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REVISTA DA MADEIRA - EDIÇÃO N°92 - OUTUBRO DE 2005

Secagem

Controle da temperatura da madeira auxilia secagem

O emprego da temperatura da madeira, como parte de um sistema a ser utilizado para controlar o processo de secagem, no recente. Trabalhos pioneiros sobre o assunto foram realizados h aproximadamente 40 anos. Atualmente, a relao entre temperatura da madeira/teor de umidade volta a ser pesquisada, visando o desenvolvimento de um sistema automtico de controle para estufas comerciais.

A temperatura da madeira como um indicador do teor de umidade tem sido investigada, porque ela pode ser medida corretamente, com preciso e a baixo custo, em qualquer faixa de teor de umidade.

As dificuldades freqentemente detectadas por ocasio da medio da temperatura propiciaram uma srie de estudos, visando ao desenvolvimento de uma metodologia mais adequada.

Alguns estudiosos sugerem o emprego do termmetro de radiao para medir a temperatura superficial da madeira porque ele pode detectar a temperatura sem encostar no objeto. J a temperatura interna da madeira pode ser obtida por meio de termopares tipo cobre-constantan ou cromo-alumnio .

A colocao dos sensores na madeira e a posio dos mesmos na pilha tambm tm sido investigados. Uma fixao apropriada dos mesmos pode ser obtida com o emprego de silicone ou espuma de poliuretano.

As temperaturas interna e superficial fornecem valiosas informaes para a deduo do teor de umidade mdio da madeira. Baseado no fato que a temperatura interna da madeira influenciada principalmente pelo seu teor de umidade, ela pode ser usada como ferramenta para indicar quando a secagem deve ser concluda.

O emprego da temperatura interna para estimar o teor de umidade da madeira mostrou-se inicialmente vivel para a secagem a alta temperatura. Porm, estudos mais recentes evidenciaram que o relacionamento entre as duas variveis tambm encontrado no processo de baixa temperatura. Neste caso, a mudana na temperatura interna em funo do percentual de alterao no teor de umidade da madeira menor que na secagem sob alta temperatura. Assim, so necessrios sensores com maior preciso e com proteo adequada contra a conduo de calor na madeira.

Em outras pesquisas, quando o teor de umidade foi analisado em funo da temperatura superficial, os resultados foram semelhantes relao teor de umidade/temperatura interna da madeira e pode ser usada tambm para fins de controle.

A correlao entre o teor de umidade e a diferena entre temperatura do bulbo seco e temperatura interna apresentam possibilidades reais de aplicao no controle da estufa. Com a variao na temperatura do bulbo seco, que normalmente ocorre nas estufas comerciais, a relao entre as diferenas das temperaturas e o teor de umidade possivelmente seria mais til para fins de controle da estufa, que a relao entre a temperatura absoluta e o teor de umidade.



Secagem de pinus



Em uma pesquisa, uma madeira de Pinus elliottii Engelm. com 25 mm de espessura e 750 mm de comprimento foi submetida secagem em uma estufa eltrica de conveco forada, com capacidade para aproximadamente 1,0 m de madeira serrada. As pilhas foram confeccionadas sobre um carrinho transportador, utilizando-se sarrafos de 25 x 25 mm para separao das peas.

A operao de secagem foi conduzida nas temperaturas de 50, 70, 90 e 110C, por serem as mais comumente utilizadas pela indstria no processamento de madeira de Pinus sp. com espessura entre 25 e 50 mm. Para cada temperatura de secagem, foram utilizadas duas velocidades de ar, tendo os valores de 2,3 e 5,0 m/s sido obtidos ao modificar a rea de passagem do ar dentro da pilha.

As condies da estufa foram controladas por meio do vapor produzido por uma caldeira eltrica e das aberturas de ventilao. Termmetros de bulbo seco e bulbo mido possibilitaram a obteno da temperatura e da umidade relativa do ar. O teor de umidade da madeira foi obtido pelas pesagens da pilha, utilizando-se uma clula de carga tipo trao.

As leituras de temperatura da madeira foram coletadas num ponto correspondente a da espessura de uma tbua localizada na primeira fileira da pilha. Sensores tipo diodo foram introduzidos a uma profundidade de aproximadamente 25 mm, em perfuraes produzidas por brocas de 4 mm de dimetro, no sentido da largura da pea e fixados com pasta de silicone.

O gerenciamento do processo de secagem da madeira foi realizado por um sistema computadorizado composto de trs mdulos: microcomputador com software residente especfico, uma unidade de controle e aquisio de dados e uma estufa. Todos os dados referentes ao controle do processo foram coletados em tempo real e gravados em disco rgido e flexvel a cada 80 segundos, aproximadamente.



Temperatura da madeira



As pesquisas sobre o emprego da temperatura da madeira como alternativa de controle do processo de secagem discutem com freqncia o local onde a mesma deve ser medida. Algumas utilizaram a temperatura superficial, outros a temperatura no centro da pea e outros, ambas. Alm dessas, alguns modelos incluram a temperatura do bulbo seco e a diferena entre as temperaturas de bulbo seco e do centro da pea de madeira. No presente estudo, a temperatura interna da madeira de Pinus elliottii foi medida a 1/4 de sua espessura porque nos testes preliminares, conduzidos em estufa de laboratrio, os valores coletados neste local se correlacionaram melhor com a umidade da madeira.

Em todos os programas de secagem utilizados, a temperatura das tbuas localizadas na entrada de ar da pilha foi sempre maior que naquelas situadas na fileira de sada do ar. Essa diferena de temperatura, provavelmente, foi provocada pela queda da temperatura e pela abertura peridica das janelas de ventilao. A realizao deste procedimento nas mudanas de fase do programa de secagem produziu, sistematicamente, uma diminuio brusca na temperatura das peas localizadas na ltima fileira da pilha, aumentando, assim, a diferena entre os dois pontos medidos.

Com base nas observaes de temperatura da madeira ao longo da largura da pilha, verificou-se que as medies realizadas na primeira fileira de tbuas foram as que melhor se correlacionaram com o teor de umidade.

Teor de umidade



Uma anlise da relao entre as duas variveis mostrou um aumento da temperatura interna da madeira, a medida que diminuiu o seu teor de umidade. No entanto, em pelo menos uma das velocidades de ar utilizadas, ocorreu uma diminuio da temperatura da madeira nos estgios finais da secagem a baixa temperatura (50 e 70C) e convencional (90C).

A causa do resfriamento da madeira quando a umidade cai abaixo do ponto de saturao das fibras (PSF) o calor de vaporizao produzido por ocasio da evaporao da gua superficial.

No caso da secagem a alta temperatura, foi constatada uma relao entre a temperatura da madeira e teor de umidade, evidenciando que a primeira tende a se igualar temperatura ambiente (tbs), medida que o teor de umidade se aproxima de 10%, que foi o valor estabelecido para a finalizao do processo.



Velocidade do ar na temperatura



A influncia da velocidade do ar na temperatura da madeira se baseia no fato de que o emprego de valores elevados resultam num aumento da transferncia de calor para a madeira, aumentando sua temperatura. Este fato foi observado nos processos de 50, 70 e 90C, em que a velocidade de 5,0 m/s manteve a temperatura da madeira mais elevada do que a velocidade de 2,3 m/s durante a maior parte da secagem.

Na secagem a alta temperatura, as curvas da temperatura interna em funo do teor de umidade, com relao a velocidade de ar utilizada, apresentaram um comportamento diverso daquele verificado nos demais processos.

A temperatura interna da madeira, submetida a uma velocidade de ar de 5,0 m/s, manteve-se sempre abaixo daquela observada para 2,3 m/s at o final da secagem, quando praticamente se igualaram. Embora a transferncia de calor para a madeira ocorra mais rapidamente quando se utilizam velocidades de ar mais altas, o aumento na taxa de secagem no aumenta a temperatura interna da madeira, com relao ao seu teor de umidade. Este comportamento das curvas pode estar relacionado com a formao de gradientes lineares, no parablicos, tpicos de processos de secagem a alta temperatura.

A temperatura do bulbo mido (tbu) tambm pode introduzir mudanas nos padres de temperatura, principalmente porque a transferncia de calor para a superfcie da madeira torna-se maior a medida que aumenta a umidade do ar. O efeito desta varivel foi mais marcante nos processos de secagem convencional (70 e 90C) e baixa temperatura (50C), em que os valores da temperatura do bulbo mido programados foram atingidos e mantidos dentro dos nveis desejveis.

Esta, provavelmente, seja a explicao para a obteno de temperaturas internas mais elevadas nesses processos, quando a velocidade do ar de 5,0 m/s foi utilizada. Por outro lado, nos processos de secagem a temperaturas superiores a 100C, a temperatura do bulbo mido dificilmente alcana este patamar. A influncia da umidade do ar na transferncia de calor torna-se menos importante. Segundo esses autores, isto ocorre porque a presso parcial de vapor mxima possvel nesta situao igual a uma atmosfera, e a presso de vapor saturado acima do ponto de ebulio da gua maior do que uma atmosfera.

Teor de umidade da madeira



Dentre os modelos de regresso testados para a faixa de umidade, desde verde at 10%, os que incluem a temperatura do bulbo mido foram os que se ajustaram melhor ao conjunto de dados. Apesar do bom resultado encontrado para a temperatura de 50C, foi notada uma ligeira melhoria na preciso do modelo, medida que a temperatura de secagem aumenta. O erro padro da estimativa percentual de 8,8%, aliado aos altos coeficiente de determinao (R2) e valor de F, evidencia que a equao obtida para a temperatura de 110C e velocidade de ar de 5,0 m/s foi a mais precisa entre os quatro tratamentos analisados.

Na tentativa de melhorar o ajuste dos modelos iniciais foi realizada uma nova anlise de regresso para o intervalo entre o PSF e 10% de umidade. Dentre as temperaturas de secagem analisadas, os modelos se ajustaram melhor sob temperaturas de 90 e 110C, mas, os maiores coeficientes de determinao (R2) foram encontrados para o processo a alta temperatura. O ajuste dos modelos resultantes da anlise de regresso mltipla para as temperaturas de 50 e 70C foram muito fracos nas duas velocidades de ar consideradas.

Os modelos de regresso obtidos para a faixa de umidade entre o PSF e 10% se ajustaram melhor aos dados, particularmente para a temperatura de 110C. A melhor correlao encontrada nesta faixa de umidade restrita pode estar associada a uma certa estabilidade dos dados no final do processo de secagem.

Temperatura da madeira

A discusso a respeito dos parmetros envolvidos no relacionamento entre temperatura da madeira e teor de umidade tem como principal objetivo a obteno de informaes que possam viabilizar o emprego da primeira como meio alternativo de controle do processo de secagem. Com base na anlise dos resultados e nas principais pesquisas conduzidas sobre o assunto, pode-se destacar alguns pontos importantes:

- A existncia de uma estreita relao entre a temperatura da madeira e o seu teor de umidade, evidenciada por vrios pesquisadores, foi confirmada experimentalmente neste estudo, especialmente no processo de secagem a alta temperatura. A anlise de regresso apresentou altos coeficientes de correlao (R) para a temperatura de 110C, em que tambm houve um bom ajuste dos modelos de regresso para as duas amplitudes de teor de umidade em que foram avaliadas. A anlise dos resduos, contudo, sugere cuidados com relao confiabilidade dos modelos.

Nos processos de secagem convencional ou baixa temperatura, a relao temperatura interna versus teor de umidade apresenta uma certa instabilidade, tanto em baixas como em altas velocidades de ar. A explicao para o fato, provavelmente, est relacionada com a pequena alterao na temperatura interna, em funo do percentual de alterao no teor de umidade da madeira, requer sensores mais precisos e que reflitam melhor a temperatura da madeira.

As dvidas com respeito ao local de medio da temperatura esto relacionadas aos gradientes de umidade e de temperatura, formados, principalmente, quando temperaturas superiores a 100C so utilizadas e s dificuldades de colocao de sensores prximo superfcie da madeira. A opo pela medio a da espessura apoiada na suposio de que o teor de umidade a esta profundidade corresponde ao valor mdio para a seo transversal da madeira e nos estudos conduzidos em estufa de conveco natural.

O emprego da temperatura interna associada a outra varivel tambm tem sido discutido por diversos pesquisadores. O final da secagem ocorre quando as temperaturas superficial e interna se igualam. A diferena entre a temperatura de bulbo seco e a temperatura interna da madeira, geralmente includa em modelos matemticos em que o teor de umidade a varivel dependente, tambm se apresenta como promissora. Esta diferena de temperatura pode ser utilizada para estimar o teor de umidade final, exceto em espcies susceptveis a severas rachaduras internas.

A anlise grfica e estatstica dos dados indica que a temperatura da madeira tende a se igualar do ambiente, medida que o teor de umidade se aproxima de 10%, que foi o valor estabelecido para a finalizao do processo.

Este fato, por si s, evidencia que a temperatura interna pode ser um indicativo confivel do final do processo, quando madeira de Pinus elliottii com 25 mm de espessura submetida secagem. Alm disso, curvas de secagem elaboradas com base no modelo de regresso e do mtodo de pesagem mostram muita semelhana entre si no final da secagem. Esta evidncia sugere que a temperatura interna da madeira uma alternativa vivel para indicar o final da secagem, especialmente nos processos que utilizam altas temperaturas.

Um aspecto positivo da temperatura da madeira para controle do processo de secagem que os dados podem ser coletados de forma contnua, por meio de um sistema computadorizado de aquisio de dados, o que agiliza a tomada de deciso sobre o programa e o processo de secagem. A facilidade de medio da temperatura interna da madeira e da temperatura do bulbo mido, bem como a obteno de ambas em tempo real, so os pontos fortes.





Autor: Elio Jos Santini - Professor do Departamento de Cincias Florestais, Centro de Cincias Rurais, Universidade Federal de Santa Maria