1 A secagem e as relações da água com a madeira José António Santos A água e a madeira • Teor em água da madeira • Secagem natural e artificial (ao ar, convencional, desumidificação, vácuo, solar) • Efeitos da água na madeira (degradação, deformações, descolamentos, perda propriedades mecânicas, etc.) • Ganho de teor em água • Exemplos práticos J.A.Santos
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A secagem e as relações da água com a madeira · 1 A secagem e as relações da água com a madeira José António Santos A água e a madeira • Teor em água da madeira • Secagem
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A secagem e asrelações da água com a madeira
José António Santos
A água e a madeira
• Teor em água da madeira
• Secagem natural e artificial(ao ar, convencional, desumidificação, vácuo, solar)
• Efeitos da água na madeira (degradação, deformações, descolamentos,perda propriedades mecânicas, etc.)
• Ganho de teor em água
• Exemplos práticos
J.A.Santos
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Teor em água da madeiraTeor em água
H % = Ph - Po
PoX 100
Teor em água %
Peso de madeira sem
água (g)
Peso de água contida na Madeira (g)
100 100 100
50 100 50
25 100 25
12 100 12
0 100 0
J.A.Santos
Saída de água
Modelo da Secagem
Verde Meio seca Secaevaporação
evaporação
evap
oraç
ão
evap
oraç
ão
Madeira
Retracção = diminuiçãoda espessura da parede celular
Células da Madeira
Águalivre
>35% 12%35 a 12%
J.A.Santos
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Saída da água da madeira
- Evaporação- Migração
Gradientedo teor
em água
Interior da peça de madeira
Ventilação ar exterior
ImportanteVelocidade de evaporação
deve ser < ou =velocidade de migração
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Água na madeira (o significado relativo do teor em água)
Exemplos:30 %
Pinho γo= 550 kg/m3
12 %
30 %Carvalho γo= 850 kg/m3
12 %
Modelos:
madeira densa madeira pouco 30% 30%saturada densa saturada
Conclusões:• Mesmo volume de madeira saturada a madeira menos densa tem maior teor em água.• Para um mesmo valor nominal do teor em água a madeira mais densa tem mais água.• Por exemplo, a 30% de teor em água, a madeira pouco densa está mais próxima do fim da
secagem e tem menos água do que a madeira mais densa.
88 l /m3
137 l /m3
100 x P
P - P(%) H
0
0h=
30 % teor em água em 100 g de madeira anidra existem 30 g de água
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Variação de massa durante a secagem
733 kgCarvalho
700 kgEucalipto
555 kgCastanho
528 kgPinho
485 kgChoupo1 ton.
emverde
Massa a 12 %
A diferença de massa corresponde à água que énecessário retirar durante a secagem.
515 litros
472 litros
445 litros
300 litros
267 litros
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Valor máximo de teor em água
D1.54D)(1.54 100Hmáx
−=
53Carvalho0,850
60Eucalipto0,800
102Castanho0,600
112Pinho0,565
131Choupo0,510
exemplos
D12% Espécie Hmáx. (%)
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Efeito da variação do teor em água da madeira
100%
30%
Humidade relativa do ar
HistereseTe
or e
m á
gua
Adsorção
Dessorção
PSFTeor em água da madeira %
12 60 80 120
Varia
ção
de d
imen
sões
%
Retracção da madeira
Teor em água
H % =Ph - Po
PoX 100
• Madeira verde > 30% (água livre + ligada)• Madeira com teor em
água do ponto de saturaçãodas fibras PSF - 25 a 35% (água ligada)
• Madeira comercialmente seca - 18%• Madeira seca - 12 a 16% • Madeira no estado anidro - 0%
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Modelo de pilha de secagem ao ar
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Pilha de secagem ao ar
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Utilização de sondas e fios para
monitorização da evolução da secagem
com um aparelho eléctrico portátil
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Cobertura exterior na secagem ao ar
para evitar secagem demasiado rápida
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Secagem ao ar de madeira de carvalho negral (35mm) (início 17 Abril 2003)
Diferenças de migração entre cerne e borne,para diferentes alturas do provete
Após 6 horas com uma face em água
Após 40 minutos com uma face em água
5 cm de altura
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Início visível desenvolvimento microorganismos
Após 4 dias com uma face em água
Registar a não entrada de
água no cerne
h = 10 cm
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Modelo de migração da humidadepor efeito de diferenças de temperatura
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CalorFrio Vapor de
água
Concentração humidade
humidade
Gotículas de águaProtecção
superficial impermeável
Madeira saturada de humidade Evaporação da água
Movimento da água por difusão(principal mecanismo de movimentação da água abaixo do teor em água de saturação das fibras)
Fonte: John Sankeyhttp://www.sankey.ws/wetwood.html
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DLt
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=
LL
t - tempo em segundos para o teor em água variar 63 % x (Hi – He)
L – distância do local de humidade interior (Hi) à superfície (He)
Da – 1x10-5 cm/s (no sentido axial)
Dt - 1x10-6 cm/s (nos sentidos radial e tangencial)
• A difusão é 10 vezes superior na direcção axial do que na transversal
• A perda de humidade é mais rápida quanto maior for a diferença entre o teor em água no interior e no exterior (exponencial decrescente)
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Erros de concepção• Facilitar as entradas de água pelos topos dos componentes
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Erros de concepção• Facilitar as entradas de água pelos topos ou fontes contínuas
de humidade
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Erros de concepção• Acabamento impermeável às trocas gasosas => podridão
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Métodos de secagem industrial
• Secagem ao ar• Secagem artificial
− secador convencional− secador por vácuo− secador por desumidificação− secador por correntes de alta frequência
• Secador misto ventilação / aquecimento solar
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Esquema de secador convencional
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Secador por vácuo
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Energia necessária para a secagem artificial
Constantes necessárias ao cálculos:• calor específico da água = 1kcal / ºC.kg• calor específico da madeira seca = 0,35 kcal / ºC.kg• Calor latente de vaporização da água = 560 kcal / kg
Q = m cp (T2-T1)Exemplo para madeira de pinheiro, de verde até 12% (γ0% = 550kg/m3 ; 120% teor em água)
Energia para a secagem artificial :energia para aquecer a madeira (20ºC a 70ºC) 9 650 kcal / m3
energia para aquecer a água contida na madeira (660 l) 33 000 kcal / m3
energia de vaporização da água (594 l) 332 640 kcal / m3
energia de ventilação (≈0.35kW/m3; ≈4 dias) ≈ 34 kW.h / m3perdas para o exterior (≈ 30% da energia de aquecimento total) 112 587 kcal / m3
Equilíbrio na admissão Equilíbrio na ExaustãoMotores ligados Motores desligadosTemperatura interior (escala da direita)
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Ar seco
Ar seco
Ar seco
Ar húmido
Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, IP
Projecto
SECMAD – Secador de Madeira Energeticamente Eficiente
Protótipos instalados nas empresas demonstradoras
Protótipo de Leiria
Secagem de madeiras de construção
Protótipo de Alcácer do Sal
Secagem de varas e postes
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Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, IP
ProjectoSECMAD – Secador de Madeira Energeticamente Eficiente
Vantagens técnicas e económicasMenor consumo energético do que um secador industrial
Protótipo solar => 4,5€ / m3 de madeira secaSecador convencional => 12€ / m3 de madeira seca
Preço de instalação de um secador de 60m3 útil (volume madeira)
(preço da caixa e ventiladores):Protótipo do projecto ≈ 10 000€Secador convencional ≈ 35 000€ + caldeira + combustível
Potencialidades IndustriaisBaixo custo de investimento e de manutenção, • grande versatilidade por ser facilmente regulável • qualidade elevada da madeira seca, • elevado potencial de implementação em pequenas e médias empresas.• utilização para outros fins, como por exemplo, secagem de frutos, pinhas ou algas, cerâmica, lamas, etc.
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Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, IP
ProjectoSECMAD – Secador de Madeira Energeticamente Eficiente
Simulação do comportamento de um secador sujeito a controlo fuzzy durante 4 meses.
Temperaturas na câmara e na madeira; conteúdo de água da madeira, humidade ambiente e na câmara
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Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, IP
ProjectoSECMAD – Secador de Madeira Energeticamente Eficiente
Aplicações de Software amigáveis desenvolvidas em LabView:
Aquisição de dadosControlo do secadorSupervisão de múltiplos secadores
Sistema de instrumentação e aquisição de dados implementado em Field Point.Módulos expressamente desenvolvidos.
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Measurement node n
Measurement node 3
Measurement node 2
Measurement node 1
Serial RS485 communication networkControl
node
TCP/IP communication (Internet), supporting several driers