curvas caracteristicas de secagem para folha de eucalipto

SCIENTIA FORESTALISn. 63, p. 214-220, jun. 2003

Curva característica de secagem paramadeira de Eucalyptus grandis

Characteristic drying curve forEucalyptus grandis lumber

Gilson Roberto Vasconcelos dos SantosIvaldo Pontes Jankowsky

Ariel de Andrade

RESUMO: A combinação da secagem natural com a secagem convencional tem sido indicadacomo alternativa para a madeira de Eucalyptus grandis, mas a literatura é controversa quantoao momento mais adequado para a transição entre processos. De acordo com a teoriaclássica sobre a secagem de materiais porosos, esse momento coincidiria com a predominânciado fenômeno de difusão na movimentação da umidade, e que poderia ser determinadoconhecendo-se a curva característica de secagem do material. Visando maior conhecimentosobre o comportamento da madeira de Eucalyptus grandis, foi determinada, experimentalmente,a sua curva característica de secagem. Os resultados comprovaram que a madeira deEucalyptus grandis é impermeável ao fluxo de líquidos. É possível, com base na curvacaracterística, sugerir a interrupção da secagem ao ar quando a madeira estiver com um teorde umidade entre 35% e 40%, iniciando-se, então, a secagem artificial.

PALAVRAS-CHAVE: Pré-secagem, Secagem convencional, Umidade, Eucalyptus grandis

ABSTRACT: To combine air and kiln drying has been suggested as an alternative to dryEucalyptus lumber, but there is no agreement in literature regarding the most adequate pointto move from one process to the other. According classical theory about drying of porousmaterial, this point should coincide with the predominance of diffusion phenomena in themoisture movement, which could be determined through the characteristic drying curve of thematerial. With the objective to get better knowledge about the drying of Eucalyptus grandislumber, its characteristic drying curve was determined. The results proved that Eucalyptusgrandis lumber is not permeable to liquid flow. Based on its characteristic drying curve it ispossible to suggest air drying interruption when lumber moisture content is between 35% and40%, then starting artificial drying.

KEYWORDS: Seasoning, Kiln drying, Moisture content, Eucalyptus grandis

INTRODUÇÃO

Do ponto de vista físico, a secagem demadeiras pode ser definida como um balançoentre a transferência de calor da corrente dear para a superfície da madeira e a transferên-

cia de umidade da superfície da madeira paraa corrente de ar.

Durante a secagem da madeira a água semovimenta de zonas de alta umidade para zo-nas de baixa umidade, significando que a parte

Santos, Jankowsky e Andrade 215

externa deve estar mais seca que o interior damadeira (Ponce Herrero e Watai, 1985). Embo-ra não explicado pelos autores, esse conceitoé válido para os processos de secagem porconvecção, independente do material a serseco.

De acordo com Kollmann e Cotê (1968);Rosen (1983) e Jankowsky (1995), durante oprocesso de secagem por convecção ocorremtrês fases ou estágios distintos (Figura 1),caracterizados pela variação na taxa da perdade umidade e que determinam a curva caracte-rística de secagem do material.

No primeiro estágio ocorre taxa de seca-gem constante, com movimentação da águalivre ou capilar até a superfície, provocada pe-las forças de capilaridade.

Pela superfície ocorre o deslocamento deuma corrente de ar, caracterizando umasecagem por convecção. A energia (calorsensível) da corrente de ar é transferida para asuperfície da madeira, promovendo avaporização da água ali existente e que, noestado de vapor, é transferida para a correntede ar. As condições externas exercem um grandeefeito sobre o processo nessa fase, regulandoa taxa de secagem desse período.

Parte da energia recebida pela superfícieprovocará o aumento da temperatura nessa re-

Figura 1Curva característica de secagem para materiais porosos(Rosen, 1983).(Characteristic drying curve for porous materials (Rosen,1983))

gião, iniciando a transferência de calor para ocentro da peça.

No momento em que restrições ao fluxocapilar impedem que a água livre alcance asuperfície da madeira, o teor de umidade nessaregião atinge o Ponto de Saturação das Fibras(PSF), caracterizando o início da primeira fasede taxa decrescente.

A madeira atinge um teor de umidade noqual a linha de evaporação da água se deslocaem direção ao centro da peça. A vaporizaçãoda água presente na superfície gerará umgradiente de umidade, principalmente nosentido da espessura, dando início àmovimentação da água do interior até asuperfície por difusão, a qual também éinfluenciada pelo fluxo de calor que ocorre nosentido inverso.

A movimentação interna da água ocorre nasfases de líquido, de vapor e como águahigroscópica (quimicamente ligada aoscomponentes da parede celular). Amovimentação na fase líquida éfundamentalmente um fenômeno decapilaridade, sendo afetado pela estruturaanatômica da madeira. A movimentação nasoutras fases é basicamente um fenômenodifusivo, afetado não só pelas condiçõestermodinâmicas da corrente de ar comotambém por características da própria madeira,tornando-se, esta última, significativa nocontrole da taxa de secagem.

No estágio final (segunda fase de taxa de-crescente), iniciado quando a linha deevaporação de água se restringe ao centro dapeça, não há mais água livre no material e ataxa de secagem é regulada pelascaracterísticas do material, até que o teor deumidade de equilíbrio seja alcançado.

A secagem artificial, quando executada emsecadores convencionais e seguindo um pro-grama de secagem, busca compensar a redu-ção na taxa de secagem do material com alte-

216 Curva de secagem de madeira de eucalipto

rações contínuas no meio de secagem (corren-te de ar). Porém, para várias espécies do gêne-ro Eucalyptus, dentre elas o Eucalyptus grandis,a capacidade de secagem do secador não podeser utilizada devido à possibilidade de desen-volvimento de colapso e rachaduras na madei-ra.

Para estas espécies é recomendável o usode um baixo potencial de secagem e detemperaturas iniciais que não excedam a 45°C,conforme preconizam autores como Pratt(1974); Northway (1996); Ciniglio (1998); Martinset al. (1999) e Andrade (2000).

Portanto, a secagem convencional seria ummétodo eficaz, desde que seja adotado umprograma suave e que resulte em uma secagemlenta. Esta limitação implica em tempos desecagem (permanência da madeira no secador)que tornam o processo anti-econômico,principalmente quando há necessidade de secargrandes volumes de madeira.

Como alternativa para reduzir o tempo depermanência da madeira no secador, diversosautores (Stöhr, 1977; Campbell e Hartley, 1988;Northway, 1996; Ciniglio, 1998 e Franzoni,2001), têm sugerido, como métodos aplicáveisa madeira de Eucalyptus grandis, o uso da pré-secagem ou a combinação da secagem ao arcom posterior secagem convencional. Estacombinação proporcionaria redução de custose otimização do processo, através da maioroperacionalidade dos secadores.

Apesar da aceitação generalizada que aliteratura registra sobre os efeitos positivos dapré-secagem na qualidade da madeira serrada,não há concordância entre os autores sobre oteor de umidade a partir do qual a madeira de-veria ser submetida à secagem convencional.Stöhr (1977), considera que esse teor estariaentre 20% e 25% de umidade; Campbell eHartley (1988), relatando trabalhos de váriosautores, consideram que a madeira deveria secarao ar até atingir uma umidade em torno de 30%;

enquanto que Northway (1996), recomendaumidades entre 40% e 50%; e Franzoni (2001),entre 30% e 40%.

Visando obter informações para otimizar oprocesso de secagem, o objetivo principal dopresente trabalho foi determinar experi-mentalmente a curva característica de secagempara a madeira de Eucalyptus grandis e, dessaforma, indicar o teor de umidade maisadequado para a transição da secagem ao arpara o processo de secagem convenvional.

MATERIAL E MÉTODOS

Neste trabalho foi utilizada madeira serradade Eucalyptus grandis, fornecida pela empresaCAF - Companhia Agro-Florestal Santa BárbaraLtda. A matéria-prima foi proveniente deflorestas com 16 anos de idade, localizadas nomunicípio de Martinho Campos, MG.

A partir de 20 tábuas coletadas ao acasoforam cortadas amostras conforme esquema daFigura 2, com dimensões 490 x 80 x 20 mm,comprimento, largura e espessura, respectiva-mente. Todas as amostras eram peçastangenciais e de cerne.

A B C B A

x

X= Comprimento variávelA= DescarteB= Amostras para teor de umidade inicialC= Amostras para ensaio da curva característica de secagem

Figura 2Esquema de corte das amostras.(Sampling diagram)

O ensaio foi conduzido em um secadorHildebrand modelo HD 4004, com controle au-tomático, mantendo-se o meio de secagemconstante com temperatura de 35°C, umidadede equilíbrio de 14% e velocidade do ar de 1,2m/s.


As amostras foram distribuídas dentro dosecador em 2 colunas com 10 peças cada, uti-lizando-se separadores com 13 mm de espes-sura. A perda de massa foi acompanhada porpesagens periódicas de todas as amostras atéque o teor de umidade da madeira estivessepróximo ao teor de umidade de equilíbrio (14%)do meio de secagem.

Após o término do ensaio as amostras fo-ram secas em estufa sem ventilação de ar, a103°C(±2), até atingirem massa constante (mas-sa anidra). A taxa de secagem foi calculada coma equação (1).

ts

∆mágua

∆tonde:ts= taxa de secagem (g/h)∆mágua= variação da massa de água (g)

Tempo Massa de Teor de Taxa de Tempo Massa de Teor de Taxa de(h) Água(g) Umidade(%) Secagem(g/h) (h) Água(g) Umidade(%) Secagem(g/h)0 664,1 51 - 81 562,9 28 0,602 654,9 49 4,58 84 561,2 27 0,574 649,4 48 2,77 96 555,0 26 0,526 644,3 46 2,52 108 549,7 25 0,448 640,0 45 2,16 120 545,0 23 0,3911 633,7 44 2,09 126 542,9 23 0,3414 627,9 43 1,93 132 540,8 23 0,3521 616,9 40 1,56 144 536,9 22 0,3224 613,0 39 1,32 150 535,2 21 0,2727 608,9 38 1,36 156 533,6 21 0,2830 604,6 37 1,42 168 530,5 20 0,2536 597,3 36 1,15 174 529,2 20 0,2138 595,3 35 1,04 180 527,8 20 0,2348 585,8 33 0.95 192 525,4 19 0,1954 581,0 32 0,80 198 524,2 19 0,1960 576,7 31 0,71 204 523,1 19 0,1862 575,0* 30 0,83 216 521,2** 18 0,1672 568,3 29 0,67

Tabela 1Variação na massa de água (g) e da taxa de secagem (g/h) em função do tempo (h) de secagem.(Water content (g) and drying rate (g/h) variation related do drying time (h))

*massa de água correspondente a 30% de umidade**massa de água correspondente a 18% de umidade

∆t= variação de tempo (h) em que ocorreuDmágua

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados da perda de massa das amos-tras (Tabela 1) mostram o comportamento ca-racterístico do material madeira, com a taxa desecagem decrescendo com o tempo, ou seja,à medida em que diminui o teor de umidade.Na faixa de umidade capilar a taxa média desecagem foi de 1,44 g/h, decrescendo para umataxa média de 0,31 g/h quando da retirada daágua higroscópica.

Os resultados da variação na taxa de seca-gem, também ilustrada na Figura 3, seguem omesmo padrão observado na perda de massa,refletindo a dificuldade na retirada tanto de águacapilar quanto da água higroscópica.


De acordo com Rosen (1983), o primeiroestágio da curva característica apresenta taxaconstante de secagem, o que significa que amovimentação de umidade do interior damadeira até a superfície tem a mesma magnitude(ou taxa de transferência) que a evaporaçãosuperficial. Para o material madeira a taxaconstante de secagem significa que amovimentação da água livre, por capilaridade,está ocorrendo sem impedimentos, ou seja, quea madeira é permeável. Se a quantidade deágua que chega até a superfície é igual à quan-tidade de água que está sendo vaporizada (taxaconstante de secagem), a taxa de secagem emsi depende exclusivamente das condições ex-ternas (meio de secagem).

Observa-se na Figura 3 que a curva caracte-rística de secagem, para a madeira deEucalyptus grandis usada no ensaio, nãoapresenta a região ou fase em que a taxa desecagem é constante, mesmo com teores deumidade acima do PSF.

A movimentação da água capilar ocorre deuma célula para outra pelas aberturas naturais(Kollmann e Cotê, 1968; Siau, 1984). Porém, paraas espécies do gênero Eucalyptus essemovimento sofre restrições pelas característicasanatômicas da espécie, com predomínio de

Y = 0,0023X² - 0,0666x + 0,6712R² = 0,9918

Y = 0,1249X - 3,3524R² = 0,9605

Y = 0,0595X - 0,9889R² = 0,9686

0

1

2

3

15 20 25 30 35 40 45 50UMIDADE (%)

TAXA

DE

SEC

AG

EM (g

/h)

Figura 3Curva característica de secagem para madeira deEucalyptus grandis.(Characteristic drying curve for Eucalyptus grandis lumber)

pontuações de pequenos diâmetros e com va-sos usualmente bloqueados por tiloses.

Essa característica define a madeira deEucalyptus grandis como impermeável, con-forme descrito por outros autores como Stöhr(1977); Campbell e Hartley (1988) e Vermaas(2000). A baixa permeabilidade da madeira deeucalipto é tida como a principal responsávelpela dificuldade da secagem e alta incidênciade defeitos, principalmente o colapso.

A primeira fase de taxa de secagemdecrescente inicia quando o teor de umidadeda superfície está abaixo do PSF, quando amagnitude da vaporização superficial supera ado deslocamento interno. Nesse ponto a águacapilar não se desloca até a superfície (porrestrições ao fluxo capilar) e tem início amovimentação difusiva da água higroscópica.

A taxa de secagem passa a ser dependenteda taxa de movimentação interna, a qual, porsua vez, dependerá do gradiente de umidadeque se forma da superfície em direção ao centro.Como o teor médio de umidade da madeiraainda está acima do PSF, pode-se afirmar quea movimentação interna é condicionada pelascaracterísticas do material, principalmentepermeabilidade e massa específica.

Stöhr (1977) salienta que o gradiente deumidade acentuado é vantajoso para obter oaumento na taxa de secagem, porém essaafirmação será válida para a madeira deeucalipto apenas quando não houver mais apresença de água no estado líquido. Paramadeiras impermeáveis, como o Eucalyptusgrandis em estudo, forçar um aumento na taxade secagem enquanto houver uma quantidadeconsiderável de água líquida na madeira, impli-ca em aumentar a incidência de defeitos comoo colapso (que poderá ocorrer nas fibras inter-nas que ainda contenham água livre) e as ra-chaduras de superfície (devido à retração dife-renciada entre a superfície mais seca e a partecentral ainda saturada).


O estágio final (segunda fase de taxa de-crescente) da secagem tem início quando, namovimentação interna, passa a predominar oprocesso de difusão (Rosen, 1983). Isto signifi-ca que praticamente não há mais água livre namadeira e o processo de secagem estará con-trolado unicamente pelas características domaterial, principalmente a massa específica.

Contudo, observando a Figura 3, o pontode inflexão da curva corresponde a um teor deumidade de aproximadamente 35%. Se aumidade média da madeira está acima do PSF,com certeza a parte central da peça aindaconterá uma quantidade razoável de água noestado líquido (água livre). Este fato comprovaa impermeabilidade da madeira de Eucalyptusgrandis, pois a inflexão na curva característicade secagem está provando indiretamente quea água capilar contida na parte central damadeira não se movimenta por capilaridade(muito provavelmente devido a restriçõesanatômicas do material), e passa a predominara movimentação por difusão.

Com base nesses resultados é possível inferirque parte da água capilar contida na madeirade Eucalyptus grandis se transforma em águahigroscópica e passa a se movimentar emdireção à superfície de evaporação por difusão.

Do ponto de vista prático, ou operacional,tem-se como indicativo que a madeira deverápermanecer em pré-secagem ao ar até um teorde umidade entre 35% e 40%, indepen-dentemente das considerações teóricas quepossam ser feitas a respeito dos fenômenos demovimentação da água na madeira deEucalyptus grandis. Este valor (35% a 40% deumidade) está em desacordo com as recomen-dações de Stöhr (1977) e Campbell e Hartley(1988), aproxima-se da citação de Northway(1996) e está dentro da faixa preconizada porFranzoni (2001) como um procedimentooperacional.

Nas condições do ensaio, a umidade deequilíbrio dentro do secador foi de 14%, o quesignifica um potencial de secagem entre 3,6 (noinício do ensaio) e 2,1 (quando a madeira estavacom 30% de umidade). Na Figura 4, queapresenta a curva tradicional de secagem,observa-se que mesmo em condições maisseveras de secagem (potencial de secagemacima de 3,0, para madeira de eucalipto), a taxade perda de umidade é reduzida (0,43% deumidade / hora de secagem). Dessa observaçãopode-se concluir que, mesmo aumentando ascondições do meio secante, o material nãoresponderia na mesma proporção, corrobo-rando a característica de secagem lenta domaterial em questão.

Caso a madeira de Eucalyptus grandis, comteor de umidade acima do PSF, seja submetidaà secagem em estufa convencional acima doPSF, terá como característica uma secagemlenta, e a tentativa de acelerar o processo poderáacarretar, neste caso, maior ocorrência de de-feitos.

CONCLUSÕES

Com base na análise e discussão dos resul-tados obtidos, é possível concluir :

a curva característica de secagem da madei-ra de Eucalyptus grandis não apresenta a taxa

Y = 0,0008X2 - 0,3077X + 47,181R2 = 0,9820

0

10

20

30

40

50

60

0 40 80 120 160 200 240

TEMPO DE SECAGEM (h)

UM

IDA

DE

(%)

Figura 4Perda de umidade em função do tempo, para madeirade Eucalyptus grandis.(Drying curve for Eucalyptus grandis lumber)


de secagem constante, o que permite caracte-rizar a espécie como sendo impermeável;

é recomendável que a secagem natural sejainterrompida quando o teor de umidade damadeira estiver entre 35% e 40%, ponto a partirdo qual seria mais eficiente a secagemconvencional.

AUTORES E AGRADECIMENTOS

GILSON ROBERTO VASCONCELOS DOSSANTOS é Mestre em Ciência e Tecnologia daMadeira pela ESALQ / USP; Bolsista do CNPq -FUNTAC - Fundação de Tecnologia do Estadodo Acre - Av. das Acácias, L-01, Zona "A" - Dis-trito Industrial - Rio Branco, AC - 69917-100 - E-mail: [email protected] PONTES JANKOWSKY é Professor Dou-tor do Departamento de Ciências Florestais daESALQ / USP - Av. Pádua Dias, 11 - Caixa Pos-tal 9 - Piracicaba, SP - 13418-900 - E-mail:[email protected] DE ANDRADE é Mestre em Ciência eTecnologia da Madeira pela ESALQ / USP -ANPM - Associação Nacional dos Produtoresde Pisos de Madeira - Rua Campos Sales, 1818- s.64 - Piracicaba, SP - 13416-310 - E-mail:[email protected]

Os autores agradecem à CAF - Cia. Agro-Florestal Santa Bárbara Ltda. pelo apoio naconcessão do material utilizado.

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