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Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias Forestales y Recursos Naturales
Biodegradación de madera de Pinus radiata D. Don
modificada térmicamente.
Patrocinante: Sr. Aldo Rolleri S.
Trabajo de Titulación presentado como
parte de los requisitos para optar al
Título de Ingeniero en Maderas.
Carolina Ivette Carpezat Sanzana Valdivia
2011
CALIFICACIÓN DEL COMITÉ DE TITULACIÓN
Patrocinante: Sr. Aldo Rolleri S. 6,5
Informante: Sr. Hernán Poblete. 5,0
Informante: Sr. Francisco Burgos. 7,0
El Patrocinante acredita que el presente Trabajo de Titulación cumple con los requisitos de contenido y de forma contemplados en el reglamento de Titulación de la Escuela. Del mismo modo, acredita que en el presente documento han sido consideradas las sugerencias y modificaciones propuestas por los demás integrantes del Comité de Titulación.
Aldo Rolleri S.
Agradecimientos
Deseo agradecer a la Sra. Isabel Vives, Tecnólogo Médico del Laboratorio de Patología
Forestal del Instituto de Silvicultura de la Facultad de Ciencias Forestales de la
Universidad Austral de Chile, mis más profundos y sinceros agradecimientos, por su
colaboración y orientación ya que sin su ayuda este trabajo no habría podido realizarse.
Además resultó invaluable la ayuda brindada por el Sr. Marco Torres, Técnico en Celulosa
y Papel, su total y desinteresada disposición me facilitó los implementos necesarios con los
cuales de elaboró este trabajo.
Agradezco también al Dr. Aldo Rolleri, profesor patrocinante de esta tesis quien tuvo la
disposición de ayuda y orientación en momentos de confusión.
Mi reconocimiento a la Srta. Alicia Fernández, Técnico Laboratorista, Don Guido Muñoz,
Asistente de Laboratorio, Sra. María Eugenia Díaz, Secretaria del Instituto de Tecnología
de Productos Forestales. Todos ellos facilitaron mi labor con su colaboración y me
aconsejaron correctamente.
Sin el ánimo de olvidar a nadie en particular y a todas aquellas personas que de una u otra
forma han compartido mi vida durante el transcurso de estos años mis más sinceros
agradecimientos a su comprensión, estímulo y ayuda, ya que todos son parte de mi vida.
En especial a mi mamita” bella” que fue un apoyo
fundamental en estos años, papá, Seba y familia.
ÍNDICE
1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
2 MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 3
2.1 Durabilidad de la madera ............................................................................... 3
2.2 Composición de la madera ............................................................................. 3
2.2.1 Celulosa ................................................................................................... 3
2.2.2 Hemicelulosa ........................................................................................... 4
2.2.3 Lignina ..................................................................................................... 4
2.3 Evaluación de de durabilidad de la madera.................................................... 4
2.4 Degradación de la madera por la acción de hongos de pudrición parda ........ 6
2.5 Índices de durabilidad de la madera ............................................................... 7
2.6 Tratamientos térmicos base hidrotermólisis de la madera ............................. 8
2.7 Resistencia a la durabilidad biológica de la madera tratada térmicamente .... 9
3 MATERIAL Y MÉTODO .................................................................................. 10
3.1 MATERIAL ................................................................................................... 10
3.1.1 Probetas de maderas ............................................................................. 10
3.1.2 Instrumentos y materiales ...................................................................... 10
3.2 MÉTODO ...................................................................................................... 11
3.2.1 Preparación de las probetas para medir resistencia al biodeterioro. ..... 11
3.2.2 Ensayos micológicos de madera tratada y testigo ................................. 12
3.2.3 Preparación y disposición de las probetas en bandejas de aluminio ..... 13
3.2.4 Inoculación de las bandejas ................................................................... 14
4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................... 16
4.1 Estadística descriptiva .................................................................................. 16
4.2 Estadística Inferencial .................................................................................. 19
4.2.1 Análisis de varianza ............................................................................... 19
4.2.2 Comprobación de supuestos ................................................................. 19
4.2.2.1 Aleatoriedad ........................................................................................ 19
4.2.2.2 Independencia .................................................................................... 19
4.2.2.3 Prueba de normalidad para los tratamientos ...................................... 19
4.2.2.4 Homogeneidad de varianza ................................................................ 21
4.3 Análisis Paramétrico ..................................................................................... 22
4.3.1 ANOVA al azar para Gloeophyllum trabeum ......................................... 23
4.3.2 ANOVA al azar para Poria placenta....................................................... 24
4.4 Análisis de Test “t” de student ...................................................................... 25
5 CONCLUSIÓN ................................................................................................. 26
6 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 27
7 SUMMARY ...................................................................................................... 30
Anexos ................................................................................................................. 31
1 Gráficos de Independencia ....................................................................... 31
2 Estadística descriptiva .............................................................................. 33
ÌNDICE DE CUADROS
Página
Cuadro 1. Composición química de la madera de Pinus radiata. 4
Cuadro 2. Clasificación de la resistencia de la madera. 8
Cuadro 3. Muestras requeridas para el estudio. 12
Cuadro 4. Prueba de normalidad con Test de Shapiro-wilks, para G. trabeum.
20
Cuadro 5. Prueba de normalidad con Test de Shapiro- wilks para Poria placenta.
20
Cuadro 6. Prueba homogeneidad de varianzas con test de Bartlett. 21
Cuadro 7. Prueba homogeneidad de varianzas con test de Bartlett. 22
Cuadro 8. ANOVA para G. trabeum. 23
Cuadro 9. Comparación múltiples datos y su significancia. 23
Cuadro 10. ANOVA al azar para P. placenta. 24
Cuadro 11. Comparación múltiples datos y su significancia. 24
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1. Asignación de probetas madres a los tratamientos térmicos diferentes.
11
Figura 2. Probeta de dureza Pinus radiata, para ensayo de biodeterioro. 11
Figura 3. Disposición de las probetas en las bandejas. 13
Figura 4. Preparación de bandejas de aluminio A) y B) para el medio de cultivo del ensayo de biodeterioro.
13
Figura 5. Bandeja de cultivo, verificando crecimiento del hongo. 14
Figura 6. Bandejas de cultivos abiertas después de 4 meses de exposición a los hongos A) Gloeophyllum trabeum y B) Poria placenta.
15
Figura 7. Porcentaje promedio de pérdida de masa causado por G.trabeum en madera de Pinus radiata.
16
Figura 8. Porcentaje promedio de pérdida de masa causado por Poria placenta en madera de Pinus radiata.
17
Figura 9. Comparación de medias en pérdida de masa entre hongo P. placenta y G. trabeum, para Pinus radiata.
18
Resumen Ejecutivo El objetivo de este estudio fue determinar el efecto variable tiempo: horas 1, 3 y 5 en una termohidrólisis a una temperatura máxima de 160º C, a través de la pérdida de masa de madera de Pinus radiata contra el ataque de hongos xilófagos. Durante el período de prueba para Gloeophyllum trabeum y Poria placenta se dieron las condiciones óptimas para su desarrollo: humedad, temperatura, oxígeno, pH, y alimentos. El grado de deterioro de las muestras de madera se evaluó según la norma ASTM 2017-05. Después de dieciséis semanas los mejores resultados fueron a las maderas tratadas por 5 horas 160ºC; en Gloeophyllum trabeum produjo una pérdida de la masa promedio de 10%, y en el hongo Poria placenta la pérdida de masa un 6%. Los cambios producidos por la termohidrólisis de las propiedades de la madera de Pinus radiata mejora el comportamiento de la madera frente a hongos pudridores de la madera. Según la norma ASTM 2017-05, que clasificó a la madera de poco resistente ahora con este tratamiento pasa a ser altamente resistente.
Palabras claves: termohidrólisis, Pinus radiata D.Don, pudrición.
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1 INTRODUCCIÓN
La madera de Pinus radiata es un material preferentemente utilizado en la construcción por su bajo costo, facilidad para trabajar y ser un recurso renovable. Sin embargo su vida útil puede verse seriamente afectada, ya que es susceptible a ser degradada por agentes de deterioro tales como agentes biológicos, hongos e insectos.
Algunos investigadores comenzaron a estudiar métodos térmicos alternativos a la tradicional impregnación con sales CCA y de esa forma obtener madera más estable y resistente al biodeterioro. Investigaciones importantes son las realizadas en Alemania con el uso de aceite (Rapp y Sailer, 2000); en Finlandia con el uso del vapor (Jämsä y Viitaniemi, 2000) y en Holanda con el proceso plato (Militz y Tjeerdsma, 2000). Estos tratamientos térmicos a altas temperatura son una alternativa a procesos químicos de preservación que no son amigables con el medio ambiente.
La madera al ser un compuesto natural es sensible a la biodegradación, esto lo deja en una gran desventaja frente a otros materiales, por lo que el tratamiento térmico a altas temperaturas mejora su resistencia a la descomposición como al ataque de agentes xilófagos (Juacida y Quintanar, 1992).
La durabilidad de la madera después de aplicar tratamiento térmico es sustantivamente mejorada, especialmente la resistencia al ataque del hongo xilófagos por efecto del tratamiento aplicado (Militz y Tjeerdsma, 2000).
El tratamiento hidrotérmico consiste en calentar la madera en presencia de agua con presión y temperatura en donde los componentes de la pared celular (lignina, celulosa, y hemicelulosas) son alterados.
Las propiedades de la madera son dependientes del tratamiento empleado, por ello es importante la variación del tiempo de la termohidrólisis en la madera. En este estudio se plantea la hipótesis que la variación del tiempo en la termohidrólisis no produce cambios en el ataque de hongos xilófagos. Por lo tanto los objetivos son:
El objetivo general:
- Evaluar la termohidrólisis en función del tiempo midiendo la pérdida de masa en madera de Pinus radiata producidas por hongos xilófagos.
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Los objetivo específicos:
- Medir la pérdida de masa en madera de Pinus radiata sin tratar.
- Medir la pérdida de masa por Gloeophyllum trabeum en madera de Pinus
radiata modificada por termohidrólisis variando el tiempo (1, 3, 5 hrs.) a
temperaturas de 160ºC.
- Medir la pérdida de masa por Poria placenta en madera de Pinus radiata
modificada por termohidrólisis variando el tiempo (1, 3, 5 hrs.) a
temperaturas de 160ºC.
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2 MARCO TEÓRICO
El sector forestal chileno basa su producción en el uso racional de las especies de rápido crecimiento como el Pinus radiata D.Don, este se caracteriza por presentar un duramen de color uniforme, café claro amarillento y la albura un tono similar. Esta especie posee una durabilidad natural entre uno a cinco años en usos exteriores, como elemento interior sin contacto con el suelo orgánico esta duración es mayor. Frente a los hongos se clasifica como no resistente (Díaz-vaz, et al. 2002).
2.1 Durabilidad de la madera
La durabilidad de la madera se define como la capacidad natural que tiene para resistir el ataque de agentes degradadores, donde se dividen en destrucción abiótica y biótica, siendo los agentes biológicos, hongos e insectos, los que muestran la más alta peligrosidad en su destrucción (Juacida y Quintanar, 1992).
Si bien diversos agentes deterioran la madera, el mayor daño lo ocasionan los hongos xilófagos. Estos producen una rápida modificación de las propiedades fisicoquímicas, mecánicas y anatómicas de la madera como consecuencia de la degradación exoenzimática de la celulosa, las hemicelulosas y la lignina de la pared celular. Por esto, el término durabilidad suele asociarse con la resistencia a la degradación fúngica (Borlando, 1953; Zakel y Morrell, 1992; Highley et al., 1994).
2.2 Composición de la madera
La madera está compuesta por tres grupos que forman la pared celular, donde se encuentran las principales macromoléculas: celulosa, hemicelulosas y ligninas, presente en todas las maderas; otro grupo lo conforman sustancias de bajo peso molecular conocidas también como sustancias extraíbles, que se encuentran en menor cantidad y las sustancias minerales. La proporción y composición química de la lignina y las hemicelulosas difiere para las maderas de coníferas y latifoleadas, mientras que la celulosa es uniforme en composición, en todas las maderas (Browning, 1967; Fengel y Wegener, 1989).
2.2.1 Celulosa
Esta es el componente en mayor proporción dentro de la madera, se caracteriza por ser un polímero lineal de alto peso molecular, integrado por unidades monoméricas de glucosa (Mariani, 2000).
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2.2.2 Hemicelulosa
Las hemicelulosas son de alto peso molecular, se encuentran constituidas por diferentes unidades de monosacáridos: pentosas, hexosas y ácidos urónicos, enlazados entre sí por enlaces glicosídicos, formando estructuras ramificadas y en general amorfas.
Son polisacáridos que se ubican en la pared celular de las plantas, excluyendo la celulosa y componentes de pectina. Estos carbohidratos están constituidos fundamentalmente por azúcares del tipo hexosas y pentosas (Mariani, 2000).
El contenido de poliosas varía radialmente en la madera aumentando hacia el centro y variado en su composición de azúcares (Fengel y Wegener, 1989).
2.2.3 Lignina
Es una importante estructura polimérica extremadamente compleja. Su función es formar parte de la lámina media, que delimita y actúa como cementante entre las fibras (sellador y refuerzo mecánico). Es de carácter hidrófobo (repelente al agua), insoluble en la mayoría de los solventes (Mariani, 2000).
Esta sustancia amorfa está localizada en la lámina media y también en la pared secundaria. Durante el desarrollo de la célula, la lignina es incorporada como último componente de la pared celular penetrando las fibrillas y fortaleciendo la pared celular (Fengel y Wegener, 1989).
En el Cuadro 1, la composición química de la madera de Pinus radiata D.Don de Holocelulosa, lignina y cenizas en %bsm (base madera seca) y %bmse (base de madera seca libre se extraíbles)
Cuadro 1. Composición química de la madera de Pinus radiata D.Don
%bsm: % base madera seca: %bmsle: %base madera seca libre de extraíbles
Fuente: Mariani, 2000.
2.3 Evaluación de la durabilidad de la madera
Para la evaluación de la durabilidad de la madera existen dos métodos, el método de campo y la prueba de laboratorio.
El método de campo o pruebas de terreno son pruebas de durabilidad; en estos ensayos, las probetas de madera se exponen al medioambiente sobre terrenos, en zonas con condiciones favorables para el desarrollo de los agentes degradadores
Especie Holocelulosa %bms Lignina %bmsle Cenizas %bms
Pinus radiata D.Don 58,2 29 0,35
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de la madera. Su desventaja es que requiere bastante tiempo para entregar los datos requeridos para el estudio (Juacida y Quintanar, 1992).
Las pruebas de laboratorio o pruebas aceleradas se utilizan para el estudio de la durabilidad y para determinar la eficacia de los preservadores en maderas. Este estudio consta del cultivo de hongos xilófagos. Cuando la cepa pura del hongo se ha desarrollado, se coloca en la probeta de madera cuya durabilidad se requiere determinar. Además de las probetas en estudio, se requiere de probetas testigos sin tratar. Durante el período del ensayo se da al hongo de prueba condiciones óptimas para su desarrollo como son: humedad, temperatura, oxígeno, pH y alimento. Este método es fácil de realizar y permite obtener resultados en períodos de 3 a 4 meses de duración.
Hongos xilófagos
La madera se encuentra expuesta a una serie de ataques, en las que intervienen agentes biológicos tales como hongos e insectos, la pudrición de la madera es consecuencia del proceso biológico durante el cual las paredes de sus células leñosas son destruidas por la acción enzimática de los hongos que la producen. Existen dos tipos de pudrición, la blanca donde se degrada la lignina y la pudrición parda que afecta principalmente la celulosa (Wolff, 1989).
Una madera no resistente como lo indica la norma chilena Nch789/1.Of87, es la de Pinus radiata, es decir baja resistencia al ataque de hongos xilófagos. De esto se han desarrollado varias investigaciones encaminadas a determinar la durabilidad natural de esta madera.
Los hongos xilófagos, forman un tejido fibroso o membranoso (cuerpos de fructificación). Al conjunto de hifas, generalmente ramificadas, se denominan micelios. El micelio de los hongos puede desarrollarse sobre la superficie de la parte atacada de la madera formando una capa algodonosa. Las hifas del micelio de los hongos xilófagos pasan, en la madera, de una célula a otra a través de las punteaduras areoladas, aunque también pueden perforar las paredes celulares por la acción de los fermentos segregados por los extremos de las hifas, que disuelven la sustancia leñosa.
La ruta de accesos simples para la expansión de las hifas son los parénquimas y células vasculares. La transición de una célula a otra se produce por el paso de las paredes celulares. Las hifas de los hongos son capaces de crecer dentro de la lámina media o dentro de las paredes secundarias. Las enzimas que excretan las hifas que descomponen en la pared celular de la madera.
Según Fengel y Wegener, (1989) la madera está compuesta de 40 a 61% de celulosa; 15 a 30% de hemicelulosa, 17 a 35% de lignina y 1 a 11%de sustancias extractivas, correspondiendo a cenizas o residuos finales de 0,2 a 5,8%. Estos materiales son la fuente de carbohidratos de la madera que sirven de alimento a los hongos causantes de la pudrición.
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Según Bondartsev, (1965) cada especie de hongo xilófago tiene un óptimo de temperatura, el cual está de acuerdo a su desarrollo, ya sea como micelio, formación de cuerpos fructíferos, germinación de esporas. La mayoría de los hongos crecen bajos las siguientes condiciones:
- Temperatura entre los 3ºC y 35ºC, pero las temperaturas óptimas para su desarrollo se encuentran entre los 25 a 30ºC (Wolff, 1989).
- Contenido de humedad, es absolutamente necesaria para la germinación
de las esporas, para la secreción de las enzimas fúngicas y para que éstas disuelvan el substrato leñoso, para la absorción y transporte de las sustancias nutritivas dentro del hongo y para la constitución de sus nuevos tejidos, para toda actividad vital de los hongos xilófagos. Con contenidos de humedad sobre el 20% es posible el desarrollo de estos hongos (Kollmann 1959).
- Oxígeno juega un papel importante en el proceso de oxidación, principalmente de la respiración, por lo que la ausencia del oxígeno no es posible el crecimiento de los hongos (Bondartsev, 1965).
- pH, los hongos prefieren ambientes ácidos para su desarrollo en la madera, siendo el óptimo entre 4,5–5,5 (Fengel y Wegener, 1989).
De acuerdo al hongo xilófago que se trate las pudriciones puedes ser pudrición blanca y parda, los hongos utilizados en este trabajo son de pudrición parda. Hongos pertenecientes a la subdivisión de Basidiomycetes, que degradan principalmente polisacáridos de la madera, y lignina. La madera se convierte en un color marrón y frágil y la resistencia mecánica se reduce. Después de un corto período de incubación es acompañada por una contracción anormal longitudinal y una deformación de las paredes celulares.
2.4 Degradación de la madera por la acción de hongos de pudrición parda
La degradación causada por hongos de pudrición parda da lugar a una degradación más selectiva de polisacáridos, pero la lignina también es sometida a un proceso determinado de degradación. En madera de color marrón se pudre con mayor rapidez y solo queda su esqueleto quedando con restos de lignina que permite el estudio de la distribución de la lignina en las paredes celulares (Fengel y Wegener, 1989). La penetración de la madera por las hifas se produce a través de los radios leñosos. A partir de ahí se extienden en más cavidades y penetra las paredes celulares por orificio con micro-hifas.
Existen varias características que indican una degradación de las paredes celulares a partir del lumen, probablemente por la descomposición. Estudios indican que el deterioro comienza en la capa S2 interna de la madera por la difusión de las enzimas de las hifas en los agujeros de las células de la madera (Fengel y Wegener, 1989).
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Análisis químicos realizados a madera después de varios tratamientos de descomposición por hongos de pudrición parda resultó una pérdida creciente de polisacáridos. Durante la degradación por hongos en las maderas blandas, el componente manano se elimina más rápidamente que la celulosa. La variación en la remoción de xilano depende más de la madera que del hongo. Celulosa y posiblemente poliosa al someterse a una despolimerización ocurre una pérdida de peso mayor. También hay una ligera pérdida de lignina, pero los valores de análisis son irregulares (Fengel y Wegener, 1989).
La degradación de los polisacáridos es causada por la acción de las enzimas que están especializados en diferente carbohidrato presente en la pared celular de la madera.
Gloeophyllum trabeum (Pers.)
Hongo que provoca la pudrición parda sobre madera tanto de latifoleadas como de coníferas. Este hongo xilófago pertenece a la clase Basidiomycetes, orden Aphyllophorales, degradando principalmente la celulosa, dejando a la lignina como residuo. Tiene un crecimiento rápido sobre medio nutritivo agar.malta. Pérdida de masa mínima 20% en 16 semanas sobre probetas de pino silvestre.
La madera dañada adquiere una coloración café con una textura esponjosa que fácilmente se destruye al ser manipulada (Villanueva, 1995).
Poria placenta (Fries)
Hongo que provoca una pudrición parda sobre maderas resinosas (coníferas), pertenecientes a la clase Basidiomycetes, orden Aphyllophorales. Según Cartwright y Findlay (1958), este hongo ha sido encontrado en Canadá en numerosas coníferas y también en maderas de América del norte. Su crecimiento es moderadamente rápido en cultivo y puede causar una pérdida acelerada en peso seco de los bloques de madera. El óptimo de temperatura para su desarrollo es de alrededor de los 25ºC, siendo su máximo de 35ºC. Un pH cercano a 3 parece adecuado para su crecimiento.
2.5 Índices de durabilidad de la madera
El índice de durabilidad permite clasificar a las especies leñosas según la resistencia al deterioro.
El índice de durabilidad definido por Findlay, (1962) que clasifica la durabilidad natural de la madera en cuatro grupos, dice que según su resistencia al biodeterioro, está clasificación considera condiciones de uso de la madera y la pérdida de masa durante cuatro meses en pruebas de laboratorio, bajo la acción de hongos xilófagos normalizados (Cartwright y Findlay, 1958).
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En este trabajo se aplicó la clasificación de la Norma ASTM 2017-05, este método es útil para determinar la relación de resistencia a la pudrición entre diversas especies de madera.
Se trata de un medio inicial para la estimación de la capacidad de una especie de madera para resistir el ataque del hongo y, por tanto, la calificación del nivel de rendimiento de una especie de madera. Se trata de un método de ensayo cualitativo diseñado para medir resistencia entre la especie de madera Pinus radiata D.Don.
Este índice se midió a través de la pérdida de masa, es similar al utilizado por normas internacionales para la determinación de durabilidad natural. La clasificación se rigió por el Cuadro 2, que consulta cuatro clases de resistencia dependiendo de la pérdida de masa.
Cuadro 2. Clasificación de la resistencia de la madera.
Pérdida de peso
promedio (%)
Peso promedio
residual (%)
Clase de resistencia a
la prueba de hongo
0 a 10 90 a 100 Altamente resistente
11 a 24 76 a 86 Resistente
25 a 44 56 a 75
Moderadamente
resistente
45 o más 55 a menos
Muy poco resistente o
no resistente
Fuente: ASTM 2017-05
2.6 Tratamientos térmicos base hidrotermólisis de la madera
Se han realizado diversos estudios sobre el procesos de tratamientos térmicos de la madera que han sido investigados por Stamm y Baechler 1960; Fengel y Wegener 1989; Hill 2006, donde se ha obtenido de la madera mayor estabilidad dimensional, baja higroscopicidad y una mayor resistencia a diferentes tipos de biodegradación.
La modificación térmica de la madera es definida como el efecto del calor a fin de causar una mejora deseada en el material.
Existen varios tratamientos térmicos incluso ya a escala comercial como es el Platowood este último se dividen en cuatro etapas que son:
Fase de hidrotermólisis: La madera se calienta a 150-180ºC en presencia de agua. Esta primera fase transforma parcialmente dos de los componentes que tiene la
9
madera (la hemicelulosa y la lignina), para su procesamiento en la tercera fase. Las hemicelulosas se degradan liberando aldehídos y se forman determinados ácidos orgánicos. Se mejora la reactividad de la lignina a la alquilación. La celulosa permanece intacta, lo cual es crucial para las buenas propiedades mecánicas del proceso PlatoWood final (PlatoWood International, 2002). Fase de secado: La madera se re-acondiciona en un entorno seco, tal y como requiere la tercera fase. El secado puede realizarse en un horno industrial para secado de madera, usando procedimientos habituales (PlatoWood International, 2002).
Fase de curado: La madera se vuelve a calentar a 150-190°C, pero ahora bajo condiciones secas. En la tercera fase aparecen las reacciones de condensación y curado; los aldehídos formados reaccionan con las moléculas de lignina activadas formando compuestos no polares (y por consiguiente repelentes al agua) entrelazar las estructuras (PlatoWood International, 2002).
Fase de acondicionamiento: Se eleva el contenido de humedad de la madera a un nivel necesario para su manipulación. El acondicionamiento puede realizarse en el mismo horno industrial de madera que el usado para el secado (PlatoWood International, 2002).
La madera cuando se calienta a temperaturas superiores a 200ºC se somete a un gran número de cambios químicos como la degradación de la hemicelulosa de la madera. Durante el tratamiento térmico se degrada la madera y los productos de degradación son principalmente acético acéticos, acido fórmico, pequeñas cantidades de compuestos fenólicos y otros compuestos aromáticos y extractivos de la madera.
2.7 Resistencia a la degradación biológica de la madera tratada térmicamente 6
Stamm y Baechler (1960) utilizaron la norma ASTM D1413-56T, para determinar la
pérdida de masa de madera tratada a altas temperaturas, atacando a la madera
con el hongo Gloeophyllum trabeum lo que se obtuvo como resultados una
pérdida de masa entre un 12 - 14%.
Troya y Navarrete (1994) estudiaron la resistencia a la pudrición de la madera tratada a elevadas temperaturas. Las maderas estudiadas fueron calentadas a temperaturas de 220 a 260ºC durante diferentes tiempos. Las muestras se dispusieron en laboratorio y fueron previamente inoculadas con el hongo Serpula lacrymans, después de cinco meses de exposición se encontró que la madera tratada con temperaturas a 250 y 260ºC obtuvo una menor pérdida de masa.
La resistencia biológica realizada en una prueba de laboratorio EN 113 (Norma europea stándar) mostró muy buena durabilidad en función de la temperatura de tratamiento y el tiempo. De este estudio se concluyó que para obtener madera
10
con alta resistencia a la descomposición debe ser tratada con temperaturas sobre 220ºC donde el tiempo de tratamiento debe ser por lo menos tres horas. Además de encontrar que la resistencia biológica mejora basado en la degradación química que fue sometida la madera. Como consecuencia del tratamiento a altas temperaturas se obtuvo una pérdida de peso de entre un 5 a 15 % (Jämsä y Viitaniemi, 2000).
3 MATERIAL Y MÉTODO
3.1 MATERIAL
3.1.1 Probetas de maderas
Las piezas utilizadas para realizar este trabajo fueron probetas de madera Pinus radiata tratadas térmicamente con variación en el tiempo (hrs.) a temperatura de 160ºC. Estas probetas se originaron para medir la propiedad mecánica de dureza y que fueron utilizadas en un estudio anterior.
3.1.2 Instrumentos y materiales
Los instrumentos y materiales utilizados correspondieron a equipamiento del Instituto de Productos Forestales (TEIM) y además del Laboratorio de Patología Forestal del Instituto de Silvicultura de la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad Austral de Chile.
- Autoclave marca Castle modelo 1250 - Balanza de precisión marca Mettler modelo H31 - Bandejas de aluminio de 2230ml. con tapa - Estufa de secado 103 ± 2º C - Estufa de incubación 23 ±1ºC - Bomba de vacío - Placas Petri - pH metro - Agua destilada - Materiales de laboratorio - Flujo laminar
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3.2 MÉTODO
En un estudio anterior las fuentes de variación fueron el tiempo de 1, 3 y 5 horas a temperatura 160°C de la fase de hidrotermólisis de un tratamiento térmico aplicado a piezas de Pinus radiata.
Un factor ruido o nuissance en dicho estudio fue la naturaleza misma de la madera, la cual fue seleccionada al azar desde lotes de madera comercial.
En el mismo trabajo se confeccionaron probetas madres pares, de piezas de 8x7x100cm, denominadas testigo y gemela. Las probetas madres gemelas, veintiuno en total, fueron asignadas aleatoriamente a cada tratamiento, Figura 1. Post tratamiento se obtuvieron las probetas de observación para cada respuesta de interés (Montecinos, 2010).
160ºC / 1 hrs 160ºC / 3 hrs 160ºC / 5 hrs
Figura 1. Asignación de probetas madres a los diferentes tratamientos térmicos.
3.2.1 Preparación de las probetas para medir resistencia al biodeterioro
En este estudio, las probetas de madera de Pinus radiata para medir la pérdida de masa por ataque de hongos xilófagos fueron: probetas de dureza remanentes de los procesos hidrotérmico realizados en los laboratorios del Instituto de Tecnología de Productos Forestales, ver Figura 2.
Figura 2. Probeta de dureza Pinus radiata D. Don., para ensayo de biodeterioro.
Se obtuvieron treinta y seis probetas de madera, como se observa en el cuadro 3, obtenidas de los tiempos 1, 3 y 5 horas a temperatura máxima 160°C, y del testigo. Estas fueron cortadas de tal forma de obtener caras paralelas a la dirección de la fibra, y los anillos de crecimiento no paralelos en ninguna de las caras.
7
Piezas
7
Piezas
7
Piezas
Piezas
Piezas
12
Cuadro 3. Muestras requeridas para el estudio.
Hongos Poria placenta Gloeophyllum trabeum
Muestra testigo 7 7
Muestra a 160º/ 1 hrs. 10 10
Muestra a 160º/ 3 hrs. 10 10
Muestra a 160º/ 5hrs. 9 9
TOTAL 36 36
Las dimensiones de estas probetas fueron de 25mm x 25mm x 9mm, según la norma ASTM 2017-05. Cada probeta de Pinus radiata D.Don fue debidamente
identificada, clasificada y almacenada en una cámara de clima a 232ºC hasta que alcanzara la humedad de equilibrio.
3.2.2 Ensayos micológicos de madera tratada y testigo
En el Laboratorio de Patología Forestal del Instituto de Silvicultura, se inoculó los hongos xilófagos Gloeophyllum trabeum (Pers.) y Poria placenta (Fries) en probetas de Pinus radiata donde se mantuvieron en condiciones óptimas para el desarrollo de la degradación en la madera durante un período de 16 semanas (cuatro meses). Las condiciones que se controlaron en el laboratorio fueron una fuente de nutrientes, humedad, suministro adecuado de oxígeno, temperatura, pH. Una deficiencia en algunos de estos requerimientos inhibe el crecimiento del hongo en la madera (Hunt, 1953).
Este método es útil para determinar la resistencia de las distintas especies de madera. Se trata de un medio inicial de estimación de la capacidad de una especie de madera para resistir el ataque de hongos xilófagos, y por tanto calificar el nivel de rendimiento de una especie de madera.
La metodología operacional se basó en una combinación de la Norma ASTM 2017-05 “Standard Test Method of acelerated Laboratory Test of Natural Decay Resistance of Woods” (Método acelerado en laboratorio para probar la resistencia a la pudrición natural de madera) y la Norma EN 113, (Norma Europea, EN-julio 1979- Edición 1).
Se optó por el uso de la norma ASTM 2017-05 para la determinación de la durabilidad natural de maderas, ya que, permite comparar esta característica en varias especies de madera.
13
Para generar un ambiente adecuado para el crecimiento de los hongos se prepararon bandejas de aluminios que sirvieron de cámara de cultivo para el desarrollo del hongo de prueba. Para la proliferación del micelio se dispusieron estructuras de pino insigne, que sostenían las probetas de madera que serán ensayadas.
3.2.3 Preparación y disposición de las probetas en bandejas de aluminio
Se prepararon 14 bandejas de aluminio de 2230 ml. En cada una de ellas se agregaron 94 g de vermiculita con un tamaño de 2-3 mm. Luego se aplicaron 22 g de extracto de malta para posteriormente colocar 535 ml de solución HCl y KCl al 0,1 N, logrando un pH de 3,5 a 4,0 (Wolff, 1989).
En la Figura 3, se explica el esquema de la disposición de las probetas en las bandejas de aluminio.
Bandeja 1………. Bandeja 7 Bandeja 1………....Bandeja 7
A B
Figura 3. Disposición de las muestras en las bandejas para A) Gloeophyllum trabeum: T1: repetición de 160ºC + 1 hrs, T2: repetición de 160ºC + 3 hrs, T3: repetición de 160ºC + 5 hrs; B) Poria placenta: T1: repetición de 160ºC + 1 hrs, T2: repetición de 160ºC + 3 hrs, T3: repetición de 160ºC + 5 hrs y el Testigo: probeta Pinus radiata D.don sin tratar.
A B
Figura 4. Preparación de bandejas de aluminio A y B para el medio de cultivo del ensayo de biodeterioro.
T1
T2
T3
Testigo
T1
T2
T3
Testigo
T1
T2
T3
Testigo
T1
T2
T3
Testigo
14
La Figura 4, se muestran la preparación de las bandejas en el laboratorio para la realización del experimento para la determinación de pérdida de masa en madera de Pinus radiata.
3.2.4 Inoculación de las bandejas
Las bandejas fueron inoculadas con los hongos xilófagos, siete bandejas con Gloeophyllum trabeum y siete bandejas con Poria placenta, obtenidos de cultivos previamente desarrollados en placas Petri con agar-malta al 2% a 25ºC. Pequeñas cantidades de cultivo del hongo se depositaron en los costados y alrededores de las probetas de Pino radiata que fueron soporte para las probetas de tratamiento térmico. Inoculadas todas las bandejas se llevaron a estufa de incubación a una temperatura de 25ºC.
Después de cuatro meses se retiraron las probetas del medio de cultivo y se limpiaron cuidadosamente del micelio que las cubría. Posteriormente se llevó al estado anhidro en una estufa de secado a 103±2ºC. Se procede a calcular la pérdida de masa de las probetas antes de ser expuestas a los hongos, y después de finalizado el periodo del experimento. Con los datos obtenidos se pudo establecer el porcentaje de pérdida de masa que se produjo. Este porcentaje es el que se indica como índice de durabilidad al cual se aplica la clasificación de la norma ASTM 2017-05.
Figura 5. Bandeja de cultivo, verificando crecimiento del hongo.
La verificación de las bandejas de cultivo (Figura 5) fue realizada cada un mes, durante el periodo, que se realizó el experimento. Cada vez que se abrió una de estas bandejas al azar estaban sin complicaciones de contaminación del medio y creciendo adecuadamente el hongo en cuestión.
Las diferentes relaciones entre peso seco inicial de las probetas de madera tratadas térmicamente y testigos en comparación con el peso seco final determinó el porcentaje de pérdida de masa que afectó a la madera.
15
La Figura 6 muestra el desarrollo después de 4 meses de los hongos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta. El ensayo presenta una estructura miceliar vigorosa y libre de contaminación.
A B
Figura 6. Bandejas de cultivos abiertas después de 4 meses de exposición a los hongos A) Gloeophyllum trabeum y B) Poria placenta.
16
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se presentan los resultados de la pérdida de masa para el tratamiento hidrotérmico de 160ºC a 1, 3 y 5 hrs en madera de Pinus radiata D.Don con hongos xilófagos de prueba Gloeophyllum trabeum y Poria placenta, comparándolas con madera de Pinus radiata testigo sin tratar.
4.1 Estadística descriptiva
La estadística descriptiva es un conjunto de procedimientos que tienen por objeto presentar datos por medio de, gráficos y/o medidas de resumen. De acuerdo a lo anterior, la estadística descriptiva es la primera etapa a desarrollar en un análisis de información.
Gloeophyllum trabeum
Para el hongo Gloeophyllum trabeum se realizó una comparación de pérdida de masa, en los tratamientos a 160ºC por 1,3 y 5 hrs junto con la probeta testigo. El tratamiento a 160ºC con 5 hrs. que se realiza a la madera de Pinus radiata se observa una pérdida de masa menor comparada con los otros dos tratamientos y la probeta testigo.
Figura 7. Porcentaje promedio de pérdida de masa causado por Gloeophyllum trabeum en madera de Pinus radiata
Se puede observar, en la figura anterior, que las probeta del tratamiento a 160ºC+5hrs. obtuvieron una pérdida de masa menor, que las del otros tratamientos al ser atacadas por Gloeophyllum trabeum. Esto pudo ocurrir ya que este hongo degrada principalmente polisacáridos de la madera, estos componentes no se encuentran en cantidades normales, porque fueron perdidos en el tratamiento que se le expuso a esta madera.
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Pe
rdid
a d
e m
asa
(%)
Nº de probeta
Tratamiento a 160º+1 hrs.
Tratamiento a 160º+3 hrs.
Tratamiento a 160º+5 hrs.
probeta testigo
17
La mejor resistencia al ataque de hongos xilófagos de pudrición parda fue a temperaturas de 160ºC a cinco horas en cada uno de los hongo xilófago ya que la madera no contenía los componentes necesario, como la hemicelulosa porque su descomposición o hidrolización ocurrió aproximadamente a los 120ºC y la lignina empieza a ablandarse (Shaffer, 1973).
La degradación térmica de la hemicelulosa se produce entre el rango de 160ºC (Fengel y Wegener, 1989) y los hidratos de carbonos son los primeros en deteriorarce debido a su estructura heterogénea, naturaleza cristalina y peso ligero, en comparación con otros polímeros de la madera. Durante la degradación térmica de la madera, la celulosa aumenta su cristalinidad temporalmente (Kotilainen et al 2000, Mangalam 2005).
De acuerdo a los resultados de este estudio, Fengel 1989, indica que el deterioro se origina en la capa S2 interna por la difusión de las enzimas de las hifas en los agujeros, a la temperatura de 160ºC esta capa se encontraría colapsada y no podrían las hifas transitar para reproducirse.
.
Poria placenta
Se analizaron los resultados del hongo Poria placenta del tratamiento hidrotérmico de 160ºC con 1,3 y 5 hrs. donde hubo una pérdida de masa de un 6%, en comparación con madera de Pinus radiata sin tratar que obtuvo, una pérdida de masa para el mismo hongo de un 42%.
Figura 8. Porcentaje promedio de pérdida de masa causado por P. placenta en madera de Pinus radiata.
En la Figura 8, se observa que la probeta 6 y 7 del tratamiento a 160ºC+5 hrs. tuvieron una pérdida de masa menor que las otras probetas pudiéndose encontrar ausencia de compuestos extraíbles, que se disuelven en agua como consecuencia de procesos preparatorios de la madera, que pudieron haberse eliminado en este proceso de hidrotermólisis y pueden generar diferencias en la durabilidad natural de la madera de albura y duramen. Se observa también que todas las probetas de
0
10
20
30
40
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
pé
rdid
a d
e p
eso
(%)
Nº de probeta
160ºC+1hrs.
160ºC+3hrs.
160ºC+5hrs.
probeta testigo
18
madera que fueron tratadas a 160ºC con 1,3 y 5 hrs. se produjeron un agrupamiento de los datos (medias). La degradación de los polisacáridos es causada por la acción de las enzimas que están especializadas en los diferentes carbohidratos presentes en la pared celular de la madera y que en esta madera por ser tratada con el método de tratamiento térmico no estaban presentes para que estos hongos reconocieran bien su alimento y genero una disminución en la pérdida de masa.
Comparación de medias de Poria placenta y Gloeophyllum trabeum.
En la Figura 9, se observa una comparación de las medias para ver la pérdida de masa (%) entre los hongos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta.
La pérdida de masa promedio para el tratamiento hidrotérmico de 160ºC a cinco horas fue de un 10% para el hongo Gloeophyllum trabeum, en comparación con madera de Pinus radiata sin tratar que dio como resultado un 45%.
Así según la norma ASTM 2017-05 la madera tratada a 160ºC+5 hrs pasa a ser altamente resistente (ver cuadro 2).
Figura 9. Comparación de medias en pérdida de masa entre hongo P. placenta y G. trabeum, para Pinus radiata
En la figura anterior, los resultados de Pinus radiata, frente al tratamiento hidrotérmico a diferentes horas de 1,3 y 5 hrs; contrastada con la probeta testigo, se observa que la probeta testigo afectada por el hongo Poria placenta, presentó una pérdida de masa de un 42% y el tratamiento térmico a temperatura de 160º+ 5 hrs obtuvo una pérdida del 6% demostrando que pasó a ser según la norma ASTM 2017-05 una madera “altamente resistente”.
0
10
20
30
40
50
Probetas testigos
160º + 1 hrs.
160º + 3 hrs.
160º + 5 hrs.
Pé
rdid
a d
e m
asa
(%)
Tratamiento
Gleophyllum trabeum
Poria placenta
19
4.2 Estadística Inferencial
La estadística inferencial se define como, el conjunto de métodos estadístico que permite deducir (inferir) como se distribuye la población en estudio o las relaciones estocásticas entre varias variables de interés a partir de la información que proporciona una muestra (Morales, 2005).
4.2.1 Análisis de varianza
El análisis de la varianza se realiza mediante pruebas paramétricas que requieren del cumplimiento de una serie de supuestos, como son variables aleatorias, independientes y normalmente distribuidas y varianzas constantes.
4.2.2 Comprobación de supuestos
4.2.2.1 Aleatoriedad
El supuesto de aleatoriedad significa que cada unidad muestral tiene la misma probabilidad de ser seleccionada desde una población (Morales, 2005). La selección de la muestra se realizó mediante la selección al azar, por lo que este supuesto esta cumplido.
4.2.2.2 Independencia
La hipótesis que más puede afectar a los resultados obtenidos es la dependencia de los errores (Morales, 2005). La contrastación de esta hipótesis la elaboramos gráficamente como lo demuestra en el anexo 1 de independencia de los datos.
4.2.2.3 Prueba de normalidad para los tratamientos
La prueba de normalidad debe ser realizada a cada uno de los tratamientos por separado y no una sola prueba para la totalidad de ellos (Morales, 2005) en base a esta información se realizaron la prueba de normalidad a cada uno de los tratamientos y de los hongos xilófagos, dando como resultado una normalidad en la totalidad de ellos.
Para confirmar la hipótesis de distribución normal se utilizó el Test de Shapiro-wilks, sirve para contrastar el ajuste de los datos a una distribución normal, sobre todo cuando la muestra es pequeña (n<30).
Gloeophyllum trabeum
En el cuadro 4 se tiene el resultado del test de normalidad según la siguiente hipótesis:
: El tratamiento hidrotérmico se distribuye normal
: El tratamiento hidrotérmico no se distribuye normal.
20
Cuadro 4. Prueba de normalidad con Test de Shapiro-wilks, para G. trabeum
Tratamiento valor-p
Testigo sin tratamiento 0,26
160ºC+1 hrs 0,87
160ºC+3 hrs 0,48
160ºC+5 hrs 0,81
De esto se concluye que: No se rechaza y se concluyen que los tratamientos se distribuyen normales al 95% de confianza ya que el valor arrojado en el cuadro anterior el valor-p es mayor a 0,05 (valor-p>0,05).
Poria placenta
En el cuadro 5 se tiene los resultados del test de normalidad según la siguiente hipótesis:
: El tratamiento hidrotérmico se distribuye normal
: El tratamiento hidrotérmico no se distribuye normal.
Cuadro 5. Prueba de normalidad con Test de Shapiro-wilks, para P. placenta
Tratamiento valor-p
Testigo sin tratamiento 0,26
160ºC+1 hrs 0,38
160ºC+3 hrs 0,78
160ºC+5 hrs 0,36
De esto se concluye que: No se rechaza y se concluyen que los tratamientos se distribuyen normales al 95% de confianza ya que el valor arrojado en el cuadro anterior el valor-p es mayor a 0,05 (valor-p>0,05).
21
4.2.2.4 Homogeneidad de varianza
Es necesario contrastar la hipótesis de homogeneidad de varianza (igual varianza), esto es, la varianza de los residuos es constante y no varía en los diferentes niveles del factor. La falta de homocedasticidad se denomina heterocedasticidad (Morales, 2005).
Se efectuaron pruebas estadísticas para validar la homogeneidad de varianza para cada hongo xilófago donde se tomó como referencia el Test de Bartlett. Este test se usa en diseños desbalanceados (distintos números de observaciones por tratamiento) y cuando n>=10, cuyo resultado (valor-p) debe ser mayor o igual a 0,05, de lo contrario no se considera homogéneas las varianzas (Morales, 2005).
Gloeophyllum trabeum
Se realizó el test estadístico de Bartlett teniendo la hipótesis que:
:
, la varianza se asume igual.
: para algún par, la varianza se asume distinta.
Cuadro 6. Prueba de homogeneidad de varianzas con test de Bartlett.
hongo valor-p
Gloeophyllum trabeum
0,79
La conclusión al realizar el test de Bartlett como lo indica el Cuadro 6, es: No se
rechaza y se concluye que la varianza son iguales para todos los tipos de
tratamiento, al 95% de confianza como se ve en cuadro anterior el valor-p para el
hongo Gloeophyllum trabeum es mayor a 0,05.
22
Poria placenta
Se realizó el test estadístico de Bartlett teniendo la hipótesis que:
:
: para algún par.
Cuadro 7. Prueba de homogeneidad de varianzas con test de Bartlett.
hongo valor-p
Poria placenta 0,72
Se concluye que: No se rechaza y se concluye que la varianza son iguales para todos los tipos de tratamiento al 95% de confianza como se ve en Cuadro 7, el valor-p para el hongo Poria placenta es mayor a 0,05.
Una vez demostrado que cumplen los cuatro supuestos, se determinó que la estadística a utilizar es paramétrica y se procede a la realización de la tabla anova y la prueba de rangos múltiples para determinar si los cambios registrados en los cuadros anteriores son realmente significativos o no.
4.3 Análisis Paramétrico
En la estadística paramétrica se asume que la población de la cual la muestra es extraída es normal o aproximadamente normal (Morales, 2005).
Para realizar un análisis de varianza se utilizo un ANOVA ya que existe en este estudio tres tratamientos, por lo que se recomienda en la literatura estadística emplear este método.
La elección del diseño estadístico para el ANOVA es el diseño al azar, este es útil porque las unidades experimentales en este caso las probetas de madera, son esencialmente homogénea o la variación entre ellas es muy pequeña. Este estudio fue realizado a los hongos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta por separado.
El ANOVA es considerado como una manera de verificar si dos o más medias muestrales fueron extraídas de una misma población o poblaciones con el mismo valor esperado (medias) (Morales, 2005).
23
4.3.1 ANOVA al azar para Gloeophyllum trabeum
La hipótesis para este diseño es las medias entre los tratamientos son iguales y las medias de los tratamientos son distintas.
El valor es el nivel de significancia y es por el que se optó para realizar el test estadística. ( 0,05)
La tabla anova descompone la varianza de los datos en dos componentes: un componente entre grupos y un componente dentro de grupos. La razón-F, es el cociente entre el estimado entre grupos y el estimado dentro de grupos.
Puesto que el p-valor de la razón-F es menor o igual que 0,05 existe una diferencia estadísticamente significativa entre las medias.
Por lo que se rechaza la hipótesis ya que el valor-p que dio como resultado en
la tabla anova es menor a 0,05. Cuadro 8.
Cuadro 8. ANOVA para Gloeophyllum trabeum.
Al tener una significancia de los datos, como se presentó en el cuadro anterior, se muestra una comparación múltiple, ver Cuadro 9 que es para determinar cuáles medias son significativamente diferentes de otras. Este cuadro deja en evidencia que hay una diferencias estadísticamente significativas con un 95% de confianza. Entre la madera testigo de Gloeophyllum trabeum tuvo una diferencia significativa en las medias con los tratamientos a 1, 3 y 5 hrs.
Cuadro 9. Comparación múltiples datos y su significancia.
* indica una diferencia significativa.
valor-p Resultado
0,00 existe diferencia
Contraste Sig. Diferencia
Testigo Gloeophyllum trabeum - 160ºC + 1 hrs * 35,93
Testigo Gloeophyllum trabeum - 160ºC +3 hrs * 37,42
Testigo Gloeophyllum trabeum - 160ºC + 5 hrs * 39,05
160ºC + 1 hrs - 160ºC +3 hrs
1,49
160ºC + 1 hrs - 160ºC + 5 hrs
3,13
160ºC +3 hrs - 160ºC + 5 hrs
1,64
24
4.3.2 ANOVA al azar para Poria placenta En el hongo xilófago Poria placenta se realizo un análisis de ANOVA, este arrojó que el valor-p de la Prueba-F es menor que 0,05 existe una diferencia estadísticamente significativa entre las medias de las variables con un nivel de significancia del 95% de confianza de la madera testigo y las maderas tratadas a 160ºC a 1,3 y 5 hrs., esto para el hongo de Poria placenta.
Cuadro 10. ANOVA al azar para Poria placenta.
Al igual que ocurrió con el análisis ANOVA para Gloeophyllum trabeum, este se
rechaza la hipótesis nula y las medias entre los tratamientos son distintas.
Se rechaza la hipótesis sí p-valor <
El cuadro 11, aplica el procedimiento de comparaciones múltiples ya que los resultados tienen una significancia, se utiliza una comparación múltiple para determinar cuáles medias son significativamente diferentes. El asterisco que se observa en la tabla indica los pares que tienen una diferencia estadística significativas con un 95% de confianza.
Cuadro 11. Comparación múltiples datos y su significancia.
* indica una diferencia significativa.
valor-p Resultado
0,00 Existe significancia
contraste Sig. Diferencia
Testigo Poria placenta - 160ºC + 1hrs * 32,11
Testigo Poria placenta - 160ºC + 3hrs * 33,91
Testigo Poria placenta - 160ºC + 5hrs * 35,27
160ºC + 1hrs - 160ºC + 3hrs 1,80
160ºC + 1hrs - 160ºC + 5hrs 3,16
160ºC + 3hrs - 160ºC + 5hrs 1,36
25
4.4 Análisis de Test “t” de student
Finalmente para comparar el efecto global de los hongos en la totalidad de los
tratamientos que ellos actuaron, la prueba “t”, es una herramienta estadística, que
permite comparar las medias de dos tratamientos o grupos. En este estudio, esto
ocurre con los dos hongos xilófagos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta y se
compararan las medias entre ellos.
Para utilizar la prueba “t” se requiere comprobar los supuestos de normalidad y
homogeneidad de varianza. En este caso las poblaciones, como se comprobó
anteriormente, son normales. Cumplidas entonces las hipótesis de normalidad e
igualdad de varianza, la comparación vía t student de ambos tratamientos es:
: Las medias de la pérdida de masa a los cuatro meses, son iguales en los
hongos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta.
: Las medias de la pérdida de masa a los cuatro meses, son distintas en los
hongos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta.
La hipótesis se rechaza si el p-valor <
En este caso el valor-p fue (0,00) menor que 0,05; lo que rechaza.
Como se cumple la desigualdad, se rechaza y se concluye que las medias de
la pérdida de masa a los cuatro meses son distintas, por lo que existe una
diferencia significativa entre Gloeophyllum trabeum y Poria placenta al 95% de
confianza (p-valor < 0,05).
26
5 CONCLUSIÓN
La variación del tiempo a temperatura máxima en el proceso de la termohidrólisis afecta la actividad degradadora de los hongos xilófagos.
La madera de Pinus radiata clasificada como poco durable después de tratada en
una termohidrólisis mejora su resistencia significativamente al biodeterioro.
Se destaca que la madera de Pinus radiata tratada con el proceso hidrotérmico a
160ºC con 1, 3 y 5 hrs. tuvo en comparación con madera testigo de Pinus radiata
una resistencia al ataque de los hongos Gloeophyllum trabeum y Poria placenta
La madera de Pinus radiata tratada a 160ºC por cinco horas obtuvo una pérdida
de masa promedio de un 10%, atacada con Gloeophyllum trabeum, pasando de
ser una madera poco resistente o no resistente a ser resistente, según
clasificación de la Norma ASTM 2017-05.
Para el hongo Poria placenta, la madera de Pinus radiata tratada a 160ºC por
cinco horas, tuvo una pérdida de masa promedio del 6% que según clasificación
de Norma ASTM 2017-05 pasó a ser una madera altamente resistente.
Po lo cual se concluye que los procesos térmicos son una alternativa viable para
aumentar la resistencia de la madera al ataque de hongos xilófagos sin las
externalidades negativas por el uso de químicos biocidas.
27
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Zakel, R.; Morrell J.J. 1992. Wood microbiology. Decay and its prevention. Academic Press Inc. p. 476
30
SUMMARY
The aim of this study was to determine the effect of the variable time: 1, 3 and 5 hrs on a thermo-hydrolysis at maximum temperature of 160° C, through the mass loss of Pinus radiata D. Don wood against decay fungi attack.
During the test time to Gloeophyllum trabeum and Poria placenta optimal conditions for their development were given: humidity, temperature, oxygen, pH, as well food.
The degree of deterioration of wood specimens was assessed by ASTM 2017-05. After sixteen weeks the best result were under of 5 hrs at 160 ºC; conditions Gloeophyllum trabeum produced an average of 10% wood mass loss, in the other hand the wood mass loss by Poria placenta was 6%.
The changes produced by the thermo-hydrolysis on the properties of wood of Pinus radiata D. Don improve the behavior of this wood against wood fungi decay.
ASTM standard classification increase from poor resistant to a highly resistant.
Keywords: thermo-hydrolysis, Pinus radiata D. Don, decay.
31
ANEXO 1
GRÁFICOS DE INDEPENDENCIA
32
testigo P.placenta 160ºC + 1hrs 160ºC + 3hrs 160ºC + 5hrs
Residual Plot
-6
-4
-2
0
2
4
6
residual
sample
testigo G.trabeum 160ºC + 1hrs 160ºC + 3hrs 160ºC + 5hrs
Residual Plot
-6
-4
-2
0
2
4
6
residual
sample
33
Anexo 2
Estadística descriptiva
34
Hongo Gloeophyllum trabeum, porcentaje de pérdida de masa
Nº PROBETA TRATAMIENTO
PESO ANHIDRO INICIAL
PESO ANHIDRO FINAL
% PERDIDA DE MASA
21 160º + 1 hrs 1,71 1,40 18,1
22 160º + 1 hrs 2,02 1,63 19,2
23 160º + 1 hrs 2,05 1,55 24,5
24 160º + 1 hrs 1,75 1,21 30,8
25 160º + 1 hrs 1,99 1,44 27,5
26 160º + 1 hrs 1,81 1,29 28,9
27 160º + 1 hrs 1,76 1,54 12,7
28 160º + 1 hrs 1,82 1,58 12,9
29 160º + 1 hrs 1,80 1,49 17,3
30 161º + 1 hrs 1,90 1,40 26,4
31 160º + 3 hrs 2,24 1,94 13,1
32 160º + 3 hrs 2,70 2,20 18,6
33 160º + 3 hrs 2,68 2,05 23,5
34 160º + 3 hrs 2,19 1,98 9,4
35 160º + 3 hrs 2,28 2,01 11,9
36 160º + 3 hrs 2,19 1,86 15,1
37 160º + 3 hrs 2,51 2,18 13,2
38 160º + 3 hrs 2,23 1,86 16,5
39 160º + 3 hrs 2,04 1,73 15,2
40 160º + 3 hrs 2,43 1,90 21,7
41 160º + 5 hrs 2,32 2,14 8,1
42 160º + 5 hrs 2,33 2,16 7,5
43 160º + 5 hrs 1,98 1,72 13,1
44 160º + 5 hrs 2,43 2,12 12,8
45 160º + 5 hrs 2,07 1,87 9,9
46 160º + 5 hrs 2,30 2,02 12,2
47 160º + 5 hrs 2,01 1,74 13,8
48 160º + 5 hrs 2,04 1,92 6,2
49 160º + 5 hrs 2,12 1,94 8,5
35
Hongo Poria placenta, promedio pérdida de masa.
Nº PROBETA TRATAMIENTO
PESO ANHIDRO INICIAL
PESO ANHIDRO FINAL
% PERDIDA DE MASA
70 160º + 1 hrs 1,75 1,56 10,7
71 160º + 1 hrs 1,75 1,55 11,5
72 160º + 1 hrs 1,85 1,67 9,7
73 160º + 1 hrs 1,83 1,67 8,4
74 160º + 1 hrs 1,81 1,74 3,5
75 160º + 1 hrs 1,88 1,68 10,6
76 160º + 1 hrs 1,87 1,73 7,5
77 160º + 1 hrs 1,84 1,61 12,1
78 160º + 1 hrs 1,81 1,70 5,8
79 160º + 1 hrs 1,79 1,54 13,8
80 160º + 3 hrs 2,29 2,08 8,9
81 160º + 3 hrs 2,28 2,09 8,4
82 160º + 3 hrs 1,91 1,81 5,3
83 160º + 3 hrs 2,17 1,95 10,1
84 160º + 3 hrs 2,67 2,46 8,0
85 160º + 3 hrs 2,16 1,99 8,0
86 160º + 3 hrs 2,09 1,83 12,2
87 160º + 3 hrs 2,20 2,11 4,0
88 160º + 3 hrs 1,80 1,73 3,9
89 160º + 3 hrs 2,11 1,90 9,9
90 160º + 5 hrs 2,28 2,13 6,5
91 160º + 5 hrs 1,93 1,80 6,7
92 160º + 5 hrs 1,98 1,83 7,6
93 160º + 5 hrs 2,50 2,37 5,1
94 160º + 5 hrs 2,69 2,52 6,3
95 160º + 5 hrs 2,64 2,55 3,5
96 160º + 5 hrs 2,12 2,06 2,6
97 160º + 5 hrs 2,12 1,90 10,2
98 160º + 5 hrs 2,03 1,87 7,6
36
Resumen de estadística descriptiva para hongo G. trabeum
Probetas
Testigo (%) 160º + 1 hrs.
(%) 161º + 3 hrs.
(%) 162º + 5 hrs.
(%)
Media 45 22 16 10
Mediana 46 22 15 10
Desviación estándar 3 7 4 3
Varianza de la muestra 10 44 19 8
Resumen de estadística descriptiva para hongo Poria placenta
Probetas
Testigos (%) 160º + 1 hrs.
(%) 160º + 3 hrs.
(%) 160º + 5 hrs.
(%)
Media 42 9 8 6
Mediana 41 10 8 7
Desviación estándar 2 3 3 2
Varianza de la muestra 5 10 7 5
