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Universidad Técnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas
Facultad de Ciencias Agropecuarias y Ambientales
Carrera de Ingeniería Forestal
Efectos principales de los Componentes Químicos en las Propiedades de
la Madera
Autor: Bone Quiñonez Bryan A.
Ciclo: 8vo
Tutor: Ing. Roberto Cervantes
Catedra: Anatomía y Propiedades Físicas de la Madera
Esmeraldas – Ecuador
11/diciembre/2018
INDICE
1. Introducción ................................................................................................................4
2. Objetivo.......................................................................................................................5
3. Marco conceptual........................................................................................................5
3.1. La madera.............................................................................................................5
3.2. Composición de la madera...................................................................................5
3.2.1. La corteza .........................................................................................................5
3.2.2. El cambium ......................................................................................................6
3.2.3. El duramen .......................................................................................................6
3.2.4. La albura...........................................................................................................6
3.2.5. La medula.........................................................................................................6
3.3. Propiedades de la madera....................................................................................6
3.3.1. Propiedades físicas de la madera....................................................................7
3.3.2. Propiedades químicas de la madera (principales componentes químicos) ......7
3.3.3. Propiedades mecánicas de la madera ...............................................................8
4. Marco referencial ........................................................................................................9
4.1. Los componentes químicos y las propiedades de la madera...............................9
4.1.1. La lignina en las propiedades de la madera....................................................10
4.1.2. La celulosa en las propiedades de la madera..................................................11
4.1.3. La hemicelulosa en las propiedades de la madera..........................................11
4.1.4. Los compuestos extraíbles y las propiedades de la madera ...........................12
4.1.5. Los componentes químicos y su determinación.............................................13
5. Análisis e interpretación de datos relevantes ............................................................14
6. Conclusión.................................................................................................................14
7. Recomendación.........................................................................................................15
8. Bibliografía................................................................................................................15
4
1. Introducción
La madera es el material de origen natural primordialmente usado por el hombre a lo largo
de la historia, gracias a todas las propiedades que posee este material, como la facilidad de
manipulación, su bajo peso específico, sus hermosas apariencias exteriores, su capacidad de
otorgar calor y soporte en las estructuras, como viviendas, sillas, y otros artículos para los
hogares, ha provocado que su uso sea cada vez más necesario, para satisfacer las demandas de
la población, llegando a tal punto de industrializarse.
Este material se extrae de los troncos y ramas de los árboles que se encuentran en los
bosques y plantaciones, el cual crese cada año formando anillos bien definidos en las coníferas,
y poco definidos en las latifoliadas, estos anillos permiten observar y determinar el proceso de
crecimiento de los árboles, en cuanto a las coníferas se dice que cada uno de sus anillos
corresponde a un año en la edad del árbol, pero en las latifoliadas esto no se puede determinar
con precisión debido a su poca apreciación de los anillos y a que estos no son concéntricos
como las coníferas. Adicionalmente estudios demostraron que la madera está compuesta por:
componentes de la pared celular y las sustancias extractivas.
Esta composición de la madera es la que se puede definir como; propiedades, físicas,
químicas, y mecánicas, las cuales se pueden determinar por procesos diferentes. Los principales
componentes químicos primarios que se han encontrado según estudios son (celulosa,
hemicelulosa, lignina), mismos que están en diferentes proporciones en cuanto a coníferas y
latifoliadas, y como compuestos secundarios se encuentran (carbono, oxigeno, hidrogeno,
cenizas y nitrógeno), que vienen a ser importantes impregnaciones, extrañas a la propia pared
celular. En el presente nos enfocaremos en el estudio de los componentes químicos primarios
y su efecto en las propiedades de la madera, ya sean estas físicas, químicas y mecánicas,
proporcionando información sobre el papel que desempeñan cada uno de estos componentes
en las propiedades de la madera.
5
2. Objetivo
Analizar el efecto que tienen los principales componentes químicos de la madera en sus
propiedades físicas, mecánicas, químicas, térmicas y eléctricas.
3. Marco conceptual
3.1. La madera
La madera es una materia prima de origen vegetal que se obtiene de la tala, aserrado y
posterior secado de troncos de árboles, convirtiéndose en un material de gran importancia
tecnológica e industrial. Desde la antigüedad se ha utilizado en la fabricación de máquinas y
herramientas, en la construcción de viviendas, en la elaboración de muebles, como fuente de
energía y en la fabricación de papel (Tagore, 2014).
3.2. Composición de la madera
La madera está formada por fibras de celulosa, sustancia que constituye el esqueleto de los
vegetales, y por lignina, sustancia que le proporciona rigidez y dureza. Un tronco de árbol está
formado por un 60 % de celulosa, un 30 % de lignina y el resto, por agua, resinas, almidón,
taninos y azúcares. Los árboles son seres vivos de crecimiento lento pero continuo. En
primavera el árbol crea un anillo claro, mientras que en otoño el anillo es más oscuro. Al talarlo
se pueden observar los anillos de crecimiento, cada anillo corresponde a un año de vida, esto
en cuento a las coníferas, en el caso de las latifoliadas esta características cambian debido a la
no uniformidad de los anillos, que se forman por las condiciones meteorológicas del sitio en
donde se desarrolla (Tagore, 2014).
3.2.1. La corteza
Parte externa del tronco, cumple funciones de protección al árbol, se puede utilizar como
combustibles y en algunas especies, para extracción del corcho (Tagore, 2014).
6
3.2.2. El cambium
Es una capa fina por donde circula la sabia descendiente, es la zona de crecimiento del árbol,
donde las células están en constante división (Tagore, 2014).
3.2.3. El duramen
Es la madera seca, dura, resistente y de coloración más oscura que se puede apreciar a simple
vista y diferenciar de la albura con mayor veracidad en latifoliadas que en coníferas. Tiene
funciones de sostén del árbol, esta madera es la que ya está lista para uso industrial (Tagore,
2014).
3.2.4. La albura
También conocido como leño, es por donde corre la sabia ascendente desde las raíces hasta
las partes superficiales del árbol, esta madera es más joven y por tanto, la que contiene más
agua y la menos resistente. Su color es más claro que el duramen, cuando esta se deja secar se
la puede emplear en trabajos que no ocupen tanta exigencia de resistencia (Tagore, 2014).
3.2.5. La medula
Es reconocido como la parte central del árbol. En muchas ocasiones se la conoce como
corazón del árbol, muchas especies se puede apreciar esta parte del árbol hasta ciertas edades
cuando el árbol es demasiado adulto se puede observar solo un vacío en esta parte (Tagore,
2014).
3.3. Propiedades de la madera
Según el tipo de madera, edad del árbol, zona climática, las propiedades varían de unos a
otros, pero de manera general, de acuerdo a ello las maderas presentan distintas características
tanto físicas, químicas, y mecánicas, lo cual hace concebir que la madera como en todo material
tiene varias propiedades a tener en cuenta a la hora de emplearlo, y que dependerán del fin
queramos darles (Cisneros, 2014).
7
3.3.1. Propiedades físicas de la madera
Las propiedades físicas que se definen para las maderas son: la humedad (higroscopia y
anisotropía), el peso específico o densidad, la contracción e hinchamiento, lo cuales se definen
a continuación: (Cisneros, 2014).
 Higroscopia: la madera es un material poroso, por lo que absorbe o exhala humedad
según el medio.
 Contracción e hinchamiento; la madera experimenta variaciones en su volumen, es decir,
se contrae o se hincha, según el grado de humedad de la misma.
 Anisotropía: es la propiedad general de la madera según la cual cualidades como
elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación, se determina según
la dirección en que son examinadas (plano radial, tangencial y transversal).
 Densidad: relación entre la masa y volumen de la madera, la densidad es muy variable,
de forma particular las coníferas más utilizadas en la construcción tienen una densidad
comprendida entre 400 y 550 kg/m3 y las frondosas entrem600 y 700 kg/m3. Según su
densidad se pueden clasificar en: muy ligera, ligera, semi-pesada, pesada, muy pesada.
 Dureza: corresponde a la resistencia que opone la madera a la penetración de cuerpos
extraños. La dureza está relacionada con la densidad debido a la dificultad de su trabajo
ya sea realizado manual o mecánicamente. Las maderas se clasifican como: blandas,
semiduras y duras (Cisneros, 2014).
3.3.2. Propiedades químicas de la madera (principales componentes químicos)
La madera está compuesta químicamente por celulosa (40%, proporciona resistencia
mecánica a la fibras), hemicelulosa (25 – 30%, proporciona elasticidad a la pared celular),
lignina (25 -30% mantiene unidas las fibras y regula el contenido de humedad) y resinas, ácidos
grasos etc (5%, proporcionan el color y olor a la madera), además de las sustancias extraíbles
y sustancias minerales. Cuando la madera se degrada por la acción de luz ultravioleta y por la
acción de los ácidos fuertes y bases fuertes., es cuando se ve afectada la lignina, componente
principal de la madera, es decir las fibras se degradan. La madera también se deteriora por la
acción de agentes bióticos como los hongos, bacterias e insectos (González, 2012).
8
3.3.3. Propiedades mecánicas de la madera
Debido a la anisotropía de su estructura, a la hora de definir sus propiedades mecánicas se
consideran la dirección perpendicular y la dirección paralela a la fibra. En este hecho radica la
principal diferencia de comportamiento frente a otros materiales utilizados estructuralmente,
como el acero y el hormigón. Las resistencias y módulos de elasticidad en la dirección paralela
a la fibra son mucho más elevados que en la dirección perpendicular, dentro de estas
propiedades mecánicas podemos definir las siguientes: (Cisneros, 2014).
 Elasticidad: capacidad que tiene la madera a deformarse de acuerdo a el peso de una
carga concordando con la ley de Hooke, o sea, que las deformaciones son
proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad
la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación
permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura (González, 2012).
 Fatiga: llamados límite de fatiga a la tensión maxima que puede soportar una
pieza sin romperse (González, 2012).
 Hendibilidad: la madera es dúctil, maleable y tenaz. Puede partirse en sentido de las
fibras o vetas. Las maderas naturales pueden presentar gran variedad de tonalidades
cromáticas, con diferentes veteados, y bien pulida, un brillo característico (González,
2012).
 Resistencia a la compresión: influyen varios factores; humedad (la resistencia a
comprensión aumenta al disminuir el grado de húmedas). Además de la dirección
del esfuerzo tiene una gran percusión en la resistencia a comprensión de la madera;
la maxima corresponde al esfuerzo ejercido en la dirección de las fibras, y va
disminuyendo a medida que se aleja de esa dirección (González, 2012).
 Resistencia a la tracción: capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte
del material se deslice sobre la parte adyacente a ella, el cual puede tener lugar
paralelamente a las fibras, perpendicularmente a ellas no puede producirse la rotura,
porque la resistencia en esta dirección es alta y la madera se rompe antes por otro
efecto. (González, 2012).
9
 Resistencia al corte: capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte del
material se deslice sobre la parte adyacente a ella. Este deslizamiento puede tener un
lugar paralelamente a las fibras; perpendicularmente a ellas no puede producirse la
rotura, porque la resistencia en la dirección es alta (González, 2012).
 Resistencia a la flexión: la madera no resiste nada al esfuerzo de flexión en dirección
radial o tangencial, pero no ocurre lo mismo si esta aplicado en dirección
perpendicular a las fibras. Sometida a flexión se deforma, produciéndose un
acortamiento de las fibras superiores y un alargamiento de las inferiores (González,
2012).
3.3.4. Propiedades térmicas y eléctricas
Las dilataciones y contracciones, originadas en las maderas por efecto de cambios en la
temperatura son mucho menos importantes que las originadas por cambios en la humedad. En
otro aspecto, los poros en la madera la convierten en una pésima conductora del calor (los poros
constituyen cámaras de aire), por lo que suele emplearse como aislante térmico, aunque
conforme la humedad y/o la densidad aumenta en ésta también aumentará la conducción
térmica. Además, la conductibilidad térmica también dependerá de la dirección de transmisión,
siendo mayor en la dirección longitudinal (Cisneros, 2014).
En cuanto a las propiedades eléctricas, la madera es un buen aislante eléctrico, si bien al
igual que en las propiedades térmicas, su carácter aislante disminuye con el aumento de
humedad, pero al aumentar la densidad, el carácter aislante aumenta (Cisneros, 2014).
4. Marco referencial
4.1. Los componentes químicos y las propiedades de la madera
De acuerdo a (Igarza, Abreu, & Machado, 2015) la madera se encuentra conforma por un
grupo de sustancias que integran a la pared celular, en donde se distinguen las principales
macromoléculas conocidas como:
 Celulosa,
 Oliosas (hemicelulosas)
10
 Ligninas
Esta macromoléculas siempre estarán presentes en todas las especies de maderas, nombradas
común mente, sustancias extraíbles que se encuentran en menor cantidad, y por último en
menores proporciones están las sustancias minerales (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
De las 3 macromoléculas principales de las especies madereras, en cuento a la composición
química la lignina y las poliosas difiere para las maderas de coníferas y latifolias, mientras que
la celulosa es uniforme en composición en todas las maderas (Igarza, Abreu, & Machado,
2015). Comprendido de esta forma se estipula que la madera se conforma de compuestos
considerados estructurales (componentes de la pared celular) y los no estructurales (sustancias
extraíbles, los cuales varían su composición de acuerdo a la especie, entre la madera de árboles
de la misma especie y en diferentes partes del propio árbol, en la madera de la albura y duramen,
en dirección radial y longitudinal (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
4.1.1. La lignina en las propiedades de la madera
Las lignina son conocidas como fracciones no carbohidratadas de la madera, se la conoce
por ser compleja y difícil de caracterizar, adicionalmente estudios demostraron que este
compuesto forma un polímero aromático, el cual tiene características heterogéneas y
ramificado e donde no existe ninguna unidad repetida definidamente, existen diferencias de
este compuesto entre especies latifoliadas y coníferas (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
Para el caso de las coníferas, se presenta ligninas del tipo G-H con 85-90% de unidades
aromáticas de guayacil mientras que la madera de las latifolias presenta ligninas del tipo G-S
en razón de 1:5 aproximadamente (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). La lignina en cuanto a
las propiedades de la madera se la relaciona prioritariamente a las propiedades físicas y
químicas, ya que este es un compuesto químico que contiene aglutinantes que conforman la
consistencia fibrosa de las maderas (revistiendo las células del xilema), donde realizan la
función mecánica de sostén. Esta sustancia amorfa es localizada como componente de la
11
lámina media y también en la pared secundaria. Durante el desarrollo de la célula, la lignina es
incorporada como último componente de la pared celular interpretando las fibrillas y
fortaleciendo la pared celular (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
La lignina no puede ser descrita como una simple combinación de uno o varios monómeros
o uno o varios tipos de cadenas como es el caso de la celulosa. Su estructura es rígida como
modelo material. De esta forma comprenderás que la lignina es muy importante ya que sin este
compuesto una de las propiedades de la madera no se estaría dando, conformando una
deficiencia en la constitución de las paredes celulares y la lamina media.
4.1.2. La celulosa en las propiedades de la madera
Esta juega un papel fundamental, debido a que el esqueleto o basamento de la pared celular,
este compuesto es encontrado en mayor cantidad en la madera hasta en un 50%, y
verídicamente en la albura, considerada como la estructura básica de las células de las plantas
y la sustancia más importante producida por este organismo vivo, siendo el principal
componente de la pared celular, dado que si este compuesto está ausente, de qué forma se
podría establecer dicha pared, deduciendo que la celulosa el elemento del árbol considerado
extremadamente necesario (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
La celulosa es uno de los componentes químicos principales de la pared celular de la madera
y se encuentra acompañada por poliosas y ligninas, que se encuentran íntimamente asociada a
ella formando complejos (lignina - polisacáridos) y (polisacáridos- polisacáridos), por lo que
se podrá entender que su separación requiere de tratamientos químicos fuertes y generalmente
queda con impurezas (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
4.1.3. La hemicelulosa en las propiedades de la madera
Las hemicelulosas son importantes en la madera y su localización cobra singular
significación, pues todas las células contienen de 50-60% de carbohidratos a excepción de las
células del parénquima de las latifolias que pueden llegar a poseer hasta 80% de O-acetil-4-O-
12
metilglucuronoxilano. El tipo y contenido de hemicelulosas presentes en la madera varía con
la especie, la edad, parte del árbol, y en muchas especies su regularidad está relacionada con
criterios taxonómicos. Las hemicelulosas de las coníferas no son las mismas que las de las
latifolias, siendo las de las coníferas más complejas. Diferencias existen también entre las
hemicelulosas del tronco, de las ramas, de las raíces y de la corteza del propio árbol, así como
diferencias en cuanto a contenido y composición entre la madera de compresión, tensión y
normal. Se conoce que las hemicelulosas se encuentran a lo largo de toda la pared celular, desde
la lámina media, hasta la capa S3 de la pared secundaria. La función de las hemicelulosas en
la madera parece ser de intermediario entre la celulosa y la lignina, tal vez facilitando la
incrustación de las microfibrillas. Las hemicelulosas son importantes en la fabricación de pulpa
ya que aumenta su rendimiento y aumentan la resistencia del papel (Igarza, Abreu, & Machado,
2015).
4.1.4. Los compuestos extraíbles y las propiedades de la madera
Existen numerosos compuestos que pueden tener gran influencia en las propiedades y
calidad de la madera, aunque ellos contribuyan sólo en algún porcentaje en la masa total de la
madera (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
A este grupo de compuestos se les denomina comúnmente sustancias extraíbles de la
madera. Los componentes químicos aquí presentes son de diferentes clases y pueden ser
divididos a su vez, y de forma más simple en componentes orgánicos y componentes
inorgánicos, siendo estos últimos en los que se puede encontrar ciertos iones metálicos que son
esenciales para el normal desarrollo del árbol (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
Entre los compuestos orgánicos se pueden encontrar hidrocarburos alifáticos y aromáticos,
alcoholes, fenoles, aldehídos, cetonas, ácidos alifáticos, ceras, glicéridos, y compuestos
nitrogenados (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
13
4.1.5. Los componentes químicos y su determinación
En la determinación de las propiedades físicas de la madera, se realiza un análisis químico
con muestras de la zona del duramen de las especies, o también se puede utilizar parte de la
zona de transición de albura a duramen, teniendo en cuenta las normas American Society for
Testing and Materials (ASTM) (Rutiaga-Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-Albarrán, 2010).
Mediante este análisis se pueden encontrar componentes químicos como: cenizas, sustancias
extraíbles (etanol-benceno, agua caliente y agua a temperatura ambiente), lignina y
holocelulosa, carbohidrato, celulosa, hemicelulosa, y otros. En donde las cantidades de cada
uno de estos compuestos varían de acuerdo la especie, sitio de procedencia y edad (Rutiaga-
Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-Albarrán, 2010).
El proceso de determinación de las propiedades químicas comprende una etapa inicial de
selección de las especies y luego, de cada ejemplar se toma, a la altura de 1.3 m del tocón, una
rodaja de 30 cm de espesor, de la cual se obtienen muestras representativas de la zona del
duramen (D), de la zona de transición (ZT) y de la albura (A). Estas muestras se convierten en
harina de madera y luego son tamizadas, utilizando la fracción de malla 40 para el análisis
químico. Posteriormente se determina el porcentaje de humedad por el método de
deshidratación (Rutiaga-Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-Albarrán, 2010).
Para determinar los componentes químicos s de la madera se puede hacer rigiéndose de
forma general la metodología de las normas de la ASTM, de esta norma se pueden ver las
siguientes:
 Material inorgánico  D 1102-56 (1978)
 Solubilidad en etanol-benceno  (EB) D 1107-56 (1979)
 Solubilidad en agua fría  (AF) D 1110-56 (1977)
 Solubilidad en agua caliente  (AC) D 1110-56 (1977
 Lignina  D 1106-56 (1977)
14
 Holocelulosa  D 1104-56 (1978)
Las normas utilizadas indican que los análisis deben efectuarse al menos por duplicado.
4.1.5.1 Hidratos de carbono de la pared celular
Los hidratos de carbono son los componentes más importantes de la pared celular y en
muchos casos forman el 65-75% del peso de la madera. La hidrólisis de la fracción total de
hidratos de carbono da principalmente azúcares sencillos, sobre todo glucosa. En las maderas
blandas, la manosa y la xilosa siguen en cantidad. La mayor parte de las maderas blandas tienen
cantidades más pequeñas de galactosa y arabinosa. Los hidrolizados de maderas duras, además
de contener 55-75% de glucosa, son relativamente ricos en xilosa (20-40%), con cantidades
más pequeñas de manosa, arabinosa y galactosa (Rutiaga-Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-
Albarrán, 2010).
5. Análisis e interpretación de datos relevantes
La madera como la mayoría de los vegetales está compuesta por diversos compuestos
químicos que cumplen funciones, especiales y especificas en las propiedades de la madera
sobre todo en lo que conlleva a la pared celular, la cual es fina y flexible, con el correr del
tiempo se endurece, sobre todo, por acumulación de celulosa, sustancia macromolecular de los
glúcidos y lignina, sustancia que le otorga la rigidez e impermeabilidad. De otra manera las
fibras de celulosa forman un entramado en el cual se almacena la lignina, sólo cuando la lignina
se ha depositado en la pared celular se forma la madera, la célula de madera acabada es dura,
rígida y de forma definitiva.
6. Conclusión
Desde el punto de vista de la composición química de la madera, los componentes esenciales
son; la celulosa, lignina, productos orgánicos semejantes a la celulosa y sustancias varias,
almidón, azúcares, grasas, taninos, aceites esenciales, sales minerales, colorantes, ceras y
15
resinas, los cuales se consideran también como sustancias extraíbles, todos estos compuestos
químicos conforman parte esencial de la estructura de la madera, en cuanto a la pared celular y
la lámina media, que determinan a la estructura de ramas, tronco y hojas, formando parte
contigua de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de la madera.
7. Recomendación
Promulgar el estudio de los componentes que conforman las propiedades de la madera y la
función que desempeña cada uno de estos, considerando a los elementos químicos como parte
esencial del desarrollo y funcionalidad de este recurso denominado madera.
8. Bibliografía
Cisneros, R. M. (16 de 03 de 2014). monografias.com. Obtenido de
https://www.monografias.com/trabajos48/maderas/maderas2.shtml
González, J. (8 de 03 de 2012). SlideShare. Obtenido de https://es.slideshare.net/Nimiz/la-
madera-12316626?qid=4b181034-bf93-4eaa-ba7c-
6657c74d7552&v=&b=&from_search=10
Igarza, D. U., Abreu, D. L., & Machado, D. E. (13 de 06 de 2015). Monografias.com. Obtenido
de http://www1.monografias.com/trabajos15/composicion-madera/composicion-
madera.shtml#COMPOSIC
Rutiaga-Quiñones, J. G., Pedraza-Bucio, F. E., & López-Albarrán, P. (2010).
COMPONENTES QUÍMICOS PRINCIPALES DE LA MADERA DE Dalbergia
granadillo Pittier Y DE Platymiscium lasiocarpum Sandw. Chapingo, 179 - 186.
Tagore, R. (05 de 2014). Cenlit. Obtenido de http://www.cenlit.com/muestra.pdf

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EFECTOS PRINCIPALES DE LOS COMPONENTES QUÍMICOS DE LA MADERA

  • 1. Universidad Técnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas Facultad de Ciencias Agropecuarias y Ambientales Carrera de Ingeniería Forestal Efectos principales de los Componentes Químicos en las Propiedades de la Madera Autor: Bone Quiñonez Bryan A. Ciclo: 8vo Tutor: Ing. Roberto Cervantes Catedra: Anatomía y Propiedades Físicas de la Madera Esmeraldas – Ecuador 11/diciembre/2018
  • 2. INDICE 1. Introducción ................................................................................................................4 2. Objetivo.......................................................................................................................5 3. Marco conceptual........................................................................................................5 3.1. La madera.............................................................................................................5 3.2. Composición de la madera...................................................................................5 3.2.1. La corteza .........................................................................................................5 3.2.2. El cambium ......................................................................................................6 3.2.3. El duramen .......................................................................................................6 3.2.4. La albura...........................................................................................................6 3.2.5. La medula.........................................................................................................6 3.3. Propiedades de la madera....................................................................................6 3.3.1. Propiedades físicas de la madera....................................................................7 3.3.2. Propiedades químicas de la madera (principales componentes químicos) ......7 3.3.3. Propiedades mecánicas de la madera ...............................................................8 4. Marco referencial ........................................................................................................9 4.1. Los componentes químicos y las propiedades de la madera...............................9 4.1.1. La lignina en las propiedades de la madera....................................................10 4.1.2. La celulosa en las propiedades de la madera..................................................11 4.1.3. La hemicelulosa en las propiedades de la madera..........................................11 4.1.4. Los compuestos extraíbles y las propiedades de la madera ...........................12 4.1.5. Los componentes químicos y su determinación.............................................13
  • 3. 5. Análisis e interpretación de datos relevantes ............................................................14 6. Conclusión.................................................................................................................14 7. Recomendación.........................................................................................................15 8. Bibliografía................................................................................................................15
  • 4. 4 1. Introducción La madera es el material de origen natural primordialmente usado por el hombre a lo largo de la historia, gracias a todas las propiedades que posee este material, como la facilidad de manipulación, su bajo peso específico, sus hermosas apariencias exteriores, su capacidad de otorgar calor y soporte en las estructuras, como viviendas, sillas, y otros artículos para los hogares, ha provocado que su uso sea cada vez más necesario, para satisfacer las demandas de la población, llegando a tal punto de industrializarse. Este material se extrae de los troncos y ramas de los árboles que se encuentran en los bosques y plantaciones, el cual crese cada año formando anillos bien definidos en las coníferas, y poco definidos en las latifoliadas, estos anillos permiten observar y determinar el proceso de crecimiento de los árboles, en cuanto a las coníferas se dice que cada uno de sus anillos corresponde a un año en la edad del árbol, pero en las latifoliadas esto no se puede determinar con precisión debido a su poca apreciación de los anillos y a que estos no son concéntricos como las coníferas. Adicionalmente estudios demostraron que la madera está compuesta por: componentes de la pared celular y las sustancias extractivas. Esta composición de la madera es la que se puede definir como; propiedades, físicas, químicas, y mecánicas, las cuales se pueden determinar por procesos diferentes. Los principales componentes químicos primarios que se han encontrado según estudios son (celulosa, hemicelulosa, lignina), mismos que están en diferentes proporciones en cuanto a coníferas y latifoliadas, y como compuestos secundarios se encuentran (carbono, oxigeno, hidrogeno, cenizas y nitrógeno), que vienen a ser importantes impregnaciones, extrañas a la propia pared celular. En el presente nos enfocaremos en el estudio de los componentes químicos primarios y su efecto en las propiedades de la madera, ya sean estas físicas, químicas y mecánicas, proporcionando información sobre el papel que desempeñan cada uno de estos componentes en las propiedades de la madera.
  • 5. 5 2. Objetivo Analizar el efecto que tienen los principales componentes químicos de la madera en sus propiedades físicas, mecánicas, químicas, térmicas y eléctricas. 3. Marco conceptual 3.1. La madera La madera es una materia prima de origen vegetal que se obtiene de la tala, aserrado y posterior secado de troncos de árboles, convirtiéndose en un material de gran importancia tecnológica e industrial. Desde la antigüedad se ha utilizado en la fabricación de máquinas y herramientas, en la construcción de viviendas, en la elaboración de muebles, como fuente de energía y en la fabricación de papel (Tagore, 2014). 3.2. Composición de la madera La madera está formada por fibras de celulosa, sustancia que constituye el esqueleto de los vegetales, y por lignina, sustancia que le proporciona rigidez y dureza. Un tronco de árbol está formado por un 60 % de celulosa, un 30 % de lignina y el resto, por agua, resinas, almidón, taninos y azúcares. Los árboles son seres vivos de crecimiento lento pero continuo. En primavera el árbol crea un anillo claro, mientras que en otoño el anillo es más oscuro. Al talarlo se pueden observar los anillos de crecimiento, cada anillo corresponde a un año de vida, esto en cuento a las coníferas, en el caso de las latifoliadas esta características cambian debido a la no uniformidad de los anillos, que se forman por las condiciones meteorológicas del sitio en donde se desarrolla (Tagore, 2014). 3.2.1. La corteza Parte externa del tronco, cumple funciones de protección al árbol, se puede utilizar como combustibles y en algunas especies, para extracción del corcho (Tagore, 2014).
  • 6. 6 3.2.2. El cambium Es una capa fina por donde circula la sabia descendiente, es la zona de crecimiento del árbol, donde las células están en constante división (Tagore, 2014). 3.2.3. El duramen Es la madera seca, dura, resistente y de coloración más oscura que se puede apreciar a simple vista y diferenciar de la albura con mayor veracidad en latifoliadas que en coníferas. Tiene funciones de sostén del árbol, esta madera es la que ya está lista para uso industrial (Tagore, 2014). 3.2.4. La albura También conocido como leño, es por donde corre la sabia ascendente desde las raíces hasta las partes superficiales del árbol, esta madera es más joven y por tanto, la que contiene más agua y la menos resistente. Su color es más claro que el duramen, cuando esta se deja secar se la puede emplear en trabajos que no ocupen tanta exigencia de resistencia (Tagore, 2014). 3.2.5. La medula Es reconocido como la parte central del árbol. En muchas ocasiones se la conoce como corazón del árbol, muchas especies se puede apreciar esta parte del árbol hasta ciertas edades cuando el árbol es demasiado adulto se puede observar solo un vacío en esta parte (Tagore, 2014). 3.3. Propiedades de la madera Según el tipo de madera, edad del árbol, zona climática, las propiedades varían de unos a otros, pero de manera general, de acuerdo a ello las maderas presentan distintas características tanto físicas, químicas, y mecánicas, lo cual hace concebir que la madera como en todo material tiene varias propiedades a tener en cuenta a la hora de emplearlo, y que dependerán del fin queramos darles (Cisneros, 2014).
  • 7. 7 3.3.1. Propiedades físicas de la madera Las propiedades físicas que se definen para las maderas son: la humedad (higroscopia y anisotropía), el peso específico o densidad, la contracción e hinchamiento, lo cuales se definen a continuación: (Cisneros, 2014).  Higroscopia: la madera es un material poroso, por lo que absorbe o exhala humedad según el medio.  Contracción e hinchamiento; la madera experimenta variaciones en su volumen, es decir, se contrae o se hincha, según el grado de humedad de la misma.  Anisotropía: es la propiedad general de la madera según la cual cualidades como elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación, se determina según la dirección en que son examinadas (plano radial, tangencial y transversal).  Densidad: relación entre la masa y volumen de la madera, la densidad es muy variable, de forma particular las coníferas más utilizadas en la construcción tienen una densidad comprendida entre 400 y 550 kg/m3 y las frondosas entrem600 y 700 kg/m3. Según su densidad se pueden clasificar en: muy ligera, ligera, semi-pesada, pesada, muy pesada.  Dureza: corresponde a la resistencia que opone la madera a la penetración de cuerpos extraños. La dureza está relacionada con la densidad debido a la dificultad de su trabajo ya sea realizado manual o mecánicamente. Las maderas se clasifican como: blandas, semiduras y duras (Cisneros, 2014). 3.3.2. Propiedades químicas de la madera (principales componentes químicos) La madera está compuesta químicamente por celulosa (40%, proporciona resistencia mecánica a la fibras), hemicelulosa (25 – 30%, proporciona elasticidad a la pared celular), lignina (25 -30% mantiene unidas las fibras y regula el contenido de humedad) y resinas, ácidos grasos etc (5%, proporcionan el color y olor a la madera), además de las sustancias extraíbles y sustancias minerales. Cuando la madera se degrada por la acción de luz ultravioleta y por la acción de los ácidos fuertes y bases fuertes., es cuando se ve afectada la lignina, componente principal de la madera, es decir las fibras se degradan. La madera también se deteriora por la acción de agentes bióticos como los hongos, bacterias e insectos (González, 2012).
  • 8. 8 3.3.3. Propiedades mecánicas de la madera Debido a la anisotropía de su estructura, a la hora de definir sus propiedades mecánicas se consideran la dirección perpendicular y la dirección paralela a la fibra. En este hecho radica la principal diferencia de comportamiento frente a otros materiales utilizados estructuralmente, como el acero y el hormigón. Las resistencias y módulos de elasticidad en la dirección paralela a la fibra son mucho más elevados que en la dirección perpendicular, dentro de estas propiedades mecánicas podemos definir las siguientes: (Cisneros, 2014).  Elasticidad: capacidad que tiene la madera a deformarse de acuerdo a el peso de una carga concordando con la ley de Hooke, o sea, que las deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura (González, 2012).  Fatiga: llamados límite de fatiga a la tensión maxima que puede soportar una pieza sin romperse (González, 2012).  Hendibilidad: la madera es dúctil, maleable y tenaz. Puede partirse en sentido de las fibras o vetas. Las maderas naturales pueden presentar gran variedad de tonalidades cromáticas, con diferentes veteados, y bien pulida, un brillo característico (González, 2012).  Resistencia a la compresión: influyen varios factores; humedad (la resistencia a comprensión aumenta al disminuir el grado de húmedas). Además de la dirección del esfuerzo tiene una gran percusión en la resistencia a comprensión de la madera; la maxima corresponde al esfuerzo ejercido en la dirección de las fibras, y va disminuyendo a medida que se aleja de esa dirección (González, 2012).  Resistencia a la tracción: capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte del material se deslice sobre la parte adyacente a ella, el cual puede tener lugar paralelamente a las fibras, perpendicularmente a ellas no puede producirse la rotura, porque la resistencia en esta dirección es alta y la madera se rompe antes por otro efecto. (González, 2012).
  • 9. 9  Resistencia al corte: capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte del material se deslice sobre la parte adyacente a ella. Este deslizamiento puede tener un lugar paralelamente a las fibras; perpendicularmente a ellas no puede producirse la rotura, porque la resistencia en la dirección es alta (González, 2012).  Resistencia a la flexión: la madera no resiste nada al esfuerzo de flexión en dirección radial o tangencial, pero no ocurre lo mismo si esta aplicado en dirección perpendicular a las fibras. Sometida a flexión se deforma, produciéndose un acortamiento de las fibras superiores y un alargamiento de las inferiores (González, 2012). 3.3.4. Propiedades térmicas y eléctricas Las dilataciones y contracciones, originadas en las maderas por efecto de cambios en la temperatura son mucho menos importantes que las originadas por cambios en la humedad. En otro aspecto, los poros en la madera la convierten en una pésima conductora del calor (los poros constituyen cámaras de aire), por lo que suele emplearse como aislante térmico, aunque conforme la humedad y/o la densidad aumenta en ésta también aumentará la conducción térmica. Además, la conductibilidad térmica también dependerá de la dirección de transmisión, siendo mayor en la dirección longitudinal (Cisneros, 2014). En cuanto a las propiedades eléctricas, la madera es un buen aislante eléctrico, si bien al igual que en las propiedades térmicas, su carácter aislante disminuye con el aumento de humedad, pero al aumentar la densidad, el carácter aislante aumenta (Cisneros, 2014). 4. Marco referencial 4.1. Los componentes químicos y las propiedades de la madera De acuerdo a (Igarza, Abreu, & Machado, 2015) la madera se encuentra conforma por un grupo de sustancias que integran a la pared celular, en donde se distinguen las principales macromoléculas conocidas como:  Celulosa,  Oliosas (hemicelulosas)
  • 10. 10  Ligninas Esta macromoléculas siempre estarán presentes en todas las especies de maderas, nombradas común mente, sustancias extraíbles que se encuentran en menor cantidad, y por último en menores proporciones están las sustancias minerales (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). De las 3 macromoléculas principales de las especies madereras, en cuento a la composición química la lignina y las poliosas difiere para las maderas de coníferas y latifolias, mientras que la celulosa es uniforme en composición en todas las maderas (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). Comprendido de esta forma se estipula que la madera se conforma de compuestos considerados estructurales (componentes de la pared celular) y los no estructurales (sustancias extraíbles, los cuales varían su composición de acuerdo a la especie, entre la madera de árboles de la misma especie y en diferentes partes del propio árbol, en la madera de la albura y duramen, en dirección radial y longitudinal (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). 4.1.1. La lignina en las propiedades de la madera Las lignina son conocidas como fracciones no carbohidratadas de la madera, se la conoce por ser compleja y difícil de caracterizar, adicionalmente estudios demostraron que este compuesto forma un polímero aromático, el cual tiene características heterogéneas y ramificado e donde no existe ninguna unidad repetida definidamente, existen diferencias de este compuesto entre especies latifoliadas y coníferas (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). Para el caso de las coníferas, se presenta ligninas del tipo G-H con 85-90% de unidades aromáticas de guayacil mientras que la madera de las latifolias presenta ligninas del tipo G-S en razón de 1:5 aproximadamente (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). La lignina en cuanto a las propiedades de la madera se la relaciona prioritariamente a las propiedades físicas y químicas, ya que este es un compuesto químico que contiene aglutinantes que conforman la consistencia fibrosa de las maderas (revistiendo las células del xilema), donde realizan la función mecánica de sostén. Esta sustancia amorfa es localizada como componente de la
  • 11. 11 lámina media y también en la pared secundaria. Durante el desarrollo de la célula, la lignina es incorporada como último componente de la pared celular interpretando las fibrillas y fortaleciendo la pared celular (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). La lignina no puede ser descrita como una simple combinación de uno o varios monómeros o uno o varios tipos de cadenas como es el caso de la celulosa. Su estructura es rígida como modelo material. De esta forma comprenderás que la lignina es muy importante ya que sin este compuesto una de las propiedades de la madera no se estaría dando, conformando una deficiencia en la constitución de las paredes celulares y la lamina media. 4.1.2. La celulosa en las propiedades de la madera Esta juega un papel fundamental, debido a que el esqueleto o basamento de la pared celular, este compuesto es encontrado en mayor cantidad en la madera hasta en un 50%, y verídicamente en la albura, considerada como la estructura básica de las células de las plantas y la sustancia más importante producida por este organismo vivo, siendo el principal componente de la pared celular, dado que si este compuesto está ausente, de qué forma se podría establecer dicha pared, deduciendo que la celulosa el elemento del árbol considerado extremadamente necesario (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). La celulosa es uno de los componentes químicos principales de la pared celular de la madera y se encuentra acompañada por poliosas y ligninas, que se encuentran íntimamente asociada a ella formando complejos (lignina - polisacáridos) y (polisacáridos- polisacáridos), por lo que se podrá entender que su separación requiere de tratamientos químicos fuertes y generalmente queda con impurezas (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). 4.1.3. La hemicelulosa en las propiedades de la madera Las hemicelulosas son importantes en la madera y su localización cobra singular significación, pues todas las células contienen de 50-60% de carbohidratos a excepción de las células del parénquima de las latifolias que pueden llegar a poseer hasta 80% de O-acetil-4-O-
  • 12. 12 metilglucuronoxilano. El tipo y contenido de hemicelulosas presentes en la madera varía con la especie, la edad, parte del árbol, y en muchas especies su regularidad está relacionada con criterios taxonómicos. Las hemicelulosas de las coníferas no son las mismas que las de las latifolias, siendo las de las coníferas más complejas. Diferencias existen también entre las hemicelulosas del tronco, de las ramas, de las raíces y de la corteza del propio árbol, así como diferencias en cuanto a contenido y composición entre la madera de compresión, tensión y normal. Se conoce que las hemicelulosas se encuentran a lo largo de toda la pared celular, desde la lámina media, hasta la capa S3 de la pared secundaria. La función de las hemicelulosas en la madera parece ser de intermediario entre la celulosa y la lignina, tal vez facilitando la incrustación de las microfibrillas. Las hemicelulosas son importantes en la fabricación de pulpa ya que aumenta su rendimiento y aumentan la resistencia del papel (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). 4.1.4. Los compuestos extraíbles y las propiedades de la madera Existen numerosos compuestos que pueden tener gran influencia en las propiedades y calidad de la madera, aunque ellos contribuyan sólo en algún porcentaje en la masa total de la madera (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). A este grupo de compuestos se les denomina comúnmente sustancias extraíbles de la madera. Los componentes químicos aquí presentes son de diferentes clases y pueden ser divididos a su vez, y de forma más simple en componentes orgánicos y componentes inorgánicos, siendo estos últimos en los que se puede encontrar ciertos iones metálicos que son esenciales para el normal desarrollo del árbol (Igarza, Abreu, & Machado, 2015). Entre los compuestos orgánicos se pueden encontrar hidrocarburos alifáticos y aromáticos, alcoholes, fenoles, aldehídos, cetonas, ácidos alifáticos, ceras, glicéridos, y compuestos nitrogenados (Igarza, Abreu, & Machado, 2015).
  • 13. 13 4.1.5. Los componentes químicos y su determinación En la determinación de las propiedades físicas de la madera, se realiza un análisis químico con muestras de la zona del duramen de las especies, o también se puede utilizar parte de la zona de transición de albura a duramen, teniendo en cuenta las normas American Society for Testing and Materials (ASTM) (Rutiaga-Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-Albarrán, 2010). Mediante este análisis se pueden encontrar componentes químicos como: cenizas, sustancias extraíbles (etanol-benceno, agua caliente y agua a temperatura ambiente), lignina y holocelulosa, carbohidrato, celulosa, hemicelulosa, y otros. En donde las cantidades de cada uno de estos compuestos varían de acuerdo la especie, sitio de procedencia y edad (Rutiaga- Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-Albarrán, 2010). El proceso de determinación de las propiedades químicas comprende una etapa inicial de selección de las especies y luego, de cada ejemplar se toma, a la altura de 1.3 m del tocón, una rodaja de 30 cm de espesor, de la cual se obtienen muestras representativas de la zona del duramen (D), de la zona de transición (ZT) y de la albura (A). Estas muestras se convierten en harina de madera y luego son tamizadas, utilizando la fracción de malla 40 para el análisis químico. Posteriormente se determina el porcentaje de humedad por el método de deshidratación (Rutiaga-Quiñones, Pedraza-Bucio, & López-Albarrán, 2010). Para determinar los componentes químicos s de la madera se puede hacer rigiéndose de forma general la metodología de las normas de la ASTM, de esta norma se pueden ver las siguientes:  Material inorgánico  D 1102-56 (1978)  Solubilidad en etanol-benceno  (EB) D 1107-56 (1979)  Solubilidad en agua fría  (AF) D 1110-56 (1977)  Solubilidad en agua caliente  (AC) D 1110-56 (1977  Lignina  D 1106-56 (1977)
  • 14. 14  Holocelulosa  D 1104-56 (1978) Las normas utilizadas indican que los análisis deben efectuarse al menos por duplicado. 4.1.5.1 Hidratos de carbono de la pared celular Los hidratos de carbono son los componentes más importantes de la pared celular y en muchos casos forman el 65-75% del peso de la madera. La hidrólisis de la fracción total de hidratos de carbono da principalmente azúcares sencillos, sobre todo glucosa. En las maderas blandas, la manosa y la xilosa siguen en cantidad. La mayor parte de las maderas blandas tienen cantidades más pequeñas de galactosa y arabinosa. Los hidrolizados de maderas duras, además de contener 55-75% de glucosa, son relativamente ricos en xilosa (20-40%), con cantidades más pequeñas de manosa, arabinosa y galactosa (Rutiaga-Quiñones, Pedraza-Bucio, & López- Albarrán, 2010). 5. Análisis e interpretación de datos relevantes La madera como la mayoría de los vegetales está compuesta por diversos compuestos químicos que cumplen funciones, especiales y especificas en las propiedades de la madera sobre todo en lo que conlleva a la pared celular, la cual es fina y flexible, con el correr del tiempo se endurece, sobre todo, por acumulación de celulosa, sustancia macromolecular de los glúcidos y lignina, sustancia que le otorga la rigidez e impermeabilidad. De otra manera las fibras de celulosa forman un entramado en el cual se almacena la lignina, sólo cuando la lignina se ha depositado en la pared celular se forma la madera, la célula de madera acabada es dura, rígida y de forma definitiva. 6. Conclusión Desde el punto de vista de la composición química de la madera, los componentes esenciales son; la celulosa, lignina, productos orgánicos semejantes a la celulosa y sustancias varias, almidón, azúcares, grasas, taninos, aceites esenciales, sales minerales, colorantes, ceras y
  • 15. 15 resinas, los cuales se consideran también como sustancias extraíbles, todos estos compuestos químicos conforman parte esencial de la estructura de la madera, en cuanto a la pared celular y la lámina media, que determinan a la estructura de ramas, tronco y hojas, formando parte contigua de las propiedades físicas, químicas y mecánicas de la madera. 7. Recomendación Promulgar el estudio de los componentes que conforman las propiedades de la madera y la función que desempeña cada uno de estos, considerando a los elementos químicos como parte esencial del desarrollo y funcionalidad de este recurso denominado madera. 8. Bibliografía Cisneros, R. M. (16 de 03 de 2014). monografias.com. Obtenido de https://www.monografias.com/trabajos48/maderas/maderas2.shtml González, J. (8 de 03 de 2012). SlideShare. Obtenido de https://es.slideshare.net/Nimiz/la- madera-12316626?qid=4b181034-bf93-4eaa-ba7c- 6657c74d7552&v=&b=&from_search=10 Igarza, D. U., Abreu, D. L., & Machado, D. E. (13 de 06 de 2015). Monografias.com. Obtenido de http://www1.monografias.com/trabajos15/composicion-madera/composicion- madera.shtml#COMPOSIC Rutiaga-Quiñones, J. G., Pedraza-Bucio, F. E., & López-Albarrán, P. (2010). COMPONENTES QUÍMICOS PRINCIPALES DE LA MADERA DE Dalbergia granadillo Pittier Y DE Platymiscium lasiocarpum Sandw. Chapingo, 179 - 186. Tagore, R. (05 de 2014). Cenlit. Obtenido de http://www.cenlit.com/muestra.pdf