O emprego da temperatura da madeira, como parte de um sistema a ser utilizado para controlar o processo de secagem, não é recente. Trabalhos pioneiros sobre o assunto foram realizados há aproximadamente 40 anos. Atualmente, a relação entre temperatura da madeira/teor de umidade volta a ser pesquisada, visando o desenvolvimento de um sistema automático 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 precisão e a baixo custo, em qualquer faixa de teor de umidade.
As dificuldades freqüentemente detectadas por ocasião da medição da temperatura propiciaram uma série de estudos, visando ao desenvolvimento de uma metodologia mais adequada.
Alguns estudiosos sugerem o emprego do termômetro de radiação para medir a temperatura superficial da madeira 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 ou cromo-alumínio .
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, ela pode ser usada como ferramenta para indicar quando a secagem deve ser concluída.
O emprego da temperatura interna para estimar o teor de umidade da madeira mostrou-se inicialmente viável para a secagem a alta temperatura. Porém, estudos mais recentes 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. Assim, são necessários sensores com maior precisão e com proteção adequada contra a condução de calor na madeira.
Em outras pesquisas, quando o teor de umidade foi analisado em função da temperatura superficial, os resultados foram semelhantes à relação teor de umidade/temperatura interna da madeira e pode ser usada também para fins de controle.
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.
Secagem de pinus
Em uma pesquisa, uma madeira de Pinus elliottii Engelm. com 25 mm de espessura e 750 mm de comprimento foi submetida à secagem em uma estufa elétrica de convecção forçada, com capacidade para aproximadamente 1,0 m³ de madeira serrada. As pilhas foram confeccionadas sobre um carrinho transportador, utilizando-se sarrafos de 25 x 25 mm para separação das peças.
A operação de secagem foi conduzida nas temperaturas de 50º, 70º, 90º e 110°C, por serem as mais comumente utilizadas pela indústria 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 área de passagem do ar dentro da pilha.
As condições da estufa foram controladas por meio do vapor produzido por uma caldeira elétrica e das aberturas de ventilação. Termômetros de bulbo seco e bulbo úmido possibilitaram a obtenção da temperatura e da umidade relativa do ar. O teor de umidade da madeira foi obtido pelas pesagens da pilha, utilizando-se uma célula de carga tipo tração.
As leituras de temperatura da madeira foram coletadas num ponto correspondente a ¼ da espessura de uma tábua localizada na primeira fileira da pilha. Sensores tipo diodo foram introduzidos a uma profundidade de aproximadamente 25 mm, em perfurações produzidas por brocas de 4 mm de diâmetro, no sentido da largura da peça e fixados com pasta de silicone.
O gerenciamento do processo de secagem da madeira foi realizado por um sistema computadorizado composto de três módulos: microcomputador com software residente específico, uma unidade de controle e aquisição de dados e uma estufa. Todos os dados referentes ao controle do processo foram coletados em tempo real e gravados em disco rígido e flexível 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 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 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 laboratório, os valores coletados neste local se correlacionaram melhor com a umidade 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 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.
Teor de umidade
Uma análise da relação entre as duas variáveis 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 diminuição da temperatura da madeira nos estágios finais da secagem a baixa temperatura (50º e 70°C) e convencional (90°C).
A causa do resfriamento da madeira quando a umidade cai abaixo do ponto de saturação das fibras (PSF) é o calor de vaporização produzido por ocasião da evaporação da água superficial.
No caso da secagem a alta temperatura, foi constatada uma relação entre a temperatura da madeira e teor de umidade, evidenciando que a primeira tende a se igualar à temperatura ambiente (tbs), à medida que o teor de umidade se aproxima de 10%, que foi o valor estabelecido para a finalização do processo.
Velocidade do ar na temperatura
A influência da velocidade do ar na temperatura da madeira se baseia no fato de que o emprego de valores elevados resultam 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 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 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, o aumento na taxa de secagem não aumenta a 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 a 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. 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.
Teor de umidade da madeira
Dentre os modelos de regressão testados para a faixa de umidade, desde verde até 10%, os que incluem a temperatura do bulbo úmido foram os que se ajustaram melhor ao conjunto de dados. Apesar do bom resultado encontrado para a temperatura de 50°C, foi notada uma ligeira melhoria na precisão do modelo, à medida que a temperatura de secagem aumenta. O erro padrão da estimativa percentual de 8,8%, aliado aos altos coeficiente de determinação (R2) e valor de F, evidencia que a equação obtida para a temperatura de 110°C 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 análise de regressão para o intervalo entre o PSF e 10% de umidade. Dentre as temperaturas de secagem analisadas, os modelos se ajustaram melhor sob temperaturas de 90º e 110°C, mas, os maiores coeficientes de determinação (R2) foram encontrados para o processo a alta temperatura. O ajuste dos modelos resultantes da análise de regressão múltipla para as temperaturas de 50 e 70°C foram muito fracos nas duas velocidades de ar consideradas.
Os modelos de regressão obtidos para a faixa de umidade entre o PSF e 10% se ajustaram melhor aos dados, particularmente para a temperatura de 110°C. A melhor correlação 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 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 neste 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 uma 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 do percentual de alteração no teor de umidade da madeira, 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 próximo 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 emprego da temperatura interna associada a outra variável também tem sido discutido por diversos pesquisadores. 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, 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.
Autor: Elio José Santini - Professor do Departamento de Ciências Florestais, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria |
