UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO
DIVISIÓN DE CIENCIAS FORESTALES
MAQUINADO DE CUATRO ESPECIES MADERABLES DE ENCINO
TESIS PROFESIONAL
Que como requisito parcial para obtener el título de:
INGENIERO FORESTAL con orientación en
INDUSTRIAS
PRESENTA:
J. VICENTE RANGEL PIÑON
Marzo de 2004
Esta tesis de “Maquinado de cuatro especies maderables de encino” fue realizada por el C. J. Vicente Rangel Piñón bajo la Dirección del M.C. Rogelio Flores Velázquez, y la asesoría del M.C. Juan Quintanar Olguin y la M.C. Martha E. Fuentes López. Ha sido revisada y aprobada por el siguiente Comité Revisor y Jurado Examinador:
PRESIDENTE:
___________________________ M.C. Rogelio Flores Velázquez
SECRETARIO:
___________________________ Dr. Leonardo Sánchez Rojas
VOCAL:
___________________________ M.C. Juan Quintanar Olguin
SUPLENTE:
___________________________ Dra. Amparo Borja de la Rosa
SUPLENTE:
___________________________ M.C. Roberto Machuca Velasco
AGRADECIMIENTOS
Mis más sinceras consideraciones a las instituciones y con ello a las personas que me brindaron su apoyo e hicieron posible la culminación del presente trabajo.
A la Universidad Autónoma Chapingo que con sus Programas de Apoyo con el Sistema de Becas hacen posible que el Pueblo de México al cual pertenezco, pueda encontrar Preparación Técnica a nivel Superior y Profesional, al que de otra manera no tendría acceso.
Al M.C. Rogelio Flores Velázquez, por su apoyo en el desarrollo de las pruebas y la dirección del mismo, enriqueciéndolo con su experiencia.
Al M.C. Juan Quintanar Olguín, por su asesoría constante en el desarrollo y las facilidades brindadas para utilizar las instalaciones del Campo Experimental San Martinito.
Al Dr. Leonardo Sánchez Rojas, Dra. Amparo Borja de la Rosa y al Ing. Roberto Machuca Velasco, por formar parte del comité revisor y ayudarme con sus consejos para mejorar mi trabajo.
Por temor a omitir algún nombre, a todas aquellas personas que colaboraron en el proceso y contribuyeron de una u otra forma para la culminación de este trabajo y cumplimiento de uno de mis objetivos profesionales.
DEDICATORIA
A MI ESPOSA
Compañera de mis logros, pero también apoyo firme en mis propósitos fallidos.
A MIS HIJOS
A ti Bianca Cricel, a ti Martha Laura, a ti Antonio de Jesús; que están siempre con deseos de aprender, aprovéchenlo.
A MIS HERMANOS
En general a todos por su apoyo moral y en especial a José Luis y Jesús por su aportación y apoyo en la integración de este trabajo.
A MIS PADRES
J. Jesús, pero sobre todo en Memoria del ser que me dio la vida mi Madre, Ma. Consuelo † Descanse en paz!
Que en mi formación personal y familiar sentaron las bases de moral y ética, que tanto me han servido en la vida profesional.
En Memoria de MIS ABUELOS
Que en vida supieron transmitirme su experiencia y guiarme con sus consejos. † Descansen en paz!
Página
LISTA DE CUADROS--- iii
LISTA DE FIGURAS--- iv RESUMEN--- v SUMMARY--- vi 1. INTRODUCCIÓN--- 1 2. OBJETIVOS--- 3 3. REVISIÓN DE LITERATURA--- 4
4. DATOS DE RECOLECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS ESPECIES--- 13
4.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE RECOLECCIÓN--- 13
4.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ESPECIES--- 14
4.2.1. Quercus affinis Scheid. Hort Bel--- 14
4.2.2.Quercus crassifolia Humb. & Bonpl.--- 16
4.2.3. Quercus laurina Humb. & Bonpl.--- 17
4.2.4. Quercus rugosa Née--- 19
5. MATERIALES Y MÉTODOS--- 22
5.1. OBTENCIÓN DEL MATERIAL DE ENSAYO--- 22
5.2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y HERRAMIENTAS DE ENSAYO- 24 5.3. MÉTODO DE ENSAYO--- 29
5.3.1. Cepillado--- 29
5.3.2. Barrenado--- 30
5.3.3. Moldurado--- 30 Página
5.3.4. Torneado--- 31
5.3.5. Lijado--- 32
5.4. EVALUACIÓN DE DEFECTOS Y ESPECIES--- 32
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN--- 36 6.1. CEPILLADO--- 36 6.2. BARRENADO--- 41 6.3. MOLDURADO--- 42 6.4. TORNEADO--- 44 6.5. LIJADO--- 45 7. CONCLUSIONES--- 46 8. RECOMENDACIONES--- 47 9. LITERATURA CITADA--- 48 10. ANEXOS--- 51
LISTA DE CUADROS
Cuadro Página
1 Evaluación y clasificación de las muestras de ensayo.--- 34 2 Clasificación del maquinado en función del porcentaje de piezas.--- 35 3 Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus affinis.--- 36 4 Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus crassifolia.-- 38 5 Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus laurina.--- 39 6 Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus rugosa.--- 40 7 Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al
Barrenado.--- 42 8 Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al
Moldurado.--- 43 9 Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al
Torneado.--- 44 10 Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Pesado de probetas para determinar el contenido de humedad.--- 22
2 Obtención de probetas de ensayo.--- 23
3 Elaboración de probetas de ensayo con el mínimo de defectos.--- 24
4 Cepillo utilizado en el ensayo de cepillado.--- 25
5 Taladro utilizado en el ensayo de barrenado.--- 26
6 Molduradora utilizada en el ensayo de moldurado.--- 27
7 Torno utilizado en el ensayo de torneado.--- 27
RESUMEN
En la búsqueda del comportamiento ante máquinas y herramientas de la madera de encino, en este trabajo se determinaron las características de maquinado en las operaciones de cepillado, barrenado, moldurado, torneado y lijado de cuatro especies de encino Quercus
affinis, Q. crassifolia, Q. rugosa y Q. laurina. Los ensayos se realizaron de acuerdo a la
norma ASTM D 1666-64 reaprobada en 1987, con algunas modificaciones en función de la maquinaria disponible.
Los mejores resultados de cepillado para Q. affinis se encontraron al combinar el ángulo de corte de 15º y una velocidad de alimentación de 7.5 m/min (29.3 marcas de cuchilla por centímetro), para las demás especies no hubo influencia del ángulo de corte. En el barrenado se obtuvieron excelentes resultados con las dos velocidades de giro de broca probados.
Para el moldurado, con excepción del Q. crassifolia que en el corte preliminar presentó una clasificación de buena, los resultados para todas las demás especies fueron excelentes en ambos cortes, incluyendo el corte final para Q. crassifolia. En el torneado se encontró que no existe influencia del contenido de humedad para las especies de Quercus
crassifolia, Q. laurina y Q. rugosa, mientras que para Quercus affinis se clasificó como
buena para un contenido de humedad menor y excelente para el mayor contenido de humedad. Y para el lijado los resultados fueron excelentes.
En general y de acuerdo a los resultados de las pruebas, las cuatro especies son apropiadas para ser utilizadas por la industria maderera para la elaboración de productos terminados de alta calidad.
SUMMARY
Machining characteristics in the planing, boring, shaping, turning and sanding operations were evaluated in four oak species, Quercus affinis, Q. crassifolia, Q. rugosa and Q.
laurina. Tests were made according with the norm ASTM-D 1666-87, few modifications
were made according with machinery available.
Best results of planing for Q. affinis were obtained with a combination of 15° cutting angle and feed rates of 7.5 m/min (29.3 knife marks per centimeter). No influence of cutting angle was observed in the others oak species tested. Boring test, showed excellent results with the two speeds of reel turn tested.
Shaping test, with exception of Q. crassifolia, that in the preliminary cut only get a classification of good; with the others three species an excellent classification was obtained and for the final cut, also Q. crassifolia reach an excellent classification. Turning test show no influence of humidity content in Q. crassifolia, Q. laurina and Q. rugosa, but in Q.
affinis a classification of good was reached with smaller humidity content, and excellent
for major humidity content. And sanding test all species were classified as excellent.
According with tests results, the four oak species are appropriate to be utilized by lumber industry, and high quality products can be elaborated.
1. INTRODUCCIÓN
Dentro del reino vegetal la familia Fagácea es un grupo muy importante; cuenta con 6 géneros y aproximadamente 600 especies distribuidas en todo el mundo y localizadas principalmente en regiones templadas y subtropicales del hemisferio norte (Lawrence, 1951). Su distribución altitudinal es muy variada; va desde el nivel del mar hasta los 3100 msnm, localizándose la mayoría de especies entre los 1200 y los 2800 msnm.
México es considerado uno de los países donde se ubica esta taxa, particularmente el género Quercus spp, reconociéndose conservadoramente entre 150 y 200 especies (Rzedowski, 1983). Se le encuentra en casi toda la República Mexicana a excepción de Yucatán y Quintana Roo.
Los bosques de clima templado frío en México, están constituidos generalmente por coníferas y latifoliadas, formando principalmente masas mezcladas de pino-encino, que por la mala aplicación de las técnicas silvícolas y el desconocimiento de las características tecnológicas de los géneros diferentes al de coníferas; específicamente el género Quercus es que los bosques tienden a ser de encinares y en el mejor de los casos, bosques de encino-pino. De aquí la importancia de profundizar en el conocimiento de la trabajabilidad de las maderas provenientes de los encinos en México.
De la superficie total de bosques con que cuenta el país de acuerdo con SARH (1994), 21.6 millones de hectáreas tienen potencial comercial. De esta superficie, en el 2000 sólo se aprovechaban 7.1 millones de hectáreas (33%). De incorporarse toda la superficie
potencial al manejo, se producirían anualmente alrededor de 30 millones de metros cúbicos de madera, de los cuales el 38% podría provenir de coníferas, 32% de especies tropicales y 30% de encinos y otras especies de latifoliadas.
De los volúmenes aprovechables que son autorizados anualmente en el país, un 20% corresponde a encino, pero debido a su particular problemática de utilización, en 1999 sólo se extrajo aproximadamente la sexta parte de ese volumen es decir, 662,509 m3r (SEMARNAT, 1999), destinándose en su mayoría a celulósicos y material combustible (leña y carbón); por lo que, con trabajos como el que se pretende realizar se contribuirá a generar conocimiento tecnológico de los encinos para diversificar el uso de sus maderas.
Las características de maquinado son de primordial importancia entre las propiedades tecnológicas de la madera, ya que determinan la facilidad o dificultad de su procesamiento al ser sometida a las máquinas y herramientas utilizadas en las distintas operaciones de labrado, su desconocimiento, junto con otras causas ha ocasionado que los encinos estén siendo subutilizados y no se destinen a productos de alta calidad y más remunerativos.
El presente trabajo forma parte del proyecto “tecnologías para la transformación de encinos” desarrollado en el Campo Experimental San Martinito con financiamiento del Sistema Ignacio Zaragoza (SIZA) CONACYT, y comprende estudios básicos sobre la caracterización e investigación aplicada sobre aserrío, secado y maquinado de la madera. Con este estudio se contribuirá a resolver una parte de la problemática para incrementar los aprovechamientos de los encinos de México y a encontrar nuevas alternativas de mayor rendimiento económico al utilizar su madera.
2. OBJETIVOS
1.- Determinar las características de maquinado en las operaciones de: cepillado, barrenado, moldurado, torneado y lijado de Quercus affinis, Q. crassifolia, Q. laurina y Q.
rugosa.
2.- Evaluar el efecto de cuatro ángulos de corte combinados con dos velocidades de alimentación en la calidad de cepillado.
3. REVISIÓN DE LITERATURA
Los estudios de características de maquinado de la madera como un factor más de sus propiedades tecnológicas se incorporaron oficialmente en 1959 año en que la ASTM estableció la norma que rige y normaliza los trabajos que se realizan en esta área, permitiendo con esto, tener un patrón de comparación entre ellos.
Mckenzie (1960), estudió la acción del filo cortante sobre la madera para encontrar conceptos básicos comunes al proceso de maquinado y, observó que los factores que afectan el proceso de corte para obtener un buen acabado son: el contenido de humedad, la dirección y la orientación del hilo, la velocidad de corte, el tipo de afilado y la fricción entre la madera y el filo cortante.
Koch (1964), analizó el proceso de maquinado de la madera y recomienda utilizar en el cepillado de maderas suaves un ángulo de corte de 30° y para maderas duras un ángulo de 20°; en el torneado menciona que se obtiene una mejor calidad de la superficie trabajada a un contenido de humedad de 6% que a 12% y 20%; en el lijado menciona que la lijadora de banda produce más rayones y grano apelusado en la madera que una lijadora de tambor.
Mori y Hoshi (1964), estudió el efecto del ángulo de corte y desgaste del filo, así como la calidad de acabado de la superficie trabajada; observó que ángulos grandes producen acabados más pobres y mayores dificultades mecánicas y deforman más rápidamente el filo de las cuchillas.
McKenzie (1967), relacionó el coeficiente de fricción en el corte de la madera con los efectos de presión, área de contacto, velocidad de deslizamiento, aspereza de la superficie de la herramienta, especie de madera, dirección del hilo y contenido de humedad. Encontró que en el coeficiente de fricción del corte de la madera influyen: el contenido de humedad y los extractivos, la aspereza del metal y la velocidad de deslizamiento.
Wu y Huang (1968), publican un boletín sobre el efecto que ejerce el número de cuchillas en el cepillado, indicando que tres cuchillas producen mejor acabado que una y consumen 30% más de energía.
Cuprin (1969), estudia el coeficiente de fricción al cortar madera de encino y pino a un contenido de humedad de 8%, con cuchillas con un ángulo de corte de 40º y un ángulo libre de 15%. El coeficiente de fricción promedio obtenido para pino fue de 0.28 y para encino de 0.49.
Kukachka (1970), describe más de 100 géneros tropicales de maderas importadas a Estados Unidos de América y los agrupa con base en las propiedades de la madera que afectan su utilización. Entre estos géneros se encuentra el Quercus spp. y menciona que los encinos tropicales son difíciles de maquinar debido principalmente a su alta densidad.
Stewart (1970), comparó el cepillado con cuchillas y con abrasivos en función de la calidad de superficie de la madera y la fuerza requerida, encontrando que la superficie generada en el cepillado con cuchillas es generalmente de mayor calidad y, que con abrasivos se requiere aproximadamente seis veces más fuerza en dirección paralela al hilo
y de 20 a 25 % menos en la dirección transversal. También menciona, que al incrementar la velocidad de alimentación en el cepillado con cuchillas la calidad de la superficie disminuyó y en el cepillado con abrasivos se mantuvo constante.
Echenique (1970), recopiló información de las investigaciones realizadas por laboratorios extranjeros sobre las características anatómicas, físico-mecánicas, de durabilidad natural, de secado y de maquinado de 25 maderas tropicales que también vegetan en México e incluye los usos a que son destinadas dichas maderas.
Koch (1972), describió las características de las máquinas de cepillar, moldurar y taladrar de la madera de las especies de pinos del sur de los Estados Unidos de América y especificó algunas condiciones de trabajo tales como: profundidad de corte, velocidad de alimentación y ángulo de corte para el cepillado; número de marcas de cuchilla por pulgada y velocidad de alimentación para moldurado; y dirección, velocidad de penetración, velocidad de giro y tipo de broca para el taladrado.
De Bussy (1973), recomienda cepillar maderas blandas y duras, de densidad baja a media e hilo recto, con ángulos de corta de 30 a 35 grados y de 20 a 15 grados cuando presentan hilo entrecruzado u ondulado pronunciados.
Gilmore y Barefoot (1974), evaluaron el comportamiento al cepillado de seis maderas sudamericanas tropicales importadas a los Estados Unidos de América y las compararon con Liriodendron tulipifera, encontrando que el ángulo de corte de 15° produce mejores resultados que los ángulos 20° y 30° para estas especies.
Stewart (1974), comparó los factores que afectan la fuerza requerida para el cepillado con abrasivos y con cuchillas en cuatro especies de maderas duras, entre las que se encontraba el encino rojo (red oak), observando que dicha fuerza generalmente se incrementa con la velocidad de alimentación, la profundidad de corte, el contenido de humedad y la densidad básica en ambos casos; y con el número de arenas del abrasivo en el caso específico de este tipo de cepillado. Mencionando además, que el cepillado con cuchillas es mejor al eliminar proporciones mayores de madera y requiere de menor fuerza, sin embargo, el cepillado con abrasivos es capaz de cortar a profundidades mayores de ¼”.
Zavala (1976), determinó las características de maquinado de seis especies maderables mexicanas, relacionándolas con sus características anatómicas y en base a los resultados obtenidos y considerando como operaciones fundamentales en el maquinado al cepillado y lijado, concluye que Manilkara zapota L. V. Royen (chicozapote), Cordia dodecandra DC (ciricote) y Piscidia communis Black I. M. Johnst (jabín) son recomendables para cualquier trabajo de carpintería y ebanistería, mientras que Pouteria campechiana Kunth Baehni (Kanisté), Lysiloma bahamensis Benth (tzalam) y Alnus arguta Shlecht Spach (aile) se pueden emplear en trabajos donde el cepillado y lijado no sean una limitante.
Herrera (1981), publicó los avances en la determinación de las características de maquinado de cinco especies de encino que vegetan en México y recomienda cepillar su madera con un ángulo de corte de 20°, utilizando 19.7 marcas de cuchilla por centímetro. Mencionando que con excepción de Quercus candicans, las especies presentaron buenas
características de maquinado en las operaciones de cepillado, lijado, taladrado y moldurado. En el torneado el comportamiento de todas las especies fue regular.
Torelli (1982), determinó las propiedades físico mecánicas, de durabilidad natural y de maquinado de 43 especies de maderas tropicales mexicanas y concluyendo para el maquinado donde sólo utilizó cinco probetas por especie, que los mejores resultados en cepillado se obtienen con un mayor número de marcas de cuchilla por unidad de longitud y que a menor ángulo de corte hay mayor consumo de energía. También menciona que los tres factores que más afectan la calidad de la superficie trabajada, además de la densidad son el grano entrecruzado, los depósitos de minerales duros y la madera de tensión.
Quiñones y Herrera (1984), determinaron las características de maquinado de Quercus
resinosa, Q. castanea, Q. candicans, Q. obtusata y Q. sideroxyla, realizando las
operaciones de cepillado, lijado, taladrado y moldurado. Concluyendo que de acuerdo con los resultados obtenidos las cinco especies de encino estudiadas son recomendables para cualquier trabajo de carpintería, ya que en todas las operaciones se obtuvieron buenos resultados, con excepción del Q. candicans, que en el ensayo de cepillado presentó un comportamiento regular y recomiendan cepillar la madera de encino con un ángulo de corte de 20°, ya que con éste, se obtienen mejores resultados.
Moreno y Martínez (1984), realizaron el estudio de trabajabilidad de cuatro especies de maderas mexicanas, concluyendo que las de Cordia alliodora (bojón), Fraxinus uhdei (fresno) y Liquidambar styraciflua (liquidámbar) pueden utilizarse satisfactoriamente en trabajos de carpintería, ebanistería y en la elaboración de piezas torneadas y molduradas,
en tanto que recomiendan estudiar con mayor detalle la madera de Roseodendron
connell-smithii (primavera) para determinar sus condiciones óptimas de trabajabilidad.
Stewart y Polak (1985), estudiaron 25 maderas duras y desarrollaron modelos para estimar el porcentaje de piezas libres de defectos en cepillado y moldurado en función de su densidad básica y algunas de sus propiedades mecánicas. Determinando que el porcentaje de piezas libres de defectos en el cepillado se incrementa al aumentar el número de marcas de cuchilla por pulgada.
Flores (1990), determinó las características de maquinado de cuatro especies maderables de encino del estado de Puebla; Quercus affinis, Q. crassifolia, Q. glabrescens y Q.
mexicana. Concluyendo que en el cepillado la mejor calidad de superficie de la madera se
obtuvo utilizando ángulos de corte de 15° y un número mayor de marcas de cuchilla por centímetro (16.8 y 21.6). La presencia de hilo irregular degrada la calidad del cepillado de la madera. El contenido de humedad afecta la calidad del torneado, obteniéndose mejores resultados a 12% de contenido de humedad que en condiciones demasiado secas, 7%. La madera de todas las especies estudiadas presentan excelentes características de maquinado en las operaciones de taladrado, moldurado y lijado. En general las cuatro especies son apropiadas para ser utilizadas por la industria maderera en la elaboración de productos terminados de alta calidad.
Flores (1991), en su estudio comparativo de dos aleaciones de acero de las cuchillas en el cepillado en tres especies de encino del estado de Guanajuato; Quercus laurina, Q.
con el número de marcas de cuchilla por centímetro, es decir, que a mayor número de marcas corresponde una mejor calidad de cepillado, y que ésta, se ve afectada negativamente por la presencia de hilo irregular. Los resultados obtenidos en el torneado fueron superiores a los regulares. Para los ensayos de moldurado, taladrado y lijado se obtuvieron excelentes resultados para las tres especies, observándose grano apelusado muy leve.
Goche (1993), al estudiar la madera de Q. sideroxyla del estado de Durango, menciona que en la prueba de cepillado, esta especie mostró excelentes resultados al utilizarse un ángulo de corte de 20º y 29.3 marcas de cuchilla por centímetro, con el ángulo de 30° y el mismo número de marcas de cuchilla por centímetro la calidad obtenida fue menor. En los ensayos de moldurado y lijado presentó excelentes resultados, mostrando el defecto de grano apelusado en el primero y en el segundo no se hicieron presentes los defectos. Concluyendo que la madera es apropiada para la fabricación de muebles de alta calidad y uso en interiores.
Sosa (1993), determinó las características de maquinado de Prosopis laevigata (mezquite) del estado de Guanajuato. Concluyendo, que la madera de mezquite presenta hilo entrecruzado, textura gruesa heterogénea y porosidad circular, aparentemente desfavorables para la obtención de excelentes resultados en las operaciones de maquinado, pero que también presenta otras características anatómicas y propiedades físicas y mecánicas favorables que al final prevalecen sobre las anteriores, como es alta densidad, dureza y rigidez dadas por sus paredes celulares gruesas. En el ensayo de cepillado no se observó una influencia significativa de la dirección del hilo; con respecto al ángulo de
corte los mejores resultados se obtuvieron utilizando un ángulo de corte de 20°. Con excepción del moldurado en donde se obtuvieron buenos resultados en los demás ensayos los resultados fueron excelentes.
Tonacatl (1995), realizó el estudio tecnológico de la madera de Matudea trinervia Lundell (quebracho), del estado de Puebla. En el cepillado los mejores resultados se obtuvieron utilizando 29.3 marcas de cuchilla por centímetro y ángulos de corte de 20°, 25° y 30°; en el ensayo de lijado los resultados obtenidos fueron excelentes, mientras que en barrenado, moldurado y torneado los resultados fueron solamente regulares. Se considera factible la utilización de esta madera en la elaboración de parquet, duela, lambrín y mobiliario en general, de uso preferentemente en interiores.
Flores y Fuentes (1998), realizaron el estudio de maquinado de Quercus Affinis y Q.
Crassifolia del estado de Guanajuato, concluyendo que el comportamiento de ambas
especies en el maquinado en general es excelente, por lo que se recomienda la utilización de su madera en la elaboración de productos de mayor valor agregado, como decoración de interiores y muebles.
Fuentes et al. (1998), al determinar la influencia de las propiedades físicas y mecánicas en el maquinado de dos especies de encino (Quercus Affinis y Q. Crassifolia), mencionan que los resultados de maquinado obtenidos muestran un comportamiento excelente, lo cual se explica porque las maderas con hilo recto y densidad alta presentan un acabado más terso que las ligeras y frecuentemente también se maquinan mejor, aunque presentan la desventaja que hay una mayor remoción de sustancia madera por lo tanto, también
requieren mayor cantidad de energía en su procesamiento y causan además un rápido desafilado de las herramientas de corte.
Medina (2003), determinó las características de maquinado de Eucalyptus urophilla S. T. Blake y Eucalyptus grandis Hill ex Maiden, provenientes de una plantación forestal comercial de 7 años de edad y recomienda cepillar la madera de estas especies utilizando un ángulo de corte de 30° y 29.33 marcas de cuchilla por centímetro. Con base en los resultados de maquinado obtenidos se recomienda usar la madera de las especies estudiadas en la elaboración de muebles y para ebanistería en general.
4. DATOS DE RECOLECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS ESPECIES
4.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE RECOLECCIÓN
De las cuatro especies de encino utilizadas para el presente trabajo tres fueron recolectadas en el Distrito de Desarrollo Rural (DDR) No. 02 Valles Centrales de Oaxaca (Q.
crassifolia, Q. laurina y Q. rugosa), que se localiza entre los paralelos 16° 34’ y 17° 10’ de
latitud norte y entre los meridianos 95° 54’ y 97° 37’ de longitud oeste del meridiano de Greenwich y Cuenta con una extensión territorial de 13987.58 km2 que representa el 17% de la superficie estatal.
Este distrito, presenta una topografía irregular con altitudes de 1010 a 2600 msnm; posee pendientes de 0.38% a 65%, su área de influencia se encuentra ubicada dentro de la provincia fisiográfica de la Sierra Madre del Sur. Sus ríos principales son el Atoyac y el Tlacolula o Salado que terminan uniéndose para formar el río Verde, que desemboca en la laguna de Chacahua en la región de la costa. La temperatura media anual es de 18° C, con una precipitación media anual de 725 mm y una evaporación de 1862 mm. En las partes montañosas de la región, se aprecia una cubierta vegetal compuesta de pino, encino, oyamel y selva baja caducifolia.
La otra especie (Q. affinis)se colectó en el Municipio de Acaxochitlán, estado de Hidalgo; cuya ubicación geográfica se encuentra entre los paralelos 20º 10’ y 20º 11’ de latitud Norte y los 98º 11’ y 98º 12’ de Longitud Oeste del Meridiano de Greenwich.
Se encuentra en la Región Hidrológica 27- Río Tuxpan-Nautla, dentro de la Cuenca d Río Tuxpan, y dentro de la subcuenca b Río Necaxa con 36,500 has de extensión superficial que cae administrativamente en la Región Forestal de Acaxochitlán y de la UCODEFO N° 1 de Tulancingo Hidalgo.
La Topografía que predomina es la de tipo lomerío con pendientes entre el 15 y 55% y exposiciones más frecuentes al noreste y altura sobre el nivel del mar de 2,200 m. La Temperatura media anual es de 18°C, con una precipitación invernal mayor al 5% y del mes más seco < 40mm para conformar un clima Templado Subhúmedo según el sistema climático de Koeepen modificado por Enriqueta García; Los suelos son del tipo Luvisol crómico (Lc),con acumulación de arcilla en el subsuelo, color café rojizo, textura arcillo limosa, estructura granular simple, PH ligeramente ácido y alto contenido de materia orgánica, el cual sustenta una vegetación de Bosque de Pino Encino mezclado, estratificado, asociado con vegetación arbustiva y herbácea.
4.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ESPECIES
4.2.1. Quercus affinis Scheid. Hort Belg.
Sinonímias: Q. acroglandis Kell
Nombre(s) común(es): manzanillo, escobilla, encino manzanillo, encino quiebracha y encino colorado.
Características generales: Árbol perennifolio hasta de 20 y 25 m de altura y de 50 a 100 cm o más de diámetro. Corteza escamosa, en piezas más o menos pequeñas, pero con apariencia muy rugosa en árboles viejos, de color café grisáceo oscuro o gris oscuro y casi negro. Ramas lisas, ramillas de uno a dos mm de grueso, ligeramente pubescentes pero glabrescentes al segundo año, de color café rojizo o grisáceo, a veces ligeramente acanaladas (Zavala, 1995).
Hojas delgadas pero tiesas, rojizas cuando jóvenes y verde oscuras y brillantes en el haz cuando maduras; oblongas, elípticas, elípticas, lanceoladas u oblongo-lanceoladas, de 2.5 a6 veces más largas que anchas, glabras en haz y envés excepto por algunos pequeños manojos de pelos presentes ocasionalmente en algunas hojas. Frutos bianuales generalmente solitarios, bellotas de ovoides hasta ancha o largamente elípticas, de 12 a 16 mm de largo y ocho a 12 mm de diámetro incluida un tercio o algo más en la cúpula (Zavala, 1995).
Se distribuye entre 1,200 y 2,900 msnm, árbol de seis a 12 m, a veces hasta 25 o más, de corteza obscura rugosa o casi lisa (Martínez, 1981). La madera presenta un color que va de blanco a café muy pálido en la albura y de color rosa en el duramen, no tiene olor ni sabor característicos, su brillo es alto en la albura y mediano en el duramen, veteado pronunciado, textura gruesa e hilo recto. Los poros presenta distribución semicircular. Su peso seco volumétrico verde es de 0.603 gr./cm3 y su dureza es alta (Fuentes, 1990).
4.2.2. Quercus crassifolia Humb. & Bonpl.
Sinonímias: Quercus brachystachys Benth., Quercus chicamolensis Trel., Quercus errans Trel., Quercus felipensis Trel., Quercus miguelitensis Trel., Quercus moreliana Trel.,
Quercus orbiculata Trel., Quercus stipularis Humb. Et Bonpl.
Nombre(s) común(es): Encino, Encino blanco, Encino chicharrón, Encino chilillo, Encino colorado, Encino hojarasco, Encino huaje, Encino pepitillo, Encino prieto, I´tuli (tarahumara), Rocorojco (tarahumara), Urikoste (purépecha), Wiin-puy-xoai (mixe).
Características generales: Árbol de ocho a 12 m de alto, algunas veces hasta de 20 m, diámetro de 25-50 cm., corteza oscura y acanalada; ramillas de dos a cinco mm de diámetro, con tomento café-amarillento, hojas jóvenes con abundante tomento amarillo en el haz, en hojas adultas haz liso y brillante de color verde claro, envés siempre tomentoso de color amarillo o amarillo oscuro, bellota ovoide de 15-20 mm de largo, de color café claro, glabras, fructifica de julio a agosto (Bello y Labat, 1987).
La madera presenta color castaño rojizo, contrastando con los rayos poliseriados que muestran un tono gris oscuro, no tiene olor ni sabor característicos, su brillo es mediano en las caras tangenciales y alto en las radiales, veteado pronunciado y textura gruesa, estas dos características ocasionadas principalmente por los rayos poliseriados; su hilo es recto. Los poros solitarios, presentan distribución circular y forman una o dos bandas en la madera temprana y, en la tardía, están arreglados en hileras radiales. El parénquima es vasicéntrico, reticulado y en bandas de color blanco; algunas células presentan cristales en
forma romboidal. Los rayos uniseriados y poliseriados son de tipo homogéneo, los primeros, sólo visibles con lupa, son numerosos y bajos, y los segundos visibles a simple vista (Pérez, 1985). Su peso seco volumétrico verde es de 0.618 gr. /cm3 y es clasificada como una madera pesada y de dureza alta (Fuentes, 1990)
Usos:
Artesanal: Tallo se usa para la fabricación de implementos agrícolas. Combustible: La planta completa se usa como leña o para elaborar carbón. Construcción: Es común el uso de los tallos como postes de cerca.
Medicinal: La corteza se cuece en agua y el líquido se usa contra el mal de orín, tomándolo tres veces al día por dos o tres días. En otro uso la corteza se machaca y hierve en agua y se usa para lavar las heridas. Las hojas de esta especie se calientan y se ponen en el cuello para aliviar las molestias de anginas inflamadas.
Comercialización: La leña derivada de encinos es un producto que se está expandiendo ampliamente. En algunas regiones el carbón de encino es empaquetado en pequeños costales de papel de dos a cinco Kg. de peso y exportado a Europa, principalmente a Alemania, Holanda y Dinamarca.
4.2.3. Quercus laurina Humb. Et Bonpl.
Sinonímias: Quercus barbinervis Benth., Quercus bourgaei Trel., Quercus caerulocarpa Trel., Quercus chrysophylla Humb. & Bonpl., Quercus itens var. Major A. DC., Quercus
Quercus roseovenulosa Trel., Quercus tlapuxahuensis A. DC., Quercus treleseana Camus, Quercus tridens Humb. & Bonpl.
Nombre(s) común(es): Encino blanco, Encino chilillo, Encino colorado, Encino laurelillo, Encino prieto, Encino uricua.
Características generales: Árbol de 10 a 40 metros de altura y 15 a 100 cm de diámetro; ramillas de 2-4 mm de grueso, hojas jóvenes cubiertas por pelos simples rojizos con pubescencia, hojas maduras coriáceas y rígidas, de verdes a ligeramente cafés lustrosas, envés verde a verde-amarillo brillante, fruto bianual, solitario o en pares, sobre un corto pedúnculo de tres a ocho mm de largo, bellota corta ovoide (Bello y Labat, 1987). Vegeta en bosques de encino entre los 1500-3200 msnm, generalmente sobre laderas o barrancas húmedas, suelos profundos, someros, rara vez rocosos; se asocia con especies como
Quercus rugosa, Q. candicans, Q. martinezii y Q. magnolifolia. En bosques de coníferas se
encuentra entre los 1500-3200 msnm, asociándose con especies como Pinus
pseudostrobus, P. montezumae, P. michoacana y P. leiophylla.
Madera con durámen castaño rojizo y albura de color rosa, no tiene olor ni sabor característicos, su brillo es bajo, veteado pronunciado y su textura gruesa, hilo recto. Los vasos presentan distribución circular, solitarios formando una banda en la madera temprana, e hileras radiales en la tardía. Parénquima de tipo vasicéntrico, reticulado y en bandas. Rayos uniseriados y poliseriados, de tipo homogéneo (Pérez, 1985).
Usos:
Artesanal: Los tallos se usan para fabricar cabos de herramienta. Combustible: Fuste y ramas se usan como leña y para hacer carbón. Construcción: Los tallos se usan como postes para cerca.
Comercialización: Se comercializan los postes y la leña en cargas, cuyo volumen oscila entre 0.02 – 0.05 m3 de acuerdo a la localidad. En algunas regiones del norte y centro el carbón de encino es envasado en costales de papel y enviado a supermercados, donde compite con el carbón de mezquite.
4.2.4. Quercus rugosa Née
Sinonimias: Quercus conglomerata Trel., Quercus decipiens Martens & Galeotti, Quercus
diversicolor Trel., Quercus durangensis Trel., Quercus purpusii Trel., Quercus reticulata
Humb. & Bonpl., Quercus rhodophlebia Trel., Quercus suchiensis Warb.
Nombre(s) común(es): Alvellana, Avellana, Encino blanco liso, Encino cuero, Encino de asta, Encino de miel, Encino negro, Encino prieto, Encino quiebra hacha, Encino roble, Roble, Sharari, Tocus.
Características generales: Árbol de 3-25 m de alto, tronco con un diámetro de 10-80 cm o más; ramillas de 3-6 mm de grueso, tomentosas al principio, después casi labras color café grisáceo; estipulas lineares u oblonceoladas, de 6-7 mm de largo o aún más escariosas y pilosas; hojas muy gruesas, rígidas y coriáceas, muy rugosas, envés tomentoso con pelos
ramificados, fruto solitario o en grupos de 2-3, involucro de 12-17 mm de diámetro por 7-9 mm de alto, bellota ovoide de 16-25 mm de largo por 9-14 mm de diámetro (Bello y Labat, 1987). Vegeta en bosques de encino entre 1800-2500 msnm; suele asociarse con Quercus
crassipes, Q. laurina, Q. obtusata y Q. castanea. En bosques de pino o en asociaciones
pino-encino su rango altitudinal es entre 1000-3200 msnm, se localiza en una amplia variedad de sitios aunque es más común en suelos profundos que someros y pedregosos. Se asocia con Pinus leiophylla, P. michoacana y P. lawsoni.
La madera presenta poca diferencia de color entre albura y durámen, no presenta brillo, su veteado es pronunciado, de textura gruesa e hilo recto, no tiene olor característico y su sabor es amargo. Vasos solitarios de distribución difusa, arreglados en pequeñas y grandes agrupaciones. Parénquima abundante apotraqueal en bandas. Rayos uniseriados numerosos y poliseriados, altos y anchos; fibras cortas y abundantes entre banda y banda del parénquima, abundantes cristales de forma romboidal en las células parenquimatosas (Pérez, 1976). La madera proveniente de esta especie se clasifica como excesivamente pesada y dura, altamente resistente a la flexión estática, impacto, compresión paralela y perpendicular al grano (Negrete, 1970).
Usos:
Artesanal: Los tallos se usan para fabricar cabos de herramienta.
Bebidas y licores: El fruto se utiliza para elaborar una bebida que suple al café. Combustible: El fuste y las ramas se usan como leña y para hacer carbón. Construcción: Los tallos se usan como postes para cerca.
Medicinal: La corteza se utiliza en el tratamiento contra la disentería, como hemostático y analgésico. También es muy usado para corregir padecimientos digestivos, genitourinarios, inflamaciones, infecciones y desórdenes del sistema respiratorio.
Comercialización: Se comercializan los postes y la leña en cargas, cuyo volumen oscila entre 0.02 – 0.05 m3 de acuerdo a la localidad. En algunas regiones del norte y centro el carbón de encino es envasado en costales de papel y enviado a supermercados, donde compite con el carbón de mezquite.
5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1. OBTENCIÓN DEL MATERIAL DE ENSAYO
Las tablas de donde se obtuvieron las probetas de ensayo se seleccionaron de un lote de madera aserrada de cada una de las especies estudiadas. La madera se secó inicialmente al aire libre y posteriormente se acondicionó en la estufa solar del Campo Experimental San Martinito, determinándose el contenido de humedad por el método de pesadas (Figura 1), quedando a los siguientes contenidos de humedad:
Quercus affinis 11.3%
Quercus crassifolia 11.0%
Quercus laurina 10.9%
Quercus rugosa 11.0%
Algunas secciones de tablas seleccionadas para el ensayo de torneado se acondicionaron a un contenido de humedad de:
Quercus affinis 15.5%
Quercus crassifolia 17.0%
Quercus laurina 16.0%
Quercus rugosa 16.1%
El número y especificaciones de las probetas de ensayo fueron de acuerdo a lo que establece la norma ASTM D 1666-87 (Anexo 1), excepto que las probetas de ensayo se obtuvieron saneando tablas de diferentes dimensiones (Figura 2) en lugar de tablas limpias con dimensiones fijas de 2.5 x 12.5 x 122 cm. (1” x 5” x 4”), debido a que, del material disponible no se podía obtener tablas libres de defectos de estas dimensiones. El número de probetas por ensayo en las cuatro especies fue de 50 para cada una, se procuró que las probetas tuvieran el mínimo de defectos (Figura 3) que desclasificaran la madera, tales como rajaduras, nudos e incrustaciones de corteza entre otros, con la finalidad de que al evaluar la calidad de los ensayos, los defectos presentes fueran atribuibles a las maquinas y herramientas, a las condiciones de trabajo y a las variables de estudio y no a los defectos de la madera.
Figura 3. Elaboración de probetas de ensayo con el mínimo de defectos.
5.2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y HERRAMIENTAS DE ENSAYO
Para la realización de los ensayos se utilizó la maquinaria que se encuentra instalada en la Planta Piloto de Trabajabilidad de la Madera, en el Campo Experimental San Martinito del CIR-Centro, ubicado en San Martinito, municipio de Tlahuapan, Puebla. Esto es:
1. Una máquina combinada cepillo, canteador y escoplo (Figura 4), Marca SCM
Modelo 2200 – FSB
Velocidad de alimentación 7.5 y 13 m/min Velocidad de giro del cabezal 5500 rpm
Mesa 79.5 x 51.5 cm
Diámetro del cabezal 11.8 cm Longitud del cabezal 50 cm
Número de cuchillas 4
Material de las cuchillas Acero rápido Dimensiones de las cuchillas 0.3 x 3.5 x 50 cm Potencia del motor 9 HP
Figura 4. Cepillo utilizado en el ensayo de cepillado.
2. Un taladro de pedestal (Figura 5),
Marca Karpinter Velocidad de giro del cabezal 1300 y 2500 rpm
Potencia del motor ½ HP Diámetro de la broca 1”
Figura 5. Taladro utilizado en el ensayo de barrenado.
3. Un trompo o molduradora de un cabezal (Figura 6), Marca Invicta Modelo Velox
Mesa 100 x 95 cm
Velocidad de giro del cabezal 4000, 6000, 8000 y 10000 rpm Potencia del motor 5 HP
Fresa La especificada por la norma, con aspas de carburo de tungsteno
Figura 6. Molduradora utilizada en el ensayo de moldurado.
4. Un torno semiautomático (Figura 7),
Marca Genari Armando
Modelo LM – 115
Velocidad de giro del cabezal 3270 y 5833 rpm Potencia del motor 5 HP
Cuchilla La especificada por la norma, en acero rápido
5. Una lijadora de banda (Figura 8)
Marca Invicta Modelo Astral
Mesa 410 x 165 cm
Velocidad lineal de la banda 1152 m/min Potencia del motor 5 HP
Lija Grano de granate 80 y 100
Las herramientas empleadas como ya se mencionó, están construidas en acero rápido, con excepción de la fresa para moldurar que es una aleación de carburo de tungsteno.
5.3. MÉTODO DE ENSAYO
5.3.1. Cepillado
Para el ensayo de cepillado la Norma ASTM indica que las dimensiones de las probetas son 19 x 102 x 910 mm con un contenido de humedad del 6% u otro siempre y cuando se especifique, que en este caso fueron los ya mencionados anteriormente. También especifica que el ensayo se debe realizar utilizando ángulos de corte de 15º, 20°, 25º y 30º, que fueron los usados en este trabajo, en combinación con 16.4 y 29.3 de marcas de cuchilla por centímetro que son diferentes a los especificados por la norma.
Para obtener los ángulos de corte de 15°, 20° y 25° se hizo un bisel en la parte posterior de las cuchillas, no así para el ángulo de 30° que se obtiene al montar las cuchillas en el cabezal.
El número de marcas de cuchilla por centímetro requeridas se obtuvo utilizando las velocidades de alimentación de 7.5 y 13 m/min. Calculándose con la siguiente fórmula:
A * B N =
C * 100 Donde:
N = Número de marcas de cuchilla por centímetro. A = rpm del cabezal portacuchillas
B = No. de cuchillas en el cabezal C = Velocidad de alimentación, m/min
5.3.2. Barrenado
Para el ensayo de barrenado se utilizaron dos velocidades de giro del cabezal 1300 rpm y 2500 rpm en lugar de la de 3600 rpm que especifica la norma, el tiempo de penetración promedio fue para Quercus affinis de 15.47 segundos, Q. crassifolia de 15.64 segundos, Q.
laurina de 16.7 segundos y Q. rugosa de 15.0 segundos usando 1310 rpm, y para cuando
se utilizó 2330 rpm fue para Q. affinis de 7.6 segundos, Q. crassifolia de 7.7 segundos, Q.
laurina de 7.8 segundos y Q. rugosa de 7.8 segundos.
5.3.3. Moldurado
En el ensayo de moldurado se utilizó un trompo y la fresa especificada por la norma, con aspas de carburo de tungsteno, con un diámetro de 15 cm y una velocidad de giro del cabezal portafresas de 8000 rpm. Lo que da una velocidad periférica de 62.83 m/seg, que se encuentra dentro del rango especificado para maderas duras por el CSR Training Center (1991) que es de 50-80 m/seg para fresas con aspas de carburo de tungsteno y una velocidad de alimentación promedio para Quercus affinis de 3.15 m/min, Q. crassifolia de 2.89 m/min, Q. laurina de 2.5 m/min y Q. rugosa de 2.63 m/min en el corte preliminar y en el corte final, Q. affinis de 2.79 m/min, Q. crassifolia de 3.07 m/min, Q. laurina de 3.8 m/min y Q. rugosa de 3.52 m/min las cuales son muy próximas a la velocidad de alimentación para molduras curvas, cuando la alimentación se hace de manera manual y que es de 3 m/min.
La velocidad periférica se calculó con la siguiente fórmula:
Vp = (D x π x Vr)/60
Donde:
Vp = Velocidad periférica (m/seg). D = Diámetro de la fresa (m) π = 3.1416
Vr = Velocidad de rotación del cabezal portafresas (rpm)
5.3.4. Torneado
Este ensayo de torneado de acuerdo con la norma se debe realizar a 6% y 12% de contenido de humedad, pero da la opción de realizarlo a otros contenidos de humedad siempre y cuando se especifiquen, en este caso las pruebas se realizaron a los contenidos de humedad que se señalan en seguida y a una velocidad de giro del cabezal de 3270 rpm. Los tiempos de torneado en promedio por especie y contenido de humedad fueron:
Especie Contenido de humedad Tiempo de torneado
Q. affinis 11.3% 6.18 m/min 15.5% Q. crassifolia 11.0% 6.39 m/min 17.0% Q. laurina 10.9% 6.45 m/min 16.0%
Q. rugosa 11.0% 6.18 m/min 16.1%
5.3.5. Lijado
Para el ensayo de lijado se utilizó una lijadora de banda con velocidad de alimentación promedio de 6.50 m/min, ejerciendo una presión constante sobre el cojín opresor de 4.573 kg, esto, en lugar de la lijadora de tambor de dos cabezas que especifica la norma. Las lijas usadas fueron del 80 y 100 con grano de gránate en lugar de grano de óxido de aluminio. La velocidad de alimentación promedio por especie fue la siguiente:
Q. affinis 6.18 m/min
Q. crassifolia 6.39 m/min Q. laurina 6.45 m/min
Q. rugosa 6.18 m/min
5.4. EVALUACIÓN DE DEFECTOS Y ESPECIES
La evaluación de los ensayos se realizó como lo establece la Norma ASTM D 1964-87 (ASTM, 1992), en la cual se consideran los siguientes defectos: grano astillado, grano apelusado, grano levantado, marcas de astilla, grano rasgado, grano comprimido y rayones, que se definen de la siguiente manera:
Grano astillado. Es la condición de aspereza que presenta la superficie de la madera cuando las fibras o traqueidas se desprenden de la superficie trabajada dejando pequeñas huellas en forma de agujeritos.
Grano apelusado. Es la condición de aspereza de la superficie de la madera en la que pequeñas partículas o grupos de fibras o traqueidas que no fueron cortadas por la herramienta de corte (fresa, cuchilla, broca, etc.) sobresalen de la superficie general de la tabla sin desprenderse, permaneciendo adheridas a ella.
Grano levantado. Es la condición de aspereza de la superficie de la madera en la que una parte del anillo de crecimiento u otra sección de madera se levanta sobre la superficie general de la pieza trabajada, debido a la diferencia de densidad entre madera tardía y madera temprana.
Marcas de astilla. Son huellas (abolladuras) poco profundas en la superficie de la tabla, causadas por virutas que permanecen adheridas al cabezal porta cuchillas del cepillo, debido a que no son eliminadas por el escape del mismo. Este defecto es exclusivo del ensayo de cepillado.
Grano rasgado.- Es la condición de aspereza que presenta la superficie trabajada de una pieza de madera, en donde las fibras o traqueidas son cortadas transversalmente por la herramienta de corte; este defecto se presenta en los ensayos de moldurado, torneado y barrenado.
Grano comprimido.- Son grupos de fibras aplastadas por efecto de la fricción de la broca, este defecto es exclusivo del ensayo de barrenado.
Rayones.- Son marcas semejantes a un rasguño, ocasionadas por la lija, por lo que este defecto se presenta exclusivamente en el ensayo de lijado.
La evaluación se realizó como lo establece la misma norma, basándose en la presencia y severidad de los defectos antes señalados, examinando las probetas visualmente y clasificándolas en cinco categorías (Cuadro 1).
Cuadro 1. Evaluación y clasificación de las muestras de ensayo. Grado Condición Descripción
1 Excelente Libre de defectos
2 Buena Con defectos superficiales que pueden eliminarse con lija del número 100
3 Regular Con defectos marcados que pueden ser eliminados utilizando una lija gruesa del número 60 y después una lija fina del número 100 4 Pobre Con defectos severos que para eliminarse se requiere cepillar de
nuevo la pieza de madera 5 Muy
pobre
Con defectos muy severos los cuales para eliminarlos será necesario sanear la pieza de madera
La evaluación del maquinado de la madera de la especie se realizó considerando la suma del porciento de piezas excelentes (E) y buenas (B), de acuerdo a la clasificación que se presenta en el Cuadro 2, excepto en el ensayo de torneado en donde se incluye además el porcentaje de probetas clasificadas como regulares, de acuerdo con la norma antes citada.
Cuadro 2. Clasificación del maquinado en función del porcentaje de piezas. % de piezas E + B Clasificación 90-100 Excelente 80-89 Buena 60-79 Regular 40-59 Pobre 0-40 Muy pobre
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
6.1. CEPILLADO
En el caso del Quercus affinis la mejor clasificación resultó al combinar un ángulo de corte de 15° y una velocidad de alimentación de 7.5 m/min para 29.3 marcas de cuchilla por centímetro, con una calificación excelente, y la peor se obtuvo al utilizar un ángulo de 30° con una velocidad de alimentación de 13 m/min y 16.9 marcas de cuchilla por centímetro con una clasificación de regular. En el Cuadro 3 también se puede observar que los mejores resultados en general se obtuvieron con la velocidad de alimentación menor, es decir, la de 7.5 m/min, que permite tener un mayor número de marcas de cuchilla por centímetro, lo cual coincide con lo expresado por Flores (1990), quien señala que al utilizar un mayor número de marcas de cuchilla por centímetro se tiene una mejor calidad en el cepillado, ya que es menor la cantidad de madera que tiene que remover cada cuchilla al cortar.
Cuadro 3. Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus affinis.
Angulo de corte Velocidad de alimentación en m/min # de marcas de cuchilla/cm % excelentes más buenas Clasificación Defecto más frecuente 7.5 29.3 100 Excelente 15° 13.0 16.9 96 Excelente G. astillado 7.5 29.3 98 Excelente G. astillado 20° 13.0 16.9 88 Bueno G. astillado 7.5 29.3 96 Excelente G. astillado 25° 13.0 16.9 84 Bueno G. astillado 7.5 19.3 86 Bueno G. astillado 30° 13.0 16.9 78 Regular G. astillado
Los buenos resultados que se obtuvieron en general para esta especie se pueden explicar por la dureza alta de su madera, lo que le imprime un adecuado grado de rigidez a las fibras, evitando con esto la presencia severa del grano astillado. Por otro lado, algunas de las características anatómicas de la madera de esta especie tales como, la distribución de semicircular a circular de su porosidad, la uniformidad del tamaño de sus poros y su hilo recto la hacen apropiada para un buen maquinado. Por consiguiente el grano astillado que fue el defecto más frecuente se puede atribuir a la presencia de hilo irregular, provocado por nudos en las tablas de donde se obtuvieron las probetas de ensayo, el cuál generalmente está asociado con esta alteración en el hilo de la madera.
Los resultados que se obtuvieron para Q. affinis coinciden con los presentados por Flores y Fuentes (1998) y Flores (1990) para esta misma especie, ya que aún cuando este último utilizó números de marcas de cuchilla por centímetro menores, señala que a mayor número de marcas de cuchilla por centímetro mayor calidad de cepillado y que a menor ángulo de corte mejores resultados de cepillado.
Para el Quercus crassifolia los mejores resultados se obtuvieron con la combinación de la velocidad de alimentación de 7.5 m/min con todos y cada uno de los ángulos de corte probados, es decir, 15°, 20°, 25° y 30°, lo que significa que el ángulo de corte en este caso no tuvo una influencia marcada en la calidad de cepillado, y que más bien el número de marcas de cuchilla por centímetro que está determinado por la velocidad de alimentación, fue el que definió la clasificación obtenida. Aunque se debe destacar que en general los resultados fueron excelentes para esta especie y que con excepción de la combinación del ángulo de corte de 25° y 16.9 marcas de cuchilla por centímetro que presento una buena
clasificación, apenas por debajo del porcentaje de probetas excelentes más buenas requeridas para alcanzar la categoría de excelente, como se puede ver en el Cuadro 4.
Cuadro 4. Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus crassifolia.
Angulo de corte Velocidad de alimentación en m/min # de marcas de cuchilla/cm % excelentes más buenas Clasificación Defecto más frecuente 7.5 29.3 100 Excelente G. astillado 15° 13.0 16.9 98 Excelente G. astillado 7.5 29.3 100 Excelente G. astillado 20° 13.0 16.9 94 Excelente G. astillado 7.5 29.3 96 Excelente 25° 13.0 16.9 88 Buena G. astillado 7.5 19.3 100 Excelente G. astillado 30° 13.0 16.9 90 Excelente G. astillado
El defecto más frecuente fue el de grano astillado y se presentó en un número de probetas muy reducido y de manera superficial, lo cual se debe a las características tecnológicas de la madera de esta especie como son la distribución circular de su porosidad, la uniformidad del tamaño de sus poros y su hilo recto, que contrarrestan la característica de textura gruesa, haciéndola apropiada para el maquinado, lo que se refleja en los excelentes resultados obtenidos.
Los resultados obtenidos en general para Q. crassifolia coinciden con los presentados para esta misma especie por Flores y Fuentes (1998) y Flores (1990), quienes señalan que a mayor número de marcas de cuchilla por centímetro mayor calidad de cepillado, aunque en este caso específico como ya se mencionó el ángulo de corte no presentó un efecto determinante en la calidad del cepillado.
En Quercus laurina al igual que para Q. crassifolia, los mejores resultados se obtuvieron para 29.3 de marcas de cuchilla por centímetro que implica la utilización de una menor velocidad de alimentación, para todos y cada uno de los ángulos de corte probados, lo que significa que en este caso también la calidad del cepillado estuvo determinada por el número de marcas de cuchilla por centímetro y que el ángulo de corte no tuvo un efecto claro en la clasificación obtenida para este ensayo (Cuadro 5). Aunque en general la clasificación obtenida fue excelente para todas las variables de estudio con excepción de la combinación del ángulo de corte de 30° con 16.9 marcas de cuchilla por centímetro, con la cual la clasificación obtenida fue buena.
Cuadro 5. Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus laurina.
Angulo de corte Velocidad de alimentación en m/min # de marcas de cuchilla/cm % excelentes más buenas Clasificación Defecto más frecuente 7.5 29.3 100 Excelente G. astillado 15° 13.0 16.9 92 Excelente G. astillado 7.5 29.3 100 Excelente G. astillado 20° 13.0 16.9 90 Excelente G. astillado 7.5 29.3 96 Excelente G. astillado 25° 13.0 16.9 90 Excelente G. astillado 7.5 19.3 100 Excelente G. astillado 30° 13.0 16.9 84 Buena G. astillado
Los excelentes resultados obtenidos se pueden atribuir a las características tecnológicas presentadas por la madera de esta especie como es el hecho de que sea una madera pesada y de dureza alta, de hilo recto y porosidad circular, que la hacen apropiada para un excelente maquinado. La presencia del grano astillado que fue el defecto más frecuente se puede explicar por el hilo irregular, provocado por nudos en las tablas de donde se obtuvieron las probetas de ensayo.
Los resultados obtenidos para Q. laurina coinciden con los presentados por Flores (1991) para esta misma especie, quien señala que el número de marcas de cuchilla por centímetro influye de manera directa en la calidad de cepillado, pero el ángulo de corte no tuvo un efecto determinante en la calidad del cepillado.
Para Quercus rugosa en los ángulos de corte de 15° y 20° el número de marcas de cuchilla al parecer no presento un efecto determinante en la calidad de cepillado, ya que tanto con 29.3 y 16.9 marcas de cuchilla por centímetro se obtuvieron excelentes resultados. Para los ángulos de corte de 25° y 30° se obtiene un mayor porcentaje de probetas excelentes más buenas con 19.3 marcas de cuchilla por centímetro, por lo que en este caso si se puede apreciar la influencia del número de marcas de cuchilla por centímetro, aún cuando no haya un cambio drástico de categoría (Cuadro 6).
Cuadro 6. Comportamiento al cepillado de la madera de Quercus rugosa.
Angulo de corte Velocidad de alimentación en m/min # de marcas de cuchilla/cm % excelentes más buenas Clasificación Defecto más frecuente 7.5 29.3 100 Excelente 15° 13.0 16.9 100 Excelente 7.5 29.3 100 Excelente G. astillado 20° 13.0 16.9 100 Excelente G. astillado 7.5 29.3 100 Excelente G. astillado 25° 13.0 16.9 94 Excelente G. astillado 7.5 19.3 98 Excelente G. astillado 30° 13.0 16.9 84 Buena G. astillado
El defecto que se presentó con mayor frecuencia fue el grano astillado, pero este se dio en un número de probetas reducido y de manera superficial, lo que puede explicarse por las
características tecnológicas de la madera de esta especie, que la hacen apropiada para el maquinado como son su hilo recto, su densidad básica que es de 0.66 y su dureza alta.
Los resultados obtenidos para Q. rugosa coinciden con los presentados para esta misma especie por Flores (1991), quien señala que la menor calidad fue para el ángulo de corte menor, o sea el de 30°, al igual que en este trabajo, y que el número de marcas de cuchilla por centímetro no influyó de manera directa en la calidad de cepillado.
El análisis de estas dos variables, ángulo de corte y número de marcas de cuchilla por centímetro, en general demuestran que los mejores resultados se obtienen combinando un ángulo de corte pequeño con un mayor número de marcas. El efecto de este último parece ser mas importante, ya que, con excepción de Q. rugosa, en las demás especies se manifiesta claramente el efecto del número de marcas de cuchilla por centímetro.
6.2. BARRENADO
El excelente resultado obtenido en el ensayo de barrenado se puede atribuir a la rigidez de las fibras de la madera y a su hilo recto que contrarresto la presencia de grano comprimido que es el defecto más común en este ensayo, únicamente se presentó el grano apelusado con poca severidad sin que influyera en la calidad de la superficie de la perforación. La calidad del barrenado se mejora al disminuir la velocidad de penetración al iniciar el contacto de la broca con la madera y aumentar después la velocidad de penetración para disminuirla nuevamente al final de la operación.
Los resultados obtenidos coinciden con los obtenidos por Flores y Fuentes (1998) y Flores (1990) para Quercus affinis y Q. crassifolia, quienes no encontraron influencia de la velocidad de giro del portabrocas al probar las mismas velocidades de rotación que las probadas en este trabajo (Cuadro 7). Para Q. rugosa se coincide con los resultados excelentes encontrados por Flores (1991) para la misma especie y para Q. laurina se difiere de los resultados clasificados como buenos por este mismo autor, ya que en el presente trabajo se obtuvieron excelentes resultados con las dos velocidades de giro de la broca probadas.
Cuadro 7. Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al barrenado.
Especie rpm de la broca T.E.C. Vel. de alimentación en m/min % exc. más buenas Clasificación Defecto más frecuente 1300 15.47 0.074 100 Excelente G. apelusado Q. affinis 2500 7.6 0.150 100 Excelente G. apelusado 1300 15.64 0.073 100 Excelente G. apelusado Q.
crassifolia 2500 7.7 0.148 100 Excelente G. apelusado
1300 16.7 0.068 100 Excelente G. apelusado Q. laurina 2500 7.8 0.146 100 Excelente G. apelusado 1300 15.0 0.076 96 Excelente G. apelusado Q. rugosa 2500 7.8 0.146 100 Excelente G. apelusado
T.E.C.: Tiempo efectivo de corte.
6.3. MOLDURADO
En el ensayo de moldurado se obtuvieron resultados excelentes, en este caso las dimensiones reducidas de las probetas evitó que se manifestara el hilo irregular que provoca la presencia severa del grano astillado, presentándose este defecto principalmente al cambiar el corte de la dirección transversal a la longitudinal, en tanto que la presencia
del grano apelusado fue superficial y no influyó de manera negativa en la calidad. También se puede atribuir a la velocidad de giro (8000 rpm) del cabezal porta-herramientas de corte empleada y a las características anatómicas y propiedades físico-mecánicas de la madera de las especies estudiadas, que ya se han señalado con anterioridad.
Flores y Fuentes (1998) obtienen resultados diferentes en el corte final para Quercus affinis y Q. crassifolia, a los presentados en el Cuadro 8, pues ellos clasificaron los resultados para este corte final como regulares, pero su clasificación para el corte preliminar coincide con la que se tuvo en este trabajo. Mientras que la clasificación obtenida en el corte final coincide con la dada por Flores (1990). Para Q. laurina y Q. rugosa se coincide con los excelentes resultados encontrados por Flores (1991) para la misma especie.
Cuadro 8. Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al moldurado.
Especie rpm de la fresa T.E.C. Vel. de alimentación en m/min % exc. más buenas Clasificación Defecto más frecuente 8000P 7.6 3.15 96 Excelente G. astillado Q. affinis 8000F 8.6 2.79 100 Excelente G. apelusado 8000P 8.3 2.89 88 Buena G. astillado Q.
crassifolia 8000F 7.8 3.07 96 Excelente G. astillado
8000P 9.6 2.50 94 Excelente G. astillado
Q. laurina 8000F 6.3 3.80 98 Excelente G. astillado
y apelusado
8000P 9.1 2.63 92 Excelente G. astillado
Q. rugosa
8000F 6.8 3.52 92 Excelente G. astillado
6.4. TORNEADO
En el ensayo de torneado el contenido de humedad no presenta un efecto determinante en la calidad de la superficie torneada, ya que con excepción del Q affinis en donde el menor contenido de humedad empleado hace que la clasificación sea buena, en todas las demás especies los resultados obtenidos fueron excelentes. Pero aún en el caso del Q affinis la clasificación de buena para el menor contenido de humedad se encuentra en el límite superior del porcentaje de probetas excelentes más buenas más regulares de esta categoría, lo que implica que si se hubiese obtenido una probeta más con regulares características de torneado esta también habría tenido excelentes resultados para este ensayo, lo que difiere de lo señalado por Flores (1990), quien menciona que el contenido de humedad afecta la calidad del torneado. El hecho de que en general se hayan obtenido excelentes resultados para este ensayo en ambos contenidos de humedad se puede deber a que todos los contenidos de humedad fueron elevados como se puede observar en el Cuadro 9.
Cuadro 9. Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al torneado.
Especie rpm del cabezal porta-herramientas T.E.C. Contenido de humedad en % % excelentes + buenas + regulares
Clasificación Defecto mas frecuente 3270 13.7 11.3 88 Buena G. astillado Q. affinis 3270 9.8 15.5 96 Excelente G. astillado 3270 14.4 11.0 96 Excelente G. apelusado Q. crassifolia 3270 10.2 17.0 96 Excelente G. astillado 3270 14.7 10.9 96 Excelente G. apelusado Q. laurina 3270 9.9 16.0 100 Excelente G. astillado 3270 15.3 11.0 92 Excelente G. astillado Q. rugosa 3270 9.5 16.1 98 Excelente G. astillado
6.5. LIJADO
El hilo recto y la dureza alta, contrarrestaron el efecto de la textura gruesa heterogénea de la madera de las cuatro especies y permitió obtener resultados excelentes en la prueba de lijado, presentándose como defecto más frecuente el grano apelusado pero en un número muy reducido por especie y de forma muy superficial. Coincidiendo los resultados obtenidos para las cuatro especies con los determinados por Flores y Fuentes (1998), Flores (1990) y Flores (1991).
Cuadro 10. Comportamiento de la madera de las cuatro especies de encino al lijado.
Especie Velocidad lineal de la banda en m/min T.E.L. Contenido de humedad en % % excelentes más buenas Clasificación Defecto mas frecuente Q. affinis 1152 8.9 6.18 100 Excelente G. apelusado Q. crassifolia 1152 8.6 6.39 100 Excelente G. apelusado Q. laurina 1152 8.5 6.45 100 Excelente G. apelusado Q. rugosa 1152 8.9 6.18 100 Excelente G. apelusado T.E.L.: Tiempo efectivo de lijado.
7. CONCLUSIONES
En el ensayo de cepillado, la mejor calidad de superficie de la madera se obtuvo utilizando ángulos pequeños de corte (15°) y un número mayor de marcas de cuchilla por centímetro (29.3); a medida que el número de marcas fue menor para un determinado ángulo, los resultados fueron de menor calidad.
La presencia del hilo irregular, degrada la calidad del cepillado de la madera.
La madera de todas las especies estudiadas presenta excelentes características de maquinado en las operaciones de torneado, taladrado, moldurado y lijado.
El contenido de humedad no presento ningún efecto sobre la calidad del torneado.
La madera de estas especies por su excelente comportamiento ante las máquinas y herramientas es apropiada para ser utilizada por la industria maderera en la elaboración de productos terminados con un mayor valor agregado como molduras, lambrines, muebles, etc.
8. RECOMENDACIONES
En la operación de cepillado se recomienda utilizar ángulos de corte menores a los que actualmente está utilizando la industria maderera del país (30°), y utilizar el mayor número de marcas de cuchilla por centímetro para obtener mejor calidad de superficie.
Se recomienda hacer pruebas de torneado en un rango mayor de contenido de humedad, para observar mas detenidamente su efecto, así como el del secado posterior de la madera torneada, en la calidad de la superficie.
