4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.4 Propriedades do papel
A medida de controle da drenabilidade da polpa produzida seguiu o comportamento expresso na TABELA 7.
TABELA 7–DRENABILIDADE DA CELULOSE KRAFT (EM ºSR) NAS DIFERENTES IDADES DE ESTUDO
Idades
10 anos 14 anos 16 anos 20 anos
ºSR 17,0 15,0 15,5 15,0
Os valores representados demonstram que a drenabilidade, para a polpa celulósica produzida com madeira proveniente de árvores de diferentes idades, é similar entre as idades, sendo menor apenas aos 10 anos. Esse comportamento foi influenciado principalmente pela maior quantidade de fibras de paredes finas, encontradas na madeira juvenil.
Ao utilizar cavacos industriais de Pinus, sem idade definida, para obtenção de celulose kraft a um número kappa médio de 50, MIRANDA et al. (2001, p. 6) constataram valores de drenabilidade de 15ºSR para um tempo de refinação de 20 minutos.
A distribuição dos valores de drenabilidade, encontrados nesse estudo, demonstram uma similaridade do desenvolvimento da refinação com polpas obtidas em outros estudos.
As principais propriedades de resistência do papel, determinadas nos testes físicos e mecânicos das folhas confeccionadas à mão, apresentaram o comportamento descrito na TABELA 8.
TABELA 8–PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA DO PAPEL NAS DIFERENTES IDADES DE ESTUDO
Idade Propriedade 10 anos 14 anos 16 anos 20 anos
Gramatura (g.cm-²) 80 79 81 79
Índice de tração (N.m.g-1) 47,0 47,1 46,9 46,3
Alogamento (%) 3,7 3,1 2,8 2,4
TEA (J.m-²) 118 99 90 72
Índice de arrebentamento (kPa.m².g-1) 4,0 3,6 3,2 3,2
Índice de rasgo (Nm².kg-1) 20 23 24 30
Alvura (%) 22,2 21,6 20,9 20,4
Permeância ao ar - 200 cm³ (s) 3,3 1,4 0,9 0,7
A gramatura das folhas confeccionadas (situada próximo aos 80 g.cm-²) foi semelhante para as idades estudadas, demonstrando que não há perda diferenciada de fibras ou finos em nenhuma das idades. Essa uniformidade facilita a comparação entre as propriedades do papel nas diferentes idades.
Algumas propriedades são passíveis de comparação com outros estudos, mesmo sob outras gramaturas, na forma de índices, como arrebentamento, tração e rasgo. Devido a esse fato, tais propriedades são as mais utilizadas para caracterizar materiais testados laboratorialmente.
A resistência dos papéis produzidos ao esforço de tração foi influenciada de forma negativa com o aumento da idade. O material proveniente de madeira mais velha (com maior quantidade de madeira adulta) apresentou menores valores de resistência. Isso ocorre, segundo IPT (1998, p. 180), devido à maior deslignificação da madeira juvenil, levando a um maior grau de ligação entre fibras.
Apesar da tendência de decréscimo da propriedade citada com o aumento da idade, os valores não apresentam diferença estatística significativa (ANEXO 1- A1.22).
Os valores do índice de tração ainda podem ser modificados com a refinação, onde o emprego de maiores energias de refinação leva a um aumento de resistência, pois aumenta o número de ligações entre as fibras.
MIRANDA et al. (2001, p. 7), em seu estudo com cavacos de Pinus sp. sem idade definida, encontraram valores similares aos desse estudo, diferenciando de
KLOCK (2000, p. 298) que obteve valores superiores com polpas para um mesmo grau de refinação.
O comportamento do alongamento do papel demonstrou uma tendência de decréscimo dos valores com o aumento da idade. Essa diferença não é estatisticamente significativa apenas entre as idades 14 e 16 anos (ANEXO 1- A1.23).
WRIGHT (1993, p. 39) obteve valores de alongamento similares aos descritos, porém utilizando Pinus maximinoi na África do Sul.
Esse comportamento indica que uma quantidade maior de madeira adulta confere ao papel uma característica mais elástica, deformando mais quando o papel está sujeito a uma carga semelhante.
A propriedade de absorção de energia de tensão (TEA) apresentou valores decrescentes com o aumento da idade, mostrando uma absorção maior de energia, antes do rompimento, quando se tem uma maior quantidade de madeira juvenil. Essa diferença é estatisticamente significativa apenas entre as idades 10 e 20 anos (ANEXO 1 - A1.24).
Esse comportamento ocorre devido ao maior entrelaçamento das fibras de madeira de menor idade, onde as paredes são mais delgadas e mais flexíveis.
O índice de arrebentamento apresentou um decréscimo com o aumento da idade, mostrando a influência positiva do aumento da quantidade de madeira juvenil. Isso proporciona um maior número de ligações interfibras e, conseqüentemente, uma maior resistência a essa propriedade.
Os valores apresentados estão em conformidade com os obtidos por MIRANDA et al.(2001, p. 7) para Pinus sp. plantado no Brasil. WRIGHT (1992, p. 41; 1993, p. 39) também apresenta valores próximos aos apresentados nesse trabalho, para papéis obtidos a partir de outras espécies de Pinus plantadas na África do Sul.
Os valores do índice de arrebentamento apresentaram diferença estatisticamente significativa entre as idades 10 e 16, 10 e 20, 14 e 20 anos (ANEXO 1- A1.25).
Além disso, os valores desse índice sofrem influência direta do grau de refinação, aumentando com o acréscimo da energia de refinação.
O índice de rasgo apresentou resultados crescentes em relação à idade. Isso ocorreu pela influência da quantidade de fibras de paredes espessas na composição dos papéis. Assim, papéis constituídos com alta porcentagem de fibras provenientes de lenho tardio apresentam maior resistência ao corte. Tais valores ainda podem ser alterados com a mudança do tempo de refinação. Um aumento do mesmo levaria a um decréscimo dos valores obtidos, como afirmam e SANJUAN (1997, p. 256) e KLOCK (2000, p. 298).
MIRANDA et al. (2001, p. 8) em seu estudo obteve valores, para o índice de rasgo, próximos aos deste trabalho, diferentemente de WRIGHT (1992, p. 41; 1993, p. 39) que demonstrou valores menores para outras espécies de Pinus.
Os valores, quando analisados estatisticamente, apresentam diferença entre as idades 10 e 16, 10 e 20, 14 e 20 anos (ANEXO 1- A1.26).
A alvura das folhas produzidas apresentou leve decréscimo com o aumento da idade da madeira, sendo estatisticamente diferentes entre todas as idades (ANEXO 1 - A1.27). Essa tendência é esperada, pois o aumento do número kappa imprime coloração mais escura às polpas. Tais valores podem ainda diminuir com o aumento do tempo de refinação, como afirma SANJUAN (1997, p. 256).
A permeância ao ar nas folhas diminuiu com o aumento da idade. Isso ocorre devido a maior facilidade de colapso das fibras oriundas de madeira juvenil. Isso torna a constituição da folha de papel mais coesa, deixando uma quantidade menor de espaços abertos entre as fibras componentes da folha. A recíproca é verdadeira, onde uma porcentagem maior de madeira de maior idade torna a folha de papel mais permeável à passagem de fluidos.
Os valores obtidos demonstraram uma diferença estatisticamente significativa entre quase todas as idades, exceto entre 16 e 20 anos (ANEXO 1- A1.27).
O aumento da energia de refinação também leva um aumento da resistência à passagem de fluidos, pois aumenta o número de microfibrilas com extremidades soltas, aptas a estabelecerem novas ligações eletrostáticas entre as fibras.
4.5 Consumo específico
A conversão de quantidade de madeira em celulose kraft pronta para uso pode ser observada na TABELA 6.
TABELA 6 – CONSUMO ESPECÍFICO PARA AS DIFERENTES IDADES DE ESTUDO Consumo específico (para uma tonelada de celulose seca)
Idade (anos) m³ de madeira verde kg de madeira seca kg de madeira verde
10 6,114 2.124 4.140
14 5,494 2.008 3.915
16 5,094 1.946 3.793
20 4,898 1.881 3.666
O comportamento observado no consumo específico segue a tendência esperada, onde é necessário maior quantidade de material jovem, em relação à quantidade de material de maior idade, para obtenção de uma tonelada de celulose.
Isso ocorre devido ao menor rendimento obtido quando se utilizam madeiras de menor idade e a maior massa específica das árvores de maiores idades, conforme afirma IPT (1998, p. 197).
Essa variável pode auxiliar na tomada de decisões quanto à logística de colheita florestal associada ao tipo de material necessário para fabricação de um produto com características pré-definidas. Permite ainda a definição do estoque (em toneladas ou metros cúbicos) necessário para a autonomia da fábrica por um período de tempo determinado.
Assim como o rendimento é uma função direta das características de polpação, o consumo específico pode ser alterado com modificações no processo de cozimento. Com condições mais severas de deslignificação, a demanda de madeira aumenta para todas as idades das árvores.
4.6 Crescimento das árvores
As principais variáveis de crescimento dos povoamentos florestais, nas idades estudadas, são apresentadas na TABELA 9.
TABELA 9 – VARIÁVEIS DE CRESCIMENTO DOS POVOAMENTOS FLORESTAIS NAS DIFERENTES IDADES DE ESTUDO
Idade (anos)
11 12 13 15 17 18 19 20 Volume comercial (m³cc/ha) 292,0 398,0 473,0 591,0 680,1 717,3 749,7 777,8
IMA (m³/ha/ano) 26,5 33,2 36,4 39,4 40,0 39,8 39,5 38,9
ICA (m³/ha/ano) 106,0 75,0 59,0 44,6 37,1 32,5 28,0
Produtividade celulose (t/ha) 41,5 58,4 71,8 97,6 118,6 126,3 133,1 138,8
IMA celulose (t/ha) 3,77 4,87 5,53 6,50 6,98 7,02 7,00 6,94
ICA celulose (t/ha) 17,0 13,4 12,9 10,5 7,7 6,7 5,7
Nota: o volume comercial está expresso em metros cúbicos com casca por hectare.
A tendência apresentada pelos valores do volume comercial denota um crescimento contínuo ao longo dos anos, porém, em um ritmo decrescente.
Esse comportamento é esperado com o passar dos anos, uma vez que os povoamentos florestais tendem a atingir um valor assintótico de volume quando estiverem em idade avançada.
O incremento médio anual da madeira apresentou seu máximo valor na idade 17 anos, definindo a auge da produção volumétrica nessa idade. Esse ponto define a rotação silvicultural. Esse tipo de rotação é denominado rotação de máximo incremento médio anual, rotação física ou ainda rotação técnica (SCOLFORO, 1997, P. 349).
Essa variável define o ponto mínimo de ociosidade do sítio, demonstrando que uma rotação com menos de 17 anos deixa de utilizar o máximo potencial produtivo do sítio em questão.
O incremento corrente anual, a partir da idade de 12 anos, apresenta um comportamento sempre decrescente. Isso reporta a diminuição do ritmo produtivo com o passar dos anos.
O ponto de cruzamento dessas duas curvas também fornece o ponto de máximo potencial produtivo do sítio. Quando se utiliza essa variável, a idade ótima de corte situa-se entre 17 e 18 anos. Dessa forma, a análise do ponto ótimo de corte, segundo o
potencial produtivo do sítio, pode ser feita utilizando apenas a curva de IMA ou as duas juntas.
A produtividade anual em celulose, por ser crescente com o aumento da idade, demonstra a potencialidade de produção de celulose em cada idade.
O incremento médio anual de celulose e o incremento corrente anual de celulose são novas ferramentas para a definição da idade ótima de corte – agora sob o ponto de vista da produção de celulose.
Segundo essas variáveis, o ponto ótimo de corte (ponto que maximiza a produção de celulose) ocorre entre as idades 18 e 19 anos.
4.7 Evolução dos custos florestais
Os custos envolvidos na atividade florestal, referentes ao plantio e manutenção do povoamento estão dispostos na TABELA 10.
TABELA 10 – CUSTOS RELATIVOS DE UM POVOAMENTO FLORESTAL Idade (anos)
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Custo total 0,892 0,909 0,924 0,938 0,950 0,961 0,971 0,979 0,987 0,994 1,000
Custo médio 1,0 0,84 0,60 0,49 0,43 0,37 0,34 0,31 0,29 0,28 0,27
Nota: custo total = custo acumulado em valor presente a uma taxa de 12 % ao ano; custo médio = custo médio para produção de uma tonelada de celulose.
O custo total para a atividade de plantio e condução de um povoamento florestal apresentou pequena ascensão com o aumento da idade, quando em idade superior aos 10 anos. Esse comportamento permite afirmar que pequenas diferenças na idade de corte não aumentam o custo de forma tão expressiva. Como exemplo pode-se tomar a diferença do custo entre as idades de 14 e 20 anos, que é de 5%.
A afirmativa é confirmada pelo comportamento do custo médio, que não obteve seu ponto mínimo dentro do intervalo de idades estudado. Isso demonstra que o custo mínimo da madeira para a produção de uma tonelada de celulose é obtido quando se faz a colheita da madeira com uma idade de cerca de 22 anos.
O valor obtido de menor custo médio está em conformidade com o determinado por OLIVEIRA et al. (1998, p. 109) onde obteve um valor presente líquido máximo na idade de 22 anos, para uma taxa de juros de 12% ao ano.
Para uma comparação entre a evolução de cada uma das propriedades estudadas, estão aqui dispostos os gráficos comparativos:
Propriedades do papel 20 25 30 35 40 45 50 10 12 14 16 18 20 Idade (anos) Índice de tração (N.m.g-1) Índice de rasgo (Nm².kg-1) Alvura (%) Propriedades do papel 0 1 2 3 4 5 10 12 14 16 18 20 Idade (anos) Índice de estouro (kPa.m²/g)
Alongamento (%)
Resistência à passagem do ar - 100 cm³ (s)
Absorção de energia de tensão (TEA)
60 70 80 90 100 110 120 10 12 14 16 18 20 Idade (anos) TEA (J/m²)
Volume comercial de madeira 0 100 200 300 400 500 600 700 800 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Idade (anos) V o lu m e (m ³/ h a) Variáveis de manejo 0 20 40 60 80 100 120 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Idade (anos) IMA (m³/ha/ano) ICA (m³/ha/ano) Produção de celulose 0 20 40 60 80 100 120 140 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Idade (anos) (t/ano)
Produção de celulose 0 3 6 9 12 15 18 21 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Idade (anos)
ICA celulose (t/ano) IMA celulose (t/ano)
5 CONCLUSÕES
1. O diâmetro das árvores apresentou um incremento em relação à idade. Esse incremento diminuiu com o passar do tempo, demonstrando o decréscimo do ritmo de crescimento aos 20 anos de idade. Isso é decorrente da chegada no ponto de máximo incremento em volume, atingido na idade de 18 anos.
2. O rendimento médio decorrente da retirada da casca aumentou nas árvores de maior idade, demonstrando que em árvores mais velhas têm-se uma maior quantidade de madeira.
3. Os valores médios da massa específica básica ao longo do fuste apresentaram uma tendência de decréscimo com a altura das árvores e de aumento em relação à idade. Porém, a interação entre as duas variáveis não foi estatisticamente significativa, mostrando a independência de expressividade das duas variáveis.
4. O rendimento de polpação, o teor de rejeitos e o número kappa aumentaram nas polpas produzidas com madeira de maior idade, demonstrando a maior dificuldade de deslignificação desse material.
5. Das propriedades estudadas de resistência do papel, apenas o rasgo apresentou tendência de acréscimo com a idade.
6. Os índices de arrebentamento, de tração, a permeância ao ar, a alvura, o esticamento e a absorção de energia tensora apresentaram um comportamento decrescente em relação à idade.
7. Associando as características do material empregado, com condições adequadas de deslignificação, potencializa-se o rendimento e obtém-se produtos com características definidas.
8. As curvas de crescimento das árvores demonstraram que, para o Pinus taeda L. plantado em sítios de média produtividade na região de Lages, com densidade inicial de plantio de 1333 mudas por hectare e sem desbastes, o ponto de máxima produtividade volumétrica é atingido entre as idades 17 e 18 anos.
9. Se a análise for baseada na quantidade de celulose produzida, com as mesmas características de deslignificação do presente estudo, o ponto de máxima produtividade de celulose ocorre entre as idades 18 e 19 anos.
10. Para o custo total de produção da madeira, observou-se que há pequena diferença entre as idades de 14 e 20 anos, acrescendo 5% no custo total entre as duas idades. 11. Se o cálculo da otimização do custo da produção de celulose, em termos
monetários, for baseado no custo médio por tonelada produzida, o ponto de mínimo custo encontra-se próximo aos 22 anos de idade.
Dessa maneira, o administrador florestal pode definir a idade ótima de colheita do plantio florestal para produção de celulose e papel de muitas maneiras. Pode-se maximizar o volume de madeira, ou o volume de celulose produzida, ou escolher o menor custo médio da tonelada de celulose. Porém, para um desempenho adequado do papel produzido, a evolução das características de resistência do papel devem receber grande atenção.
6 REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Normas técnicas. Rio de Janeiro, 1998.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA TÉCNICA DE CELULOSE E PAPEL. Pasta
celulósica e papel. São Paulo, 1998.
BODIG, J. Mechanics of wood and wood composities. New York: Van Nostrand Reinhold, 1993. 712p.
BRACELPA. Evolução histórica da produção de celulose. Disponível em: <http://www.bracelpa.org.br/Estatisticas/pasta/historico_celulose.htm> Acesso em: 10 jun. 2004.
BROWN, H. P.; PANSHIN, A. J.; FORSAITH, C. C. Textbook of wood technology. New York: McGraw-Hill, 1952. v. 2. 652 p.
FOEKEL, C. E. B. Celulose kraft de Pinus spp. O papel. ABTCP: São Paulo, p. 49- 67, jan. 1976.
Food and Agriculture Organization (FAO). Ordenamento florestal. Curitiba: UFPR, 1968. 114 p.
_______. Pulp and paper capacities - 2001. Disponível em:
<http://www.fao.org/forestry/FOP/FOPW/paper/public-e.stm> Acesso em: 26 ago. 2002.
HASSEGAWA, M. Qualidade da madeira de Pinus taeda L. de procedência da
África do Sul. Curitiba, 2003. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal)
– Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná.
HOSOKAWA, R. T. Introdução ao manejo e economia de florestas. Curitiba: UFPR, 1998. 162 p.
IPT. Celulose e papel. São Paulo: IPT, 1982. v. 2: tecnologia de fabricação de papel. 402p.
______. Celulose e papel. 2 ed. São Paulo: IPT, 1998. v. 2: tecnologia de fabricação da pasta celulósica.
JOHNSTON, D. R. et al. Planeamento florestal. Lisboa: Fundação Calouste Gulbemkian, 1977. 798 p.
KLOCK, U. Qualidade da madeira juvenil de Pinus maximinoi H. E. Moore. Curitiba, 2000. 347 f. Tese (Doutorado em Ciências Florestais) – Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná.
______.; et al. Massa específica básica e porcentagem de lenho tardio ao longo do
fuste de Pinus taeda L. estratos FL 088 Negrinha, FL 084 Rio Antinha e FL 068 Fazenda Cupim. Curitiba: FUPEF, 2001. 74 p. Relatório técnico.
______.; et al. Densidade básica da madeira ao longo do fuste e entre classes diamétricas de Pinus taeda L. In: ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, 8, 2002, Uberlândia. Anais... Uberlândia, 2002. v.1. p. X - XX
KOLLMANN, F. P. K.; CÔTÉ Jr., W. A. Principles of wood science and
technology. Berlin: Springer-Verlag, 1968. v. 1: solid wood. 592 p.
LIMA JR, V. B. et al. Os estágios de produção e a idade ótima de corte: diferença entre a teoria instantânea e a preferência temporal na produção florestal. Revista
Árvore. Viçosa, MG. V. 23, n. 4, p. 393-401, 1999.
MENDONÇA, M. A. Características da madeira de Pinus elliottii com diferentes
idades e propriedades do papel. Curitiba, 1982, 124 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Florestal) – Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná. MIRANDA, C. R. et. al. Estratégia para aumento de rendimento na produção de polpa kraft de Pinus sp. – polpação e deslignificação com oxigênio. 34º Congresso anual de
Celulose e Papel, out. 2001. 9p.
OLIVEIRA, E. B. O. et al. Sistemas para simulação do crescimento e da produção de
Pinus taeda L. e avaliação econômica de regimes de manejo. Revista Árvore, Viçosa,
MG. V. 22, n. 1, p. 99-111, 1998.
REMADE. A madeira de eucalipto na indústria moveleira. Disponível em: <http://www.remade.com.br/revista/70/ed70eucalipto.php> Acesso em: 01 mai. 2004. SANJUAN, D. R. Obtención de pulpas y propiedades de las fibras para papel. Guadalajara: Universidad de Guadalajara, 1997. 293 p.
SCOLFORO, J. R. S. Sistema integrado para predição e análise presente e futura
do crescimento e produção, como otimização de remuneração de capitais, para
Pinus caribaea var. hondurensis. Curitiba, 1990, 289 f. Tese (Doutorado em
Engenharia Florestal) – Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná. _______. Manejo florestal. Lavras: UFLA/FAEPE, 1997. 438 p.
SMOOK, G. A. Manual para técnicos de pulpa y papel. Vancouver: A. Wilde, 1990. 397 p.
SPEIDEL, G. Economia florestal. Curitiba, Paraná. UFPR, 1966. 167 p.
STATSOFT INCOME. Statistica for Windows. Tulsa, OK, 1995. 1 disquete (1,38 Mb);3 ½ pol.
TAPPI. TAPPI tests methods. Atlanta, 1994.
THOROE, C. Making money by planning. 3ª IUFRO International Conference. Planning and Decision-Making for Forest Management in the Market Economy. Russia, Pushkino/Göttingen, 1997. 213 p.
TSOUMIS, G. Science and technology of wood structure, properties, utilization. New York: Chapman & Hall, 1991. 494 p.
WALKER, J. C. F. Primary wood processing: Principles and practice. London: Chapman & Hall, 1993. 595 p.
WRIGHT, J. A. et al. Laboratory scale pulping of Pinus pseudostrobus, P. maximinoi, and P. patula. IPEF International, Piracicaba, n. 2, p. 39 – 44, 1992.
______. Volume, pulp and paper-making traits of Pinus maximinoi provenances planted at two sites in South Africa. Suid-Afrikaanse Bosboutydskrift, n.165, p. 37 – 40, jun 1993.
______. Laboratory kraft pulping of juvenile tropical pines: Pinus patula, P.
tecunumanii, P. maximinoi, and P. chiapensis. Tappi Journal, Atlanta, v. 79, n. 4, p.