Determinação do Ponto de Saturação das Fibras de madeiras de pau-santo (Chamaecrysta scleroxyllum) e de fava-paricá (Balizia elegans)

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1 Determinação do Ponto de Saturação das Fibras de madeiras de pau-santo (Chamaecrysta scleroxyllum) e de fava-paricá (Balizia elegans) Varlone Alves Martins 1, Márcia Helena Bezerra Marques 1, Helder Resende de Carvalho 1, Sérgio Martinez 1 1 LPF/SFB/MMA Laboratório de Produtos Florestais. varlone.martins@florestal.gov.br Resumo O ponto de saturação das fibras PSF é o teor de umidade em que a água contida nas cavidades celulares é eliminada, permanecendo saturadas as paredes celulares. É um dado importante para a melhora na eficiência da secagem de madeiras. Normalmente, é considerado um valor genérico entre 22% e 30%. No entanto, cada espécie possui seu próprio valor. Dentre os métodos existentes para a determinação do PSF, foi utilizado o de isotermas de sorção, que consiste na obtenção de teores de umidades de equilíbrio (TUE) da madeira submetidas a seis diferentes umidades relativas do ar (URA) e extrapolando a curva obtida para a obtenção do TUE a 100% URA. Essas URA s foram obtidas em recipientes fechados (caixas acrílicas) contendo seis diferentes soluções salinas supersaturadas, correspondendo a 12%, 33%, 43%, 59%, 76% e 97% de umidade relativa do ar em cada caixa, a 25 C. O processo é feito tanto partindo da condição saturada à condição de equilíbrio dessorção quanto partindo da condição seca à condição de equilíbrio adsorção. O objetivo deste trabalho foi determinar o ponto de saturação das fibras das madeiras de pau-santo (Chamaecrysta scleroxyllum) e de fava-paricá (Balizia elegans) pelo método de isotermas de sorção, visando a utilização desses valores na elaboração de programas de secagem. Os valores obtidos para as espécies estudadas foram, respectivamente, 21,68% e 30,41%, em adsorção, e 24,40% e 31,39%, em dessorção. Palavras-chave: PSF; Isotermas; Amazônia. 1. Introdução O ponto de saturação das fibras (PSF) é o teor de umidade em que a água contida nas cavidades celulares é eliminada, permanecendo saturadas as paredes das células. A elaboração de programas de secagem leva em consideração o PSF da madeira, utilizando-se um valor que varia entre 22 e 30%, para todas as espécies. No entanto, verifica-se que esse valor pode variar entre as espécies. Jara (1987) ao calcular o PSF de 36 espécies nativas, por meio do método de contração volumétrica, encontrou valores médios de 22,4%, sendo 16,4% o menor PSF e 28% o maior PSF calculado. O ponto de saturação das fibras é importante, segundo Rasmussen (1961), devido sua relação com a quantidade de energia necessária para secar a madeira e com a alteração de suas propriedades físicas e mecânicas. Stamm (1971) listou nove métodos capazes de determinar o PSF: 1) a partir de isotermas de sorção; 2) por meio do calor de umectação; 3) em função da variação dimensional; 4) em função da variação volumétrica corrigida pela água adsorvida; 5) por condutividade elétrica; 6) por meio da interseção dos pontos de propriedades de resistência; 7) em placa porosa; 8) em substâncias nãosolúveis em água; e 9) em água não-congelada. Ao avaliar a eficiência dos tratamentos propostos para reduzir a higroscopicidade da madeira, Martins (1992) determinou o PSF de uma espécie de conífera e de uma espécie folhosa ao analisar as

2 curvas de sorção das amostras submetidas a seis níveis de umidade relativa do ar, obtidos com o auxílio de soluções salinas supersaturadas em caixas acrílicas. O objetivo deste trabalho foi determinar o ponto de saturação das fibras das madeiras do Pausanto (Chamaecrysta scleroxyllum), considerada madeira de alta densidade, e da fava-paricá (Balizia elegans), considerada madeira baixa densidade, pelo método de isotermas de sorção. 2. Material e Métodos As espécies deste estudo foram coletadas na Floresta Nacional do Tapajós, no município de Belterra PA, pela Universidade Federal do Oeste do Pará UFOPA, escolhidas em função da disponibilidade e da densidade básica: pau-santo, [Chamaecrista ensiformis (Vell.) H.S.Irvin & Barneby var. enciformis (Ducke) Irwin & Barnaby], com 0,85g/cm 3 (alta densidade); e fava-paricá, [Balizia elegans (Ducke) Barneby & J.W.Grimes], com 0,40g/cm 3 (baixa densidade). Os ensaios para a determinação do PSF foram realizados no Laboratório de Produtos Florestais LPF, em Brasília DF. Foram preparadas seis soluções salinas supersaturadas. Cada uma dessas soluções foi colocada em uma caixa acrílica, mantida numa sala à temperatura aproximada de 25 C, produzindo os seguintes valores de umidade relativa do ar (URA), conforme indicado pelos respectivos autores: cloreto de lítio 12% (SIAU, 1984; WEAST, 1974; YOUNG, 1967); cloreto de magnésio 33% (YOUNG, 1967); carbonato de potássio 43% (WEAST, 1974); brometo de sódio 59% (SIAU, 1984; WEAST, 1974; YOUNG, 1967); cloreto de sódio 76% (SIAU, 1984; WEAST, 1974; YOUNG, 1967); e sulfato de potássio 97% (YOUNG, 1967). As amostras foram confeccionadas nas dimensões de 20mm x 20mm x 5mm (tangencial, radial, longitudinal) e sorteados de forma que cada uma das três árvores coletadas fosse representada por três amostras, totalizando nove amostras por espécie em cada uma das seis cubas. Inicialmente, as amostras que foram submersas em água e pesadas regularmente até a massa constante, ou seja, até atingirem o equilíbrio na condição saturada. Em seguida, as amostras foram retiradas da água e colocadas dentro de cada uma das caixas acrílicas, para que iniciassem o processo de dessorção, tendo sido novamente pesadas regularmente até a massa constante, ocasião em que se registrou o menor valor de massa. Após atingirem a condição de equilíbrio na dessorção, as amostras foram colocadas em estufa seca de laboratório com circulação forçada de ar a (103±2)ºC tendo sido regularmente pesadas até atingirem massa constante, ou seja, massa seca. Em seguida, as amostras foram novamente colocadas nas caixas acrílicas para iniciarem o processo de adsorção, tendo sido regularmente pesadas até o momento em que não se verificava mais variação significativa de massas, ou seja, atingirem o equilíbrio, alcançando a maior massa possível. As pesagens foram realizadas em balança digital com precisão de 0,0001g e cada massa obtida no processo detalhado anteriormente compôs a formula apresentada na figura 1 para se obter os teores de umidade de equilíbrio (TUE) tanto na dessorção quanto na adsorção (equação 1). TUE(%) = [ massa na condição de equilibrio(g) massa seca(g) ] 1 x 100 (1) Após obter o teor de umidade de equilíbrio de dessorção e o teor de umidade de equilíbrio de adsorção para cada amostra em cada uma das seis caixas (seis umidades relativas do ar), obteve-se as médias por espécie em cada umidade relativa do ar.

3 Uma vez determinados os teores de umidade de equilíbrio para cada espécie e para cada nível de umidade relativa do ar utilizado, em dessorção e em adsorção, os dados experimentais foram analisados por meio do modelo de sorção de Hailwood e Horrobin, apresentado por Skaar (1988), utilizando-se a equação 2: h/m = A + Bh Ch² (2) A equação prevê uma relação parabólica entre a razão h/m e h, onde h é a pressão de vapor (URA/100), m é o teor de umidade total (TUE/100) e A, B e C são constantes empíricas do modelo utilizado. Os resultados obtidos para TUE em relação a URA são então utilizados para traçar os gráficos que representam a conhecida relação sigmoide existente entre h e m para a sorção de água pela madeira à temperatura constante, ou seja, as isotermas de sorção. Essa equação foi obtida por meio da correlação entre URA e URA/TUE. Foram obtidas duas equações por espécie: uma de dessorção e outra de adsorção. Nas equações obtidas, substituiu-se h pelas umidades relativas de 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% e 100% tanto para dessorção quanto para adsorção, obtendo-se assim as curvas de sorção de cada espécie, bem como o ponto de saturação das fibras, que corresponde ao teor de umidade de equilíbrio quando a umidade relativa do ar é aproximadamente 100% (STAMM, 1971). 3. Resultados e Discussão As médias dos teores de umidade de equilíbrio na dessorção e na adsorção são semelhantes entre as duas espécies nas umidades relativas do ar 12%, 33%, 43%, 59% e 76%, sendo diferentes na umidade relativa do ar de 97%, conforme apresentado nas tabelas 1 e 2. Tabela 1 Médias dos teores de umidade de equilíbrio para cada umidade relativa do ar das amostras de pau-santo (Fonte: os autores, 2018). Umidade relativa do ar Teor de umidade de equilíbrio 12% 3,63% 2,59% 33% 7,54% 5,56% 43% 9,68% 7,11% 59% 12,79% 9,34% 76% 17,30% 12,57% 97% 21,60% 20,67% Tabela 2 Médias de teores de umidade de equilíbrio para cada umidade relativa do ar das amostras de fava-paricá (Fonte: os autores, 2018). Umidade relativa do ar Teor de umidade de equilíbrio 12% 3,73% 2,43% 33% 7,66% 5,59% 43% 9,68% 7,18% 59% 12,74% 9,43% 76% 17,43% 13,09% 97% 31,27% 26,70%

4 Teor de Umidade de Equilíbrio (%) Teor de Umidade de Equilíbrio (%) Os PSFs obtidos a partir da substituição de h das equações apresentadas na tabela 3 por 100% em dessorção e adsorção, respectivamente, foram 21,68 e 24,40% para o pau-santo e 30,41 e 31,39% para a fava-paricá, conforme os extremos das curvas de sorção de cada espécie, apresentados nas figuras 1 e 2. Tabela 3 Equações obtidas a partir do modelo proposto na equação 2 (Fonte: os autores, 2018). Espécie Equação (h/m= A + Bh Ch²) Pau-santo h/m = 2, ,0525h 0,0004h 2 h/m = 3, ,1007h 0,0009h 2 Fava-paricá h/m = 2, ,0886h 0,0008h 2 h/m = 3, ,1059h 0,0011h 2 Os gráficos das figuras 1 e 2 mostram que as curvas permanecem abertas nos extremos correspondentes à extrapolação para 100% de URA resultando em dois valores diferentes de PSF para cada espécie, sendo um em dessorção e outro em adsorção. Isso se explica porque a extrapolação resulta de valores diferentes de umidade de equilíbrio para cada curva, sendo menores para adsorção e maiores para dessorção e não pode explicar possíveis condensações capilares que ocorrem na faixa de umidade próxima de 100% e que seriam responsáveis pela junção das curvas nessa faixa (STAMM, 1971 e MARTINS, 1992) Umidade Relativa do Ar (%) Figura 1 Curvas de sorção de pau-santo (Fonte: os autores, 2018) Umidade Relativa do Ar (%) Figura 2 Curvas de sorção de fava-paricá (Fonte: os autores, 2018).

5 4. Conclusões O método de isotermas de sorção foi eficiente para a determinação do PSF dessas espécies. O valor de PSF oriundo da dessorção parece ser o mais adequado na elaboração de programas de secagem para essas espécies, já que o mais comum, é o processamento de madeiras que nunca foram secas anteriormente. Referências JARA, E. P. Determinação do ponto de saturação das fibras de madeiras utilizadas no Brasil. São Paulo: ABPM, p. (ABPM. Boletim ABPM, 58). MARTINS, V. A. Dimensional Stability by chemical modification of wood p. Thesis (Philosophiae Doctor) Department of Forestry and wood Science, University College of North Wales, Bangor. RASMUSSEN, E. F. Dry kiln operation s manual. Madison: USDA/Forest Service, 1961, 197p.il. (Agriculture Handbook, 188). SIAU, J. F. Transport Process in Wood. New York: Springer-Verlag, p.il. SKAAR, C. Wood-water relations. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, p.il. STAMM, A. J. Review of nine methods for determining the fiber saturation points of wood and wood products. Wood Science, v.4, n.2, p , oct WEAST, R. C. (Ed.) Handbook of Chemistry and Physics. 55 ed. Cleveland: CRC Press, YOUNG, J. F. Humidity control in the laboratory using salt solutions a review. Journal Appl. Chem., v.17, 1967.