Diciembre 2024
ISSN 2953-6367
Vol. 5, No.13, PP.105-118
http://revistainvestigo.com
https://doi.org/10.56519/q7jbbh36
Revista Científica Multidisciplinaria InvestiGo
Riobamba – Ecuador
Cel: +593 97 911 9620
revisinvestigo@gmail.com 105
OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE SECADO DE MADERA DE
CIPRÉS (CUPRESSUS SEMPERVIRENS) PARA SU APLICACIÓN
EN CONSTRUCCIÓN MEDIANTE MODELOS PREDICTIVOS
OPTIMIZATION OF THE DRYING PROCESS OF CYPRESS WOOD
(CUPRESSUS SEMPERVIRENS) FOR ITS APPLICATION IN
CONSTRUCTION THROUGH PREDICTIVE MODELS
Estefani Catherine Rojas Vallejo
1
, María Isabel Uvidia Fassler2, María Fernanda Rojas Vallejo3,
Michelle Caroline Bonilla Coca4
erojval@upv.edu.es1, muvidia@unach.edu.ec2, mfrojas@unach.edu.ec3, michelle.bonilla@unach.edu.ec4
Fecha de recepción: 11/11/2024 / Fecha de aceptación: 30/11/2024 / Fecha de publicación: 2/12/2024
RESUMEN: Este estudio investigó el proceso de secado de la madera de Cupressus
sempervirens mediante convección con aire caliente, un material importante en la
construcción. El propósito fue analizar cómo varía el Porcentaje de Humedad Remanente (PHR)
durante el proceso de secado, bajo tres temperaturas distintas (70, 80 y 90 °C) y con una
velocidad de aire constante de 2 m/s. Se emplearon los modelos matemáticos de Newton-Lewis
y Midilli para ajustar y prever el comportamiento del PHR. Los resultados indicaron que los
valores del PHR se ajustaron correctamente a ambos modelos, lo que permitió controlar el
proceso de secado de manera efectiva, preservando las propiedades físicas y estructurales de
la madera. Estos modelos demostraron ser útiles para evitar un secado excesivo, manteniendo
las características originales de la madera. Además, su simplicidad facilitó la gestión del
proceso, lo cual es crucial para optimizar la calidad de la madera destinada a la construcción. El
estudio también identifico que al utilizar estos modelos matemáticos no fue necesario realizar
numerosos experimentos físicos, lo que redujo considerablemente el tiempo y los costos
asociados al proceso. Esto resultó en una mayor eficiencia y sostenibilidad en la industria del
secado de madera, al mismo tiempo que se mejoró la calidad del material. Los resultados
sugieren que los modelos matemáticos de Newton-Lewis y Midilli son herramientas altamente
efectivas y económicas para controlar el proceso de secado de la madera de Cupressus
sempervirens. Estos modelos permiten predecir de manera precisa el comportamiento de la
humedad durante el secado, lo que facilita la optimización de este proceso. Al aplicar estos
modelos, se puede regular el secado de forma eficiente, evitando el deterioro de la madera
debido a un secado excesivo o insuficiente, garantizando que la madera cumpla con los altos
1
Universidad Nacional de Chimborazo (UNACH), Riobamba-Ecuador, https://orcid.org/0009-0002-7818-9184.
2Universidad Nacional de Chimborazo (UNACH), Riobamba-Ecuador, https://orcid.org/0000-0001-7862-4460.
3Universidad Nacional de Chimborazo (UNACH), Riobamba-Ecuador, https://orcid.org/0000-0002-7105-5530.
4Universidad Nacional de Chimborazo (UNACH), Riobamba-Ecuador, https://orcid.org/0000-0002-3247-8995.
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CONSTRUCCIÓN MEDIANTE MODELOS PREDICTIVOS
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estándares de calidad requeridos en la industria de la construcción, reduciendo los costos
asociados a procesos de secado ineficientes y mejorando la sostenibilidad en el uso de recursos.
Palabras clave: Cinética de secado, Cupressus Sempervirens, modelo de secado de Newton-
Lewis, modelo matemático Midilli
ABSTRACT: This study investigated the drying process of Cupressus sempervirens wood using
hot air convection, a material important in construction. The aim was to analyze how the
Remaining Moisture Percentage (RMP) varies during the drying process, under three different
temperatures (70, 80, and 90 °C) and with a constant air velocity of 2 m/s. The Newton-Lewis
and Midilli mathematical models were used to adjust and predict the behavior of the RMP. The
results indicated that the RMP values fit both models accurately, allowing effective control of
the drying process while preserving the physical and structural properties of the wood. These
models proved useful in preventing excessive drying, maintaining the original characteristics of
the wood. Additionally, their simplicity facilitated process management, which is crucial for
optimizing the quality of wood intended for construction. The study also identified that using
these mathematical models eliminated the need for numerous physical experiments,
significantly reducing the time and costs associated with the process. This resulted in greater
efficiency and sustainability in the wood drying industry, while also improving the quality of
the material. The results suggest that the Newton-Lewis and Midilli mathematical models are
highly effective and cost-efficient tools for controlling the drying process of Cupressus
sempervirens wood. These models allow for precise prediction of moisture behavior during
drying, facilitating the optimization of the process. By applying these models, the drying process
can be regulated efficiently, preventing wood deterioration due to over- or under-drying,
ensuring the wood meets the high-quality standards required in the construction industry,
reducing costs associated with inefficient drying processes, and improving sustainability in
resource usage.
Keywords: Drying kinetics, Cupressus Sempervirens, Newton-Lewis drying model, Midilli
mathematical model
INTRODUCCIÓN
El secado de madera es un proceso fundamental en la industria forestal, especialmente en
especies como el ciprés, que se utiliza en distintos ambitos, desde la construcción hasta la
fabricación de muebles y elementos decorativos (1). Sin embargo, el proceso de secado de
madera, particularmente el de especies con características particulares como el ciprés, puede ser
complejo debido a la variabilidad en sus propiedades físicas y la influencia de factores
ambientales (2).
El comportamiento de la madera principalmente está condicionado por su contenido de humedad
(3), motivo por el cual es importante reducir el contenido de agua antes de ser usada en la
construcción, llevándolo a un nivel adecuado según las condiciones del lugar de uso (4). Factor
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107
que es esencial para asegurar que el producto final sea estable y funcione correctamente. En
general, las industrias de la madera reciben la materia prima en su estado húmedo, lo que
requiere procesos de secado previos para su posterior uso (5). Un manejo adecuado de este
proceso es crucial para evitar defectos en la madera, como grietas o deformaciones, que puedan
comprometer la calidad del producto final (6).
En este contexto, el diseño de modelos predictivos en el secado de ciprés se presenta como una
herramienta clave para optimizar el proceso (7), proporcionando predicciones más precisas sobre
el comportamiento de la madera durante el secado, en función de variables como temperatura,
humedad relativa, tiempo y grosor de las piezas (8). Estos modelos, desarrollados a partir de
técnicas estadísticas y de aprendizaje automático, pueden ayudar a mejorar la eficiencia del
secado de madera, reducir pérdidas económicas y minimizar el impacto ambiental al reducir el
consumo energético (9).
El presente artículo se basa en la aplicación de modelos predictivos para el secado de ciprés,
explorando sus fundamentos, metodologías y resultados obtenidos en estudios recientes. Se
pretende resaltar la importancia de estos modelos en la mejora del proceso industrial y su
potencial para innovar en el sector forestal, con una visión integral permitiendo así la mejora de
la calidad final producto (10).
El proceso de secado de plantas está influenciado por factores como la temperatura, el método,
la humedad ambiental y la velocidad de secado, que afectan la conservación de sus propiedades
y apariencia (11). La calidad del secado de madera se relaciona a la eficacia en la reducción o
eliminación de humedad, lo cual varía según el tipo de material y las necesidades específicas de
humedad residual (12). Para controlar este proceso, es esencial monitorear la cinética de secado
mediante modelos matemáticos que predicen el comportamiento de las plantas durante la
deshidratación.
Esta investigación tiene como objetivo optimizar el proceso para el secado de la madera de ciprés
(Cupressus Sempervirens) para su uso en la construcción, a través de la implementación de
modelos predictivos que simulen el comportamiento de la madera durante el proceso de secado.
Mediante estos modelos, se busca ajustar las condiciones de secado para mejorar la eficiencia del
proceso, reducir defectos como grietas y deformaciones, y garantizar la estabilidad dimensional
y la calidad del producto final. Además, se pretende aumentar la sostenibilidad al optimizar los
parámetros de secado y reducir el consumo energético. Para este estudio se aplicó el modelo de
Newton-Lewis y Midilli.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente estudio utiliza un enfoque experimental para examinar la cinética del secado,
enfocándose en el análisis detallado del comportamiento del Cupressus Sempervirens a lo largo
del proceso de secado, considerando variables clave como la temperatura y el tiempo. En esta
investigación para obtener datos más eficientes y exactos se empleó el modelamiento de secado
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bajo las teorías que establece Newton- Lewis y Midilli, lo que permitió ajustar modelos
matemáticos cinéticos y visualizar los resultados de manera más controlada y optimizada.
Secado en el laboratorio
Para el estudio, se utilizaron tablones de madera de 10x10cm con un espesor de 2cm, los cuales
fueron recolectados en el cantón Espejo, provincia de Carchi. El secado de la madera se realizó
mediante un secador eléctrico. Para mantener la calidad composicional y la turgencia de la
madera, la velocidad de secado se incrementó elevando la temperatura, siempre dentro de los
límites que nos afecten el producto y su calidad final. Cabe resaltar que el aumento excesivo de
la temperatura podría comprometer las propiedades físicas, químicas o biológicas de la madera.
El secador utilizado fue capaz de mantener un flujo de aire con una temperatura controlada en
un rango de 70 a 90 C, y una velocidad de 0,1 a 3,0m/s ±0,05, medida mediante un anemómetro.
Las muestras fueron pesadas mediante una balanza electrónica de alta precisión con una
exactitud de 0,01g.
Determinación de la de humedad remanente
La proporción de humedad remanente se refiere a la cantidad de humedad que queda en el
Cupressus Sempervirens después del proceso de secado o deshidratación. Esta proporción es
esencial en diversas industrias, ya que la presencia de humedad residual puede afectar las
propiedades del producto final. La determinación de la humedad remanente se expresa
generalmente como un porcentaje del peso del material.
Humedad Remanente (%) = (Peso Inicial Peso Inicial - Peso Seco) ×100
(1).
Peso Inicial: Es el peso en gramos del Cupressus Sempervirens antes del proceso de secado, Peso
Seco: Es el peso en gramos del Cupressus Sempervirens después de completar el proceso de
secado.
En la Figura 1 se ilustran los pasos seguidos para determinar la PHR. Los tablones de madera de
Cupressus Sempervirens fueron secados mediante aire caliente con una velocidad de 2 m/s, a
temperaturas de 70, 80 y 90 °C. Durante el proceso, se realizaron pesajes tanto al inicio como al
final, en determinados intervalos de tiempo, para monitorear la pérdida de humedad.
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Figura 1. Secuencia de eventos ejecutados para obtener la proporción de humedad remanente.
La determinación de la humedad remanente es fundamental para asegurar que el Cupressus
Sempervirens se encuentre dentro de los rangos aceptables para su uso específico. Un contenido
de humedad excesivo puede ocasionar problemas como deterioro del producto, la pérdida de
estabilidad y el crecimiento de microorganismos. Mientras que un secado excesivo podría resultar
en la pérdida de propiedades esenciales del Cupressus Sempervirens.
Para obtener mediciones precisas de la humedad remanente, se emplean técnicas modernas
como los analizadores de humedad, que proporcionan resultados más rápidos y exactos en
relación con métodos tradicionales, como por ejemplo el secado en estufa y el pesaje continuo.
El crucial ajustar el proceso de secado de madera en función de las necesidades del material y su
aplicación final, con la finalidad de garantizar que se alcance la humedad remanente óptica.
Velocidad de secado
La velocidad de secado hace referencia a la rapidez con la que se elimina la humedad del
Cupressus Sempervirens durante el proceso de secado o deshidratación. Este parámetro es crucial
en diversas industrias, debido a que directamente influye en la eficiencia del proceso, además
puede afectar la calidad final del producto. Factores como el tipo de Cupressus Sempervirens,
temperatura, humedad relativa, espesor del material, flujo de aire y propiedades del agua
generan un papel importante para determinar la velocidad de secado. Es fundamental gestionar
este proceso con cuidado para evitar problemas como la formación de grietas, pérdida de
propiedades del material o la variabilidad en la calidad. Lograr un equilibrio adecuado entre la
velocidad de secado y la conservación de las características del material es clave para obtener
resultados satisfactorios.
La velocidad o rapidez del secado puede determinarse aplicando la siguiente ecuación:
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𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 [ 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑦𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜] = 𝑑ℎ(𝑡)
𝑑𝑡 ≈ℎ(𝑡+∆𝑡)−ℎ(𝑡)
∆𝑡
(2)
dh: proporción remanente de agua; t: tiempo; k: constante; h: humedad
Modelado del secado
El modelado del proceso de secado consiste en desarrollar ecuaciones matemáticas que
describen como la humedad de un material disminuye a medida que transcurre el tiempo durante
el secado. Estos modelos son herramientas esenciales para comprender y optimizar dicho
proceso. Es fundamental validar los modelos con datos experimentales para garantizar su
precisión y aplicabilidad. Los parámetros del modelo se ajustan con base obtenidos durante el
secado real del material. La selección del modelo adecuado corresponde a las características del
material y de las condiciones específicas del proceso de secado o deshidratación. Es común
utilizar modelos combinados o adaptados para abordar las particularidades tanto del material
como del sistema de secado. Así, los modelos se convierten en herramientas clave para la
optimización y diseño de procesos de secado en diferentes sectores industriales.
Diversos estudios han demostrado la efectividad de modelos matemáticos ajustados a datos
experimentales del porcentaje de humedad restante en el secado de maderas. En esta
investigación, se empleó el modelo de Newton, derivado teóricamente bajo ciertas suposiciones
que simplifican las soluciones de la segunda Ley de Fick. Este modelo asume que existen una
relación directa entre el contenido promedio de agua y el tiempo de secado.
RESULTADOS
La determinación de la proporción de humedad remanente en relación con el tiempo fue
realizada experimentalmente bajo tres condiciones de temperatura de secado: 70 °C, 80 °C y 90
°C. Para realizar este análisis, se pesaron las muestras de Cupressus sempervirens antes de iniciar
el proceso de secado, con el fin de obtener un peso inicial de referencia. Posteriormente, se
procedió a secar las muestras en las mencionadas temperaturas, realizando mediciones
periódicas del peso hasta que este alcanzó un valor constante, lo que indica que el proceso de
evaporación de la humedad había finalizado de manera efectiva.
El proceso de secado se consideró concluido cuando el peso de las muestras se estabilizó y no
mostró cambios significativos en varias mediciones sucesivas. Este comportamiento de
estabilidad del peso sugiere que la cantidad de humedad remanente en las muestras había
llegado a un equilibrio con las condiciones ambientales de secado (13). Los datos obtenidos
durante estos ensayos han sido utilizados para el modelado del proceso de secado, permitiendo
el análisis de la relación entre el tiempo de secado y las diferentes temperaturas aplicadas.
La tabla 1 presenta los registros experimentales de los valores de la PHR (Porcentaje de Humedad
Remanente) durante el proceso de secado de una muestra a una temperatura constante de 70
°C. A lo largo de 20 horas de secado, se observa cómo el peso de la humedad disminuye
progresivamente, lo que provoca una reducción en el porcentaje de humedad remanente. Al
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inicio (0 horas), el material tiene una humedad del 100%, y después de 20 horas de secado, la
humedad remanente es del 21,99%. Esto indica que el proceso de secado es eficaz, eliminando
gradualmente la humedad del material
Tabla 1. Registros experimentales de los valores de la PHR durante el secado a temperaturas de 70 °C.
Temperatura (°c)
Tiempo (horas)
Peso de la humedad
(gramos)
Humedad
(gramos)
70
0
500,73
0,00
1
459,12
41,61
2
407,73
93,00
3
383,39
117,34
4
359,62
141,11
5
325,17
175,56
6
309,25
191,48
7
293,64
207,09
8
258,19
242,54
9
233,79
266,95
10
217,56
283,17
11
196,57
304,16
12
171,80
328,93
13
150,52
350,21
14
133,33
367,40
15
125,43
375,30
16
118,77
381,96
17
115,54
385,19
18
110,43
390,31
19
110,21
390,52
20
110,12
390,62
La Tabla 2 presenta los registros experimentales de los valores de la Pérdida de Humedad Relativa
(PHR) durante el secado de ciprés a 80 °C. Los datos incluyen el tiempo de secado en horas, el
peso total del material, el peso de la humedad, la cantidad de humedad en gramos y el porcentaje
de humedad restante. A lo largo del proceso de secado, el porcentaje de humedad disminuye
progresivamente, comenzando en un 100% al inicio del secado (0 horas) y bajando gradualmente
hasta estabilizarse alrededor del 21.9% al final del proceso (18 horas). Este comportamiento
refleja la reducción de la humedad en el material conforme avanza el tiempo de exposición a la
temperatura de 80 °C.
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Tabla 2. Registros experimentales de los valores de la PHR durante el secado a temperaturas de 80 °C.
Temperatura (°c)
Tiempo (horas)
Peso de la humedad
(gramos)
Humedad
(gramos)
Humedad (%) phr
80
0
500,90
0,00
100,00
1
451,87
49,03
90,21
2
401,16
99,75
80,09
3
383,39
117,51
76,54
4
342,80
158,11
68,44
5
322,23
178,67
64,33
6
295,99
204,91
59,09
7
276,32
224,58
55,16
8
232,59
268,32
46,43
9
216,14
284,77
43,15
10
190,97
309,93
38,13
11
160,27
340,64
32,00
12
146,18
354,72
29,18
13
129,68
371,23
25,89
14
116,80
384,10
23,32
15
113,23
387,68
22,60
16
109,85
391,06
21,93
17
110,03
390,87
21,97
18
109,73
391,18
21,91
La Tabla 3 muestra los registros del Porcentaje de Humedad Remanente (PHR) durante el secado
de un material a 90°C. En la tabla se presentan valores de tiempo, peso de la humedad, humedad
(en gramos) y el porcentaje de humedad (%). Al inicio del experimento, cuando el tiempo es 0
horas, la humedad es del 100%. A medida que transcurre el tiempo de secado (de 1 a 16 horas),
el peso de la humedad disminuye y, consecuentemente, la humedad (%) también se reduce al
21,32% al final del proceso de secado. Este comportamiento refleja la reducción progresiva de la
humedad en el material a medida que aumenta el tiempo de exposición a la temperatura de 90°C.
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Tabla 3. Registros experimentales de los valores de la PHR durante el secado a temperaturas de 90 °C.
Temperatura (°c)
Tiempo (horas)
Peso de la humedad
(gramos)
Humedad
(gramos)
Humedad (%) phr
90
0
501,09
0,00
100,00
1
343,89
157,20
68,63
2
411,88
89,21
82,20
3
370,47
130,62
73,93
4
345,45
155,64
68,94
5
312,89
188,20
62,44
6
287,21
213,88
57,32
7
248,87
252,22
49,67
8
210,31
290,78
41,97
9
179,42
321,67
35,81
10
161,66
339,43
32,26
11
133,12
367,97
26,57
12
121,94
379,15
24,34
13
113,41
387,68
22,63
14
111,29
389,80
22,21
15
110,42
390,67
22,04
16
106,83
394,26
21,32
Modelamiento de Secado: A continuación, se muestran los distinto modelamientos de secado.
Modelamiento de secado Newton- Lewis
El proceso de modelamiento del secado consistió en la formulación de ecuaciones matemáticas
que describen cómo varía la humedad contenida en un material a lo largo del tiempo durante el
proceso de secado. Esta tares se realizó mediante el modelo matemático de Newton- Lewis, el
cual es ampliamente estudiado por su capacidad para representar la cinética de secado en
materiales porosos. Este modelo asume que la tasa de pérdida de humedad está directamente
relacionada con la diferencia de concentración de la humedad entre la superficie del material de
estudio y su interior, lo que permite describir el traspaso de masa durante el proceso de secado
de manera precisa (14).
El modelo de Newton- Lewis considera los cambios en la humedad en función del tiempo y de las
condiciones del proceso de secado, tales como la velocidad del aire circundante y la temperatura
(15). Para validar y ajustar el modelo, se emplearon los datos analizados obtenidos durante el
proceso de secado realizados a diferentes temperaturas, como se mencionó previamente. La
aplicación del modelo permitió predecir la evolución de la humedad a lo largo del tiempo,
facilitando la comprensión del comportamiento del material durante el secado bajo distintas
condiciones térmicas. Los resultados que se obtuvieron del modelado se evidencia en la Tabla 4,
donde se detallan las ecuaciones formuladas y los parámetros utilizados para describir el proceso
de secado.
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Tabla 4. Modelamiento de secado Newton- Lewis
MODELO
TEMPERATURA
K
N
R2
RMS
Newton-
Lewis
70
0,08624
0,99338
1,98896
80
0,09403
0,99202
2,21626
90
0,07973
0,94972
5,39847
Figura 2. Modelamiento de secado Newton- Lewis
Temperaturas de secado 70, 80 y 90° C
Modelamiento de secado Midilli
El proceso de modelado del secado consistió en desarrollar un conjunto de ecuaciones
matemáticas que describen cómo cambia la humedad de un material a lo largo del tiempo
durante su secado bajo condiciones específicas. Para ello, se empleó el modelo matemático de
Midilli, que hace referencia a la idea de que la velocidad de pérdida de humedad depende
directamente de la diferencia de la concentración de humedad entre la superficie del material y
el interior del material, lo cual favorece la transferencia de masa desde el interior hacia la
superficie y facilita la evaporación del agua (16). Una de las ventanas principales del modelo de
Midilli es la capacidad de considerar tanto los cambios en la humedad del material a lo largo del
tiempo como las condiciones externas, tales como la velocidad del aire y la temperatura, que
influyen en el proceso de secado (17). Estos factores son determinantes para una representación
precisa del fenómeno, ya que la temperatura afecta la tasa de evaporación y la circulación del
aire incide en la rapidez con la que la humedad es eliminada de la superficie.
Para validar y ajustar el modelo a las condiciones experimentales específicas, se utilizaron datos
obtenidos en ensayos de secado realizados a distintas temperaturas y con diferentes flujos de
aire. Estos datos, que incluyeron mediciones de la humedad residual del material en diversos
momentos, fueron esenciales para calibrar el modelo y garantizar su fiabilidad. A partir de esta
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información, se pudieron determinar los parámetros que mejor describen el comportamiento del
material durante el proceso de secado.
Gracias a la aplicación del modelo de Midilli, fue posible predecir con mayor precisión la variación
de la humedad con el tiempo, lo que facilitó una mejor comprensión del comportamiento del
material bajo distintas condiciones térmicas y de secado. Este enfoque no solo ofrece información
valiosa sobre la eficiencia del proceso, sino que también contribuye a optimizar las condiciones
operativas para lograr un secado más eficiente y controlado. Los resultados obtenidos mediante
el modelado se presentan en la Tabla 5, en la que se detallan las ecuaciones formuladas y los
parámetros utilizados en las simulaciones del proceso de secado. Estos resultados proporcionan
una visión más clara de las interacciones entre las variables clave involucradas y sirven como base
para futuras investigaciones y aplicaciones industriales en el ámbito del secado de materiales.
Tabla 3. Modelamiento de secado Midilli
Modelo
Temperatura
K
N
R2
RMS
Midilli
70
0,07349
1,12418
0,99385
1,91598
80
0,07466
1,18665
0,99304
2,07079
90
0,02952
1,70663
0,95228
5,25907
Figura 3. Modelamiento de secado Midilli
Temperaturas de secado 70, 80 y 90° C
DISCUSIÓN
La presente investigación presenta un estudio sobre el proceso de secado de muestras de
Cupressus sempervirens a distintas temperaturas (70 °C, 80 °C y 90 °C) para determinar la
proporción de humedad remanente en relación con el tiempo. El análisis experimental muestra
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116
cómo la humedad disminuye a medida que el tiempo de secado avanza, alcanzando una
estabilización que indica la finalización del proceso. Los resultados obtenidos de las mediciones
de peso a lo largo del tiempo fueron utilizados para modelar el proceso de secado a través de dos
enfoques matemáticos: el modelo de Newton-Lewis y el modelo de Midilli. Ambos modelos
permiten comprender la cinética de secado bajo distintas condiciones térmicas, facilitando la
predicción de la evolución de la humedad durante el proceso (18).
Uno de los aspectos más relevantes del estudio es la comparación entre los dos modelos de
secado. El modelo de Newton-Lewis, conocido por su simplicidad y eficacia en materiales porosos,
mostró buenos resultados al predecir la pérdida de humedad en función del tiempo, con un alto
valor de R² (19). Este modelo, sin embargo, tiene limitaciones al no considerar ciertos factores
complejos, como los cambios en las propiedades internas del material durante el secado (20). En
contraste, el modelo de Midilli, que integra más variables como la velocidad del aire y la
temperatura, ofrece una representación más detallada del proceso de secado (21). No obstante,
el ajuste de este modelo fue algo menos preciso, especialmente a temperaturas más altas, lo que
sugiere que su capacidad predictiva puede verse afectada en condiciones extremas.
A través de la comparación de los datos experimentales con las predicciones de ambos modelos,
se observa que la temperatura juega un papel crucial en la velocidad de secado. A medida que la
temperatura aumenta, el proceso de evaporación de la humedad se acelera, reduciendo el
tiempo necesario para alcanzar la humedad residual deseada (22). Sin embargo, este aumento de
temperatura también podría generar riesgos de deterioro del material, un factor que debe ser
considerado al implementar estos modelos en aplicaciones industriales (23). Así, el estudio
subraya la importancia de optimizar las condiciones de secado para mejorar la eficiencia sin
comprometer la calidad del material.
Este tipo de investigaciones resulta fundamental para la industria del secado de materiales, ya
que permite predecir y controlar el proceso de manera más eficiente (24). Si bien los modelos
utilizados muestran un buen ajuste en la mayoría de los casos, es necesario seguir investigando
para mejorar su precisión y aplicabilidad, especialmente bajo condiciones operativas variables o
con materiales de características diferentes (25). El trabajo demuestra cómo la combinación de
experimentación y modelado matemático puede ofrecer soluciones valiosas para optimizar
procesos industriales.
CONCLUSIONES
Este estudio analizó el comportamiento de la madera de Cupressus sempervirens durante su
secado por convección con aire caliente, un proceso crucial para preparar materiales utilizados
en la construcción. Se evaluaron tres temperaturas de secado (70, 80 y 90 °C) con una velocidad
constante de circulación de aire de 2 m/s. Los resultados obtenidos utilizando los modelos
matemáticos de Newton-Lewis y Midilli para determinar el Porcentaje de Humedad Remanente
(PHR) mostraron una excelente concordancia con los datos experimentales, lo que valida la
aplicabilidad de estos modelos para describir el proceso de secado de esta madera.
OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE SECADO DE MADERA DE CIPRÉS (CUPRESSUS SEMPERVIRENS) PARA SU APLICACIÓN EN
CONSTRUCCIÓN MEDIANTE MODELOS PREDICTIVOS
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La aplicación de estos modelos ha permitido establecer una relación matemática precisa entre el
PHR, el tiempo de secado y la temperatura, lo cual es de gran utilidad para la industria de la
construcción. Estos modelos facilitan la predicción de cómo la humedad evoluciona bajo distintas
condiciones operativas, lo que optimiza los procesos industriales de secado de maderas. Esto
resulta fundamental para mejorar la calidad de la madera y garantizar su adecuación para su uso
en la construcción.
Además, los resultados obtenidos permiten establecer condiciones de secado controladas que
aseguran la conservación de las propiedades mecánicas y estéticas de la madera. Un secado
adecuado es esencial para preservar las características estructurales y la durabilidad de la
madera, impactando directamente en la seguridad y longevidad de las edificaciones. En conjunto,
el uso de modelos matemáticos como Newton-Lewis y Midilli contribuye a un proceso de secado
eficiente y controlado, mejorando la calidad de los materiales para la industria maderera y la
construcción.
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