Historia de los medidores de humedad de la madera
Medidor de humedad de madera tipo clavija
Incluso antes de que se comprendiera bien la ciencia de la relación de la madera con la humedad, los carpinteros tenían que tener en cuenta cómo afectaría la humedad a sus materiales.
Afortunadamente, hoy en día comprendemos bien las propiedades higroscópicas de la madera. Por lo tanto, hemos podido usar este conocimiento para diseñar medidores de humedad que nos brindan datos cuantificables sobre el estado de humedad de una pieza de madera. A medida que nuestro conocimiento colectivo ha avanzado, los métodos de análisis también han evolucionado.
Actualmente, existen dos tipos principales de medidores de humedad de madera portátiles: con y sin clavijas. Cada uno se basa en diferentes propiedades eléctricas que se ven afectadas por la cantidad de humedad contenida en la madera que se mide, lo cual analizaremos en detalle más adelante en este artículo.
Por ahora, basta con decir que los medidores de clavija utilizan dos electrodos similares a clavos que se insertan en la madera y miden la corriente que fluye entre ellos. Los medidores sin clavija utilizan placas sensoras que se colocan planas sobre la superficie de la madera y miden el comportamiento de una onda eléctrica que envían a través de ella.
Sin entrar en la ciencia de cada tipo de medidor de humedad, las diferencias más evidentes entre ellos son lo que hacen con la madera que se está midiendo y lo fáciles que son de usar.
Los medidores de aguja dejan agujeros en la madera que se mide. Esto los hace útiles para evaluar el contenido de humedad de la leña o de piezas de madera, donde dejar varios agujeros no afecta negativamente la integridad estructural ni la estética del producto final.
En cambio, los medidores sin clavijas no dejan marcas físicas. Solo se pueden usar en madera plana, y todo el plano del sensor debe estar en contacto con la madera durante la lectura.
Medidor de humedad de madera inteligente sin clavijas Orion 950
La lentitud en la medición del contenido de humedad de la madera es otra consecuencia de tener que insertar o martillar clavos con un medidor de clavos. Insertar los clavos a la profundidad correcta, retirarlos y asegurarse de que se mantengan en buen estado para tomar la lectura lleva tiempo.
En consecuencia, al evaluar el estado de humedad de una pieza grande o un lote grande de madera, se requiere una inversión considerable de tiempo. Lo más probable es que simplemente se tomen menos lecturas. Una de ellas prolonga los plazos y los costos del proyecto, mientras que la otra implica tomar decisiones con menos datos que lo guíen.
Se puede trabajar de forma mucho más eficiente con medidores sin pines, ya que requieren menos esfuerzo físico para su uso y no son tan vulnerables a daños físicos como los electrodos con pines.
Pero aquí estamos hoy. Los medidores de humedad eléctricos tienen casi 100 años de historia. Curiosamente, aún dependen de un método aún más antiguo, el secado en horno, para validar su precisión. Para comprender cómo funcionan los medidores de humedad de madera portátiles actuales, vale la pena profundizar en la evolución de la tecnología en la que se basan.
Los métodos de secado al horno son el estándar de oro para medir la humedad de la madera
El método más antiguo para secar la madera fue el secado al aire o "secado a la intemperie". Este método lleva tiempo. La madera solía dejarse durante años antes de ser utilizada. Los primeros intentos por acelerar el proceso de secado dieron como resultado la construcción de varios tipos de "casas secas". Estas eran estructuras sencillas construidas sobre sótanos excavados que albergaban un horno de ladrillos o tejas.
En Estados Unidos, el uso de "casas secas" no era la norma, en parte porque presentaban un enorme riesgo de incendio. Se experimentó con tuberías de vapor en la década de 1850, pero no tuvo éxito. Con el tiempo, los primeros hornos de secado de madera exitosos, cámaras de secado con cierto aislamiento térmico, comenzaron a aparecer en el Medio Oeste en la década de 1870.
Mediante ensayo y error, los operadores de hornos descubrieron que secar la madera a temperaturas más bajas con aire circulante producía mejores resultados que usar la calefacción a alta potencia. Con el tiempo, el método de ensayo y error de las empresas que buscaban minimizar los tiempos de secado y maximizar la producción recibió el apoyo de científicos e investigadores. Mediante la investigación científica, los investigadores comenzaron a descubrir y validar una amplia gama de propiedades físicas de la madera. Algunos de sus descubrimientos incluyeron la comprensión de la estructura celular y las propiedades químicas de la madera.
A su vez, esto condujo a comprender cómo las diferencias físicas entre las especies de madera, e incluso entre las mismas especies cultivadas en diferentes lugares, afectan el proceso de secado de la madera.
Gracias al auge de la investigación sobre la madera, los científicos especializados en madera desarrollaron una fórmula para especificar el contenido de humedad de una pieza de madera en función de su peso y expresado como porcentaje.
Contenido de humedad (CH) = (Peso inicial – peso seco al horno) / peso seco al horno * 100
Por lo tanto, el método de secado al horno proporciona una medición directa del contenido de humedad de una pieza de madera. Si tiene un horno de secado de madera, puede pesar la madera antes y después de pasar por el ciclo de secado. ASTM D4442 (método de prueba estándar para la medición directa del contenido de humedad de la madera y materiales a base de madera) establece que el secado al horno proporciona “el mayor grado de precisión” y es “el estándar de referencia (primario) para determinar el contenido de humedad de la madera y los materiales a base de madera”.
Como resultado, la madera secada al horno de conformidad con ASTM D4442 se utiliza como punto de referencia para calibrar medidores de humedad portátiles por ASTM D4444 (método de prueba estándar para la estandarización y calibración de medidores de humedad portátiles en laboratorio).
Los medidores de humedad portátiles proporcionan una medición indirecta de la humedad. Dado que el agua conduce la electricidad, estos medidores recopilan datos sobre el comportamiento de las corrientes u ondas eléctricas en un trozo de madera. Estos datos se utilizan, junto con otros datos relevantes, para calcular el contenido de humedad de la madera.
Evolución de los medidores eléctricos de humedad de la madera
La humanidad ha comprendido desde hace mucho tiempo que la madera contiene humedad; que se seca y puede reabsorberla al entrar en contacto con el agua. De hecho, los científicos también conocen la relación entre el agua y la electricidad desde casi el mismo momento en que se descubrió la electricidad. En concreto, sabían que el agua conduce electricidad, aunque el proceso químico específico que ocurre en el agua cuando permite que las cargas eléctricas pasen a través de ella ha sido documentado más recientemente.
A finales de la década de 1920, los investigadores validaron por primera vez la idea de que podíamos usar las propiedades eléctricas de la madera para medir su contenido de humedad. Uno de los primeros medidores de humedad de madera eléctricos portátiles documentados es un medidor de tipo intermitente, de 1927. Este medidor tenía una lámpara de neón conectada a un condensador, que estaba en contacto con la madera. El condensador absorbía la carga que circulaba por la madera. Cuando el condensador estaba completamente cargado, la lámpara de neón se encendía brevemente. Cuanto más rápido se recargaba el condensador, más rápido parpadeaba la lámpara.
La rapidez con la que el condensador podía recargarse dependía de la resistencia de la madera. Dado que la humedad conduce la electricidad, cuanta más humedad haya en la madera, más rápido alcanzaría la carga completa el condensador. Si la resistencia de la madera era alta (es decir, baja humedad), la lámpara parpadeaba lentamente.
En los diez años siguientes, se desarrolló un nuevo tipo de medidor de humedad eléctrico: el medidor de tubo de vacío. Este medidor utilizaba un voltímetro de tubo de vacío como parte de un circuito de puente de Wheatstone, que utiliza una resistencia para medir la humedad en la madera. El medidor de tubo de vacío es el precursor directo de los medidores de humedad por resistencia que se utilizan hoy en día.
A mediados de la década de 1940, los medidores de aguja ya estaban disponibles comercialmente. Funcionaban (y aún funcionan) midiendo el flujo de corriente eléctrica entre sondas insertadas en la madera. Al igual que los primeros medidores de aguja, una mayor corriente entre las sondas indicaba niveles de humedad más bajos.
Sin la conductividad de los altos niveles de humedad, la madera seca presentaba una resistencia que prácticamente anulaba el flujo de corriente. Algunos medidores de humedad de clavija antiguos utilizaban cuatro sondas. Los medidores de humedad de clavija modernos solo requieren dos sondas.
Durante la época en que los medidores de resistencia se comercializaban, los investigadores también exploraban cómo utilizar las propiedades dieléctricas para medir la humedad de la madera. Los materiales dieléctricos pueden transmitir corrientes eléctricas sin ser conductores. Esta investigación dio como resultado otros dos tipos de métodos de análisis de humedad de la madera que funcionan con dos principios dieléctricos diferentes.
Sin profundizar demasiado en la ingeniería eléctrica, estos dos tipos de medidores dieléctricos utilizaban ondas de radio para medir los niveles de humedad. El medidor de pérdida de potencia analiza la cantidad de energía electromagnética perdida, lo cual se correlaciona con los niveles de humedad. El medidor de humedad por capacitancia adopta el enfoque opuesto: analiza la cantidad de energía eléctrica que se puede almacenar. Lo que tienen en común, en la práctica, es que ninguno requiere que las clavijas atraviesen la superficie de la madera.
En su lugar, utilizan placas sensoras que emiten una radiofrecuencia a través de la madera. El Laboratorio de Productos Forestales (FPL) del Departamento de Agricultura de EE. UU. había desarrollado un dispositivo de capacitancia para medir los niveles de humedad de la madera, pero no estaba disponible comercialmente. Para entonces, muchos fabricantes vendían medidores de humedad de tipo aguja.
La era moderna de los medidores eléctricos de humedad de la madera
A principios de la década de 1960, existía en el mercado un medidor de humedad común de tipo de pérdida de potencia. Durante este período, Delmer Wagner, fundador de Wagner Meters, trabajaba como electricista en un aserradero de Oregón. El aserradero utilizaba un detector de humedad en línea de tubo de vacío, grande y difícil de manejar.
Para construir un medidor de humedad más pequeño y fácil de calibrar, Delmer diseñó el primer medidor de humedad en línea. Este sistema de medición de humedad en línea utilizaba transistores. Finalmente, Delmer dejó el aserradero y, en 1965, fundó Wagner Electronics (hoy Wagner Meters), empresa que fabricaba medidores de humedad en línea para la industria maderera.
Casi todos los medidores portátiles de humedad de madera en el mercado a finales de la década de 1980 eran medidores de humedad de aguja. Sin embargo, estos nuevos medidores de humedad sin aguja seguían siendo bastante grandes, difíciles de calibrar y demasiado sensibles a las condiciones ambientales. En consecuencia, el mercado de medidores de humedad de aguja prosperó, mientras que había muy pocos medidores sin aguja.
En la década de 1990, Wagner Meters se propuso desarrollar un medidor de humedad de madera sin clavijas que solucionara las deficiencias de los medidores sin clavijas que se vendían en el mercado en aquel momento. La primera línea de medidores de humedad portátiles sin clavijas de Wagner Meters contaba con un circuito mejorado que utilizaba ondas electromagnéticas, lo que permitía lecturas de humedad más precisas.
Además, el circuito era menos sensible a la temperatura ambiente y de la madera. Wagner Meters también logró reducir significativamente el tamaño del medidor portátil en comparación con los disponibles en el mercado. Los medidores sin clavijas de otros fabricantes generalmente pesaban al menos 10 kg. Los medidores de humedad originales fueron diseñados para aserraderos, pero Wagner Meters añadió uno específicamente diseñado para carpinteros a mediados de la década de 1990.
La línea original de medidores de humedad sin clavijas Wagner era analógica. Esta línea fue reemplazada por una línea de medidores de humedad digitales sin clavijas a principios de la década del 2000. Estos medidores utilizaban microprocesadores, por lo que el tamaño del medidor portátil Wagner continuó reduciéndose. Para entonces, numerosos estudios habían validado que Los medidores sin clavijas de Wagner proporcionaron lecturas más precisas que los medidores de humedad de clavijas.
Estos estudios son importantes porque desmintieron la creencia generalizada de que los medidores de clavija eran más precisos que los medidores sin clavija. Las tecnologías fundamentales utilizadas, tanto en los medidores con clavija como en los sin clavija, se mantienen inalteradas. Hoy en día, la mayoría de los avances en los medidores de humedad de la madera se centran en las características de valor añadido que incorporan los medidores y los servicios relacionados.
La línea Orion de medidores de humedad de madera digitales sin pines.
Como resultado, Wagner La línea más nueva de medidores de humedad de madera, el Orion®, incluye características nuevas y sofisticadas que hacen la vida más fácil a los carpinteros.
Por ejemplo, los medidores Orion son los únicos del mercado que pueden calibrarse in situ con el calibrador a demanda incluido con cada medidor. Todos los demás medidores portátiles deben enviarse al fabricante para su calibración en fábrica, lo cual implica tiempo y dinero.
Algunas de las funciones de valor añadido más útiles mejoran la recopilación y gestión de datos del medidor. Desde entonces conocer el punto de equilibrio del contenido de humedad (EMC) de la ubicación en uso Es tan vital para proteger la madera de futuros daños relacionados con la humedad que la funcionalidad del Orion 950 incluye el cálculo de la EMC para los usuarios.
El medidor sin clavijas registra la temperatura ambiente y la humedad relativa, que utiliza para calcular la EMC. Esta EMC puede utilizarse como el "contenido de humedad objetivo" para el proyecto en el que se está trabajando o para predecir patrones de secado. Los cálculos de EMC basados en medidores de humedad evitan a los usuarios la molestia y la incertidumbre de calcular la EMC ellos mismos.
Los medidores sin clavijas demuestran ser más precisos y confiables que los medidores de humedad con clavijas
Si bien los medidores de humedad de clavija y sin clavija analizan las propiedades eléctricas de la madera, cada uno analiza propiedades diferentes. En resumen, los medidores de clavija reaccionan a las propiedades químicas de la madera, mientras que los medidores sin clavija responden a su gravedad específica.
Tanto la composición química como la densidad de un trozo de madera varían según la especie. Por ello, es necesario ajustar ambos medidores según la especie que se esté midiendo para obtener una lectura precisa de la humedad.
Según la FPL, algunos de los problemas que afectan la precisión de la lectura de un medidor son las condiciones climáticas, el contacto de los electrodos, la temperatura de la madera y la habilidad del operador. Muchos de estos problemas afectan con mayor facilidad a los medidores de humedad de clavija que a los medidores sin clavija. Estudios han demostrado que los medidores sin clavija suelen ser más precisos y fiables que los medidores de resistencia.
Por ejemplo, los medidores de clavija son muy sensibles a la temperatura de la madera, lo que puede dificultar la obtención de una lectura precisa. Si la temperatura del aire se desvía considerablemente de ese valor en cualquier dirección, el operador debe ajustar las lecturas del medidor según la temperatura exacta del aire donde se tomaron.
Ajustar la temperatura de la madera es solo una de las maneras en que la habilidad subjetiva del operador puede afectar la precisión de un medidor de pines. Los medidores de pines también requieren una habilidad precisa del operador para asegurar que ambos electrodos se introduzcan correctamente en la madera y a la profundidad correcta. Sin una alineación o profundidad adecuadas, los electrodos podrían no medir la humedad con precisión en esa zona.
La habilidad más importante del operador al colocar un medidor de humedad sin clavijas es simplemente asegurarse de que las placas del sensor queden planas sobre la superficie de la madera.
Por esta razón, los medidores sin clavijas no suelen utilizarse con leña. Por otro lado, la rapidez y facilidad de uso del medidor de clavijas permite que los carpinteros tomen más lecturas con él que con medidores sin clavijas. Disponer de más datos sobre el nivel de humedad proporciona una imagen más precisa del estado de humedad de un lote de madera.
Descarga gratuita: ¿Es mejor para usted un medidor de humedad con o sin clavijas?
La historia de los medidores de humedad de la madera: de prueba y error a una herramienta esencial para la carpintería
A medida que la industria maderera crecía a la par de la revolución industrial durante el siglo XIX, es lógico que los aserraderos buscaran maneras de acelerar el proceso de secado sin dañar la madera. Su metodología de ensayo y error, junto con su conocimiento anecdótico del secado por intemperie, les ayudó a innovar.
Se dieron cuenta de cómo la circulación de aire contribuía a maximizar la producción al permitir el uso de temperaturas más bajas para secar la madera. Observaron cómo reaccionaban diferentes especies de madera en circunstancias similares. Sus exploraciones prácticas sentaron las bases de la edificociencia formalizada.
Los medidores Orion de Wagner Meters son los únicos medidores de humedad de madera sin clavijas disponibles que pueden calibrarse verdaderamente en el campo en lugar de enviarse de regreso a la fábrica para su recalibración.
Gracias al rigor de la investigación científica y académica, nuestra comprensión de las propiedades físicas y mecánicas de la madera se amplió significativamente a lo largo del siglo XX. Gracias a esta investigación, la industria ha podido determinar cómo se desplaza la humedad a través de la madera y cómo el exceso de humedad la afecta negativamente.
Cerrando el círculo, la industria maderera ha utilizado las contribuciones de la ciencia de la madera para desarrollar las herramientas necesarias para medir el contenido de humedad de la madera, tanto directa como indirectamente, con un alto grado de precisión.
A medida que la ciencia de la madera reveló más sobre la interacción de la humedad y la electricidad dentro de la madera, los fabricantes de medidores utilizaron estos avances para diseñar y construir medidores de humedad comercialmente viables, en particular el medidor de humedad portátil.
Con medidores de humedad de madera portátiles, fiables y precisos, todo carpintero, desde el operador de un aserradero hasta el aficionado de fin de semana, puede tomar decisiones informadas sobre cuándo la madera está lista para dar el siguiente paso en su camino hacia su uso previsto. Al ser una herramienta tan potente, los medidores de humedad de madera se han convertido en un elemento básico para casi todos los carpinteros, lo que nos lleva a preguntarnos por qué no todos los carpinteros los utilizan.
De hecho, ahora que cualquiera puede acceder a información precisa sobre el estado de humedad de la madera a través de un medidor de humedad portátil, tiene la responsabilidad de hacerlo.
Tony Morgan es técnico sénior en Wagner Meters, donde forma parte de un equipo de pruebas y desarrollo de productos, así como de atención al cliente y capacitación para equipos de medición de humedad. Además de sus 19 años de experiencia de campo en diversas empresas de electrónica, Tony posee una licenciatura en Administración y un grado asociado en Tecnología Electrónica.
Última actualización el 10 de enero de 2025
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