DESENVOLVIMENTO DE PROGRAMA DE SECAGEM PARA A MADEIRA DE Eucalyptus
grandis
Matheus Felipe Freire Pego1 Luciano Junqueira Costa2 Naiara Conceição M. de Souza2 Thawane Rodrigues Brito2 José Sánchez1
José Tarcísio Lima1
1 Universidade Federal de Lavras
2 Departamento de Ciências Florestais / Universidade Federal de Lavras
DESENVOLVIMENTO DE PROGRAMA DE SECAGEM PARA A MADEIRA DE Eucalyptus grandis
Resumo: A secagem é uma das principais etapas para o beneficiamento e a agregação do valor na madeira e é uma etapa necessária para o uso da madeira como matéria-prima em diversos setores. Sendo assim, este trabalho objetivou realizar o desenvolvimento de programa de secagem para a madeira de Eucalyptus grandis. Neste trabalho foram utilizadas duas árvores de Eucalyptus grandis, abatidas aos 22 anos de idade. As árvores foram desdobradas e as tábuas foram usinadas nas plainas desempenadeira e desengrossadeira, com o objetivo de reduzir a espessura para 1 cm, obtendo as dimensões finais das tábuas de 100 x 20 x 1,0 cm. Determinou-se a densidade básica e umidade inicial.
Foram preparados corpos de prova para a secagem drástica. Foi realizada a secagem drástica e determinação dos parâmetros de secagem para a madeira em questão. Como resultados, essa espécie apresentou valores de umidade e densidade básica de 88,06% e 0,578 g.cm-3, respectivamente. A curva de secagem seguiu o padrão e os parâmetros de secagem foram de 47,43 ºC; 69,21 ºC e 2,60 para a temperatura inicial, final e potencial de secagem, respectivamente. O programa de secagem realizado foi adequado e pode ser empregado para a secagem adequada dessas madeiras.
Palavras-chaves: Umidade, Secagem em estufa, Tábuas.
Abstract: Drying is one of the main steps for the processing and value aggregation in wood and is a necessary step for the use of wood as raw material in several sectors. Therefore, this work aimed to develop the drying schedule for Eucalyptus grandis wood. In this study, two trees harvested at 22 years age, were used. The trees were sawed and the lumbers were machined into a planer and thicker planers in order to reduce the thickness to 1 cm.
The final dimensions of the lumbers presented 100 x 20 x 1.0 cm. Basic density and initial moisture were determined. Test specimens were prepared for drastic drying. Drastic drying and drying parameters were determined for the wood in question. As results, this species showed values of moisture and basic density of 88.06% and 0.578 g.cm-3, respectively. The drying curve followed a standard and the drying parameters were 47.43 °C; 69.21 °C and 2.60 for the initial, final and drying potential temperatures, respectively. The drying program performed was adequate and can be used for the proper drying of these woods.
Keywords: Moisture, Kiln drying, Lumbers.
1. INTRODUÇÃO
O gênero Eucalyptus tem sido muito utilizado nas florestas plantadas do País por apresentar rápido crescimento e uma ampla variedade de espécies que se adaptam aos mais diversos ambientes. Tal plasticidade permite utilizar a madeira proveniente de árvores deste gênero como matéria-prima para a fabricação de diferentes produtos, tais como lenha, mourões, carvão vegetal, celulose e móveis. No entanto, para que a madeira utilizada seja a mais adequada ao fim, é imprescindível o conhecimento de suas propriedades.
A umidade da madeira é uma propriedade física que influencia significativamente tanto a sua trabalhabilidade quanto a sua utilização nos diversos fins (BARRICHELO e BRITO, 1977).
Para remover a água presente na madeira no menor tempo e com o mínimo possível de defeitos é necessário secar a madeira. A secagem da madeira é uma técnica que visa a redução do seu teor de água, objetivando seca-la até a umidade desejada. Para tanto, deve
utilizar processos que sejam economicamente viáveis, levando em consideração o destino final da peça de madeira (JANKOWSKY, 1990).
Há dois tipos de secagem da madeira, a natural realizada ao ar livre e a secagem artificial ou forçada realizada em secadores artificiais projetados com o objetivo de aperfeiçoar o processo de secagem.
Para que a secagem artificial seja realizada mais rapidamente e com o menor nível possível de perdas ou defeitos, e necessário que a madeira seja submetida à um processo obedecendo a programas de secagem criados a partir de suas características físicas e anatômicas.
Programas de secagem são baseados na variação da umidade da madeira, em função de uma sequência pré-determinada de temperatura e umidade relativa, que são aplicadas a madeira presente no interior de uma estufa de secagem (GALVÃO; JANKOWSKY, 1985).
O programa de secagem pode ser dividido em quatro fases, os quais são o Pré- aquecimento; a secagem propriamente dita; a equalização e o condicionamento. Dentre os principais fatores que afetam a escolha do programa de secagem da madeira, pode-se citar:
espécie da madeira, espessura das tabuas ou peças e o tipo de equipamento utilizado para secagem. Desta forma, diversas espécies dependem do conhecimento aperfeiçoado para realizar a secagem de maneira eficiente, sendo o desenvolvimento de programas de secagem de extrema importância.
Assim, o objetivo deste trabalho foi de determinar os parâmetros de secagem e desenvolver programa de secagem para a madeira de Eucalyptus grandis.
2. MATERIAL E MÉTODOS
Para a preparação dos corpos de prova foram usadas as toras da base de duas árvores de Eucalyptus grandis, abatidas aos 22 anos de idade. Estas toras foram provenientes de árvores coletadas em plantios experimentais localizados na Universidade Federal de Lavras.
A árvore 1 apresentava como características dendrométricas diâmetro à altura do peito (DAP) igual a 50,61 cm e altura comercial de 36,8 m, a árvore 2 apresentava DAP de 38,51 cm e a altura comercial de 31,8 m.
As árvores depois de abatidas foram divididas em toras de aproximadamente 3 metros de comprimento, usando a tora da base para a confecção dos corpos de prova para a secagem drástica. As outras toras foram secas em estufa usando os parâmetros determinados pela secagem drástica e pelo posterior programa de secagem. Foram feitos cortes tangenciais das toras da base em serra de fita inicialmente com 2,5 cm de espessura até chegar ao pranchão central que foi usado para a confecção dos corpos de prova.
O pranchão central utilizado para a confecção dos corpos de prova tinha aproximadamente 15 cm de largura, sendo 7,5 cm do lado esquerdo da medula e 7,5 cm do lado direito da medula. Esse pranchão foi virado em 90º de forma a obter os 15 cm em largura. Foram retiradas tábuas do pranchão com dimensões de 300 x 20 x 2,5 cm (comprimento, largura e espessura) e foram serradas em 3 tábuas de 100 x 20 x 2,5 cm, com descrito na Figura 1.
Figura 1. Esquema do corte das tábuas para preparação dos corpos de prova.
Após cortadas, foram escolhidas 3 tábuas de cada lado da medula de cada tora, variando a posição longitudinal das tábuas, sendo portanto 18 corpos de prova para cada árvore e 36 corpos de prova no total. As tábuas foram usinadas nas plainas desempenadeira e desengrossadeira, com o objetivo de reduzir a espessura para 1 cm, as dimensões finais das tábuas foram 100 x 20 x 1,0 cm.
Para a confecção dos corpos de prova para a secagem drástica foi utilizada a metodologia de secagem drástica de Ciniglio (1998), a qual consiste em submeter corpos de prova, de 100 x 50 x 10 mm, com umidade elevada (verdes), em estufas de secagem observando os tempos e as velocidades de secagem, os defeitos que acontecem durante todo o processo de secagem.
A partir das tábuas com espessura de 1 cm foram confeccionados 108 corpos de prova, sendo 36 para a determinação do teor de umidade inicial, 36 para determinação da densidade básica e 36 para os ensaios de secagem drástica, como o representado na Figura 2.
Figura 2. Esquema da retirada dos corpos de prova para a secagem drástica.
Os corpos de prova para a determinação da umidade inicial e da densidade básica foram determinadas empregando respectivamente o método gravimétrico e de acordo com a NBR 11941-02 (ABNT, 2003).
Para a secagem drástica foi usado como base os dados de umidade e densidade que representam a umidade e a densidade dos corpos de prova para a secagem drástica de acordo com Ciniglio (1998). Os corpos de prova foram submetidos à secagem em estufa de laboratório a 100 °C, com sistema de circulação forçada de ar, sendo acompanhada a perda de massa e as rachaduras presentes nos corpos de prova. O acompanhamento se deu de 30 em 30 minutos (Umidade inicial até 30% de umidade), de 60 em 60 minutos (30% a 15%
de umidade) e de 120 em 120 minutos (15% a 5 % de umidade). O acompanhamento das rachaduras se deu utilizando paquímetro digital avaliando o comprimento e largura das rachaduras. O acompanhamento do colapso se deu utilizando o paquímetro digital e foi determinada a espessura lateral (maior espessura) e a espessura da região colapsada (menor espessura), fazendo a diferença e atribuindo o escore respectivo. Os valores das rachaduras foram transformados em escores. Foi utilizada a média do tempo e a massa de todos os corpos de prova até atingir determinado parâmetro exigido. O cálculo da velocidade de secagem utilizou as seguintes equações:
a) Velocidade de secagem até 5% de umidade.
b) Velocidade de secagem até 30% de umidade.
c) Velocidade de secagem de 30% a 5% de umidade.
Em que:
V1, V2, V3= Velocidade de secagem até 5%, 30% e de 30 a 5%
respectivamente (g/cm2.h);
mu= Massa da amostra na umidade inicial (g);
m5= Massa da amostra a 5% de umidade (g);
m30= Massa da amostra a 30% de umidade (g);
T1, T2 e T3= Tempos de secagem até 5%, 30% e de 30 a 5% respectivamente (h); 100= área superficial da amostra (cm²).
Os parâmetros de secagem foram determinados através das seguintes equações:
Em que:
TI: Temperatura inicial (ºC);
TF: Temperatura final(ºC);
PS: Potencial de secagem;
R1 e R3: índices de rachadura.
Para o desenvolvimento do programa de secagem foi utilizada a metodologia de Ciniglio (1998), tendo como parâmetros a temperatura inicial de 48 °C, a temperatura final de 70 °C e o potencial de secagem de 2,6 (Un.), sendo usados para essa determinação os valores médios das variáveis analisadas durante a secagem drástica, para a determinação dos parâmetros de secagem, usados para a determinação da temperatura inicial, final e do potencial de secagem.
As etapas do programa se secagem são a etapa de aquecimento (umidade relativa alta e aquecimento do conjunto madeira-estufa); a etapa de secagem (dividido em 7subetapas); a etapa de uniformização (uniformizar a umidade da carga em torno de uma umidade estabelecida) e a etapa de acondicionamento (visa amenizar o gradiente de umidade em cada peça e reduzir as tensões de secagem).
O programa de secagem foi elaborado utilizando o auxilio de cartas psicométricas para a determinação da umidade de equilíbrio da madeira, da umidade relativa, e para as temperaturas de bulbo seco e úmido. A temperatura inicial foi fixada até a etapa da secagem em que a umidade atingir 40%. A temperatura final foi fixada nas fases de condicionamento, uniformização e na ultima fase da etapa da secagem. No decorrer das etapas de secagem foram realizados aumentos gradativos na temperatura de bulbo seco e redução gradativa da umidade relativa com o aumento da diferença entre bulbo seco e bulbo úmido. Na elaboração do programa de secagem foi utilizado um programa médio para as duas árvores.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os corpos de prova utilizados neste trabalho apresentaram valores médios de umidade e densidade básica de 88,06% e 0,578 g.cm-3, respectivamente.
A Figura 3 representa o comportamento da umidade média dos corpos de prova submetidos à secagem drástica em função do tempo.
Figura 3. Curva de secagem para a madeira de Eucalyptus grandis.
Na Tabela 4 podem ser observados os valores obtidos para as variáveis utilizadas na determinação dos parâmetros do programa de secagem.
Tabela 4. Valores médios encontrados para as variáveis do ensaio de secagem drástica da madeira de Eucalyptus grandis.
T1 T2 T3 V1 V2 V3 R1 R2 R3
12 4,25 7,75 0,0200 0,0389 0,0002 4 4 2
T1= tempo de secagem da Ui até 5% (horas); T2= tempo de secagem da Ui até 30% (horas); T3= tempo de secagem de 30% até 5% (horas); V1= velocidade de secagem da Ui até 5% (g.cm².h-1); V2= velocidade de secagem da Ui até 30% (g.cm².h-1); V3= velocidade de secagem de 30% até 5% (g.cm².h-1 ); R1= rachadura de topo da Ui até 5% (escore); R2= rachadura de topo da Ui até 30% (escore); R3= rachadura de topo de 30% até 5% (escore).
O tempo de secagem da umidade inicial até 5% (T1) foi de 12 horas. O tempo de secagem da umidade inicial até 30% (T2) representa o tempo necessário para que a água livre seja retirada da madeira. O T2, neste trabalho foi igual a 4,25 horas (menor que T3), este resultado justifica-se pelo fato de que a água livre está ligada à madeira por forças de capilaridade, que são relativamente fáceis de serem quebradas, demandando menos tempo de secagem.
O T3 (tempo de secagem de 30% até 5%) representa o tempo necessário para a retirada da água de adsorção da madeira. O T3 correspondeu à maior parte do tempo de secagem, 64,58%, isto ocorreu porque a saída da água de adsorção se dá de forma mais lenta.
A velocidade de secagem da Ui até 30% (V2) foi maior que a velocidade de secagem de 30% até 5% (V3), este resultado é justificado, pois, conforme mencionado anteriormente, a saída da água livre da madeira ocorre mais rapidamente.
Andrade (2000) analisando as variáveis do ensaio com Eucalyptus grandis a 100°C em estufa de laboratório, encontrou resultados próximos ao deste trabalho para o tempo de secagem da Ui até 30% (T2), sendo este de 4,41 horas. As velocidades de secagem da Ui até 5% (V1) e da Ui até 30% (V2) também foram próximas ao deste trabalho, sendo V1 igual a 0,0186 g/cm². h e V2 igual 0,0359 g/cm². h. Por outro lado, a velocidade de secagem de 30 até 5% (V3) encontrada pelo autor foi bem maior em relação a obtida no presente estudo, sendo V3 igual 0,0091. Esse maior valor de V3 pode ser justificado pela menor umidade inicial (84,5%) e pela menor densidade básica (0,54 g/cm³) em relação à essas mesmas variáveis do trabalho em questão (88,06%).
Pode-se verificar que o aparecimento de rachaduras de topo foi maior no intervalo da umidade inicial até 30% (R2) em relação ao intervalo de 30% a 5%. Tal comportamento estava dentro do esperado, tendo em vista que as rachaduras ocorrem no início da secagem, pois, de acordo com Simpson (1991), as camadas mais externas da peça de madeira estão suficientemente tensionadas (por secarem primeiro) para romper as ligações entre os componentes anatômicos da madeira. No trabalho de Andrade (2000), as rachaduras de topo da Ui a 30% (R2) foram próximas às rachaduras de topo de 30 até 5%
(R3), sendo R3 (1,33) um pouco maior que R2 (1,29).
Os parâmetros para o programa de secagem da madeira de Eucalyptus grandis obtidos a partir do ensaio de secagem drástica foi de 47.43 ºC, 69.21 ºC e 2,60 para a temperatura inicial, final e potencial de secagem respectivamente. O programa de secagem é apresentado na Tabela 5.
Tabela 5. Programa de secagem para madeira de Eucalyptus grandis com 22 anos de idade.
Etapas secagem TBS (°C) TBU (°C) UR (%) UE (%) PS
Aquecimento 48 47 95 22 -
Ui a 40% 48 45 84 16 2,6
40 a 35% 52 47,5 77 13,2 2,6
35 a 30% 56 50 71 11,3 2,6
30 a 25% 60 52 63 9,4 2,6
25 a 20% 64 53 56 7,9 2,6
20 a 15% 68 51 41 5,7 2,6
15 a 10% 70 44 23 3,6 2,6
Uniformização 70 63 71 10,2 -
Condicionamento 70 65 79 12,2 -
TBS = temperatura do bulbo seco; TBU = temperatura do bulbo úmido; UR = umidade relativa; UE = umidade de equilíbrio; PS= potencial de secagem.
4. CONCLUSÕES
Com a realização deste trabalho foi possível concluir que a madeira utilizada apresentou uma densidade básica de 0,578 g.cm-3. A secagem da Ui até 30% ocorre em maior velocidade e, por consequência, num menor intervalo de tempo em relação à secagem de 30% a 5%.
O programa de secagem apresenta as condições adequadas de realizar a secagem adequada para a espécie, buscando a redução do tempo de secagem e a minimização dos defeitos.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq, à Fapemig e à Capes pelo apoio prestado ao desenvolvimento deste trabalho
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11941-02 - Determinação da densidade básica em madeira. Rio de Janeiro, 2003. 6p.
ANDRADE, A. Indicação de programas para a secagem convencional de madeiras.
200. 72 p. Dissertação (Mestrado em Ciências, Área de Concentração: Ciência e Tecnologia
de Madeiras ) - Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2000.
BARRICHELO, L. E. G.; BRITO, J. O. Correlações entre teor de lenho tardio e densidade básica para espécies do gênero Pinus. Piracicaba: IPEF, 1977. (IPEF. Circular técnica, 30).
CINIGLIO, G. Avaliação da secagem de madeira serrada de E. grandis e E. urophylla.
1998. 69 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Madeiras) - Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1998.
GALVÃO, A.P.M.; JANKOWSKY, I.P. Secagem racional da madeira. São Paulo: Nobel, 1985.
JANKOWSKY, I.P. Fundamentos de secagem de madeiras. Documentos Florestais, Piracicaba (10): 1 –13, jun. 1990.
SIMPSON, W. T. Dry kiln operator’s manual. Madison: Madison-Wisconsin, 1991.
