02 Umidade

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02. Umidade 
Francisco Tarcísio Moraes Mady 
Engenheiro Florestal, MsC. 
www.conhecendoamadeira.com 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
Faculdade de Ciências Agrárias 
Departamento de Ciências Florestais 
CURSO DE FÍSICA DA MADEIRA 
Introdução 
FÍSICA DA MADEIRA 2 
Prof. Francisco Tarcísio Moraes Mady Universidade Federal do Amazonas 
Nós somos sensíveis à umidade. 
 
O suor, por exemplo, impede que a temperatura do nosso corpo se eleve. 
 
Se o ar possui 90% de umidade relativa, o suor não irá se evaporar. Como resultado, nos 
sentimos com muito mais calor quando a umidade relativa é alta. 
 
Quando a umidade relativa é baixa, nós nos sentimos mais frios, em razão do suor 
evaporar mais facilmente, resfriando o corpo. 
Introdução 
FÍSICA DA MADEIRA 3 
Prof. Francisco Tarcísio Moraes Mady Universidade Federal do Amazonas 
Quanto à madeira, é um material poroso e altamente higroscópico que está sempre 
condicionado a absorver ou ceder água para o meio ambiente. Quando uma peça de 
madeira perde água, diminuindo sua umidade, além da perda de massa, ela sofre 
também uma diminuição em suas dimensões e, conseqüentemente em seu volume. 
(Rezende, 1997) 
O estudo do comportamento da madeira e das variações dimensionais decorrentes dos 
processos de perda e ganho de umidade são essenciais para a sua utilização industrial, 
assim como na construção civil como na produção de móveis. Apesar da umidade não 
ser uma característica intrínseca da madeira, seu estudo é indispensável por se tratar de 
uma propriedade que afeta o seu comportamento, nas fases de processamento, 
secagem e preservação (Galvão e Jankowsky, 1985). 
FÍSICA DA MADEIRA 4 
A água na atmosfera 
FÍSICA DA MADEIRA 5 
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A água está presente na atmosfera sob três formas: 
Calor Latente Absorvido 
Calor Latente Liberado 
VAPOR 
SUBLIMAÇÃO 
DEPOSIÇÃO 
Calor Latente Liberado 
CONDENSAÇÃO 
ÁGUA 
Calor Latente Absorvido 
EVAPORAÇÃO 
Calor Latente Liberado 
CONGELAMENTO 
Calor Latente Absorvido 
DERRETIMENTO 
GELO 
Conceitos de umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 6 
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A Umidade expressa a quantidade de vapor d’água na atmosfera. 
 
O teor de vapor d´água na atmosfera varia de 0 a 4% do volume de ar. Isso quer dizer 
que em uma dada massa de ar, o máximo de vapor d´água que ela pode reter é 4% de 
seu volume: 
 
Caso a umidade corresponda a 0% do volume de ar = AR SECO 
 
 Caso a umidade esteja entre 0% e 4% do volume de ar = AR ÚMIDO 
 
 Caso a umidade corresponda a 4% do volume de ar = AR SATURADO 
Conceitos de umidade 
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A umidade varia desde 0 % no ar seco e frio das regiões árticas até de 4 a 5% por volume 
nas regiões quentes próximas ao Equador. 
Umidade relativa 
FÍSICA DA MADEIRA 8 
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A umidade relativa é a razão entre a quantidade de vapor d’água presente no ar 
comparada com a quantidade de vapor d’água que o ar comporta. 
 
Umidade Relativa é a máxima quantidade de vapor d’água que pode ser mantida no ar. 
Depende da pressão de saturação do vapor, que depende da TEMPERATURA. 
 
Quanto maior a temperatura do ar maior sua capacidade em reter vapor d`água. 
Assim, ao longo do dia com o aumento da temperatura do ar maior a razão de mistura 
do ar e portanto mais distante da saturação. 
 
Umidade relativa 
FÍSICA DA MADEIRA 9 
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Assim, considerando a Umidade Relativa, o ar quente consegue manter muito mais 
vapor do que ar frio. 
 
O ar com T = 20º.C mantém até 3 vezes mais vapor d’água que ar com T= 0º.C. 
 
Exemplo: se o ar contém a metade do vapor que poderia conter, então a UR é de 50% . 
Quando a UR é de 100 %, o ar contém a maior quantidade de vapor possível e é dito ar 
saturado de vapor d’água. 
 
Mudanças na UR podem acontecer em razão da evaporação de superfícies expostas. É 
um processo lento, porque as moléculas de água devem se difundir da superfície para a 
camada de ar acima. 
 
FÍSICA DA MADEIRA 10 
Difusão da água contida na madeira para o ar ambiente: primeiro evapora a água nas 
camadas mais superficiais. A água que está no interior da amostra vai então se difundir 
para as camadas superficiais , onde o potencial hídrico é menor e também vai evaporar 
até atingir a umidade de equilíbrio. 
Umidade relativa 
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Por definição, umidade relativa é a razão entre a razão de Mistura real (w) e a razão de 
Mistura de saturação (ws): 
 
UR = (w/ws).100 
 
Importante: a UR indica o quão próximo o ar está da saturação, ao invés de indicar a real 
quantidade de vapor d’água no ar. 
 
Para ilustrar, considere que a 25° C, ws = 20 g/kg. Se o ar contém 10 g/kg num dia com 
25° C, UR = 50%. Quando o ar está saturado, UR = 100%. 
Umidade relativa 
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 TEMPERATURA (° C) g de H20/kg de ar seco 
-40 0,1 
-30 0,3 
-20 0,75 
-10 2,0 
0 3,5 
5 5,0 
10 7,0 
15 10,0 
20 14,0 
25 20,0 
30 26,5 
35 35,0 
40 47,0 
Razões de mistura de saturação – ws (ao nível do mar). 
Umidade relativa 
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Se vapor d’água é adicionado ou subtraído do ar, sua UR mudará, se a temperatura 
permanecer constante. 
Temperatura 25º. C 25º. C 25º. C 
Quantidade de 
vapor d’água 
5 g/Kg 10 g/Kg 20 g/Kg 
Capacidade 20 g/Kg 20 g/Kg 20 g/Kg 
Umidade Relativa 5/20 = 25% 10/20 = 50% 20/20 = 100% 
Se o conteúdo de vapor d’água permanecer constante, um decréscimo na temperatura 
aumentará a UR e um aumento na temperatura causa uma diminuição na UR. 
Temperatura 20º. C 10º. C 0º. C 
Quantidade de 
vapor d’água 
3,5 g/Kg 3,5 g/Kg 3,5 g/Kg 
Capacidade 14 g/Kg 7 g/Kg 3,5 g/Kg 
Umidade Relativa 3,5/14 = 25% 3,5/7 = 50% 3,5/3,5 = 100% 
FÍSICA DA MADEIRA 14 
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A água nas plantas 
As plantas estão continuamente absorvendo e perdendo água. 
 
A medida que necessitam captar o dióxido de carbono da atmosfera, expondo seus 
estômatos, sofrem com a evaporação de líquidos. 
 
Em um dia de sol, quente e seco, uma folha renovará até 100% de sua água em apenas 
uma hora (Taiz e Zeiger, 2004). 
 
Essa perda de água é chamada de transpiração. 
 
O calor proveniente do sol é dissipado através deste fenômeno da transpiração. 
 
A transpiração é um componente importante da regulação térmica das plantas. 
FÍSICA DA MADEIRA 15 
Movimentação da água no 
xilema 
A água que sai do solo em direção às folhas se movimenta no corpo do vegetal através 
de diversas estruturas, como parede celular, membranas, espaços aerados, entre outros. 
 
Em algumas espécies essa movimentação de água forma gigantescas colunas, num 
fenômeno colossal. 
 
Tome-se como exemplo o Eucalyptus regnans, que chega a atingir 130 metros ou as 
Sequoia sempervirens em torno de 120 metros. Estas alturas equivalem a edifícios de 40 
andares. 
 
Além do fato simples de subir, é necessário ainda compensar o atrito causado pelas 
paredes irregulares das células e a força gravitacional que tende a atrair fortemente uma 
massa tão grande água em direção ao solo. 
 
Imaginar como a água sai do solo e atravessa esta extensão sem uma força motriz de 
bombeamento sempre intrigou os cientistas. 
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Movimentação da água no 
xilema 
FÍSICA DA MADEIRA 16 
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Nas árvores o xilema constitui-se na maior porção da rota de transporte de água, 
chegando a representar mais de 99% desse percurso. 
 
O xilema é caracterizado por dois tipos de células condutoras: elementos de vaso 
(angiospermas, em um grupo de gymnospermas chamado gnetales e em algumas raras 
pteridófitas) e traqueídeos (gymospermas, em algumas angiopermas e em pteridófitas). 
 
A medida que se desenvolvem, as células do xilema tornam-se ocas, desprovidas de 
organelas e membranas, resultando em tubos lignificados com baixa resistência a 
passagem de líquidos. 
A água nas gymnospermas 
FÍSICA DA MADEIRA 17 
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Os traqueídeos são células alongadas, imperfuradas nas extremidades, com pontoações 
areoladas em suas paredes laterais, pareadas e comuns com as células vizinhas. 
 
A água preenche a cavidade celular do traqueídeo e passa para as células adjacentes e 
assim subsequentemente. 
 
Esta passagem se dá pelas pontoações, que são formadas por uma rede de microfibrilas 
denominada margo e em cujo centro se concentra um espessamento circular chamado 
toro. 
 
FÍSICA DA MADEIRA 18 
Traqueídeos: imperfurados, alongados e 
com pontoações. 
Detalhe da paridade dos 
traqueídeos e das pontoações 
Toro e margo 
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A água nas angiospermas 
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Os elementos de vaso são células mais curtas e mais largas que os traqueídeos, 
perfuradas nas extremidades, que se unem pela placa de perfuração formando longos 
tubos chamados vasos. 
 
Por causa de sua extremidade perfurada, os vasos oferecem baixa resistência e tornam-
se eficientes no transporte de água. 
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Elementos de vaso e placa de perfuração. 
Transporte de água na madeira 
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O que basicamente faz a água ser transportada do solo até a copa das árvores são as 
forças de coesão-tensão e adesão. 
 
As tensões necessárias para puxar a água pelo xilema são o resultado da evaporação de 
água das folhas. 
 
A água existente no topo da planta desenvolve uma grande tensão (pressão hidrostática 
negativa), a qual puxa a água para cima pelo xilema. 
 
A forte coesão entre as moléculas de água cria uma coluna contínua no caule até as 
raízes. Estas, por sua vez, também sofrem a perda de potencial hídrico, o que aumenta 
sua capacidade em retirar água do solo. 
FÍSICA DA MADEIRA 22 
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A água percorre um longo 
caminho após ser absorvida 
pela raíz até chegar a copa. 
 
O xilema apresenta 
características específicas 
para permitir o arraste da 
água do solo até as folhas 
mais altas da copa, 
dispondo unicamente como 
força propulsora a 
diferença de potencial 
hídrico. 
Água 
Transporte de água na madeira 
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Essas grandes tensões poderiam causar o colapso das células de madeira caso estas 
fossem maleáveis ou de paredes fracas. 
 
A parede secundária espessa e os espessamentos na camada S3 são adaptações naturais 
que tornam as células do xilema resistentes a tensão. 
 
Portanto, o gradiente de potencial hídrico é a força motriz do movimento contínuo da 
água ao longo do solo-planta-atmosfera (Raven et al, 2001). 
 
Esta teoria é também conhecida como tensão-adesão-coesão, devido à forte adesão que 
se forma entre as moléculas de água e a parede das células condutoras do xilema. 
 
A força de adesão na superfície interna dos vasos e traqueídeos é forte o suficiente para 
sustentar a coluna de água que sobe contra a gravidade. 
Influência da umidade nas 
características da madeira 
FÍSICA DA MADEIRA 24 
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O teor de água da madeira influi, acentuadamente, nas suas propriedades físico-
mecânicas. A resistência da madeira, de uma maneira geral, decresce com o aumento da 
umidade. 
 
É o que ocorre, por exemplo, com a resistência à compressão da madeira de peroba 
(Aspidosperma peroba), que a 0% de umidade é equivalente a 1250 Kgf/cm2, 
decrescendo para cerca de 620 kgf/cm2 a 30% de umidade (dados do IPT). 
 
A resistência elétrica da madeira também é inversamente proporcional ao seu teor de 
água, sendo que, de 30% até 0% de umidade, a resistência aumenta cerca de 1 milhão 
de vezes. 
 
A variação do teor de umidade ocasiona alteração nas dimensões da madeira. Esse 
fenômeno é denominado de retração e inchamento higroscópico, porque as alterações 
volumétricas ocorrem como conseqüência de variações no teor de água higroscópica. 
Influência da umidade nas 
características da madeira 
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A umidade da madeira influi ainda no seu tratamento com fluidos, curvamento, 
resistência ao ataque de fungos xilófagos, colagem, fabricação de compensados, 
aglomerados e processamento mecânico. 
 
Para exemplificar, abaixo de 20% de umidade espera-se que a madeira permaneça 
imune ao ataque dos fungos xilófagos. Seria necessária uma certa quantidade de água 
capilar no lume das células para favorecer o desenvolvimento de fungos que ocasionam 
o apodrecimento da madeira. 
 
O curvamento da madeira tem melhores possibilidades com umidades de 18% a 20%. 
Uma umidade maior facilita o curvamento, mas ocasiona o aparecimento de rachaduras 
devido a redução na resistência da madeira. 
 
As lâminas que compõem os compensados devem estar a um mesmo teor de umidade 
por ocasião da colagem, para evitar tensões que levariam a empenamentos. De uma 
forma geral, os produtos industrializados da madeira devem ser condicionados a 
umidades próximas aquelas que deverão alcançar quando em uso. 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 26 
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Expressões para cálculo da umidade da madeira 
 
A umidade da madeira (u) é calculada com relação entre o peso da água (Pa) que ela 
contém e o peso da madeira seca em estufa a 103o C até um valor constante (Ps). 
 
U=Pa/Ps ou u=[(Pu-Ps)/Ps].100 
Determinação da umidade 
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Método de secagem em estufa a 103º C 
 
O método baseia-se na utilização das fórmulas já vistas, cujos valores são obtidos com o 
auxílio de estufas dotadas de circulação de ar forçada a termostato, que permitam 
regular e manter a temperatura entre 101º C e 105º C e balança, possibilitando 
pesagens com aproximação de 0,1 g. 
 
O peso seco é utilizado como referência por ser um valor reprodutível. Por peso seco 
deve-se entender o peso da amostra da madeira submetida à secagem em estufa, a 
temperaturas entre 101º C e 105º C, ate que sucessivas pesagens revelem um valor 
constante. 
 
Determinação da umidade 
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Nas determinações de umidade, não se deve utilizar amostras retiradas nas 
extremidades das peças de madeira porque estas tendem a apresentar menor teor de 
umidade devido ao gradiente estabelecido durante o processode secagem. Deve-se 
utilizar amostras localizadas a mais de 30 cm das extremidades das peças. 
30cm 30cm 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 29 
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É esse um dos métodos mais precisos, mas o que requer maior período de tempo. Não é 
recomendável a sua utilização para determinar a umidade de madeiras contendo 
compostos voláteis. Nessas condições, o método de destilação ou o método de titulação 
de Karl Fisher deve ser preferido. 
 
Nota: A titulação de Karl Fischer é um método altamente bem-sucedido usado no mundo 
todo para determinar o conteúdo de água de uma grande variedade de substâncias em 
uma variedade de concentrações. A significância é ressaltada pela sua inclusão em 
grandes farmacopéias e outros exigências oficiais, como ASTM. O método é rápido, 
seguro e confiável, independente do estado de agregação, tipo de amostra e presença de 
componentes voláteis. Baseia-se na determinação iodométrica da água que é removida 
da madeira por destilação. 
 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 30 
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Medidores elétricos 
Os medidores elétricos são aparelhos de grande utilidade pela forma imediata como 
determinam a umidade na madeira. 
 
Características 
Dentre os medidores elétricos, os mais populares são os de resistência elétrica. São 
baseados na resistência oferecida pela madeira à passagem de corrente elétrica, que 
varia inversamente com a umidade. 
 
As características da variação da resistência elétrica da madeira com a umidade são 
reveladas na figura 1, que mostra, também a influencia da temperatura no fenômeno, 
indicando a necessidade de correções para temperaturas diferentes daquela para a qual 
o medidor foi calibrado. 
 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 31 
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Fig. 1 – Ilustrando a variação na resistência elétrica da madeira 
em função do teor de umidade e da temperatura (T). 
FÍSICA DA MADEIRA 32 
Determinação da umidade 
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Os medidores dão resultados menos acurados que o método da estufa, porém o teor 
de umidade pode ser determinado de forma imediata. 
 
Normalmente, a escala dos medidores oscila de 7 a 25% de umidade, porque acima da 
USA a variação da resistência com o teor de água não é tão acentuada, como mostra a 
figura 2. 
 
Por essa razão, dentre outras, os medidores são usados na faixa de umidade 
mencionada, que é aquela importante quando se trabalha com a madeira. 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 34 
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Fig. 2 – Características da resistência da madeira em 
função do teor de umidade, acima e abaixo da USA. 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 35 
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As agulhas devem ser cravadas paralelamente à direção das fibras porque, 
dependendo da espécie da madeira (Stamm 1960) a resistividade pode ser duas ou 
três vezes maior na direção normal às fibras. 
 
Siau (1971) analisa esse fenômeno em termos da influência das características 
anatômicas da madeira. 
 
Para melhores estimativas da umidade de uma peça de madeira, as determinações 
devem ser efetuadas pelo menos 30 cm afastadas das extremidades. 
 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 36 
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Nas determinações em que se utilizam agulhas cravadas na madeira, é oportuno 
recordar que existe um gradiente de umidade nas peças. 
 
Entretanto, os determinadores já vêm dotados de agulhas com comprimento 
calculado para fornecer um valor correspondente à média para toda a peça. 
 
De acordo com Stamm (1964), a avaliação com os determinadores de resistência 
elétrica fornecem leituras com precisão correspondente a ± 1%, dentro da faixa de 7 
a 25% de umidade, desde que eles sejam mantidos em boas condições de 
conservação e usados cuidadosamente, com as necessárias correções para 
temperaturas e espécies. 
Determinação da umidade 
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Fatores que influenciam a precisão das determinações com medidores elétricos 
 
Alguns dos fatores que fazem variar os resultados das leituras dos medidores, como a 
direção da grã e o gradiente de umidade, já foram discutidos. Serão, a seguir, 
estudados os efeitos da espécie e da temperatura. 
 
Espécie – a influência da espécie é atribuída à quantidade de substâncias minerais da 
madeira que atuariam como eletrólitos. Os determinadores elétricos são calibrados 
para uma determinada espécie a certa temperatura. Normalmente, os aparelhos 
norte-americanos são calibrados para a madeira de Douglas-fir (Pseudotsuga 
menziesii) à temperatura de 70º F (21,1º C). Os fabricantes fornecem, com os 
aparelhos, as correções que devem ser efetuadas para outras espécies. 
 
Determinação da umidade 
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Temperatura – a resistência elétrica varia inversamente com a temperatura como 
mostra a figura 1. Esse relacionamento pode ser verificado na figura 3, que mostra as 
curvas de correção para temperatura, baseadas numa calibração a 20º C. 
 
Para exemplificar, considere-se uma temperatura da madeira igual a 36º C, com o 
medidor indicando 16% de umidade. Efetuando-se a correção com o auxilio da figura 
3, obter-se-á a umidade real de 18% (slide seguinte). 
 
Resta mencionar que a presença de preservativos ou adesivos conduzem a leituras de 
umidade alteradas. Por exemplo, a umidade dos compensados avaliada com 
medidores é maior que as obtidas em estufa a 103º C. 
Determinação da umidade 
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Fig. 3 – Curvas de correção em função da temperatura, para 
determinadores de umidade do tipo resistência, fabricados pela 
Keet Eletric Laboratory. 
Determinação da umidade 
FÍSICA DA MADEIRA 40 
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Outros métodos disponíveis para a determinação do teor de umidade na madeira: 
 
Método higrométrico 
Consiste em introduzir um higrômetro em um orifício aberto na madeira, o qual é em 
seguida selado. Ocorrerá o equilíbrio entre a umidade da madeira e a do ar contido no 
orifício, que será correspondente à UE da madeira. 
 
Método da radiação nuclear 
O método utiliza um gerador de nêutrons de alta velocidade, os quais são dirigidos 
para a madeira. Parte dos nêutrons tem a sua velocidade diminuída pelos hidrogênios 
das moléculas de água, e a sua contagem é feita por um detector. A densidade é 
calculada de forma semelhante usando, porém, um detector de raios gama. A 
radiação refletida através do material, é inversamente proporcional a sua densidade. 
Os dados dos dois detectores combinados fornecem o teor de umidade da madeira. 
Pressão do vapor d’água 
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Inicialmente, deve-se considerar que a água ocorre na natureza em três estados ou 
fases, dependendo das condições de temperatura e pressão. No estudo da secagem 
da madeira, é importante que se conheça com mais detalhes determinadas 
propriedades da água nas formas liquida e de vapor. 
 
Com o auxílio de um recipiente fechado, parcialmente cheio de água e dotado de 
dispositivo para medir a pressão de vapor em seu interior, poder-se-ia entender e 
observar como, a uma temperatura constante, a pressão se elevaà medida que a água 
evapora até atingir um valor de equilíbrio. 
 
Esse valor de equilíbrio corresponde à pressão de saturação de vapor d'água àquela 
temperatura. Nessas condições, o ar está com a sua umidade absoluta de saturação 
não tendo capacidade para conter mais umidade, e a água que evaporasse seria 
condensada nas paredes do recipiente mantendo-se o equilíbrio. 
Pressão do vapor d’água 
FÍSICA DA MADEIRA 42 
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Entretanto, se a temperatura for aumentada, a pressão de vapor eleva-se até atingir 
novo equilíbrio. Utilizando-se outras temperaturas, portanto, com um número 
suficiente de pontos, a curva que corresponde à umidade relativa (UR) = 1 poderia ser 
reconstituída, a partir da qual as curvas correspondentes a outras UR poderiam ser 
obtidas. A Fig. 4 ilustra o relacionamento discutido. 
Fig. 4 – Relação entre a 
temperatura, a pressão e a 
umidade relativa (UR) 
Pressão do vapor d’água 
FÍSICA DA MADEIRA 43 
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Das considerações anteriores, pode-se concluir que a cada temperatura corresponde 
uma pressão de saturação de vapor d'água e uma umidade absoluta de saturação, as 
quais são apresentadas na Tabela 1. 
 
A umidade absoluta pode ser definida como a massa de vapor d'água por umidade de 
volume, (Siau 1971), expressa em g/m3, ou como a massa de vapor d'água por 
unidade de massa do ar seco (Perry & Chilton 1973), expressa em g/g ou g/kg. 
 
A elevação da temperatura em um ambiente com certa massa de vapor d'água, isto é, 
com determinada umidade relativa, é uma das maneiras de aumentar a capacidade do 
ar em retirar umidade da madeira durante a sua secagem. 
 
Pressão do vapor d’água 
FÍSICA DA MADEIRA 44 
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Para exemplificar, considere-se um ambiente com uma temperatura de 20º C e uma 
umidade relativa de 70%, que corresponde a uma umidade absoluta de 10,33 g de 
vapor d'água por kg de ar seco. 
 
Nessas condições, 1 kg de ar seco pode conter um máximo de 14,75 g de vapor 
d'água, que é a sua umidade absoluta de saturação, e poderia receber no máximo 
mais 14,75 - 10,33 =4,42 g de vapor d'água. Elevando-se a temperatura para 40º C, a 
umidade absoluta de saturação passaria a ser 49,11 g/kg, e o ar teria então condições 
de receber até 49,11 - 10,33 = 38,78 g de vapor d'água por kg de ar seco. 
 
Quando se considera ainda que uma mesma umidade relativa pode ser obtida a 
diferentes temperaturas, como se discutirá adiante, conclui-se que o estudo da 
umidade do ar é de grande importância para a secagem racional da madeira. 
Pressão do vapor d’água 
FÍSICA DA MADEIRA 45 
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Temperatura 0 C Pressão de saturação de vapor d’água, Ps (cm de 
mercúrio) 
Umidade absoluta de saturação 
g/m3 (g/kg) 
00 0,46 4,85 3,79 
05 0,65 6,80 5,42 
10 0,92 9,41 7,66 
12 1,05 10,70 8,76 
14 1,20 12,10 9,62 
16 1,36 13,60 11,41 
18 1,55 15,40 12,99 
20 1,75 17,30 14,75 
22 1,98 19,40 16,74 
24 2,24 21,80 18,96 
26 2,52 24,40 21,45 
30 3,18 30,40 27,31 
35 4,22 39,60 36,76 
40 5,53 51,10 49,11 
50 9,25 83,20 86,78 
60 14,94 131,00 153,40 
70 23,37 198,00 278,00 
80 35,51 294,00 551,90 
90 52,58 424,00 1.416,00 
Tabela 1 – pressão de saturação de vapor d’água e umidade absoluta de saturação a 
diferentes temperaturas (para pressão barométrica de 76,0 cm Hg) 
Pressão do vapor d’água 
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A quantidade de vapor d'água existente no ar pode ser avaliada em termos de 
umidade absoluta, já definida anteriormente; porém, uma umidade absoluta de 16,0 
g/m3 (ou 13,6 g/kg) pode representar altas umidades a 200C, mas significa um 
ambiente ressecado a 40°C, uma vez que os valores de saturação variam com a 
temperatura. Por isso, a umidade do ar é normalmente expressa em termos de 
umidade relativa (UR), que é definida como a relação percentual entre a pressão 
parcial de vapor d'água (p) e a sua pressão de saturação (Ps) à mesma temperatura. 
 
UR = (P/Ps). 100 
 
Aproximadamente, a umidade relativa pode ser estimada pela relação entre a 
umidade absoluta (Ua) e a umidade absoluta de saturação (Uas) à mesma 
temperatura. 
 
UR ≈ (Ua/Uas).100 
 
Pressão do vapor d’água 
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Exemplificando, 
a 24º C tem-se a Pressão de saturação Ps=2,24 cm Hg e 
Umidade absoluta de saturação Uas=21,8 g/m3 ou 18,96 g/kg. 
 
Sendo a pressão parcial de vapor d'água P=1,36 cm Hg e 
Ua=13,6 g/m3 ou 11,41 g/kg, isso resulta numa umidade relativa de: 
 
UR = (P/Ps).100 = (1,36/2,24).100 = 60,7% ou 
 
UR ≈ (Ua/Uas).100 ≈ (13,6/21,8).100 ≈ (11,41/18,96).100 ≈ 61% 
Pressão do vapor d’água 
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A umidade relativa ambiental é normalmente inferior a 1, indicando que a pressão 
existente de vapor, ou pressão parcial, é menor que a pressão de saturação (Ps). 
 
Quando a temperatura de um ambiente ou de um objeto é abaixada, chega-se a um 
ponto em que ocorre a condensação de vapor d'água na superfície do objeto. Esse 
ponto é denominado temperatura do ponto de orvalho. 
 
Do ponto de vista físico, com a diminuição da temperatura há o abaixamento da 
pressão de saturação de vapor (Ps) até o valor em que ela se torna igual à pressão 
parcial de vapor (p) à temperatura inicial e, portanto, p = Ps Em outras palavras, pode-
se dizer que a pressão de saturação à temperatura do ponto de orvalho corresponde à 
pressão parcial de vapor à temperatura inicial. Nessas condições, tem-se 
 
P/Ps = 1 
Pressão do vapor d’água 
FÍSICA DA MADEIRA 49 
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passando a água do estado gasoso para o líquido. Esse fenômeno permite a medição 
da umidade relativa do ar, com o auxílio da Tabela 1, conforme o seguinte exemplo: 
 
sendo a temperatura ambiente 240C e 
o ponto de orvalho 18oC, qual a umidade relativa? 
 
A pressão de saturação a 240C = 2,24 cm Hg e 
a pressão de saturação a 180C = 1,55 cm Hg. 
 
Este último valor corresponde à pressão parcial de vapor a 240C e, portanto, 
 
UR = (Ua/Uas).100 = 1,55/2,24 = 69% 
 
Relações entre a umidade do ar 
e a madeira 
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A madeira, na dependência da umidade relativa, da temperatura do ambiente e do 
seu próprio teor de umidade, pode retirar ou ceder água ao meio. Essas relações, 
assim como outras que têm importância para a secagem da madeira, são discutidas a 
seguir. 
 
A higroscopicidade da madeira é basicamente ocasionada pelos grupos hidroxílicos 
(OH) que nela ocorrem. Eles atraem e retêm moléculas de água através de pontes de 
hidrogênio. 
 
Relações entre a umidade do ar 
e a madeira 
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Inicialmente, deve-se considerar que os grupos (OH) são polares, isto é, a sua carga 
elétrica não é uniforme em toda sua estrutura. Existe uma carga negativa ao lado do 
átomo de oxigênio e uma carga positiva ao lado do átomo de hidrogênio, conforme é 
ilustrado na Fig. 6. 
 
Os compostos polares formam ligações químicas por meio de atração eletrostática 
entre os átomos. Apesar dessas ligações ou pontes de hidrogênio não serem fortes 
como as ligações químicas primárias, elas são bastante importantes na madeira. 
 
As moléculas de água são também polares, com cargas residuais positivas ao ladodo 
hidrogênio e negativas ao lado do átomo de oxigênio, conforme é ilustrado na Fig. 6. 
Relações entre a umidade do ar 
e a madeira 
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Fig. 6 – Representação esquemática da hidroxila e da molécula de 
água mostrando a polaridade. 
Relações entre a umidade do ar 
e a madeira 
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Das considerações anteriores, pode-se prever o mecanismo responsável pela 
cristalinidade observada em certas regiões das microfibrilas e o mecanismo da 
adsorção das moléculas de água pela madeira. 
 
A Fig. 7 ilustra as pontes de hidrogênio que ocorrem nas regiões cristalinas das 
microfibrilas, onde as cargas residuais das hidroxilas nas moléculas de celulose são 
mutuamente satisfeitas, o que torna aqueles grupos OH inacessíveis às moléculas de 
água nas condições naturais da madeira. 
 
Entretanto, nas regiões amorfas, as moléculas de celulose dispõem de hidroxilas 
livres para ligarem-se com moléculas de água através das pontes de hidrogênio. 
 
De acordo com Stamm (1964), acredita-se que a água penetre livremente nas regiões 
amorfas da celulose, onde é adsorvida pelos grupos hidroxílicos disponíveis. Na 
região cristalina, a água é adsorvida somente na superfície, devido à impossibilidade 
de penetração nos cristais formados pelas moléculas de celulose. 
Relações entre a umidade do ar 
e a madeira 
FÍSICA DA MADEIRA 54 
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Fig. 7 – Representação esquemática das pontes de hidrogênio entre 
as moléculas de celulose da região cristalina das microfibrilas. 
Umidade de equilíbrio com o 
ambiente (UE) 
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A umidade da madeira tende a atingir um teor onde ocorre o equilíbrio dinâmico com 
a umidade relativa da atmosfera. 
 
As curvas da Fig. 8 mostram como a umidade de equilíbrio da madeira é afetada pela 
umidade relativa do ambiente e pela temperatura. Entretanto, além desses fatores, a 
UE é variável com a história da exposição, espécie e extrativos; varia entre alburno e 
cerne de uma mesma espécie e com tensões mecânicas. 
Umidade de equilíbrio com o 
ambiente (UE) 
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Fig. 8 – Isotermas higroscópicas mostrando a relação entre a umidade 
relativa, a umidade de equilíbrio da madeira e a temperatura. 
Efeito da temperatura 
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A temperatura diminui a UE da madeira para uma considerada umidade relativa, 
conforme pode ser verificado na Fig. 8. Este seria um efeito imediato. 
 
Assim, a umidade de saturação do ar, obtida por extrapolação da isoterma de adsorção 
para 100% de UR, decresce inversamente à temperatura. Esses são, entretanto, efeitos 
temporários ou reversíveis. De acordo com Kollmann & Côtê (1968), ainda não existe 
uma explicação satisfatória para o fenômeno. Entretanto, Skaar (1972) relaciona o fato à 
termodinâmica da adsorção. 
 
Um efeito permanente de redução da umidade de equilíbrio pode ser obtido pelo 
aquecimento da madeira a altas temperaturas, em condições que irão causar uma 
pequena perda da água de constituição. 
 
Kollmann et al. (1975) explicam que as hemiceluloses, que são os componentes mais 
higroscópicos da madeira, são também as mais sujeitas à degradação térmica, 
transformando-se em furfural e outros açúcares. Esses açúcares tendem a reagir entre si 
formando polímeros insolúveis em água, reduzindo, dessa forma, a higroscopicidade da 
madeira. 
Efeito da temperatura 
FÍSICA DA MADEIRA 58 
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Deve-se ainda considerar que a madeira, seca em secadores, tem uma UE menor do que 
aquelas secas ao ar, sendo que a UE tende a decrescer à medida que a temperatura 
usada na secagem aumenta. 
 
Skaar (1972) menciona exemplo de Salomon, em que a madeira seca ao ar a 22,20C e 
60% de UR revelou uma UE de 9,65%, ao passo que para amostras secas a 750C - 850C a 
UE foi de 9,11 %, e para temperatura de termômetro seco equivalente a 1080C registrou-
se 8,39%. 
 
Embora o efeito da temperatura possa causar uma redução permanente na UE e, 
conseqüentemente, reduzir as retrações e as expansões da madeira, também podem 
ocorrer efeitos indesejáveis em algumas das suas propriedades físico-mecânicas, 
especialmente na resistência à abrasão. 
 
Efeito da história da exposição 
FÍSICA DA MADEIRA 59 
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As isotermas da Fig. 9 ilustram como a maneira pela qual ocorreu a exposição influi na 
UE alcançada pela madeira exposta a diversas umidades relativas. 
 
Inicialmente, a madeira verde foi submetida à secagem pela exposição a umidades 
relativas decrescentes até obter-se uma UE correspondente a 0%. 
 
Obtém-se, assim, uma curva de dessorção inicial. A colocação da amostra sob as 
mesmas condições anteriores, porém na ordem crescente da UR, dá origem a valores de 
UE que geram a curva de adsorção, situada mais inferiormente. 
 
Finalmente, a curva da segunda dessorção, obtida por meio de UR iguais às anteriores 
na ordem decrescente, situa-se em posição intermediária. 
 
Efeito da história da exposição 
FÍSICA DA MADEIRA 60 
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Fig. 9- Isotermas higroscópicas para madeira de mogno, mostrando a ocorrência 
da histerese (adaptado de Spalt 1958; e Wangaard & Granados 1967). 
Efeito da história da exposição 
FÍSICA DA MADEIRA 61 
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As curvas correspondentes à adsorção e segunda dessorção são reproduzíveis, isto é, 
um novo ciclo adsorção/dessorção daria resultados semelhantes aos obtidos 
anteriormente. Entretanto, a curva correspondente à primeira secagem não seria 
reproduzível. Kollmann & Côtê (1968), baseados em Stam & Harris, discutem o 
fenômeno. 
 
A diferença entre as UE, para uma mesma UR, é denominada histerese. Verifica-se, 
portanto, que a DE depende do sentido por meio do qual ela foi alcançada. A mais 
provável causa desse fenômeno seria o rearranjamento das moléculas de celulose e 
lignina durante a secagem inicial, quando as hidroxilas seriam deslocadas para uma 
menor distância entre si, estabelecendo pontes de hidrogênio e deixariam, portanto, de 
estar disponíveis para atrair e reter moléculas de água. 
 
 Na adsorção, uma parte dessas hidroxilas continuaria a satisfazer-se mutuamente e, 
conseqüentemente, menor número de locais de adsorção estaria disponível. Apesar de 
essa ser uma explicação antiga, é ainda a mais aceita. 
Efeito da história da exposição 
FÍSICA DA MADEIRA 62 
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Skaar (1972) define o coeficiente de histerese (A/D) como a relação das UE para a 
adsorção e a dessorção a uma umidade relativa considerada. O mesmo autor 
considerava valores de 0,8 a 0,9 como representativos do fenômeno para as madeiras 
em geral. 
 
O número de etapas através do qual a UE foi alcançada é outro exemplo de como a 
maneira pela qual se deu a exposição pode influir nos valores de umidade obtidos. A UE 
tende a decrescer com o aumento do número de etapas, conforme ilustra a Fig. 10. 
 
A UE segundo uma adsorção é maior quando uma amostra seca é exposta diretamente 
a uma UR de 88% do que uma exposição ã mesma UR através de uma série de etapas 
intermediárias de adsorção. 
Efeito da história da exposição 
FÍSICA DA MADEIRA 63 
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Fig. 10 – Relação entre a umidade de equilíbrio e o número de 
etapas utilizadas para alcançá-la, em um processo de adsorção 
de 0% a 88% de umidade relativa (adaptado de Skaar 1972) 
Efeito da espécie da madeira e 
extrativos 
FÍSICA DA MADEIRA 64 
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As isotermas variam de espécie para espécie. Essas diferenças são atribuídas às 
diferentes proporções em que os constituintes (celulose, hemicelulose e lignina, 
dentre outros) entram para formar a madeira das diferentes espécies e as possíveis 
interrelações entre eles nas paredes celulares. 
 
A Fig. 11, representando isotermas de adsorção para diversos componentes da 
madeira, permite entender as razões do efeito em discussão. 
Efeito da espécie da madeira e 
extrativos 
FÍSICA DA MADEIRA 65 
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Fig. 11 – Isoterma higroscópica de adsorção para madeira de Eucalyptus 
regnans e seus componentes (dados de Christhensen e Kelsey, 
apresentados por Stamm 1964) 
Efeito da espécie da madeira e 
extrativos 
FÍSICA DA MADEIRA 66 
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Christhensen & Kelsey, citados por Skaar (1972), trabalhando com E. regnans, 
estimaram que a celulose contribui com 47%, as hemiceluloses com 27% e a lignina 
com 16% da capacidade total adsortiva de água pela madeira. 
 
Entretanto, Skaar (1972) salienta que a curva correspondente à capacidade adsortiva 
da madeira pode não corresponder necessariamente à somatória dos seus 
constituintes, devido aos efeitos provenientes das técnicas usadas na separação e 
extração dos compostos e também devido às possíveis interrelações entre os 
constituintes. 
Efeito da espécie da madeira e 
extrativos 
FÍSICA DA MADEIRA 67 
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A presença de extrativos na madeira também contribui para reduzir a sua 
higroscopicidade. J ankowsky & Galvão (1979) discutem a influência dos extrativos das 
madeiras de mogno, pinho-do-paraná e Eucalyptus citriodora em função de variações 
na temperatura e na umidade relativa. 
 
Embora seja bastante difundido o conceito de que espécies ricas em extrativos 
possuem baixa higroscopicidade, Wangaard & Granados (1967) já haviam mostrado 
que, para umidades relativas baixas e intermediárias, esse conceito não é válido, o que 
foi comprovado por Jankowsky (1979). 
Efeito Barkas 
FÍSICA DA MADEIRA 68 
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Barkas, citado por Skaar (1972), mostrou que a plasticidade da madeira influi na sua 
UE. 
 
A teoria prevê um abaixamento da UE em relação às condições normais quando a 
madeira é submetida à compressão (por exemplo, impedida, com anéis de aço, de 
expandir-se durante a adsorção de água). 
 
O fenômeno ocorre em sentido contrário quando a madeira é submetida à tração, isto 
é, a UE aumenta. 
Umidade de saturação do ar 
FÍSICA DA MADEIRA 69 
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A umidade de saturação ao ar (USA) corresponde à umidade da madeira em que toda a 
água de capilaridade se evaporou, tendo permanecido apenas a água de adesão ou 
higroscópica saturando as paredes celulares. 
 
O ponto de saturação ao ar é caracterizado por ser um ponto de referência, a partir do 
qual alterações bruscas ocorrem nas características da madeira. Dessa forma, a maioria 
das resistências mecânicas aumenta com a evaporação da água higroscópica. 
 
O inchamento e a retração somente ocorrem abaixo da USA, havendo estabilidade 
dimensional acima desse ponto. Baseado nesse comportamento da madeira, a USA 
pode ser determinada indiretamente, como é ilustrado nas Fig. 12 e 13. 
 
A USA pode ser também determinada por extrapolação das isotermas higroscópicas de 
adsorção para a UR de 100%. 
Umidade de saturação do ar 
FÍSICA DA MADEIRA 70 
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Fig. 12 – Característica da relação entre a condutividade elétrica 
e a umidade da madeira. O ponto de tangência entre a curva e a 
parte linear da relação corresponde à USA. 
Umidade de saturação do ar 
FÍSICA DA MADEIRA 71 
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Fig. 13 – Retração volumétrica (Rv) da madeira de Pinus oocarpa 
em função de sua umidade (U), possibilitando a determinação 
da USA (adaptado de Aguiar 1980) 
Umidade de saturação do ar 
FÍSICA DA MADEIRA 72 
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De uma maneira geral, a USA está situada entre 25% e 32% de umidade. Stamm 
(1964) apresenta uma tabela onde a USA de Sitka Spruce é calculada por seis 
diferentes métodos, cujos resultados apresentam uma boa concordância entre si. 
Instabilidade dimensional da 
madeira: retração e inchamento 
FÍSICA DA MADEIRA 73 
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É fato conhecido que a madeira se movimenta ou trabalha, isto é, retrai ou incha de 
acordo com a umidade relativa ambiental. 
 
As inúmeras implicações de ordem prática do fenômeno fazem o seu estudo de 
grande importância. Espécies podem ser vetadas em utilizações onde a estabilidade 
dimensional seja fator importante. 
 
Por outro lado, o estudo das características da movimentação da madeira tem 
permitido o aproveitamento de espécies menos estáveis, para obter produtos de alta 
estabilidade como compensados. 
Características da variação 
dimensional da madeira 
FÍSICA DA MADEIRA 74 
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De uma maneira geral, à medida que a madeira perde água ela se retrai, ao passo que 
o inchamento caracteriza a adsorção. Praticamente, toda a movimentação ocorre 
entre a umidade de saturação do ar e 0% de umidade. Isso significa que as variações 
dimensionais correspondem à dessorção ou adsorção da água higroscópica localizada 
nas paredes celulares. 
 
As fig. 14 e 15 mostram as características dessa variação de dimensões quando a 
madeira está perdendo ou ganhando água. O estudo dessas figuras permite verificar 
que a magnitude da variação depende da direção estrutural considerada na madeira. 
Observa-se também que a relação entre a variação dimensional e a umidade pode ser 
considerada linear ate os valores próximos à umidade de saturação ao ar. 
 
Características da variação 
dimensional da madeira 
FÍSICA DA MADEIRA 75 
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Fig. 14 – Característica da retração da madeira (volumétrica e nas direções 
longitudinal, radial e tangencial) em função da umidade. 
Características da variação 
dimensional da madeira 
FÍSICA DA MADEIRA 76 
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Fig. 15 – Característica do inchamento da madeira (volumetrico e nas direções 
longitudinal, radial e tangencial) em função da umidade. 
Determinação da instabilidade 
FÍSICA DA MADEIRA 77 
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A variação dimensional em qualquer das três direções estruturais da madeira é 
calculada como percentagem da variação em relação à dimensão inicial. Assim, a 
retração dimensional é calculada em relação às dimensões verdes e o inchamento com 
base nas dimensões secas, de acordo com as expressões que seguem. 
 
Retração = [(Dimensão verde – Dimensão seca)/Dimensão verde] . 100 
 
Inchamento = [(Dimensão verde – Dimensão seca)/Dimensão seca] . 100 
 
A variação volumétrica pode ser obtida a partir do volume dos corpos de prova secos 
emestufa, secos ao ar e verdes. Entretanto, essa variação pode ser estimada 
diretamente dos valores das variações transversais e longitudinais como demonstrado a 
seguir. 
Determinação da instabilidade 
FÍSICA DA MADEIRA 78 
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Volume verde (Vv) = rtl 
 
Volume seco (V0) = r0t0l0 
 
Retração volumétrica (RV) = [(Vv-V0)/Vv].100 
Determinação da instabilidade 
FÍSICA DA MADEIRA 79 
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FÍSICA DA MADEIRA 80 
FÍSICA DA MADEIRA 81 
Fim da parte 1 . Obrigado.