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REVISTA DA MADEIRA - EDIÇÃO N°98 - AGOSTO DE 2006

Eucalipto

Aumento da estabilidade na madeira de eucalipto atravs de tratamento trmico

A cultura do eucalipto foi introduzida no Brasil inicialmente como rvore decorativa e, devido ao seu extraordinrio crescimento e adaptao aos diversos tipos de clima e solos brasileiros, tornou-se uma das espcies florestais mais importante da base florestal nacional. Sua madeira responsvel pelo abastecimento da maior parte do setor industrial de base florestal, suprindo as necessidades de matria-prima, principalmente, para a produo de papel e celulose, chapa de fibra e energia.

A partir do final da dcada de 80, algumas empresas do setor buscaram a diversificao do uso da madeira. Numerosas indstrias esto interessadas na possibilidade de diversificao das aplicaes da madeira de eucalipto. Devido ao rpido crescimento, falta de conhecimento e a aplicao de um manejo inadequado no plantio, a madeira apresenta rachaduras e deformaes, ambas ocasionadas pelas tenses de crescimento, que esto diretamente relacionadas estabilidade dimensional da madeira, diminuindo consideravelmente o rendimento em muitos processos produtivos.

O tratamento trmico uma maneira de se obter madeiras com maior estabilidade dimensional, pela diminuio da higroscopicidade da madeira. Desta forma, o presente estudo tem como objetivo fazer o tratamento trmico em autoclave em meio oxidante e no-oxidante, para verificar a influncia dessa abordagem na alterao da higroscopicidade da madeira e a conseqente alterao da estabilidade dimensional.

As contraes excessivas da madeira de eucaliptos ocorrem devido ao crescimento acelerado, o qual evidencia o aparecimento de defeitos na secagem dessa madeira. Problemas como empenamentos e fendilhamentos tendem a ser maiores em madeira de densidade mais baixa. Tambm chamados de tenses de crescimento, estas contraes englobam dois grupos de tenses de origem distintas, que coexistem no interior de qualquer espcie arbrea produzindo um auto-equilbrio durante o crescimento dessas rvores .

O primeiro grupo ocorre devido s cargas resultantes do prprio peso da rvore, o segundo intrnseco ao processo de maturao das fibras que constituem a madeira, sendo que as tenses referentes ao peso da rvore so desprezveis em relao ao processo de maturao das clulas, portanto quando referir ao termo, tenses de crescimento, considera-se principalmente o segundo grupo de tenses .

As tenses de crescimento atuam longitudinalmente e transversalmente em relao ao fuste de uma rvore. No sentido longitudinal apresentam uma variabilidade de gradiente, a partir de uma trao mxima nas proximidades da casca a uma compresso mxima na medula. J no sentindo transversal, o gradiente se manifesta como tenses radiais de trao de valor nulo na periferia e mximo na medula e tenses tangenciais mximas de compresso perifrica e trao na medula.

Tenso de crescimento o resultado da ao de foras internas que atuam sobre os tecidos das rvores, de forma a mant-las ntegras e eretas. Ressalta-se a importncia dessas tenses para a sobrevivncia das rvores, ao afirmarem que inevitveis pontos de fraqueza em sua estrutura so contrabalanados pelo desenvolvimento das tenses de crescimento. Estas tenses reagem s cargas crticas que podem causar rupturas.

Formas adequadas de manuseio e estocagem, associadas com estratgias de desdobro podem ser aplicadas para reduzir problemas causados pelas tenses de crescimento. Adicionalmente, o melhoramento florestal pode fornecer uma soluo biolgica para possibilitar a reduo dos altos nveis de tenses. Outra maneira de se minimizar as tenses melhorar a estabilidade dimensional da madeira, o que permite agregar valor aos produtos finais.

Os processos industriais que utilizam o calor como componente bsico so diversos, onde a ao deste pode se dar de maneira mais ou menos intensa. Vale ressaltar que outros fatores adicionais influenciam o processo, tais como o tempo de tratamento, a velocidade de aquecimento, a atmosfera, entre outros. Dos diversos tratamentos da madeira atravs do calor podem-se citar a combusto, a carbonizao, a destilao seca e a gaseificao, processos estes que modificam totalmente a madeira, e so utilizados com os objetivos principais da produo de carvo, lquidos pirolenhosos, e gases .

Com a exceo da secagem, a maioria dos processos em que o calor o componente principal a estrutura da madeira sofre significativas modificaes. No entanto, ao se administrar, se possvel, a interao madeira x calor para atender um objetivo especfico, tem-se a termorretificao ou retificao trmica .

O processo de retificao permite produzir um material com reduzida higroscopicidade, sem a diminuio significativa das propriedades mecnicas. Os autores chamam ateno para a devida avaliao em relao espcie de madeira e a uma srie de parmetros, tais como: temperatura de tratamento, durao, velocidade do aumento de temperatura, natureza e presso da fase gasosa, geometria e tamanho das amostras e o teor de umidade inicial.

A retificao trmica da madeira ainda muito pouco investigada no Brasil.A termorretificao modifica as propriedades da superfcie da madeira melhorando sua compatibilidade com componentes orgnicos, como as resinas ou polmeros, o que facilita as operaes de impregnao, aderncia, fabricao de derivados e o uso de produtos para revestimento de superfcie.

Na Europa, onde o assunto j foi bastante explorado, produtos retificados termicamente so comercializados para piso, e j foi utilizada madeira torrada como termo-redutor na indstria siderrgica. Identificou-se em pesquisas que o tratamento trmico da madeira aumenta a resistncia degradao fngica, no tendo efeito sobre a resistncia degradao de trmitas. Os trabalhos j efetuados mostraram que o tratamento trmico aumenta a dureza, reduz a flexibilidade da madeira, altera a cor e reduz a higroscopicidade, conferindo lhe uma melhor estabilidade dimensional. A maioria destes resultados foi observada em espcies europias Mesmo nestes paises, o assunto no considerado esgotado. A diversidade de espcies traz uma variabilidade de caractersticas e propriedades muito grande s madeiras tropicais. A retificao trmica traz a possibilidade de controlar esta variao, possibilitando maior homogeneidade madeira, colocando no mercado algumas espcies atualmente marginalizadas no comrcio.

Durante a torrificao, h uma perda de aproximadamente 30% de massa, constituda pelos subprodutos provenientes da degradao da madeira e da umidade contida na mesma. Essa massa perdida composta por 50,4% de gua, 20,7% de condensveis (cido pirolenhoso, furfural, cido actico) e 28,9% de gases no condensveis (CO2, N2, CO). Portanto, a torrificao uma secagem drstica da madeira, acompanhada de um incio de alterao dos componentes estruturais da madeira: celuloses e hemiceluloses. A lignina s sofre alteraes significativas em temperaturas mais elevadas, dando origem a produtos fenlicos.

Entretanto, as ligninas participam de fenmenos de recombinaes com certos produtos leves, provenientes da decomposio das hemiceluloses, devido a essas alteraes, a madeira adquire propriedades tais como: hidrofobicidade; resistncia a biodegradao; timo balano dureza/friabilidade, ou seja, apesar de mais frivel, torna-se mais dura.

Verifica-se que o calor provocava alteraes na madeira mudando sua propriedade relacionada contrao e o inchamento frente umidade.

O estgio atual do desenvolvimento dos estudos sobre retificao trmica, indica que o processo atualmente operacional em escala industrial. Os custos tm-se mostrado compatveis com as possibilidades de mercado, sendo que inmeras propostas de aplicaes do produto esto se concretizando.

A temperatura e a umidade relativa do ar so os principais fatores de equilbrio da madeira. medida que se aumenta a temperatura de secagem, diminui-se a higroscopicidade da madeira.

O teor de umidade de equilbrio diminui com o aumento da temperatura, principalmente quando consideradas temperaturas acima de 100C. Esta reduo na higroscopicidade da madeira provavelmente resultante de pequenas modificaes qumicas, em especial a degradao parcial das hemiceluloses.

Embora a umidade no possa ser considerada como uma caracterstica intrnseca da madeira, o seu estudo indispensvel por se tratar de um parmetro que afeta o comportamento do material, quanto trabalhabilidade, estabilidade dimensional, resistncia mecnica e durabilidade natural. Sendo um material orgnico e de estrutura complexa e heterognea, a madeira extremamente higroscpica, contraindo ou inchando de acordo com a umidade do ambiente.

As variaes dimensionais provocadas pela contrao e pelo inchamento da madeira, constituem conjuntamente com a anisotropia, caractersticas indesejveis da madeira, limitando o seu uso para diversas finalidades ou, ainda, exigindo tcnicas especificas de utilizao.

Quando a madeira no perde e nem absorve gua do ambiente, a madeira est em equilbrio com a umidade do ar, o que chamado de umidade de equilbrio da madeira. A madeira dever sempre ser utilizada com uma umidade prxima ao teor de umidade de equilbrio higroscpico. Nessa condio a madeira no ira mais apresentar problemas associados retratibilidade.

Material E Mtodos

Madeiras de Eucalyptus grandis, obtidas de povoamento com aproximadamente oito anos de idade, foram coletadas e mantidas em tanques com gua na condio verde. Foram retiradas dessas madeiras peas rolias com 40 cm de comprimento, com as quais foram efetuados os ensaios de tratamento trmico em autoclave (figura 1).

Foram realizadas termorretificaes, em meio aquoso (oxidante), e em meio inerte com N2 (anti-oxidante), alm da testemunha (no retificada).

No tratamento em meio oxidante, foram colocadas amostras de madeira em uma cesta metlica acima de um fundo falso, de modo que as amostras no ficassem em contato direto com a gua no fundo da autoclave como apresentado na figura 1. Essas amostras foram tratadas na presena de vapor dgua saturado temperatura e presso equivalente do tratamento trmico.

O tratamento em meio inerte (no oxidante) foi realizado da mesma maneira ao tratamento em meio aquoso, sendo que a atmosfera da parte interna da autoclave foi substituda por nitrognio gasoso.

O programa de temperatura para esses dois tratamentos trmicos foi de 120C, por 24 horas.

Ao final dos tratamentos, os toretes termorretificados e a testemunha, foram mantidos em tanques com gua por quatro semanas, visando saturao. Aps esta fase, as amostras foram acondicionadas em um galpo protegido da luz do sol por 24 horas, para eliminao do excesso de gua. Logo em seguida os toretes tratados e a testemunha foram desdobrados em ripas de 1,0 x 2,0 x 40,0 cm. A partir dessas ripas foram acompanhadas possveis deformaes durante sua secagem gradual em uma cmara de climatizao, 20C e 65 % de umidade. A variao de massa foi acompanhada diariamente at o equilbrio de umidade.

Um segundo experimento foi montado com amostras em cubos de 2,00 X 2,00 X 2,00 cm, orientados em relao as fibras da madeira. Foram realizados quatro tratamentos trmicos em meio aquoso em quatro temperaturas diferentes: 120, 140, 160 e 180C por duas horas. Essas amostras foram, em seguidas em uma cmara de climatizao (20C e 65 % de umidade).

Essas amostras foram submetidas a uma segunda condio de temperatura e umidade, foram em uma cuba acrlica, contendo soluo saturada de sulfato de zinco (ZnSO4 + 7 H2O), que proporcionou uma umidade relativa interna de 90% em uma sala climatizada na temperatura de 19C, como mostra a figura-2.

As amostras foram pesadas diariamente at atingirem teor de umidade de equilbrio. Em seguida foi calculado o teor de umidade de equilbrio para todos os tratamentos.

Resultados

Os tratamentos efetuados provocaram muitos defeitos e deformaes nas amostras, com muitas rachaduras em forma de X e Y, caracterstica de madeira com tenses internas.

Notou-se um escurecimento nas madeiras (j esperado) que foram tratadas termicamente em meio oxidante e um escurecimento mais brando nas madeiras tratadas em meio inerte (figura 3). Isso se deve ao fato do oxignio atuar como um catalisador de algumas reaes qumicas que ocorrem na madeira.

As ripas (figura 3) retiradas das toras retificadas, aps sua secagem, apresentaram muitos defeitos, rachaduras e empenos aps secagem em cmara climatizsada, impossibilitando a mensurao do efeito anti contrao (ASE), objetivando averiguar a reduo das tenses internas. A figura 4 ilustra esses defeitos.

Uma parte dos defeitos ocorreu em funo da presena de ns. Outros defeitos possivelmente ocorreram pela intensidade dos tratamentos.

A umidade de equilbrio alcanada pelas ripas na cmara de climatizao demonstrou que houve uma reduo da higroscopicidade das ripas tratadas termicamente, em relao s testemunhas (no tratadas), como mostra o quadro 1.

O tempo para atingir a estabilizao higroscpica foi o mesmo para os trs tratamentos, 14 dias (figura 5). A umidade inicial das ripas era varivel em funo das modificaes ocorridas na estrutura da madeira durante os tratamentos, 61,68% para a testemunha, 84,26% para o tratamento em meio oxidante e 74,99% para o tratamento em meio inerte (quadro 1). Isso se deve ao aumento de porosidade na madeira com os tratamentos.

A umidade de equilbrio final da madeira em sala climatizada a 60% de umidade relativa foi de 8,94% para o tratamento em meio oxidante,10,02 % para a termohidrlise em meio no-oxidante e 11,89% para a testemunha. A umidade final de equilbrio significativamente diferente para os trs tratamentos, verificado pelo teste Tukey ao nvel de 99%.

Analisando os tratamentos trmicos efetuados em cubos a 120C, 140C, 160C e 180C pode-se observar as alteraes de cor, as deformaes com aumento da temperatura de tratamentos e modificao na higroscopicidades.

Verificou-se que houve uma alterao da cor nas amostras tratadas termicamente, tanto maior quanto maior a temperatura empregada no tratamento.

Foi possvel observar rachaduras e contraes aps incio da secagem na sala climatizada, tanto maior quanto maior a temperatura empregada. Na figura 7 pode-se observar no corpo de prova tratado a 180C uma grande deformao, mostrando uma maior contrao do lado esquerdo.

A figura 8 ilustra a hidratao das amostras na cuba com soluo saturada de sulfato de zinco. Essas amostras foram transportadas diretamente da sala climatizada para a cuba. Cada curva representa a mdia de oito amostras.

Quanto maior a temperatura do tratamento, menor foi o valor da umidade de equilbrio da madeira. Foi de 21,35% para a testemunha, 20,35% a 120C, 18,06% a 140C, 17,47 a 160C e 16,40 a 180C, o que demonstra a reduo da higroscopicidade com os tratamentos.

O teor de umidade de equilbrio dos diferentes tratamentos apresentou diferena significativa ao nvel de 99% (teste de Tukey).

A proposta de minimizar os efeitos das tenses internas da madeira com tratamentos trmicos foi analisada indiretamente por meio da alterao da higroscopicidade.

Os tratamentos trmicos, como esperado, diminuram a higroscopicidade da madeira conferindo a mesma, como demonstra a literatura, uma maior estabilidade dimensional. A reduo da higroscopicidade aumentou com o aumento da temperatura de tratamento.

Como perspectivas para continuao desses estudos, sugere-se tratamentos com temperaturas mais baixas e sem presso, esperando-se dessa forma que haja reduo dos defeitos na madeira retificada.

Ana Cristina dos Santos Azevedo

Bolsista. Aluna do Curso de Engenharia Florestal da Universidade de Braslia. (ana.azevedo@ibama.gov.br)

Waldir Ferreira Quirino, PhD.

Orientador. Pesquisador da rea de Energia de Biomassa do LPF/IBAMA. waldir@lpf.ibama.gov.br).