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Doblado de madera con vapor en Bogotá- consideraciones

Principios del Plastificado y del Doblado de la Madera.(*)
Hay tres requisitos básicos para el éxito del doblado de la madera sólida utilizando vapor.



1. La madera debe ser plastificada.
Aunque la madera puede plastificarse químicamente o incluso por microondas cuando está en estado verde, la forma más conveniente de plastificar la madera es con vapor.
Las células de la madera se mantienen unidas por una sustancia de origen natural en la madera llamada lignina. Imagine que las fibras de la madera son un conjunto de varillas y que el espacio entre ellas está relleno con lignina. La fuerza de la unión de la lignina que se encuentra entre las varillas puede ser disminuida sometiendo la madera al vapor. Con vapor no presurizado a una temperatura de 212°Fahrenheit (100°C), durante una hora por pulgada de espesor (= 2.4min por cada mm - independientemente del ancho), se ablandará el enlace lo suficiente para el doblado. Sobre exponer la madera a este vapor puede ocacionar que la madera se arrugue en la parte concava a medida que el doblado se realiza.



2. Sólo se debe utilizar madera secada al aire de una especie adecuada.
La madera secada al horno no debe ser utilizada; la lignina en la madera se estabilizada permanentemente durante el proceso caliente del secado al horno. Ninguna cantidad de vapor o remojo debilitará el enlace de la lignina lo suficiente para obtener un doblado éxitoso. Lo mismo se aplica para la madera que es secada al aire, a la cual se haya dejado secar y estabilizar por debajo del 10% de contenido de humedad; la lignina sólo se plastificará parcialmente con el vapor, apenas para lograr una curva poco profunda.

3. La madera debe ser mantenida bajo compresión durante la proceso de doblado.
Debido a este requisito, la fibras de la madera se estirarán sólo una pequeña cantidad antes de fracturarse, por lo general menos del 0.5%. Si usted piensa en doblar un palo con su rodilla, a medida que la madera se dobla, las fibras del exterior de la curva comienzan a separarse y a romperse primero. Cuanto más seca esté la madera, más fácil es que se rompa. Sin embargo, cuando está bien plastificada, la madera se comprimirá de forma sorprendente.
Son estas dos las propiedades de la madera que evitamos y aprovechamos respectivamente en el proceso del doblado al vapor.
Para que la madera no se estire en la cara externa durante el proceso de doblado, debe estar retenida
por ambos extremos, sujetos firmemente a una correa con soporte de metal o fleje.

Funciones de la Lignina en la planta:

  • Aumenta la rigidez de la pared celular (a mayor dureza = más lignina= generalmente, mejor comportamiento al doblado )
  • Une las células unas con otras
  • Reduce la permeabilidad de la pared celular al agua
  • Protege la madera contra microorganismos (siendo esencialmente fenólica, la lignina actúa como un fungicida)

La mayoría de los ensayos de laboratorio muestran que no se mejoran las cualidades de curvado por encima de la temperatura de ebullición del agua (100°C). Probablemente el método más común y más adecuado para obtener las condiciones requeridas es someter la madera a la acción

de vapor saturado a la presión atmosférica en una estufa.
Lo esencial de la estufa es que entre vapor suficiente para mantener una temperatura media de 100°C y que existan dispositivos para introducir y retirar rápidamente la madera.

El método de curvado más sencillo es el que se hace con madera sin tratar, en estado natural o seca, aunque el radio de curvatura que se puede obtener sin rotura es muy pequeño. Para la mayoría de las especies esta dado por la fórmula R = 50 S, en la que R es el radio de curvatura y S el espesor de la pieza. De ella se deduce por ejemplo, que una pieza de madera sin tratar de 25 mm. de espesor no puede curvarse con radio menor de 1,25 m. Esta madera posee toda su elasticidad, por lo que habrá que sujetar la pieza rígidamente a una estructura que contenga la curva deseada. Como ejemplo de este trabajo se pueden citar las planchas que constituyen el casco de una barca, que a veces se curvan en frío y se sujetan con marcos.

Ensayos Caja de Vapor
Bajo los preceptos descritos arriba, me di a la tarea de construir una caja de vapor para el doblado de especimenes relativamente cortos; la caja de vapor en mención tiene 1m de largo(profundo) por 31cm de ancho por 25cm de alto.

Debido a que dicho experimento se realiza en Bogotá, Colombia; la temperatura de ebullición del agua (2600 metros sobre el nivel del mar) es de 91,3 °C ó 196.34 Fahranheit, tal como lo muestra la foto de la izquierda. Este hecho va en detrimento de poder realizar un doblado en condiciones optimas, ya que esta por debajo de la temperatura recomendada para tal fin.

Teniendo los resultados de esta prueba las conclusiones y medidas correctivas son las siguientes:

-Es imprescindible el uso de un aislamiento térmico ya sea por dentro o por fuera de la caja de vapor. La madera en sí es un aislante termico, pero no lo sufuciente para las condiciones que nos ocupan en Bogotá. Haga click aquí para ver el proceso de armado de mi caja de vapor con aislamiento interno. Adicionalmente es recomendable separar la caja del piso para disminuir la transferencia(pérdida) de calor de la caja al piso debido al contacto entre ellos.

-Se debe aumentar la fuente de calor en el sistema inicialmente planteado con el fin de aumentar la temperatura y así, contrarestar un poco, el efecto de la presión atmosférica en las condiciones capitalinas.

-La manguera utilizada para inyectar vapor proveniente de la tetera debe ser lo más corta posible, ya que de esta forma se evita las caidas de presión y pérdidas térmicas en el sistema.

-Parece recomendable aumentar las dimensiones internas del aislamiento térmico,esto es disminuir el volumen total interno de la caja, con el fin de tener un mejor aprovechamiento del vapor inyectado.

Video:

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