A temperatura da madeira como um indicador do teor de umidade pode ser medida corretamente, com precisão e a baixo custo, em qualquer faixa de teor de umidade. O sistema eletrônico desenvolvido para monitorar a distribuição da umidade e temperatura da madeira durante a secagem pode ser aplicado tanto na pesquisa como na indústria, e sem os problemas de medição anteriormente constatados. A medição da temperatura propicia uma série de estudos, visando ao desenvolvimento de uma metodologia mais adequada.
O emprego do termômetro de radiação para medir a temperatura superficial da madeira é importante porque ele pode detectar a temperatura sem encostar no objeto. Já a temperatura interna da madeira pode ser obtida por meio de termopares tipo cobre-constantan. A colocação dos sensores na madeira e a posição dos mesmos na pilha também têm sido investigados. Uma fixação apropriada dos mesmos pode ser obtida com o emprego de silicone ou espuma de poliuretano.
As temperaturas, interna e superficial fornecem valiosas informações para a dedução do teor de umidade médio da madeira. Baseado no fato que a temperatura interna da madeira é influenciada principalmente pelo seu teor de umidade.
O emprego da temperatura interna para estimar o teor de umidade da madeira mostrou-se inicialmente viável para a secagem a alta temperatura. Porém, alguns pesquisadores, mesmo reconhecendo a necessidade de novas investigações, evidenciaram que o relacionamento entre as duas variáveis também é encontrado no processo de baixa temperatura. Neste caso, a mudança na temperatura interna em função do percentual de alteração no teor de umidade da madeira é menor que na secagem sob alta temperatura, sendo necessários sensores com maior precisão e com proteção adequada contra a condução de calor na madeira.
Quando o teor de umidade foi considerado em função da temperatura superficial, os resultados foram semelhantes à relação teor de umidade/temperatura interna da madeira e pode, portanto, ser usada também para fins de controle. Ouros autores verificaram que a correlação entre o teor de umidade e a diferença entre temperatura do bulbo seco e temperatura interna apresentam possibilidades reais de aplicação no controle da estufa. Com a variação na temperatura do bulbo seco, que normalmente ocorre nas estufas comerciais, a relação entre as diferenças das temperaturas e o teor de umidade possivelmente seria mais útil para fins de controle da estufa, que a relação entre a temperatura absoluta e o teor de umidade.
As pesquisas sobre o emprego da temperatura da madeira como alternativa de controle do processo de secagem discutem com freqüência o local onde a mesma deve ser medida. Algumas utilizaram a temperatura superficial, outros a temperatura no centro da peça e outros, ambas. Além dessas, alguns modelos incluíram a temperatura do bulbo seco e a diferença entre as temperaturas de bulbo seco e do centro da peça de madeira. No presente, a temperatura interna da madeira de Pinus elliottii foi medida a 1/4 de sua espessura porque nos testes preliminares, conduzidos em estufa de laboratório, os valores coletados neste local se correlacionaram melhor com a umidade da madeira.
Temperatura da madeira
Em todos os programas de secagem utilizados, a temperatura das tábuas localizadas na entrada de ar da pilha foi sempre maior que naquelas situadas na fileira de saída do ar. Essa diferença de temperatura, provavelmente, foi provocada pela queda da temperatura do ar através da pilha, e pela abertura periódica das janelas de ventilação. A realização deste procedimento nas mudanças de fase do programa de secagem produziu, sistematicamente, uma diminuição brusca na temperatura das peças localizadas na última fileira da pilha, aumentando, assim, a diferença entre os dois pontos medidos.
Com base nas observações de temperatura da madeira ao longo da largura da pilha, verificou-se que as medições realizadas na primeira fileira de tábuas foram as que melhor se correlacionaram com o teor de umidade.
Uma análise da relação entre as duas variáveis mostrou um aumento da temperatura interna da madeira, à medida que diminuiu o seu teor de umidade. No caso da secagem a alta temperatura, a pesquisa mostra uma relação bem mais clara entre temperatura da madeira e teor de umidade. Evidencia que a primeira tende a se igualar à temperatura ambiente, à medida que o teor de umidade se aproxima de 10%, que foi o valor estabelecido para a finalização do processo.
A maioria das pesquisas conduzidas sobre o assunto utilizou o processo a alta temperatura, embora algumas também tenham encontrado relacionamento entre as duas variáveis na secagem a baixa temperatura. Neste último, a mudança na temperatura interna em função da percentagem de alteração no teor de umidade da madeira é menor que na secagem a alta temperatura, o que, segundo os mesmos pesquisadores, requer sensores mais precisos e mais protegidos contra a condução de calor na madeira. Esta, provavelmente, seja a explicação para a opção dos pesquisadores pelo processo a alta temperatura e a razão da boa correlação entre temperatura da madeira e teor de umidade, anteriormente discutida.
Velocidade do ar
A influência da velocidade do ar na temperatura da madeira baseia-se no fato de que o emprego de valores elevados resulta num aumento da transferência de calor para a madeira, aumentando sua temperatura. Este fato foi observado nos processos de 50º, 70º e 90°C, 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 função do teor de umidade, com relação à velocidade de ar utilizada, apresentou 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 até o final da secagem, quando praticamente se igualaram. Embora a transferência de calor para a madeira ocorra mais rapidamente quando se utilizam velocidades de ar mais altas, constatou-se, no presente estudo, que o aumento na taxa de secagem não foi acompanhado por aumento da temperatura interna da madeira, com relação ao seu teor de umidade.
Este comportamento das curvas pode estar relacionado com a formação de gradientes lineares, não parabólicos, típicos de processos de secagem a alta temperatura.
A temperatura do bulbo úmido (tbu) também pode introduzir mudanças nos padrões de temperatura, principalmente porque a transferência de calor para a superfície da madeira torna-se maior à medida que aumenta a umidade do ar.
O efeito desta variável foi mais marcante nos processos de secagem convencional (70º e 90°C) e baixa temperatura (50°C), em que os valores da temperatura do bulbo úmido programados foram atingidos e mantidos dentro dos níveis desejáveis. Esta, provavelmente, seja a explicação para a obtenção 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 100°C, a temperatura do bulbo úmido dificilmente alcança este patamar e a influência da umidade do ar na transferência de calor torna-se menos importante. Segundo esses autores, isto ocorre porque a pressão parcial de vapor máxima possível nesta situação é igual a uma atmosfera, e a pressão de vapor saturado acima do ponto de ebulição da água é maior do que uma atmosfera.
A discussão a respeito dos parâmetros envolvidos no relacionamento entre temperatura da madeira e teor de umidade tem como principal objetivo a obtenção de informações que possam viabilizar o emprego da primeira como meio alternativo de controle do processo de secagem. Com base na análise dos resultados e nas principais pesquisas conduzidas sobre o assunto, pode-se destacar alguns pontos importantes:
- A existência de uma estreita relação entre a temperatura da madeira e o seu teor de umidade, evidenciada por vários pesquisadores, foi confirmada experimentalmente no presente estudo, especialmente no processo de secagem a alta temperatura. A análise de regressão apresentou altos coeficientes de correlação (R) para a temperatura de 110°C, em que também houve um bom ajuste dos modelos de regressão para as duas amplitudes de teor de umidade em que foram avaliadas. A análise dos resíduos, contudo, sugere cuidados com relação à confiabilidade dos modelos.
- Nos processos de secagem convencional ou baixa temperatura, a relação temperatura interna versus teor de umidade apresenta certa instabilidade, tanto em baixas como em altas velocidades de ar. A explicação para o fato, provavelmente, está relacionada com a pequena alteração na temperatura interna, em função da percentagem de alteração no teor de umidade da madeira, o que, requer sensores mais precisos e que reflitam melhor a temperatura da madeira.
- As dúvidas com respeito ao local de medição da temperatura estão relacionadas aos gradientes de umidade e de temperatura, formados, principalmente, quando temperaturas superiores a 100°C são utilizadas e às dificuldades de colocação de sensores próximas à superfície da madeira. A opção pela medição a ¼ da espessura é apoiada na suposição de que o teor de umidade a esta profundidade corresponde ao valor médio para a seção transversal da madeira e nos estudos conduzidos em estufa de convecção natural.
- O final da secagem ocorre quando as temperaturas superficial e interna se igualam. A diferença entre a temperatura de bulbo seco e a temperatura interna da madeira, geralmente incluída em modelos matemáticos em que o teor de umidade é a variável dependente, também se apresenta como promissora. Esta diferença de temperatura pode ser utilizada para estimar o teor de umidade final, exceto em espécies susceptíveis a severas rachaduras internas.
A análise gráfica e estatística dos dados indica que a temperatura da madeira tende a se igualar à do ambiente (tbs), à medida que o teor de umidade se aproxima de 10%, que foi o valor estabelecido para a finalização do processo. Este fato, por si só, evidencia que a temperatura interna pode ser um indicativo confiável do final do processo, quando madeira de Pinus elliottii com 25 mm de espessura é submetida à secagem. Além disso, curvas de secagem elaboradas com base no modelo de regressão e do método de pesagem mostram muita semelhança entre si no final da secagem. Esta evidência sugere que a temperatura interna da madeira é uma alternativa viável 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 é que os dados podem ser coletados de forma contínua, por meio de um sistema computadorizado de aquisição de dados, o que agiliza a tomada de decisão sobre o programa e o processo de secagem. A facilidade de medição da temperatura interna da madeira e da temperatura do bulbo úmido, bem como a obtenção de ambas em tempo real, são os pontos fortes.
Com base nos resultados apresentados, pôde-se concluir o seguinte:
a) dentre os processos utilizados, a melhor correlação entre temperatura da madeira e teor de umidade foi encontrada para a temperatura de 110°C (R=0,99), no período de secagem desde verde (100%) até 10% de umidade;
b) na secagem com velocidade de ar de 5,0 m/s, a madeira apresentou, durante todo o processo, temperatura mais elevada que aquela obtida para 2,3 m/s, devido à maior transferência de calor. Comportamento inverso foi observado para a temperatura de 110°C devido, provavelmente, a gradientes parabólicos não lineares, típicos da secagem a alta temperatura;
c) no intervalo desde verde até 10% de umidade, os modelos de regressão múltipla que incluem a temperatura do bulbo úmido e a temperatura interna da madeira apresentaram um bom ajuste ao conjunto de dados analisados. Entretanto, na faixa de umidade entre o PSF e 10%, os modelos obtidos para as temperaturas de 90° e 110°C foram mais precisos;
d) a temperatura da madeira é um bom indicativo para finalização do processo de secagem, principalmente quando altas temperaturas são utilizadas.
Autor: Elio José Santini - Professor do Departamento de Ciências Florestais, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria. santinie@ccr.ufsm.br |
