

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.

SUELO

SUELO

30 cm.




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. 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.

1 1

Vie

nto

pred

omin

ante

1 : Distancia ≥ 30 cm.




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.




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. 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.

Leño 33 cm. aprox.




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

Probeta de CHi Probeta de CHi

Probeta de CONTROL a

Probeta de CONTROL b



Probeta de CONTROL c

1 muestra de leña de 1 m 1 muestra de leña trozada de 33 cm




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.




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.

Mezcla de leña Tratamiento Luma + Meli Acopio de leña Trozada Redonda √ Acopio tradicional de leña Trozada Redonda √ Acopio de leña Trozada Partida √ Acopio tradicional de leña Trozada Partida √

Repeticiones : Tres por tratamiento. Unidad experimental : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) n muestral : 10 por tratamiento. Probetas de CHi : 10 por unidad experimental. Probetas Control de CH : 30 por unidad experimental. Variable respuesta : Contenido de humedad (CH)

1 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.




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.


Área geográfica específica : .....................................................................

Especie : Canelo (Drimys winteri) Diseño : Bloques al azar (DA) Esquema del diseño experimental

Leña de Tratamiento Canelo Acopio de leña Trozada Partida √ Acopio de leña Trozada Redonda √ Acopio tradicional de leña Trozada Partida √ Acopio tradicional de leña Trozada Redonda √

Muestreo: Aleatorio simple. Repeticiones : Tres por tratamiento n muestral : 10 por tratamiento. Unidad experimental : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) Probetas de CHi : 10 por unidad experimental. Probetas Control de CH : 30 por unidad experimental. Variable respuesta : Contenido de humedad (CH) Variables constantes : Viento




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



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.


Área geográfica específica : .....................................................................

Especie : Canelo (Drimys winteri) Diseño : Bloques al azar (DA) Esquema del diseño experimental

Leña de Tratamiento Canelo Acopio de leña Partida √ Acopio de leña Redonda √ Acopio tradicional de leña Partida √ Acopio tradicional de leña Redonda √

Muestreo: Aleatorio simple. Repeticiones : Tres por tratamiento n muestral : 10 por tratamiento. Unidad experimental : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) Probetas de CHi : 10 por unidad experimental. Probetas Control de CH : 20 por unidad experimental. Variable respuesta : Contenido de humedad (CH) Variables constantes : Viento




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



• 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




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 : Factorial (2 X 3)

Factor Nivel Especie Luma

Canelo Acopio Acopio bajo techo de leña partida

Acopio de leña partida Acopio tradicional de leña partida

Esquema del diseño experimental

Especie Tratamiento Luma Canelo Acopio bajo techo de leña partida √ √ Acopio de leña partida √ √ Acopio tradicional de leña partida √ √

Muestreo: Aleatorio simple Repeticiones : Tres por tratamiento n muestral : 10 por tratamiento. Unidad experimental : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) Probetas de CHi : 10 por unidad experimental. Probetas Control de CH : 20 por unidad experimental.




Variable respuesta : Contenido de humedad (CH) Variables constantes : - Viento

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


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

• Instalación del ensayo



c) Protocolo de medición y control del Contenido de Humedad de la leña, del

Anexo 4.2




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 : Factorial (2 X 2)

Factor Nivel Especie Tepú

Canelo Acopio Acopio de leña trozada partida

Acopio cubierto de leña trozada partida


Leña trozada Tratamiento Tepú Canelo Acopio de leña trozada partida √ √ Acopio cubierto de leña trozada partida √ √

Muestreo: Aleatorio simple

Repeticiones : Tres por tratamiento n muestral : 10 por tratamiento. Unidad experimental : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) Probetas de CHi : 10 por unidad experimental. Probetas Control de CH : 30 por unidad experimental. Variable respuesta : Contenido de humedad (CH)




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


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








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


Leña Tratamiento Trozada

partida Partida

Acopio de leña √ √ Acopio cubierto de leña √ √

Muestreo: Aleatorio simple. Repeticiones : Tres por tratamiento n muestral : 10 por tratamiento. Unidad experimental : 1 m3 estéreo de leña (80 leños aprox.) Probetas de CHi : 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)




Variables constantes : - Viento - Época de corta - Contenido de Humedad inicial (CHi)


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








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.

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.

Ruma de leña

VIENTO




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.

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.

Ruma de leña

N




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.




4) Ubicación de las muestras, Ubicación de las muestras en la unidad experimental se describe en el siguiente esquema, Disposición ideal de un ensayo con tres tratamientos, tres repeticiones y tres bloques. 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.

Muestras

La altura dependerá del tratamiento aplicado.

Estacas de separación, entre m3

estéreos de leña y estas además separan los tratamientos.

Área buffer

T1 T2 T3 T2 T3 T1 T3 T1 T2

N

VIENTO PREDO_ MINANTE

VIENTO PREDO_ MINANTE




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.

2 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.

Probeta de CHi




• Para el caso de los tratamientos con leña trozada se obtiene también una

probeta de CHi por leño, como se indica a continuación.

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.

Probeta de CHi




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;

100*%PoPoPhCH −

=

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.




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.

PoPoPiCHi −

=

1−=PoPiCHi

WoWiCHi =+1

1+=CHiPiPo




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).

PoPoPxCHx −

=




4.3. Diagrama de Flujos 4.3.1. Zona de Valdivia

4.3.1.1. DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE VALDIVIA – ÁREA 1

Mezcla de leña Tratamiento Luma + Meli Acopio de leña Trozada Redonda √ Acopio tradicional de leña Trozada Redonda √ Acopio de leña Trozada Partida √ Acopio tradicional de leña Trozada Partida √

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

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

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

Selección de las 120 muestras

60 muestras para estudio de leña trozada redonda de 33 cm de largo ( l )

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

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

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

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

UE

UE2

UE3

UE4

UE5

UE6

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

UE

UE2

UE3

UE4

UE5

UE6

Tratamiento Acopio Tradicional de leña trozada partida-redonda

Alternar los tratamientos y repeticiones


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


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




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

1 muestra

Obtención de la probeta de CHi y 3 probetas control

Probeta de CHi




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

El transporte y almacenamiento hasta su pesaje en laboratorio debe realizarse como indica el

protocolo de instalación del

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




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




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

Las probetas de control se ubican según el diagrama

expuesto en el protocolo de

Se pesan inmediatamente después de rotulado

NO SE SELLAN los extremos de las probetas

Las 3 probetas de control corresponden a una muestra




4.3.1.2. DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE VALDIVIA – ÁREA 2

Leña Tratamiento Canelo Acopio de leña Trozada Redonda √ Acopio tradicional de leña Trozada Redonda √ Acopio de leña Trozada Partida √ Acopio tradicional de leña Trozada Partida √

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

5 m3 cortos redondo de Canelo (33 cm de

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

Selección de las 120

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

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


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

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

UE

UE2

UE3

UE4

UE5

UE6

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

UE

UE2

UE3

UE4

UE5

UE6

Tratamiento Acopio Tradicional de leña trozada partida-redonda



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


5 m3 cortos partido de Canelo (33 cm de






1 muestra


Probeta de CHi

















4.3.1.3. Área 3















4.3.2. DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE CHILOÉ

Especie Tratamiento Luma Canelo Acopio bajo techo de leña partida √ √ Acopio de leña partida √ √ Acopio tradicional de leña partida √ √


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

3 m3 de canelo y 3 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

UM

UM

UM

UM

UM

UM

Tratamiento Acopio de leña partida Alternar las especies y repeticiones

UM

UM

UM

UM

UM

UM

Tratamiento Acopio tradicional de leña partida Alternar las especies y repeticiones

UM

UM

UM

UM

UM

UM

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





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 CHiProbeta de CONTROL a







Las probetas de Chi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral




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




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




5° muestra (1 a 10) 6° probetas control (a, b)

Ej.: Co-L-AcT-2-1-a

Se sellan los extremos de la probeta de donde se obtuvo

la probeta de CHi




4.3.3. DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE CHILOÉ

Leña Tratamiento Tepú Canelo Acopio de leña trozada partida √ √ Acopio cubierto de leña trozada √ √


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

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


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 )

Montar las 6 Unidades Experimentales con 10 muestras cada una.

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)


UM

UM

UM

UM

UM

UM

Tratamiento Acopio de leña trozada partida

UM

UM2

UM3

UM4

UM5

UM6

Tratamiento Acopio cubierto de leña trozada partida







1 muestra


Probeta de CHi

















4.3.4. DIAGRAMA DE FLUJO ENSAYO ZONA DE COYHAIQUE

Leña

Tratamiento Trozada partida

Partida

Acopio de leña √ √ Acopio cubierto de leña √ √

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


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

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


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

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


UM

UM

UM

UM

UM

UM

Tratamiento Acopio de leña Alternar los tratamientos y repeticiones

UM

UM

UM

UM

UM

UM

Tratamiento Acopio cubierto de leña Alternar los tratamientos y repeticiones





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 1 muestra

Obtención de la probeta de Chi y 3 probetas control

Probeta de CHi Probeta de CHi











Las probetas de Chi se sellan con film plástico transparente y se agrupan por Unidad Muestral




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




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




5° muestra (1 a 10) 6° probetas control (a, b)

Ej.: Co-L-AcT-2-1-a


Se pesan inmediatamente después de rotulado y sellado

Se sellan los extremos de la probeta de donde se obtuvo

la probeta de CHi





5° muestra (1 a 10) 6° probetas control (a, b y c )

Ej.: Co-L-AcT-2-1-c











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 Código del ensayo Acopio de leña Trozada Redonda ATR

Acopio tradicional de leña Trozada Redonda AtTR Acopio de leña Partida AP Acopio de leña Redonda AR Acopio bajo techo de leña partida AbtP Acopio bajo techo de leña partida AbtP Acopio cubierto de leña trozada partida AcTP Acopio de leña trozada partida ATP Acopio cubierto de leña partida AcP Acopio cubierto de leña trozada partida AcT

Ejemplo: 1° área del ensayo PM (Puerto Montt) 2° especie a secar C (Canelo) 3° código del ensayo AP (Acopio de leña partida) 4° repeticiones R3 (Repetición 3) 5° muestra (1 a 10) 6 6° probetas control (a, b y c ) b 7° mes de medición (0 a 12) 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.




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.

I

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 elestudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de laINTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISIONPANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esosorganismos.

La norma NCh176/1 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional deNormalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturalessiguientes:

Alfred H. Knigh Carlos CaballeroCorporación de la Madera, CORMA Giamberto Bisso C.Corporación Nacional Forestal, CONAF Agustín Castro C.

José Trivelli R.Fundación Chile Emilio Moreno H.Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, IDIEM René Araya M.Instituto Forestal, INFOR Gastón Cubillos C.

Vicente A. Pérez G.Instituto Nacional de Normalización, INN Ana María Coro M.Maderas y Sintéticos S.A. José M. SainzMinisterio de Vivienda, División de Política Habitacional Santiago Castillo R.

Daniel A. Súnico H.Universidad Católica de Chile, DICTUC Gregorio Azócar G.Universidad de Concepción Gerardo Soto U.Universidad de Chile, Depto. de Ingeniería Civil Mario WagnerUniversidad de Chile, Facultad de CienciasAgrarias, Veterinarias y Forestales Emilio Cuevas I.

NCh176/1

II

Universidad de Santiago Augusto Lucero F.Rodolfo Uribe R.

Universidad del Bío-Bío 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 yVías de Comunicación.

Esta norma ha sido aprobada por el H. Consejo del Instituto Nacional de Normalización, ensesión efectuada el 4 de Noviembre de 1983.

Esta norma ha sido declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto N°34, defecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas, publicado en el DiarioOficial N°31.813 del 03 de Marzo de 1984.

Esta norma es una "reedición sin modificaciones" de la norma chilena OficialNCh176/1.Of84, "Madera - Parte 1: Determinación de humedad", vigente por DecretoN°34, de fecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas.

1

NORMA CHILENA OFICIAL NCh176/1.Of84


1 Alcance y campo de aplicación

1.1 Esta norma establece los siguientes métodos para determinar el contenido dehumedad de la madera: método de secado en estufa; método de destilación y método delxilohigrómetro.

1.2 Esta norma no se aplica a maderas reconstituidas. Esta norma podrá aplicarse amaderas preservadas con las limitaciones indicadas en anexo.

2 Referencias

NCh44NCh968

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

3 Definiciones

3.1 contenido de humedad: cantidad de agua incluida en la madera, expresada enporcentaje de su masa anhidra.

3.2 estado verde: condición de la madera que tiene un contenido de humedad sobre elpunto de saturación de las fibras.

3.3 estado anhidro: condición de la madera en la cual se ha eliminado la humedad hastaobtener masa constante.

NCh176/1

2

4 Método de secado en estufa

4.1 Este método es aplicable a maderas con cualquier contenido de humedad. Sirve paradeterminar el contenido de humedad de lotes de piezas de madera y de probetasdestinadas a ensayos de laboratorio.

NOTA - En maderas de alto contenido de sustancias volátiles (mayor de 1%) la precisión del método se veafectada, 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 masaconstante y cálculo de la pérdida de masa en porcentaje de la masa de la probeta despuésdel 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 detapas 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 establecidosen NCh44, inspección normal, nivel de inspección especial S-4.

De cada pieza que compone la muestra, extraer dos probetas para ensayo, abarcando lasección transversal completa y ubicadas a 1/3 de cada extremo, pero en todo caso a nomenos de 50 cm del extremo. La probeta debe tener como mínimo 25 mm de longitud ydebe estar libre de corteza y defectos. En piezas pequeñas de madera, en las que no sepueden cumplir las condiciones anteriores, se tomará como probetas la pieza entera o laparte central de ella.

4.4.2 Para ensayos físicos

Las probetas deben seleccionarse según NCh968 y tener preferentemente forma deprismas 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 debenacondicionarse según NCh968.

El contenido de humedad se puede determinar sobre probetas preparadas para otrosensayos o cortarse de ellas. La forma, dimensiones y método de tomar las muestras paralas probetas, así como el número mínimo de probetas para la determinación del promediodel contenido de humedad se especifican en NCh968.

NCh176/1

3

4.4.3 Observación general

Si no es posible pesar las probetas inmediatamente después de cortadas, envolverlas conuna lámina a prueba de humedad previamente tarada o colocarlas en un recipiente devidrio, de cierre hermético, previamente tarado, para evitar cambios en el contenido dehumedad. 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 elmomento 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 masaconstante en la estufa a una temperatura de 103°C ± 2°C.

NOTA - Se considera masa constante cuando la diferencia entre dos pesadas sucesivas efectuadas a unintervalo 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 laprobeta. En general es suficiente secar durante 24 h para lograr masa constante, con excepción de lasespecies cuya densidad es mayor de 0,65 g/cm3 que pueden requerir un tiempo mayor.

4.5.2 Enfriar la probeta hasta temperatura ambiente en un desecador y pesar rápidamentepara evitar variaciones mayores a 0,1% en el contenido de humedad. La precisión de lapesada 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:

100 m

m -m = H ⋅2

21

en que:

1m = es la masa, en gramos, de la probeta antes del secado;

2m = es la masa, en gramos, de la probeta después del secado.

4.6.2 Calcular el promedio aritmético de los resultados obtenidos para las probetasindividuales e informarlo como el valor promedio del contenido de humedad de lasprobetas, 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 cualquiercontenido de sustancias volátiles.

5.2 Principios

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

NCh176/1

4

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 unacapacidad 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 enestufa (4.4).

Reducir la probeta a astillas, con cuchilla u otro instrumento cortante, teniendo laprecaución de no producir calor, para evitar pérdida de humedad. Efectuar esta operacióninmediatamente antes del ensayo.

5.6 Procedimiento

5.6.1 Pesar las astillas con una precisión de 0,01 g. Introducirlas en el matraz deextracción, agregar 100 ml de solvente, armar el aparato y calentar, regulando el calor demodo 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 tubocolector.

5.6.3 Aumentar el calor durante algunos minutos si se observan gotas que persistenadheridas 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:

100 V - m

V = H

NCh176/1

5

en que:

V = 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 debendiferir 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% yno requiere cortar probetas. Sirve para determinar el contenido de humedad de un lote ode piezas de madera. Este método es apto para determinaciones en terreno. Este métodono es aplicable en casos de arbitraje.

6.2 Principios

Medición de las propiedades eléctricas de piezas de madera, usando un medidor querelaciona 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 unamedición 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 sulongitud 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, inspecciónnormal, 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, humedadsuperficial y suciedad. Orientar los electrodos en la madera de modo que la línea que unelas puntas esté en la dirección de las fibras, a menos que por el diseño del instrumento seespecifique lo contrario.

NCh176/1

6

6.5.2 El número de puntos de medición deben ser: dos para piezas de más de 1,5 m yhasta 2,5 m de largo; tres como mínimo para piezas de más de 2,5 m y hasta 4 m delargo 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 distanciano menor de 50 cm de cada extremo, equidistantes uno del otro y ubicados en el centrodel ancho de cada cara.

6.5.4 Insertar los electrodos en forma perpendicular a la superficie y a una profundidadentre 1/4 y 1/5 del espesor de la pieza, en el caso de piezas de sección rectangular yentre 1/6 y 1/7 en piezas circulares.

NOTA - Esta profundidad corresponde a la humedad promedio de la sección transversal. Si se quiere conocerel 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 lamuestra, para obtener los valores individuales de contenido de humedad, en porcentaje enmasa, redondeado al 1%.

6.6.2 Obtener el valor promedio del contenido de humedad del lote, en porcentaje enmasa 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 detallesrespecto 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;

j) nombre del solicitante del ensayo.

NCh176/1

7

Anexo(Informativo)

Los tres métodos especificados en esta norma no son igualmente apropiados en todos loscasos, por lo que al hacer referencia a esta norma, para su aplicación en un casodeterminado, es importante indicar cual es el método que se debe usar, de lo contrario seasume que es posible usar cualquiera de los tres.

El método de secado en estufa no es conveniente para maderas con gran cantidad desustancias volátiles y para maderas impregnadas con productos químicos, sean éstosvolátiles o no.

El método de destilación es apropiado para determinar humedad en maderas impregnadascon productos solubles en el solvente que se use (tolueno, xileno, benceno) yespecialmente con preservantes creosotados u oleosos.

El método del xilohigrómetro presenta grandes errores cuando se usa en maderaimpregnada con sales u otros electrolitos. No es conveniente su uso cuando la madera hasido tratada con sales preservantes o retardadores de fuego, así como tampoco cuando lamadera ha estado en contacto prolongado con agua de mar. Cuando el contenido dehumedad es menor de 8% estas alteraciones son despreciables. Las sales retenidas danvalores aumentados de humedad, pero aun así el xilohigrómetro podría usarse paraestablecer los límites superiores de humedad en maderas tratadas con sales. Preservantescomo el pentaclorofenol y la creosota afectan muy levemente las lecturas delxilohigrómetro y generalmente no es necesario hacer correcciones.

NCh176/1

8

Figura 1 – Tubo colector

Dimensiones en milímetros

NCh176/1

9

Figura 2 – Refrigerante a reflujo

Dimensiones en milímetros

NCh176/1

10

Figura 3 – Esquema del armado del aparato

NORMA CHILENA OFICIAL NCh 176/1.Of84

I N S T I T U T O N A C I O N A L D E N O R M A L I Z A C I O N ! I N N - C H I L E


Wood - Part 1: Determination of moisture

Primera edición : 1984Reimpresión : 1999

Descriptores: materiales de construcción, madera, ensayos, determinación de humedad

CIN 79.040

COPYRIGHT © 1984 : INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN * Prohibida reproducción y venta *Dirección : Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, ChileCasilla : 995 Santiago 1 - ChileTeléfonos : +(56 2) 441 0330 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0425Telefax : +(56 2) 441 0427 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0429Internet : [email protected] de : ISO (International Organization for Standardization) • COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)

I

NORMA CHILENA OFICIAL NCh176/2.Of86MODIFICADA EN 1988

Madera - Parte 2: Determinación de la densidad

Preámbulo

El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo elestudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de laINTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISIONPANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esosorganismos.

La norma NCh176/2 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional deNormalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturalessiguientes:

Alfred H. Knigh Carlos CaballeroCorporación de Fomento de la Producción,CORFO Roy WotherspoonCorporación de la Madera, CORMA Giamberto Bisso C.Corporación Nacional Forestal, CONAF Agustín Castro C.

José Trivelli R.Fundación Chile Emilio Moreno H.Instituto de Investigaciones y Ensayes deMateriales, IDIEM René Araya MInstituto Forestal, INFOR Gastón Cubillos C.

Vicente A. Pérez G.Instituto Nacional de Normalización, INN Ana María Coro M.

Vicente A. Pérez G.Maderas y Sintéticos S.A. José M. SainzMinisterio de Vivienda, División dePolítica Habitacional Santiago Castillo R.

Daniel A. Súnico H.Universidad Católica de Chile, DICTUC Gregorio Azócar G.Universidad de Concepción Gerardo Soto U.

NCh176/2

II

Universidad de Chile, Depto. de IngenieríaCivil Mario WagnerUniversidad de Chile, Facultad de CienciasAgrarias, Veterinarias y Forestales Emilio Cuevas I.

Ramón RosendeUniversidad de Santiago Augusto Lucero F.

Rodolfo Uribe R.Universidad del Bío-Bío 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, defecha 19 de Enero de 1984, del Ministerio de Obras Públicas.

Esta norma ha sido aprobada por el H. Consejo del Instituto Nacional de Normalización, ensesión 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 otrocontenido de humedad superior al punto de saturación de la fibra mediante el uso de lafórmula 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 humedadmayor que el punto de saturación de la fibra, se debe recurrir a la fórmula b) del anexo A).

NCh176/2

III

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 ladensidad de referencia que tendría una pieza de madera cuando la humedad de ella es60%.

Aplicando la fórmula b):

⋅

100H + 100 = bH ρρ

0,72 = 1,6 0,45 = 60 ⋅ρ g/cm3

Si además se desea estimar la densidad normal de la pieza es necesario utilizar ambasfórmulas de la siguiente manera:

Densidad de referencia en el punto de saturación de la fibra (PSF):

1,28 = b28 ⋅ρρ

(Suponiendo una humedad igual a 28% para el PSF)

0,58 = 1,28 0,45 = 28 ⋅ρ g/cm3

La densidad anhidra es:

28) + (10028)] (K + [100 = 28o

⋅ρρ

0,515 = 28) + (100

28)] (0,49 + [100 0,58 = o⋅⋅ρ g/cm3

y la densidad normal:

105,88112 0,515 =

12) (0,49 + 10012) + (100 = o12 ⋅

⋅

⋅ρρ

0,545 = 12ρ g/cm3

La presente MODIFICACION a la norma NCh176/2.Of86 ha sido preparada por la Divisiónde Normas del Instituto Nacional de Normalización y en su estudio participaron losorganismos y las personas naturales siguiente:

Corporación de la Madera, CORMA Mario Wagner M.Instituto Forestal, INFOR Alberto Campos B.Instituto Nacional de Normalización, INN Vicente Pérez G.Ministerio de Vivienda y Urbanismo, MINVU Daniel Súnico H.Universidad de Chile, Depto. Ingeniería Civil Mario Wagner M.Universidad de Chile, Depto. Tecnologíasde la Madera Emilio Cuevas L.

NCh176/2

IV

Esta MODIFICACION ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional deNormalización, en sesión efectuada el 13 de Noviembre de 1987 y ha sido incorporada altexto de la norma.

Esta MODIFICACION ha sido declarada Oficial de la República por Decreto N°8, del 13 deEnero 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 OficialNCh176/2.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.

1

NORMA CHILENA OFICIAL NCh176/2.Of86MODIFICADA EN 1988


1 Alcance y campo de aplicación

1.1 Esta norma establece métodos para determinar la densidad nominal, la densidadbásica y la densidad de referencia de la madera.

2 Referencias

NCh176/1 Madera - Parte 1: Determinación de humedad.NCh176/3 Madera - Parte 3: Determinación de la contracción radial y tangencial.NCh968 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 alcarácter 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 densidadse definen (Ver Anexo D):

a) densidad anhidra: relación entre la masa y el volumen de la probeta en el estadoanhidro.

b) densidad normal: relación entre la masa y el volumen determinados ambos a uncontenido de humedad igual al 12%.

3.1.2 densidad básica: relación entre la masa de la probeta en estado anhidro y elvolumen de la probeta en estado verde (ver anexo C).

NCh176/2

2

3.1.3 densidad nominal: relación entre la masa de la probeta en el estado anhidro y elvolumen de la probeta al contenido de humedad del ensayo. (Generalmente estecontenido de humedad es de 12%).

4 Principios

4.1 Determinación de la masa de la probeta por pesada y de su volumen por medición desus 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 al0,1 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 de25 mm de lado y una longitud en la dirección de la fibra de 100 mm ± 5 mm. Los anillosde crecimiento deben ser paralelos a dos caras opuestas.

6.2 Cuando se trate de determinar la relación entre una característica mecánica y ladensidad, se recomienda que la densidad se determine sobre probetas preparadas para losensayos mecánicos en particular o sobre probetas cortadas de ellas que tengan formacúbica de 20 mm por lado.

6.3 La preparación y número de probetas debe ser según NCh968. El contenido dehumedad se determina según NCh176/1. (Método de secado en estufa o método dedestilación).

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 poralguno de los métodos descritos en capítulo 8.

NCh176/2

3

7.2 Determinación de la densidad anhidra

Secar las probetas gradualmente hasta masa constante, según NCh176/1, evitando sudeformación y resquebrajamiento. Determinar la masa y el volumen según lo indicado en7.1, 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 alcontenido de humedad máxima que corresponde al volteo del árbol), por alguno de losmétodos indicados en capítulo 8. Secar las probetas hasta masa constante y pesar conuna 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 losmétodos indicados en capítulo 8. Secar la probeta hasta masa constante y pesar con unaprecisión 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 loindicado 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%, segúnlo 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, cuyasesquinas presenten ángulos rectos, y cuyas superficies sean lisas. Medir la longitud ! , elancho a y el espesor e, con una precisión de ± 0,3%. Efectuar por lo menos tresmediciones en cada dirección, aunque en probetas pequeñas es suficiente una o dosmediciones.

8.2 Por inmersión en agua

Estos métodos son aplicables a probetas de forma irregular o de superficie rugosa. Lamadera seca debe sellarse previamente sumergiendo la probeta en cera de parafinacaliente. En madera verde no es necesario este sellado. En 8.2.1 y 8.2.2 se describen dosmétodos alternativos.

NCh176/2

4

8.2.1 Colocar la probeta en un recipiente de volumen conocido y agregar agua hastallenar el recipiente. Sacar la probeta del agua y determinar el volumen remanente. Elvolumen del recipiente lleno menos el volumen de agua remanente corresponde alvolumen de la probeta.

8.2.2 Llenar con agua una probeta hasta una de las graduaciones principales y registrareste volumen. Colocar la probeta en el cilindro y hundirla con ayuda de una varilladelgada. Registrar el nuevo volumen. La diferencia entre los dos volúmenes corresponde alvolumen de la probeta.

8.3 Por inmersión en mercurio

Este método es aplicable a probetas de tamaño reducido, de cualquier forma, densidad ycontenido de humedad. No es necesario sellar la probeta con parafina, excepto si presentaporos o huecos muy abiertos en los cuales podría quedar atrapado mercurio, provocandouna 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 gramospor centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

o

oo V

m=ρ

en que:

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

oρ = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta en lacondición anhidra.

9.2 La densidad básica, ρb, de cada probeta, en kilogramos por metro cúbico (gramospor centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

v

ob V

m=ρ

en que:


vV = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta enestado verde.

NCh176/2

5

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

H

on V

m=ρ

en que:


HV = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta alcontenido de humedad H.

En este caso la medición del volumen se hace generalmente a un contenido de humedadde 12% ( 12rρ ).

9.4 La densidad de referencia, Hρ , de cada probeta en kilogramos por metro cúbico (ogramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

Vm =

H

HHρ

en que:

mH = es la masa, en kilogramos (o gramos) de la probeta al contenido dehumedad H;

V H = es el volumen, en metros cúbicos (o centímetros cúbicos) de la probeta alcontenido de humedad H.

9.5 La densidad normal, 12ρ , de cada probeta, en kilogramos por metro cúbico(o gramos por centímetro cúbico) está dada por la fórmula:

Vm =

12

1212ρ

en que:

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

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

NCh176/2

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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 losresultados obtenidos en las probetas individuales e informar este valor como el promediode 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 humedadcualquiera (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 almuestreo;

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 normay 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 otroscontenidos de humedad, de acuerdo a las fórmulas dadas en anexos;

j) fecha del ensayo;

k) nombre del solicitante del ensayo.

NCh176/2

7

Anexo A

Las fórmulas que relacionan las diferentes densidades son:

a)

⋅++=

HKH

oH 100100ρρ

(cuando H es menor que el punto de saturación de la fibra)

b)

100H + 100 = bH ρρ

(cuando H es mayor que el punto de saturación de la fibra)

en que:

ρo = densidad anhidra;

ρH = 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 contenidode humedad, calculado para cada especie, como la suma de los respectivoscoeficientes de contracción lineal (k) que se incluyen en el anexo B;

ρb = densidad básica.

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

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Anexo B

Coeficientes de contracción y puntos de intersección de algunas maderas en Chile

Especie Dirección1) Coeficiente decontracción, k

Punto deintersección (%H) 2)

Pino Insigne T 0,29 28,0

R 0,20 27,0

Tepa T 0,31 31,0

R 0,15 25,0

Eucalipto T 0,42 31,0

R 0,24 28,0

Coigüe T 0,30 28,0

R 0,15 26,0

Roble T 0,29 28,0

R 0,18 25,0

Olivillo T 0,30 28,5

R 0,15 25,9

Ulmo T 0,35 31,5

R 0,22 27,0

Tineo T 0,36 32,0

R 0,18 26,0

1) T = Tangencial,

R = Radial.

2) Ver NCh176/3.

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Anexo C

Por el volumen en estado verde se entiende aquel que se determina cuando el contenidode humedad se encuentra sobre el punto de saturación de la fibra (PSF), significando porello que la madera no ha sufrido variación dimensional (contracción) respecto de su estadooriginal.

Para las maderas con tendencia a ser afectadas por el fenómeno de colapso, además de lacondición de humedad sobre el PSF, es preciso constatar ausencia de este fenómeno almedir su volumen en estado verde. Para obviar esta dificultad se recomienda para estasmaderas determinar su volumen inmediatamente después de la corta del árbol, o bienproteger la madera para impedir la pérdida de su humedad original.

NCh176/2

10

Anexo D(Informativo)

El carácter higroscópico de la madera determina la necesidad de especificar el contenidode humedad al expresar su densidad. Para determinarla se hace necesario pesar la pieza otrozo de madera, medir su volumen por alguno de los métodos que entrega esta norma enel capítulo 8 y hacer referencia al contenido de humedad al cual se efectuaron ambasdeterminaciones. Los infinitos valores de densidad que así pueden resultar se definencomo:

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 sonimportantes los siguientes:

i) densidad en estado anhidro: relacionando la masa y el volumen de la madera enestado anhidro;

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

También es posible utilizar relaciones entre masa anhidra y volumen de la madera enestados diferentes al anhidro, de las cuales las más usadas son:

a) densidad básica: relacionando la masa anhidra con el volumen verde, es decir conhumedad 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 otrocontenido de humedad superior al punto de saturación de la fibra mediante el uso de lafórmula a) del anexo A de esta norma.

Si se desea conocer la densidad de referencia de la madera a un contenido de humedadmayor 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 deaplicación:

Ejemplo:

Se conoce la densidad básica del pino insigne (ρb = 0,45 g/cm3) y se desea saber ladensidad de referencia que tendría una pieza de madera cuando la humedad de ella es60%.

NCh176/2

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Aplicando la fórmula b):

⋅

100H + 100 = bH ρρ

0,72 = 1,6 0,45 = 60 ⋅ρ g/cm3

Si además se desea estimar la densidad normal de la pieza es necesario utilizar ambasfórmulas de la siguiente manera:

Densidad de referencia en el punto de saturación de la fibra (PSF):

1,28 = b28 ⋅ρρ

(Suponiendo una humedad igual a 28% para el PSF)

0,58 = 1,28 0,45 = 28 ⋅ρ g/cm3

La densidad anhidra es:

28) + (10028)] (K + [100 = 28o

⋅ρρ

0,515 = 28) + (100

28)] (0,49 + [100 0,58 = o⋅⋅ρ g/cm3

y la densidad normal:

105,88112 0,515 =

12) (0,49 + 10012) + (100 = o12 ⋅

⋅

⋅ρρ

0,545 = 12ρ g/cm3

NORMA CHILENA OFICIAL NCh 176/2.Of86MODIFICADA EN 1988

I N S T I T U T O N A C I O N A L D E N O R M A L I Z A C I O N ! I N N - C H I L E


Wood - Part 2: Determination of density

Primera edición : 1988Reimpresión : 1999

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

CIN 79.040

COPYRIGHT © 1988 : INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN * Prohibida reproducción y venta *Dirección : Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, ChileCasilla : 995 Santiago 1 - ChileTeléfonos : +(56 2) 441 0330 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0425Telefax : +(56 2) 441 0427 • Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) 441 0429Internet : [email protected] de : ISO (International Organization for Standardization) • COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)

Chapter 6Kiln Samples

Variability of material 118Species 118Thickness 118Moisture content 118Heartwood and sapwood 118Wetwood or sinker stock 118Grain 119

Number of kiln samples 119Moisture content schedules 119Time schedules 119

Checking kiln performance 119Selecting kiln samples 120Preparing kiln samples and moisture sections 120

Cutting kiln samples and moisture sections 120Determining moisture content and weight of

kiln samples and moisture sections 120Weighing moisture sections 120Weighing kiln samples 121Ovendrying moisture sections 121Weighing ovendry moisture sections 121Calculating moisture content of moisture

sections 121Calculating ovendry weight of kiln samples 122

Placing samples in kiln charges 123Using kiln samples during drying 123

Calculating current moisture content of samples 123Using samples for kiln schedule changes 124Using automatic systems 124

Intermediate moisture content tests 124When to make intermediate tests 125How to make intermediate tests 125Intermediate shell and core moisture tests 125

Final moisture content and stress tests 125Recording drying data 127

Forms for recording data 129Graphs of drying data 129

Literature cited 131Source 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 combi-nations of temperature and relative humidity appliedat various times or at various moisture content levelsduring drying (see ch. 7). When moisture content lev-els are the determining factor for adjusting tempera-ture and relative humidity in the kiln, some means ofestimating moisture content of the lumber in the kilnduring drying is necessary. These estimates are madewith kiln sample boards, which are weighed or other-wise sensed during drying.

Kiln samples are not used in drying softwood dimensionlumber and are rarely used for drying lumber for higherquality softwood products. Kiln samples are usuallyused in hardwood lumber drying because incorrect kilnconditions have more severe consequences for hardwoodlumber than for softwood lumber.

Traditionally, kiln samples have been removed from thekiln periodically and weighed manually for moisturecontent estimates. This manual procedure is still usedin the majority of hardwood operations, but automatedmethods are beginning to be developed. One suchmethod utilizes probes that are inserted into sampleboards to measure electrical resistance as an estimate ofmoisture content (ch. 1, table 1-11). This electrical re-sistance signal can then be fed into a computer controlsystem that makes scheduled changes in kiln conditionsautomatically. Another system uses miniature load cellsthat can continuously weigh individual sample boards;the weights are fed into a computer control system.

Whether kiln samples are monitored manually or au-tomatically, the same principles of selection and place-ment apply. The main principle of selection is that thekiln samples be representative of the lumber in the kiln,including the extremes of expected drying behavior.It is impractical to monitor moisture content of everyboard in a kiln, so the samples chosen must representthe lumber and its variability. The main principles ofplacement are that the samples are spread throughoutthe kiln at various heights and distances from the endsof lumber stacks and that the samples are subject tothe same airflow as the lumber.

The handling of kiln samples requires additional oper-ator time, and some lumber is lost when kiln samplesare taken. These disadvantages are more than offset byseveral advantages. The selection, preparation, place-ment, 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 ofthe final moisture content, (3) reduce drying time andimprove lumber quality, (4) develop time schedules,and (5) locate sources of trouble that affect kiln per-formance. All these advantages add up to lower dryingcosts and more uniformly dried lumber.

This chapter covers selection and preparation of kilnsamples; the number of samples required in a kilncharge; determination of moisture content and ovendryweight of samples; how to use samples during drying;how to make intermediate moisture content estimates;tests for residual drying stresses; and recording andplotting of data.

Variability of Material

To make full use of known drying techniques and equip-ment and to assure good drying in the shortest time,each kiln charge should consist of lumber with similardrying characteristics. Differences between boards willinvariably exist despite measures to minimize them,and kiln sample selection must include these differ-ences. The following variables should be consideredin selecting kiln samples: (1) species, (2) thickness,(3) moisture content, (4) heartwood and sapwood,(5) wetwood or sinker stock, and (6) grain (flatsawnor quartersawn).

Species

Wood of both native and imported species has a widerange of physical properties that can influence ease ofdrying (ch. 1 and USDA 1987). These properties in-clude specific gravity, shrinkage, moisture diffusion andpermeability, strength perpendicular to the grain, andsize, distribution, and characteristics of anatomical el-ements. Such woods as basswood, yellow-poplar, andthe pines are relatively easy to dry, with few or no se-rious drying defects. Others, such as the oaks, blackwalnut, and redwood, are more likely to check, honey-comb, and collapse during kiln drying. Consequently, itis usually advisable to dry only one species at a time ina kiln, or, at most, a few species that have similar dry-ing characteristics. If mixed species are dried together,kiln samples should be taken from all species.

Thickness

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

in the same kiln charge without either prolonging thedrying time of the thin lumber or risking drying defectsin the thick lumber.

Kiln operators should recognize miscut lumber and ei-ther dress it to uniform thickness or choose kiln sam-ples accordingly. Nominal l-in-thick lumber can varyfrom 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 dryingdefects.

Moisture Content

The extent to which lumber has been air dried orpredried before it is put in a kiln must also be consid-ered, because moisture content often governs the dryingconditions that can be used. If all the free water has al-ready been removed, more severe drying conditions canbe used in the initial stages of kiln drying, with littleor no danger of producing drying defects. Furthermore,a uniform initial moisture content greatly acceleratesdrying to a uniform final moisture content. If boardsvary considerably in initial moisture content, the kilnsamples should reflect this variation.

Heartwood and Sapwood

Sapwood usually dries considerably faster than heart-wood. Resins, tannins, oils, and other extractives re-tard the movement of moisture in the heartwood. Ty-loses and other obstructions may be present in thepores of the heartwood of some species, principallywhite oak and the locusts. Sometimes, it is practicalto segregate the heartwood and sapwood boards. Thegreen moisture content of sapwood is usually higherthan that of heartwood, particularly in the softwoods.For these reasons, heartwood lumber may not reach thedesired final moisture content as soon as sapwood, orvice versa. Choice of kiln samples should be guided bythe relative proportions of heartwood and sapwood in akiln charge.

Wetwood or Sinker Stock

Wetwood or sinker stock (Ward and Pong 1980) is acondition (bacterial infection) that develops in the liv-ing tree and causes entire boards or parts of boards tobe higher in initial moisture content, slower drying, ormore susceptible to drying defects. Hemlocks, true firs,red oaks, aspen, and cottonwood develop this kind ofwood. Ideally, wetwood should be segregated from nor-mal lumber and dried separately by a different dryingschedule. However, it is not always possible or practicalto do so. From the standpoint of kiln sample selection,only the hardwoods are really relevant. Bacterially in-fected wood often has a disagreeable odor, especially inred oaks, or may be darkened (aspen and cottonwood).

118

If wetwood is suspected, the sample boards should beselected accordingly and observed carefully duringdrying to detect any drying defects.

Grain

Quartersawn boards generally dry more slowly thanflatsawn, but they are less susceptible to surface check-ing. Thus, more severe drying conditions can be usedon quartersawn lumber to reduce drying time. It issometimes advantageous to segregate quartersawnand flatsawn lumber in drying. If not, kiln samplesshould reflect the relative amounts of the two grainsin a charge.

Number of Kiln Samples

The number of kiln samples needed for any kiln chargedepends upon the condition and drying characteristicsof the wood being dried, the performance of the drykiln, and the final use of the lumber. There are sev-eral reasons for using kiln samples, which may dictatethe number as well as placement of the samples. Kilnsamples are used when drying lumber by moisture con-tent schedules and for developing time-based dryingschedules.

Moisture Content Schedules

By far the most important purpose of kiln samples is toenable a kiln operator to dry a kiln charge of lumber bya specific moisture content schedule (ch. 7). This typeof schedule calls for changes in drying conditions thatare based on the moisture content of the lumber duringvarious stages of drying.

Because many variables affect drying results, the spe-cific number of kiln samples required when using mois-ture content schedules has not been firmly established.The requisite number is different for different species,initial moisture contents, and kilns, and it is best de-termined through experience. A rule of thumb given inthe earlier version of this manual (Rasmussen 1961) isto use at least four samples in charges of 20,000 fbm orless. For charges of 100,000 fbm or more, 10 to 12 kilnsamples per charge are usually sufficient. More samplesshould be used when (1) drying a charge of lumber ofdifferent species, thicknesses, moisture contents, grain,or mixture of heartwood and sapwood, (2) drying anunfamiliar species, (3) drying costly lumber, (4) ob-taining drying data for modifying a drying schedule ordeveloping a time schedule, and (5) using a dry kilnwhose performance is unknown or erratic.

Since publication of the earlier edition of this manual,research has been conducted to better define the nec-essary number of kiln samples (Fell and Hill 1980).

Although this research is not directly applicable tocommercial practice, it provides some guidelines. Intheir scheme, which applies to hardwoods, Fell and Hillrecommended using 10 to 12 kiln samples to monitormoisture content from green to 40 percent. Twenty to23 samples are recommended for 40 to 12 percent mois-ture content because this range requires a more pre-cise estimate of moisture content. Finally, only 7 to 12samples are recommended for 12 to 6 percent moisturecontent. These recommendations call for considerablymore kiln samples than the rule of thumb guidelines,but they are based on statistical sampling. Operatorsshould use their experience and individual circum-stances to weigh the value of the increased precision,at an increased cost, that comes with increasing thenumber of kiln samples.

Time Schedules

At plants where certain species and thicknesses of lum-ber from the same source are dried regularly, kiln oper-ators can utilize kiln samples to develop time schedulesfor subsequent charges of the same material dried fromand to the same moisture content. This may involveextra sampling work to measure the full range of vari-ables, but after sufficient information and experienceare obtained, kiln samples can be eliminated for futurecharges.

Time schedules are generally used in drying softwoods.It is possible, however, to develop satisfactory timeschedules for some of the more easily dried hardwoods.Some samples should be used occasionally to check theperformance of the kiln and the final moisture contentof the lumber.

Checking Kiln Performance

Studies of kiln performance show that dry-bulb tem-perature and rate of air circulation throughout a kilnmay vary considerably and affect the time and qualityof drying. Variations in temperature and air circula-tion can be determined with testing equipment (ch. 3).But if such equipment is not available, kiln samples canbe used to check variability of kiln performance. Allsamples for this purpose should be cut from the sameboard to minimize variation in drying characteristicsbetween samples. The samples should be placed nearthe top and bottom of the stacks and on both sides, atintervals of 10 to 16 ft along the length of the kiln.

Kiln samples that dry slowly indicate zones of low tem-perature or low air circulation, and those that dryrapidly indicate zones of high temperature or high aircirculation. If the drying rates vary greatly, actionshould be taken to locate and eliminate the cause. Dif-ferences in drying rates between the samples on the

119

entering-air and leaving-air sides of the stacks will as-sist the operator in determining how often to reverseair circulation. The greater the difference in drying ratebetween these two, the more frequently the direction ofair circulation should be reversed.

Selecting Kiln Samples

Ideally, segregation of lumber is based on all the factorsthat affect drying rate and quality. Since this is fre-quently not possible or practical, a kiln operator mustbe guided in the selection of kiln samples primarilyby the drying rate of the most critical, slowest dryingmaterial. The largest number of samples should be se-lected from the slowest drying material. Some samplesshould also be selected from the fastest drying material,since these will determine when the equalizing periodshould be started (ch. 7).

The best time to select boards from which kiln sampleswill be cut is during stacking. Some boards are selectedto represent the heavier, wetter, and thicker boardsand to contain a relatively high percentage of heart-wood. Usually one kiln sample is cut from each sampleboard to assure a representative group of kiln samples(fig. 6-1). Some kiln samples are also cut from boardsthat represent the drier and faster drying boards. Suchboards are usually flatsawn, narrow, and scant in thick-ness, contain a high percentage of sapwood, or are drierthan the rest of the lumber at the time of stacking.

Moisture sections

One sample per board

Figure 6-1—Method of cutting and numbering kilnsamples and moisture content sections. (ML88 5587)

Preparing Kiln Samples andMoisture Sections

Kiln samples that will be weighed during drying andmoisture sections are prepared as shown in figure 6-1.Kiln samples should be 30 in or more long. Moisturesections, cut for the purpose of estimating initial mois-ture content, should be about 1 in. in length along thegrain. Knots, bark, pitch, and decay should not be in-cluded in the kiln samples, except when drying lumberof the common grades. The moisture sections that arecut from each end of the kiln sample must be of clear,sound wood. Any bark on the kiln sample or moisturesections should be removed before weighing because itcauses error in the moisture content estimate and inter-feres with drying.

Cutting Kiln Samples andMoisture Sections

Mark the kiln samples and moisture sections for iden-tification, as shown in figure 6-1, before they are cut.Usable lengths of lumber can be salvaged from each endof the board when the kiln samples and moisture sec-tions are cut. If no usable lengths would be left, cutthe samples and moisture sections about 20 in or morefrom the ends of the boards to eliminate the effects ofend drying.

With certain exceptions, moisture sections are not cutless than 1 in along the grain and are cut across the fullwidth of the board. It may be necessary to cut mois-ture sections less than 1 in. in length along the grainif a quick estimate of moisture content is needed. Tominimize errors, take extra precautions in cutting, han-dling, and weighing these thinner sections. In dimen-sion stock 1 in square or less in cross section, moisturesections are cut 2 in or more in length along the grain.A sharp, cool-running saw should be used and the sec-tions weighed immediately. If it is necessary to cut anumber of sections at a time before weighing them, thesections should be wrapped in aluminum foil or a sheetof plastic wrap.

Determining Moisture Content and Weightof Kiln Samples and Moisture Sections

The moisture content of a kiln sample is determinedfrom the moisture sections cut from each end of thesample. The average moisture content of these two sec-tions and the weight of the kiln sample at the time ofcutting are used to calculate the ovendry weight ofthe sample. The ovendry weight and the subsequentweights of the sample obtained at intervals duringdrying-called current weights—are used to calculatethe moisture content at those times.

Weighing Moisture Sections

After cutting the moisture sections, rapidly remove allbark, loose splinters, and sawdust, and weigh the sec-tions immediately. Weigh each section on a balancethat has precision of 0.5 percent of the weight of thesection and that reads in grams. Triple beam or toploading pan balances are suitable for this (ch. 3). Bal-ances with the precision to weigh moisture sections aresomewhat delicate, and they require proper care andmaintenance. The manufacturer’s recommendationsand procedures should be consulted to ensure accuratemeasurement.

To save weighing and calculating time, the two mois-ture sections cut from each kiln sample are sometimesweighed together. This technique, however, does not

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distinguish the difference in moisture content usuallypresent between the two moisture sections; therefore,separate weighings are preferred. After weighing themoisture sections separately or together, mark theweight on each section with an indelible pencil or a felt-tip pen with waterproof ink and record the weight orweights on a data form.

Weighing Kiln Samples

After cutting the kiln samples, remove all bark, loosesplinters, and sawdust. Then, immediately apply anend coating. Most kiln companies offer an end-coatingproduct, and asphalt roofing compounds are effectiveand readily available. Immediately after end coating,weigh the kiln samples on a balance that is sensitiveto 0.01 lb or approximately 5 g. The balance capac-ity should be about 35 lb (15 kg). Weight should beexpressed in either metric units or in pounds and dec-imals of pounds (not ounces). Mark the weight witha waterproof pencil or ink on the kiln sample and alsorecord it on a data form. The weight of the end coat-ing can usually be disregarded. If for some reason thekiln sample has to be shorter than recommended and ismade from a low-density species, it may sometimes bedesirable to consider the weight of the end coating. Ifso, weigh the kiln sample immediately before and afterend coating; the difference, which is the weight of theend coating, should be subtracted from all subsequentsample weights.

Ovendrying Moisture Sections

After weighing the moisture sections, they should bedried until all water has been removed in an oven main-tained at 214 to 221 °F (101 to 105 °C). This usuallytakes 24 to 48 h in a convection oven. To test whetherthe sections are thoroughly dry, weigh a few sections,place them back in the oven for 3 to 4 h, and thenreweigh. If no weight has been lost, the entire groupof sections can be considered completely dry. A typicalelectric oven for drying moisture sections is shown inchapter 3.

The moisture sections should be open piled in the ovento permit air to circulate freely around each section(ch. 3, fig. 3-7). Avoid excessively high temperaturesand prolonged drying because they cause destructivedistillation of the wood. The result is that ovendryweights are too low, and thus the estimate of moisturecontent is too high. If newly cut sections are placed inan oven with partly dried sections, the newly cut sec-tions may cause the drier sections to absorb some mois-ture and unnecessarily prolong drying time.

Microwave ovens can also be used for ovendrying mois-ture sections. Such ovens are much faster than a con-vection oven (moisture sections can generally be dried

in less than 1 h), but care must be taken not to overdryor underdry the sections. In a convection oven thereis a considerable margin of error. If a moisture sec-tion is left in longer than necessary, no great harm isdone, and the ovendry weight will not be affected sig-nificantly. However, if a moisture section is left in a mi-crowave oven even slightly longer than necessary, con-siderable thermal degradation can occur. The indicatedovendry weight of the moisture section will be less thanit should be, and the calculated moisture content willbe too great. This danger can be decreased by using amicrowave oven with variable power settings. Throughexperience, the operator can establish combinations ofspecies, size, and initial moisture content of moisturesection, ovendrying time, and oven power setting thatgive accurate ovendry weights.

Weighing Ovendry Moisture Sections

Ovendried moisture sections are weighed by the sameprocedures as freshly cut moisture sections. However,the sections must be weighed immediately after remov-ing from the oven to prevent moisture adsorption.

Calculating Moisture Contentof Moisture Sections

Moisture content of the moisture sections is calculatedby dividing the weight of the removed water by theovendry weight of the sections and multiplying the quo-tient by 100. Since the weight of the water equals theoriginal weight of the section minus its ovendry weight,the formula for this calculation is

Moisture content in percent

Example: Calculate the average moisture content oftwo 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 sec-tions a1 and a2, Two methods of calculating averagemoisture content in percent can be used.

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Method 1:

Moisture content of section a1

Moisture content of section a2

The average moisture content of moisture sections a1

and a2 is

Method 2:

If the sections are weighed together, the combinedgreen weight of sections a1 and a2 is 185.47 g, and theircombined ovendry weight is 114.22 g. Then

Average moisture content

Although the average moisture content of moisture sec-tions a1 and a2 calculated by method 2 results in aslightly higher value than that obtained by method 1,the calculated ovendry weight of the kiln sample usingeither method will be the same when corrected to thenearest 0.01 lb.

It is sometimes convenient when making calculations touse a shortcut method of calculating moisture contentby the formula

Substituting the weights for moisture section a1 in thisformula

Moisture content in percent of section a1

Calculating Ovendry Weightof Kiln Samples

The moisture content of a kiln sample at the time ofcutting and weighing is assumed to be the same as theaverage of the moisture content values of the two mois-ture sections cut from each end of the sample. Knowingthis value and the weight of the sample at the time thesections were cut, the ovendry weight of the sample canbe calculated by using the following formula:

Ovendry weight of kiln sample

(2)

where MC is moisture content

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


A shortcut version of equation (2) that is useful withcalculators is


Substituting the weights for kiln sample A-l,


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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 chap-ter 5 and illustrated in figure 6-2. Sample pockets areusually placed at several locations along the length ofthe kiln in the sides nearest the walls. Since the kilnsamples are representative of the lumber being dried,they should at all times be exposed to the same dryingconditions or they will give a false estimate of the mois-ture content of the kiln charge. For example, if samplesare cut and weighed several days before the lumber isloaded into the kiln, the samples should be insertedin the loads or packages during the time the lumber isoutside the kiln.

If a mixed kiln charge is being dried, the samples rep-resenting each type of material should be placed in thetruckloads or packages containing that lumber. For ex-ample, if 4/4 and 6/4 pine lumber are being dried inthe same charge, the 4/4 samples should be with the4/4 lumber and the 6/4 samples with the 6/4 lumber.

Some operators of poorly lighted kilns place smallcolored-glass reflectors or reflective tape on the edgesof the samples or the edges of boards above and belowthe sample pocket. These reflectors can be located witha flashlight. To guard against replacing samples in thewrong pocket after weighing, a number or letter corre-sponding to the sample can be written on the edge ofthe board immediately above or below the pocket.

Using Kiln SamplesDuring Drying

As drying progresses, the drying conditions in the kilnare changed on the basis of the moisture content ofthe samples at various times during the run. How fre-quently the samples must be weighed will depend onthe rate of moisture loss; the more rapid the loss, themore frequently samples must be weighed. The samplesmust be returned to their pockets immediately afterweighing.

Calculating Current MoistureContent of Samples

Two weights are required to calculate the current mois-ture content of a sample: the current weight and thecalculated ovendry (OD) weight. The formula used isas follows:

Current moisture content

(3)

Figure 6-2—(a) Schematic showing placement of kilnsamples in sample pockets built in the side of a loadof lumber. The pockets should be deep enough so thatthe kiln samples do not project beyond the edge of theload. (b) Photograph showing kiln sample in place.(ML88 5624, MC88 9028)

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Thus, if the calculated ovendry weight of the sample is2.75 lb and its current weight 4.14 lb, then


After another day of drying, this sample may weigh3.85 lb. The current moisture content of the samplewill then be

The following shortcut formula can also be used to cal-culate current moisture content:


Substituting the above values in this formula,

Using Samples for Kiln Schedule Changes

Kiln schedules provide for changes in kiln conditions asdrying progresses. With moisture content schedules,the temperature and relative humidity are changedwhen the moisture content of the kiln samples reachescertain levels as defined by the particular schedule inuse. If the schedules recommended in chapter 7 areused, drying conditions should be changed when theaverage moisture content of the wettest 50 percent ofthe kiln samples equals a given moisture content in theschedule. Sometimes, a kiln operator may change dry-ing conditions according to the wettest one-third of thesamples or the average moisture content of a smallergroup that may be distinctly wetter or more difficultto dry than the others. These are called the control-ling samples. The moisture content of the driest sampledetermines when equalizing should be started (ch. 7).

Using Automatic Systems

When automatic control systems are used, the use ofkiln samples and moisture sections is changed some-what. When electronic probes are used, there is noneed to cut kiln samples or moisture sections. Theprinciples of selecting sample boards still apply, how-ever, because the probes will be inserted in sampleboards. Variation in drying time between sampleboards also needs to be known. When miniature loadcells are used, kiln samples and moisture sections arestill necessary. However, since the weights of the sam-ple 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 manualcalculation of current moisture content.

The use of electronic probes that estimate moisturecontent from electrical resistance is growing. Suchprobes offer automatic control, but they currentlyhave some limitations. The change in electrical resis-tance with moisture contents above 30 percent is small,so that the probes are limited in accuracy above thislevel of moisture content. Currently, charges in kilnsthat use these control systems are dried to 30 percentmoisture content using home other control principle,and probes are able to control from 30 percent to finalmoisture content.

Intermediate MoistureContent Tests

If the moisture content of the moisture sections doesnot truly represent that of the kiln sample, the calcu-lated ovendry weight of the kiln sample will be wrong.This may mislead the operator into changing kiln con-ditions at the wrong time, with such serious conse-quences as prolonged drying time, excessive drying de-fects, and nonuniformly dried lumber. For example,if water pockets are present in the moisture sectionsbut not in the sample, the calculated ovendry weightof the sample will be too low and its current moisturecontent too high. This will lead the kiln operator tobelieve that the moisture content is higher than it re-ally is, and scheduled kiln condition changes will bedelayed. The end result is an unnecessary extension ofdrying time. Conversely, if water pockets are presentin the sample but not in the moisture sections, the cal-culated ovendry weight of the sample will be too highand its current moisture content too low. This will leadthe kiln operator to believe that the moisture contentis lower than it really is, and scheduled kiln conditionchanges will be made too soon. The result is an ac-celeration of the kiln schedule that could cause dryingdefects. These potential problems can be avoided bymaking intermediate moisture content estimates.

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When to Make Intermediate Tests

When the calculated moisture content of one or a fewkiln samples is much higher than that of the othersamples, or if their rate of drying appears to be muchslower than the average rate, a moisture check shouldbe made on those samples for a better estimate of theircalculated ovendry weight. The best time for makingan intermediate estimate is when the average mois-ture content of the samples is about 20 to 25 percent.Intermediate estimates can be made on all the sam-ples in the charge if the operator wants an even betterestimate of moisture content.

How to Make Intermediate Tests

Trim a section about 5 in long from one end of the kilnsample. Then, cut a l-in-wide moisture section fromthe newly exposed end of the sample, weigh it imme-diately, and ovendry. Coat the freshly cut end of theshortened sample and weigh it immediately. The newweight of the sample is the new “original” weight usedin equation (2). After weighing the sample, place itin its pocket in the kiln charge. As soon as the mois-ture section has been dried, weigh it and calculate itsmoisture content with equation (1). Substitute the newmoisture content value, together with the new origi-nal weight of the sample in equation (2), to obtain anew calculated ovendry weight. Use the new calcu-lated ovendry weight in equation (3) to obtain the cur-rent moisture content of the sample in all subsequentweighings.

A moisture content check may be desirable near theend of the kiln run to obtain a better estimate of whento start equalizing.

Intermediate Shell andCore Moisture Tests

Moisture content gradients are discussed in chapter 1.Sometimes, it is useful for the kiln operator to knowthe moisture contents of the shell (the outer part of theboard) and the core (the inner part of the board). Forexample, in a species that is susceptible to drying de-fects, such as oak, it is quite important to delay raisingthe temperature in the kiln to the high temperaturesof the last few steps in the kiln schedule until the coremoisture content is 25 percent or below. Otherwise,honeycomb is likely to develop (ch. 8). However, whenthe core is at 25 percent moisture content, the averagemoisture content for the whole piece will be somethingless than 25 percent and thus will not always be a reli-able indicator of the core moisture content. Therefore,shell and core moisture content estimates are sometimesuseful. A typical moisture section, 1 in along the grain,is cut and then further cuts are made into the shell

Figure 6.-3—Method of cutting section for measuringshell and core moisture content. (ML88 5586)

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

Final Moisture ContentAnd Stress Tests

After the lumber has been dried to the desired finalmoisture content, the drying stresses relieved by a con-ditioning treatment (ch. 7), and the charge removedfrom the kiln, a final moisture content check on thesample boards is often desirable. The average moisturecontent as well as shell and core estimates can be madein the same way as already described.

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Figure 6-4—Method of cutting stress sections for case-hardening tests. Lumber that is less than 1-1/2 in thickis cut into three prongs, and the middle prong is re-moved; lumber that is 1-1/2 in thick or thicker is cutinto six prongs, and the second and fifth prongs areremoved. (ML88 5585)

Figure 6-5—(a) Method of cutting stress sections forsevere casehardening tests. (b) Prongs are offset so thatthey can cross and indicate severity of casehardening.(ML88 5584)

Drying stresses are discussed in chapter 1, the reliefof drying stresses (conditioning) is discussed in chap-ter 7, and the consequences of unrelieved stresses arediscussed in chapter 8. Here, we describe how to pre-pare and interpret stress sections. There are two basicways to prepare stress sections. Both methods work onthe principle that the stresses, that is, tension in thecore and compression in the shell, will become unbal-anced when a saw cut is made. Figure 6-4 shows oneway to cut stress sections and illustrates the reaction ofsections that are casehardened (sections with residualdrying strews). When the sections have stress, the twoouter prongs pinch in because the tension stress in thecore is released by the saw cut. Thus, the inner faces ofthe prongs shorten because of the release of stresses.

In situations where drying stresses are severe, theprongs as cut in figure 6-4 will touch and in fact snaptogether tightly. Because they touch, it is difficult tojudge the severity of the stresses. The second methodof making the casehardening test visually distinguishesbetween severe and moderate drying stresses. Thestress section is sawed to allow diagonally oppositeprongs to bypass each other by an amount related tothe severity of drying stresses (fig. 6-5b). The saw-ing diagram for preparing these sections is shown infigure 6-5a. After cutting the section from the sampleboard, saw on lines P and Q but do not remove the sec-tion loosened by these cuts. Saw along line R, whichis approximately midway in the section’s width. Sawdiagonally along S and its diagonally opposite coun-terpart. Remove the diagonally opposite prongs andthe loose center section to allow free movement for theremaining diagonally opposite prongs. If the dryingstresses are severe, the prongs will cross, as shown infigure 6-6.

Unfortunately, residual drying stresses and moisturegradients sometimes interact and can cause confu-sion. If the core of a cut stress section is not at thesame equilibrium moisture content as the air where itis cut, the moisture content of the core will change, andthe inner face will either shrink and react as if case-hardened, or swell and react as if reverse casehardened(fig. 6-4). Most commonly, the moisture content of thecore is high enough so that the core shrinks when ex-posed to the surrounding air. Then, the inner face cre-ated by the saw cut loses moisture and shrinks. Theresult is that the prongs pinch in as if casehardened.The time required for prong movement is a good indi-cation of whether residual drying stresses or moisturegradients cause prong movement, or if the cause is acombination of these. Residual drying stresses causeprong movement immediately, whereas a change causedby moisture content requires at least several hours tocomplete. If immediate prong movement is observed,

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Figure 6-6—Stress sections showing crossing of prongs when sections are cut by the procedure shown infigure 6-5. (MC88 9034)

followed by additional prong movement, both factorsare the cause. In either case, prong movement pointsto a condition that should be corrected to avoid warpupon resawing or machining (ch. 8). Either additionalstress relief or equalization or both procedures arerequired.

Occasionally, the transverse casehardening test willshow no stress, but the lumber will bow when resawed.Bowing is caused by longitudinal stress resulting fromeither longitudinal tension set in the surface zones orlongitudinal shrinkage differentials caused by reactionwood (tension wood in hardwoods). These stresses aremost likely to be unrelieved when conditioning tem-perature or equilibrium moisture content is too low orwhen conditioning time is too short. The longitudinalstress sticks in figure 6-7 show whether such stressesare present. If longitudinal stresses are a problem, con-ditioning should be at 180°F or higher. The lumbermust have been equalized, and the recording instru-

ment must be in calibration. If longitudinal stresses arestill a problem, the wet-bulb setting can be raised 1 °Fover the recommended value. Also, the conditioning pe-riod can be extended about 4 h per inch of thickness.If tension wood stresses are very severe, they may notyield to any conditioning treatment.

Recording Drying Data

Good recordkeeping of the details of kiln runs can beuseful to the kiln operator in several ways: (1) for mod-ifying drying schedules on subsequent charges to obtainfaster drying without sacrificing quality, (2) for devel-oping time schedules for certain types of lumber thatare dried frequently, (3) for determining the effect ofseasonal weather conditions on kiln performance anddrying time, and (4) for checking kiln performance forcauses of nonuniform drying or drying defects.

Figure 6-7—Method of cutting sections for final mois-ture content and drying stress tests. MC is moisturecontent. (ML88 5583)

The kinds of data to be recorded will vary with thenature of the drying. More than the usual amount ofdrying data is required in the case of a test run in anew kiln, a new and unfamiliar type of lumber, and anew or modified schedule. Also, good documentationof the kiln run may be useful when precise drying isrequired or high-value lumber is dried. The data caninclude lumber species, grade, origin (of both the lum-ber (sawmill) and the trees (geographical location) itwas cut from), grain (flatsawn or quartersawn), per-centage of sapwood, number of rings per inch, moisturecontent, and thickness; date of sawing; intermediatehandling between sawing and drying; drying data (ini-tial), schedule, time, and defects; handling and storageafter drying; and shipping date. Any other informationthat the kiln operator considers relevant should also benoted.

Figure 6-8—Form used for recording kiln sample data in a dry kiln run of 4/4 air-dried soft maple. Data for3 of 10 kiln samples are shown. (ML88 5582)

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Moisture and Stress Record

Figure 6-9—Form 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 kilnoperators develop their own forms to fit their specificneeds. Two forms are shown in figures 6-8 and 6-9.Drying data obtained for each sample during thekiln run can be entered on a kiln sample record form(fig. 6-8). Other data such as kiln number, lumbervolume, species, thickness, and starting and endingdates for the run can be entered as required in a head-ing. The form in figure 6-8 is for only three sampleboards. This form also shows data recorded for inter-mediate moisture content estimates and the moistureregained during the conditioning treatment. The weightof the end coating used on the kiln samples can also berecorded, if required.

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

Graphs of drying data show at a glance the time re-quired to reach certain moisture contents. A plot ofthe moisture contents of several kiln samples is shownin the lower portion of figure 6-10 for 4/4 northern redoak. The curve illustrates the steady loss of moistureover the entire drying period. Curves plotted from dataobtained from each sample are useful for checking kilnperformance and the reliability of the moisture con-tents of the kiln samples. For example, if the moistureloss data from some samples in several charges in thesame zones in a kiln consistently indicate a slower orfaster drying rate than that of the other samples in thecharges, this is evidence of a cold or hot zone or differ-ent air circulation in that location. The source of trou-ble can usually be found and corrected. On the otherhand, if it is known or if an investigation shows thatthe cause is not associated with a cold or hot zone ordifferent air circulation, the calculated ovendry weightof the kiln sample may be inaccurate and an intermedi-ate moisture content estimate is needed.

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Figure 6-10—Graph showing kiln-drying schedule andmoisture content at various times during drying of4/4 northern red oak. EMC is equilibrium moisturecontent. (ML88 5581)

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diseño metodologico en el secado natural de leña 23 11 07

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