Densidade Do Cavaco

707Caracterizao da estrutura anatmica, densidade

R. rvore, Viosa-MG, v.32, n.4, p.707-713, 2008

CARACTERIZAO DA ESTRUTURA ANATMICA, DENSIDADE BSICA EMORFOLOGIA DE CAVACOS DA MADEIRA DE Eucalyptus grandis PARA A

PRODUO DE PAINIS MDF1

RESUMO O aumento na produo dos painis Medium Density Fiberboard (MDF) confeccionados commadeira de espcies de Eucalyptus spp de rpido crescimento evidencia a necessidade da caracterizao dosseus componentes celulares, da densidade bsica e da morfologia de cavacos. Com esse objetivo, foram coletadastrs amostras de cavacos de madeira de rvores de Eucalyptus grandis, na linha de produo de indstriade painel. Em laboratrio, os cavacos foram dissociados por macerao, para a avaliao das dimensesdas fibras e dos vasos; determinou-se a densidade bsica dos cavacos, bem como se caracterizaram a suaespessura e morfologia. Os resultados indicaram valores mdios de 1005-19,7-11,8-3,9 m para o comprimento,largura, dimetro do lume e espessura mdia da parede das fibras, respectivamente. A densidade bsica damadeira foi de 0,432 g/cm e a espessura dos cavacos, de 4,36 mm. Os valores mdios de reteno dos cavacosforam de 0,9-16,9-44,5-30,7-6,1-0,9% nas peneiras 40, 25, 16, 8, 3,35 mm e fundo, respectivamente, sendo75,2% retidos nas peneiras de 16-8 mm de abertura. Os resultados das anlises anatmicas e morfolgicasdos cavacos de madeira foram discutidos e comparados com informaes da literatura especializada e correlacionadoscom o processo produtivo de chapas MDF.

Palavras-chave: Anatomia da madeira, densidade bsica, cavacos de madeira, fibra, painel MDF e Eucalyptus grandis

CHARACTERIZATION OF WOOD ANATOMY, BASIC DENSITY ANDMORPHOLOGY OF EUCALYPTUS GRANDIS CHIPS FOR MDF PRODUCTION

ABSTRACT The increase of the MDF panels (Medium Density Fiberboard) production by the use of thefast growing eucalypt wood species it evidences the need of the characterization of the cellular components,basic density and the chips morphology. With this aim 3 samples of wood chips of Eucalyptus grandis treeswere collected, in the production line of panel industry. In laboratory, the wood chips were dissociated bymaceration for the evaluation of the fiber and vessels dimensions; the wood basic density was determinedand the thickness and morphology were characterized. The results indicated mean values of 1005-19,7-11,8-3,9 m for the fiber length, width, diameter and wall thickness, respectively. The wood basic density was0,432 g/cm and the chip thickness of 4,36 mm. The mean values of chips retention were of 0,9-16,9-44,5-30,7-6,1-0,9% in the sieves 40, 25, 16, 8, 3,35 mm and bottom, respectively, being 75,2% retained in thesieves of 16-8 mm. The results of the anatomical and morphological analyses of the wood chips were discussedand compared with the specialized literature and its relationship with the productive process to MDF panels.

Keywords:Wood anatomy, basic density, wood chips, fiber, MDF panel and Eucalyptus grandis.

Ugo Leandro Belini2, Mario Tomazello Filho3, Matheus Perez Chagas2 e Carlos Tadeu dos Santos Dias4

1 Recebido em 25.04.2007 e aceito para publicao em 19.05.2008.2 Programa de Ps-Graduao em Recursos Florestais da ESALQ/USP. E-mail: e .3 Departamento de Cincias Florestais da ESALQ/USP. E-mail: .4 Departamento de Cincias Exatas da ESALQ/USP. E-mail: .

708 BELINI, U.L.


1. INTRODUO

A caracterizao dos cavacos de madeira deEucalyptus spp constitui-se em uma das maisimportantes etapas do monitoramento do ciclo deproduo dos painis MDF no havendo, no entanto,uma especificao padro para determinar suasdimenses. Atualmente, verificam-se variaes nasunidades industriais, com a Metso Paper (2007)recomendando as dimenses de 4,1 x 24,2 x 43,4 mm(espessura, largura, comprimento) em artigo publicadosobre um equipamento para controle da qualidadedos cavacos para painis MDF.

Com o processamento e transformao das torasde madeira em cavacos no picador, segue-se o controleda distribuio das dimenses (comprimento-largura-espessura) que se constitui no parmetro de qualidadeda converso madeira-cavacos (CASEY, 1980).Notadamente a espessura dos cavacos de madeira podeexercer grande influncia na efetividade da etapa deaquecimento, tornando a lignina plstica e promovendoa separao das clulas da madeira na regio da lamelamdia nos discos de refinao.

A densidade da madeira constitui-se, da mesmaforma, em importante parmetro de controle estandodiretamente correlacionada converso m madeira/ m MDF, indicando-se variaes de 0,3-0,5 g/cm3na seleo das espcies desejveis para a manufaturade painis de fibras MDF, propiciando uma prensagemcom um bom contato entre as fibras (MALONEY,1989).

Da mesma forma, torna-se fundamental obter-seo conhecimento da estrutura anatmica do lenho pormeio da anlise das suas clulas, tendo Riedl e Park(2006) relatado a existncia de poucos estudos sobrea influncia das fibras no desempenho dos painis,em comparao aos estudos relacionados com aspropriedades do papel. No Brasil, Alzate (2004)determinou no lenho de clones de Eucalyptus grandis,de oito anos, fibras com 1030 x 20,99 x 9,58 x 5,7 m(comprimento, largura, dimetro de lume, espessurada parede, respectivamente) e 0,46 g/cm de densidadebsica.

Pelo exposto, o presente trabalho teve como objetivoa caracterizao dos componentes celulares, adeterminao da densidade bsica e das dimensesdos cavacos de madeira de Eucalyptus grandis utilizadosno processo de fabricao de chapas MDF.

2. MATERIAL E MTODOS

2.1. Espcie de eucalipto e obteno dos cavacos

Foram utilizadas rvores de plantaes deEucalyptus grandis, com 6,9 anos, em 1 rotao, noespaamento de 3,0 x 1,5 m, das Fazendas gua Bonitae Rio Claro, nos municpios de Botucatu e de LenisPaulista, SP, de propriedade da empresa Duratex S.A.As rvores so oriundas de material gentico seminalproveniente de pomar de sementes clonal. As torascom 6,0 m de comprimento e 25 dias aps corte foramtransportadas para o ptio de estocagem da plantade fabricao no municpio de Botucatu, SP. Em seguida,foram transformadas em cavacos, os quais foramarmazenados no silo de estocagem, mantido com umvolume mnimo, assegurando que a madeira processadafosse imediatamente utilizada na linha de produo.

2.2. Coleta das amostras de cavacos e anlises estatsticas

No processo industrial os cavacos de madeira soseparados em peneiras classificatrias com malha superiora 40 mm (retendo os mais espessos que so re-processadospara menores dimenses e retornam peneiraclassificatria) e inferior a 3 mm de abertura (passagemde cavacos finos, utilizados como biomassa e fonte deenergia). Todos os cavacos de madeira retidos entreas duas malhas seguem para o processo produtivo, quandose procedeu coleta de seis amostras de 3 kg/cavacosem intervalos de 15 min (identificadas como 1, 2, 3).

Para as anlises estatsticas, foi utilizado o programaSAS (INSTITUTE INC - SAS, 1997) e os dados foramanalisados considerando o delineamento inteiramentealeatorizado. Foi utilizada a anlise de varincia (ANOVA)e, quando detectado efeito significativo, aplicou-seo teste de Tukey a 95% de probabilidade para acomparao entre as mdias dos tratamentos.

2.3. Caracterizao da estrutura anatmica e dimen-sional dos cavacos de madeira

2.3.1. Avaliao das dimenses dos vasos

Nas amostras foram coletados aleatoriamentecavacos de madeira e cortadas sees transversaispara a montagem de lminas histolgicas semiperma-nentes, conforme Johansen (1940) e Sass (1951). Emcada seo transversal foi coletada uma imagem digitaldo lenho atravs de microscpio ptico acoplado



cmera CCD (25x ampliao) para a determinao donmero total, freqncia, dimetro tangencial, % derea ocupada pelos vasos e rea total da imagem (Figura1 A, B), aplicando-se o programa de anlise de imagemSAIM (RIBEIRO, 2002) e as equaes 1 e 2.

100*altura)*(Largura

porosdetotalreavasosdemPorcentagedigitalfotoda

=

digitalfotoda)(vasos/mm altura)*(Largura

vasosdeQuantidadevasosdeFrequncia 2 =

2.3.2. Avaliao das dimenses das fibras

Os cavacos de madeira coletados aleatoriamentedas amostras foram dissociados atravs do mtodode Franklin, conforme Johansen (1940) e Sass (1951)e, em microscpio ptico com cmara digital CCD,foram coletadas as imagens das fibras. Forammensurados o comprimento (33 fibras/lmina: Figura

Figura 1 Seo transversal do lenho de cavaco de eucalipto. A- determinao do nmero total e do dimetro tangencialdos vasos; e B- determinao da rea ocupada pelos vasos. Barra = 300 m.

Figure 1 Cross section of eucalypt wood chips. A- determination of number and tangential diameter of vessels ; B- determinationof the area occupied by vessels. Bar = 300 m.

2A), a largura e o dimetro do lume (25 fibras/lmina:Figuras 2 B, C), conforme as normas da IAWA-Committee (1989). Para o clculo da espessura daparede da fibra utilizou-se seguinte equao:

2DlLg

Ep=

Ep: espessura da parede (m)Lg: largura (m)DI: dimetro do lume (m)

2.3.3. Determinao da densidade bsica dos cavacosde madeira

Para cada uma das amostras de cavacos de madeiraforam coletadas 12 fraes (200 g de cavacos cada),acondicionadas em sacos de rede de fios de nylon,mantidas em gua at a sua saturao completa, edeterminada a densidade bsica pelo mtodo de MximoTeor de Umidade (MTU) (SMITH, 1954):

Figura 2 Avaliao das dimenses das fibras do lenho de cavacos de eucalipto. A - comprimento (barra: 500 m), B -largura e C - dimetro do lume (barra: 100 m).

Figure 2 Evaluation of the fiber dimension of eucalypt wood chips - A - length (bar: 500 m), B - width and C - lumendiameter (bar: 100 m).

710 BELINI, U.L.


346,0

1

=

PsPtDb

em que:

Db = densidade bsica (g/cm3) (g/cm);Pt = massa saturada em gua (g); e

Ps = massa seca (g) (estufa 105 3 oC).

2.3.4. Classificao granulomtrica dos cavacos(% reteno)

Cavacos de madeira das 3 amostras foramtransferidos para a peneira superior do equipamentoGranutest (abertura 40) e acoplada com as demais peneiras(25; 16; 8; 3,35 mm e fundos) ao equipamento vibratrioProdutest. Aps 10 min de vibrao determinou-se amassa e a % de reteno dos cavacos nas diferentespeneiras. Foram feitas 18 anlises granulomtricasreferentes as 6 sub-amostras de cavacos de madeira,com 3 repeties (BELINI, 2007).

2.3.5. Determinao da espessura mdia doscavacos (mm)

Foram coletados cavacos de madeira para cadapeneira vibratria em relao ao % de reteno (ex.:em uma peneira com 42% de reteno foram coletadosaleatoriamente 42 cavacos). A espessura de 100 cavacosde madeira/subamostra ou de 600 cavacos/amostra (totalde 1800 cavacos) foi mensurada com paqumetro digital(BELINI, 2007).

3. RESULTADOS E DISCUSSO

3.1. Caracterizao microscpica da madeira

Os valores dimensionais dos elementos de vasoda madeira dos cavacos de Eucalyptus grandis, coletadosnas trs amostras, no foram significativos, sendo de11,8 vasos/mm, 105,4 m e 10,3 % para a freqncia,dimetro e % de rea ocupada pelos vasos,respectivamente (Quadro 1). A literatura reporta valoresprximos para a madeira da espcie, como Oliveira (1997),determinando a freqncia de 18-11 vasos/mm da regioprxima medula at a prxima casca, demonstrandoa existncia de variao radial. Da mesma forma, Alzate(2004) verificou para clones da espcie, a freqncia

e dimetro de vasos entre 9-14 / mm e de 106 m,respectivamente.

Os elementos de vaso desempenham no lenhofuncional das rvores (alburno) a funo de conduode seiva mineral das razes at a sua copa; nos cavacosde madeira so elementos anatmicos importantes nadifuso do vapor de gua no processo de aquecimento,anterior a etapa de desfibramento.

As dimenses das fibras dos cavacos deEucalyptus grandis no apresentaram diferenasestatsticas (Quadro 2), exceto para a espessura daparede, indicando uma similaridade da estruturaanatmica. Considerando-se as amostras 1-2-3, osvalores mdios foram de 1005-19,7-11,8-3,9 m parao comprimento, largura, dimetro do lume e da espessurada parede, respectivamente. Apesar de a espessurada parede ser dependente dos valores da largura edo dimetro do lume, houve diferena significativana amostra de no. 3. Diversos autores, como Silvaet al. (2005), verificaram valores de 1000 m para ocomprimento das fibras de eucalipto. Foram verificadasvariaes no comprimento das fibras de 0,6-1,32 mmpara a espcie, conforme Tomazello Filho (1985ab)e Andrade et al. (1994). Em clones da espcie, Alzate(2004) mensurou fibras com 670-1230, 7,7-22,8, 6,3-10,7 e 3,6-7,6 m (comprimento, largura, dimetro dolume, espessura da parede, respectivamente). Asvariaes reportadas podem ser atribudas posioradial e idade das rvores das rvores de E. grandis.

3.2. Densidade bsica dos cavacos de madeira

A densidade bsica dos cavacos foi de 0,432,0,432 e 0,433 g/cm, nas amostras 1-3, respectivamente(Quadro 3), sem existncia de diferena estatstica,demonstrando a homogeneizao do lote de cavacosno silo em relao s variaes de densidade damadeira existentes ao longo do fuste das rvores.Os valores da densidade bsica foram inferiores aosdeterminados por Alzate (2004) para rvores da espcie,aos 7 anos, e similares aos apresentados por TomazelloFilho (1985ab) para o E. grandis. Esse parmetro dequalidade da madeira importante na produo depainis MDF por estar diretamente relacionado aofator de converso m madeira/m MDF: a utilizaode madeira de maior densidade resulta em menorconsumo de madeira para uma mesma densidade finaldo painel.



Freqncia (n/mm) Dimetro tangencial (m) % de rea (%)12,3 a (16,2 ; 8,9) 102,9 a (116,3 ; 88,4) 10,2 a (13,2 ; 7,5)

(1,65) (13,44) (7,49) (7,28) (1,55) (15,21)

11,2 a (13,0 ; 8,1) 107,6 a (120,7 ; 96,9) 10,2 a (12,9 ; 7,2) (1,57) (14,02) (6,5) (6,04) (1,57) (15,43)

11,9 a (16,2 ; 9,7) 105,7 a (117,1 ; 91,8) 10,5 a (15,4 ; 8,1) (1,55) (13,01) (6,5) (6,15) (1,75) (16,70)

3

Elementos de vaso

1

2

Amostra (N)

Quadro 1 Dimenses dos elementos de vaso nos cavacos de eucaliptoTable 1 Vessel elements dimension of eucalypt wood chips

Valores mdios, seguidos de (mxima e mnima) (desvio-padro e coeficiente de variao), entre parntesis; e letras iguais em umamesma coluna mostram similaridade estatstica a 5% de probabilidade (teste Tukey).

Comprimento Largura Dimetro lume Espessura da parede1002 a (1240-820) 19,37 a (23,24-16,19) 11,66 a (15,61-8,87) 3,86 a (5,72-2,43)

(1,08) (0,11) (0,37) (1,89) (0,82) (7,03) (0,34) (8,86)1006 a (1252-822) 19,94 a (23,64-16,57) 12,27 a (15,74-9,03) 3,83 a (4,96-2,79)

(3,74) (0,37) (0,73) (3,65) (0,17) (1,37) (0,32) (8,33)

1008 a (1174-837) 19,99 a (23,05-15,45) 11,71 a (15,37-7,61) 4,14 b (5,89-2,63) (1,48) (0,15) (0,93) (4,65) (0,95) (8,15) (0,12) (2,96)

Dimenses das fibras (m)

1

2

3

Amostra (N)

Quadro 2 Dimenses das fibras dos cavacos de eucaliptoTable 2 Fiber dimensions of eucalypt wood chips


3.3. Classificao granulomtrica dos cavacos

A porcentagem de reteno dos cavacos de madeiranas peneiras demonstrou, a exemplo da densidade bsica,no haver diferenas estatsticas na sua morfologia

nas trs amostras sendo de 0,9-16,9-44,5-30,7-6,1 e 0,9%nas peneiras 40, 25, 16, 8, 3,35 mm e fundo,respectivamente (Quadro 4). As maiores retenesocorreram nas peneiras 25-8 mm e, considerando valoresmdios entre as trs amostras, representam 92,1% dototal dos cavacos retidos, indicando similaridadeestatstica da morfologia dos cavacos entre as amostrasnas diversas aberturas de peneiras. A granulometriados cavacos uma importante varivel na fabricaode chapas MDF nas etapas de aquecimento eplasticizao da lignina internamente colunapressurizada. Os cavacos de maiores dimenses (retidosna peneira 40 mm) sofrem aquecimento parcial gerandofeixes de fibras aps o desfibramento e os cavacosde dimenses reduzidas (retidos na peneira 3,35 mme fundos) adquirem colorao escura no aquecimento,prejudicando a qualidade aparente das chapas MDF.Portanto, os cavacos de maiores dimenses retornamao fluxo de fabricao e os menores so destinados

Amostra (N) Densidade bsica (g/cm)

1 0,432 a (0,444-0,421)(0,01) (2,34)

2 0,432 a (0,436-0,424)(0,004) (0,98)

3 0,433 a (0,442-0,424)(0,008) (1,75)

Quadro 3 Densidade bsica dos cavacos de eucaliptoTable 3 Wood basic density of eucalypt chips

Valores mdios, seguidos de (mxima e mnima) (desvio-padroe coeficiente de variao), entre parntesis; e letras iguais em umamesma coluna mostram similaridade estatstica a 5% de probabilidade(teste Tukey).

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queima e a gerao de energia. O percentual de retenode cavacos de madeira em cada peneira deve ser analisadosistematicamente, regulando-se o picador quando ocorrerelevados percentuais de reteno nas peneiras deaberturas extremas.

3.4. Determinao da espessura mdia dos cavacos

As espessuras mdias dos cavacos de Eucalyptusgrandis foram de 4,40-4,31 e 4,30 mm nas amostras 1-3 (Quadro 5), no havendo diferena significativa paraesse parmetro de qualidade na confeco dos painisMDF, estando relacionado com o processo detransferncia de calor para o interior da madeira, no perodode permanncia na coluna pressurizada de aquecimento.Os cavacos de madeira com mais de 5,0 mm de espessura(por ex.) no so completa e homogeneamente aquecidos,mostrando deficincia na plasticizao da lignina e nodesfibramento acarretando a gerao de feixes de fibras.A espessura de 3,5-4,5 mm dos cavacos de madeira podeser considerada usual no processo termo-mecnico deproduo de painis MDF, devendo ser ajustada em

funo da qualidade do produto final e das caractersticasda planta produtiva.

4. CONCLUSES

Os resultados deste trabalho permitem concluir que:

- As dimenses das fibras e dos vasos, bem como osvalores de densidade bsica dos cavacos de madeirade Eucalyptus grandis no apresentaram diferenassignificativas entre as amostras, sendo similares aoscitados na literatura para a espcie.

- A espessura dos cavacos foi 4,3-4,4 mm, recomendadano processo de produo de painis MDF e comsimilaridade estatstica entre as amostras.

- Na classificao granulomtrica dos cavacos no houvevariao significativa entre amostras, sendo 75,2%dos cavacos retidos nas peneiras de 16-8 mm de aberturade malha.

- Os cavacos de madeira apresentaram homogeneidadesanatmicas, fsicas e dimensionais, caractersticasimportantes no processo de confeco de chapas MDF.

Quadro 4 Porcentual de reteno dos cavacos de eucalipto em peneira vibratriaTable 4 Retention percent of eucalypt wood chips in vibration sieves

40 25 16 8 3,35 fundos1,1 a (2,9-0) 18,1 a (23,4-12,0)44,4 a (50,2-33,7)29,3 a (31,8-27,8) 6,1 a (7,1-4,3) 0,9 a (0,7-0,9)(1,1) (107,8) (4.4) (24,4) (6,5) (14,6) (1,7) (5,8) (0,9) (14,6) (0,09) (10,4)

0,6 a (2,1-0) 15,6 a (17,3-13,8)44,8 a (40,2-49,4)32,2 a (36,1-28,1) 5,8 a (7,4-3,8) 0,9 a (1,2-0,7)(0,8) (137,8) (1,5) (9,6) (3,6) (8,1) (3,0) (9,2) (1,3) (23,3) (0,2) (21,5)

1,1 a (4,3-0) 14,2 a (15,8-10,2)45,3 a (54,3-35,1)31,5 a (39,9-25,2) 6,8 a (10,4-3,9) 1,1 a (2,2-0,5)(1,8) (168,1) (2,2) (15,6) (7,2) (15,9) (5,8) (18,5) (2,8) (41,1) (0,7) (58,7)

3

Abertura da peneira (mm) / % reteno de cavacos de madeira

1

2

Amostra (N)


Amostra (N) Espessura do cavaco de madeira (mm)4,40 a (4,16 - 4,57)

(0,17) (3,9)

4,31 a (3,93 4,49) (0,22) (5,1)

4,30 a (3,90 4,64) (0,29) (6,7)

1

2

3

Quadro 5 Espessura (mm) dos cavacos de eucaliptoTable 5 Eucalypt wood chips thickness (mm)

Valores mdios, seguidos de (mxima e mnima) (desvio-padro e coeficiente de variao), entre parntesis;e letras iguais em umamesma coluna mostram similaridade estatstica a 5% de probabilidade (Tukey).



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