Curso Clonar - Aula 2

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Qualidade da Madeira
por
Fernando José Borges Gomes
fjbgomes.fg@gmail.com
Aula 2: Importância da amostragem da madeira para a sua
correta caracterização; Elementos anatômicos da madeira e
seu impacto no qualidade da mesma; Importância dos
elementos de vasos para o setor de celulose e papel;
Importância da densidade básica da madeira para o setor de
celulose e papel.
mailto:fjbgomes.fg@gmail.com
Amostragem
3
Composição química variável da madeira
✓Dentro da mesma árvore
– base → topo
– medula → casca
– cerne → alburno
– lenho inicial → lenho tardio
– Crescimentos anormais
• madeira de compressão (coníferas)
• madeira de tração (folhosas)
✓Variações do microclima, do solo e da idade também afetam a 
química da madeira 
– Clima tropical x clima temperado
– Precipitação
– Físico-química do solo
– Adubação, etc.
4
Composição química variável da madeira
✓Não devem ser amostradas:
– Árvores da borda;
– Árvores com sintomas de doenças;
– Árvores que destoam das demais (efeito desconhecido...).
✓Quantidade:
– Quanto maior o espaço amostral, maior a confiança;
– Recomenda-se um mínimo de 5 arvores amostra por 
material de interesse.
5 Toretes
50cm
v
Amostragem na árvore
TORETE
CAVACOS SERRAGEM
DISCOS
Nós
6
7
Anatomia da Madeira e seus 
impactos para a produção de 
polpa celulósica
Variáveis Associadas com a Madeira
➢Espécie de Madeira
Grande efeito na qualidade e propriedades da polpa celulósica
Folhosas: cerca de 1mm comprimento das fibras
Coníferas: 2-5mm comprimento das fibras
Folhosas:
 Fibras mais curtas
 Resistência menores
 Menor teor de lignina
 Maior teor de xilanas
 Maior facilidade de impregnação dos cavacos (vasos)
 Maior facilidade deslignificação (teor e estrutura da lignina)
 Excelentes propriedades de impressão e escrita
8
9
Madeira Juvenil e Adulta em Pinus de 17 Anos
Nogueira e Ballarin. Eng Agrícola, Jaboticabal-SP, 25(1):19-28. 2005
10
Madeira Juvenil e Adulta em Pinus taeda
Lara Palma e Ballarin. Rev.Árvore 27(3)371-380. 2003
11
Cerne e Alburno
12
Qualidade do Cerne e Alburno
Propriedades Cerne Alburno
Densidade Básica, Kg/m3 478 486
Comprimento de Fibra, mm 1,0 1,2
Diâmetro de Fibra, μm 16,4 16,5
Espessura de Parede, μm 3,5 4,0
13
Qualidade do Cerne e Alburno
(Eucalyptus nitens)
MARIANI- O Papel 6/2004
Propiedades Cerne Alburno
Ext. Álcool/Tolueno, % 2,5 2,3
Ext. Água Fria, % 1,6 2,3
Ext. Água Quente, % 2,7 2,9
Extrativos Totais, % 5,6 5,1
Cinzas, % 0,24 0,36
Lignina, % 25,1 21,8
Celulose, % 46,1 51,9
Pentosanas, % 22,0 17,6
Holocelulose, % 68,4 70,9
14
Frequência e Diâmetro de Vasos em Eucalyptus.
Espécies
Observações
Freqüência*
(poros/mm2)
Diâmetro* 
Tangencial (μm)
C. citriodora 200 12 (4-31) 119,6 (53,1-171,9)
E. grandis 200 13 (7-24) 126,6 (59,4-215,6)
E. tereticornis 200 18 (8-36) 105,6 (46,9-181,2)
E. cloeziana 200 34 (25-43) 82,6 (31,2-131,2)
E. urophylla 200 17 (10-24) 116,7 (46,9-171,9)
E. paniculata 200 15 (7-28) 101,9 (40,6-140,6)
E. pilularis 200 20 (11-33) 93 (40,6-153,1)
*Média (máximo-mínimo)
OLIVEIRA - USP (1997)
15
Sentido medula-casca
D
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m
e
tr
o
 d
o
s
 v
a
s
o
s
Tendência Variação Vasos 
(vários autores)
16
Sentido medula-casca
F
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q
u
ê
n
c
ia
 d
o
s
 v
a
s
o
s
Tendência Variação Frequência Vasos 
(vários autores)
17
Tendência Variabilidade dos Vasos 
(vários autores)
Sentido medula-casca
C
o
m
p
ri
m
e
n
to
, 
la
rg
u
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 e
e
s
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a
 p
a
re
d
e
 
Variação das Fibras no Sentido Radial – Eucalyptus grandis
•Significativo (p<0,05) ; 24, 48, 72 = idade em meses ; (0 = medula, 100 = casca)
_____________________________________________________________________________________________________________________________
Sette Jr. et all – Rev. Árvore, 06/2012
19
Variação do Comprimento das Fibras 
de Eucalyptus regans
Panshing & Zeeuw
Fibras e Vasos de Eucalyptus
20
Foelkel – Viçosa 2003
21
Vaso e Fibras na Superfície do Papel
22
Superfície da Folha de Papel 
Mostrando Fibras e Dois Vasos
Foelkel –Eucalyptus on Line Book, 2009 
Efeito de Vasos na Superfície do 
Papel Impresso Eucalyptus grandis
Folha Normal Folha Enriquecida com Vasos
Sari, A. et al – O Papel, Jan/2012
Fibras Sem Refino Fibras Refinadas (PFI 2000 rev.)
Efeito de Vasos na Superfície do Papel Impresso
Eucalyptus grandis
Sari, A. et al – O Papel, Jan/2012
25
Relações Entre As Dimensões Das Fibras
Lume (l)
Parede (e)
Largura (L)
C
om
pr
im
e
nt
o 
(C
)
Índice de Enfeltramento = Comprimento / Largura
Coef. de Flexibilidade = (Diâmetro Lume / Largura) 
x 100
Fração Parede = (2 x Espessura Parede / Largura) x 
100
Índice de Runkel = 2 x Espessura parede / Diâmetro 
Lume
26
Características Morfológicas das Fibras que 
Influenciam nas Propriedades do Papel
•Razão de flexibilidade e Índice de Runkel : Quanto maior,
mais flexíveis são as fibras e maior a possibilidade de
ligação entre elas, maior índice de tração;
• Coeficiente de Rigidez: Quanto maior, fibras mais rígidas e
menos propensas à ligações entre si, menor índice de
tração.
• Coarseness: é o peso em mg de 100 m de fibra – A
flexibilidade da fibra e a capacidade de formação de enlaces
interfibras diminui quando o coarseness aumenta.
27
Densidade Básica da Madeira
28
Densidade Básica
▪ Densidade Básica  Peso Seco / Volume Saturado
▪ Relação Direta entre Densidade e Volume de Vazios
▪ Densidade da “Substância Madeira” = 1,53 g/cm3
▪ % Vazios = 1 – (Db / 1,53) x 100
1 – (0,500 / 1,53) x 100 = 67%
▪Densidade Aparente de Cavacos
•Granulometria dos cavacos
•Densidade básica da madeira
•Teor de umidade dos cavacos
29
Densidade Básica da Madeira de Eucalyptus
(Brasil)
✓ Baixa densidade: 380-480 kg/m3
✓ Média densidade: 480-520 kg/m3
✓ Alta densidade: 520-600 kg/m3
30
y = 0,8524x + 65,088
R2 = 0,9076
300
350
400
450
500
550
600
300 350 400 450 500 550 600
D
e
n
s
id
a
d
e
 C
a
v
a
c
o
s
 
(Á
rv
o
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 t
o
ta
l)
, 
K
g
/m
3
 
 
Densidade Disco DAP, Kg/m3
Numero de amostras = 234
Determinação Densidade Básica da Árvore
Árvore inteira (cavacos) vs Disco no DAP
FANTUZZI NETO - 2008
31
N° Discos Custo Fixo Produtividade de Equipe (árvores/dia)
1 56% 45
5 100% 27
Densidade Básica DAP vs Média da Árvore
495 árvores
Flaviana, UFV - 2008
32
y = 0,4771x - 29,11
R
2
 = 0,8256
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
400 450 500 550 600 650
Densidade Básica, Kg/m3
D
e
n
s.
 A
p
a
r
e
n
te
 C
a
v
a
c
o
s 
(a
.s
),
 K
g
/m
3
Densidade Básica vs 
Densidade Aparente Cavacos (a.s.)
FANTUZZI NETO - 2008
33
y = -6,0714x2 + 57,729x + 345,5
R2 = 0,9958
0
100
200
300
400
500
600
2 3 4 5 6
Idades (anos)
D
e
n
s
id
a
d
e
 B
á
s
ic
a
 (
K
g
/m
3
)
Evolução da Densidade Básica com a Idade
- Eucalyptus -
GOMIDE - 2000
34
CARNEIRO, C - Bahia Sul
Densidade Básica, Kg/m3
(10% comprimento total)
Variação da Densidade no Tronco 
E. grandis
Variação da Densidade Básica da Madeira de 
Eucalyptus grandis na Altura do Tronco
*significativo (p<0,05) ; 0 = base do tronco ; 24, 48, 72 = idade (meses)
Sette Jr. et all – Rev. Árvore, 06/2012
36
20
0,520
0,510
0,500
0,490
0,480
0,470
40 60 80 100
D
e
n
s
id
a
d
e
 B
á
s
ic
a
 M
é
d
ia
 g
/c
m
3
Variação Radial (%)
Figura 2: Variação Radial da Densidade Eucalyptus globulos
LAZARETTI – ABTCP 2003
37
0
0,530
0,520
0,510
0,500
0,490
0,480
0,470
0,460
0,450
0,440
10 20 30 40
D
e
n
s
id
a
d
e
 B
á
s
ic
a
 M
é
d
ia
 
g
/c
m
3
Altura (%)
Figura 3: Variação da Densidade em Função da Altura: Eucalyptus globulus
50 60 70 80 90 100
LAZARETTI – ABTCP 2003
38
Massa específica básica
0,3
0,38
0,46
0,54
0,62
0 33 66 100
Sentido medula-casca (%)
M
a
s
s
a
 e
s
p
e
c
íf
ic
a
 
b
á
s
ic
a
 (
g
/c
m
3
)
10
14
20
25
Idade
Densidade Básica de Madeirade Eucalyptus
José Castro – UFV, 2002
39
FONSECA – Cenibra 2001
Idade e Densidade Básica - Eucalyptus
y = 4,2243x
2
 - 21,941x + 478,02
R
2
 = 0,9942
350
400
450
500
550
600
650
3 4 5 6 7
IDADE (anos)
D
b
 (
k
g
/m
³)
129 2 167 2719 2796 MÉDIA ENCOSTA (aritim.)
40
FONSECA – Cenibra 2.001
Idade e Rendimento Depurado - Eucalyptus
y = -0,1443x
2
 + 0,8449x + 51,479
R
2
 = 0,9817
49
50
51
52
53
54
55
3 4 5 6 7
IDADE (anos)
R
D
 (
%
)
129 2 167 2719 2796 MÉDIA ENCOSTA (aritim.)
41
FONSECA – Cenibra 2.001
Idade e Consumo Específico de Madeira - Eucalyptus
y = -0,0184x
2
 + 0,0621x + 4,0519
R
2
 = 0,9696
3,00
3,40
3,80
4,20
4,60
5,00
3 4 5 6 7
IDADE (anos)
C
E
 (
m
³/
tS
A
)
129 2 167 2719 2796 MÉDIA ENCOSTA (aritim.)
42
FONSECA – Cenibra 2001
Densidade Básica e Álcali Efetivo - Eucalyptus
y = 0,026x + 3,461
R² = 0,984
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
440 460 480 500 520 540 560
A
E
 (
%
)
Db (kg/m³)
43
FONSECA – Cenibra 2001
Densidade Básica e Rendimento Depurado
y = -0,0454x + 74,16
R2 = 0,9695
47
48
49
50
51
52
53
54
440 460 480 500 520 540 560
Db (kg/m³)
R
D
 (
%
)
Eucalyptus - Kappa 17
44
WEHR e BARRICHELO – 1996
Densidade Básica e Rendimento Depurado
Eucalyptus - Kappa 18
y = -0,0479x + 72,243
R
2
 = 0,9929
44
46
48
50
52
54
380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580
Db (kg/m³)
R
D
 (
%
)
45
FONSECA – Cenibra 2.001
Densidade Básica e Índice de Tração
(Sem Refino) - Eucalyptus
y = -0,2384x + 171,96
R2 = 0,8809
20
30
40
50
60
70
80
420 440 460 480 500 520 540
Db (kg/m³)
Ín
d
ic
e
 T
ra
ç
ã
o
 (
N
m
/g
)-
P
F
I/
0
46
FONSECA – Cenibra 2.001
Densidade Básica e Energia de Refino 
(Índice Tração 70 Nm/g) - Eucalyptus
y = 0,034x2 - 26,112x + 5328,8
R2 = 0,6957
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
400 420 440 460 480 500 520 540 560 580
Db(kg/m³)
 N
º 
R
e
v
.P
F
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c
a
rg
a
 t
o
ta
l)
 -
 
IT
/ 7
0
 (
N
m
/g
)
Influência da Densidade da Madeira na 
Carga de Álcali Efetivo - Eucalyptus
19,0
19,5
21,0
15,0
16,5 17,0
13,5 13,7
14,3
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Á
lc
a
li
 E
fe
ti
v
o
, 
%
Kappa 14 Kappa 17 Kappa 21
BD
MIX
AD
47
LANNA, A - 2001
Influência do Número Kappa e da Densidade 
da Madeira no Rendimento - Eucalyptus
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
Kappa 14 Kappa 17 Kappa 21
52,2
54,1
55,3
51,6
52,7
54,4
49,1
50,6
51,9
R
en
d
im
en
to
 D
ep
u
ra
d
o
, 
%
BD
MIX
AD
48
LANNA, A - 2001
49
y = -0,0477x2 + 0,5674x - 1,0951
R2 = 0,8121
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
Espessura da parede (mm )
D
b
 (
g
/c
m
³)
y = -0,6588x2 + 2,2248x - 1,1764
R2 = 0,7341
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
Comprimento de fibra (mm)
D
b
 (
k
g
/m
³)
y = 0,0048x2 - 0,1533x + 1,5246
R2 = 0,8195
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0
Diâmetro de lúmen (mm)
D
b
 (
g
/c
m
³)
y = -0,0262x2 + 0,9602x - 8,3087
R2 = 0,1918
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
17,0 18,0 19,0 20,0 21,0
Largura de fibra (mm)
D
b
 (
g
/c
m
³)
BARRiCHELO – ABTCP, 1983
Densidade Básica e Características de 
Fibras – E. grandis
50
Parâmetros 447 Kg/m3 552 Kg/m3
Freqüência de vasos, nº/mm² 11,2 18,2
Diâmetro de vasos, mm 124 116
Área ocupada por vasos, % 13,6 19,2
Área ocupada por fibras, % 69,3 66,5
Área ocupada por lúmen das fibras, % 24,9 12,6
Área ocupada por parênquima radial, % 17,1 14,3
Densidade Básica – Características Anatômicas
Eucalyptus
SIMONE – UFV, 2003
51
Dimensões das Fibras 447 Kg/m3 552 Kg/m3
Comprimento, mm 0,90a 1,02b
Largura, mm 19,14a 18,13a
Diâmetro do lúmen, mm 11,47a 7,90b
Espessura da parede, mm 3,83a 5,11b
SINOME – UFV, 2003
Densidade Básica – Dimensões de Fibras
Eucalyptus
52
D. Básica
Kg/m3
Álcali 
Ativo, %
Número 
Kappa
Rendimento 
Depurado, %
Teor de 
Rejeito, %
Viscosidade, 
cP
447 17,7a 18,2a 51,2a 0,18a 68,1a
552 19,6b 18,2a 48,6b 0,10a 58,8b
Densidade Básica - Polpação
SIMONE – UFV, 2003
Eucalyptus
Variáveis Associadas com a Madeira
➢Densidade:
Uniformidade é importante (Brasil: folhosas sem anéis cresc.)
Impregnação e remoção lignina favorecidas por baixa densidade
Densidade Alta → maior carga/volume digestor
maior produção, mas maior carga reagentes
propriedades de ligação entre fibras inferiores
papéis “tissue”
Densidade baixa → menor carga/volume digestor
melhor impregnação dos cavacos
melhores ligações entre fibras
papéis de impressão e escrita
53
Relação da Densidade Básica com 
o Processo de Polpação
➢Maior densidade básica da madeira
– Maior dificuldade de picagem
– Maior dimensão dos cavacos
– Maior densidade aparente dos cavacos
– Teor de rejeitos mais elevado
– Menor consumo específico de madeira em m3/ tonelada polpa
54
CONSUMO ESPECÍFICO DE MADEIRA
MASSA X DENSIDADE
55
𝐶𝐸 =
1.000 ∗ 0,9
𝐷𝑏 ∗ 𝑅𝑑 ∗ 𝑅𝑏
Em que:
• CE= Consumo específico de madeira, m³/tonelada de celulose;
• Volume de madeira= madeira utilizada posto fabrica, m3
• Celulose enfardada= celulose branqueada enfardada, tsa
• 0,9 = Fator de conversão para tonelada seca ao ar (tsa);
• Db= Densidade básica da madeira, Kg/m³;
• Rd= Rendimento depurado cozimento kraft, %;
• Rb= Rendimento branqueamento, %
𝐶𝐸 =
Volume de Ma𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎
𝐶𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑒 𝐸𝑛𝑓𝑎𝑟𝑑𝑎𝑑𝑎
56
Classificação dos Cavacos
SCAN-CN 40:94
Classificação Cavacos Industriais
57
Peneiras Retenção,
%
Densidade Básica, 
Kg/m3
Integral --- 517
1° Prato – 45mm  0.9 539
2° Prato – barras 8mm 9.7 532
3° Prato – 7mm  84.0 517
4° Prato – 3mm  3.8 516
5° Prato 1.6 446