V. MANEJO E INDUSTRIALIZACIÓN DE LA MADERA MADER A DE EUCALIPTO PARA USOS MÚLTIPLES Por: Ing. Augusto Valencia Rodriguez ¹
LA EMPRESA La CAF Santa Bárbara, empresa del Grupo BELGO MINEIRA, posee un área total de 158 mil ha de tierras, de las cuales c uales 101 están forestadas con eucaliptos. Posee una dotación de 3.500 empleados, y produce 1,1 millón de m3 de carbón vegetal de eucalipto, 54.000 m3 de madera aserrada y 2 millones de unidades de madera preservada. En los próximos 8 años, las plantaciones se incrementarán en 84.600 ha, para lo cual serán necesarias cerca de 150 1 50 millones de plantines. La Compañía Siderúrgica BELGO MINEIRA es una empresa del Grupo ARBED, tercer mayor grupo siderúrgico del mundo, con sede en Luxemburgo, siendo responsable por las operaciones de fábricas siderúrgicas y laminadoras en diversos países Instalada en Brasil en 1921, la empresa opera 5 unidades industriales en el país, controlando un grupo de 21 empresas entre siderúrgicas, laminadoras y prestación de servicios. Su producción total de acero es de 4,3 millones de toneladas anuales, principalmente de laminados para construcción civil y aplicaciones industriales y comerciales. En 1948 la Cia Siderúrgica Belgo creó su “Departamento Forestal” , iniciando las primeras plantaciones de eucalipto con el objetivo de producir madera adecuada para la producción de carbón vegetal. En 1957 fue fundada la CAF Santa Bárbara Ltda (Minas Gerais) En 1993 fueron iniciados estudios con vista a diversificar el uso de las forestaciones de eucalipto, el llamado “ uso múltiple de las forestaciones ”, que consiste en la extracción de madera del bosque para diversos usos de acuerdo con el crecimiento a lo largo del ciclo, el que puede llegar hasta 15 años, tiempo considerado corto si se compara con los bosques nativos. Esos trabajos fueron realizados juntamente con el Instituto de Investigaciones (Pesquisas) Tecnológicas IPT de la Universidad de San Pablo. Centro de referencia mundial en avances científicos, a través de la selección de árboles de las especies Eucalyptus grandis y Eucalyptus cloeziana de diferentes edades. Posteriormente a la caracterización de los materiales, fue elaborado un análisis comparativo con otras maderas de uso tradicional en el mercado como “mogno” (caoba), pinho (pino) y el “pau marfim” (palo marfil = guatambú). Los análisis fueron promisorios para un gran número de aplicaciones del eucalipto, tales como muebles diversos, pisos, machimbres, puertas, ventanas y cabos de herramientas. Se elaboraron prototipos y se llamaron a productores para experimentar los nuevos productos ¹ - Ingeniero Agrícola- jefe del Departamento de Ingeniería Industrial de CAF- Santa Bárbara-Belgo Mineira, Minas Gerais, Brasil e.m
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Unidades industriales Localizadas en Martinho Campos, oeste del estado de Minas Gerais, a 180 km de Belo Horizonte, y en Texeira Freitas, sur de Bahía, las unidades cuentan con modernos aserraderos proyectadas para trabajar con eucalipto, secaderos solares para el secado de madera y plantas de preservación de madera. Los equipamientos de los aserraderos fueron dimensionados para trabajar con rollizos largos de eucalipto. La simplicidad de las operaciones es fundamental para la eficiencia de todas las etapas del proceso. Al final las piezas son cl asificadas por dimensiones y almacenadas en estibas destinadas al secado, el que puede ser hecho al aire o en los secaderos solares. MANEJO FORESTAL El manejo forestal consiste en el cultivo adecuado desde el punto de vista técnico, económico, ambiental y social, a través de acciones que maximicen la productividad en diversos sitios distribuidos en 158 mil ha de tierras. La diversidad edafoclimática hace que el planeamiento de las unidades de manejo sea criterioso en cuanto a la elección de los sitios, material genético, y de las principales prácticas silviculturales y de cosecha, recomendados para cada situación y para cada producto que será manufacturado MANEJO FORESTAL
MATERIAL GENÉTICO
REFORESTACION
INTERVENCIONES PODAS RALEOS
PRODUCTO FINAL
MATERIAL GENÉTICO La elección del material genético está relacionado con las características deseables del producto final y se deben orientar para obtener resultados óptimos de producción y transformación. La calidad de los plantines es fundamental para un buen establecimiento de los macizos, tanto a través de la compra a terceros o la producción propia en viveros de la empresa. Actualmente para los 3 productos principales (carbón, madera aserrada y madera preservada), se trabaja con el siguiente material genético: Carbón
Alta densidad – E. cloeziana + clones híbridos ( Urograndis ) Aserrado
Media densidad – E. grandis + clones híbridos ( Urograndis ) Preservada
Alta densidad – E. cloeziana + E. urophylla
REPLANTACION FORESTAL El objetivo es iniciar un nuevo ciclo de cultivo, visualizando la implantación de macizos forestales de alta productividad, agregando valor al potencial forestal. Básicamente sigue la siguiente estrategia: Ø
substituir forestaciones ( especies y espaciamientos) Planeamiento con vistas al uso múltiple Ø Ø Preparación del suelo profundo Controle de malezas invasoras Ø Nutrición diferenciada Ø Ø
Preparación del suelo Combate de hormigas Cortar tocones Subsolar – 60 cm Aplicar calcáreo Aplicar fosfato Plantar ( manual ) Regar
Orientación para cada producto Ø Planeamiento ambiental
Fertilización Fosfato reactivo – 400 kg / ha Calcáreo – 850 kg / ha NPK – 6-30-6–100 gr / planta KCl – 1º-2º-3º año 100 gr/planta
Tratamientos culturales Limpieza en los 12 primeros meses Glifosato – 4 l / ha – entrelinea Carpida manual en la línea Combate hormigas:1 vez/año
INTERVENCIONES Las principales intervenciones son con vista a adecuar la población de plantas a la calidad final deseada, sin dejar de considerar las respuestas de las condiciones del ambiente al comportamiento del bosque. Para productos para madera aserrada es fundamental que la misma sea exenta de nudos que desprecian su valor, debiendo poseer un diámetro adecuado para su transformación final. Para esto, son efectuados raleos y podas de acuerdo a cada condición y material genético empleado. El cuadro siguiente brinda un resumen de esas intervenciones en cuanto a la época y altura de podas
Producto
Espaciamiento ( m²)
Podas Altura / meses
Raleos ( años)
Carbón
6
n
n
6-7
Aserrado
9
3 / 12 6 / 24
6a8
15
4,5 – 6
n
n
7
Impregnación
Tala rasa ( años)
PRODUCTOS SOLIDOS DE EUCALIPTO Por ser un producto relativamente nuevo en el mercado maderero, el eucalipto aserrado o remanufacturado en la forma de pre-cortados, encontró en el inicio algunas restricciones naturales. Con un amplio trabajo de divulgación y orientación, gradualmente la madera de eucalipto se afirmó en varios sectores del mercado, siendo aceptada con facilidad, principalmente en la industria mueblera. La madera aserrada de eucalipto es utilizada en la producción de componentes como laterales de cajoneras, divisorios, y estructuras internas. Algunas fábricas poseen líneas exclusivamente de muebles macizos de eucalipto. El eucalipto surgió también como alternativa para el sector agropecuario en la construcción de cercos y otras utilidades, debido a su óptima relación costo/beneficio Se estima que la construcción de cercos y alambrados en Brasil demandan algo en torno de 40 millones de estacas, postes y estiradores, lo que corresponde a aproximadamente 500 mil m3 de madera por año, que si fuesen provenientes solo de bosques nativos, traerían un gran impacto ambiental. Además de eso, debido a las condiciones favorables del clima, la fruticultura de Brasil viene obteniendo índices de crecimiento anuales que revelan un enorme potencial del país como productor de frutas tropicales. Esa actividad demanda volúmenes considerables de madera con calidad para estructuras tipo parrales, espalderas y puntales de árboles en general.
Los principales factores que inducen al uso de eucalipto son: -
Precio extremadamente competitivo con maderas nativas de la región norte del país, además de la proximidad a los centros consumidores, lo que reduce significativamente los costos de fletes. Belleza , resistencia y durabilidad Facilidad de cepillado, teñido, torneado, clavado y encolado. Pronta disponibilidad de piezas, reduciendo el costo de stocks Materia prima renovable.
SECADO DE LA MADERA ASERRADA En los secaderos, desarrollados en convenio con la Universidad de HOHENHEIN de Alemania, es utilizado el sistema de secado por absorción de la radiación solar, complementado con fuentes externas de calor, generado a través de agua caliente. El secado es fundamental para la estabilidad y garantía de la calidad de la madera, para las más diversas aplicaciones. Los objetivos principales del secado son: Ø Ø
Adecuación de la madera aserrada de eucalipto para la industria mueblera Humedad de 10 a 12 % con calidad y estabilidad
Varios procesos vienen siendo estudiados e implementados, a fin de minimizar características indeseables en la madera de eucalipto. Selección de clones, manejo adecuado, remanejo de la madera y los procesos industriales, incluyendo el secado, que tratan de estabilizar la madera y evitar: Rajaduras de cabeza Ø Grietas superficiales e internas Ø Colapso Ø Tensiones Ø Torceduras - deformaciones Ø Decoloraciones Ø
Para obtener un adecuado secado del eucalipto, se debe observar los siguientes aspectos: Ø Ø Ø Ø
Control de la temperatura, humedad relativa del aire y humedad de la madera durante todo el proceso del secado Temperaturas bajas principalmente durante la fase inicial del secado Secado lento Intervalos de rehumidificación
La rehumidificación de la superficie es importante para evitar la pérdida excesiva de agua en la parte externa de la madera, provocando un gradiente indeseado con la parte interna, comprometiendo la calidad final del producto.
Medición ( cada 10 segundos) Temperatura del aire (cámara y ambiente) Humedad relativa del aire (cámara y ambiente) Temperatura da superficie y del punto de condensación Humedad de la madera Humedad de equilibrio madera/aire Control Cambio del aire entre la cámara y el ambiente (ventana) Flujo del aire (rotación de los ventiladores) Calentamiento (absorvedor solar e intercambiador de calor) Humedad del aire / madera (humidificador) Ventajas del secadero solar: Ø Ø Ø Ø Ø Ø
Reducción de la inversión inicial de 40 % Reducción del consumo de energía eléctrica de 50 % Reducción del consumo de energía térmica de 60 a 70 % Secado uniforme con calidad hasta la humedad final deseada Proceso enteramente automatizado Opera con agua caliente sin presión (sin caldera)
Expectativas de ganancia: CONVENCIONAL SOLAR POTENCIA ELECTRICA INSTALADA (W/M3) POTENCIA ENERGETICA INSTALADA (kW / m3) CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA (kWh / m3) CONSUMO DE ENERGIA TERMICA (GJ/M3) VELOCIDAD DEL AIRE (m/s) COSTO ESTIMADO DE SECADO (US$/M3)
100 - 250 2-5 60 - 100 3-4 3-5 25
50 0,9 - 1,2 20 - 40 1-2 1-2 15
Datos técnicos y operacionales del secadero: DIMENSIONES - 16 x 10 x 4 metros CAPACIDAD - 150 m3 ( e = 27 mm) CICLO TOTAL - 25 días CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA- 4.700 kWh CONSUMO DE LEÑA - 15,3 toneladas CONSUMOS: TERMICA = 1,36 GJ/M3 ELECTRICA = 34,8 kWh / m3
Limitaciones: Solamente para secado de baja temperatura hasta un máximo de 65 °C Mas adecuado para países con temperaturas altas como Brasil (bajas temperaturas ambientales aumentan el consumo de energía térmica) Todavía no existen curvas de secado para todos los tipos de madera Mayor tiempo para secado (1” de espesor ~ 25 días)
Desarrollos: Secado de madera con espesores mayores Secado de otras especies y clones Desarrollo de un programa de simulación Adaptación para condiciones climáticas mas frías Pre-secado al aire Pre-secado interno Secado de productos pre-acabados MEDIO AMBIENTE Las forestaciones homogéneas de eucalipto están siempre asociadas a montes naturales que la CAF mantiene en cantidades superiores a las exigidas por ley, manteniendo la naturaleza en su estado primitivo. Estratégicamente distribuidas, las reservas son objeto de análisis constantes de su flora y fauna, aplicadas al acompañamiento técnico-científico de la población de plantas y animales, contribuyendo así, para su mejor conocimiento y conservación. Estos análisis son efectuados en convenio con Universidades, Fundaciones e Institutos de investigación de reconocida capacidad técnica. A los objetivos técnico-económicos del uso más noble de la madera de eucalipto, se agrega la necesidad de una constante mejoría de las condiciones ambientales que posibiliten el uso racional y equilibrado del ambiente. Para ello fueron creados programas en el sentido de invertir en la conservación de los recursos genéticos, en los servicios de protección forestal y en el área de educación ambiental. Varias actividades educacionales son promovidas, pero se debe destacar la programación regular de educación ambiental y participación comunitaria. Cerca de 5.000 alumnos de la 6a serie de primero grado, de diversos municipios, participan anualmente del programa en el Centro de Educación Ambiental, instalado en un área de preservación con más de 100 ha de bosques naturales y bosques implantados. El centro dispone de sala de clases con capacidad para 50 personas, con toda la infraestructura didáctica. Es importante también, y valiosa, la colección de insectos archivados en la Entomoteca, con más de 5000 individuos ya catalogados. El punto alto es el centro de interpretación ambiental, con 680 metros de extensión, que atraviesa la vereda de la naciente del Río Picão, importante en la región, pasando por un embalse, huerto de plantas medicinales y criadero de abejas nativas sin aguijón. La CAF Santa Bárbara tiene una larga tradición en el área forestal y cree en el futuro del eucalipto en varias aplicaciones como muebles, construcción civil, y productos agropecuarios Cree y continúa investigando nuevas tecnologías y utilizaciones para atender un mercado cada vez más exigente, con productos de alta calidad, respetando al hombre y el medio ambiente, en un mundo cada vez más preocupado con los recursos naturales para las futuras generaciones.
Con el objetivo de obtener un buen manejo de los bosques de la empresa y al mismo tiempo tornar su producto mas competitivo en los mercados nacionales e internacionales, fueron iniciados estudios e inversiones en el proceso de certificación forestal, basado en principios, criterios e indicadores desarrollados por entidades nacionales capacitadas para ese fin. Otras actividades ambientales también son desarrolladas, de las cuales se destacan: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
Apoyo al desarrollo de investigaciones científicas Control biológico de plagas forestales Sistema monitoreado de control de hormigas cortadoras Investigación y desarrollo de nuevas tecnologías forestales Recuperación de matas ciliares Suministro de informaciones meteorológicas Protección de los cursos de agua Protección de fauna y flora Fomento forestal – retomada de la actividad que en el pasado ya implantó cerca de 10.000 ha de forestaciones en convenio con productores rurales, generando renta suplementaria en las comunidades donde actúa.
Martinho Campos, 21 de setiembre de 2001
ANEXO SECADO SOLAR DE MADERA ASERRADA DE EUCALIPTO Extractado del trabajo “secagem solar de madeira de eucalipto em escala industrial” Buer, K, Bux M y Valencia Rodriguez, A., 1999. (Traducido Por M Sánchez Acosta, INTA Concordia)
Características del secado de eucalipto. Con el conocimiento sobre la materia prima de eucalipto y los resultados de las investigaciones actuales, se pueden sacar varias conclusi ones. El secado de eucalipto tiene que se efectuado a bajas temperaturas, principalmente en el inicio del secado, por X encima del punto de sat uración de las fibras, fase en que el eucalipto tiende a colapsar f ácilmente. Esto significa un secado mas lento, con condiciones más suaves. El programa de secado deberá ser ajustado para cada especie y controlado durante todo el secado. Para garantizar esto, lo más fácil y seguro es un sistema automatizado. También se tiene que un sistema de rehumidificación puede mejorar el equilibrio de la distribución de la humedad en la madera, rediciendo así tensiones internas indeseadas.
Fuera de las consideraciones sobre la materia prima, un secadero bien construido necesita de un operador bien entrenado, que haga el control de calidad de la madera y los ajustes necesarios durante y después del secado. Para asegurar la calidad es preciso que se efectúe un control de la madera después de cada secado. Parámetros importantes para la determinación de cali dad de secado son: el test del “tenedor” para evaluar las tensiones en la madera, la humedad media de la carga, y la variación misma dentro de los límites establecidos.
Desventajas del secado al aire El secado de la madera al aire depende totalmente del clima, factor que limita su control. Esto puede causar daños serios, tales como rajaduras de cabeza, grietas superficiales e internas, colapso, tensiones, alabeos (arqueado, curvado, abarquillado y torcido) y decoloraciones. Durante el secado al aire la humedad de la madera solo llega a valores que varían de 16 a 22 % (equilibrio de la humedad de la madera con el aire), dependiendo de la estación del año y la localidad. Estos valores no satisfacen las exigencias de las industrias muebleras, que trabajan con una humedad del 10% (Brasilia) al 14 % (Belo Horizonte). Una humedad mayor causa modificaciones en las dimensiones de los muebles. También existe en el caso de la madera seca al aire, en muchos casos, un gradiente de humedad más elevado entre la superficie de la pieza y su interior que en el de la madera con secado controlado. Eso causa tensiones en la madera y dificulta, consecuentemente, su manufactura. Finalmente, el punto más crítico respecto a la economía, es que el tiempo del secado al aire varía entre 3 y 6 meses para tablas, lo que es un tiempo muy largo y poco previsible. Esto dificulta el planeamiento de ventas y causa altos costos de stockeado. El nuevo secador solar El secado al aire tiene muchas desventajas, por lo que la solución encontrada es el secado controlado. El objetivo principal durante el desarrollo del secador solar fue no sólo reducir esas desventajas sino también mantener los costos de secado bajos. (figura 1) Para reducir los costos de inversión, la construcción del secador solar es efectuada con una cubierta plástica (“plástico bolha”, tipo “ burbuja”, con celdas). Este plástico esta estabilizado para UV y se fija con perfiles especiales, tiene una alta durabilidad, lo que asegura una vida útil de c erca de 10 años, una resistencia vientos de 120 km/h, y una acumulación de nieve de hasta 100 kg/m2, El alto aislamiento térmico (factor k = 3,2 W/m2) en comparación con el vidrio simple (factor 1,0), reduce la pérdida de energía térmica durante el secado. Lo liviano del material propicia un montaje rápida y fácil. La lata transmisión de radiación solar permite su óptimo aprovechamiento. La figura 2 muestra 5 ventiladores con una potencia de 1,65 Kw cada uno, y una rotación controlada entre 0 y 100 %, estando instalados en un entretecho . Los ventiladores dan un permanente flujo de aire circulando centro del secadero. El
aire al circular atraviesa en entretecho, y provoca el calentamiento a través de un intercambiador de calor. En la entrada del intercambiador el aire va hacia abajo y vuelve en el medio de la cámara hacia el otro frente, donde luego vuelve por arriba aspirado por los ventiladores. Durante el secado el aire pasa por la madera en dirección horizontal con una velocidad entre 1,5 m/s y 2,5 m/s. El calentamiento del secadero se debe a que es un absorvedor que transforma la radiación del sol en calor, y a un calentamiento adicional, mediante una calentador de agua. El calentador funciona con agua caliente con una temperatura de 80 ° C, que abastece al intercambiador de calor, sustituyendo a u na caldera. El absorvedor consiste en una chapa negra de aluminio colocada encima de los portantes horizontales, separando la cámara del entretecho. Esa chapa también sirve para proteger la madera de la radiación solar. La regulación de la humedad de la cámara se da a través de una ventana y de un humidificador. Toda el agua extraída de la madera sale del secadero en forma de vapor a través de la ventana. La rehumidificación durante el secado se realiza con el humidificador que consiste en picos distribuyendo el agua en forma de una fina niebla dentro de la cámara. La operación del secadero es totalmente realizada por un panel de control automático comandado por un microprocesador. El microprocesador mide a cada 10 segundos la temperatura del aire (en la cámara y el ambiente) la humedad relativa del aire (cámara y ambiente), la temperatura de la superficie interna de la cámara, el punto de condensación, la humedad de la madera, y la humedad de equilibrio madera/aire. Sirviéndose de estos valores, el microprocesador regula automáticamente: el intercambio de aire entre la cámara y el ambiente a través de la ventana de área variable, el flujo de aire mediante el ajuste de la rotación de los ventiladores, el calentamiento a través del absorvedor solar y del intercambiador de calor, y la humedad del aire mediante un dispositivo humidificador. Sensores de humedad y temperatura están instalados dentro y fuera del secador, y 6 sensores más miden la humedad de la madera en varios puntos.
Comparación económica con secadores convencionales Para una comparación económicamente correcta se detallan las inversiones, y su depreciación, tiempo de secado, y el consumo de energía térmica y eléctrica durante el secado Cuadro 1 Comparación de los tipos de secados
Convencional *
Solar **
Potencia de los ventiladores Potencia del calentador Consumo de energía eléctrica Consumo de energía térmica
100 –250 W/m3 2 – 5 kw/m3 60 –100 kw h/m3 3 –4 Gj/m3
50 W/m3 0,9 – 1,2 kw/m3 20 –40 kwh/m3 1-2 Gj/m3
* Brunner-Hildebrand Gmb, Ale 1996
** CAF Santa Bárbara Ltda, Brasil 1997
En la comparación del consumo de la energía térmica, el aprovechamiento de la energía solar y el secado mediante bajas temperaturas propician una reducción
del consumo de energía térmica de 60 a 70 %. También es importante observar que el secadero solar funciona con un calentador moderno de agua calentada a 80-90° C, que puede ser alimentado a leña o chips. Esto reemplaza a las calderas convencionales, sujetas a severas legislaciones de control, lo que reduce los costos de inversión y de mano de obra para el control y mantenimiento. El empleo de ventiladores sofisticados y la utilización de bajas veloci dades del aire garantizan una reducción en el consumo de energía eléctrica aprox. en un 50%. Cuadro 2 Comparación de secado de E. Grandis de 60 hasta el 10 % de humedad de la madera
Playa * Duración Inversión # Gastos de energía Depreciación/capital Gastos totales ##
90 –120 días 60 u$s/m3 0 6 u$s /m3 8-10 u$s/m3
Convencional ** 15-25 días 1000 u$s/m3 6 – 12 u$s/m3 8-12 u$s/m3 20-30 u$s/m3
Solar ** 22-30 días 500 u$s/m3 3 – 6 u$s/m3 4-8 u$s/m3 12-15 u$s/m3
* E. Grandis secado de 60 % hasta 18 % H, ** de 60 hasta 11 %, # Secado en playa: adquisición y preparación de la playa Secado artificial: secadero, adquisición e instalación ## gastos de capital , energía , mano de obra, y pérdida de calidad.
Con respecto a las inversiones, la construcción innovadora del secadero solar, con cobertura de plástico de celdas, y una estructura de aluminio y acero inoxidable, propicia una reducción de los costos iniciales en aproximadamente 40%. En relación al tiempo de secado, el solar solo es un poco mayor que en los convencionales modernos. Las bajas inversiones y los bajos gast os energéticos resultan en una reducción del costo total de secado por m3 de madera, en el orden del 50%.
Conclusiones y perspectivas Como resultado de varias cargas de secado se ha demostrado que es posible secar en un secador solar hasta 200 m3 de madera verde aserrada de eucalipto (humedad entre 50 y 80%), a una humedad media estable del 12 %, en un ciclo total de 22 a 28 días. Ese proceso es controlado por un microprocesador, totalmente automatizado. El consumo de energía térmica y eléctrica es reducido considerablemente. Eso no sólo significa una reducción de costos de secado, si no también una participación positiva en la protección de reservas energéticas y del medio ambiente. Hay una reducción de costos de secado en la faja de 30 a 50% en comparación con secaderos convencionales modernos. Es posible producir madera aserrada seca, sin defectos, causados durante el secado. Un secado económicamente eficiente de madera como el eucalipto solo puede ser garantizado y un programa especialmente adaptado para un secado de temperaturas bajas. La investigación actual y futura se ocupa de secado con maderas de más de 60 mm de espesor, y de otras especies (como E. Cloeziana).La construcción actual del secador solar son adaptables para países con temperaturas más altas como Brasil, porque temperaturas más bajas aumentan el consumo de energía térmica.
Secaderos solares plásticos, CAF Santa Bárbara, Brasil
Muebles de calidad de Eucalyptus grandis , Brasil
