AVALIAÇÃO DA TAXA DE SECAGEM EM DISCOS DE Déborah Aléxia Gonçalves Santos SILVA¹; Rayane Ferreira NUNES¹; Jhonata Leonardo MOREIRA¹; Renan Bispo de JESUS¹; Thiago Campos MONTEIRO¹; Edy Eime Pereira BARAÚNA¹ 1 Curso de Engenharia Florestal, Instituto de Ciências Agrárias, Universidade Federal de Minas Gerais, Montes Claros MG. Resumo: A taxa de secagem refere-se à quantidade de água evaporada em determinado intervalo de tempo, em relação à área de evaporação da amostra de madeira. Após o corte da árvore sua umidade pode atingir valores superiores a 150%, a partir daí começa-se a perda de água livre e posteriormente a saída da água adsorvida da madeira. Assim, este trabalho teve como objetivo, avaliar a taxa de secagem de discos de madeira de com diferentes diâmetros. Foram utilizados quatro discos de madeira de, provenientes de plantio experimental, com quatro anos, localizado no município de Montes Claros, MG. Discos de madeira com diferentes diametros foram preparados para o fluxo de água e em seguida foram secos. A taxa de fluxo da água livre (TXAL) e a taxa de fluxo da água adsorvida (TXAA) foram calculadas. O disco de menor diâmetro apresentou umidade inicial de 112,9%, com TXAL igual a 0,0350 g.cm -2.h -1, sendo 4,4 vezes maior quando comparado ao disco de maior diâmetro. Por outro lado, os discos de maior diâmetro apresentaram valores de TXAA próximos de a 0,0023 g.cm -2.h -1, sendo superior ao dobro da velocidade dos discos de menor diâmetro. Os resultados indicam um comportamento inverso entre o fluxo da água livre e da água adsorvida. Palavras-chave: taxa, fluxo, água livre, água adsorvida, diâmetro. Abstract: The drying rate refers to the amount of water evaporated at a given time interval, in relation to the evaporation area of the wood sample. Shortly after the tree cut its moisture can reach values greater than 150%, from there begins to free water loss and then the output of the adsorbed water timber. Thus, this study aimed to evaluate the drying rate of wooden disks with different diameters. Four wood discs were used, from experimental planting, with four years in the municipality of Montes Claros. Wooden discs, with different diameters, were prepared for evaluation water flow, dried and then the flow rate of the free water (FRFW) and the flow rate of the adsorbed water (FRAW) were calculated. The disc of smaller diameter showed 112.9% initial moisture and FRFW equal to 0.0350 g.cm -2.h -1, being 4.4 times higher compared to the largest diameter disc. On the other hand, the larger diameter discs showed values of FRAW near the 0.0023 g.cm -2.h -1 being more than twice the speed of the smaller diameter disks. The results show an inverse behavior between the flow of free water and adsorbed water. Keywords: rate, flow, free water, adsorbed water, diameters.
1 INTRODUÇÃO Ao cortar a árvore, o teor de água no seu interior varia de 35% a 200%, porém ao derrubá-la já se inicia o processo de retirada da água presente na madeira (MARTINS, 1998). Segundo Martins (1998), vários são os fatores de importância para secagem da madeira, como estabilidade das dimensões da madeira, redução dos riscos de manchas e apodrecimento, pois a madeira verde atrai facilmente fungos e insetos e estes podem produzir manchas que desagregam valor comercial à madeira em si. Já abaixo de 20% de umidade a madeira é praticamente imune à maioria dos fungos e a alguns insetos. O autor ainda relata que há também na redução da massa, melhoria da condição de tratabilidade, aumento da resistência mecânica, melhora na condição de trabalhabilidade e aderência à materiais de cola, melhor fixação de pregos e parafusos e etc. A maioria das espécies do gênero de por possuírem densidade básica entre 500 800 kg/m³, são relativamente difíceis de secar, possuem baixa permeabilidade e possuem uma condição, em que teores de umidade acima do ponto de saturação das fibras (PSF) podem provocar na madeira dessas espécies condições favoráveis a colapsos e presença de fendas (SEVERO, 2000). Para melhor qualidade e menos deformações como rachaduras, fendilhamento ou qualquer outro tipo de imperfeição, é necessário que a madeira passe pelo processo de secagem antes de ser utilizada, por exemplo, na forma sólida em que se usa as toras para construções, estruturas, mourões, carvão entre vários (SEVERO, 1998). Segundo Vernass (1995), citado em Severo (2000), nos países como Austrália e África do Sul, utiliza-se uma prática tradicional, em que a madeira de eucalipto é deixada para secar ao ar livre do ponto verde até o PSF, sendo em seguida seca em estufa convencional até o teor de umidade final desejado. Segundo Rezende et al. (2010), no Brasil a prática de secagem ao ar livre é utilizada como pré-secagem ou secagem definitiva e requer baixo custo inicial, porém é um processo extremamente moroso. Desta forma, o conhecimento sobre a movimentação da água na madeira é importante para o setor produtivo florestal, pois está relacionado a quantidade de energia contida na madeira bem como a sua estabilização dimensional para utilização com fins estruturais e produtos de maior valor agregado. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a taxa de secagem em discos de grandis x urophylla com diferentes diâmetros. 2 MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Preparo do material Foram utilizados quatro discos de grandis x E. Urophylla, com quatro anos de idade, provenientes de plantio experimental Agrossilvipastoril, localizado no ICA/UFMG. Após a derrubada das árvores, os discos foram retirados do tronco, identificados e pesados. A descrição dos discos segue na Tabela 1.
Tabela 1 Descrição dos discos de Discos Gênero Diâmetro (cm) D19 D13 D9 D7 19,2 13,0 9,6 6,7 O experimento foi realizado no Instituto de Ciências Agrárias (ICA), em Montes Claros, norte de Minas Gerais, no campos da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). De acordo com Júnior (2009), Montes Claros se caracteriza como sendo de clima Aw segundo a classificação de Koppen, ou seja, predomina-se inverno seco e verão chuvoso. Em relação às temperaturas, a mínima prevista para esta região é de 22 ºC. Ainda apresentando um índice pluviométrico anual alto, aproximadamente 1086,4 mm, porém com distribuição irregular ao longo do ano. 2.2 Método de secagem O método de secagem adotado primeiramente foi ao ar livre, sendo que os discos foram dispostos em pé, de modo que pudessem perder água livre de ambas as laterais até se estabilizarem com a umidade relativa (UR) do ambiente. A partir do primeiro dia de corte das árvores e durante 21 dias, os discos eram pesados diariamente empregando-se uma balança com capacidade de 2 kg e precisão de 0,01. Após os discos atingirem a umidade de equilíbrio, foram submetidos à estufa elétrica com temperatura de 103 +- 2º C, até massa constante. 2.2.1 Umidade da madeira Para o cálculo do teor de umidade (Equação 1) foi utilizada a NBR 7190 (ABNT, 1997), sendo: (1) Em que: Ubs(%) - umidade base seca da madeira, em %; Mu - massa úmida em determinado período de secagem; Ms - massa seca da madeira. A metodologia utilizada foi uma adaptação do trabalho de Monteiro (2014), onde o cálculo das taxas de secagem foi realizado a partir do tempo médio consumido para a saída da água livre, que acontece entre o intervalo da madeira verde até o ponto de PSF. O tempo médio para a saída da água adsorvida, que ocorreu entre o PSF e UE, também foi avaliado. A primeira massa medida no processo de secagem foi a umidade inicial, ou seja, madeira verde e o ponto de saturação das fibras (PSF) foi considerado igual a 30%, valor médio relatado por Skaar (1972). Por fim, as taxas de fluxo de água livre e de água adsorvida foram determinadas conforme metologias adotada por Batista et al. (2003) e Monteiro (2014), conforme as equações a seguir: (2)
Em que TXAL Taxa de fluxo de água livre; Mi massa inicial da madeira; MPSF massa da madeira no PSF; T2 tempo de fluxo da água livre; A área exposta para a saída da água na madeira. (3) Em que TXAA - Taxa de fluxo de água adsorvida; MPSF massa da madeira no PSF; T2 tempo de fluxo da água adsolvida; Meq massa da madeira na umida de de equilíbrio; A área exposta para a saída da água na madeira. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta os valores das taxas de água livre, adsorvida, total, umidade inicial e final presentes na madeira durante o processo de secagem. Tabela 2. Taxa de fluxo de água livre (TXAL), taxa de fluxo de água adsorvida (TXAA), taxa de fluxo de água total (TXAT) e umidade dos disco de Discos TXAL (g.cm -2.h -1 ) TXAA (g.cm -2.h -1 ) Umidade Inicial (%) Umidade Final (%) D19 0,0080 0,0021 65,1 8,8 D13 0,0151 0,0025 101,8 10,4 D9 0,0128 0,0008 146,4 8,7 D7 0,0350 0,0011 112,9 7,6 A umidade de equilíbrio (umidade final) encontrada nos discos difere das apresentadas para outras regiões de Minas Gerais, como Belo Horizonte, que conforme Galvão (1975) seria próxima de 13,6%. Contudo, o presente trabalho foi realizado no norte do Estado, onde são comuns altas temperaturas e baixa umidade relativa do ar gerando condições adversas quando comparadas à capital de Minas Gerais. A umidade inicial dos discos variou entre 65,1% a 146,4% (Tabela2), sendo, respectivamente, no disco com maior diâmetro e no intermediário (D9). Tal situação possivelmente pode estar relacionada a densidade básica, que nos discos de menor diâmetro, retirados do topo da árvore, possuindo apenas alburno, possuem mais espaços vazios a serem preenchido por água, como cavidades celulares e espaços intercelulares, o que resulta em alta umidade na madeira. Toras com baixa densidade tendem a apresentar maior taxa de secagem, pois a água livre é mais fácil de ser removida (BERBEROVIC e MILOTA, 2011; MUGABI et al., 2010). Zanúncio et al. (2013) avaliaram a secagem ao ar livre da madeira dos gêneros e Corymbia e constataram que as toras com alta densidade apresentaram menor umidade inicial. Os resultados da Tabela 2 indicam que o disco de maior diâmetro (D19) apresentou o menor valor de TXAL. Tal fato possivelmente deve ter ocorrido devido a este disco apresentar maior densidade básica e cerne, uma vez que foi retirado da base da árvore, o que pode influenciar negativamente na passagem dos fluídos. Situação inversa foi observada no
disco de menor diâmetro (D7), o qual apresentou a maior taxa de fluxo de água livre. Estes resultados são coerentes com o encontrados por Zanúncio et al. (2013), que encontraram maior taxa de secagem para as toras de menores diâmetros. A análise da TXAA na Tabela 2 indica o seu comportamento inverso com a TXAL nos discos. Na TXAA os discos de menores diâmetros tendem a apresentar menores taxas, enquanto os discos de maiores diâmetros apresentaram TXAA superiores. A dinâmica de movimentação das águas livres e adsorvida é diferente. Segundo Kollmann e Côté Jr (1968) a água livre movimenta-se, principalmente, no estado líquido, devido a forças capilares, com base na Lei de Hagen-Poiseuille s. Nesta fase, a remoção da água gasta pouca energia. A dessorção da água ocorre devido à diferença de gradiente de umidade entre a parede celular, com base no fenômeno da difusão, no estado líquido e de vapor, gasta mais energia, uma vez que a ligação água-madeira é mantida por ligações mais fortes e a atração entre elas tem de ser vencida para saída da molécula de água. A TXAL variou entre 0,0080 0,0350 g.cm -2.h -1, enquanto a TXAA apresentou valores entre 0,0021 0,0011 g.cm -2.h -1. Os valores de TXAL dos discos D19 e D7 são em média 4,4 vezes superiores quando comparados com a TXAA. A saída mais lenta da TXAA quando comparada a TXAL é amplamente relatada na literatura (KOLLMANN; CÔTÉ JR, 1968; SKAAR, 1972; MONTEIRO, 2014). O Gráfico 1 ilustra a saída da água livre, acima do ponto de saturação das fibras (psf) e da água adsorvida, abaixo do psf, ao longo do tempo. PSF D19 D13 Gráfico 1. Curva de secagem ar livre dos discos com diferentes diâmetros. A partir da análise do Gráfico 1, de forma geral, observa-se que os discos de menor diâmetro (D9 e D7) perderam umidade mais rápido, uma vez que o disco D9 apresenta umidade inicial de 146% e atingiu o PSF aproximadamente ao sexto dia (Gráfico 1), enquanto o D19 com umidade inicial de 65% (Tabela 2) chegou ao PSF no oitavo dia (Gráfico 1). Vital et at. (1985), citam que devido ao aumento do diâmetro de toras de, há uma redução na taxa de secagem, pelo fato do aumento de percurso que as moléculas de água devem percorrer para então atingirem as camadas superiores da madeira e serem evaporadas.
4 AGRADECIMENTOS À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais FAPEMIG pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: Projetos de estruturas de madeira - Rio de Janeiro, 1997. 107p BERBEROVIC, A.; MILOTA, M. R. Impact of wood variability on the drying rate at different moisture content levels. FOREST PRODUCTS JOURNAL, Madison, v. 61, n. 6, p. 435 442, 2011. BRAZ, R.L. ; DUARTE, A. P. C. ; OLIVEIRA, J. T. S. ; MOTTA,J.P. ; ROSADO, A. M.. Curva característica de secagem da madeira de Tectona grandis e Acacia mangium ao ar livre. FLORESTA E AMBIENTE, v. 22, p. 117-123, 2015. FLORIAN, A.; SILVA, P. H. M. REMADE: REVISTA DA MADEIRA. Ed. 59, 2001. Disponível em: <http://www.remade.com.br/br/revistadamadeira_materia.php?num=10&subject=eucalipto&t itle=a%20madeira%20de%20eucalipto>. Acesso em: 27 out. 2013. GALVÃO, A. P. M. Estimativa da umidade de equilíbrio da madeira em diferentes cidades do Brasil. IPEF, Piracicaba, n. 11, p. 53-65, 1975. JANKOWSKY, I.P; SANTOS, G.R.V.; ANDRADE, A. Secagem da Madeira Serrada de eucalipto. CIRCULAR TECNICA DO IPEF, Piracicaba, n. 199, dez. 2003. JÚNIOR, A. S. Aplicaçao da classificação de Koppen para zoneamento climático do estado de Minas Gerais. 2009. 51 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Água e Solo) Universidade Federal de Lavras, Lavras. KOLLMANN, F. P.; COTÉ, W. A. Principles of wood science and technology. Berlin: Springer-Verlag, 1968. v. 1, 592 p. MARTINS, V. A. Secagem da madeira serrada. Brasilia: IBDF/DPq LPF, 1998. 52 p. MONTEIRO, T. C. Efeito da anatomia no fluxo da água em madeira de e Corymbia. 2014. 131 p. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia da Madeira) Universidade Federal de Lavras, Minas Gerais. MUGABI, P.; MUGABI, P.; RYPSTRA, T. VERMAAS, H. F.; NEL, D. G. Relationships between drying defect parameters and some growth characteristics in kiln-dried South African grown grandis poles. EUROPEAN JOURNAL OF WOOD AND WOOD PRODUCTS, Berlin, v. 68, n. 3, p. 329-340, 2010.
MUNIZ, G.I.B. Caracterização e desenvolvimento de modelos para estimar as propriedades e o comportamento na secagem da madeira de Pinus elliottii Engelm. e Pinus taeda L. 1993. 235 p. Tese (Doutorado em Ciências Florestais) Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná, Curitiba. PONCE, R. H.; WATAI L. T. Manual de Secagem da Madeira. Brasília: STI/IPT, 1985. 72 p. REZENDE, R. N; LIMA, J. T.; PAULA, L. E. R.; FARIA, A. L. R Secagem ao ar livre de toras de grandis em Lavras MG. CERNE, v.16, p. 41-47, jul.2010. SEVERO, E. T. D. Estudo Sobre o Efeito da Vaporização nas Propriedades e Comportamento de Secagem da Madeira de dunnii Maid. 200 f. Tese (Doutorado em Ciências Florestais). Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 1998. SEVERO, E. T. D. Qualidade da secagem de madeira serrada de Dunnii. CIÊNCIA FLORESTAL, Santa Maria v.10, n.1, p.109-124, 2000. SILVA, M. R. Determinação da permeabilidade em madeiras brasileiras de florestas plantadas. 2007. 137 p. Dissertação (Mestrado em Ciências de Engenharia de Materiais) Universidade de São Paulo, São Carlos. SKAAR, C. Water in wood. Syracuse: Syracuse University, 1972. 18 p. VITAL, B. R.; DELLA LUCIA, R. M.; VALENTE, O. F. Estimativa do teor de umidade de lenha para carvão em função do tempo de secagem. REVISTA ÁRVORE, Viçosa, MG, v. 9, n. 1, p. 10-27, jan./jun. 1985. ZANUNCIO, A. J. V; LIMA, J. T.; MONTEIRO, T. C.; CARVALIO, A. G.; TRUGILHO, P.F. Secagem de toras de e Corymbia para uso energético. SCIENTIA FORESTALIS, v. 41, n. 99, p. 353-360, 2013.