CADERNO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
Agrarian Sciences Journal
Efeito da modificação térmica nas propriedades físicas da madeira de Pinus Caribaea var.
Hondurensis Barrett & Golfari
Vaniele Bento dos Santos
1
*; Gilmar Correia Silva
2
DOI: https://doi.org/10.35699/2447-6218.2021.26590
Resumo
A madeira do gênero Pinus é amplamente utilizada na indústria florestal, principalmente no setor moveleiro e civil,
e por isso, faz-se necessário a busca por técnicas que melhorem e aperfeiçoem as suas propriedades tecnológicas.
Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito da modificação térmica nas propriedades físicas
da madeira de Pinus caribaea var. hondurensis sob duas diferentes temperaturas. Foram utilizadas três árvores com
idade de 14 anos, coletadas no campo experimental da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, em Vitória da
Conquista, BA, das quais foram produzidas amostras com dimensões de 30 x 30 x 50 mm. O processo de modificação
térmica foi realizado em uma estufa laboratorial a 160°C e 200°C de temperatura final de ciclo que, somados ao
controle, representaram três tratamentos em análise. Foram realizados os ensaios de densidade aparente, umidade,
perda de massa, taxa de absorção de água e estabilidade dimensional. Concluiu-se que a modificação térmica alterou
as propriedades físicas avaliadas, tornando a madeira menos higroscópica e com maior estabilidade dimensional,
além de ter influenciado na coloração da madeira em relação a sua aparência natural.
Palavras-chave: Estabilidade dimensional. Higroscopia. Termorretificação. Tratamento térmico.
Effect of thermal modification on the physical properties of Pinus caribaea var.
hondurensis Barrett & Golfari wood
Abstract
Pinus wood is widely used in the forestry industry, mainly in the furniture and civil sector, and for that reason, it is
necessary to search for techniques that improve and perfect its technological properties. In this sense, the present
study aimed to evaluate the effect of thermal modification on the physical properties of Pinus caribaea var. hondurensis
under two different temperatures. Three trees were used at the age of 14, collected in the experimental field of the
State University of Southwest Bahia, in Vitória da Conquista, BA, of which they were produced with dimensions of
30 x 30 x 50 mm. The thermal modification process was carried out in a laboratory oven at 160°C and 200°C of final
cycle temperature, which, added to the control, represented three treatments under analysis. The data of apparent
density, humidity, loss of mass, water absorption rate and dimensional stability were performed. It was concluded
that the thermal modification altered the physical properties evaluated, making the wood less hygroscopic and with
greater dimensional stability, in addition to influencing the color of the wood in relation to its natural appearance.
Keywords: Dimensional stability. Heat treatment. Hygroscopy. Thermorectification.
1
Universidade Federal de Minas Gerais. Instituto de Ciências Agrárias. Montes Claros, MG. Brasil.
https://orcid.org/0000-0003-2391-1096
2
Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Vitória da Conquista, Ba. Brasil.
https://orcid.org/0000-0002-8931-8773
*Autor correspondente: vanielebento@hotmail.com
Recebido para publicação em 07 de dezembro de 2020. Aceito para publicação em 19 de janeiro de 2021.
e-ISSN: 2447-6218 / ISSN: 2447-6218 / © 2009, Universidade Federal de Minas Gerais, Todos os direitos reservados.
Santos, V. B. e Silva, G. C.
2
Cad. Ciênc. Agrá., v. 13, p. 01–07, https://doi.org/10.35699/2447-6218.2021.26590
Introdução
A madeira é um material orgânico e heterogêneo
que pode apresentar restrições de uso a depender do
produto final devido a algumas propriedades intrínsecas,
como higroscopicidade, anisotropia e susceptibilidade ao
ataque biológico. A sua higroscopicidade está relaciona-
da à estrutura química da parede celular, onde contém
os polímeros de celulose, hemicelulose e lignina, que
formam os grupos hidroxílicos. Dentre esses polímeros,
a hemicelulose é a mais hidrófila favorecendo a troca
de água com o meio e, consequentemente, a variação
dimensional da madeira (Hill, 2006; Modes et al., 2017).
E dentre as tecnologias utilizadas para melhorar
a qualidade e uso da madeira, encontra-se a modificação
térmica, a qual consiste em um processamento da ma-
deira a altas temperaturas com o propósito de alterar a
sua composição química e proporcionar melhorias em
suas propriedades, como por exemplo, a cor, estabilidade
dimensional e a vantagem ambiental de aumentar a resis-
tência à biodeterioração da madeira sem a impregnação
ou utilização de produtos químicos (Batista, 2019).
O processo de modificação térmica, geralmente, é
realizado com temperaturas de 150 a 280°C e períodos de
tempo variando entre 15 minutos a 24 horas, a depender
das características do material, do processo utilizado e do
aspecto desejado ao produto final (Kamdem et al., 2002).
Entretanto, dependendo da temperatura e tempo utilizado
no processo, pode ocorrer a perda da resistência mecânica
do material. De acordo Moura et al., (2011), madeiras
de Pinus caribaea var. hondurensis quando submetidas a
modificação térmica com temperaturas acima de 200°C,
são necessários cuidados adicionais em situações nas quais
a resistência ao cisalhamento seja um fator importante.
Visto que o lenho do gênero Pinus tende a apre-
sentar algumas limitações tecnológicas, como alto grau de
higroscopicidade, a madeira deste gênero têm sido uma
das mais utilizadas no processo de modificação térmica
com o intuito de agregar maior valor ao produto final. Se-
gundo a International ThermoWood Association (2020),
48% da madeira tratada pelo processo ThermoWood
®
no
ano de 2019, foi representada pelas espécies de pinus.
No continente europeu, a madeira submetida a este tra-
tamento térmico tem uma larga aplicação para usos ao ar
livre, como decks, móveis para jardim, componentes de
portas e janelas, bem como, mobiliário interno, estruturas
de saunas e banheiros (Esteves e Pereira, 2009).
Embora esse processo não esteja consolidado
no Brasil, é evidente a importância do gênero de Pinus
para o país, já que, dos 9 milhões de hectares de árvores
plantadas no território nacional, 1,64 milhão de hectares
são de espécies de pinus. No ano de 2019, os plantios de
pinus apresentaram um aumento de aproximadamente
4% de produtividade em relação ao ano anterior, de-
monstrando assim uma tendência de aumento no mer-
cado, principalmente na região Sul do país, onde estão
concentradas as indústrias de painéis de madeira e polos
moveleiros (IBÁ, 2020).
Reconhecendo assim a potencialidade da modifi-
cação térmica, e dado que as características tecnológicas
da madeira geram parâmetros adequados para avaliar a
sua qualidade, este estudo teve como objetivo analisar o
efeito da modificação térmica sobre as propriedades físicas
da madeira de Pinus caribaea var. hondurensis Barrett &
Golfari através dos ensaios de densidade aparente, umi-
dade, perda de massa, taxa de absorção de água, testes
de contração e inchamento volumétrico, e coeficiente de
anisotropia.
Material e métodos
Obtenção do material e confecção dos corpos de
prova
O estudo foi conduzido no Laboratório de Tec-
nologia de Produtos Florestais da Universidade Estadual
do Sudoeste da Bahia (UESB), campus de Vitória da
Conquista, BA. Foram utilizadas três árvores de Pinus
caribaea var. hondurensis Barrett & Golfari com idades de
14 anos, cultivadas no campo experimental da UESB, com
espaçamento de 3 x 3 m, nas coordenadas geográficas de
14°53’12”S e 40°48’7”W. A região de Vitória da Conquista
tem altitude relativa de aproximadamente 900 m, clima
caracterizado como tropical de altitude (Cwb), segundo
a classificação de Köppen; temperatura média anual de
21°C, com precipitação pluviométrica irregular, variando
entre 700 e 1.100 mm anuais (Novaes et al., 2007).
As árvores selecionadas possuíam alturas e DAP
(diâmetro à altura do peito) semelhantes, com médias de
12,6 m e 17,80 cm, respectivamente. Após a derrubada,
foram retirados discos de dez centímetros de espessura a
0% (iniciando a 10 cm de altura do solo), 25% e 50% da
altura comercial e na altura do DAP. Utilizaram-se discos
até 50% da altura comercial por se tratar de árvores de
pequeno diâmetro. Os corpos de provas foram divididos
em três lotes iguais, com 36 amostras para cada, nas
dimensões de 30 x 30 x 50 mm (espessura x largura x
comprimento), conforme a NBR 7190 (ABNT, 1997).
Processo de modificação térmica
Os corpos de prova, com umidade inicial de 12%,
foram modificados termicamente a 160°C e 200°C em
uma estufa com circulação e renovação de ar. Um dos
lotes não passou pelo processo, sendo assim utilizado
para o controle.
O programa utilizado no processo de modificação
térmica (Tabela 1) foi desenvolvido com base na literatura
(Modes et al., 2013; Poubel et al., 2013; Nunes et al.,
2016; Santos et al., 2016). Após o processo, as amostras
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foram aclimatizadas e, posteriormente, determinadas
suas propriedades físicas.
Tabela 1 – Programa utilizado no processo de modificação térmica das madeiras de Pinus caribaea var. hondurensis
Barrett & Golfari.
Etapas Ciclos de temperatura Tempo
I Aquecimento da temperatura inicial de 30°C até 100°C 30 minutos
II Manutenção de 100°C 120 minutos
III Aquecimento até a temperatura final (160°C e 200°C)
30 a 60 minutos, a depender da
temperatura final
IV Manutenção da temperatura final (160°C e 200°C) 120 minutos
V Resfriamento 120 minutos
Determinação das propriedades físicas
Foram utilizadas 12 amostras de cada tratamento
térmico e 12 de controle para os ensaios de umidade,
densidade e perda de massa; 12 para a taxa de absorção
de água; e 12 para os ensaios de contração e inchamento
volumétrico, e coeficiente de anisotropia.
O teor de umidade foi medido de acordo com a
NBR 14929 (ABNT, 2003), pela diferença de massa das
amostras antes e depois da secagem em estufa a 103±2°C
até massa constante. O cálculo do teor de umidade da
madeira foi realizado pela equação 1.
(Eq. 1)
Em que: T.U. = teor de umidade (%); Mu = massa úmida (g); e Ms
= massa seca (g).
A densidade aparente anidra foi determinada de
acordo com a recomendação e adaptação da NBR 7190
(ABNT, 1997), em que a massa absolutamente seca da
madeira foi medida em uma balança de precisão e o
volume foi medido por meio das dimensões da amostra
com o auxílio de um paquímetro digital. O cálculo foi
realizado pela equação 2.
(Eq. 2)
Em que: Da = densidade aparente anidra (g/cm³); M = massa seca
(g); e V = volume da amostra (cm³).
A perda de massa foi determinada apenas para
as amostra tratadas termicamente, pela relação entre
a diferença da massa seca antes e após a modificação
térmica, sendo calculada pela equação 3.
(Eq. 3)
Em que: P.M. = perda de massa (%); Mnt = massa seca antes do
tratamento (g); e Mt = massa seca após o tratamento (g).
Para a taxa de absorção de água, as amostras
foram imersas em água por 24 horas e, posteriormente,
passaram pelo processo de secagem em estufa a 103±2°C
até peso constante. Sendo assim calculada pela equação
4.
(Eq. 4)
Em que: T.A. = taxa de absorção de água (%); M1 = massa úmida
(g); e M2 = massa seca (g).
O ensaio de estabilidade dimensional foi realiza-
do de acordo com a NBR 15261 (ABNT, 2005), onde as
amostras foram imersas em água até saturação completa
e as dimensões foram mensuradas com um paquímetro
digital nos três sentidos estruturais (longitudinal, tan-
gencial e radial). As mesmas foram conduzidas a estufa
a 103±2°C durante 24 horas e as dimensões novamente
mensuradas. Assim, foram determinadas a contração
volumétrica (βv), contração de inchamento volumétrico
(αv) e o coeficiente de anisotropia (C.A.) pelas equações
5, 6 e 7, respectivamente.
(Eq. 5)
(Eq. 6)
(Eq. 7)
Em que: βv = contração volumétrica (%); Vu = volume úmido (mm);
V0 = volume seco (mm); αv = inchamento volumétrico (%); C.A. =
coeficiente de anisotropia; β(t,r) = coeficiente de contração linear.
Análise estatística
Os resultados foram analisados em função do
efeito da modificação térmica nas propriedades físicas da
madeira. Foram avaliados por meio da análise de variân-
cia e do teste de Tukey, ambos a 5% de probabilidade,
utilizando-se o programa Excel
®
.
Resultados e discussão
Os valores médios para a umidade e taxa de
absorção de água da madeira modificada termicamen-
te de Pinus caribaea var. hondurensis Barrett & Golfari
apresentaram resultados menores que àqueles obtidos
Santos, V. B. e Silva, G. C.
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para o controle, contudo, não houve diferença estatís-
tica entre as temperaturas de tratamento. Em relação à
perda de massa, as madeiras modificadas apresentaram
resultados significativos, sendo que, as maiores médias
foram encontradas para a maior temperatura (200°C).
Entretanto, mesmo a amostras modificadas termicamente
apresentarem um menor valor para a densidade aparente,
não houve diferença significativa entre os tratamentos
estudados (Tabela 2).
Tabela 2Médias e coeficiente de variação (%) dos parâmetros avaliados da madeira de Pinus caribaea var. hondurensis
Barrett & Golfari.
Tratamentos
T.U.
(%)
Da
(g/cm³)
T.A.
(%)
P. M.
(%)
Controle
12,0 a
(3,55)
0,42 a
(6,73)
80,06 a
(10,03)
-
-
160°C
7,88 b
(1,30)
0,40 a
(8,46)
74,97 b
(3,06)
5,55 a
(5,09)
200°C
6,42 b
(6,32)
0,40 a
(5,91)
70,95 b
(3,04)
8,20 b
(4,99)
Em que: T.U = teor de umidade; Da = densidade aparente; T.A. = taxa de absorção de água; P.M = perda de massa. Médias seguidas por uma
mesma letra em uma mesma coluna não diferem estatisticamente entre si pelo Teste de Tukey à 5% de significância.
A redução no teor de umidade da madeira de P.
caribaea var. hondurensis está diretamente relacionada
com as alterações químicas que a modificação térmica pro-
move nos constituintes da parede celular, principalmente
dos grupos hidroxilas, como por exemplo, a celulose e
hemicelulose, tornando assim a madeira menos higroscó-
pica (Kocaefe et al., 2008; Lengowski et al., 2018). Neste
sentido, a taxa de absorção de água das madeiras tratadas
neste trabalho demonstra a eficiência e importância da
modificação térmica na redução da higroscopicidade,
visto que, seus valores foram estatisticamente menores
que as do controle, havendo assim, uma tendência de
decréscimo conforme o aumento da temperatura.
A perda de água livre e higroscópica presente
nas paredes celulares da madeira, juntamente com a
decomposição dos seus constituintes químicos, também
influenciaram na perda de massa das amostras. Além de
que, madeiras de menor densidade, como as do gênero
Pinus, espera-se maior redução percentual de massa quan-
do submetidas a tratamentos térmicos, pois, as mesmas
têm menos massa por unidade de volume (Hill, 2006.;
Lobato et al., 2020).
Assim, resultados semelhantes aos dos parâme-
tros estudados foram encontrados por Bellon (2013),
que ao trabalhar com madeiras de Pinus taeda tratadas
a 160°C obteve umidade final de 7,60% e densidade de
0,41 g/cm³; e por Moura et al. (2011) e Schulz et al.
(2020) trabalhando a 200°C com Pinus caribaea var.
hondurensis e Pinus elliottii, obtiveram 7,51% e 7,38%,
respectivamente, de redução de massa.
Os valores das densidade aparente não terem sido
significativos (Tabela 2), manifestou a mesma tendência
dos estudos de Conte et al. (2014), Juizo et al. (2018),
Lobato et al. (2020) e Schulz et al. (2020), onde analisa-
ram diferentes tratamentos de modificação térmica para
as madeiras de Pinus elliottii, Eucalyptus sp., Pouteria
caimito e P. elliottii, respectivamente, e não apresentaram
diferença para esse parâmetro. Isto indica que, durante o
processo de modificação térmica, o aumento de tempera-
tura não provocou nas amostras uma diminuição de massa
proporcional à diminuição de volume, apontando assim,
que a densidade aparente não se apresentou como uma
boa propriedade para avaliar a qualidade do tratamento
térmico (Calonego et al., 2012).
Em relação à estabilidade dimensional, o proces-
so de modificação térmica reduziu significativamente a
contração volumétrica e o inchamento volumétrico da
madeira de Pinus caribaea var. hondurensis, proporcionan-
do-a assim uma menor instabilidade dimensional, porém,
não houve diferença estatística entre as temperaturas
de tratamento. para o coeficiente de anisotropia, o
procedimento térmico não influenciou no resultado final
(Tabela 3).
Os fenômenos de inchamento e contração que
ocorrem na madeira devido a entrada e saída de água de
adesão podem causar defeitos nas peças, como rachaduras
e fendilhamentos. Neste sentido, reduzir a instabilidade di-
mensional da madeira por meio de tratamentos térmicos,
como no presente estudo, melhora a sua qualidade para
determinados setores, como construção civil, movelaria,
decoração entre outros (He et al., 2019).
A eficiência do aumento da estabilidade dimen-
sional nas amostras de P. caribaea var. hondurensis pode
ser explicada pela degradação das hemiceluloses, que
é o componente estrutural mais hidrofílico, e, conse
-
quentemente redução da higroscopicidade. que, a
menor retratibilidade ocorre pela redução dos sítios de
sorção, sobretudo das hidroxilas, que se envolvem com
as moléculas de água durante as trocas de umidade com
o ambiente externo (Jämsä e Viitaniemi, 2001; Kocaefe