CAPILARIDAD
TENSIÒN SUPERFICIAL
PERMEABILIDAD
DE LA MADERA

MECANISMOS DE MOVIMIENTO INTERNO DE HUMEDAD
Los complejos mecanismos de movimiento interno de agua
durante el secado pueden describirse de manera
simplificada como:
1) Movimiento capilar del agua libre en las cavidades
celulares
2) Difusión del agua ligada en la pared celular
3) Difusión del vapor en las cavidades celulares.

MOVIMIENTO CAPILAR DE AGUA LIBRE
El movimiento del agua libre en las cavidades celulares, es
similar al transporte de agua a través de una cañería en
que el agua que brota por un extremo es continuamente
reemplazado por el agua proveniente del interior.
El movimiento capilar es debido a diferencias de presión
y depende del tamaño del lumen y de las punteaduras de
las células.

Participa también la tensión superficial del agua, de
manera simplificada la relación es como sigue:
2 γ
P = --------- (Formula 34)
R
Donde:
P = tensión capilar (at.)
γ = tensión superficial (at-um.)
R = radio capilar (um.)

La tensión capilar, es una diferencial de presión negativa,
que genera un efecto de succión que actúa sobre el agua
capilar y las paredes de las fibras que contienen el agua.
El efecto es más pronunciado en la medida que el radio
capilar es de menor magnitud.
El movimiento capilar, la tensión capilar, asociadas, facilita
el movimiento de agua libre, pero puede ocasionar
colapso, producir racimos de humedad y aspira las
punteaduras durante el secado de la madera.

1.Los lúmenes de las células están completamente llenos de
agua libre, excepto en dos, que muestran burbujas de aire
de distinto tamaño. El secado ocurre desde la superficie la
cual esta expuesta al aire.
En este caso el radio capilar es relativamente grande y la
tensión capilar pequeña.
2.El agua de los lúmenes más cerca de la superficie se ha
evaporado, bajando la superficie de evaporación al nivel de
las punteaduras de las células. Disminuye en
consecuencia el radio capilar.

3.El radio capilar es reducido a un tamaño del mismo orden de
grandeza que la burbuja más grande, entonces la tensión
capilar actúa sobre la interface aire -liquido que rodea la
burbuja, permitiendo la expansión de la burbuja de aire. La
expansión de la burbuja, empuja el agua desde el interior hasta
la superficie de evaporación.
4.El agua contenida en el lumen con la expansión de la burbuja
ha sido removida completamente. Se observa que la célula
más interna, ha secado primero y por tanto esta con menor
cantidad de agua que células más cerca de la superficie. Estas
últimas pueden en ocasiones quedar con humedad, debido a la
expansión de las burbujas de los lúmenes interiores, en este
caso si presentan los RACIMOS DE HUMEDAD.

5.El radio capilar puede seguir reduciéndose, al internarse la
superficie de evaporación a través de la puntedura.
Cuando alcance el tamaño de la burbuja menor, la tensión
capilar actuara sobre ella permitiendo, la expansión de la
burbuja y en consecuencia se empujará el agua de esta
célula hasta la superficie de evaporación.
6.La expansión de la burbuja, ha permitido evacuar toda el
agua contenida en el lumen de la célula.

7.La superficie de evaporación continúa internándose y llega
ahora nuevamente al lumen de una célula interior con un mayor
radio capilar.
8.La evaporación continua y la superficie de evaporación llega
otra vez a las punteaduras, donde el radio capilar disminuye.
Por la ausencia de burbujas de aire, que absorban parte de la
tensión capilar en su expansión, la tensión capilar tiende a ser
de mayor magnitud. Esta tensión actúa principalmente sobre
las paredes celulares, con un efecto de succión perpendicular a
las fibras.

9.La tensión capilar puede ocasionar el COLAPSO de la
madera, cuando el radio capilar es demasiado pequeño,
que genera tensiones capilares sobre la pared celular de
las fibras que superan la resistencia en tensión
perpendicular a las fibras; muchas especies pueden
desarrollar GRIETAS INTERNAS localizadas en la madera
inicial.
10.El movimiento de agua libre continua hasta evaporarse
completamente.

DIFUSION DE AGUA
Alrededor del punto de saturación de las fibras, el
movimiento capilar pierde importancia muy rápidamente, a
consecuencia del predominio del movimiento de las
moléculas de agua ligada por difusión.
El movimiento de agua ligada por debajo del punto de
saturación de las fibras, se produce como resultado de
gradientes de contenido de humedad, entre los pequeños
espacios submicroscópicos de la pared celular.

Como en la pared celular las moléculas de agua están
unidas en los sitios de sorción por el enlace de hidrógeno,
se requiere una cierta cantidad de energía para liberar la
molécula de su lugar. Esta energía se incrementa a medida
que disminuye la humedad de la madera.
Al romperse el enlace, la molécula se desplaza a un nuevo
sitio de sorción, hasta llegar a la superficie de evaporación.
Durante el secado de la madera, existen muchas
moléculas de agua moviéndose de un sitio a otro, de la
forma señalada.

La difusión de humedad a través de la madera, puede ser
descrita en forma simplificada, para condiciones de flujo
constante por la primera ley de Fick, como sigue:
∆ M
F = d Soa ---------- (Formula 35)
L
Donde:
F = flujo de humedad en g/cm2 - s.
ΔM = gradiente de humedad en °/1.
Soa = densidad nominal en g/cm3.
L = largo en la dirección del flujo en cm.
d = coeficiente de difusión en cm2/s.

En todo caso el transporte de agua bajo el punto de saturación
de las fibras es un movimiento combinado de agua ligada y de
vapor de agua. Es la difusión de agua ligada la que más
contribuye al movimiento transversal de agua durante el secado
de la madera. La difusión de vapor, ocasionada por gradientes
de presión de vapor, contribuye mejor al flujo longitudinal y su
efecto en la dirección transversal es más notable, cuando la
madera esta más seca.
Además de la humedad, la temperatura y la dirección del
grano, la densidad de la madera condicionan la difusión de
agua a través de la madera (Figura 18).

Como referencia, el orden de grandeza de la difusión de agua en algunas maderas
chilenas se presenta en el siguiente cuadro:
Coeficiente de difusión transversal a flujo constante y 40 °C.
ESPECIE d * 108
(cm2
/s)
Tangencial Radial
Pino radiata 45 65.3
Mañio 42.3 57.7
Canelo 57.4 80.8
Coigue 6.9 8.5
(Fuente: Ananías y Gutierrez)

PERMEABILIDAD DE LA MADERA
Propiedad de la madera de la que depende el movimiento interno
de agua (velocidad del flujo de gases y líquidos). La
permeabilidad de la madera es representada por la ley de Darcy.
k Δ P
F = ------ x --------- (Formula 36)
n L
Donde:
F = flujo volumétrico de líquido (c3/cm.at.s.)
K = permeabilidad especifica de la madera (darcy.)
n = viscocidad del fluido cp.
ΔP = gradiente de presión (at.)
L = largo de la madera en la dirección del flujo (cm.)

La permeabilidad, juega un rol importante para el
movimiento de agua capilar.
En particular el mecanismo de permeabilidad es relevante
cuando se somete la madera a alta temperatura o bajo
vacío.
Las maderas más permeables (pino radiata) se dejan
secar más rápidamente que las maderas de menor
permeabilidad (eucalipto) y muchas otras especies nativas.

Además, la permeabilidad de la madera es un parámetro
que depende fundamentalmente de la estructura
anatómica de la madera, es decir del tamaño de las
punteaduras y otras cavidades celulares.
Cualquier variación de estas características anatómicas
afecta la magnitud de la permeabilidad de la madera, por lo
que con frecuencia se presentan grandes variaciones de la
permeabilidad en una misma pieza de madera.

Permeabilidadtransversalparaaguaenmaderasnativas.
Especie k*106(darcy)
tangencial radial
tepa(duramen) 6.5 8.5
renovalraulí(duraminizaciónincipiente) 8.6 10.1
renovalroble(albura) 4.8 12.3
Fuente:Kaumanetal.1994;SalazaryVargas1994

En adición, la madera es mucho más permeable en la
dirección longitudinal que en la dirección transversal.
Además, la presencia de duramen implica generalmente
una reducción en la permeabilidad de la madera, como
consecuencia de tilosis y aspiración de punteaduras.
El grado de terminación de la superficie limita además la
permeabilidad de la madera, lo que puede favorecer la
inactivación de superficies para la aplicación de adhesivos
y pinturas.