Secagem de Madeiras

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Secagem de Madeiras

  1. 1. Essa é mesmo uma questão pouco compreendida. A madeira se mantém sempre higroscópica. Ela responde a mudanças na Umidade Relativa do Ar (UR) que a circunda, perdendo água quando a UR diminui e absorvendo água quando a UR aumneta. Para um certo nível de UR, um equilíbrio é eventualmente atingido e a madeira para de trocar água com a atmosfera. Nesse ponto, a quantidade de água contida num pedaço de madeira é chamada de Umidade de Equilíbrio da madeira (UE). A curva que descreve a relação UR x UE não é linear e varia comforme a espécie da madeira. Felizmente as diferenças só são significativas na região mais alta das umidades, na região média os desvios são pequenos e podem ser desconsiderados na prática. Os dados abaixo, para o mogno, dão uma idéia do comportamento dessa curva. UR = 0% => UE = 0% UR = 12% => UE = 3% UR = 25% => UE = 5% UR = 37% => UE = 7% UR = 50% => UE = 9% UR = 62% => UE = 11% UR = 75% => UE = 14% UR = 87% => UE = 18% UR = 100% => UE = 23% A especificação para madeira estrutural (de construção) é que a UE seja um máximo de 19%. Para instrumentos musicais a especificação é um máximo de 7%. Observando os dados acima vemos que uma madeira estocada numa região em que a UR média seja de 87% vai servir para construir casas, mas que precisamos estocá-la numa região com UR média de 37% se quisermos fabricar instrumentos musicais. Esse é o ponto: poucas regiões no país atendem ao segundo requisito - só certas regiões do cerrado. Em São Paulo, por ex. a UR média fica em torno de 75% e a UE mínima atingível é algo como 14% - muito alta para construir instrumentos musicais. A madeira atinge a UE, dependendo da espécie e das condições iniciais de umidade, em prazos que variam de 15 dias a no máximo um ano. Não adianta deixar a madeira mais tempo "secando": ao atingir a UE ela não baixa mais e apenas varia em torno desse valor, acompanhando as variações da UR. Para se atingir os níveis especificados de UE para instrumentos musicais é necessária a secagem em estufa - a natureza não ajudará em nada nesse caso. Um paulistano pode esconder um pedaço de madeira "secando", pensando num legado para o futuro. Mas seu tataraneto descobrirá, desapontado, que aquele pedaço de madeira, depois de tanto tempo, ainda está com 14% de UE e não serve para fazer aquele lindo e sonhado instrumento. Se o tivesse construído no início desse ano perceberia, surpreso, que nesse mês seus trastes começariam a "crescer". Um brasiliense pode ter mais sorte... Existe uma maneira simples e interessante de armazenar madeira "seca" e componentes em fabricação de uma maneira que sua UE não se modifique muito. É uma idéia simples, barata e funcional. Vou ver se consigo transmitir a idéia em palavras... Construa uma caixa que seja o mais hermética possível e que tenha uns 50cm do fundo impermeável. Ela não pode ser MUITO grande mas algo com volume interno de até 2m³ funciona - e a caixa deve ser larga e baixa para que a relação Volume/Área da Base seja
  2. 2. pequena. Também deverá ter uma porta de acesso e prateleiras construídas de uma maneira que o ar possa circular livremente por elas. Compre uma boa bomba de aquário, daquelas que fazem borbulhas para aerar a água dos peixes, e a monte de uma maneira que a tomada de ar fique na parte de cima da caixa (mas pegando o ar interno) e a saída - onde deverá haver um difusor (um tubo com muitos furos serve) - fique no fundo da caixa. Note que essa bomba somente fará o AR INTERNO circular - vai tomar o ar em cima e jogá-lo para baixo. Encha o fundo com 20cm - 30cm de água, cobrindo o difusor, e dilua um dos sais recomendados na tabela abaixo - classificados de acordo com a UE desejada - até conseguir uma solução saturada com muita folga - quando o sal não diluir mais (saturação), acrescente um pouco mais dele para ficar como quando a gente põe muito açúcar no café ou no suco. Coloque suas madeiras lá dentro e vá dormir sossegado! UE(%) ... Sal 4.5 ----- Acetato de Potássio 6.0 ----- Cloreto de Cácio 6.5 ----- Cloreto de Magnésio 8.0 ----- Nitrato de Zinco 10.0 ---- Brometo de Sódio 12.0 ---- Nitrito de Sódio 14.5 ---- Acetato de Sódio 16.0 ---- Sulfato de Amônia 17.5 ---- Brometo de Potássio 20.0 ---- Sulfato de Zinco 24.0 ---- Sulfato de Sódio Essa técnica é muito usada em museus quando os objetos expostos devem ficar sob umidade controlada. Ela funciona porque a solução impede que muitas moléculas de água escapem da superfície líquida, assim valores baixos de UR podem ser conseguidos. Como sais diferentes têm solubilidades diferentes, umidades diferentes podem ser conseguidas. Simples, barato e eficiente... Esquema da câmara para secagem :
  3. 3. PSF Para visualizar como é a estrutura da madeira e sua relação com a água, imaginem uma esponja (daquelas que crescem no mar não as Scotch Brite... hehehe...) imediatamente após ser retirada de um balde de água. Nessa situação a esponja é similar à madeira já que as "paredes celulares" estão totalmente saturadas e inchadas e as "cavidades celulares" estão parcialmente ou completamente preenchidas com água. De maneira similar, a água nas cavidades celulares da madeira, chamada de água livre, pode ser espremida para fora delas . Se você pegar um pedaço de madeira verde e prensá-la nas garras de uma morsa por exemplo, você até poderá ver a água pingando para fora da madeira. Dá pra encher um copinho... A água livre sai da madeira naturalmente, por evaporação é gravidade. Imagine agora que esta esponja seja bem espremida, a ponto de não sobrar mais nenhum vestígio de água. Ela estará ainda do mesmo tamanho, flexível e levemente
  4. 4. úmida ao toque. Na madeira, a condição equivalente é conhecida como Ponto de Saturação das Fibras (PSF). Nesse estado, as cavidades celulares estão vazias da água livre mas as paredes celulares ainda estão saturadas de água e então no seu estado de menor resistência mecânica. Esta água que satura as paredes é chamada de água de ligação. Ao contrário da água livre, que está ali só preenchendo um espaço vazio, essa água está na madeira devido a forças de atração molecular dentro das paredes celulares. A retirada da água de ligação é que causa o encolhimento e o aumento da resistência mecânica da madeira - que é o que buscamos. A maior ou menor facilidade de perda da água livre depende do tipo de célula que contrói a espécie - que define seu grau de capilaridade - mas essa perda não interfere nas características físicas da madeira. INTRODUÇÃO Na região amazônica, a indústria madeireira, particularmente a indústria de móveis, sofre grandes dificuldades para atingir padrões de alta qualidade no seu produto final, devido a falta de uma tecnologia adequada e econômica para a secagem de madeira. A secagem ao ar livre, que é o método tradicional usado localmente, resulta em produtos com qualidade insatisfatória, tendo em conta as condições de umidade extremamente altas, caraterísticas da região. Como ilustrado na Figura 1, somente durante três meses no período seco, em verões com pouca chuva, pode-se atingir conteúdos de umidade na madeira que sejam razoáveis para a obtenção de produtos de boa qualidade. Esses fatores propiciam um valor agregado insignificante aos produtos manufaturados, além de causarem um volume de desperdício de madeira considerável.
  5. 5. Secadores convencionais, que funcionam à base de eletricidade ou vapor, são geralmente utilizados no sul do Brasil, enquanto que na região amazônica, somente algumas indústrias de grande porte utilizam esta tecnologia. O alto investimento e os elevados custos de energia elétrica para aquecer e movimentar o ar impossibilitam a aquisição desses equipamentos pela pequena e média empresa. As características geográficas da região amazônica (grandes distâncias, extensa bacia hidrográfica, baixa densidade demográfica, etc.) e uma taxa de eletrificação rural de apenas 2% compõem um cenário adequado para o uso de fontes renováveis de energia, como a energia solar, que normalmente é abundante nessas áreas. Desse modo, a secagem solar apresenta-se como uma solução ideal para o problema de secagem de madeira, enfrentado pelas pequenas e micro empresas do setor madeireiro. Neste contexto, o INPA, que vem realizando pesquisas na área de energias renováveis desde o início da década de oitenta, desenvolveu um secador solar para madeiras, tecnicamente adequado às condições climáticas da Amazônia, e destinado a micro e pequenas empresas da região, como uma alternativa aos secadores convencionais disponíveis no mercado. O secador solar do INPA foi desenvolvido por pesquisadores da Coordenação de Pesquisas de Produtos Florestais (CPPF), no âmbito de um projeto financiado pelo International Development Research Center (IDRC), do Canadá. O primeiro protótipo foi construído no campus do Instituto, com capacidade para secar 5 a 8 m3 de madeira serrada, que é suficiente para suprir a demanda de pequenas serrarias e fábricas de móveis locais. Este trabalho apresenta os detalhes de construção e operação do secador, assim como os resultados das pesquisas já realizadas com diversos tipos de madeira, incluindo as inovações que estão sendo desenvolvidas para a sua otimização e adaptação para produtos não madeireiros. Uma vista geral do secador solar do INPA está mostrada na Figura 2. Os detalhes da sua construção serão descritos a seguir. Um manual completo sobre a construção e operação do secador foi preparado em português, espanhol e inglês [1], e o protótipo está patenteado desde 1993.
  6. 6. DESIGN E CONSTRUCÄO DO SECADOR Um desenho esquemático do secador está representado na Figura 3. O secador possui três componentes principais: um coletor solar, uma câmara de secagem e dois ventiladores axiais para circulação do ar.
  7. 7. A câmara de secagem é construída em alvenaria e as paredes são pintadas em cor preta para absorver calor, e também para conservá-lo dentro da câmara. Uma parede central divide a câmara em dois compartimentos, onde foram instalados dois ventiladores, com 1 m de diâmetro. Cada ventilador produz um fluxo de ar de 400 m³/min a 634 rpm. O coletor solar é do tipo simples e plano, usando a laje da câmara de secagem como superfície coletora de calor. A cobertura consiste de placas de vidro plano, com uma área total de 16 m², que serve ao mesmo tempo de telhado. Dutos de ar, tipo chaminés, nas paredes laterais fazem a conexão entre o coletor solar e a câmara de secagem. Aberturas de 20 cm de diâmetro também localizadas nas paredes laterais fazem a renovação do ar, e podem ser abertas ou fechadas manualmente. O princípio de funcionamento do secador é mostrado na Figura 4. O ar aquecido no coletor solar é conduzido pelos ventiladores através das pilhas de madeira, retirando assim a umidade das tábuas.
  8. 8. O controle da temperatura e umidade é feito por meio das aberturas laterais ('dumpers'). No início da secagem, com umidade elevada no interior da câmara, essas aberturas ficam completamente abertas para remover o ar saturado, por tempo determinado, de acordo com o programa de secagem específico para cada espécie madeireira. É importante salientar que o controle da umidade do ar e temperatura dentro da secadora é fundamental, para se evitar secagens ineficientes ou defeitos irremediáveis na madeira. EFICIÊNCIA DO SECADOR Nas Figuras 4 e 5 são mostradas as curvas de secagem para a copaíba (Copaifera multijuga) e alguns outros parâmetros medidos em um teste típico, que pode ser considerado como padrão para a operação do secador solar do INPA. Estas medidas também incluem o período noturno, quando a entrada de energia solar é zero.
  9. 9. Na Figura 4 são apresentadas as curvas para perda de umidade de uma carga de copaíba, como também para a energia solar captada durante a secagem. Nessas curvas, pode-se perceber que a carga atingiu um teor de umidade de 14% após 19 dias, baixando até 10% após 26 dias, que foi o final da secagem. Isto pode ser considerado um bom resultado, levando em conta que o teste ocorreu num período de pouca oferta de energia solar. A distribuição da energia solar que chegou ao sistema ilustra que as flutuações ocorridas não influenciaram substancialmente a curva de secagem, sugerindo que a capacidade de armazenamento de calor do secador é alta. Na Figura 5 está representada a distribuição de temperaturas dentro e fora do secador durante o período de secagem. A temperatura máxima média no interior da câmara foi de 39ºC, enquanto que a temperatura externa era de 29ºC. No decorrer do processo, há um aumento da diferença entre a temperatura interna da câmara e a temperatura externa ambiente, pois na fase final da secagem grande parte da umidade já foi retirada da madeira. Dessa forma, toda a energia disponível nesta etapa da secagem é utilizada para retirar a água da parte mais interna da madeira, que é mais difícil de evaporar. Para exemplificar a performance do secador, resultados de testes de secagem de espécies de madeira de diferentes densidades e dimensões estão apresentados na Tabela 1. Esses testes foram realizados em Manaus/AM e em outras localidades com condições climáticas diferentes, onde secadores do INPA estão instalados. Isso demonstra que o secador funciona apropriadamente para regiões tropicais em geral. Como mostrado na Tabela 1, madeiras mais pesadas podem ser secas até 12% de umidade em aproximadamente 30 dias, enquanto que madeiras leves necessitam de cerca de 20 dias para alcançarem o mesmo teor de umidade. É importante ressaltar que o tempo de secagem depende do tipo de madeira e da época do ano em que o processo de secagem é realizado.
  10. 10. A eficiência energética total do secador foi estimada em 20% para secar uma carga de 2 m³ de mandioqueira (Qualea paraensis), sendo essa eficiência definida como a integral da energia necessária para secar uma carga de 78% a 10% de teor de umidade, dividida pela integral da energia captada no coletor solar mais a energia utilizada para mover os ventiladores durante a secagem [2]. MODIFICAÇÕES NO SECADOR SOLAR O modelo do secador solar desenvolvido pelo INPA já está sendo utilizado pela indústria. Unidades demonstrativas foram construídas em Manaus/AM, Macapá/AP, Ariquemes/RO, Vilhena/RO, Ouro Preto/RO, Santarém/PA, Belém/PA, Boa vista/RR e Araguacema/TO. Até o presente, um total de 20 unidades foram instaladas no Brasil e em outros países, incluindo Peru, Costa Rica e Malásia, mas as pesquisas continuam para otimizar ainda mais a eficiência do secador. A mais recente inovação é a utilização de Células Fotovoltaicas para mover os ventiladores, de forma que o secador se tornará totalmente independente de energia elétrica convencional, podendo assim ser instalado em locais remotos, que não estejam conectados à rede elétrica. Testes relacionados com a ligação direta dos ventiladores aos painéis fotovoltaicos (sem o uso de baterias) já foram realizados e os resultados demonstraram que o processo de secagem não é prejudicado pelo caráter intermitente do suprimento de energia elétrica [3]. Atualmente, a pesquisa se concentra na otimização dos ventiladores, com a finalidade de diminuir a quantidade de painéis solares necessários para suprir a potência dos mesmos. Os excelentes resultados alcançados com a madeira e a grande demanda para secagem de outros produtos naturais conduziram a modificações no protótipo original para o processamento de materiais como bambu e palmeiras. Considerando-se experiências bem sucedidas com a secagem solar de produtos agrícolas conduzidas em outras regiões tropicais [4], [5], adaptações ao modelo estão sendo implementadas, com a finalidade de torná-lo um secador solar multi-uso, totalmente à base de energia solar (ventiladores supridos por painéis fotovoltaicos), e destinado à secagem de sementes, frutas, castanhas e outros produtos. O novo protótipo encontra-se em fase de implementação, dentro de um projeto aprovado pelo Banco da Amazônia (BASA). O design do novo secador incorpora as mesmas características do secador solar de madeiras: simplicidade na construção e operação, baixo custo e utilização de material disponível no local. As suas principais características são a alta eficiência, proporcionada pela ventilação forçada através de ventiladores, e um isolamento térmico adequado à região. Os primeiros testes de secagem em laboratório já foram realizados com sementes de cupuaçu (Theobroma gandiflorum), uma planta nativa da Amazônia, que apresenta um grande potencial para a produção de chocolate [6]. Os resultados, apesar de preliminares, são bastante encorajadores, e as pesquisas continuam com testes mais completos e com outros produtos, visando otimizar a tecnologia para as condições locais. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O secador solar para madeira descrito neste trabalho é eficiente e de custo acessível, adequando-se perfeitamente às pequenas e micro empresas de regiões tropicais. O custo do secador depende obviamente da procedência dos materiais utilizados na sua construção, porém, baseando-se nos preços de mercado na cidade de Manaus, pode-se afirmar que o investimento não excederá o valor de US$ 5,000.
  11. 11. As investigações com o protótipo e as experiências na indústria mostraram que a utilização do secador solar do INPA resulta numa redução significativa do tempo de secagem em comparação com a secagem ao ar livre, e permite o aumento da qualidade do produto final. Entre os aspectos mais importantes dessa tecnologia, pode-se destacar: • O modelo é simples e pode ser facilmente construído. • Todo os materiais e equipamento podem ser adquiridos no mercado local. • A operação é simples e a manutenção pode ser feita pelos próprios usuários. • O investimento para a construção e operação é acessível para maioria das pequenas empresas madeireiras. • As caraterísticas amenas da secagem solar (temperaturas relativamente baixas) são vantajosas para usos com misturas de espécies madeireiras assim como para aquelas madeiras difíceis de secar. • O custo de energia para mover os ventiladores durante a secagem de uma carga (720 kWh) foi estimado em US$ 100, para a cidade de Manaus. As experiências realizadas com a secagem de madeira sinalizam para o grande potencial de uso da energia solar para a secagem de produtos não madeireiros, principalmente ao se levar em conta que, no caso da madeira, o processo é mais complexo e consome mais energia. Os testes preliminares realizados com sementes de cupuacu demonstram a viabilidade dessa tecnologia, principalmente no meio rural, em locais onde o suprimento de eletricidade seja deficitário ou mesmo que não estejam conectados à rede elétrica. Considerando-se a enorme quantidade de recursos naturais existentes em áreas como a região amazônica, que necessitam de secagem para possibilitar o seu beneficiamento e armazenagem, espera-se que o Secador Solar do INPA seja realmente uma alternativa para os problemas energéticos encontrados pela população rural. A possibilidade de se beneficiar produtos naturais no local de sua ocorrência com técnicas ecológica e economicamente adequadas ao conceito de desenvolvimento sustentável, permite alocar maior ganho para o homem do interior da Amazônia, que poderá deixar de ser um mero coletor (normalmente mal remunerado), para obter ele mesmo um produto beneficiado e de qualidade, que certamente lhe trará maiores benefícios.

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