Technological properties of algarrobo wood (Hymenaea oblongifolia Huber), from Bagado-Choco, Colombia
Yessica B. Serna Mosquera1; Amparo Borja de la Rosa2*; Mario Fuentes Salinas2; Alejandro Corona Ambriz2
1 Universidad del Chocó, Colombia.
2 División de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5 Carretera México-Texcoco, Chapingo, Estado de México, C. P. 56230. MÉXICO. Correo-e: aborja@correo.chapingo.mx (*Autor para correspondencia).
]]> Recibido: 21 de julio 2010
RESUMEN
Este trabajo tuvo como objetivo determinar las propiedades tecnológicas de la madera de Hymenaea oblongifolia Huber algarrobo, proveniente del municipio de Bagadó-Chocó, Colombia. Las muestras tomadas de los árboles (cilindros de la madera) fueron estudiadas para determinar las características microscópicas, la densidad básica y la densidad normal; además, se estimaron las propiedades mecánicas utilizando los valores de densidad básica. Los resultados indicaron que la madera presenta vasos escasos —de medianos a grandes—, las fibras son medianas y los radios son finos a moderadamente largos con células cristalíferas, presenta mala calidad para producción de pulpa para papel, la densidad básica de la madera se clasificó como semipesada, y presenta una resistencia mecánica que varía de alta a muy alta. Puede utilizarse en la elaboración de pisos, muebles y mangos decorativos, entre otros usos.
Palabras clave: cilindros de madera, características microscópicas, propiedades Físico-mecánicas, Hymenaea oblongifolia, Chocó.
ABSTRACT
The aim of the present study was to determine the technological properties of Algarrobo wood (Hymenaea oblongifolia Huber), from the municipality of Bagado-Choco. Samples collected from trees (wood cylinders) were studied in order to determine the microscopic characteristics, basis density and normal density. Moreover, the mechanical properties were estimated using the values of basic density. Results showed that Algarrobo wood shows scanty vessel (medium to large), fibers that have medium size and rays containing crystal that are thin to moderately long. This wood has a bad quality for production of pulp for paper. The basic density of wood was classified as light softwood with a mechanical resistance that oscillates from high to very high. Algarrobo wood can be used in manufacture of furniture, floors and decorative handles, among other uses.
Key words: wood cylinders, microscopic characteristics, physical-mechanical properties, Hymenaea oblongifolia, Chocó.
]]>INTRODUCCIÓN
La madera es un recurso natural cuya calidez, belleza y cualidades tecnológicas se suman al hecho de ser totalmente renovable, según los sistemas de gestión que la ciencia forestal viene desarrollando desde el siglo XVIII (Tolosa et al., 2004).
De los bosques se extraen muchos productos, desde madera para la construcción y leña hasta alimentos (frutos, setas, plantas comestibles, caza), forraje y otros productos forestales no maderables (Tapia y Chilpa, 2008).
Debido a que la madera para uso industrial es el producto más relevante, la determinación y el conocimiento de las propiedades tecnológicas de la misma tienen una importancia primordial porque pueden variar según la procedencia y las condiciones de crecimiento. De este conocimiento depende en gran medida darle el uso adecuado y la posibilidad de sugerir nuevos usos de la madera (Borja y Tamarit, 1997).
En la actualidad, el hombre explota aproximadamente 3,400 millones de m3 de madera, de los cuales una mitad se consume en el lugar de corte o extracción, fundamentalmente como combustible (leña o carbón), y la otra mitad se utiliza como madera en rollo industrial dedicada a la construcción y otros usos. Solamente entre 8 y 10 % del total, alrededor de unos 300 millones de m3, se usa como intercambio comercial, madera en rollo o tablero (García et al., 2003).
Resulta paradójico que en este siglo que comienza con una tecnología tan avanzada en primera y segunda transformación y la amplia gama de combustibles alternativos, se siga utilizando la madera para leña o carbón (García et al., 2003). Actualmente, en el Chocó-Colombia, gran parte de la madera producida por los bosques se sigue utilizando para leña o carbón y en extracción como madera rolliza para la industria externa, alrededor de 440 m3 (DANE, 2002). Sin embargo, no se han realizado estudios tecnológicos considerables que conlleven al conocimiento de las propiedades tecnológicas de las maderas que crecen en esta zona. Estos estudios permitirían un mejor desarrollo industrial de uno de los principales recursos con que cuenta la región, considerando las condiciones medioambientales marcadas de la zona. Se han realizado estudios tecnológicos de la madera del género Hymenaea, pero de otra procedencia y diferentes condiciones de crecimiento y manejo. (Corothie, 1967; Vignote, 1996; FAO, 1998; CIRAD, 2003; CONFEMADERAS, 2004).
El objetivo de este estudio es determinar la anatomía microscópica y las propiedades físico- mecánicas de la madera de algarrobo Hymenaea oblongifolia Huber, con el fin de lograr un mejor y mayor uso de esta especie maderable de la zona del municipio de Bagadó-Chocó, Colombia.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Área de colectaLas muestras de madera fueron colectadas en la selva tropical del municipio de Bagadó-Chocó, Colombia. El municipio se localiza en la margen izquierdo del río Andágueda, a 05° 24' 32" de LN y 76° 25'16" de LO, a 200 m. La temperatura media es de 28 °C. La precipitación media anual es de 7,800 mm y dista 80 km de Quibdó, la capital del Departamento (Arango y Saldarriaga, 1997) (Figura 1).
Descripción morfológica del árbol de Hymenaea oblongifolia Huber
En Colombia se le conoce como algarrobo, que es sinonimia de Hymenaea courbaril, Hymenaea intermedia, Hymenaea martiniana e Hymenaea pariviflora (CIRAD, 2003).
Es un árbol de la familia Fabacea, subfamilia Caesalpinioideae, que crece en el bosque húmedo tropical, en paisaje fisiográfico de terrazas, hasta los 1,200 m. Es una especie esciofita, de muy lento crecimiento, crece en suelos arcillosos. Alcanza de 18 a 40 m de altura y hasta 70 cm de diámetro su corteza externa es de color café claro grisáceo de apariencia finamente fisurada con lentécelas abundantes, y corteza interna de color rojizo de 2 cm. De espesor, textura fibrosa laminada, exudado acuoso oscuro que se cristaliza con el tiempo; hojas bifoliadas alternas, con estípulas estrechamente oblongas, ápice agudo, base inequilátera, haz disperso pubescente, envés densamente marrón dorado tomentoso, inflorescencias en panículas largas, densas, con flores pequeñas de color blanco cremoso a ligeramente rosado. El fruto es una legumbre indehiscente, ovoide, subcomprimida, lisa, con 1-3 semillas oblongas que se encuentran cubiertas por un polvillo amarillo que es comestible y altamente nutritivo y medicinal. Se distribuye en Brasil, Colombia y Perú (Rodríguez, 1988).
Obtención del material de estudio. Se extrajo un cilindro de madera de cada uno de los seis árboles muestreados, al nivel del DAP (diámetro a la altura del pecho), con ayuda de un taladro de Pressler de 12 mm. Los árboles muestreados presentaron características fenotípicas representativas del lugar de colecta. En el Cuadro 1, se pueden observar las características dendrométricas de los árboles muestreados.
Las muestras (cilindros de madera) fueron colocadas en recipientes con agua destilada, y se verificó que quedaran totalmente sumergidas; el agua se renovó diariamente hasta su procesamiento en laboratorio. La muestra de un árbol fue seccionada desde la médula hasta la corteza, cada 2 cm para realizar cortes típicos. Las muestras de cuatro árboles fueron seccionados cada cm, y a su vez las muestras fueron divididas a la mitad; una se utilizó para determinar la densidad básica y densidad normal; la otra mitad se usó para obtener material disociado. La muestra del sexto árbol se usó para calcular el poder calorífico.
Características anatómicas microscópicas. Una muestra fue seccionada cada 2 cm desde la médula hasta la corteza; las submuestras fueron sometidas a un proceso de ablandamiento en un digestor a presión de 2 kgcm-2 durante 1.5 min. Una vez ablandadas las submuestras se realizaron cortes transversales, tangenciales y radiales de 20 u de espesor, con xilótomo (marca Jung de deslizamiento); éstos fueron teñidos con pardo Bismark y safranina, lavados con agua destilada hasta eliminar el colorante (Navarro et al., 2005), y posteriormente se elaboraron preparaciones fijas; para fijarlas se empleó resina sintética (Entellan, medio rápido de montaje para microscopia; país de origen, Alemania).
]]> El material disociado se elaboró a partir de astillas de las probetas correspondientes a las submuestras de los cortes típicos. Para ello, las astillas fueron colocadas en frascos de vidrio conteniendo partes iguales de ácido acético y peróxido de hidrógeno a 60 ± 2 °C durante 46 h. Una vez disociado el material fue enjuagado con agua destilada hasta eliminar la sustancia disociadora. Posteriormente se colorearon con pardo de Bismarck. Se calculó el tamaño de muestra para la longitud y dimensiones transversales de los elementos de vaso y fibras, la cual resultó de 20 células (Navarro et al., 2005). Los valores obtenidos de las fibras fueron utilizados para determinar los índices de calidad de pulpa para papel: (coeficientes de rigidez (CR), flexibilidad (CF), Peteri (IE) y la relación Runkel (RR)). La observación y medición de los diferentes tipos de células se realizaron en un microscopio óptico (marca Nikon, Labophat-2) con sistema de fotografía.Densidad de la madera. Para determinar la densidad básica y la densidad de referencia, en cada probeta se registraron el peso y el volumen en estado saturado y al equilibrarse con el ambiente (14 °C). A continuación, las muestras se colocaron en un horno de secado digital (marca Riossa) a 103 ± 2 °C hasta lograr el peso al estado anhidro. Para obtener el peso y el volumen se usó una balanza analítica marca OHAUS con precisión a diezmilésima; se utilizaron las siguientes fórmulas:
Las propiedades mecánicas se calcularon a partir de la densidad normal, debido a que en el laboratorio se registra un contenido de humedad al 14 %. Se hicieron los ajustes para obtener la densidad normal (contenido de humedad al 12 %), para lo cual se calcularon las diferencias de peso y volumen. Para obtener estas diferencias de peso, se obtuvo el peso anhidro de las muestras; anteriormente se había calculado el peso de referencia al 14 %; a continuación, se obtuvo el incremento de 1 % de peso desde el Po hasta P14, con la siguiente fórmula:
Posteriormente, se calculó el incremento de peso hasta el 12 % (P12) de humedad. Con el mismo procedimiento se obtuvo el volumen al 12 % de contenido de humedad. Las fórmulas utilizadas fueron las siguientes:
Una vez obtenidos el P12 y el V12, se obtuvo la densidad al 12 % de contenido de humedad con la siguiente fórmula:
Poder calorífico. La muestra destinada para esta propiedad se dividió en nueve submuestras: tres cerca de la médula, otras tres en la parte media de la longitud total de la muestra y las últimas tres cerca de la corteza; cada una de un centímetro, fueron secadas y pesadas, y cada muestra debió tener un peso menor de 1.0 g (especificaciones de la bomba calorimétrica para poder realizar la combustión). Se utilizó una bomba calorimétrica de oxígeno T-Parr-1341 con la técnica dada por Allen et al. (1974). Posteriormente, se procedió a calcular el calor de combustión bruto con la expresión siguiente:
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peso:
Hg = calor bruto de combustión
t = diferencia de temperaturas
w = equivalente energético del calorímetro (2481.25 Calorías.)
m = masa de la muestra en gramos (g).
e1 = corrección en calorías por formación de ácido nítrico (HNO3). Igual a los milímetros de carbonato de sodio que se usaron en la titulación, si la normalidad es de 0.0709.
e2 = corrección en calorías por el calor de combustión del alambre fusible quemado, si es PARR 45C10 de níquel o cromo se utiliza la constante (2.3* cm de alambre quemado).
Propiedades mecánicas. Se utilizaron modelos matemáticos, basados en la densidad básica y la densidad normal, según Brown y Panshin (1980).
]]>RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Características anatómicas
En el Cuadro 2 se observan las características microscópicas de la madera, por el valor de las dimensiones. Los elementos de vasos se clasificaron como poco numerosos, con diámetros tangenciales grandes y radiales medianos, de longitud media según Jane (1970) y Tortorelli, (1956), respectivamente. Las fibras son de tipo libriforme, el diámetro total se clasificó como medio y de longitud moderadamente larga con un grosor de pared celular grueso; los radios se consideran moderadamente largos y finos, de acuerdo a Tortorelli (1956).
El parénquima axial es paratraqueal en bandas concéntricas, aliforme de ala corta y ancha y vasicéntrico (Figura 2), coincidiendo con la descripción de la especie (FAO 1998). Y con la especie H. courbaril (Moya et al., 2007) presenta gomas en todas las células, además, de aceites en los elementos de vasos, el parénquima radial y axial. El parénquima axial presenta cristales, lo cual coincide con lo reportado por Corothie (1967). La madera presenta canales gomíferos traumáticos (se producen por algún daño mecánico que sufrió el árbol).
La longitud, el diámetro total y el del lumen se clasificaron según Tortorelli (1956), con una pared gruesa. La longitud de fibras y grosor de pared celular se clasificaron como las de Inga spuria, que es de la familia de las fabaceae (Aguilar y Castro, 2006).
Índices de calidad de pulpa para papel
La madera de Hymenaea oblongifolia presenta mala calidad de pulpa para papel, según la relación de Runkel (Cuadro 3). Si se relaciona la calidad para pulpa con la densidad básica, esta especie presenta mala calidad debido a su alta densidad (0.64 g·cm-3), y las fibras con paredes celulares gruesas y moderadamente largas (Amidon, 1981; Casey, 1990; Tamarit, 1996) indican que la densidad básica de la madera está relacionada en forma inversamente proporcional con la calidad de la pulpa para papel. Por lo tanto, a menor densidad, la calidad de pulpa es mayor.
Propiedades físicas
La densidad básica es una de las propiedades tecnológicas más importantes de la madera y constituye un excelente criterio de evaluación, dada la estrecha relación que existe entre ésta y otras características de este material (Díaz-Vaz y Ojeda, 1980). En el Cuadro 4 se muestra la densidad básica de la madera de Hymenaea oblongifolia; los resultados indican que la madera de este estudio se clasifica como madera semipesada (Vignote, 1996) y reportan una densidad de 0.7 a 0.9 g·cm-3.
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El poder calorífico promedio de la madera de Hymenaea oblongifolia fue de 4,693.60 cal·g1 (Cuadro 4), valor más bajo que el reportado por Quirino et al. (2005) para Hymenaea courbaril (4,792 cal/g). Cunha et al. (1989) afirman que el poder calorífico es más alto cuanto mayor es el contenido de lignina y extractivos, porque contienen menos oxígeno que los polisacáridos presentes en la holocelulosa (celulosa y hemicelulosa). La madera de Hymenaea oblongifolia presentó abundantes contenidos de gomas y aceites (éstos se identificaron sólo físicamente) y algunos cristales, lo que podría evidenciar el poder calorífico alto de esta especie.
Propiedades mecánicas
Cabe precisar que los datos obtenidos en este estudio son el resultado de la utilización de coeficientes establecidos matemáticamente y sólo sirven como un referente de las propiedades mecánicas, ya que no fueron valores observados en laboratorio con probetas normalizadas para este tipo de ensayos. En el Cuadro 5 se pueden observar las ecuaciones que se calcularon con la densidad normal.
La resistencia mecánica de la madera de H. oblongifolia al 12 % de contenido de humedad fue similar a la reportada para H. courbaril por FAO (1998). Sin embargo, los valores en la dureza lateral y de extremos para H. oblongifola fueron superiores con respecto a 1,351 y 886 kg para H. courbaril. Si comparamos la resistencia mecánica de la madera de H. oblongifolia con la de H. palustris, resulta superior, pues H. palustris presenta un MOR de 1,300 kg·cm-2, y MOE de 150 x 1000 kg·cm-2 (USAID, 2002) (Cuadro 6). Otras especies de Hymenaea presentan un MOR aún más alto (180.000 kg·cm-2) (CONFEMADERA, 2004).
El valor encontrado de compresión paralela a la fibra
en las especies de Hymenaea por CONFEMADERA (2004) y FAO (1998) fue superior (750 y 886 kg·cm-2, respectivamente) al encontrado para H. oblongifolia (508 kg·cm-2).
]]>CONCLUSIONES
Las características anatómicas estudiadas permiten clasificar a la madera de H. oblongifolia como de buena calidad y como de alta aceptación para la elaboración de piezas finas de diversos elementos como muebles y pisos, entre otros. Sin embargo, no es útil para la fabricación de papel.
Las propiedades físicas de la madera de H. oblongifolia (densidad y poder calorífico) la definen como una madera semipesada de uso para construcción y para tráfico pesado. Por otra parte, es de alto poder de combustión, resultando una buena alternativa para generación de energía, especialmente en la zona objeto de estudio. En la actualidad es muy común que en zonas periféricas del municipio de Bagadó-Chocó (Colombia) se use la leña como combustible.
Las características mecánicas de la madera de H. oblongifolia, en términos generales, son altas, calificando como una madera de alta a muy alta resistencia. Por ello, esta madera es un recurso importante para usarse en construcciones de edificios y plataformas pesadas, construcciones marinas y postes.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece de manera especial a la Universidad Tecnológica del Chocó y al personal de la División de Ciencias Forestales de la Universidad Autónoma Chapingo.
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