Predição do comportamento do transporte de umidade no processo de secagem de madeira de diferentes espécies de eucalipto em estufa convectiva convencional

Autores

DOI:

https://doi.org/10.18265/2447-9187a2022id7773

Palavras-chave:

diferenças finitas, estufa convencional, programa de secagem, simulação

Resumo

A madeira, especialmente o eucalipto, desempenha um papel fundamental como matéria-prima para diversos setores industriais, como a construção civil, a indústria moveleira e a produção de papel e celulose. No entanto, seu processo de secagem pode resultar em danos estruturais, como empenamentos e rachaduras, devido à anisotropia do material e aos gradientes de umidade, causando perdas significativas de produto. Para mitigar esses problemas, é importante formular uma metodologia de secagem que considere as características específicas de cada tipo e densidade de madeira. Técnicas de modelagem e simulação computacional surgem como ferramentas valiosas, permitindo a previsão e controle de variáveis críticas do processo, otimizando planos experimentais e reduzindo custos e riscos. Essas tecnologias têm o potencial de aprimorar a secagem da madeira, assegurando eficiência e minimizando perdas de material. O presente estudo teve como objetivo modelar e simular o comportamento da remoção de umidade da madeira de diferentes espécies de eucalipto quando submetidas a programas de secagem típicos da rotina industrial. Para isso, foi utilizado um modelo difusivo composto por um sistema de equações algébrico-diferencias acopladas. A resolução foi obtida por meio da discretização parcial das derivadas espaciais e da integração das derivadas de primeira ordem em relação ao tempo. A validação dos resultados teóricos foi realizada por meio da comparação com dados experimentais disponíveis na literatura. As simulações demostraram uma concordância significativa com os dados experimentais, apresentando um desvio relativo médio de 18,4% e uma correlação linear de 0,987, confirmando a eficiência do modelo na previsão do comportamento da secagem.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Métricas

Carregando Métricas ...

Referências

ARENDS, T.; BARAKAT, A. J.; PEL, L. Moisture transport in pine wood during one-sided heating studied by NMR. Experimental Thermal and Fluid Science, v. 99, p. 259-271, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.08.004.

AVRAMIDIS, S.; HATZIKIRIAKOS, S. G. Convective heat and mass transfer in nonisothermal moisture desorption. Holzforschung, v. 49, n. 2, p. 163-167, 1995. DOI: https://doi.org/10.1515/hfsg.1995.49.2.163.

BATISTA, D. C.; KLITZKE, R. J.; ROCHA, M. P.; BATISTA, T. R. Ensaio de taxa de secagem e escore de defeitos para a predição da qualidade da secagem convencional da madeira de Eucalyptus sp. – Parte 2. Floresta e Ambiente, v. 23 n. 1, p. 135-141, 2016. DOI: https://doi.org/10.1590/2179-8087.046613.

BATISTA, D. C.; KLITZKE, R. J.; SANTOS, C. V. T. Densidade básica e retratibilidade da madeira de clones de três espécies de Eucalyptus. Ciência Florestal, v. 20, n. 4, p. 665-674, 2010. DOI: https://doi.org/10.5902/198050982425.

BRANDÃO, A. F. C.; BIRCHAL, V. S.; COSTA JUNIOR, E. F.; COSTA, A. O. S. Resolução numérica e análise do transporte simultâneo de calor e massa durante o processo de secagem da madeira de Pinus elliottii. Revista Principia – Divulgação Científica e Tecnológica do IFPB, João Pessoa, v. 59, n. 2, p. 371-387, 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2021id4842.

CALONEGO, F. W.; SEVERO, E. T. D.; CONEGLIAN, A.; BARREIROS, R. M. Qualidade da secagem de Eucalyptus grandis mediante vaporização simultânea em toros e em madeira serrada. Silva Lusitana, Lisboa, v. 14, n. 2, p. 169-180, 2006. Disponível em: https://scielo.pt/pdf/slu/v14n2/v14n2a04.pdf. Acesso em: 12 ago. 2022.

EITELBERGER, J.; SVENSSON, S.; HOFSTETTER, K. Theory of transport processes in wood below the fiber saturation point: physical background on the microscale and its macroscopic description. Holzforschung, v. 65, n. 3, p. 337-342, 2011. DOI: https://doi.org/10.1515/hf.2011.041.

ELEOTÉRIO, J. R. Modelagem e simulação do processo de secagem de madeiras serradas de espécies tropicais brasileiras. 2009. 249 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009. Disponível em: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/92895. Acesso em: 14 nov. 2021.

FERNANDES, M. L.; BRAGA, L. A. F.; BRAGA JUNIOR, G. F. Proposta de automação para o controle de temperatura e umidade em uma estufa de secagem de madeira. Revista de Engenharia e Tecnologia, v. 13, n. 1, p. 56-67, 2021. Disponível em: https://revistas.uepg.br/index.php/ret/article/view/17091. Acesso em: 30 maio 2023.

IBÁ – INDÚSTRIA BRASILEIRA DE ÁRVORES. Relatório Anual IBÁ 2022. São Paulo: IBÁ, 2022. Disponível em: https://www.iba.org/datafiles/publicacoes/relatorios/relatorio-anual-iba2022-compactado.pdf. Acesso em: 21 jan. 2023.

KADEM, S.; LACHEMET, A.; YOUNSI, R.; KOCAEFE, D. 3D-Transient modeling of heat and mass transfer during heat treatment of wood. International Communications in Heat and Mass Transfer, v. 38, n. 6, p. 717-722, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2011.03.026.

KLITZKE, R. J.; BATISTA, D. C. Ensaio de taxa de secagem e escore de defeitos para a predição da qualidade de secagem convencional da madeira de Eucalyptus. Scientia Forestalis, v. 38, n. 85, p. 97-105, 2010. Disponível em: https://www.ipef.br/publicacoes/scientia/nr85/cap09.pdf. Acesso em: 16 ago. 2023.

KOCAEFE, D.; YOUNSI, R.; CHAUDRY, B.; KOCAEFE, Y. Modeling of heat and mass transfer during high temperature treatment of aspen. Wood Science and Technology, v. 40, n. 5, p. 371-391, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/s00226-006-0069-6.

KOCAEFE, D.; YOUNSI, R.; PONCSAK, S.; KOCAEFE, Y. Comparison of different models for the high-temperature heat-treatment of wood. International Journal of Thermal Sciences, v. 46, n. 7, p. 707-716, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2006.09.001.

LIEBL, O. A.; LOIOLA, P. L.; ZEN, L. R.; KLITZKE, R. J.; ROCHA, M. P. Influência dos parâmetros dimensionais da pilha na qualidade da madeira de Eucalyptus spp. submetida à secagem ao ar. Floresta e Ambiente, v. 24, e00105514, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/2179-8087.105514.

MARTINOVIĆ, D.; HORMAN, I.; DEMIRDŽIĆ, I. Numerical and experimental analysis of a wood drying process. Wood Science and Technology, v. 35, p. 143-156, 2001. DOI: https://doi.org/10.1007/s002260000083.

MARTINS, V. A.; MARQUES, M. H. B.; GOUVEIA, F. N. Programa de secagem para a madeira de seringueira (Hevea brasiliensis Muell. Arg.). Ciência Florestal, Santa Maria, v. 29, n. 3, p. 1469-1477, 2019. DOI: https://doi.org/10.5902/1980509825221.

MATHWORKS. MATLAB Help Center: ode15i function. [Natick]: Mathworks, 2023. Disponível em: https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/ode15i.html. Acesso em: 16 ago. 2023.

OUMAROU, N.; KOCAEFE, D.; KOCAEFE, Y. 3D-modelling of conjugate heat and mass transfers: effects of storage conditions and species on wood high temperature treatment. International Journal of Heat and Mass Transfer, v. 79, p. 945-953, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.08.086.

PUTRANTO, A.; CHEN, X. D.; XIAO, Z.; WEBLEY, P. A. Modeling of high-temperature treatment of wood using the reaction engineering approach (REA). Bioresource Technology, v. 102, n. 10, p. 6214-6220, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.02.053.

ROZAS, C.; MONTERO, C. Modelo matemático para predecir las propiedades físicas en madera de Eucalyptus nitens para diferentes alturas y edades del árbol. Ciência Florestal, v. 30, n. 4, p. 980-994, 2020. DOI: https://doi.org/10.5902/1980509832493.

SANTOS, G. R. V. Otimização da secagem da madeira de Eucalyptus grandis. 2002. 81 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Madeiras) – Escola Superior de Agricultura Luiz Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2002. DOI: https://doi.org/10.11606/D.11.2002.tde-01082002-163939.

SANTOS, G. R. V.; JANKOVSKY, I. P.; ANDRADE, A. Curva característica de secagem para madeira de Eucalyptus grandis. Scientia Forestalis, n. 63, p. 214-220, 2003. Disponível em: https://www.ipef.br/publicacoes/scientia/nr63/cap18.pdf. Acesso em: 16 ago. 2023.

SILVA, T. B.; SILVA, R. C.; LIMA, N. S. B.; CARVALHO, L. A.; SARAIVA, K. F.; MENDES, J. G. N.; LOIOLA, P. L.; FRANÇA, M. C.; MORAES, C. B.; MARCHESAN, R. Elaboração de programas de secagem para madeiras de Eucalyptus spp. e Corymbia citriodora. In: OLIVEIRA, R. J. (org.). Engenharia Florestal: contribuições, análises e práticas em pesquisa. [S.l.]: Editora Científica Digital, 2022. cap. 8, p. 118-129. DOI: https://dx.doi.org/10.37885/220308101.

SIMO-TAGNE, M.; RÉMOND, R.; ROGAUME, Y.; ZOULALIAN, A.; BONOMA, B. Modeling of coupled heat and mass transfer during drying of tropical woods. International Journal of Thermal Sciences, v. 109, p. 299-308, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.06.012.

SIMPSON, W.; TENWOLDE, A. Physical properties and moisture relations of wood. In: FOREST PRODUCTS LABORATORY. Wood Handbook: wood as an engineering material. Madison: USDA Forest Service, 1999. Disponível em: https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/fplgtr/fplgtr113/fplgtr113.htm. Acesso em: 25 ago. 2023.

SOARES, B. C. D.; LIMA, J. T.; SILVA, J. R. M. Analysing the drying behavior of juvenile and mature Eucalyptus saligna wood in drastic drying test for optimal drying schedule. Maderas, Ciencia y Tecnologia, v. 18, n. 4, p. 543-554, 2016. DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-221X2016005000047.

SUSIN, F. Avaliação de programas de secagem para madeiras de eucalipto elaborados com base em testes prévios a alta temperatura. 2012. 161 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2012. Disponível em: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8726. Acesso em: 12 ago. 2022.

SUSIN, F. Caracterização e secagem da madeira de 12 espécies amazônicas. 2018. 127 f. Tese (Doutorado em Engenharia Florestal) – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufsm.br/handle/1/15284. Acesso em: 30 maio 2023.

TALGATTI, M.; SILVEIRA, A. G.; BALDIN, T.; OLIVEIRA, L. H.; SANTINI, E. J. Gradientes de umidade e suas implicações nas tensões de secagem, quantidade e dimensões de rachaduras na madeira de Eucalyptus tereticornis aos 15 anos. Revista do Instituto Florestal, v. 31, n. 1, p. 65-74, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.24278/2178-5031.201931106.

YOUNSI, R.; KOCAEFE, D.; PONCSAK, S.; KOCAEFE, Y. Computational and experimental analysis of high temperature thermal treatment of wood based on ThermoWood technology. International Communications in Heat and Mass Transfer, v. 37, n. 1, p. 21-28, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.08.008.

ZEN, L. R.; MONTEIRO, T. C.; SCHAEFFER, W.; KAMINSKI, J. M.; KLITZKE, R. J. Secagem ao ar livre da madeira serrada de eucalipto. Journal of Biotechnology and Biodiversity. v. 7, n. 2, p. 291-298, 2019. DOI: https://doi.org/10.20873/jbb.uft.cemaf.v7n2.zen.

ZHAO, J.; FU, Z.; JIA, X.; CAI, Y. Modeling conventional drying of wood: inclusion of a moving evaporation interface. Drying Technology, v. 34, n. 5, p. 530-538, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/07373937.2015.1060999.

Downloads

Publicado

24-02-2025

Como Citar

BRANDÃO, A. F. C.; BIRCHAL, V. S.; COSTA JUNIOR, E. F. da; COSTA, A. O. S. da. Predição do comportamento do transporte de umidade no processo de secagem de madeira de diferentes espécies de eucalipto em estufa convectiva convencional. Revista Principia, [S. l.], v. 62, 2025. DOI: 10.18265/2447-9187a2022id7773. Disponível em: https://periodicos.ifpb.edu.br/index.php/principia/article/view/7773. Acesso em: 16 mar. 2025.

Edição

Seção

Engenharias II - Engenharia Química

Artigos mais lidos pelo mesmo(s) autor(es)