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Revista Forestal Yvyraretá 32 (2024)
ARTÍCULO CIENTÍFICO
Análisis químico y poder calorífico de
cinco especies comerciales de madera
en Misiones
Chemical analysis and calorific power of five commercial
wood species in Misiones
DOI: https://doi.org/10.36995/j.yvyrareta.2024.32.001
Recibido 29 de diciembre 2023; aceptado 3 de julio 2024
Adelaida Bragañolo
1
, Iris Figuedero
2
, Daniel Schamne
3
,
Marina Hornus
4
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Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Forestales. Laboratorio Tecnología de la
Madera. Eldorado. Misiones. Argentina adelaida.braganolo@fcf.unam.edu.ar
2
Instituto Nacional de Tecnología Agrícola. Montecarlo. Misiones. Argentina.
3
Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Forestales. Laboratorio de Química. Eldorado.
Misiones. Argentina.
4
Universidad Nacional de Misiones. Concejo Nacional de Ciencia y Técnica. Facultad de Ciencias
Forestales. Instituto de Materiales de Misiones. Posadas. Misiones. Argentina.
Resumen
Este estudio se enfocó en la caracterización química; contenido de cenizas, extractivos, lignina
Klason, y carbohidratos como así también poder calorífico de cinco especies de madera de
alto valor comercial: Pinus taeda, Araucaria angustifolia (Bertol) Kuntze, Eucalyptus grandis,
Cedrela fissilis Vell y Nectandra lanceolata Nees & Mart. en la región de Misiones. Entre las
especies analizadas, se destacó el Pinus taeda, mostrando el mayor poder calorífico y el menor
porcentaje de cenizas, con valores de 4929 Kcal/Kg y 0.16%, respectivamente. Estas
características hacen que el Pinus taeda sea especialmente propicio para su utilización como
combustible en la generación de energía renovable. La Cedrela fissilis Vell presento un
elevado porcentaje de extractivos 7.7 % mientras que las otras especies no llegaron a tener
valores mayores a 4.5%.
Palabras Clave: Composición química; Poder calorífico.
Abstract
This study focused on the chemical characterization, including ash content, extractives,
Klason lignin, carbohydrates, and heating value, of five commercially valuable wood species:
Pinus taeda, Araucaria angustifolia (Bertol) Kuntze, Eucalyptus grandis, Cedrela fissilis Vell,
and Nectandra lanceolata Nees & Mart in the Misiones region. Among the analyzed species,
Pinus taeda stood out, exhibiting the highest heating value and the lowest ash percentage,
with values of 4929 Kcal/Kg and 0.16%, respectively. These characteristics make Pinus taeda
particularly suitable for use as fuel in renewable energy generation. Cedrela fissilis Vell
presented a high percentage of extractives at 7.7%, while the other species did not exceed
values higher than 4.5%.
Keywords: Chemical wood composition; Calorific power.
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Introducción
La caracterización de las especies forestales de interrés comercial en Misiones se revela
como una tarea esencial para ampliar el conocimiento acerca de sus propiedades y
aplicaciones. Este estudio se centra en especies clave como Pinus taeda, Araucaria
angustifolia (Bertol) Kuntze, Eucalyptus grandis, Cedrela fissilis Vell y Nectandra lanceolata
Nees & Mart., comúnmente conocidas como Pino, Pino Paraná, Eucalipto, Cedro y Laurel,
respectivamente. Las primeras tres especies se destacan especialmente debido a su elevado
volumen en el forestado en especial el Pino, lo cual se atribuye a su rápido crecimiento, según
información proporcionada por el Ministerio de Agricultura Ganadería y Pesca (MAGyP, 2023).
Datos recopilados indican que, dentro del género Pinus, se registraron 332.255 hectáreas,
representando un 81.9% de las plantaciones forestales en Misiones. En el caso del género
Eucalyptus, se contabilizaron 40.902 hectáreas, equivalente al 10.1%. Por último, la Araucaria
abarcó 16.050 hectáreas, es decir, un 4% del total (Fank et al., 2020).
En Argentina, las plantaciones de coníferas abarcan 640.000 hectáreas, concentradas
principalmente en las provincias de Misiones y Corrientes, las cuales representan el 90% de la
superficie nacional dedicada a este tipo de cultivo (Elizondo et al., 2015). A sabiendas que la
actividad forestal ocupa un papel preponderante en la región, donde el 70% de la superficie
forestada del país se concentra en la Mesopotamia y un 64% de las forestaciones corresponde
a las provincias de Misiones y Corrientes, es crucial contar con información detallada sobre
estas especies para optimizar su aprovechamiento sostenible.
Conociendo que las propiedades de la madera están influenciadas no solo por factores
morfológicos, sino también por el contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina, es relevante
determinar la proporción de estos (Garay y Henriquez, 2012), por ejemplo, el poder calorífico
de una madera será mayor cuanta más lignina tenga debido a que esta tiene un poder
calorífico alto con valores entre 22,2 a 28,5 MJ/kg (Maksimuk et al., 2021; Demirbaş, 2017),
mientras que la celulosa tiene valores entre 17,30 a 17,42 MJ/kg (Maksimuk et al., 2021) y la
hemicelulosa un valor ligeramente diferente al de celulosa. Demirbaş (2017), establece un
valor de 17,5 MJ/kg para la holocelulosa (celulosa y hemicelulosa). Así como la lignina, los
extractivos también tienen un poder calorífico alto (Doat, 1977) que varía según el tipo de
extractivo. Con esto se espera que las coníferas tengan un poder calorífico mayor al de las
frondosas, debido a la mayor cantidad de lignina, resina, ceras y aceites (AEVBIOM, 2012).
Mientras que la lignina y extractivos influye positivamente en el poder calorífico, el porcentaje
de cenizas influye negativamente (Martínez-Pérez et al., 2012). El trabajo de Uceda Castillo
(1980), propone una predicción del poder calorífico en función de la composición química de
la madera reafirmando que el análisis químico es una buena herramienta para tener una
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estimación del poder calorífico de una especie si no se cuenta con un calorímetro, un trabajo
similar lo ha llevado adelante Álvarez Rodríguez (2013).
El objetivo de este trabajo es la caracterización química de cinco especies de interés
comercial en la provincia de Misiones y la determinación de su poder calorífico.
Materiales y métodos
Los ensayos se realizaron sobre muestras de madera comercial tomadas de diferentes
aserraderos de la zona de Norte de la provincia de Misiones.
Las determinaciones de composición química se realizaron según los procedimientos
de LAP National Renewable Energy Laboratory NREL/TP-510-42618 para lignina, NREL/TP-510-
42619 para extractivos, y NREL/TP-510-42622 para cenizas. El material para ensayar seco al aire
libre fue reducido a polvo en un molino a cuchillas Fritsch® modelo Pulveristtte 15; las
fracciones utilizadas para el análisis composicional fueron las que pasaron el tamiz 20-mesh
y retenidos en el tamiz 80-mesh.
Los cálculos del porcentaje de extractivos, lignina, carbohidrato, cenizas y poder
calorífico están expresados en base seca de muestra, para ello, se determinó el contenido de
humedad de la muestra con la Norma IRAM Nº 9532 por el método de secado en estufa, se
tomaron unos 2 g de muestra molida y se secaron en estufa a 103 ± 2ºC hasta peso constante,
por diferencia de peso y usando la formula siguiente se calculó la humedad
𝐶𝐻 % =
𝑃ℎ − 𝑃𝑜
𝑃𝑜
∗ 100
Donde:
CH = Contenido de humedad en %.
Ph = Peso húmedo en gramos.
Po = Peso Anhidro o seco en gramos.
Determinación del porcentaje de extractivos
Se pesaron para cada muestra una cantidad de entre 8 a 12 g y se extrajo a través del
sistema soxhlet con alcohol al 96. El sistema se dejó a reflujos por 24 horas. Después de este
tiempo, se apartó el alcohol con los extractivos, se dejó evaporar el alcohol y se pesó el
remanente que representa los extractivos, los resultados para cada especie pueden verse en
Tabla 1.
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Determinación de lignina insoluble
Se pesaron para cada muestra una cantidad de aproximadamente 0,500 g de material
extraído calculado en base seca a la cual se adiciono 5 ml de ácido sulfúrico al 72% y se dejó
en baño María a 30ºC por 1 hora. Transcurrido ese tiempo se le adiciono 140 ml de agua
destilada. Los frascos tapados fueron colocados en el autoclave a 121ºC por 1 hora. Después del
autoclave las muestras se filtraron con embudo Buchner y papel de filtro seco y pesado
previamente. Al terminar el filtrado se enjuago con agua destilada. El papel de filtro con la
lignina insoluble se llevó a estufa a 105ºC hasta peso constante y se calculó el contenido de
lignina.
Determinación de cenizas
Entre 0,5 a 1,5 g de material seco al aire libre, molido y tamizado fueron colocados en
crisoles de 40 y 50 ml.
La mufla usada fue de la marca FAC DIG que cuenta con un programa de
calentamiento gradual con la que se llevó los siguientes incrementos:
Calentamiento desde la temperatura ambiente hasta 150°C. Mantener por 12 minutos.
Calentamiento desde 150°C hasta 250°C. Rampa 10°C/min. Mantener a 250°C por 30
minutos.
Calentamiento desde 250°C hasta 575°C. Rampa 20°C/min. Mantener a 575°C por 180
minutos.
Apagar y dejar enfriar.
La figura 1 muestra los crisoles con las cenizas.
Figura 1. Crisol con ceniza
Photo 1. Crucible with ash
Determinación de holocelulosa
La determinación de holocelulosa se hizo por diferencia de peso. Al 100% de la
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madera se restó la ceniza, lignina, extractivos y el resto se lo considero holocelulosa.
Determinación poder calorífico
Para la determinación del poder calorífico se procedió según Norma IRAM 17016
donde la muestra anhidra, molida y tamizada se prensó hasta formar una pastilla de
aproximadamente 1 g la cual se introdujo en una bomba calorimétrica marca Parr® modelo
1341 (Figura 2) donde se realizó la combustión con oxígeno a 25 atm. El aumento de la
temperatura del sistema fue registrado y los datos usados para los cálculos correspondiente
Figura 2. Bomba calorimétrica con patilla de madera y calorímetro Parr® modelo 1341
Photo 2. Bomb calorimeter with wooden leg and Parr® model 1341 calorimeter
Resultados y Discusión
En la Tabla 1, se destaca que el contenido de extractivos varía entre 1,56 % y 7,72 %,
siendo el Cedro la especie con el mayor porcentaje de extractivos. Este hallazgo coincide con
la investigación realizada por Abad-Cordero et al. (2020), quienes también identificaron un
alto contenido de extractivos en el Cedro.
Observando el bajo contenido de lignina en el pino según la Tabla 1, sería razonable
anticipar un poder calorífico más bajo en comparación con las demás especies. Sin embargo,
resultó tener el mayor poder calorífico. Este fenómeno podría atribuirse al bajo porcentaje de
cenizas, un factor que ha sido identificado como influyente negativamente en el poder
calorífico según estudios previos (Martínez-Pérez et al., 2012; Rivera-Inga et al., 2016).
Aunque se podría esperar que el Cedro, con su alto contenido de extractivos, exhibiera
un valor de poder calorífico significativo, presenta un poder calorífico de 4244 Kcal/kg, inferior
al del pino (4929 Kcal/kg) y al del Laurel (4570 Kcal/kg). Este contraste se atribuye al elevado
porcentaje de cenizas en el Cedro, que alcanza un 1,33%, superando a cualquier otra especie
estudiada. El estudio llevado adelante por Aguinsaca (2019) donde entre otras cosas se
comparó el contenido de cenizas de diferentes especies, también obtuvo que el Cedro fue la
especie con mayor contenido de esta, en este caso de 3,25 %. Este valor es considerablemente
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mayor al obtenido en este trabajo, Cardoso et al. (2001) indica que el contenido de ceniza
puede variar según la especie, la disponibilidad en el suelo, las características individuales y la
época del año.
Como se destacó anteriormente, el contenido de cenizas tiene un impacto negativo
en el poder calorífico.
Tabla 1. % de Extractivo, lignina, holocelulosa, cenizas y poder calorífico
Table 1. % Extractive, lignin, holocellulose, ash and calorific value
Extractivo
(%)
Lignina
(%)
Holocelulosa
(%)
Cenizas
(%)
Poder
Calorífico
(Kcal/kg)
Pino
3,18
29,9
66,7
0,16
4929
Pino
Paraná
1,56
35,6
62,6
0,24
3994
Eucaliptus
4,41
29,5
65.7
0,40
4086
Laurel
2,89
31,4
64,8
0,88
4570
Cedro
7,72
34,0
57,0
1,33
4244
La Figura 3 exhibe la coloración variada de los extractivos en alcohol de las especies
analizadas. Esta diversidad cromática se atribuye a las diferencias en la composición de los
extractivos según la especie. Vale la pena destacar que la mezcla compleja de componentes
químicos en los extractivos impide asignar un valor específico de poder calorífico a esta
sustancia. Para obtener una comprensión más detallada de los componentes químicos
presentes, sería beneficioso considerar análisis químicos más avanzados, como la
cromatografía gaseosa acoplada a espectrofotómetro de masa. Este enfoque permitiría
identificar y cuantificar los diversos compuestos presentes en los extractivos, proporcionando
una visión más precisa de su composición química y posibles aplicaciones.
Figura 3. Coloración de los extractivos en alcohol de las diferentes especies estudiadas
Photo 3. Coloration of the alcohol extractives of the different species studied
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Conclusiones
Las tres especies más comercializadas en Misiones: Pino, Pino Paraná y Eucalipto,
exhibieron bajos porcentajes de cenizas, lo cual es un factor crucial al considerar estas
especies como material combustible. La presencia reducida de cenizas es esencial, ya que no
solo impacta negativamente en el poder calorífico, sino que también puede causar
problemas de suciedad en los sistemas de combustión. El Pinus taeda se destacó al presentar
el mayor poder calorífico, un menor contenido de cenizas y, además, posee un rápido
crecimiento, lo que lo convierte en la elección preferida para ser utilizada como fuente de
combustible renovable.
El considerable contenido de extractivos en el cedro justifica la necesidad de llevar a
cabo estudios cualitativos adicionales para identificar sus componentes, los cuales podrían
poseer un alto valor económico. Esto no solo ampliaría las aplicaciones del cedro más allá de
su uso actual como madera, sino que también podría generar oportunidades significativas en
términos de aprovechamiento económico de estos componentes.
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