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REVISTA DA MADEIRA - EDIÇÃO N°130 - FEVEREIRO DE 2012

Secagem

Cmaras de secagem convencional e a alta temperatura

A secagem de madeira é um método fundamental no processo produtivo e industrial da madeira serrada, visto que melhora significativamente suas propriedades, entre elas físicas, mecânicas, térmicas e acústicas, ajudando agregar valor comercial às peças que passam por esse processo.

Esta fase de secagem é talvez a mais interessante, visto que proporciona a madeira seca aumento de suas propriedades, e possibilita ser usada para fins específicos.

Mesmo sendo de fundamental importância a secagem de madeira, esta não se encontra bem desenvolvida nas empresas perdendo assim muito das vezes, em rendimento do produto final e principalmente em qualidade.

Um programa de secagem é um compromisso trabalhado cuidadosamente entre a necessidade de secar a madeira tão rápido quanto possível e, ao mesmo tempo, evitar condições de secagem severas que possam causar defeitos de secagem. É uma série de temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido que estabelecem a temperatura e umidade relativa do ar dentro da câmara e são aplicados nos diversos estágios do processo de secagem.

Há vários métodos de secagem de madeira empregados no comércio, no qual com suas vantagens e desvantagens, dão as peças um fortalecimento de suas propriedades e muito das vezes evitando defeitos gravíssimos nas peças que as desvalorizem.

Os programas de secagem variam em função da espécie, espessura e da qualidade desejada. As mudanças de temperatura e umidade relativa dentro da câmara variam com a mudança no teor de umidade médio da carga.

O processo de secagem pode ser feito de duas maneiras, ao ar livre ou artificial em câmaras de secagem, de modo a minimizar ou até mesmo evitar defeitos futuros nas peças. A secagem artificial se sobressai à secagem ao ar livre por permitir um maior controle das condições de secagem e também por reduzir o tempo deste processo. Entretanto, o processo de secagem artificial nas indústrias brasileiras é considerado uma fase extremamente crítica, pois se trata de uma operação que requer considerável investimento prévio e representa parcela significativa do custo operacional.

Dentre os tipos de secagem a mais utilizada é a convencional, onde as temperaturas da câmara se encontram por volta de 40 a 90 °C. Além da secagem convencional existe também a secagem a alta temperatura no qual se diferencia por apresentar as temperaturas dentro da câmara superior a 100 °C e maiores velocidades de secagem.

Os principais fatores envolvidos na escolha de um programa de secagem são: espécie de madeira; umidade inicial e final; espessura do material; uso a que se destina; e equipamento de secagem.

A secagem em estufas é realizada com o objetivo de acelerar o processo de secagem em função da demanda do mercado. Existem vários sistemas de secagem artificial. Entre os mais adotados está à secagem a alta temperatura e a convencional. Cada tipo de estufas tem suas características marcantes, no qual se enquadram no objetivo de cada empresa.

Características

Existem alguns fatores que são de grande importância e devem ser levados em consideração durante a construção de um secador, seja elas a alta temperatura ou convencional. As principais características do secador que irão afetar a sua eficiência são o material de construção, a circulação do ar, a potência térmica e a capacidade da troca de ar.

O tipo de material usado na construção do secador irá determinar a durabilidade do equipamento e o isolamento térmico. O ambiente de secagem é bastante agressivo, pois o ar está aquecido, úmido e pode conter extrativos retirados da madeira, o que aumenta a incidência da corrosão. E também é importante lembrar que quanto melhor o isolamento térmico, menores serão as perdas de calor por radiação e menor o consumo de vapor.

Tão importante quanto à velocidade de circulação do ar é a distribuição do fluxo de ar através das pilhas de madeira. Mesmo operando com velo cidades adequadas, se o fluxo não for uniforme em toda a seção transversal do secador, parte da carga secará mais rapidamente e prejudicará o tempo de secagem ou a qualidade da madeira.

A potência térmica refere-se à capacidade de liberação de energia nos trocadores de calor, a qual varia de acordo com a área de troca térmica, distância entre aletas, temperatura do vapor dentro dos radiadores, disponibilidade de vapor a pressão constante, adequação dos purgadores, e da velocidade de circulação do ar.

Na maioria dos secadores a umidade da madeira é transferida para a corrente de ar, tornando necessária a exaustão do ar saturado. A capacidade para troca de ar depende da área total das janelas, do posicionamento em relação aos ventiladores e da velocidade do ar. Se a troca for deficiente, a umidade relativa do ar dentro do secador será superior ao desejado, retardando a secagem.

Secagem Convencional

Este é o processo de maior aplicação na indústria madeireira no qual é conduzida em estufas ou secadores, tendo assim controle da circulação do ar temperatura e da umidade relativa.

A secagem em câmaras convencionais é aquela conduzida em uma câmara fechada em que o ar circula pela face da madeira, à velocidade 1 a 2m/s. As temperaturas na câmara no início do processo variam entre 40 a 80º C e as temperaturas no final do ciclo, de 65 a 95ºC.

É preciso usar programas de secagem com mudanças suaves de temperaturas para reduzir o tempo total do processo e ganhar qualidade na madeira seca, visto que mudanças de temperaturas muito bruscas podem favorecer o aparecimento de defeitos na madeira, ás vezes até desqualificando a madeira para sua finalidade.

Assim como mencionado pelos autores supracitados, os sistemas de controle com tecnologia mais recente facilitam operar com um potencial de secagem constante e evitar alterações bruscas de temperatura e umidade relativa.

A secagem convencional apresenta com principais vantagens a independência das condições climáticas, menor duração em relação à secagem ao ar livre, maior controle sobre os defeitos e umidade final, adequação a todo tipo de madeira e ampla experimentação disponível. Entretanto, é considerado um processo inadequado para secar peças espessas.

Secagem Convencional

Esse tipo de equipamento de secagem dispõe de um sistema de aquecimento, um sistema de umidificação do ar, um conjunto de dampers ou janelas que permitem a troca de ar entre o interior do secador e o meio externo, e um sistema de ventilação que promove a circulação do ar entre as peças da madeira em secagem.

O sistema de aquecimento mais comum é uma bateria de trocadores de calor que pode utilizar como fluido térmico o ar quente, água quente, vapor d'água ou óleo térmico. O fluido mais comum é o vapor a pressões entre 3,0 e 8,0 kgf/cm (300 a 800 kPa), tanto que os secadores convencionais são também conhecidos como secadores a vapor. A umidificação do ar é obtida pela liberação de vapor de baixa pressão ou com a aspersão de água fria dentro do secador.

Estes trocadores de calor podem ser: resistência elétrica, tubos para gases quentes, radiadores para vapor e água quente.

A circulação do ar é promovida por um conjunto de ventiladores, posicionados lateralmente em relação à madeira, ou sobre o falso teto acima das pilhas. Os dampers são posicionados de tal forma que a própria ação dos ventiladores faz com que o ar quente e úmido do interior do secador seja expelido admitindo ar do meio externo.

O carregamento da madeira pode ser feito através de empilhadeiras frontais ou co m o auxílio de vagonetes sendo que o sistema de vagonetes é mais indicado para madeira de rápida secagem.

Uma câmara de secagem convencional necessita ainda de caldeiras, instalações hidráulicas, elétricas, rede de vapor, barracões e outras obras, que em s eu conjunto acabam elevando o investimento inicial.

A primeira secagem à alta temperatura para fins comerciais foi conduzida por H.D. Tiemann durante a primeira guerra mundial. Em 1918 este pesquisador obteve uma patente nos Estados Unidos para o método. Contudo uma rápida deterioração da estufa, alta manutenção e altos custos de operação foram razões para rejeitar este método de secagem até recentemente.

A secagem a alta temperatura tem sido imposta em alguns países como Estados Unidos, Chile, e Nova Zelândia devido à necessidade das indústrias incrementarem sua produção de madeira a um custo razoável e muito competitivo.

A elevação da temperatura dará como consequência um aumento de velocidade de retirada da água, tanto para os mecanismos de difusão, quanto para a movimentação de água capilar. Ressaltando que temperaturas muito altas poderão causar maior defeito aos materiais.

A secagem a alta temperatura é realizada em câmara aquecida por caldeiras, até atingir entre 120ºC e 130ºC. As peças de madeira são empilhadas no interior da câmara por tabiques, de forma a permitir a passagem rápida do vapor entre elas. Esse processo faz com que a madeira atinja o teor de umidade desejado em apenas um dia, mas altera a cor superficial da madeira.

A secagem a alta temperatura é muito mais indicado para coníferas devido sua alta permeabilidade. Madeiras que não apresentem um uso nobre podem secar a alta temperatura apesar de a madeira apresentar manchas e rachaduras, o que reduz o seu valor comercial.

Como a duração deste processo é apenas a metade ou a terça parte daquela requerida na secagem convencional, os cuidados técnicos são maiores porque se retira mais quantidade de água por unidade de tempo, com uma eficiência térmica total também maior.

A secagem a alta temperatura caracteriza-se por três estágios. Durante o primeiro estágio a secagem ocorre na superfície da madeira e a taxa de secagem depende exclusivamente taxa de transferência de calor do meio de secagem para a superfície. A água livre move-se do interior para o exterior da peça principalmente por capilaridade. O segundo estágio inicia-se quando o fluxo de água livre para a superfície é interrompido e a temperatura da na superfície ultrapassa 100 °C. O segundo estágio termina quando a última porção de água livre é evaporada.

O terceiro estágio inicia-se quando a ultima porção de água livre é evaporada e termina quando a madeira atinge a umidade desejada. Caracteriza -se por apresentar uma taxa de secagem decrescente à medida que o teor de umidade diminui.

A rápida deteriorização do equipamento, e problemas principalmente relacionados a colapso da madeira, provocam um uso descontínuo do processo.

Alta Temperatura

As câmaras de secagem a alta temperatura pouco se diferem das câmaras convencionais. As principais diferenças estão ligadas a maior velocidade do ar, mínimo de 5m/s, melhores condições de ventilação, aplicação de restrição à pilha, isolamento e proteção da estrutura e partes metálicas. Em temperaturas tais como 120 °C, ou superiores, bastante comum nas indústrias, ocorre à liberação de ácidos, principalmente acético, além de outras substâncias voláteis que virão a acelerar a deterioração do equipamento.

Alguns tipos de secadores convencionais podem ser usados como secador de alta pressão desde que sejam modificados alguns pontos, tais como:

� Melhoramento na velocidade do ar-obtido por meio de ventiladores mais eficientes conjugados com defletores de ar. Um mínimo de 5 m/s é necessário.

� Melhoramento das condições de ventilação-posicionamento e dimensões das estradas e saídas de ar são muito importantes devido às altas taxas de secagem obtidas no processo.

� Empilhamento- recomenda-se uma largura da pilha máxima de 1,80 m visando obter uniformidade no teor de umidade final do material. Cuidados especiais deverão ser tomados quanto ao sistema de empilhamento. Recomenda -se sarrafos separadores de 25 mm de espessura, colocados a intervalos de até 50 cm. Aplicação da carga de restrição é indispensável, sendo o valor de 1000 kg/m² suficiente.

� Sistema de aquecimento e vaporização- cuidados são necessários com as caldeiras, pois pressões bem mais elevadas são exigidas para se atingir as temperaturas desejáveis. Para o processo de vaporização, recomenda-se o uso de uma câmara separada, visto que isso aumenta a vida útil da câmara.

� Proteção de equipamento - o uso de pinturas anticorrosivas com maior freqüência e de melhor qualidade é requerido, pois elevadas temperaturas degradam com facilidade o equipamento.

Apesar do processo ter maior eficiência quando comparado com a secagem convencional o investimento para o desenvolvimento dessas câmaras é muito alto, mas devido à rápida secagem o retorno deste investimento também é rápido.

Dentre as secagens existentes, verificamos uma adoção de tecnologias aplicadas para o melhoramento no processo de secagem, com a finalidade de secar com a rapidez e a qualidade exigida pelos consumidores.

Com essa busca na melhoria da secagem de madeira, surgem empresas que investem em câmaras com flexibilidade de variáveis do processo e principalmente um equilíbrio entre o tempo de secagem e a qualidade do produto final.

Alguns fatores são de grande importância e devem ser levados em consideração durante a construção de um secador, seja ele de alta temperatura ou convencional. Entre eles: material de construção, circulação do ar, potência térmica, capacidade de troca de ar. Sendo estes desenvolvidos pelas empresas fabricantes de acordo com cada objetivo.

A câmara de secagem convencional é a câmara mais utilizada na indústria madeireira, tem controle da circulação do ar, temperatura e da umidade relativa.

A secagem a alta temperatura pouco se difere da convenciona l, é realizada em câmara aquecida por caldeiras, com temperatura superior a 100°C, maior velocidade do ar, melhores condições de ventilação, aplicação de restrição à pilha, isolamento e proteção da estrutura e partes metálicas.

As câmaras de secagem a alta temperaturas são mais indicadas para madeira de coníferas, pois são madeiras que apresentam maior permeabilidade. Já as câmaras de secagem convencional podem ser empregadas para um maior número de espécies e há um custo menor na produção destas, entretanto, a secagem a alta temperatura nos dará uma melhor resposta quando necessário mudar o programa de secagem, isso por causa do seu melhor sistema de isolamento, ventiladores mais potentes, maior eficiência térmica, entre outros fatores.
Autores:

Rejane Costa Alves -DEF/UFES; Djeison Cesar Batista -UFPR; Juarez Benigno Paes -UFES; Thiago Leite Barbosa ; Tiago Leione Ravani ; Walter T. N. Boschetti