UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CAMPUS DE BOTUCATU CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-ENERGÉTICA DA MADEIRA E PRODUTIVIDADE DE REFLORESTAMENTOS DE CLONES DE HÍBRIDOS DE Eucalyptus grandis x E. urophylla VLADIMIR ELIODORO COSTA Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Doutor em Agronomia (Energia na Agricultura). BOTUCATU-SP Fevereiro – 2006 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CAMPUS DE BOTUCATU CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-ENERGÉTICA DA MADEIRA E PRODUTIVIDADE DE REFLORESTAMENTOS DE CLONES DE HÍBRIDOS DE Eucalyptus grandis x E. urophylla VLADIMIR ELIODORO COSTA Orientador: Prof. Dr. Marcos Antonio de Rezende Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Doutor em Agronomia (Energia na Agricultura). BOTUCATU-SP Fevereiro – 2006 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO – SERVIÇO TÉCNICO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO UNESP - FCA - LAGEADO - BOTUCATU (SP) Costa, Vladimir Eliodoro, 1976- C837c Caracterização físico-energética da madeira e produti- vidade de reflorestamentos de clones de híbridos de Euca- lyptus grandis x E. urophylla / Vladimir Eliodoro Costa. – Botucatu : [s.n.], 2006. xiii, 99 f. : il., gráfs., tabs. Tese (Doutorado) -Universidade Estadual Paulista, Fa- culdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2006 Orientador: Marcos Antonio de Rezende Inclui bibliografia 1. Eucalipto. 2. Madeira - Densidade. 3. Madeira. 4. Pro- dutividade. 5. Raios gama. I. Rezende, Marcos Antonio de. II. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Fi- lho” (Campus de Botucatu). Faculdade de Ciências Agronômi- cas. III. Título. III Ninguém nasce para ser nada mas somos educados para ser tudo Ninguém nasce acreditando mas somos educados para tal João Batista Costa IV Agradecimentos Agradeço ao meu orientador e colega Marcos A. de Rezende pela confiança, credibilidade e amizade demonstrada durante todo o desenvolvimento deste trabalho, e também ao amigo Edson M. Bruder que compartilhou todos os momentos no laboratório, e aos meus primeiros orientados Luciana F. Hokama e Plínio G. de Oliveira que ajudaram na execução deste trabalho. A minha família Márcia, João, Osmarina, Tânia, Marilu, Juliano, Admilson, Rosana, Nilson (in memória), sobrinhos, primos, tios, etc... pelo apoio indulgente. Aos colegas de república, trabalho, pós-graduação e de laboratório: Marcelo, Rodrigo (Flato), Geovana (Bauxita) Paulo Godoy, Jaime, Helen, Anderson (Cabeça), Otávio, Zé Luiz, Mariana, Luciana, Cilene, Roberto, Paulo, Murilo, Fontes, Ivan, Rogério, Adnilson (Macatuba), Aroni, Renan, Felipe, Serena, Pitoco, Mateus, Alexandre, Silvia, etc... que conviveram comigo durante todo ou quase todo desenvolvimento deste trabalho. Aos professores Adriano W. Ballarin e Cláudio A. Sansigolo que me ensinaram muito sobre madeira e também pelas observações e sugestões feita no trabalho. Ao professor Roberto Naves Domingos que me orientou durante e depois do mestrado me ajudando a traçar um caminho a seguir. A empresa Duratex S/A., em especial aos Engenheiros Raul Chaves e Alex P. dos Santos que além de fornecerem a matéria-prima deste trabalho deram importantes sugestões para sua execução. A empresa Veracel Celulose S/A., em especial aos Engenheiros Marcelo Costa e Cláudio Ferreira que também forneceram matéria-prima utilizada no trabalho. A Marilena do C. Santos, Marlene R. de Freitas e Jaqueline de M. Gonçalves que, de maneira muito eficiente, me auxiliou e orientou em todo o processo burocrático da Pós-Graduação. Aos meus colegas professores, aos funcionários e aos alunos (curso de Biotecnologia) da UNESP de Assis onde trabalhei durante os dois primeiros anos de doutorado. Aos meus alunos (curso de Matemática, Física e Química) das Faculdades V Integradas Regionais de Avaré e aos meus alunos (curso de Física Médica, Engenharia Florestal e Biologia) da UNESP de Botucatu onde trabalho atualmente. SUMÁRIO Página LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... VII LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... IX 1 RESUMO ........................................................................................................................... 01 2 SUMMARY ....................................................................................................................... 03 3 INTRODUÇÃO.................................................................................................................. 05 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................................................... 08 4.1 Variações dimensionais da madeira ............................................................................ 08 4.2 Densidades da madeira ................................................................................................ 09 4.3 Variações da densidade da madeira............................................................................. 11 4.4 Métodos de determinação da densidade da madeira ................................................... 13 4.5 Características físicas da madeira................................................................................ 17 4.6 Produtividade e energia da madeira ............................................................................ 19 5 MATERIAL E MÉTODOS................................................................................................ 21 5.1 Determinação das variações dimensionais da madeira de Eucalyptus grandis........... 21 5.1.1 Material................................................................................................................ 21 5.1.2 Determinação da retratibilidade em função da densidade e umidade ................. 22 5.2 Determinação das relações das densidades a 0 %, a 12 %, básica e úmida ................ 25 5.3 Caracterização física da madeira ................................................................................. 27 5.3.1 Material................................................................................................................ 27 5.3.2 Determinação da densidade pontual dos discos pela TARG............................... 28 5.3.3 Cálculo da densidade média dos discos a partir da densidade pontual ............... 33 5.3.4 Determinação da densidade da madeira pelos métodos: direto e imersão .......... 35 5.3.5 Cálculo da densidade média da árvore ................................................................ 36 5.3.6 Determinação da retratibilidade e porosidade da madeira................................... 37 5.4 Determinação da produtividade do reflorestamento de Eucalyptus grandis e híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla......................................................... 38 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................................... 41 VI 6.1 Variações dimensionais da madeira de Eucalyptus grandis........................................ 41 6.2 Equações de transformação da densidade ................................................................... 51 6.3 Variações da densidade pontual e ponderada dos discos de madeira de Eucalyptus grandis e híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla......................................... 54 6.4 Comparação entre métodos de determinação da densidade da madeira...................... 63 6.5 Comportamento das características físicas da madeira de Eucalyptus grandis e híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla......................................................... 69 6.6 Comparação da produtividade da madeira de Eucalyptus grandis e híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla .......................................................................... 85 7 CONCLUSÕES.................................................................................................................. 91 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 93 VII LISTA DE TABELAS Tabela Página 1 Grupos de amostra para apresentação dos resultados da retratibilidade linear e volumétrica ................................................................................................................ 43 2 Valores das constantes Rmax e k obtidos experimentalmente para a equação exponencial R=Rmax exp(-kUbs) da curva da retratibilidade percentual com a umidade na amostra de madeira da espécie Eucalyptus grandis e seu coeficiente de determinação R2 .................................................................................................... 48 3 Valores das constantes Rvmax, e /Rvmax da equação da reta, do tipo (Rv = Rvmax – Ubs) e os coeficientes de correlação R, obtidas experimentalmente pela regressão linear da retratibilidade volumétrica em função da umidade das amostras dos grupos 1, 2, 3, 4 e 5.............................................................................. 49 4 Valores da retratibilidade volumétrica máxima percentual e das densidades determinadas e calculadas das amostras do ensaio da retratibilidade de Eucalyptus grandis ................................................................................................... 53 5 Comparação encontrada entre as vantagens, desvantagens e possíveis fontes de erros na determinação da densidade de discos de madeira pela técnica de atenuação da radiação gama (TARG), método direto (M. Direto) e método de imersão (M. Imersão) ................................................................................................ 63 6 Valores das densidades determinadas úmidas e básicas obtidas pelos métodos Direto, Imersão e Técnica de Atenuação da Radiação Gama (TARG) para os seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......... 65 7 Valores das densidades calculadas pelas equações deste trabalho (Costa) e pelas equações de Rezende (1997) para os tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......................................................................... 67 VIII 8 Médias das densidades a 12 % dos discos na posição relativa da árvore de cada tratamento e a densidade a 12 % média ponderada de cada tratamento: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ....................................... 70 9 Percentual médio de casca ( ) nas árvores e suas densidades básicas com ( bcc) e sem casca ( bsc) para os seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ............................................................................................... 86 10 Incrementos médios anuais de volume, de massa e de energia com e sem casca dos seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla.................................................................................................................... 87 IX LISTA DE FIGURAS Figura Página 1 Localização das amostras de retratibilidade 1 e 2 no disco a 0 % de AC na árvore ......................................................................................................................... 22 2 Fotografia do Sistema de Atenuação da Radiação Gama (TARG) de 241Am ........... 30 3 Esquema de detecção da radiação gama por cintilação sólida por uma válvula fotomultiplicadora com NaI (Tl) com 4 dinodos....................................................... 31 4 Representação das cascas cilíndricas delgadas concêntricas justapostas em uma amostra de conífera em fora de disco ........................................................................ 33 5 Divisão das seções de um tronco de árvore e amostragem dos discos ...................... 36 6 Densidade a 0 % das amostras do ensaio da retratibilidade da madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................................... 42 7 Retratibilidade volumétrica máxima das amostras do ensaio da retratibilidade da madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................ 42 8 Retratibilidade volumétrica máxima nas amostras do ensaio da retratibilidade divididas em cinco grupos ......................................................................................... 43 9 Retratibilidade em função da umidade para o grupo 1 de amostras de madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................................... 44 10 Retratibilidade em função da umidade para o grupo 2 de amostras de madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................................... 45 11 Retratibilidade em função da umidade para o grupo 3 de amostras de madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................................... 45 12 Retratibilidade em função da umidade para o grupo 4 de amostras de madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................................... 46 13 Retratibilidade em função da umidade para o grupo 5 de amostras de madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade................................................................... 46 X 14 Retratibilidade volumétrica em função da umidade até 25 % das amostras dos grupos 1, 2, 3, 4 e 5 com as suas respectivas regressões lineares para amostras de E. grandis............................................................................................................. 49 15 Retratibilidade volumétrica máxima percentual em função da densidade básica para Eucalyptus grandis ............................................................................................ 50 16 Variações das densidades a 12 % pontual e da densidade básica ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore seminal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação S11 ............................................................... 56 17 Variações das densidades a 12 % pontual e da densidade básica ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação C16............................................................... 57 18 Variações das densidades a 12 % pontual e da densidade básica ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação C26............................................................... 58 19 Variações das densidades a 12 % pontual e da densidade básica ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H17...... 59 20 Variações das densidades a 12 % pontual e da densidade básica ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H29...... 60 21 Variações das densidades a 12 % pontual e da densidade básica ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H32...... 61 22 Resultados das densidades úmidas da madeira de seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones XI 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla, obtidas pelo Método Direto e pela Técnica de Atenuação da Radiação Gama......................................................... 66 23 Resultados das densidades básica da madeira de seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla, obtidas pelo Método de Imersão e pela Técnica de Atenuação da Radiação Gama......................................................... 66 24 Resultados das densidades básica e a 12 % calculadas a partir das equações de transformações de densidade proposta neste trabalho e proposta por Rezende (1997) e também da densidade básica obtida pelo método de imersão..................... 68 25 Variação da densidade a 12 % ao longo da direção axial na altura da árvore e a densidade média do tratamento para os seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ............................................................ 70 26 Variações da retratibilidade volumétrica máxima percentual pontual e ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore seminal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação S11................................ 71 27 Variações da retratibilidade volumétrica máxima percentual pontual e ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação C16 ............................................ 72 28 Variações da retratibilidade volumétrica máxima percentual pontual e ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação C26 ............................................ 73 29 Variações da retratibilidade volumétrica máxima percentual pontual e ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H17 ...................................................................................................... 74 XII 30 Variações da retratibilidade volumétrica máxima percentual pontual e ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H29 ...................................................................................................... 75 31 Variações da retratibilidade volumétrica máxima percentual pontual e ponderada em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H32 ...................................................................................................... 76 32 Variações da porosidade percentual pontual e ponderada da madeira seca em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore seminal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação S11 ............................................................... 78 33 Variações da porosidade percentual pontual e ponderada da madeira seca em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação C16............................................................... 79 34 Variações da porosidade percentual pontual e ponderada da madeira seca em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal da espécie Eucalyptus grandis, com número de identificação C26............................................................... 80 35 Variações da porosidade percentual pontual e ponderada da madeira seca em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H17...... 81 36 Variações da porosidade percentual pontual e ponderada da madeira seca em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H29...... 82 XIII 37 Variações da porosidade percentual pontual e ponderada da madeira seca em função da distância radial nos discos localizados na base, DAP, 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % da altura comercial da árvore clonal híbrida das espécies Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com número de identificação H32...... 83 38 Apresentação das densidades a 0 %, a 12 % e básica do lenho para os seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......... 85 39 Produção percentual de casca na massa da árvore dos seis tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ....................................... 86 40 Incrementos médios anuais de volume verde (IMAV) com e sem casca dos tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......... 87 41 Incrementos médios anuais de massa seca (IMAM) com e sem casca dos tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......... 88 42 Incrementos médios anuais de energia (IMAE) com e sem casca dos tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......... 88 43 Densidade básica da madeira com casca em função do incremento médio anual de volume com casca (IMAVcc) dos tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ......................................................................... 89 44 médio anual de massa com casca (IMAMcc) em função do incremento médio anual de volume com casca (IMAVcc) dos tratamentos: S1, seminal de Eucalyptus grandis; C1 e C2, clones 1 e 2 de E. grandis; H1, H2 e H3 clones 1, 2 e 3 de híbrido de E. grandis e E. urophylla ............................................................ 90 1 1 RESUMO A produtividade e qualidade de um reflorestamento agroflorestal são parâmetros de extrema importância no âmbito da produção industrial madeireira. Estes parâmetros vem sendo estudados com o desígnio de produzir madeira de crescimento rápido e alta qualidade. Este trabalho teve como objetivo estudar as características físicas da madeira de reflorestamento da espécie Eucalyptus grandis em seis diferentes tratamentos: um seminal e dois clones de E. grandis; três clones de híbridos de E. grandis e E. urophylla; estudando sua produtividade quando plantados em mesmas condições de cultivo e enfatizando os aspectos metodológicos para a determinação de parâmetros qualitativos e quantitativos da madeira do reflorestamento. Foram estudadas as variações dimensionais em função da umidade em diferentes densidades da madeira por meio da retratibilidade, obtendo relações matemáticas de transformação das diferentes densidades da madeira. Foi aplicada a técnica de atenuação da radiação gama do 241Am para determinação da densidade pontual e média, utilizando apenas quatro discos por árvore e nove árvores por tratamento. Determinou-se também o poder calorífico e a porcentagem de casca e obtiveram-se os incrementos médios anuais de volume, de massa e de energia para cada tratamento. Os clones e o seminal apresentaram menor densidade, menor variação da densidade na direção radial e diferente comportamento da densidade na direção axial do que os híbridos. Os incrementos médios anuais de volume, de massa e de energia foram maiores para os híbridos. Concluiu-se que a produtividade dos clones em comparação ao seminal não foi muito significativa, enquanto que as produtividades 2 dos clones híbridos foram bem superiores do que os outros tratamentos. Foi possível concluir de forma clara que a clonagem de híbridos das espécies E. grandis e E. urophylla pode ser uma alternativa viável para a obtenção de madeira de rápido crescimento, alta densidade e boa produtividade no centro-oeste do Estado de São Paulo. ________________________ Palavras-chave: densidade, madeira, produtividade, eucalyptus, radiação gama 3 PHISICAL-POWER CARACTERIZACION OF WOOD AND PRODUCTIVITY OF REFORESTAION OF CLONES OF HYBRIDS OF (EUCALYPTUS GRANDIS) X (E. UROPHYLLA). Botucatu, 2005. 00p. Tese (Doutorado em Agronomia (Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista. Author: VLADIMIR ELIODORO COSTA Adviser: MARCOS ANTONIO DE REZENDE 2 SUMMARY The productivity and quality of an agroflorestal reforestation are parameters of extreme importance in the scope of the lumber industrial production. These parameters have being studied with the design to produce wood of high growth and fast and quality. This work had as objective to study the physical characteristics of the wood of reforestation of the Eucalyptus grandis species in six different treatments: one seminal and two clones of Eucalyptus grandis; three clones of hybrids of E. grandis and E. urophylla, studying its planted productivity when in same conditions of culture and emphasizing the methodology aspects for the determination of qualitative and quantitative parameters of the wood of the reforestation. The dimensional variations in function of the humidity in different densities of the wood by means of the retratibilidade had been studied, getting mathematical relations of transformation of the different densities of the wood. The gamma-ray attenuation technique of the 241Am was applied it for determination of the prompt and average density, using only four disc for tree and nine trees for treatment. It was also determined the calorific power and the percentage of rind and had gotten the annual average increments of volume, mass and energy for each treatment. Clones and the seminal one had presented minor density, minor variation of the density in the radial direction and different behavior of the density in the axial direction of that the hybrids. The annual average increments of volume, mass and energy had been bigger for the hybrids. It was concluded that the productivity of clones in comparison to the seminal one was not very significant, while that the hybrid productivity of 4 clones had been well superior of that the other treatments. It was possible to conclude of clear form that the clonagem of hybrids of the species E. grandis and E. urophylla can be a viable alternative for the wooden attainment of fast growth, high density and good productivity in the center-west of the State of São Paulo. ________________________ Key-words: density, wood, productivity, eucalyptus, ray-gama. 5 3 INTRODUÇÃO O Brasil possui a maior floresta tropical do planeta, produz madeira, principalmente do gênero Eucalyptus, como nenhum outro país e reúne inúmeras espécies vegetais. Mesmo assim, face ao consumo crescente de madeira, principalmente das espécies de reflorestamento, sua oferta de matéria-prima pode estar comprometida se não houver uma política correta para novos plantios e para a produção sustentável. A silvicultura é um setor muito promissor, devido o aumento da demanda nos últimos anos ser muito maior do que a oferta. Não apenas as grandes empresas de reflorestamento, como também o pequeno produtor, têm saldos positivos com o plantio de florestas. Para o pequeno produtor a silvicultura representa uma poupança verde, porque ao contrário da produção agrícola, não tem data certa para colheita e o que não for vendido, não será perdido. Além disso, as espécies florestais são mais resistentes às oscilações climáticas. Outro aspecto importante na expansão da silvicultura é que, na falta de florestas comercialmente disponíveis, aumenta a devastação de florestas nativas. Não para a produção de papel e celulose ou chapas de fibra, que exige espécies dos gêneros Pinus e Eucalyptus, mas para fabricação de móveis, cogeração de energia e na construção civil, sobre tudo. Atualmente existe uma crescente preocupação com a determinação da qualidade da madeira, que está cada vez mais sendo utilizada na construção civil e na 6 confecção de móveis, principalmente devido a sua facilidade de adaptação climática, boa produtividade e capacidade de se produzir painéis e chapas de fibras. Quando se deseja avaliar a qualidade de uma determinada madeira, deve-se conhecer primeiramente os valores médios de sua massa específica e também as variações desse parâmetro ao longo das direções radial e axial. Assim deve-se considerar também a importância da homogeneidade em termos de massa específica (REZENDE et al., 1998). A determinação correta do valor médio da massa específica da madeira de uma árvore, que há alguns anos atrás se pensava ser relativamente simples, exige cuidados especiais sob o ponto de vista tecnológico principalmente com relação à amostragem (REZENDE, 1997). Além das variações da massa específica em relação a gênero, espécie, idade da árvore, produtividade, manejo florestal e posição pontual na árvore, existe também uma grande variação desse parâmetro com a umidade (VALE et al., 1995). Segundo Jozsa e Middleton (1994 apud Palermo, 2003), a determinação da qualidade da madeira exige o conhecimento das características químicas, físicas e estruturais exigidas para produção de um determinado produto, que por sua vez irá atender a um fim específico. Por exemplo, quando se quer utilizar a madeira para produzir forro de teto e revestimento com painéis, as características visuais são as mais importantes. No entanto, para a produção de assoalhos, coberturas, escadas e esquadrias, além de boa aparência a madeira deve ter boa estabilidade dimensional. Desta forma, propriedades como densidade, retratibilidade, poder calorífico, umidade, Incremento Médio Anual de Volume (IMAV), massa (IMAM), energia (IMAE) e outras servem para avaliar a produção e utilidade final específica da madeira. Entre as propriedades da madeira, a massa específica ou a densidade, que apesar de serem grandezas distintas estão intimamente ligadas, são os índices mais utilizados na determinação da qualidade da madeira, pois correlacionam diretamente o rendimento em massa, a umidade e as propriedades físicas da madeira. Por esta razão este trabalho avaliou a densidade da madeira. 7 Este trabalho teve como objetivo avaliar a produtividade da madeira de reflorestamento com seis diferentes tratamentos, sendo eles: um seminal e dois clones de Eucalyptus grandis e três clones de híbridos de E. grandis e E. urophylla, obtendo as características físicas e energéticas da madeira para avaliação qualitativa e propor contribuições para facilitar e otimizar o procedimento metodológico de caracterização física da madeira pela técnica de atenuação da radiação gama do 241Am. A execução deste trabalho foi realizada em etapas que permitiram o alcance do objetivo proposto. No total foram seis etapas divididas em três objetivos específicos: um metodológico com a primeira e a segunda etapa; outro de caracterização física da madeira com a terceira, quarta e quinta etapa; e o ultimo de produtividade dos tratamentos com a sexta etapa. As etapas foram planejadas de forma que a execução de uma etapa depende do resultado da etapa anterior, com exceção da primeira. As etapas ou objetivos específicos são mostrados a seguir. Objetivos específicos metodológicos: 1- Estudar as variações dimensionais da madeira durante a perda de umidade por meio da retratibilidade e propor uma equação que relacione a retratibilidade volumétrica da madeira com a densidade básica e a umidade; 2- Relacionar a densidade básica, a densidade úmida e a umidade da madeira e deduzir equações que relacione as densidades da madeira. Objetivos específicos da caracterização física da madeira: 3- Determinar a densidade pontual e ponderada dos discos de madeira por meio da Técnica de Atenuação da Radiação Gama do 241Am; 4- Comparar métodos de determinação da densidade dos discos e minimizar erros e amostragem de discos da árvore para a determinação da densidade da árvore; 5- Estudar o comportamento das características físicas da madeira; Objetivo específico da produtividade dos tratamentos: 6- Determinação da produtividade dos tratamentos estudados. 8 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4.1. Variações dimensionais da madeira A madeira possui inúmeras aplicações, dentre elas a utilização da madeira como matéria sólida para a fabricação de portas, moveis, etc... Muitas destas aplicações não suportam grandes variações dimensionais, estas variações ocasionam alterações na densidade da madeira, que por sua vez, alteram outras propriedades físicas. Por esses motivos é imprescindível o estudo das variações dimensionais da madeira para uma caracterização física completa. A contração e a expansão higroscópica da madeira são dois dos mais importantes problemas práticos que ocorrem durante a sua utilização, como conseqüência da variação do teor de umidade. A magnitude das variações dimensionais depende de inúmeros fatores, como o teor de umidade, a direção estrutural (radial, tangencial ou longitudinal), a posição na árvore, a densidade da madeira, a temperatura, o grau de estresse de secagem causada pelo gradiente de umidade dentre outros (OLIVEIRA; SILVA, 2003). Rezende (2003) estudou o comportamento da retratibilidade volumétrica em função da umidade para as espécies Pinus caribaea e Eucalyptus grandis e concluiu que os dois comportamentos obedecem a uma função exponencial dependente da retratibilidade volumétrica máxima e da umidade. Concluiu também que as retratibilidades máximas podem ser consideradas exclusivamente dependentes da densidade básica ou da densidade a 0 % de umidade independente da espécie. A retratibilidade é uma propriedade física de grande importância, principalmente para se avaliar o potencial de utilização para a indústria madeireira. De acordo 9 com Cruz et al. (2003), as contrações volumétricas, radial e tangencial em Eucalyptus sp. estão correlacionadas com a densidade básica da madeira. 4.2. Densidade da madeira Souza et al. (1986) mostram a existência de uma relação direta entre a densidade e várias áreas da ciência florestal. Na tecnologia está ligada às características do produto final como rendimento em celulose, rendimento em massa, resistências físico- mecânicas e produção de carvão vegetal. No melhoramento florestal evidencia o potencial de seleção das espécies. No manejo determina o tipo de prática a ser aplicada em função do produto final e no inventário florestal está ligada à produtividade da floresta em termos de quantidade de madeira seca por hectare. Com relação à terminologia utilizada para a densidade da madeira existem discordâncias entre autores, os termos massa específica e densidade representam a mesma característica física quando se trabalha com madeira. Apesar dos termos densidade e massa específica serem usados alternadamente, eles apresentam definições diferentes Haygreen e Bowyer (1996) definem a densidade como a massa de qualquer substância por unidade de volume e geralmente é expressa em g/cm3 ou kg/m3, sendo, portanto, uma grandeza dimensional. Apesar do termo “densidade” não ser aceito universalmente, a forma adequada para a determinação da densidade é obter a massa e o volume no mesmo teor de água, isto é, massa verde e volume verde, massa seca e volume seco e massa a 12% e volume a 12% de água. Já a massa específica é a razão entre a densidade do material com a densidade da água e o resultado é adimensional. A massa específica é sempre calculada usando a massa seca em estufa e seu volume, a massa especifica também pode ser determinada a qualquer conteúdo de umidade, porém, o teor de umidade deve ser especificado, a fim de evitar dúvidas quanto ao procedimento usado para o cálculo. Macedo (1976) e Aguiar (1980) definem densidade de um corpo como sendo a relação entre a sua massa específica e a massa específica da água pura. A massa específica de um corpo é a relação entre sua massa e seu volume. Para a água pura esta relação 10 é aproximadamente igual a 1,0 g/cm3, permitindo concluir que os termos densidade e massa específica são idênticos em termos de valores numéricos, porém, diferentes dimensionalmente. Do ponto de vista estritamente físico, Esalq (1984 apud Thiersch, 2002) considera que a densidade da madeira resulta da proporção de sólidos e dos espaços vazios. Os primeiros são representados pelas paredes das fibras e os outros elementos anatômicos, enquanto pelos segundos respondem lume, vasos, células do parênquima, pontuações, perfurações e outras aberturas naturais. Esta fração sólida é quimicamente representada pelos componentes fundamentais (celulose, lignina e hemiceluloses) e componentes acidentais (extrativos e outros). Segundo Vital (1984), a madeira é um material poroso e o valor numérico da densidade depende da inclusão ou não do volume dos poros, portanto, as determinações de densidade da madeira podem ser feitas de duas formas distintas: na primeira forma, determina-se o volume de uma forma global, incluindo-se o volume dos poros e obtendo-se a densidade aparente. A densidade da madeira é geralmente expressa desta maneira. Na segunda forma, o volume da amostra é determinado sem a inclusão do volume dos poros, obtendo-se a densidade real ou densidade da parede celular, cujo valor médio é igual a 1,53 g/cm3, independentemente da espécie (PANSHIN, 1982, citado por VITAL, 1984) e (FOELKEL et al., 1971). Foelkel et al. (1971) relatam que dentre as várias maneiras de expressar a densidade aparente da madeira, uma das mais práticas é por meio da densidade básica, que é a relação entre a massa absolutamente seca da madeira, e o seu volume, quando completamente saturado de água. A utilização da densidade básica, dentre outros fatores, é muito difundida por todo o mundo, visto que a madeira é uma substância higroscópica que, sob diferentes condições de umidade relativa e temperatura, adquire diferentes teores de água, levando a mesma amostra a diferentes massas e volumes. Assim em condições absolutamente secas, a madeira apresenta a sua massa real sem a água e no máximo teor de umidade, também denominado “saturado” apresenta o seu máximo volume. Acima do “ponto de saturação das fibras”, a água ocorre na forma livre, não contribuindo para a variação dimensional da madeira (VITAL, 1984). 11 Segundo Foelkel et al. (1992), a densidade básica, ao longo dos anos, firmou-se como o mais universal dos índices para expressar a qualidade da madeira. Porém, tal universalidade chegou a ultrapassar os limites do científico para, em muitas situações, se constituir em parâmetro de comparação entre não comparáveis, sendo que os principais erros são: a) uso da densidade básica no nível do DAP (Diâmetro a Altura do Peito), como densidade da árvore, para obter a massa seco do povoamento; b) dentro da mesma espécie, acreditar que os mesmos valores de densidade básica signifiquem a mesma coisa em termos de qualidade da madeira; c) comparações de espécies diferentes com base nos valores de densidade básica; d) comparações de gêneros diferentes. Estes mesmos autores afirmam que a densidade básica é um bom índice de qualidade desde que aplicado para uma mesma espécie de madeira, respeitando-se as diferenças existentes e evitando comparações amplas. A densidade básica é característica importante para o melhoramento florestal, pois é passível de seleção por existir grande variação entre árvores. Apresenta alta herdabilidade, baixa interação genótipo x ambiente, é de fácil determinação e correlaciona positiva e fortemente a produção e a qualidade da madeira (BRASIL et al., 1980) e (ZOBEL; TALBERT, 1984). Rezende et al. (1988), Rezende (1997) e Rezende et al. (1998) apresentaram duas equações de transformação das densidades, uma que relacionava a densidade básica com a densidade a 0 % de umidade e outra que relacionava a densidade a 0 % de umidade com a densidade aparente e a sua umidade entre 0 % e 25 % para obter densidades diferentes a partir da determinação de uma única densidade, concluiram que estas relações eram válidas para os gêneros Pinus e Eucalyptus. As equações experimentais de transformação são muito úteis na caracterização física da madeira porque a partir de apenas uma densidade podem-se determinar outras densidades úteis na caracterização física, desde que as equações forneçam precisão e facilitam o procedimento. 4.3 Variações da densidade da madeira Quando se busca caracterizar a madeira para avaliar sua qualidade, além de obter as características físicas médias, é importante o conhecimento das suas 12 variações na madeira, estas podem elucidar algumas características peculiares ocultadas pelos valores médios. A variação na densidade básica da madeira é devido a diferenças na estrutura e a presença de substâncias extrativas na madeira, sendo que, a estrutura é caracterizada pela quantidade proporcional de diferentes tipos de células, tais como fibras, traqueídeos, vasos, canais resiníferos, raios da madeira, e suas dimensões, especialmente a espessura das paredes celulares (KOLLMANN; COTÉ, 1968). Panshin e Zeeuw (1970) sintetizaram os padrões de variação longitudinal, como segue: a) a densidade decresce uniformemente no sentido base-topo; b) a densidade decresce até certo ponto e, então, se torna crescente até o topo, podendo, às vezes, decrescer levemente na parte superior; c) a densidade cresce da base para o topo, embora desuniformemente. Por sua vez, Brasil et al. (1977) trabalhando com Eucalyptus propinqua de cinco anos de idade, observou que a densidade tem um crescimento até um ponto de máximo próximo à metade da altura comercial da árvore, e depois decresce em direção à copa. Concluiu que a região de máxima densidade parece estar relacionada à formação de madeira de reação, pois nesse ponto as tensões atuantes resultantes da força do vento, são máximas. Segundo Souza et al. (1986), a literatura mostra que não existe um modelo definido da variação da densidade básica da madeira no sentido base-topo da árvore, havendo, na verdade, informações contrastantes Alzate et al. (2005) mostrou outro padrão de comportamento da densidade na direção longitudinal para a espécie híbrida de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, onde a densidade cresce no sentido base-topo. Panshin e De Zeeuw (1970) destacam como principais modelos de variação radial (medula-casca): a) crescente da medula para a casca; b) decrescente nos primeiros anos e crescente nos anos subseqüentes; c) crescente no início, próximo à medula, permanecendo a seguir, relativamente constante, ou podendo decrescer nas porções mais próximas à casca; d) decrescente da medula para a casca. Segundo ESALQ (1984a apud Thiersch, 2002), para a maioria das coníferas há uma alternância, mais ou menos definida de densidades altas e baixas em função 13 das diferentes características dos lenhos. Por sua vez, para o gênero Eucalyptus não se observa um padrão definido de variação medula-casca. Por não se divisar os limites entre os diferentes tipos de madeira, é bastante difícil se estabelecer qualquer correlação macroscópica entre as densidades do disco como um todo e as diferentes frações que o compõe no sentido radial. Ainda, segundo ESALQ (1984a apud Thiersch, 2002), independente destes fatos, na média, há tendência da densidade da madeira aumentar no sentido medula-casca. Silva et al. (2004b) mostraram que a densidade da espécie Eucalyptus grandis cresce na direção radial no sentido medula-casca. 4.4. Métodos de determinação da densidade da madeira A determinação da densidade básica da madeira é um dos principais ensaios tecnológicos realizados nas plantações comerciais do gênero Eucalyptus, sendo reconhecida como um dos mais importantes índices para análises econômicas da floresta, podendo, para fins práticos, determinar o uso final da madeira. Os métodos usados para a obtenção de amostras para a determinação da densidade básica da madeira se dividem em métodos destrutivos e não-destrutivos. No método destrutivo para a retirada das amostras é necessária a derrubada das árvores, seja para retirada de discos ou para retirada de cavacos. Por sua vez, no método não destrutivo apenas pequenas inserções e, ou, pequenas quantidades de amostras são retiradas da árvore sem a necessidade de abate das mesmas. Como exemplo de método não-destrutivo para a determinação da densidade da madeira, tem-se o método de impacto utilizando o Pilodyn descrito por (THIERSCH, 2002). Amaral et al. (1977) utilizaram um método não-destrutivo com auxílio da sonda Pressler em amostras ao DAP e constataram diferenças significantes no valor da densidade média quando comparada com a amostragem destrutiva utilizando um disco na mesma posição. O método destrutivo pode ser: a) método de imersão: Este método baseia-se no princípio de Arquimedes, em que a perda aparente de peso de um corpo imerso em líquido é igual a massa do líquido deslocado. Este 14 método é considerado um dos mais precisos e pode ser usado para amostras com formato irregular, sendo o volume determinado pela variação de peso do líquido, em virtude da imersão da amostra de madeira. b) método do máximo teor de umidade: Neste método a densidade básica é determinada sem a determinação do volume da amostra, através da relação existente entre a densidade e o máximo teor de umidade da madeira (FOELKEL et al., 1971). c) método de medição direta do volume: É empregado em amostras com forma cúbica bem definida, nas quais é possível determinar o volume através de medições diretas, sendo normalmente utilizado o paquímetro para efetuar as medições. d) método da flutuação: É uma forma empírica, porém rápida de determinação da densidade básica. Consiste em submergir uma amostra de secção uniforme em água e em seguida determinar a densidade a partir da divisão do comprimento da parte submersa pelo comprimento total da amostra. Este método só pode ser aplicado em madeiras com densidade básica máxima de 1,0 g/cm3 (THIERSCH, 2002). e) método de raios-x: A densitometria de raios-x é um método de avaliação da massa específica da madeira a partir de filmes radiográficos de amostras finas, obtidas de baguetas ou de discos do tronco de árvores. A densidade ótica do filme é obtida em um microdensitômetro e depois transformada em massa específica da madeira, sendo representada na forma de gráfico segundo (KAENNEL; SCHWEINGRUBER, 1995). Os raios-x foram aplicados inicialmente na medicina e a sua utilização em madeiras apresenta registros do início do século XX, quando foram publicados resultados de raios-x da madeira de hélices de avião, conforme Renton et al. (1974 apud LISI, 2000). A densitometria de raios-x na madeira teve grande avanço a partir dos trabalhos realizados na França por POLGE (1963, 1964, 1965, 1978 apud LISI, 2000). No Canadá, Parker e Kennedy (1973 apud Lisi, 2000) apresentaram uma extensa revisão sobre a densitometria de raios-x, detalhando as suas aplicações práticas. Dentre estas salientaram as áreas de silvicultura (avaliação das práticas silviculturais como 15 desbaste, fertilização, qualidade da madeira, produção de biomassa), na área de climatologia (avaliação de climas passados, anomalias climáticas, etc.), tecnologia de madeira e de produtos florestais (medições e avaliações da qualidade dos produtos florestais), dendrocronologia (datação e contagem dos anéis de crescimento, etc.), geologia (datação de eventos geológicos passados, como erupção vulcânicas, terremotos, movimento de dunas, formação de terraços de rios, etc.). Schweingruber (1988) apresentou os conceitos básicos da metodologia de densitometria de raios-x com todos os procedimentos de preparo de amostras, exposição ao raios-x e determinação da massa específica da madeira. Apresentou ainda os principais equipamentos como os de preparo das amostras de madeira, equipamentos de raios-x, microdensitômetro, além das técnicas de calibração e aplicações. No Brasil a densitometria de raios-x têm sido utilizada no Laboratório de Anéis de Crescimento, Anatomia e Identificação de Madeiras do Departamento de Ciências Florestais, ESALQ/USP, em Piracicaba. Os princípios básicos da metodologia de densitometria são apresentados juntamente com a aplicação na análise da madeira juvenil e adulta e da massa específica dos anéis de crescimento de Pinus taeda L. Palermo et al. (2002) analisaram vários métodos e técnicas de diagnose de identificação de anéis de crescimento de árvores tropicais e concluiu que para a obtenção de informações detalhadas sobre a qualidade da madeira ao longo da amostra, ou seja, obtenções de medidas pontuais ou milimétricas, os métodos nucleares de densitometria de raios-x e raio gama são mais indicados. f) método de atenuação da radiação gama do 241Am: Dentre os métodos utilizados para determinação da densidade da madeira, pode-se destacar o método nuclear que utiliza feixe de radiação gama, partícula beta ou raios-x. Quando se quer apenas obter o valor médio da densidade da amostra, os métodos tradicionais mais simples são utilizados até com certa vantagem em relação aos métodos nucleares. Porém, quando se deseja maiores informações ao longo da amostra, ou seja, medidas pontuais ou milimétricas da densidade faz-se necessário o uso de métodos nucleares (REZENDE et al., 1999). Os métodos de determinação da densidade da madeira, pelo uso de raios-x ou partículas beta, apesar de apresentarem boa precisão, tem sua aplicação limitadas 16 pela espessura da amostra. Para que haja sensibilidade nas determinações, a espessura média das amostras não deve exceder a 1,0 cm para raios-x e 2,0 cm para partículas beta do 90Sr. Em várias situações é necessário trabalhar com amostras mais espessas. Nestes casos, o uso da radiação gama tem-se mostrado adequado, permitindo trabalhar com amostra variando de 1,0 a 40,0 cm de espessura (FERRAZ, 1976). Segundo o mesmo autor, os isótopos radioativos podem ser utilizados para várias finalidades. Através da radiação gama do 137Cs vários pesquisadores conseguiram localizar pontos de podridão interna em árvores em pé, defeitos internos, além da determinação da densidade, umidade e qualidade da madeira. De acordo com Ferraz e Aguiar (1985), os primeiros estudos da densidade e umidade da madeira através do uso da técnica de radiação gama foram recomendados por muitos investigadores nos anos 1950 e depois exposto por (LOSS, 1961 apud FERRAZ, 1976). Posteriormente, Parrish (1961 apud Ferraz, 1976) aperfeiçoou o método com o uso de energia da radiação gama. Os trabalhos mais importantes da época foram os de Loss, Phillips e Woods (1965 apud Ferraz; Aguiar, 1985). No Brasil, a técnica foi introduzida na década de 70 e entre os trabalhos desenvolvidos destaca-se o de (FERRAZ, 1976). Segundo o mesmo autor a maioria dos autores citados anteriormente, usaram como fonte de radiação gama o 137Cs, com um fotopico de 662 KeV e que devido a baixa densidade do material (madeira) e os baixos valores de seus coeficientes de atenuação de massa, a interação de fótons desta faixa de energia não proporcionaram boa sensibilidade, até mesmo em grandes amostras. Em muitos casos, foram exigidas amostras ao redor de 50 cm de espessura para se ter boa interação entre a radiação e a madeira. Parrish (1961 apud Ferraz, 1976), estudando tal limitação, testou vários radioisótopos com radiação gama de energias diferentes e recomendou aqueles cujas energias variam de 23 KeV a 135 KeV. Ferraz (1974), ao estudar a determinação simultânea de densidade e umidade do solo, trabalhou com fontes de 241Am, cuja energia que é de 60 KeV e percebeu as vantagens de sua utilização na determinação da densidade de madeiras. Em 1976 introduziu a técnica de atenuação da radiação gama por 241Am para mensurar o fluxo de água na madeira 17 devido sua boa sensibilidade, simplicidade e indestrutibilidade. Rezende (1984), no estudo da biomassa de Eucalyptus grandis, faz uma descrição da técnica. São vários os trabalhos que empregam a técnica da atenuação da radiação gama nos estudos dos perfis radiais de densidade, na identificação dos anéis de crescimento, na determinação de incrementos anuais de massa e volume, dentre outros. Karsulovic et al. (1999) utilizaram a técnica de atenuação da radiação gama do 241Am para identificação e localização de nós na madeira da espécie Pinus radiata. Rezende et al. (1999) destacaram que a análise dos anéis de crescimento de Pinus oocarpa auxiliado pela técnica de atenuação da radiação gama de 241Am, mostrou-se prática e vantajosa em relação às variações da massa específica em função da idade. O uso da técnica foi muito utilizada nos estudos de densidade anual da madeira de Eucalyptus grandis, de retratibilidade volumétrica, de densidade aparente de Pinus sp. e Eucalyptus sp. e de variação da massa específica da madeira de Eucalyptus grandis aos 8 anos de idade em função de diferentes níveis de produtividade. Coutinho e Ferraz (1988) empregando a técnica de atenuação da radiação gama do 241Am na determinação da densidade do carvão vegetal conclui que, devido às amostras de carvão vegetal apresentarem irregularidades superficiais e volumétricas ocasionadas por rachaduras provenientes do colapso sofrido nos processos de perda de água, aliados a grandes espaços vazios, a mesma não pode fornecer resultados confiáveis, porém, a técnica apresentou uma série de vantagens em relação aos métodos gravimétricos. Aguiar (1980), utilizou o método de atenuação da radiação gama do 241Am, na determinação de gradientes de umidade na madeira. 4.5. Características físicas da madeira Considerando a física uma ciência, a física da madeira é a ciência que estuda a matéria lenhosa e suas interações com o meio. As características físicas macroscópicas que podem definir o grau das interações da matéria lenhosa com o meio são: a porosidade, que define a porcentagem de vazio dentro do volume aparente; a retratibilidade, que define a variação volumétrica aparente quando alterada a umidade do meio; a densidade real da substância madeira, que define a razão da massa pelo volume real e a densidade aparente, que quantifica a matéria lenhosa por unidade de volume aparente. 18 A revisão bibliográfica permite concluir que a densidade real da substância madeira não apresenta diferenças significativas, entre espécies de madeira, portanto foi objetivada a sua determinação neste trabalho. Palermo (2003), assim como outros autores destacam três tipos de variação na estrutura da madeira que influenciam na qualidade. A primeira é a variação existente entre espécie, gênero e famílias, a segunda é a variação observada dentro da mesma espécie entre indivíduos e a terceira é a variação encontrada em árvores velhas na direção base-topo e medula-casca. As dimensões, proporção e arranjo de vários tipos de formas de células da madeira são responsáveis pela variação entre espécies e dentro da espécie e determinam a qualidade da madeira. Entre as espécies, embora o modelo geral seja similar e característico, existe apreciável variação entre árvores devido às diferenças na hereditariedade da constituição das características celulares e também nas condições ambientais do local e manejo que influenciam na dimensão de células, na proporção e no arranjo de alguns tipos de elementos e tecidos. Tanto as propriedades físicas quanto as propriedades mecânicas apresentam maiores variações na direção da medula para a casca do que na direção da base para o topo das árvores, mostrando a importância do conhecimento das variações radiais na tora, para a classificação de madeira serrada e conseqüente homogeneização de lotes segundo (CRUZ et al., 2003). Rezende e Ferraz (1985) concluíram que a análise anual da densidade é um aspecto importante do ponto de vista econômico, tanto para aquisição de madeira como também para auxiliar na determinação de rotação ideal da floresta. Shimoyama e Barrichelo (1989) apontaram que a grande importância para o melhoramento da madeira é conhecer as correlações entre as características a serem melhoradas e as demais características da árvore, como por exemplo, a densidade básica que define a massa seca pelo volume verde e as características de crescimento. Devido à característica anisotrópica, as mudanças dimensionais observadas na madeira são diferentes ao longo das três direções estruturais. Em geral, a contração na direção tangencial é, aproximadamente, duas vezes maior do que na direção radial; a razão entre a contração tangencial e radial (relação T/R), comumente chamada de fator de anisotropia, varia de 1,5 a 2,5 (OLIVEIRA; SILVA, 2003). 19 A porosidade é uma característica física muito importante na análise de parâmetros silviculturais, principalmente ao ataque de fungos e cupim. Segundo Silva et al. (2004a) a espécie Eucalyptus grandis, independentemente da idade, mostrou-se altamente suscetível ao ataque por Cryptotermes brevis, apresentando resultados bastante semelhantes aos encontrados na madeira de Pinus elliottii. 4.6 Produtividade e enrgia da madeira Bacha e Barros (2004) alertam que o estoque total de área reflorestada no Brasil diminuiu de 1995 a 2000, após ter aumentado de 1970 a 1995. Conforme os mesmos autores, no período de 1998 a 2001 houve aumento da área anualmente reflorestada. A perspectiva é que essa área atinja 220 a 230 mil hectares por ano no período de 2003 a 2010, este crescimento deverá ser comandado pelas empresas de papel e celulose, as quais ampliará o seu poder de mercado na oferta de madeira de reflorestamento. Segundo Haselein et al. (2004) o Brasil detém a maior área de floresta plantada de eucalipto do planeta, cerca de 2,97 milhões de hectares, e recebe os méritos de ser um dos líderes mundiais no desenvolvimento científico do gênero Eucalyptus. Destaca-se dentre as espécies o E. grandis como uma das mais plantadas no Brasil e no mundo, é considerada uma das espécies de madeira mais versáteis e indicadas para uso múltiplo. A evolução do melhoramento genético do eucalipto é indiscutível. Porém, seus primórdios baseiam-se nos fatores dendrométricos para maior produção de madeira por hectare de floresta plantada e no fator massa específica básica para homogeneização da qualidade na indústria de celulose e papel e na indústria energética de (HASELEIN et al., 2004). Para fins energéticos, o poder calorífico da madeira é a característica mais utilizada na avaliação. O poder calorífico de um combustível é definido como o calor desprendido na combustão completa na unidade de massa ou volume de combustível. Em geral é expresso em kcal/kg ou cal/g no caso dos combustíveis sólidos e líquidos, já no caso de combustíveis gasosos é expresso em kcal/m3. Este tipo de unidade usada para combustíveis gasosos também é aplicada para combustíveis sólidos e líquidos (LIMA; REZENDE, 2003). 20 Rezende e Ferraz (1986) destacam a importância de se determinar os incrementos médios anuais de volume e massa para estimar a produtividade de um reflorestamento. Destacam também a importância dos incrementos correntes anuais de massa e volume para a determinação da idade ideal de corte para um reflorestamento de Eucalyptus grandis. Andrade e Carvalho (1998) afirmam que o conhecimento de alguns aspectos físicos da madeira como, por exemplo, a sua densidade básica, é fundamental para a avaliação das suas qualidades para a produção de insumos energéticos, sobretudo de carvão vegetal. 21 5 MATERIAL E MÉTODOS Todo o ensaio experimental deste trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Física Aplicada do Departamento de Física e Biofísica do Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista no campus de Botucatu-SP 5.1 Determinação das variações dimensionais da madeira de Eucalyptus grandis 5.1.1 Material Neste ensaio foram utilizadas quinze árvores clonais de E. grandis de nove anos de idade cultivadas na Fazenda Brasilândia no município de Eunápolis-BA pertencente à Empresa Veracel Celulose S/A. A seleção das quinze árvores foi realizada, buscando a representatividade média do tratamento com relação a altura comercial (AC) e o Diâmetro a Altura do Peito (DAP). A altura comercial é até o diâmetro de 4,0 cm com casca e o DAP é a aproximadamente 1,3 m de altura a partir da base. As árvores cedidas pela Empresa foram derrubadas e depois retirados dois discos de cada árvore com 6,0 cm de espessura cada. Os discos estavam dispostos ao longo do fuste da árvore e localizados a 0 % e a 25 % da AC (altura comercial). Depois de cortados os discos foram hermeticamente embalados com plásticos e colocados em duas caixas térmicas de 250 L com gelo seco para não perder umidade. Depois foram enviados por meio de uma transportadora para o Laboratório de Física Aplicada do Departamento de Física e Biofísica do Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista no campus de Botucatu-SP. 22 5.1.2 Determinação da retratibilidade em função da densidade e umidade Com os discos ainda úmidos foram retiradas três amostras em forma paralelepípedica de cada árvore, sendo duas no disco a 0 % de AC, uma próxima à medula (localização “1”) e outra próxima da casca (localização “2”) como mostra a figura 1, e a terceira foi retirada do disco a 25 % de AC (localização “3”) no centro radial. Figura 1 Localização das amostras de retratibilidade 1 e 2 no disco a 0 % de AC na árvore As dimensões das amostras foram de 2,0 x 3,0 x 5,0 cm nas direções tangencial, radial e axial respectivamente segundo as normas da NBR 7190/97 (ABNT, 1997). A identificação das 45 amostras foi realizada com números inteiros crescente, sendo as três primeiras amostras da árvore 1 e as três últimas da árvore 15. Com as amostras devidamente serradas e lixadas, elas foram colocadas submersas em água por um período de aproximadamente 20 dias, ou seja, até a sua massa permanecer constante, para a saturação completa. Depois foram retiradas da água e enxugadas com uma toalha de pano para retirar o excesso de água e colocadas sobre uma superfície vítrea em ambiente aberto para que ocorresse a secagem naturalmente. Durante todo o tempo de secagem natural foram monitoradas, as três dimensões e a massa de cada amostras, com intervalos de 24 horas até o décimo dia e depois com intervalo de 48 horas até sua massa 1 2 23 permanecer constante, ou seja, até as amostras entrarem em equilíbrio com a umidade ambiente e em condições laboratoriais. A medição de cada uma das três dimensões das amostras foi obtida pela média das quatro medidas dos cantos da dimensão da amostra, utilizando um paquímetro digital da marca Mitutoyo com resolução de 0,01 mm e precisão de ± 0,005 mm. Para a medição das massas das amostras foi utilizada uma balança eletrônica de precisão da marca Gehara, modelo “BG 1000”, com resolução de 0,01 g e precisão de ± 0,005 g. Depois de verificada a estabilidade dimensional das amostras, elas foram colocadas em uma estufa inicialmente a 50 ºC, que iniciou o processo de aquecimento com um acréscimo de temperatura à taxa de 5 ºC/hora até o limite de 105 ºC. Durante o processo de secagem forçada foram realizadas medições com intervalos de 1 hora até verificada a estabilidade da massa, ou seja, até a secagem completa da amostra conforme (REZENDE, 2003). A partir dos dados obtidos das amostras foi calculada, para cada medição, as retratibilidades lineares (Rl) percentual por meio da equação 1 nas direções tangencial, radial e axial e a retratibilidade volumétrica (Rv) percentual por meio da equação 2, estabelecidas pelas normas da NBR 7190/97 (ABNT, 1997). A retratibilidade volumétrica máxima (Rvmax) percentual da cada amostra foi determinada pela equação 3, onde V0, em cm3 é o volume da madeira seca ou volume seco. 100 v uv l D DD R (1) 100 v uv v V VV R (2) 1000 max v v v V VV R (3) Na equação 1 Dv e Du em cm são as dimensões lineares, da amostra saturada e da amostra com teor de água desejado respectivamente, na equação 2 Vv e Vu em cm3 são os volumes, da amostra saturada e da amostra com teor de água desejado respectivamente. 24 A umidade base seca (Ubs) percentual da madeira foi determinado pela equação 4, onde mu e m0, em g, são as massas da madeira úmida e seca respectivamente. Toda umidade mencionada neste trabalho será na base seca, sendo desnecessária a utilização do adjetivo base seca. 100 0 0 m mm U u bs (4) Também foi determinada para cada amostra a densidade u em (g/cm3) nos diferentes umidades da madeira pela equação 5. A densidade a 0 % em (g/cm3) foi determinada para cada amostra pela equação 6 e também determinou-se a densidade básica em (g/cm3) para cada amostra pela equação 7. u u u V m (5) 0 0 0 V m (6) v b V m0 (7) Com os resultados da densidade a 0 % e da retratibilidade volumétrica máxima as amostras foram divididas em grupos de mesma densidade e retratibilidade. Depois foi construída, para cada grupo, uma figura gráfica da retratibilidade em função da umidade para mostrar seu comportamento nos diferentes grupos. Para cada grupo foram determinadas quatro equações para o comportamento das retratibilidades volumétrica, tangencial, radial e axial em função da umidade. Segundo Rezende (1997, 2003) a equação empírica que melhor se ajustam nestes casos são funções exponenciais como mostra a equação 8 para qualquer retratibilidade, onde k é a constante empírica e R a retratibilidade percentual. bskURR expmax (8) Com o propósito de estudar as variações volumétricas da madeira quando em equilíbrio com a umidade ambiente para obter relações da densidade úmida com as densidades básica, 0 % e a 12 %, optou-se por enfatizar as variações de umidade entre 0 e 25 %, onde as variações da retratibilidade com a umidade são praticamente lineares como 25 apresentado por (REZENDE, 1997, 2003). Então foi obtida uma regressão linear para a retratibilidade volumétrica em função da umidade entre 0 e 25 % para cada grupo. Como a retratibilidade é inversamente proporcional a umidade o coeficiente angular da reta gerada pela regressão foi negativo e o intercepto da abscissa foi a retratibilidade máxima como mostra a equação 9. bsvv URR max (9) Sabendo que a retratibilidade diminui três pontos percentuais do seu valor máximo quando a umidade aumenta um ponto percentual (KOLLMANN; CÔTÉ, 1968), o coeficiente angular não poderia ser o mesmo para os diferentes grupos. Como a variação da retratibilidade dependia do valor máximo, foi obtida neste trabalho, uma razão constante ( ) do coeficiente angular dividido pela retratibilidade máxima, transformando a equação 9 na equação 10. bsvv URR 1max (10) Para a determinação da retratibilidade volumétrica máxima foi obtida regressão da retratibilidade volumétrica em função da densidade básica obtendo uma equação conforme a equação 11, onde a e b são as constantes da equação de regressão. bv baR max (11) Substituindo a equação 11 na equação 10 obtém-se a equação de que determina a retratibilidade volumétrica em função da densidade básica e da umidade como mostra a equação 12. bsbv UbaR 1 (12) 5.2 Determinação das relações das densidades a 0 %, a 12 %, básica e úmida Primeiro foi relacionada à densidade úmida com a densidade básica como mostra a equação 13. u vu b u V V m m 0 (13) A partir da equação 4 foi obtida a razão das massas úmida e seca como mostra a equação 14. 26 100 100 0 bsu U m m (14) A razão dos volumes verde e úmido foi obtida a partir da equação 2 como mostra e equação 15. vu v RV V 100 100 (15) Substituindo as equações 14 e 15 na equação 13 obtemos a equação 16. v bs b u R U 100 100 (16) Substituindo a equação 12 na equação 16 e isolando b obtém-se a equação 17 que relaciona a densidade básica com a densidade úmida e a umidade, isolando u obtém-se a equação 18 que relaciona a densidade úmida com a densidade básica e a umidade. ubsubs ubs b UbbU Uaa 100 100 (17) bbsbbs bbs u UbbUaa U 100 100 (18) Substituindo o valor de 12 na umidade Ubs da equação 18 a densidade úmida se transforma em densidade a 12 % como mostra a equação 19. Esta equação define a densidade a 12 % a partir da densidade básica. bb b bbaa 1212100 112 12 (19) Substituindo o valor de zero na umidade Ubs da equação 18 a densidade úmida se transforma em densidade 0 % como mostra a equação 20. Esta equação define a densidade a 0 % a partir da densidade básica. b b ba100 100 0 (20) Vale salientar que as equações 17, 18, 19 e 20 somente são indicadas para madeira com umidade menor que 25 %. 27 Para o teste das equações com suas constantes a, b e pré determinadas foram usadas as densidades a 0 % das amostras do ensaio da retratibilidade para comparar com a densidade a 0 % calculada a partir da densidade básica também determinada. 5.3 Caracterização física da madeira 5.3.1 Material As árvores utilizadas no ensaio foram plantadas na Fazenda Pitangueiras da Empresa Duratex S.A. no município de Botucatu - SP. No total foram cinqüenta e quatro árvores divididas em seis diferentes tratamentos com nove árvores, sendo eles: um seminal de Eucalyptus grandis; dois clones de Eucalyptus grandis; três clones de híbrido de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis. De cada tratamento foram selecionadas visualmente nove árvores, buscando a representatividade média do povoamento com relação ao DAP e altura comercial e evitando as árvores da borda. Todas as árvores utilizadas no ensaio foram retiradas de um mesmo talhão de 2280 árvores com aproximadamente 1,03 há, com espaçamento único de 3,0 x 1,5 m e idade de 6,16 anos. As árvores foram cultivadas proporcionando mesmas condições edáficas e climáticas em latossolo vermelho distrófico típico, a moderado, álico, textura argilosa, relevo ondulado. O talhão estava dividido em 152 blocos de 15 árvores de mesmo tratamento, no total existiam 19 tratamentos dentro deste talhão com 120 árvores por tratamento. Os blocos estavam distribuídos aleatoriamente dentro do talhão. De todas as árvores derrubadas foram retiradas seis amostras em forma de disco com espessura de aproximadamente 5,0 cm. Um disco foi no DAP, outro na base e os outros quatros seguiram a distribuição percentual da altura comercial: 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 %, totalizando 324 discos. As amostras foram levadas para o Laboratório de Física Aplicada do Departamento de Física e Biofísica do Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista no campus de Botucatu-SP, onde foram realizados os ensaios. Os discos foram identificados com quatro algarismos alfanuméricos, sendo os dois primeiros S1, C1, C2, H1, H2 e H3 correspondente ao tratamento, o número seguinte de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 correspondente as noves repetições de árvore do tratamento e a última letra que variava de a, b, c, d, e e f correspondendo aos discos da base, DAP, 12,5 28 %, 37,5 %, 62,5 %, e 87,5 % respectivamente. Depois os discos foram submetidos ao processo de secagem natural mencionado anteriormente. Após os discos adquirirem estabilidade na umidade, ou seja, equilíbrio com a umidade ambiente, então foram aplainadas e lixadas suas faces a fim de obter faces lisas e paralelas, e conseqüentemente, uniformidade da espessura x em (cm) que foi medida utilizando um paquímetro digital da marca Mitutoyo com resolução de 0,01 mm e precisão de ± 0,005 mm. Em seguida todos os discos foram descascados medindo a sua massa com e sem casca utilizando uma balança eletrônica de precisão da marca Gehara, modelo “BG 1000”, com resolução de 0,01 g e precisão de ± 0,005 g 5.3.2 Determinação da densidade pontual dos discos pela TARG A densidade pontual nos discos foi determinada ao longo de uma linha radial no disco com um equipamento desenvolvido no Laboratório de Física Aplicada que utiliza a Técnica de Atenuação da Radiação Gama (TARG). A linha radial dos discos foi determinada a partir do raio médio e da presença de nós e rachaduras. O raio médio foi obtido a partir da circunferência do disco, medida com uma fita métrica flexível com resolução de 0,1 cm e precisão de 0,05 cm, depois dividiu a circunferência por 2 (6,284), obtendo assim o raio médio da amostra. Nas amostras que apresentaram rachaduras não foram medidos os espaços gerados na circunferência. Com a medida do raio médio, foi localizada e depois riscada na amostra, uma linha radial com essa distância que não possuía imperfeições, isto é, rachaduras e nós. A TARG do 241Am consiste em determinar a radiação gama atenuada que atravessa uma amostra de madeira, pela diferença da radiação da fonte e da radiação que atravessou a amostra, a partir da radiação atenuada, calcula-se a densidade que é proporcional a radiação atenuada da amostra naquele ponto. A densidade , em g/cm3, ponto a ponto na linha radial do disco foi calculada a partir da espessura x (cm), do coeficiente de atenuação de massa m (cm2/g) e da atenuação da radiação gama que atravessa a amostra naquele ponto conforme a equação 21 de Beer-Lambert, onde I0 em cpm (contagens por minuto) é a radiação sem a amostra e I, em cpm, é a radiação com a amostra. x II m lnln 0 (21) 29 Montagem do equipamento da TARG Os componentes do equipamento que utiliza a TARG no ensaio não foi adquirido comercializado, ele foi desenvolvido e confeccionado no laboratório. Este sistema possui basicamente os seguintes componentes: Uma fonte de radiação gama selada e blindada com o radioisótopo 241Am com meia vida de 474 anos, atividade de 200 mCi e fotopico de 59,6 keV com intensidade de emissão de 35,9 % (REZENDE et al., 1999); Um sistema de detecção por cintilação sólida com um cristal de iodeto de sódio com traços de tálio NaI (Tl) inserido em uma válvula fotomultiplicadora acoplada a uma fonte de alta tensão da marca GDM e ligada a um amplificador de sinal da marca GDM; Uma placa de conversão de sinal A/D (Analógico/Digital), instalada em um microcomputador para o fornecimento dos valores de I e I0 por meio de um programa específico do sistema de detecção da marca GDM, que funciona na plataforma Windows®; Um aparato eletromecânico para a movimentação automática da amostra. No equipamento a fonte é fixada de forma que o feixe seja emitido horizontalmente a aproximadamente 30,0 cm de altura da plataforma da mesa onde foi montado, o sistema de detecção foi fixado frontalmente ao feixe a 10,0 cm da saída da fonte e o aparato eletromecânico está montado entre a fonte e o sistema de detecção. O aparato eletromecânico funciona de forma que a amostra, fixada em uma base horizontal, possa transladar horizontalmente e perpendicularmente ao feixe de radiação, movimentando-se sobre um parafuso com rosca sem fim que gira por meio de uma transmissão de polia-correia ligada a um motor elétrico de potência variável, permitindo o deslocamento da base com a amostra, através do feixe de radiação, em várias velocidades. A figura 2 apresenta uma foto do equipamento. 30 Figura 2 Fotografia do Sistema de Atenuação da Radiação Gama de 241Am A colimação do feixe de radiação emitida pela fonte é feita por uma fenda de 0,5 mm de largura por 6,0 mm de altura em um anteparo de chumbo fixado na saída da fonte. Após atravessar uma amostra o feixe colimado e contínuo é novamente colimado na entrada do detector que possui um anteparo de chumbo com uma fenda de mesmas dimensões. Sistema de detecção do equipamento da TARG A detecção por cintilação sólida acontece dentro de uma válvula fotomultiplicadora, quando a radiação gama atinge o cristal de NaI (Tl) ele absorve a radiação e emite luz. A luz é direcionada opticamente para um fotocatodo localizado após o cristal, que absorve a luz e emite elétrons. Os elétrons são acelerados para um dinodo, de forma côncava, e localizado após o fotocatodo, que possui um potencial elétrico mais baixo que o fotocatodo. Quando os elétrons acelerados, pela diferença de potencial elétrico, atingem o dinodo eles arrancam elétrons da superfície do dinodo e são refletidos e novamente acelerados por diferença de potencial elétrico para outro dinodo, depois para outro dinodo e assim por diante até passar por dinodos e chegar no anodo. A fonte de alta tensão, na ordem de 900 V, alimenta o fotocatodo e os dinodos subseqüentes. A colisão dos elétrons com a superfície dos dinodos produzem uma multiplicação dos elétrons conduzidos do fotocatodo até o anodo (coletor de elétrons), 31 aumentando assim a intensidade do pulso de corrente elétrica gerado pela radiação gama incidente no cristal de NaI (Tl). O pulso gerado na válvula fotomultiplicadora é amplificado, medido e depois convertido em digital no microcomputador. A figura 3 ilustra o funcionamento no interior da fotomultiplicadora. Figura 3 Esquema de detecção da radiação gama por cintilação sólida por uma válvula fotomultiplicadora com NaI (Tl) com 4 dinodos Calibração do equipamento da TARG O equipamento de detecção fornece um espectro da contagem de radiação versos os canais. Cada um dos 1024 canais do espectro detectam pulsos em diferentes intervalos de intensidades subseqüentes, a largura dos canais é igual à janela do discriminador que detecta apenas os pulsos neste intervalo (MONTANHEIRO et al., 1977). Com o equipamento em funcionamento foi obtido um espectro de energia da fonte. Diminuindo a tensão na válvula fotomultiplicadora deslocamos o fotopico característico do 241Am para os canais mais baixos do espectro, livres de interferências detectadas com a tensão mais alta. No amplificador foram cortados os ruídos de baixa intensidade, limitando a amplificação para canais mais altos que os ruídos e mais baixos que o fotopico, ficando nítido apenas o fotopico de 59,6 keV do 241Am. A partir do espectro foi definida uma janela de aproximadamente 10 canais que compreendia apenas o fotopico principal. Neste radioisótopo existem outros dois fotopicos de menor energia que podiam ser visualizados no espectro, mas não foram considerados na largura da janela. Depois de delimitada as janelas foram obtidas as I0 Fotocatodo Dinodo 1 Dinodo 3 Anodo Radiação Luz e- Gama Elétrons Cristal NaI(Tl) Dinodo 2 Dinodo 4 32 praticamente estáveis de aproximadamente 40000 cpm, então o sistema foi programado para realizar medições a cada 7,0 s. Procedimento de determinação da densidade pontual pela TARG Primeiro foram colocadas duas hastes metálicas de 1,0 mm de diâmetro, uma em cada limite da linha radial, uma na medula e outra na casca, sendo ambas perpendiculares à linha radial. Depois a amostra foi encaixada com massa mole (massa de vedação de conexão hidráulica) na base móvel, certificando-se que a linha radial ficou exatamente na horizontal e perpendicular à propagação do feixe. Depois o motor elétrico foi ajustado pelo potenciômetro para movimentar 1,0 mm a amostra a cada 20 s, a fim de obter uma média de três pontos por milímetro ao longo da linha radial da amostra. Também foi obtida a distância de 303 ± 3 mm da base do equipamento até a altura do feixe para centralização da amostra. Enquanto eram realizados os ajustes o equipamento foi registrando a radiação de fundo BG, em cpm, no local, depois a amostra foi colocada na frente do feixe com a linha radial exatamente na altura do feixe e a aproximadamente 5,0 mm antes do inicio da linha no centro, com o objetivo de obter ponto antes da linha radial passando pelas hastes limitadoras para que posteriormente fosse confirmado o início da linha, também foram obtidos pontos após a passagem da amostra para a determinação de I0. Este procedimento foi adotado para todos os discos. A partir dos dados da radiação gama de cada amostra foi separado os valores de I0 e I para cada amostra. As hastes densas proporcionavam contagens baixas, fáceis de serem observadas e imprescindível na separação de I. Os I e I0 foram corrigidos devido ao tempo morto do sistema de contagem eletrônica ( ), ou seja, tempo mínimo que pode separar dois consecutivos registros de fótons. Este fator é um dos responsáveis pelo número de contagens registradas ser menor que a quantia de eventos que alcançam o detector. A equação 22 mostra a correção do tempo morto dada por (STROOSNIDJER et al., 1974). I I I c 1 (22) 33 Onde Ic é a radiação gama, em cpm, corrigida com a constante de tempo morto que vale 10-7 min. Aplicando as correções de tempo morto e subtraindo a radiação de fundo na equação 21, obtemos a equação 23 para a determinação da densidade pontual ao longo da direção radial divergente de uma amostra de madeira em forma de disco. x BG I I BG I I m . 1 ln 1 ln 0 0 (23) A densidade pontual foi obtida na umidade da amostra, determinado pela equação 4, depois transformada em densidade básica pela equação 17 e depois em densidade a 12 % pela equação 19. Os resultados estão apresentados no próximo capítulo em figura gráfica da distância radial em função da densidade a 12 % pontual. 5.3.3 Cálculo da densidade média dos discos a partir da densidade pontual A densidade media dos discos m, em g/cm3, foi calculada a partir da densidade pontual. Considerando que a velocidade em que a amostra atravessa o feixe de radiação gama é constante, e que o sistema de detecção faz sucessivas medidas no mesmo intervalo de tempo, então a distância entre um ponto e outro é sempre a mesma. Para o cálculo da densidade, a amostra foi considerada como sendo formada por várias cascas cilíndricas, delgadas e concêntricas com mesma espessura e justapostas uma dentro da outra, onde cada densidade pontual estaria no centro radial de cada uma das supostas cascas como mostra a figura 4. Figura 4 Representação das cascas cilíndricas delgadas concêntricas justapostas em uma amostra de conífera em fora de disco r 34 O cálculo da densidade média dos discos foi realizado ponderando cada anel a partir do centro da amostra, isto é, dividindo a soma das massas de cada anel pela soma dos volumes de cada anel, onde Mac, em g, é a massa acumulada dos anéis concêntricos de massa mi a partir do centro; Vac (cm3) é o volume acumulado dos anéis concêntricos de volume vi a partir do centro; i é o enésimo anel concêntrico e n o número de anéis concêntricos como mostra a equação 24. n nn ni ni ac ac m vvv vvv vvvv mmmm V M 21 2211 21 21 (24) Como pode ser observado na equação 24, a massa pode ser representada pelo produto da multiplicação do volume pela a densidade, como mostra as equações 5, 6 e 7. Para determinar o volume de cada anel concêntrico foi necessário encontrar primeiro uma expressão para a sua área. Considerando a mesma distância radial r dos anéis e ri os raios externos dos anéis, onde r1 = r, r2 = 2r, r3 = 3r, etc... A área dos anéis Ai está representada na equação 25. 22 1 2 2222 3 2 44 2222 2 2 33 2222 1 2 22 22 11 12 7916 549 34 rirrA rrrrrA rrrrrA rrrrrA rrA iii (25) Como a espessura x se mantém constante em toda distância radial, o Vac pode ser representado pela equação 26, onde se utiliza a identidade matemática que diz que a somatória de uma série finita da seqüência dos números naturais ímpares, é igual à quantidade de números da série elevada ao quadrado. 22 1 2 1 12 xnrixrvV n i n i iac (26) Sabendo que a massa de um anel (mi) é o volume (vi) vezes a densidade ( i), a Mac pode ser representada pela equação 27. n i i n i iiac ixrvM 1 2 1 12 (27) 35 Substituindo as equações 26 e 27 na equação 24 obtemos a expressão da densidade média ponderada do disco a partir da medula até a casca da amostra representada pela equação 28. n i i n i i m in xnr ixr 1 2 22 1 2 12 12. (28) A densidade média ponderada do disco foi calculada na umidade da amostra obtida pela equação 4 e posteriormente transformada em densidade básica pela equação 17 e em densidade a 12 % pela equação 19. Os resultados estão apresentados no próximo capítulo em figura gráfica da distância radial em função das densidades básica e a 12 % ponderada. 5.3.4 Determinação da densidade da madeira pelos métodos: direto e imersão Com o objetivo de comparar os métodos e os resultados das densidades dos discos obtidos pela TARG foram determinadas as densidades úmida e básica pelos métodos: direto e imersão. O método direto é simples e rápido e consiste em realizar medidas diretas nos discos para determinar a sua densidade úmida pela equação 29, utilizando o raio médio, a espessura e a massa dos discos que já tinham sido determinados anteriormente. xr m u 2 (29) O método de imersão em água consiste em saturar a amostra com água até seu volume verde e depois determiná-lo através do empuxo. Neste experimento os discos ficaram mergulhados em água em um tanque de 1000 litros, após quatro semanas obteve-se o inchamento máximo, ou seja, seu maior volume. Estes discos, devidamente enxutos com uma toalha de pano para retirar a película de água formada na sua superfície, foram colocados separadamente em um recipiente com 3 litros de água e capacidade para 5 litros, sobre balança tarada antes da imersão da amostra, depois foi determinada a massa indicada na balança após a imersão da amostra, sem que ocorresse o contato das mesmas com o fundo ou as laterais do recipiente. 36 Nos discos que insistiam em boiar, mesmo depois de saturados, foi utilizada uma vareta fina de aço para mantê-los imersos no recipiente, devido a sua densidade ainda não ser maior do que a da água. Nos outros discos que afundaram durante a saturação foi utilizado um fio de nylon para mantê-los imersos sem que houvesse o contato com o fundo do recipiente, devido a sua densidade ser maior que a da água. Em seguida as amostras foram colocados em uma estufa a 105 ºC e consideradas completamente secas quando não foi identificada variação nas suas massas, em sucessivas medições feitas durante o processo de secagem. A partir da massa seca e do volume verde, foi determinada a densidade básica utilizando a equação 7 e também a umidade de cada disco utilizando a equação 4 para a transformação da densidade determinada pela TARG. 5.3.5 Cálculo da densidade média da árvore Primeiro a árvore foi dividida em quatro partes ou seção de mesma altura h, onde h = (AC/4), e retirado um disco no meio de cada seção como ilustra a figura 5. Figura 5 Divisão das seções de um tronco de árvore e amostragem dos discos A densidade média da árvore m em (g/cm3) foi calculada utilizando a equação 30, onde mi é massa, vi o volume e i a densidade de cada seção i = A, B, C e D são as seções de baixo para cima na árvore respectivamente. Seção A Seção B Seção C Seção D Disco a 12,5 % Disco a 37,5 % Disco a 62,5 % Disco a 87,5 % 37 DCBA DDCCBBAA DCBA DCBA m vvvv vvvv vvvv mmmm 1 (30) O valor da densidade de cada seção da árvore foi considerado como sendo o valor da densidade de cada disco localizado no meio da altura de cada parte, isto é, a densidade da seção A, B, C e D é a densidade do disco a 12,5 %, 37,5 %, 62,5 % e 87,5 % de AC respectivamente. O volume de cada seção da árvore foi determinado considerando cada seção, um cilindro reto de raio igual ao raio médio de cada disco. Utilizando o volume do cilindro reto (v = r2 h) na equação 30, onde a altura é igual em todas as seções (A, B, C e D) e é constante, podemos simplificar os termos, transformando a equação 30 na equação 31. 2222 2222 DCBA DDCCBBAA m rrrr rrrr (31) A equação 31 pode também ser apresentada em termos de diâmetro D dos discos como mostra a equação 32. 2222 2222 DCBA DDCCBBAA m DDDD DDDD (32) A densidade média ponderada da árvore úmida foi calculada a partir das densidades úmidas dos discos e do raio médio quando passou pela TARG. A densidade média ponderada da árvore 12 % foi calculada a partir das densidades 12 % dos discos e do raio médio quando passou pela TARG. A densidade básica média ponderada da árvore foi calculada a partir das densidades básicas dos discos e do raio médio quando passou pela TARG. As densidades dos tratamentos foram obtidas pelas médias aritmética das nove árvores amostradas para cada tratamento. 5.3.6 Determinação da retratibilidade e porosidade da madeira A retratibilidade volumétrica máxima percentual (Rvmax), pontual e ponderada, foi calculada a partir dos valores de densidade básica utilizando a equação 11 com as constantes a e b da equação determinadas empiricamente no capítulo de resultados neste trabalho. 38 A porosidade percentual ( ), pontual e ponderada, da madeira seca foi calculada a partir da densidade a 0 % e da densidade da substância madeira sm (g/cm3), utilizando a equação 33, onde sm vale aproximadamente 1,53 g/cm3 (PANSHIN, 1982, apud VITAL, 1984) ou 1,50 g/cm3 (HAYGREEN; BOWYER, 1996 p. 196) 1000 sm sm (33) 5.4 Determinação da produtividade do reflorestamento de Eucalyptus grandis e híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla A produtividade do reflorestamento foi definida em termos de porcentagem de casca, rendimento em volume com e sem casca, rendimento em massa com e sem casca e rendimento em energia com e sem casca. A produtividade de casca, ou seja, a porcentagem de casca ( ) na massa da árvore de cada tratamento foi calculada utilizando a equação 34, onde mcc e msc são as massas do disco com e sem casca respectivamente, que por sua vez, já foram determinadas anteriormente neste trabalho. 100 cc sccc m mm (34) A produtividade em volume verde, ou seja, o Incremento Médio Anual de Volume (IMAV), em m3/ha.ano, foi determinado para cada tratamento utilizando todas as árvores do tratamento, para isso foi calculado o volume da árvore com casca utilizando as equações 35 e 36 com o fator de forma para as espécies E. grandis e híbrido E. grandis x E. urophylla respectivamente, a partir do DAP com casca (cm) e da altura comercial AC (m). 1000 125957,0 54262,002469,2 HDAP VG (35) 2000 0341051,0 2000 125957,0 25303352,1732209097,154262,002469,2 HDAPHDAP VGU (36) As equações 35 e 36 e os valores do DAP e AC de todas as árvores de cada tratamento foram fornecidas pela Empresa Duratex S.A. 39 O IMAVcc com casca, em m3/ha.ano para cada árvore foi calculado por meio da equação 37, onde Vcc (m3) é o volume da árvore com casca, A (ha) é a área ocupada pela árvore e Idade em (anos) a idade da árvore. O IMAVcc de tratamentos foram obtidos a partir da média aritmética dos IMAVcc de cada árvore do tratamento. IdadeA Vcc IMAVcc . (37) O IMAVsc sem casca (m3/ha.ano) de cada tratamento foi estimado multiplicando o IMAVcc e o quadrado da razão dos DAP médios sem e com casca (DAPsc/DAPcc)2 de cada tratamento. A produtividade em massa de cada tratamento foi definida pelo Incremento Médio Anual de Massa seca (IMAM), em ton/ha.ano, para obtenção do IMAM com casca foi determinada a densidade básica da madeira com casca de cada tratamento. Para determinar a densidade básica da casca utilizou-se a definição proposta por Rezende e Costa (2006), que constataram que a densidade básica da casca é 65 % da densidade básica do lenho para a espécie E. grandis independente do tratamento. A densidade básica da madeira com casca bcc (kg/m3) de cada tratamento foi determinada pela equação 38 que pondera a porcentagem de casca e usa a proporção da densidade básica da casca e do lenho. 0035,01bbcc (38) Os IMAMcc com casca e IMAMsc sem casca (ton/ha.ano) para cada tratamento foram calculados utilizando a equação 39, utilizando IMAVcc e bcc para IMAMcc e IMAVsc e b para IMAMsc. 1000 bIMAV IMAM (39) A produtividade em energia de cada tratamento foi definida pelo Incremento Médio Anual de Energia (IMAE), em Gcal/ha.ano, antes foi determinado o Poder Calorífico Superior (PCS), em cal/g, do lenho e da casca dos seis tratamentos utilizando um Calorímetro da marca: PARR, modelo: 1201. Todo o procedimento de determinação do PCS foi realizado seguindo o manual do instrumento. 40 O PCScc foi estimado considerando a porcentagem de casca de cada tratamento. A equação 40 foi utilizada para determinação dos IMAEcc com casca e IMAEsc sem casca (Gcal/ha.ano). 1000 .PCSIMAM IMAE (40) 41 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 6.1 Variações dimensionais da madeira de Eucalyptus grandis Considerando as 45 amostras ensaiadas para a retratibilidade com 18 medições, sendo de massa e 3 dimensões para cada medida e ainda 4 repetições por dimensão, isso totaliza 10.530 números determinados e 21.060 números calculados apresentados em 45 tabelas, inviabilizando toda apresentação deste universo numérico. Durante o processo de secagem 10 amostras apresentaram rachaduras, sendo elas as amostras: 4, 5, 6, 38, 40, 41, 42, 43, 44 e 45. Estas amostras foram descartadas como pode ser observado nas figuras 6 e 7. As figuras 6 e 7 exibem a densidade a 0 % e a retratibilidade volumétrica máxima percentual das amostras do ensaio de retratibilidade respectivamente. Os valores da densidade a 0 % e da retratibilidade foram apresentados na tabela 4. A tabela 1 apresenta a divisão das amostras em cinco grupos em relação aos valores da retratibilidade volumétrica máxima para melhor visualização dos resultados. 42 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Número da amostra D en si da de a 0 % (k g/ m 3 ) Figura 6 Densidade a 0 % das amostras do ensaio da retratibilidade da madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade A figura 6 apresenta a densidade a 0 % das amostras, nela pode ser observado o comportamento da densidade a 0 % na localização, descrita anteriormente na amostragem, dentro da árvore e nos diferentes tratamentos. Este comportamento sem nenhuma relação aparente com os resultados da densidade a 0 % nas amostras de retratibilidade não representa a densidade da árvore e muito menos à densidade do tratamento porque a amostragem não é representativa. 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 12 13 14 15 16 17 18 19 20 R vm ax ( % ) Número da amostra Figura 7 Retratibilidade volumétrica máxima das amostras do ensaio da retratibilidade da madeira de Eucalyptus grandis com 9 anos de idade 43 A figura 7 foi utilizada para separar as amostras em grupos para apresentação dos resultados da retratibilidade volumétrica. Então as amostras foram agrupadas de acordo com a retratibilidade volumétrica máxima conforme apresenta a tabela 1. Tabela 1 Grupos de amostra para apresentação dos resultados da retratibilidade linear e volumétrica Grupo Rvmax(%) Amostras 1 < 14 25; 26; 27; 30; 31; 33; 35 2 14 – 15 03; 18; 21; 22; 24; 32; 34; 36 3 15 – 16 08; 10; 15; 17; 19; 29 4 16 – 17 01; 07; 09; 11; 13; 20; 23 5 > 17 02; 12; 14; 16; 28; 37; 39 A figura 8 expõe as amostras agrupadas e com os seus números de identificação alterados. 0 45 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Grupo 5 Grupo 4 Grupo 3 Grupo 2 Grupos R vm ax ( % ) Grupo 1 Figura 8 Retratibilidade volumétrica máxima das amostras do ensaio da retratibilidade divididas em cinco grupos Na figura 8 estão exibidas as amostras agrupadas conforme a tabela 1, pode-se notar que as quatros últimas amostras do grupo 5 apresentaram retratibilidade volumétrica máxima muito superior, observando estas quatro amostras nas figuras 6 e 7, conclui-se que o comportamento era espera