Fis Madeira p2

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CONTRAÇÕES TOTAIS OU PARCIAIS: busca analisar o comportamento da madeira quanto a retirada de água. Como exemplo, pode-se medir a Contração Radial Total a partir da medição de sua dimensão máxima (quando a umidade está igual ou maior do que o PSF) e da dimensão radial em 0% de umidade (a.s.), sendo assim, a contração total é o somatório das contrações totais radiais, axiais e tangenciais em suas dimensões máxima e mínima. 
PORQUE A CONTRAÇÃO RADIAL É SEMPRE MENOR QUE A CONTRAÇÃO TANGENCIAL? 
EFEITO RESTRITIVO DOS RAIOS: como a contração radial se dá no sentindo dos raios, as células do mesmo barram a contração neste sentido.
TEORIA DA INTERAÇÃO ENTRE LI E LT: A contração radial é menor pois ela representa o somatório das contrações de todos LI’s e LT’s do corpo de prova separadamente. Esta contração se dá perpendicular aos anéis sendo que a proporção de LI é maior comparada a de LT (a qual as células possuem mais matéria – parede celular- e assim contraem mais). A contração tangencial se dá no sentido dos anéis, logo depende apenas do LT, pois, por possuir mais massa, o mesmo domina o movimento, forçando o LI acompanhar, logo contrai mais. 
VARIAÇÃO DO ÂNGULO MICROFIBRILAR: O ângulo microfibrilar é maior na parede radial comparado a parede tangencial da célula, fazendo com que as mesmas se disponham mais horizontalmente. Quanto maior este ângulo, menor é a contração transversal das fibras (e é maior a contração axial). 
PRESENÇA DE PONTOAÇÕES: as pontoações representam uma descontinuidade da parede celular e estão presentes apenas na parede radial da célula, permitindo a comunicação do raio com as fibras ou vasos, mantendo um fluxo horizontal de substancias. A parede radial contrai menos devido a presença das pontoações, deixando a mesma com menor massa (matéria), logo, contrai menos. 
TEOR DE LIGNINA: A parede tangencial possui mais lignina comparado a parede radial, porém quando se mede a Contração Radial, pega-se as paredes tangenciais, as quais possuem mais lignina, logo, contrai menos (uma vez que as contrações são opostas ao plano). Já na contração tangencial mede-se a parede radial, que possui menos lignina, logo, contrai mais. 
Tais fatores conferem a característica de ANISOTROPIA DIMENSIONAL da madeira, ou seja, a mesma se contrai e se expande em função de seus eixos, compondo uma das principais propriedades em termos de uso da madeira, pois dependo da posição de corte de determinado material é possível em quais direções o mesmo irá contrair. Para isso tem-se COEFICIENTE DE ANISOTROPIA, que é a relação entre o percentual da contração tangencial e da contração radial, sendo que, quanto mais próximo de 1, melhor a estabilidade dimensional da madeira, menor será a deformação da mesma. 
Ainda associado a anisotropia dimensional existe o COEFICIENTE DE RETRATIBILIDADE VOLUMÉTRICA (CRV), o qual relaciona a contração volumétrica com a umidade da madeira. Quanto maior o valor de CRV significa que a madeira vai contrair mais para cada percentual de umidade. Existem valores “fixos” para determinadas espécies, como exemplo, a madeira do CEDRO possui um CRV=0,38, ou seja, com a variação da umidade em 1% a madeira irá sofrer umas variação de 0,38% em seu volume. O cedro possui uma madeira mais estável pois sua estrutura anatômica é mais bem comportada além de sua densidade ser maior (por apresentar mais matéria-parede celular)
Esta variação só ocorre até uma umidade em PSF, pois como o CRV relaciona o volume, acima do PSF não ocorre alteração volumétrica do material.
Quanto maior a variação volumétrica em relação a variação de umidade, menos estável é o material.
MEDIÇÃO DAS CONTRAÇÕES
VOLUMÉTRICA: é necessário determinar os volumes iniciais e finais do corpo de prova. Para isso retira-se o corpo de prova da madeira e o satura com água até atingir uma umidade maior ou igual ao PSF, com o auxílio de um paquímetro mede-se as dimensões do CP de modo a se obter o volume inicial, ou seja, o somatório das contrações radial, axial e tangencial iniciais. Após a determinação do volume inicial, o corpo de prova passa por uma secagem lenta para não haver deformação na fibra(evitando que o mesmo sofra colapso ao ser saturado e ir direto para a estufa, pois a madeira resulta numa contração muito maior do que a parede celular suporta). Esta secagem pode ser feita naturalmente (no ambiente) ou na estufa, porém é necessário regular a temperatura e ir aumentando gradativamente até o CP atingir o PSF, onde não há mais riscos de ocorrer o colapso, uma vez que a água livre já foi retirada. Após este processo mede-se as contrações para a obtenção do volume final da madeira.
COMO MINIMIZA AS CONTRAÇOES DA MADEIRA:
Método direto: β máximo (ΔL=L0 * βmáx * ΔU/PSF) – trabalhando os componentes da equação é possível minimizar as contrações. Fazer o produto com maior número de tábuas com menores dimensões, isso já minimiza a contração comparado a uma única tábua com mesma dimensão, pois se diminui o valor de L0. 
Método Indireto: ΔL – diminui-se o valor de βmáx – no momento de confeccionar o produto dar preferência às tábuas radiais, pois a Crd<Ctg. 
- Caso queira utilizar tábuas tangenciais, é aconselhável alterna-las com tábuas radiais. Ou então se coloca as tábuas tangenciais com faces opostas, pois visualmente a contração será mais suave. 
- Para se diminuir o βmáx, pode-se utilizar espécies diferentes para um mesmo produto, espécies com contrações menores.
- Ou então se pode trabalhar com o ΔU para minimizar as contrações, de maneira a diminuir o ΔU a um valor próximo de zero. Este método é o que mais gera efeito de redução da contração. Deve-se secar a madeira com a umidade que se vai usar a mesma, ou seja, para instalar um piso o melhor é comprar a madeira e deixar seca-la no ambiente em que será instalada, até atingir uma umidade estável. 
- Ou então comprar uma madeira seca em estufa com as UEM do local em que ela será instalada (mais caro e não se tem a garantia de que a madeira foi de fato seca corretamente). Deve-se atentar na hora da instalação, deixando o piso de concreto seca completamente para a madeira não absorver umidade, para isso é recomendado impermeabilizar o contra piso. 
 
-Como visualizar o contato entre duas madeiras após a secagem? (Desenho das quinas de um quadro)
COMO REDUZIR A HIGROSCOPICIDADE DO MATERIAL? 
ACETILAÇÃO: reagir a madeira com algum componente que substitui o COH da molécula de celulose formando um outro composto mais resistente que a água, não deixando a mesma se ligar na molécula de celulose, reduzindo assim a quantidade de sítios higroscópicos. Reagente utilizado: anidrido acético, que forma um éter (COC) que é mais resistente que a água. Este processo não afeta a estrutura química da parede celular, não diminui a resistência mecânica.
ENCHIMENTO DAS FIBRAS: introduzir uma substancia na parede celular que vai encher os espaços vazios de modo que toda água que entra e sai não altera o volume, pois a parede celular fica saturada com a substancia mantendo a madeira em expansão máxima independente da entrada ou saída de água. As substancias utilizadas são hidrofóbicas: fenol formaldeído e polietilenogicol.
TRATAMENTO TÉRMICO (TERMORETIFICAÇÃO): quebra-se os grupos OH da parede celular através de uma secagem drástica. Ou seja, retira-se mais água do que o necessário aproximando os grupos COH, criando uma atração mais forte entre os mesmos do que a água é capaz para se ligar entre estes grupos. 
HISTERESES: Diferença energética entre a secagem e a umidificação da madeira. Energia necessária para retirar a água das moléculas é menor do que para colocar, por isso dificulta a atração de água para estes grupos, de modo que a madeira reduza sua afinidade pela água, pois diminui-se os sítios que a água tem acesso. Utiliza-se o fenômeno de histereses (alta temperatura em um curto tempo) para diminuir a higroscopicidade do material deixando a madeira mais estável. 
Gráfico Histereses
Secagem em diferentes eixos 
MADEIRA PLÁSTICO: utiliza-sedois compostos sólidos, a madeira e o plástico, os dois são fundidos em alta temperatura e pressão em que o plástico vai envolver as partículas da madeira. Após, os compostos são solidificados novamente criando uma proteção ao acesso de água nas partículas da madeira. São vários pedaços de madeira envolvidos por plástico que são pressionados formando um tipo de chapa (painel).
“ENVERNIZAMENTO”: o verniz é um material que forma uma película estável que obstrui os poros da madeira, porém não impede a saída de água, fazendo com que essa película se solte do material (desplaque). Por isso utiliza-se um produto semelhante ao verniz (SATIN), porém que não forma uma película, logo há o controle de entrada e saída de água, além da vida útil do STAIN ser maior do que a do verniz. 
PROPRIEDADES ELÉTRICAS DA MADEIRA: a madeira pode conduzir energia elétrica, porém esta característica está relacionada com a umidade. Quanto menor a umidade mais a madeira funciona como isolante. A madeira se torna mais isolante a medida que sua umidade diminui a partir do PSF. A resistividade da água e da madeira no PSF é praticamente a mesma, isso indica que a condução de energia no PSF é feita pela água e não pela madeira. Por isso seca-se a madeira para aumentar sua resistividade. No PSF (25ºC) a resistividade (r)= 10^4 a 10^5 Ωcm, em 0% de umidade a 25ºC a r= 10^11 a 10^18 Ωcm e a resistividade da água na mesma temperatura é de 10^5 a 10^6 Ωcm. 
r=R*A/d, onde r=resistividade (Ωcm); d=distancia (cm); R=resistência do material (Ω)
Como a umidade interfere na resistividade da madeira, tem as relações entre umidade e resistividade: 
U>PSF: a relação encontrada acima do PSF é baixa, havendo apenas uma pequena variação da resistividade em função do aumento da umidade, isso indica que quem atua na condutividade neste ponto é a água, que se encontra livre. 
6-8%<U<PSF: existe uma relação linear entre o log da resistividade e o log da Umidade. 
U<6-8%: existe uma relação linear entre o log da resistividade e valores de umidade. 
Medidores elétricos de umidade: associa as alterações da umidade em relação a resistividade do material. É um método prático, simples, rápido e direto para determinação de umidade. Porém quando a U>PSF a estimativa do valor de umidade pode não ser preciso, o mesmo ocorre quando a U< 6-8%. A melhor resposta estará na 6-8%<U<PSF, devido a relação linear. Existem os medidores resistivos, ou seja, leva em consideração a resistência elétrica, determinando a umidade entre dois pontos específicos da madeira (onde são colocados os eletrodos), quanto maior a umidade maior será o tempo para a corrente elétrica percorrer a distância entre os eletrodos, logo, mais condutor é o material. Também se tem os medidores capacitativos, em que o aparelho emite uma onda magnética que atravessa o material. O valor de umidade do material interfere no campo magnético. Não é uma medição pontual, pois os eletrodos são apenas apoiados no material, eles emitem uma onda magnética que tende se alinhar com os elétrons do material, logo, se pega o efeito da amostra como um todo. A resposta da madeira a esta polarização depende da umidade, quanto maior a facilidade de polarização, maior a umidade. A temperatura e densidade do material interferem em qualquer medição elétrica de umidade. É preciso saber em que grupo de densidade a madeira se encontra, quanto mais denso o material mais matéria o menos possui e consequentemente menor ar, logo, conduzirá mais energia. O aumento de temperatura auxilia (aumenta) na condução elétrica.
A carga elétrica da madeira não é transportada por elétrons e sim por íons, principalmente os grupos OH que estão ligados à água. 
Temos que: Kɛ = C * µ * ԁ * F, onde: 
Kɛ=condutividade (cm*coulombs/v*s); 
C=concentração iônica (Eq*g/cm³) - não há variação, logo, não influencia muito na condutividade. 
µ=mobilidade iônica(cm/s ou v/cm) – pouco modificado
F=constante Faraday (96940 coulombs) – não há variação, logo, não influencia muito na condutividade. 
ԁ=grau de dissociação (adimensional) – parâmetro mais importante, pois ocorre um afastamento dos íons, facilitando a condução elétrica. O essencial da condução elétrica são os grupos OH. Quanto mais dissolvido está o íon menos isolante é o material. A atração entre os grupos OH é muito forte impedindo a passagem de eletricidade, quando adicionado uma molécula de água entre os grupos OH a mesma altera o poder de dissociação tornando as ligações inter iônicas mais fracas (H+<---> O-), logo, a corrente elétrica consegue passar com mais facilidade e consequentemente tem-se um material menos isolante. 
PROPRIEDADES ACÚSTICAS DA MADEIRA:
É necessário o conhecimento sobre as propriedades acústicas da madeira para confecção de produtos como instrumentos musicais ou então para a utilização na construção civil (acústica em ambientes). Desta maneira pode-se melhorar a qualidade sonora de produtos e ambientes ou então isolar o som. Detalhes mínimos são capazes de alterar as propriedades acústicas da madeira, como por exemplo, a angulação na qual os pedaços de madeira são instalados em um violino. Fatores como resistência, estabilidade dimensional e umidade afetam a qualidade sonora de um instrumento. Na construção civil a madeira pode ser utilizada para melhorar a qualidade acústica interna (teatros, casas de show, etc.). Ainda pode-se utilizar o conhecimento das propriedades acústicas para a medição da resistência de um material já instalado, através da associação com diferentes tipos de onda que atravessam o material de modo a estimar sua resistência.
Conceitos:
SOM: oscilações mecânicas no meio mais ou menos elástico. O som é propagado através de ondas transversais e longitudinais. 
FREQUENCIA: a fonte define a frequência do som. A frequência pode ser infra sonora (f<16Hz (20Hz)), a ultrassonora (f>16000Hz(20000Hz))e as sonoras (16(20)Hz<f<16000(20000)Hz). O conhecimento da frequência é importante para caracterizar o material de acordo com o objetivo, de modo a conhecer a possibilidade de isolamento e melhoria na qualidade do som. Não existe uma madeira capaz de responder a todas as frequências, por isso utiliza-se vários tipos de materiais sendo que a qualidade de som depende da fonte que está emitindo.
VELOCIDADE (m/s): V= RAIZ [(9805550*MOE) /δ], onde MOE=modo de elasticidade; δ=densidade (g/cm³). Espera-se que com o aumento da densidade do material se tenha uma velocidade de propagação de som maior, porém é o MOE que reflete diretamente na velocidade de propagação de som dentro do material. Como exemplo temos o aço que possui uma densidade de 7,85 g/cm³ e velocidade de propagação igual a 5000 m/s, ao mesmo tempo temos o vidro com densidade 2,5 g/cm³ e velocidade de propagação ainda maior que a do aço (que possui maior densidade) igual a 5500m/s. Desta maneira percebe-se que mesmo alguns materiais sendo muito mais densos que a madeira apresenta quase a mesma velocidade de propagação do som, reforçando que o MOE afeta diretamente a velocidade. Quanto menor for a velocidade mais isolante é o material. 
A madeira é o conjunto de matéria, água e ar. Logo à medida que seca-se a madeira a mesma aproxima seu valor de velocidade de propagação igual ao do ar, funcionando mais como um isolante. Quando umedece a madeira a velocidade de propagação do som se aproxima ao da água, conferindo ao não isolamento e piora da qualidade de som (ruídos). 
A madeira é capaz de direcionar a propagação do som pelo local que proporciona maior velocidade, ou seja, entre as paredes celulares e não pelo interior das fibras (onde há mais ar e água). 
4. INTENSIDADE: parte física mensurável. Existe um índice de pressão sonora que mede a intensidade de som que atinge o tímpano humano. O nível máximo de intensidade que não trás danos ao ouvido humano é de 85 dB. A madeira quando utilizada de maneira adequada serve como atenuadora da pressão sonora. (1 erg/s*cm² = 10^-7 W/cm² ; 1dB = 10^-6 W/cm²)
5. ISOLAMENTO DO SOM: emitir uma barreira para que o sompossa ser diminuído em sua propagação, melhorando a qualidade acústica em um ambiente ou isolar o som em um ambiente. Um exemplo é o forro acústico que consiste em uma placa perfurada colocada abaixo do teto formando uma câmara oca entre o forro acústico e o teto. Faz-se isso, pois o som penetra nesta câmara perdendo sua potência uma vez que as ondas são distribuídas melhorando a acústica do ambiente e isolando o som de dentro para fora. Neste processo o som é refletido, absorvido e transmitido, dependendo da finalidade da situação selecionam-se materiais e seus formatos a fim de reduzir os sons que são transmitidos, absorvido e transmitidos. Como por exemplo, o uso de caixas de ovos na parede de estúdios musicais, as quais aumentam a absorção de som e diminuem o som refletido (rugosidade e textura do material), melhorando a qualidade acústica do local, pois diminui-se o ruído. 
É possível selecionar um material de acordo com a frequência sonora que se deseja isolar. Cada tipo de material tem um poder de absorção sonora de acordo com a frequência de som. Um exemplo é o gesso que possui um poder de absorção de 0,25 à 125 Hz e um poder de 0,04 em 4000Hz, logo em altas frequências o gesso quase não absorve, refletindo e transmitindo mais o som. 
Para isolar um som é preciso equilibrar a rigidez do material com a ressonância das ondas de som, ou seja, não deixar que as ondas sonoras dominem o material e sim que o material acompanhe o movimento das ondas sonoras. Para isso deve-se aumentar a rigidez da estrutura como um todo (lembrar-se do exemplo da ponte), mas não pode tornar muito rígido, pois o mesmo pode não acompanhar a frequência do som e se romper. 
Deve-se fazer um estudo das frequências de som que a estrutura será submetida e um estudo do material que será utilizado. Se um material é muito rígido o mesmo entra em ressonância com as ondas sonoras e logo se rompe. Para isso cria-se pequenas estruturas que se unem por materiais mais maleáveis permitindo que a estrutura como um todo acompanhe o movimento das ondas sonoras. 
QUESTOES:
1. Sobre um corte transversal indique as diferentes regiões (qualidade da madeira) e associe aos usos com respectivas vantagens e desvantagens.
2. Você está proferindo uma palestra num colégio de 1º grau sobre o USO da madeira. Como enfocaria as vantagens da madeira em relação aos outros materiais.
A madeira pode conduzir energia elétrica, porém esta característica está relacionada com a umidade. Quanto menor a umidade mais a madeira funciona como isolante. 
É necessário o conhecimento sobre as propriedades acústicas da madeira para confecção de produtos como instrumentos musicais ou então para a utilização na construção civil (acústica em ambientes). Desta maneira pode-se melhorar a qualidade sonora de produtos e ambientes ou então isolar o som. Elétrico depende da umidade, temperatura e densidade.
A madeira é um dos melhores isolantes naturais que existe, sua absorção de calor é muito menor que o cimento e o tijolo. Seu poder de isolamento pode ser constatado em sua utilização nos revestimentos internos de caixas de distribuição elétrica, nos cabos de panela, decks de piscinas, entre outros locais que necessitam de material isolante térmico.
A madeira é um mau condutor térmico em conseqüência de sua estrutura celular e de sua constituição por membranas celulósicas. A condutividade térmica para qualquer espécie depende do peso específico e do teor de umidade contido na peça de madeira. Diversas aplicações da madeira estão relacionadas à sua baixa condutividade. Diversas aplicações da madeira estão relacionadas à sua baixa condutividade. Entre elas é possível destacar: a) conforto térmico em habitações e em barcos; b) função isolante protetora: implementos que entrarão em contato com temperaturas adversas, como espetos para churrasco, colher de pau e até mesmo palitos de fósforo. 
No caso das regiões com clima temperado, o uso de madeira como material de construção tem uma implicação ecológica direta na utilização dos recursos naturais renováveis, uma vez que o emprego de um material com maior capacidade isolante pode resultar numa menor demanda por recursos energéticos (lenha, carvão, gás, etc.).
3. Explique o efeito da anisotropia e umidade da madeira na condutibilidade térmica da madeira.
A madeira é mau condutor de calor. Varia segundo a essência, o grau de umidade e também segundo a direção de transmissão do calor: é maior paralelamente que transversalmente às fibras.
 Quanto mais alto o peso específico e a umidade maior será a capacidade da madeira em conduzir calor. Madeiras secas a um teor de umidade constante apresentam melhor desempenho como isolante. 
 A anisotropia da madeira se contrai e se expande em função de seus eixos.
4. Com relação aos diversas utilização da madeira, qual é a umidade final que devemos secá-la? Explique sua resposta.
Até o UEM, que é o ponto ideal determinado a fim de diminuir os processos de contração e expansão, diminuindo os problemas de secagem da madeira, sendo seus valores aproximados a 12% de umidade. Neste ponto é estabelecido o equilíbrio da umidade com as condições climáticas locais (T, UR), logo, este ponto varia de acordo com cada local.
(( Não se pode secar a madeira antes dela atingir o PSF, é preciso deixá-la secar naturalmente, ai quando ela atingir o PSF, colocá-la na estufa. Pq se não for feito isso a água livre sai muito rápido ai pode romper a parede celular da madeira, podendo ocorrer rachaduras.))
5. Como a molécula de água interfere nas ligações inter-iônicas da madeira. Faça um esquema explicativo.
O essencial da condução elétrica são os grupos OH. Quanto mais dissolvido está o íon menos isolante é o material. A atração entre os grupos OH é muito forte impedindo a passagem de eletricidade, quando adicionado uma molécula de água entre os grupos OH a mesma altera o poder de dissociação tornando as ligações inter iônicas mais fracas (H+<--->O-), logo, a corrente elétrica consegue passar com mais facilidade e consequentemente tem-se um material menos isolante. 
6. Pq ao entrar em igrejas antigas observa-se a presença de fendas nos assoalhos? Elas possuem mesmas larguras? Porque? O eu vc faria, de pratico para reduzir esses problemas? 
Não foram colocadas na umidade correta e ocorre variação na umidade durante o ano (UEM). As fendas costumam ter dimensões diferentes porque geralmente são alternadas tabuas radiais e tangenciais aleatoriamente, e as combinações (Rd-Rd, Tg-Tg, Rd-Tg) geram fendas diferentes devido as diferenças nas contrações. 
Para reduzir os problemas com contrações é preciso secar a madeira de maneira correta adequada ao lugar e ao uso, usar madeiras com Bmax menores, preferir tabuas radiais às tangenciais (radiais contraem menos e geram fendas menores), diminuir a largura das tábuas. 
7.TIPOS DE ÁGUA PRESENTES NA MADEIRA
ÁGUA LIVRE: é a água que se encontra nos espaços vazios da célula (lumens, espaços intercelulares, etc.), é a água que não está intimamente ligada a nenhuma estrutura da parede celular, a qual é retida na madeira pelo efeito de capilaridade. Absorção: tomada mecânica de um liquido por um sólido poroso em sua estrutura capilar (tensão capilar)
ÁGUA ADSORVIDA: É a água de adesão, ou seja, aquela aderida quimicamente a parede celular, principalmente nas moléculas de celulose (C2, C3, C6) e hemicelulose. Adsorção: condição em que os gases líquidos ou substancias dissolvidas estão condensados sobre a superfície dos sólidos por atração intermolecular. 
POLIMOLECULAR: quando se tem duas ou mais moléculas de água entre a parede celular e a parede secundária;
MONOMOLECULAR: presença de uma molécula de água ligando as paredes por um sitio higroscópico;
VALENCIA SECUNDÁRIA: não ocorre a presença de água no sítio, mas a junção das paredes foram uma molécula de água, ou seja, é a água de constituição, para ser retirada deve-se quebrar o sítio higroscópico.Mesmo admitindo-se 0% de umidade ainda tem-se um percentual de água que não altera mais ovalor da umidade, compreendendo a água monomolecular e de valência secundária. 
ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO: é a água presente dentro da estrutura da parede celular, para retirar esta água, é necessário quebrar a constituição da parede celular, pois ela não está de forma disponível.