Baixe Secagem de madeiras e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Florestal, somente na Docsity! SECAGEM DA MADEIRA 1a Aula 1. INTRODUÇÃO 1.1. ORIGEM DA ÁGUA NA MADEIRA E SUA LOCALIZAÇÃO 1.2. DEFINIÇÃO, IMPORTANCIA E RAZÕES PARA SECAR A MADEIRA 1.2.1.Definição A secagem da madeira é uma técnica que visa a redução do seu teor de umidade, objetivando leva-la até um determinado ponto, com um mínimo de defeitos e no menor tempo possível. Para tanto deve valer-se de uma técnica que seja economicamente viável, tendo-se em mente o fim para o qual a peça da madeira se destina. 1.2.2.Importância e razões para secar a madeira No Brasil, de um modo geral, esta prática além de ser pouco difundida, é também pouco utilizada por aqueles que vivem do ramo madeireiro. São raras as serrarias que possuem pátios de madeiras, e quando possuem são geralmente de baixa eficiência. No caso de transporte de toras, prática ainda muito comum em nosso país, muita água é transportada para os lugares mais diversos, juntamente com a madeira, sem necessidade. A simples prática da secagem da madeira ao ar livre poderia reduzir em 400 kg ou mais o peso da carga de madeira para cada m³ transportado. Desta forma os custos com frete e mão-de-obra poderiam ser sensivelmente reduzidos, sem contar que as áreas para secagem nos grandes centros de destino das cargas de madeira seriam também sensivelmente reduzidas. Neste sentido, é que o entendimento desta prática faz-se necessário, não apenas para que o desenvolvimento da indústria de produtos madeireiros possa crescer de uma forma mais racional, mas também para que o nosso produto possa atingir uma melhor qualidade, capaz de competir com outros produtos do mercado internacional. 1.3. INFLUÊNCIA DA UMIDADE DA MADEIRA NAS SUAS CARACTERÍSTICAS 1.4. BENEFÍCIOS OBTIDOS AO SECAR A MADEIRA Dentre as principais razões que levam a se adotar a prática de secagem da madeira podem ser destacadas as seguintes: a) A redução na movimentação dimensional A madeira tende a contrair-se conforme vai secando e expandir-se conforme absorve umidade. Uma secagem adequada até um determinado teor de umidade final, diminuirá a movimentação dimensional da peça evitando empenos ou rachaduras. Como conseqüência, as peças de madeira poderão ser produzidas com maior precisão de dimensões proporcionando melhor desempenho em serviço. b) Redução dos riscos de ataque de fungos apodrecedores e manchadores A madeira verde é uma das principais fontes de alimentos tanto para fungos quanto para os insetos. O ataque desses microrganismos pode comprometer seriamente as propriedades mecânicas da madeira, além de alterar significativamente sua aparência, ocasionando uma redução no seu valor econômico. Madeiras com T.U. abaixo de 20% tornam-se praticamente imunes ao ataque destes organismos. c) Redução de custos A perda de água da madeira reduz sensivelmente seu peso e, conseqüentemente, seu custo de transporte diminuirá. d) Melhoria na tratabilidade Uma peça de madeira com T.U. de 20% será mais facilmente impregnada por produtos químicos preservativos ou retardantes de fogo, bem como aceitará mais facilmente pinturas, vernizes, ceras e outros materiais de acabamento. e) Aumento da resistência mecânica Em comparação com uma peça de madeira úmida, uma madeira previamente seca apresenta uma sensível melhora nas suas propriedades mecânicas, tais como: flexão estática, compressão, dureza, cisalhamento, etc... (exceções: tração perpendicular às fibras e resistência ao impacto). f) Melhora nas características de trabalhabilidade Uma madeira seca apresenta melhores resultados de aplainamento, lixamento, furação, etc... g) Melhora nas propriedades de pega Uma madeira úmida não permite uma boa aderência de produtos fabricados à base de cola ou colados. Exemplos: compensados, laminados, etc... h) Fixação de pregos e parafusos Pregos ou parafusos cravados em madeira úmida tendem a afrouxar com a secagem da madeira, por isso este tipo de prática deve ser efetuado após a secagem da peça. Com isso, juntas cravadas em madeira verde podem perder até metade da sua resistência. i) Melhora nas propriedades de isolamento Uma madeira seca conduz menos calor que uma úmida, além de aumentar sensivelmente suas propriedades de isolante elétrico e acústico. Outros benefícios adicionais que podem ser obtidos ao se efetuar uma secagem controlada da madeira tanto em estufas quanto em secadoras são: - O tempo gasto na secagem em comparação com a secagem ao ar livre é menor favorecendo um giro mais rápido do capital investido; - Reduz a área destinada ao armazenamento da madeira; - Podem obter-se teores de umidade mais baixos do que os obtidos com a secagem ao ar livre; - Minimizar os defeitos de secagem como rachaduras, empenos, encanoamentos quando se utilizam programas adequados; - Combate e elimina fungos e/ou insetos presentes na madeira. elevaria à medida que a água fosse evaporando, até que esta atingisse um ponto de equilíbrio com o meio, além do qual não haveria mais evaporação da água, e sim a sua precipitação. A este ponto é que corresponde a pressão de saturação de vapor de água àquela temperatura. Neste ponto, o ar dentro deste recipiente está com uma umidade absoluta de saturação, não podendo comportar mais umidade, sendo que se mais água evaporar, esta será condensada nas paredes do recipiente, mantendo desta forma o equilíbrio do meio. Entretanto, se a temperatura for elevada, a pressão de vapor também aumentará até atingir novo equilíbrio. 2.6.2. Umidade relativa do ar Por que a quantidade de vapor de água existente no ar é expressa em termos de umidade relativa ? Esta quantidade de vapor de água poderia também ser chamada de umidade absoluta. Entretanto, se analisarmos que uma umidade absoluta de 160g/m3 (13,6g/kg) a uma temperatura de 20oC pode representar um ambiente bastante úmido, podemos também afirmar que a 40oC este mesmo ambiente poderá estar bastante ressecado. É por isto que normalmente a umidade do ar é expressa em termos de umidade relativa. A umidade relativa é definida como sendo a relação percentual entre a pressão parcial de vapor de água (P) e a pressão de saturação (Ps) à uma mesma temperatura. UR = Ps P x 100 Exemplo: 1) A 24oC temos uma pressão de saturação (Ps) de 2,24cmHg, uma umidade absoluta de saturação (Uas) de 21,8g/m3 (18,96g/kg) e uma pressão parcial de vapor de água (P) de 1,36cm/Hg. A uma umidade absoluta (Ua) de 13,6g/m3 (11,41g/kg), qual seria a umidade relativa (UR) neste ambiente ? UR = 24,2 36,1 x 100 ⇒ UR = 60,7% ou UR = Uas Ua x 100 ⇒ 8,21 6,13 x 100 ⇒ UR = 61% 2) Supondo um ambiente a 20oC de temperatura e 70% de umidade relativa, no qual teríamos uma umidade absoluta (Ua) de 10,33g de vapor de água para cada kg de ar seco. Nestas condições, cada kg de ar seco poderia conter um máximo de 14,75g de vapor de água para cada kg de ar seco, correspondendo a sua umidade absoluta de saturação (Uas). Assim, cada kg de ar seco poderia receber no máximo 4,42g de vapor de água. Porém, ao aumentarmos a temperatura deste ambiente para 40oC sua Uas passaria a ser de 49,11g/kg, significando dizer que cada kg de ar seco teria condições de receber um máximo de 38,78g de vapor de água, o que representa um ambiente extremamente seco. Tabela 01. Pressão de saturação de vapor de água e umidade absoluta de saturação a diferentes temperaturas (para uma pressão barométrica de 76,0 cmHg). Livro do Jankowsky pg 25 Tabela 02. Pressão de saturação, umidade relativa do ar (UR) e umidade de equilíbrio da madeira (UEM) em função das temperaturas dos termômetros de bulbo seco e úmido. Livro do MIC/STI pg 10 2.6.3. Teor de umidade A umidade da madeira é calculada em função da relação entre o seu peso úmido (Pu) ou o peso de água contida na madeira e o seu peso seco (Ps) em estufa a 103±2oC até que este atinja um valor constante. TU = Ps Ps -Pu x 100 ou TU =     −1 Ps Pu   x 100 2.6.4. Temperatura de bulbo seco e bulbo úmido 2.7. MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DA MADEIRA 2.7.1. Método da secagem em estufa É um dos métodos mais precisos para determinação do teor de umidade da madeira, porém é também aquele que requer um maior período de tempo. Utiliza a expressão anteriormente apresentada, além de utilizar uma estufa dotada de circulação forçada de ar e termostato para controle da temperatura entre 101 e 105oC, além de uma balança com precisão de 0,1g. Este método não é recomendável para determinação da umidade de madeiras que contenham materiais voláteis. Neste caso deve-se usar o método de Karl Fischer. Utiliza amostras de madeira de 2,5cm (direção da grã) retiradas à pelo menos 30cm de distância das extremidades da peça. Exemplo: Uma amostra de madeira medindo 20 x 2,5 x 2,5cm com um peso inicial de 185g, apresentou após seca em estufa a 103±2oC um peso constante de 133g. Pergunta-se qual seu teor de umidade ? TU = 133 133 - 185 x 100 ⇒ TU = 39,1% ou TU =     −1 133 185   x 100 ⇒ TU = 39,01% 2.7.2. Método dos medidores elétricos São aparelhos de grande utilidade pois determinam a umidade imediata da madeira. Seu princípio está baseado na resistência a passagem de corrente elétrica que varia inversamente com a umidade da madeira. São muito práticos e rápidos não sendo necessário cortar a madeira. Possuem agulhas que são introduzidas na madeira fornecendo a leitura analógica ou digital, dependendo do aparelho utilizado, através de um mostrador. São mais precisos dentro de uma faixa de umidade que varia entre 7 até 30%. 2.7.3. Método de destilação O teor de umidade da madeira é determinado volumetricamente, utilizando-se produtos químicos específicos como xileno ou tolueno, que atuam como extratores por não se misturarem com a água contida na madeira. São mais indicados para madeiras que contenham extrativos voláteis. 2.7.4. Outros métodos Além dos métodos anteriormente descritos, existem outros um pouco menos comuns, utilizados em situações mais específicas. a) Método de Titulação Karl Fischer. Este método fundamenta-se na determinação iodométrica da água que é removida da madeira por destilação. b) Método Higrométrico A umidade da madeira é determinada introduzindo-se um higrômetro em um orifício previamente aberto na madeira. Sela-se este orifício e após a umidade da madeira entrar em equilíbrio com o ar contido no seu interior, o teor de umidade da madeira é obtido. c) Método da Radiação Nuclear Utiliza um gerador de nêutrons de alta velocidade, os quais são dirigidos para a madeira. Parte destes nêutrons tem sua velocidade diminuída pelas moléculas de hidrogênio presentes nas moléculas de água, e a sua contagem é efetuada através de um detector. Como o teor de umidade é avaliado em função do peso da madeira, a sua densidade deve ser medida, sendo efetuada através de radiação gama. Para isso, um feixe de raios gama é dirigido para a madeira e a intensidade de radiação refletida através do material, que é inversamente proporcional a sua densidade, é medida por um detector. Os dados dos dois detectores combinados fornecem o teor de umidade da madeira. No final da segunda etapa, toda a água livre terá sido liberada tendo, portanto, a madeira atingido o seu Ponto de Saturação das Fibras. Deste ponto em diante, há um aumento gradual do movimento de difusão, e uma conseqüente diminuição do teor de umidade da peça. Com isto, a resistência à evaporação cresce, fazendo com que a velocidade de secagem torne-se cada vez mais baixa. 3.3. FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE SECAGEM DA MADEIRA A velocidade com que uma peça de madeira serrada seca, pode sofrer influência de determinados fatores, tanto internos, relacionados a própria madeira, como externos, relacionados às condições atmosféricas, sob as quais a peça de madeira estará sujeita. 3.3.1. Fatores internos Dentre estes fatores, podem ser destacados como principais, os seguintes: 1o) Espécie de madeira Algumas madeiras secam mais rapidamente que outras, em função da sua estrutura anatômica. Algumas espécies possuem vasos e/ou traqueídeos mais largos e abertos ou mais abundantes que outras espécies, favorecendo com isso, a circulação da umidade no seu interior e, consequentemente, a sua secagem. Madeiras de coníferas, por exemplo, precisam, normalmente, de menos tempo para secar, do que madeiras de folhosas. A massa específica da madeira serve como indicativo para a sua velocidade de secagem. Madeiras com maior massa específica, levam mais tempo para secar e vice-versa. 2o) Tipo de madeira Peças com maior quantidade de alburno em geral secam mais rapidamente do que as com maior quantidade de cerne. Peças de madeira que possuam anéis de crescimento mais largos e ricos em lenho primaveril, apresentam maior velocidade de secagem do que a mesma espécie com anéis de crescimento finos e ricos em lenho juvenil. 3o) Teor de umidade inicial Uma determinada espécie de madeira poderá apresentar diferentes velocidades de secagem ou diferentes tempos de secagem. Estas diferenças estão em função do teor de umidade inicial das peças a serem secas. Uma peça com teor de umidade inicial baixo levará um menor tempo para secar em relação a outra com um teor de umidade inicial mais elevado. Desta forma, KOLLMANN & CÔTÉ propõem a seguinte equação para estimar o tempo de secagem da madeira, em função do seu TUI juntamente com outros fatores. T = Uf Uiln k 1 × ou T = (1 × onde: )ln Uf - ln Ui k T = tempo (h) k = coeficiente de secagem folhosas = 0,0265 coníferas = 0,0477 Ui = teor de umidade inicial Uf = teor de umidade final ln = logarítmo natural (neperiano) Assim sendo, pode-se dizer que quanto maior for a diferença entre a Ui e a Uf da madeira, maior será a duração da sua secagem. Exemplo: 1) Qual o tempo necessário para secar tábuas de 25mm de espessura de uma conífera com massa específica igual a 0,45g/cm3 a 70% de umidade, em uma estufa à 65oC de temperatura, até esta atingir um teor de umidade de 10%. T = ( 10ln - 70ln 0,0477 1 × ) ⇒ T = 40,8 ≅ 41 horas 4o) Espessura O tempo de secagem pode ser estimado em função do quadrado da espessura da peça a secar. Para tanto, este tempo pode ser calculado em função da seguinte expressão: t2 = t1 x 2 1 2 e e       onde: t2 = tempo estimado de secagem da tábua de e2 (horas ou dias) t1 = tempo conhecido de secagem da tábua de e1 (horas ou dias) e2 = espessura da tábua 2 e1 = espessura da tábua 1 Exemplo: 1) Sabendo-se que uma peça verde de 2,5cm de espessura de cedro levou 6 dias para secar até 10%. Quantos dias serão necessários para secar outra peça de 7,5cm nas mesmas condições ? t2 = 6 x 2 2,5 7,5       ⇒ t2 = 54 dias 5o) Orientação do corte O fluxo ou movimentação da umidade no interior da madeira chega a ser de 10 a 15 vezes maior no sentido longitudinal do que no transversal. Já no sentido transversal, esta movimentação chega a ser de 20 a 50% maior no sentido radial em relação ao sentido tangencial. 6o) Cerne e alburno Tanto para folhosas quanto para coníferas, o alburno seca mais rápido que o cerne, apesar de possuir um teor de umidade mais elevado. Isto se deve a sua alta permeabilidade em relação ao cerne, tendo em vista também, que o cerne apresenta maior quantidade de extrativos que podem obstruir as aberturas das paredes celulares. 7o) Massa específica Quanto maior a massa específica, maior o tempo de secagem. 8o) Outros fatores A presença de fungos manchadores e/ou apodrecedores dificultam o movimento da água no interior da madeira, pois o micélio destes fungos auxiliam o bloqueio da passagem da água. Além disso, a presença de resinas e outros extrativos, dificultam a movimentação de água e com isso aumentam o tempo de secagem da madeira. 3.3.2. Fatores externos Os seguintes fatores podem estar relacionados com a velocidade de secagem da madeira: 1o) Temperatura De maneira geral, quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade de secagem. Entretanto, neste ponto, deve ser observado dois aspectos fundamentais. O primeiro relacionado a remoção da água livre, a qual não necessita de elevadas temperaturas, pois o seu efeito não influirá sigificativamente sobre a taxa de secagem. O segundo aspecto diz respeito a retirada da água de adesão (abaixo do PSF), a qual será influenciada diretamente pela temperatura. A elevação da temperatura provocará uma alteração na umidade relativa do ar, acelerando o processo de difusão, responsável direto pelo aumento da taxa de velocidade de secagem. Na Tabela X são apresentados alguns exemplos de temperaturas máximas obtidas através de ensaios práticos, para secagem de algumas espécies de madeiras brasileiras. Tabela X. Temperaturas máximas de secagem de algumas espécies de madeiras brasileiras obtidas através de ensaios práticos. 2o) Umidade relativa do ar A umidade relativa do ar é a razão entre a quantidade de vapor de água contido num determinado volume de ar, em relação a sua umidade de saturação. Em outras palavras, é a quantidade de vapor de água que um determinado volume de ar contém a uma determinada temperatura. Desta forma, pode-se dizer que quanto mais baixa for a URA, mais umidade este poderá absorver da superfície da madeira, favorecendo a velocidade de secagem. 3o) Circulação do ar Durante o processo de secagem, o ar seco que entra na estufa absorve a umidade da madeira. Caso este ar não circule, ele tenderá a entrar em equilíbrio com a carga de madeira, e o processo de secagem estabilizara. Por tanto, a circulação do ar dentro da estufa é muito importante pois a saída do ar úmido, sendo substituído pelo ar seco, dará seqüência ao processo de secagem, com uma distribuição homogênea de calor por toda a pilha, transferindo energia para a superfície da madeira. 5a Aula 5. PREPARAÇÃO DA CARGA NA SECADORA É de fundamental importância para que se possa obter um bom desempenho da secagem. Obedecendo-se os critérios básicos, pode-se conseguir ao final da secagem, madeira sem empenamentos, com menores tensões de secagem, mais uniformes e possivelmente um processo de secagem mais rápida. 5.1. SELEÇÃO E ENTABICAMENTO A seleção das peças de madeira simplifica a operação de entabicamento, bem como, auxilia na obtenção de peças com similaridade em características de secagem. A seleção pode ser feita de várias formas, sendo as principais descritas a seguir: 5.1.1. Seleção por espécie Na medida do possível, o carregamento deve ser composto por uma só espécie de madeira, ou por espécies que apresentem características semelhantes. 5.1.2. Seleção por teor de umidade Não é recomendável misturar num mesmo carregamento, peças parcialmente secas ao ar com peças consideradas verdes. As peças verdes requerem condições mais suaves de secagem inicial e também um tempo mais longo, em comparação com aquelas parcialmente secas. 5.1.3. Seleção por cerne e alburno Normalmente, o cerne e o alburno apresentam diferentes teores de umidade. O alburno seca mais rapidamente que o cerne. Portanto, é vantajoso, sempre que possível, separar peças de cerne e de alburno, principalmente, quando está se processando grandes volumes de madeira. 5.1.4. Seleção por espessura Esta prática simplifica o entabicamento e, consequentemente, a secagem pois reduz o empenamento das peças e dos tabiques. A falta de contato entre a tábua e o tabique, pode provocar empenos, como por exemplo, encanoamentos e torções, resultando em uma desuniformidade do fluxo de ar através da pilha de madeira. 5.1.5. Seleção por comprimento Pilhas formadas com peças de diferentes comprimentos, podem dar origem a tábuas empenadas no final da secagem. Ao contrário, tábuas com o mesmo comprimento, bem apoiadas e alinhadas, facilitam a secagem, bem como, proporcionam uma maior estabilidade à pilha de madeira. O uso de tabiques ou separadores, podem reduzir sensivelmente os empenamentos, assegurando uma secagem mais rápida e uniformes. Na Tabela X são apresentadas dimensões e distâncias entre separadores, em função da espessura das peças e da espécie de madeira que formará a pilha a secar. Tabela X. Dimensões e distâncias entre separadores, relacionados com a espessura das peças e a espécie de madeira que compõem a carga a secar. Dimensões dos tabiques (mm) Distância entre tabiques (cm) Espessura da peça (mm) Espessura Largura Coníferas Folhosas < que 30 30 a 60 > que 60 20 a 25 25 a 35 30 a 40 20 a 40 25 a 50 40 a 80 40 a 80 60 a 100 80 a 120 30 a 50 40 a 60 50 a 80 5.2. AMOSTRAS CONTROLADORAS São amostras de madeira previamente selecionadas, que servirão como representativas da carga à secar. Estas amostras são colocadas em locais adequados na pilha, de tal forma, que possam ser removidas, periodicamente, para serem pesadas, avaliadas e ensaiadas. Esta prática, apresenta uma desvantagem que é a de perder este material que irá ser analisado. Em compensação, ele pode apresentar inúmeras vantagens, tais como: a) Reduzir os defeitos de secagem; b) Obter um melhor controle do teor de umidade final desejado para a carga de madeira; c) Reduzir o tempo de secagem da carga de madeira; d) Melhorar a qualidade do material; e) Desenvolver programas de secagem em função do tempo; f) Localizar possíveis focos de problemas que podem afetar o bom desempenho da estufa; g) Reduzir o custo de secagem; e h) Obter um material mais uniforme e isento de tensões internas. 5.2.1. Número de amostras Depende, principalmente, das condições e características de secagem, eficiência da estufa, uso final da madeira e nível de qualidade requerido. Entretanto, devido à existência de muitas variáveis envolvidas neste processo, o número de amostras também poderá ser determinado em função da experiência do operador da estufa. Porém, como regra geral, este valor poderá ser estimado através do volume de madeira a secar, sendo recomendado, de acordo com RASMUSSEN (1968), no mínimo 4 amostras para carregamentos de até 47m3; e de 10 a 12 amostras para carregamentos acima de 236m3. 5.2.2. Seleção das amostras As amostras selecionadas para serem analisadas deverão ser preferencialmente aquelas contendo porções mais pesadas (maior massa específica), úmidas, grossas e também, comparativamente, maior porcentagem de cerne. Para lotes de madeiras heterogêneas, é recomendado a retirada de uma amostra de cada espécie selecionada, a fim de assegurar-se uma boa representatividade do grupo. Além disso, devem ser descartadas aquelas que apresentarem nós, medula e porções degradadas, exceto quando o material for de muito baixa qualidade. Entretanto, as seções que forem retiradas dessas amostras, deverão ser, preferencialmente, de madeira sã e isentas de casca. 5.2.3. Estimativa do Teor de Umidade Final e Tensões Internas Concluído o período de secagem, o teor de umidade final e as tensões internas da carga, seca ao nível de teor de umidade preconizado no início da secagem, são determinados. Para tanto, são selecionadas três seções das amostras controladoras, de aproximadamente 10cm de comprimento, retiradas à 30cm das extremidades. Uma amostra servirá para determinar o teor de umidade médio da carga, determinado através da expressão: TU = Ps Ps -Pu x 100 onde: TU = teor de umidade (%) Pu = peso úmido (g) Ps = peso seco (g) Outra amostra será utilizada para determinar a distribuição do teor de umidade na peça de madeira como um todo, para tanto, separam-se amostras pequenas do centro e da periferia da tábua. Estas pequenas amostras são pesadas separadamente, secas novamente em estufa e determinado seu teor de umidade. A terceira seção será utilizada para os ensaios de tensões internas, conforme ilustrado nas Figuras X1 e X2. 5.2.4. Registros de dados de secagem Embora possam variar dependendo da situação em que a madeira for submetida a secagem, em geral, os dados a serem registrados, são os seguintes: espécie de madeira, classe, procedência, data de corte, teores de umidade, espessura, data de início da secagem, defeitos observados, método e duração da estocagem antes e depois da secagem em estufa e data da expedição da carga de madeira seca. 5.3. PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS CONTROLADORAS DE UMIDADE E SUA DETERMINAÇÃO AO LONGO DA SECAGEM O método consiste em efetuar pesagens constantes, a partir de amostras de madeira previamente selecionadas, ao longo do período de secagem. Para tanto, devem ser seguidas as etapas a seguir apresentadas,: 1a) Peça inteira ____________________ [___________________] 2,0m 2a) Desprezar as extremidades da peça ____ __________________ ____ [____] [_________________] [____] 1,0m 50cm 3a) Selecionar amostras para determinação do teor de umidade em estufa a 103±2oC. _____ _______________ _____ [_1__] [______________] [_2__] 90cm 5cm 6a Aula 6. PROGRAMAS DE SECAGEM Consistem basicamente de uma seqüência previamente estudada de temperatura e umidade relativa, as quais visam a redução, mais rápida possível, da umidade da madeira até um teor pré determinado, com o menor número de defeitos possíveis. O teor de umidade da madeira e o período de tempo decorrido desde o início da secagem, são os parâmetros que regulam a passagem de uma etapa para outra. 6.1. TIPOS DE PROGRAMAS DE SECAGEM Basicamente existem três tipos de programas de secagem, a saber: a) umidade – temperatura; b) tempo – temperatura e c) baseados no gradiente de secagem. 6.2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS PROGRAMAS 6.2.1. Umidade – Temperatura Os parâmetros adequados de temperatura e umidade relativa a serem utilizados num programa de secagem são determinados em função da fase de secagem na qual a madeira se encontra. Sabe-se, por exemplo, que altas temperaturas e baixas umidade relativas proporcionam uma rápida redução da umidade da madeira, entretanto, estes parâmetros também podem significar sérios problemas de secagem. Desta forma, durante um programa de secagem, três etapas distintas são reconhecidas: 1a Etapa: Fase de Aquecimento Inicial Nesta fase o processo de secagem ainda não foi propriamente iniciado. Aquece-se o ar no interior da estufa até a temperatura de bulbo seco desejada. Normalmente utilizam-se umidades relativas elevadas acima de 85%. Também nesta fase procura-se equilibrar a temperatura a temperatura entre o ar e a madeira. Após atingir a temperatura de bulbo seco desejada no interior da estufa, inicia-se a fase de aquecimento da madeira. A duração desta fase está em função da espessura da peça. HILDEBRAND (1970) sugere uma hora de aquecimento para cada centímetro de espessura da peça de madeira a secar. A diferença higrométrica (tS – tU), tanto para o aquecimento do ar , quanto para o da madeira, não deve ser superior a 2oC, principalmente para madeiras susceptíveis a defeitos. 2a Etapa: Fase de Secagem Propriamente Dita Nesta fase inicia-se o processo de remoção da umidade da madeira. Utilizando-se baixas temperaturas em torno de 40o a 60oC, remove-se inicialmente a água livre ou capilar. Umidades elevadas devem ser utilizadas para se evitar possíveis colapsos ou rachaduras. Umidades acima de 85% são indicadas para espécies de difícil secagem, podendo a mesma ser reduzida a medida que a madeira vai perdendo sua umidade. RASMUNSSEM (1968) aconselha iniciar a redução da umidade relativa após a madeira ter perdido, pelo menos, um terço da sua umidade inicial. A temperatura inicial do termômetro de bulbo seco (tS) deve ser mantida até que toda a água livre tenha sido removida, sendo que os valores máximos para a temperatura variam de acordo com a espessura da madeira. Quanto maior a espessura, menor a temperatura. Nesta fase, apesar das baixas temperaturas e altas umidades relativas, o processo de remoção da água livre ocorre de forma relativamente rápida. Para a retirada da água de adesão ou higroscópica, utilizam-se temperaturas mais elevadas e umidades relativas mais baixas de forma simultânea. A temperatura poderá ser elevada de forma mais rígida, quando o centro das peças atingir um teor de umidade de aproximadamente 30%. Para madeiras de folhosas que não serão usadas em situações que exijam sua resistência máxima, como por exemplo para escadas, cabos de armas de fogo, raquetes de tênis, aviões, etc., as temperaturas podem variar entre 81oC até 92oC. Fora dessas situações, deve-se dar preferência a temperaturas mais baixas. O período de tempo necessário para a remoção da água higroscópica pode variar em função de fatores tais como: massa específica da espécie, espessura da peça, temperatura e do gradiente de umidade dentre outras. 3a Etapa: Fase de Igualação (equalização) e Acondicionamento Dependendo do material e do processo de secagem, esta etapa poderá ser dispensada. A equalização visa reduzir a variação de umidade que existe entre as peças de madeira da carga, tendo em vista que, ao final da secagem, nem todas as peças encontram- se com o mesmo teor de umidade. Quando o resultado final da secagem for considerado bom, ainda assim, existirá uma variação em torno de 2% entre uma peça e outra. A dificuldade em se obter uma equalização aumenta com o teor de umidade final desejado. O acondicionamento objetiva, principalmente, a eliminação das tensões internas, decorrentes da remoção da água da madeira. Peças de madeira que forem desdobradas novamente após a secagem, devem receber este tratamento, o qual consiste, basicamente, em elevar de forma significativa a umidade relativa das peças de forma a umedecer as camadas superficiais das peças e desta forma, suavizar o gradiente de secagem estabelecido durante o processo de secagem. 6.2.2. Programa de Tempo – Temperatura São programas fundamentados basicamente no período de tempo no qual a carga de madeira deverá permanecer sob determinadas condições de temperatura e umidade relativa. São mais utilizados para coníferas ou madeiras com uma estrutura anatômica mais uniforme. Programas desta natureza, tornam necessárias constantes determinações do teor de umidade da madeira. A elaboração destes programas tem sido, tradicionalmente, um processo de sucessivas tentativas e erros. 6.2.3. Programas Fundamentados no Gradiente de Secagem O gradiente de secagem ou também chamado de potencial de secagem, é a relação existente entre o teor de umidade médio da madeira e o teor de umidade de equilíbrio correspondente às condições do secador, em um determinado momento. O gradiente de secagem pode ser calculado através da seguinte expressão: GS = TUE TUm onde: GS = Gradiente de secagem TUm = Teor de umidade médio da madeira (%) TUE = Teor de umidade de equilíbrio da madeira (%) Exemplo: 1) Uma carga de madeira em secagem apresenta um teor de umidade médio igual a 20%, em uma estufa cuja temperatura de bulbo seco é de 60oC e de bulbo úmido de 44oC, correspondendo a um teor de umidade de equilíbrio de 6%. Qual será o gradiente de secagem desta carga de madeira? GS = 6 20 ⇒ GS = 3,3 Segundo KOLLMANN e CÔTÉ (1968) o gradiente de secagem varia de espécie para espécie, com valores variando entre 1,6 até 3,5 como segue: 1,6 – 1,8 – 2,0 – 2,5 – 3,0 – 3,5 Exemplos de gradientes de secagem de algumas espécies: Carvalho e Eucalipto: 1,6 a 1,8 Pinus: 3,0 a 3,5 Araucária: 2,0 Exemplo: 1) Com a Araucária apresentando um gradiente de secagem igual a 2,0 e um teor de umidade médio de 20%, qual será seu teor de umidade de equilíbrio? GS = TUE TUm ⇒ TUE = GS TUm TUE = 2 20 ⇒ TUE = 10% (tS ≠ tU) 6.3. ESCOLHA DO PROGRAMA Quando não houver um programa definido para uma determinada espécie deve-se, primeiramente, estudar em detalhe as características da espécies a secar, bem como, a finalidade para a qual ela se destina. Assim, dentre outras características que devem ser analisadas, previamente, salienta-se as seguintes: - Massa específica; - Coeficiente de difusão; - Prováveis defeitos de secagem; - Resistência à compressão perpendicular às fibras e; - Instabilidade dimensional. Além destas características, devem ser consideradas também, a espessura e o número de peças a secar. De posse desses dados e através da comparação destes com os de uma outra espécie cujo programa já foi estudado e definido, pode-se determinar um programa que seja mais adequado para esta espécie. Quando, dentre uma carga de madeira a secar, tivermos espécies com características diferentes das acima relacionadas, a melhor atitude a ser tomada será a de escolher um programa de secagem mais suave, que corresponda à espécie de madeira que apresente maior dificuldade de secagem. TABELA 06. Seqüências de depressões de bulbo úmido para secagem de madeiras em estufas convencionais. T.U. no Início de cada Etapa (%) Depressão de Bulbo Úmido (oC) Etapa A B C D E F 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 > 30 30 25 20 15 10 > 35 35 30 25 20 15 > 40 40 35 30 25 20 > 50 50 40 35 30 25 > 60 60 50 40 35 30 > 70 70 60 50 40 35 1,7 2,2 3,3 5,6 13,9 27,8 2,2 2,8 4,4 7,8 16,7 27,8 2,8 3,9 6,1 10,6 19,4 27,8 3,9 5,6 8,3 13,9 22,2 27,8 5,6 7,8 11,1 19,4 27,8 27,8 8,3 11,1 16,1 27,8 27,8 27,8 A Tabela 07 apresenta alguns programas de secagem para madeiras brasileiras de acordo com as seqüências apresentadas nas Tabelas 02, 03, 04, 05 e 06. TABELA 07. Programas de secagem de madeiras brasileiras. Espessura das Peças (cm) Nome Científico Nome Comum 2,5 a 3,8 5,0 Araucaria angustifolia Carapa guianensis Cariniana sp. Cedrela fissilis Eucalyptus maculata Eucalyptus saligna Grevillea Paratecoma peroba Phoebe porosa Pinus caribaea Pinus oocarpa Swietenia macrophylla Tectona grandis Vochysia sp. Pinheiro do Paraná Andiroba Jequitibá Cedro Eucalyptus maculata Eucalyptus saligna Grevilea Peroba Imbuia Pinus caribaea Pinus oocarpa Mógno Teca Quaruba T3-D2 T3-C2 T3-D2 T10-D4S T3-C2 T3-C2 T3-C2 T3-D2 T6-D2 T10-D4S T10-D4S T6-D4 T10-D4S T2-D4 T3-D1 T3-C1 T3-D1 T8-D3S T3-C1 T3-C1 T3-C1 T3-D1 T3-D1 T8-D3S T8-D3S T3-D3 T8-D3S T2-D3 S: Indica que a tabela de coníferas deve ser usada para as diferenças higrométricas. Fonte: British Forest Products Laboratory (1959). A Tabela 08 apresenta os programas de secagem utilizados pelo Laboratório de Produtos Florestais (LPF/IBAMA) para o estudo de madeiras brasileiras. TABELA 08. Programas de secagem utilizados pelo LPF/IBAMA para estudo de madeiras brasileiras. PROGRAMA A – FORTE T.U. (%) Temperatura (oC) Grupo U.E. (%) Potencial Saturada até 30 30 – 25 25 – 20 20 – 15 15 – 10 Acondicion. 70 70 80 80 80 80 02 02 01 01 01 - 10 6,9 5,6 4,4 3,1 14 - 04 04 04 04 - PROGRAMA B – MÉDIO Saturada até 30 30 – 25 25 – 20 20 – 15 15 – 10 Acondicion. 60 60 70 70 70 70 03 03 03 02 03 - 13,3 9,2 7,5 5,8 4,2 14 - 03 03 03 03 - PROGRAMA C – SUAVE Saturada até 30 30 – 25 25 – 20 20 – 15 15 – 10 Acondicion. 50 50 60 60 60 60 06 06 05 05 05 - 16,3 13,8 11,3 8,8 6,3 14 - 02 02 02 02 - 9a. Aula 9 – ARMAZENAMENTO DA MADEIRA Esta é uma das principais etapas do processamento da madeira. Desde o seu abate até o uso final, a madeira passa por várias etapas de armazenamento. Durante este período, as peças de madeira, sejam elas verdes ou secas, devem receber um cuidado todo especial. O principal deles é o controle do teor de umidade. Mudanças bruscas no TU podem ocasionar sérias perdas originadas de possíveis defeitos ou ainda pelo ataque de microrganismos xilófagos (fungos e insetos). Exemplo: • variação rápida e desigual do TU pode ocasionar rachaduras e empenos. • se o TU ultrapassar os 22% a madeira estará sujeita a deterioração. 9.1 Técnicas para Armazenagem de Madeiras A madeira quando armazenada deve receber alguns cuidados especiais, estando ela verde ou seca, bruta ou beneficiada ou ainda empilhada adequadamente ou não. Os principais cuidados que se deve Ter com a madeira à armazenar são basicamente dois, quais sejam: 1°) Protegê-la contra a ação das intempéries. Existem situações em que a madeira é empilhada sem tabiques ou separadores. Nestas situações a água da chuva fica armazenada nos pequenos espaços entre as tábuas, favorecendo o aparecimento de fungos manchadores ou emboloradores. 2°) Protegê-la contra a ação dos organismos xilófagos. Neste caso, independentemente da dimensão e forma da madeira ou ainda da maneira como ela foi armazenada, deve-se, na medida do possível, efetuar um tratamento químico temporário para poder protegê-la contra a ação destes microrganismos. 9.2 Tipos de Armazenagem de Madeira Serrada A escolha do tipo adequado de armazenagem vai depender dentre outros fatores, do teor de umidade final desejado; das condições climáticas locais e das condições financeiras para investimento da empresa. Na prática existem vários tipos de armazenagem de madeira serrada, porém os principais são a armazenagem ao ar livre e a armazenagem em galpões. Para a armazenagem em galpões existem dois tipos de estruturas, os galpões abertos e os fechados, sendo que estes últimos podem apresentar ainda as seguintes características: sem aquecimento, com aquecimento e com ar condicionado. 9.3 Armazenagem ao Ar Livre Nesta prática de armazenagem da madeira, deve-se ter o cuidado de escolher um local bem drenado, ventilado, livre de vegetação ou detritos que possam restringir a movimentação do ar principalmente ao nível do solo e também locais que não apresentem riscos de incêndios. As pilhas de madeira devem ser colocadas sobre suportes a uma distância mínima de 40 a 50 cm do solo.