15 enero 2012

Fabricación artesanal de un secadero de madera solar




La madera debe secarse hasta un contenido de humedad específico antes poder utilizarse en un proceso de fabricación. Si este proceso se produce de forma natural tras cortar la madera el secado completo de la madera puede tardar varios años para las aplicaciones más exigentes pues el contenido de humedad del aire dificulta el secado en la mayoría de las localidades. Si la madera no se seca convenientemente se deformará cuando la estemos utilizando: las puertas no cerrarán o no podremos abrir los cajones de los muebles. El contenido de humedad en la madera se define como el ratio del peso de agua en la madera respecto al peso del material de madera.

El secado de madera se realiza en secaderos convenientemente diseñados para esta actividad, pero el incremento de los costes de los combustibles hacen que haya aparecido como interesante la opción del diseño de un secadero solar.

Describimos en este artículo un diseño de secadero de madera solar basado en la investigación y desarrollo de estas soluciones ensayadas en la Universidad de Virginia.

Hay varios tipos diferentes de secaderos solares para madera, el modelo que describimos un modelo dos objetivos: 1) construir un secadero barato y que 2) sea simple de operar. El secado de madera puede ser un proceso complejo donde se acelera el secado sin tener pérdidas de calidad y a menudo requiere un extenso conocimiento y experiencia. El diseño del secadero solar que exponemos a continuación es tal que no se requiere un extenso conocimiento y control. El tamaño del colector evita el sobrecalentamiento, que hace que la madera se resquebraje. El secadero es simple de construir y utiliza un colector solar pasivo, cuatro paredes aisladas, y un suelo aislado. El techo es de policarbonato corrugado tipo invernadero.

Fundamentos de diseño

Un secadero solar puede procesar mil tableros de una pulgada por carga y secarse aproximadamente en un mes en climas moderadamente soleados en latitudes medias. El secadero se calienta cuando la energía solar entra a través del vidrio y se absorbe por las superficies interiores de color negro. La energía solar calienta el aire en el espacio del colector y circula a través de la madera usando ventiladores. Cuando el calor circula, absorbe la humedad de la superficie de la madera. La humedad evaporada incrementa la humedad relativa del aire y cuando la humedad en la cámara es demasiado alta, es venteado de la cámara a través de venteos en la parte trasera del secadero.

El diseño del techo es muy similar a un invernadero. Un colector solar pasivo proporciona el calentamiento del secador que pasa a través del techo y golpea un colector solar en el interior del secador. Muchos factores afectan el calor que puede obtenerse de la luz del sol. Uno de ellos es la pendiente del techo, que en un diseño a latitudes medias en el hemisferio norte debe ser del orden de 45 ºC. El ángulo del techo óptimo es dependiente de la localización y es típicamente igual a la latitud de la localización. Una dificultad es elegir el ángulo óptimo ya que la captación solar cambia con la estación ya que el ángulo del sol cambia. Si vamos a operar el secadero durante los meses de invierno, podemos mejorar el rendimiento del colector incrementando el ángulo del techo 10 º.

El tipo de material del techo transparente, o acristalamiento, puede también afectar la cantidad de energía térmica colectada del sol. Las vidrieras deben transmitir la luz del sol a través del colector solar y no lo reflejan. Deben tener también alguna protección de la degradación de los rayos ultravioletas del sol. Muchos acristalamientos diferentes son posibles, incluyendo vidrio, films de plásticos, y paneles de fibra de vidrio. Para operaciones en invierno o climas más fríos, es mejor usar dos capas en el techo. Las capas están separadas por material separado 2 x 4 para ayudar a aislar el área de captación solar.

La característica más crítica del diseño de este secador es que hay un pie cuadrado de colector por cada diez pies de tablero de una pulgada en el secador. Este ratio proporciona la cantidad perfecta de calor para roble de una pulgada, pero puede proporcionar demasiado calor para roble de 2” o más espeso o demasiado poco para pino u otra madera de secado rápido. Los robles son unas de las madera más difíciles de secar debido a que se secan demasiado rápidamente, se agrietarán y se secarán demasiado rápidamente.
El área del colector puede incrementarse para proporcionar más calor (para facilitar el secado de la madera) extendiendo el techo hacia el sur.

El horno se construye usando técnicas de carpintería estándar. El primer paso es construir una base de madera convenientemente tratada para prevenir la podredumbre ya que está en contacto con el suelo. Seguidamente, se instalará aislamiento de fibra de vidrio apoyada en papel entre los elementos de madera. Se cubrirá la parte superior con una lámina de 0,6 mm de plástico para prevenir la condensación. El interior del secadero debe pintarse con un sellador de hormigón basado en caucho, que cuando se seca, actúa como una barrera de vapor y colector solar negro. Otra opción será pintar con dos capas de pintura de aluminio y una nueva capa de pintura negra para absorber la energía solar.

El exterior debe pintarse con una pintura de grado exterior para prevenir el clima. Debemos ser cuidadosos no usar una barrera de vapor como la pintura de aluminio en exterior, ya que la humedad que puede migrar a las paredes no tendrá forma de escapar al exterior.

En el interior del secadero se usan ventiladores para forzar que el aire atraviese la pila de maderas. Hay que tener cuidado si el secadero se vacía, en cuyo caso debemos tomar como precaución dejar la puerta entreabierta. En un secadero vacío la temperatura puede superar los 93 ºC si se deja la puerta cerrada y se podrían dañar las aspas del ventilador.

Bibliografía: Design and operation of a solar-heated dry kiln. Virginia Cooperative Extension