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Universidade de Braslia Faculdade de Tecnologia

Departamento de Engenharia Florestal

INFLUNCIA DOS TEORES DE LIGNINA, HOLOCELULOSE E EXTRATIVOS NA DENSIDADE

BSICA E CONTRAO DA MADEIRA E NOS RENDIMENTOS E DENSIDADE DO CARVO VEGETAL

DE CINCO ESPCIES LENHOSAS DO CERRADO

IRIS DIAS SANTOS

Orientador: Dr Alton Teixeira do Vale Coorientador: Dr Marcos Antnio E. Santana

DISSERTAO DE MESTRADO EM CINCIAS FLORESTAIS

PUBLICAO EFL 091/2008

Braslia, fevereiro de 2008

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DISSERTAO DE MESTRADO

Iris Dias Santos

Ttulo: INFLUNCIA DOS TEORES DE LIGNINA, HOLOCELULOSE E EXTRATIVOS

NA DENSIDADE BSICA, CONTRAO DA MADEIRA E NOS RENDIMENTOS E DENSIDADE DO CARVO VEGETAL DE CINCO ESPCIES LENHOSAS DO

CERRADO

Comisso Examinadora:

Prof. Dr. Alton Teixeira do Vale (EFL UnB) Presidente/Orientador

Prof. Dr. Alexandre Florian da Costa (EFL UnB) Membro Titular Interno

Profa. Dra Ins Sabione Resck (IQ UnB) Membro Titular Externo

Braslia, fevereiro de 2008

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FICHA CATALOGRFICA

SANTOS, IRIS DIAS

Influncia dos teores de lignina, holocelulose e extrativos na densidade bsica, contrao da madeira e nos rendimentos e densidade do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas do cerrado. Departamento de Cincias Florestais. Programa de Ps-Graduao em Cincias Florestais. Universidade de Braslia. 2008. xv + 92p: il. Dissertao: Mestrado em Cincias Florestais 1. Qumica da madeira; 2. Madeiras do cerrado; 3. Propriedades fsicas da madeira;

4.carbonizao. I. EFL/FT/UnB II. Ttulo

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

SANTOS, I.D. (2008). Influncia dos teores de lignina, holocelulose e extrativos na densidade bsica, contrao da madeira e nos rendimentos e densidade do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas do cerrado. [Distrito Federal] 2008. Dissertao de Mestrado em Engenharia Florestal, Publicao EFL - ___/2008, Departamento de Engenharia Florestal, Universidade de Braslia. Braslia, DF.

CESSO DE DIREITOS AUTOR: Iris Dias Santos

TTULO: Influncia dos teores de lignina, holocelulose e extrativos na densidade bsica, contrao da madeira e nos rendimentos e densidade do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas do cerrado. GRAU: Mestre

ANO: 2008 concedida Universidade de Braslia permisso para reproduzir cpias desta Dissertao de Mestrado e para emprestar ou vender tais cpias somente para propsitos acadmicos e cientficos. O autor reserva outros direitos de publicao e nenhuma parte desta publicao de mestrado pode ser reproduzida sem autorizao escrita do autor.

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RESUMO

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influncia das propriedades qumicas (teores de lignina, holocelulose e extrativos) da madeira de cinco espcies lenhosas do cerrado (Pterodon pubescens, Dalbergia miscolobium, Sclerolobium paniculatum, Stryphnodendron adstringens e Vochysia thyrsoidea) na densidade bsica, na contrao da madeira, nos rendimentos e densidade aparente do carvo vegetal. As amostras foram coletadas na Fazenda gua Limpa, de propriedade da Universidade de Braslia, a partir de trs rvores de cada uma das cinco espcies, perfazendo assim um total de 15 amostras: cinco tratamentos e trs repeties. A densidade bsica das madeiras variou entre 0,58 e 0,82g/cm3; a retrao volumtrica entre 11,01 e 19,45%; os teores de lignina, extrativos e holocelulose variaram, respectivamente, entre 25,16 e 32,31%; 6,14 e 8,54% e 67,69 e 74,87%. Os rendimentos gravimtricos variaram entre 24,87 e 28,67%, enquanto que a densidade aparente do carvo vegetal variou entre 0,28 e 0,43%. A lignina apresentou correlao positiva e significativa, com a densidade bsica da madeira e a densidade aparente do carvo vegetal; no apresentou correlao significativa com a retrao volumtrica e o rendimento gravimtrico (embora com este ltimo tenha indicado uma tendncia positiva). Os extrativos totais no apresentaram correlao significativa com a densidade bsica, a retrao volumtrica, o rendimento gravimtrico e a densidade aparente do carvo vegetal. Por outro lado a holocelulose apresentou correlao positiva e significativa com a densidade bsica da madeira. A densidade aparente do carvo vegetal, no entanto, no apresentou correlao significativa com a retrao volumtrica e o

rendimento gravimtrico do carvo vegetal, embora com este ltimo tenha apresentado uma tendncia negativa.

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ABSTRACT

The objective of this study was to evaluate the influence of the chemical properties (content of lignin, holocellulose and extratives) of five species of woody cerrado (Pterodon pubescens, Dalbergia miscolobium, Sclerolobium paniculatum, Stryphnodendron adstringens and Vochysia thyrsoidea) on the density and shrinkage the wood in income and apparent density of charcoal. The samples were collected in the Fazenda gua Limpa, from three trees of each five species, thus making a total of 15 samples: five treatments in three replicates. The density of wood ranged from 0.58 to 0.82 g/cm3, the volumetric shrinkage ranged from 11.01 to 19.45%, the content of lignin, extratives and holocellulose varied respectively from 25.16 to 32; 31%, 6.14% to 8.54 and 67.69 to 74.87%. Income gravity ranged from 24.87 to 28.67%, while the apparent density of charcoal ranged from 0.28 to 0.43%. The lignin showed positive and significant correlation with the basic density and apparent density of wood charcoal; showed no significant correlation with the volumetric shrinkage neither gravimetric income (although with the latter has indicated a positive trend). The total extratives showed no significant correlation with the density, the volumetric shrinkage, gravimetric and the apparent density yield of charcoal. Furthermore the holocellulose showed positive and significant correlation with the density of the wood, and apparent density of charcoal, but was not correlated significantly with the gravimetric yield and shrinkage volumetric of charcoal, but with the latter has shown a negative trend.

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SUMRIO

RESUMO ......................................................................................................................vii ABSTRACT .................................................................................................................viii LISTA DE TABELAS....................................................................................................xii

LISTA DE FIGURAS....................................................................................................xiii LISTA DE SMBOLOS.................................................................................................xiv

1. INTRODUO......................................................................................................15 1.1. OBJETIVOS.............................................................................................................15

2. REVISO BIBLIOGRFICA ..........................................................................16 2.1. QUMICA DA MADEIRA ..............................................................................16

2.1.1. Holocelulose .........................................................................................17

2.1.2. Celulose ................................................................................................17

2.1.3. Hemiceluloses ......................................................................................17 2.1.4. Lignina ..................................................................................................18

2.1.5. Extrativos...............................................................................................20 2.2. CASCA DA MADEIRA....................................................................................21

2.3. CARVO VEGETAL........................................................................................22 2.3.1. Densidade do carvo vegetal..................................................................23

2.4. CONTRAO DA MADEIRA.........................................................................23 2.5. DENSIDADE BSICA DA MADEIRA...........................................................23

3. MATERIAIS E MTODOS.....................................................................................24 3.1. ESPCIES DE MADEIRA ESTUDADAS......................................................24 3.2. PROPRIEDADES FSICAS DA MADEIRA...................................................25

3.2.1. Densidade bsica da madeira.................................................................25 3.2.2. Retrao da madeira...............................................................................25

3.3. ANLISE QUMICA.......................................................................................25 3.3.1. Extrativos e lignina................................................................................25 3.3.2. Holocelulose..........................................................................................26

3.4. CARBONIZAO DA MADEIRA................................................................27

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3.4.1. Qualidade do carvo vegetal.................................................................28 3.5. RESUMO DAS NORMAS................................................................................28 3.6. ANLISE ESTATSTICA.................................................................................29

4. RESULTADOS E DISCUSSO..............................................................................30 4.1. Teor de lignina em funo da dens. bsica da madeira......................................32 4.2. Teor de lignina em funo da retrao volumtrica...........................................33 4.3. Teor de extrativos em funo da densidade bsica e da retrao volumtrica...34 4.4. Teor de holocelulose em funo da dens. bsica e da retrao volumtrica......35 4.5. Teor de lignina em funo do rendimento gravimtrico em carvo vegetal......37 4.6. Teor de lignina em funo da dens. aparente do carvo vegetal........................38 4.7. Teor de extrativos em funo do rendimento gravimtrico e da densidade .

aparente do carvo vegetal............................................................................... 39 4.8. Teor de holocelulose em funo do rendimento gravimtrico e da densidade . aparente do carvo vegetal ..............................................................................40

5. CONCLUSES........................................................................................................41 6. PERSPECTIVAS.....................................................................................................41

APNDICES.................................................................................................................43 A. Teor de lignina versus densidade bsica..............................................................44 B. Teor de lignina versus densidade aparente do carvo vegetal.............................45 C. Teor de holocelulose versus densidade aparente do carvo vegetal....................46 D. Teor de holocelulose versus densidade bsica ...................................................47 E. ANOVA DENSIDADE BSICA....................................................................48 F. ANOVA RETRAO VOLUMTRICA.......................................................49 G. ANOVA TEOR DE LIGNINA........................................................................50 H. ANOVA TEOR DE EXTRATIVOS................................................................51 I. ANOVA TEOR DE HOLOCELULOSE.........................................................52 J. ANOVA RENDIMENTO GRAVIMTRICO DO CARVO VEGETAL....53 L. ANOVA DENSIDADE APARENTE DO CARVO VEGETAL..................54

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...........................................................................55

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LISTA DE TABELAS

3.1. Espcies analisadas e suas respectivas famlias e nomes populares .......................24 3.2. Anlises e respectivas normas utilizadas..................................................................29 4.1. Valores de F para as variveis estudadas ............................................................30 4.2. Mdias das variveis obtidas para as cinco espcies estudadas...............................30 A.1. Parmetros da regresso (lignina versus densidade bsica)....................................44 A.2. Anlise de varincia (ANOVA) da regresso.........................................................44 B.1. Parmetros da regresso (lignina versus densidade aparente)................................45 B.2. Anlise de varincia (ANOVA) da regresso.........................................................45 C.1. Parmetros da regresso (holocelulose versus dens. aparente).............................46 C.2. Anlise de varincia (ANOVA) da regresso.........................................................46 D.1. Parmetros da regresso (holocelulose versus dens. bsica)..................................47 D.2. Anlise de varincia (ANOVA) da regresso........................................................47

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LISTA DE FIGURAS

2.1. Um fragmento de celulose. Projeo Haworth (BROWNING, 1963).....................17 2.2. Modelo de um dos tipos de estrutura qumica para lignina de conferas (BROWNING, 1963)......................................................................................................20 3.1. Seqncia de etapas de carbonizao dos blocos ....................................................27 4.1. Teor de lignina em funo da densidade bsica de cinco espcies lenhosas do cerrado do Centro-Oeste..................................................................................................32 4.2. Teor de lignina em funo da retrao volumtrica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste..............................................................................33 4.3. Teor de extrativos em funo da densidade bsica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste.............................................................................34 4.4. Teor de extrativos em funo da retrao volumtrica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste.............................................................................34 4.5. Teor de holocelulose em funo da densidade bsica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste.............................................................................35 4.6. Teor de holocelulose em funo da retrao volumtrica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste..............................................................35 4.7. Teor de lignina em funo do rendimento gravimtrico do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste..............................................................37 4.8. Teor de lignina em funo da densidade aparente do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste..............................................................38 4.9. Teor de extrativos em funo do rendimento gravimtrico do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste....................................................39 4.10. Teor de extrativos em funo da densidade aparente do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste.............................................................39 4.11. Teor de holocelulose em funo do rendimento gravimtrico do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste...................................................40 4.12. Teor de holocelulose em funo da densidade aparente do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro-Oeste............................................................40

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LISTA DE SMBOLOS

ABNT = Associao Brasileira de Normas Tcnicas g/mol = gramas por mol = ngstron oC = graus Celsius m

3 = metro cbico

kg/m3 = quilogramas por metro cbico m = metro

cm = centmetro

g = grama

mm = milmetro

nm = nanmetro

cm3 = centmetro cbico TAPPI = Technical Association of the Pulp and Paper Industry

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1. INTRODUO

Depois da Amaznia, o cerrado o segundo maior bioma do pas, ocupa uma rea de cerca de 2 milhes de km2, correspondendo a 23% do territrio brasileiro e representa 5% da biodiversidade do planeta, e a segunda maior regio biogeogrfica da Amrica do Sul. Localizado no Brasil Central, o cerrado bero das cabeceiras de rios sul-americanos de extrema importncia, como o So Francisco, Tocantins, Araguaia, Xingu, Tapajs e Paraguai. Entretanto, esse bioma j perdeu pelo menos a metade de sua paisagem original.

Pela notvel heterogeneidade de tipos de vegetao, o cerrado constitui um ecossistema muito diversificado e muito rico em espcies. Esse bioma apresenta pelo menos 6.500 espcies de flora lenhosa. Destas, quase 2.000 esto restritas apenas nas Matas de Galeria e Ciliares. Apresenta pelo menos 11 paisagens naturais, distribudas em florestas, savanas e campos. Sua biodiversidade to grande que pode ser comparada da Amaznia, embora tenha sido esquecido pela Constituio do Brasil de 1988, sendo o bioma menos protegido pela Legislao. (EMBRAPA, 2006).

Talvez devido ao aspecto tortuoso e spero de suas rvores cascudas, e a colorao cinzenta de suas folhas, o cerrado foi por muito tempo desprezado pela comunidade cientfica, que s tinha olhos para a Amaznia. Felizmente, no ltimo quarto do sculo XX cresceu o interesse por este importante bioma, cuja fauna e flora correm riscos de extino.

Neste contexto, a preservao, a extino de espcies, a agricultura familiar de subsistncia, a produo de carvo vegetal, as plantaes monoculturais, a pecuria, as queimadas, naturais ou programadas, enfim, todos os processos relacionados ao cerrado, sejam eles sociais, culturais, econmicos ou cientficos devem ser compreendidos e avaliados, para permitir o desenvolvimento sustentvel.

1.1. OBJETIVOS Considerando que preciso estudar este bioma em todas as suas possibilidades, este trabalho tem como objetivo principal analisar a influncia da composio qumica (holocelulose, lignina e extrativos) na densidade bsica, na contrao da madeira, nos rendimentos e densidade aparente do carvo vegetal.

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2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. QUMICA DA MADEIRA

Anlises qumicas elementares indicam que a madeira constituda, em base seca, de aproximadamente 50% de carbono, 6% de hidrognio e 44% de oxignio, sem considerar os traos de nitrognio e de outros elementos. Independente da espcie, diferenas genticas ou a idade, esta composio se mantm aproximadamente constante (PENEDO, 1980).

A separao dos componentes qumicos presentes na madeira extremamente difcil, por vrias razes:

So raros os reagentes especficos capazes de isolar cada um deles, seletivamente, sem modificar suas estruturas moleculares;

Os tipos e propores dos componentes nas paredes celulares no so ainda suficientemente conhecidos.

Quimicamente, a madeira melhor definida como um biopolmero tridimensional, formado por celulose, hemicelulose e lignina, e uma menor quantidade de extrativos e materiais inorgnicos. A substncia qumica mais abundante numa rvore viva a gua, mas na madeira em base seca, toda a parede celular da madeira formada por polmeros de acares (carboidratos, 65 a 75%), que so combinados com a lignina (18 a 35%) (ROWELL et al, 2005).

Assim, a madeira um material bastante heterogneo, cuja proporo aproximada de celulose, hemicelulose e lignina , respectivamente, 50:20:30. Os demais compostos da madeira, presentes em menor quantidade, so compostos de baixo peso molecular e so chamados de extrativos, sendo encontrados principalmente na casca, geralmente formados por terpenos, leos essenciais, resinas, fenis, taninos, graxas e corantes (PHILIPP, 1988).

2.1.1. Holocelulose

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A maior poro de carboidratos da madeira composta por polmeros de celulose e hemicelulose, com menor quantidade de outros acares. A combinao de celulose e hemicelulose chamada holocelulose.

2.1.2. Celulose

A celulose o polissacardeo mais abundante da natureza, e a molcula orgnica mais abundante da face da terra (ROWELL et al, 2005). Sua cadeia formada por unidades de -glicose (Figura 2.1), formando um polmero de alto peso molecular (300.000 a 500.000 g/mol). o principal componente da parede celular da fibra, com estrutura linear e constituda por um nico tipo de unidade de acar (PENEDO, 1980).

As cadeias de celulose nas paredes celulares das plantas so arranjadas compactamente, de modo que suas fibras apresentam regies nitidamente cristalinas, devido ao elevado nmero de ligaes de hidrognio que resulta na forte interao entre suas molculas, embora medidas de raios-X indicam que, a cada 600 de celulose cristalina, a estrutura apresenta regies amorfas (PENEDO, 1980). A figura 2.1 indica a formao da cadeia de celulose atravs da unio de unidades de -D-glicose:

MORAIS et al (2005). 2.1.3. Hemiceluloses

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Hemiceluloses tambm so polissacardeos, mas diferem da celulose por serem constitudas por vrios tipos de unidades de acares, alm de serem ramificados e presentes na madeira em menor grau de polimerizao (peso molecular entre 25.000 e 35.000 g/mol) envolvendo as fibras da celulose.

As hemiceluloses so intimamente relacionadas com a celulose e contribuem com os componentes estruturais da rvore. Algumas hemiceluloses esto presentes em grande quantidade quando a rvore est sob stresse. Por exemplo, a madeira comprimida tem uma grande quantidade de D-galactose (um tipo de hemicelulose) e lignina (ROWELL et al, 2005)

A principal diferena entre as hemiceluloses e a celulose deve-se ao fato de que as hemiceluloses apresentam vrias unidades de acares diferentes de cinco ou seis tomos de carbono. (SANTOS et al, 2001).

Assim, o termo hemicelulose no designa um composto qumico definido, mas sim uma classe de componentes polimricos presentes em vegetais fibrosos, possuindo, cada componente, propriedades peculiares. Como no caso da celulose e da lignina, o teor e a proporo dos diferentes componentes encontrados nas hemiceluloses de madeira variam grandemente com a espcie e, provavelmente, tambm de rvore para rvore (PHILIPP, 1988).

2.1.4. Lignina

A palavra lignina vem do latim lignum, que significa madeira. Foi introduzida por Schultz, em 1857, para designar o material que hoje se sabe ser o segundo mais abundante do reino vegetal, logo depois da celulose. As ligninas s no esto presentes em vegetais primitivos como fungos, algas e liquens no lignificados. Alm da proteo contra a ao de microorganismos, nas plantas vasculares, elas so responsveis pela resistncia mecnica, pelo transporte de nutrientes, gua e metablitos.

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As ligninas so molculas amorfas, altamente complexas, cujo polmero formado principalmente por unidades aromticas de fenilpropano, que considerada uma substncia incrustante (ROWELL et al, 2005).

Sendo um constituinte cuja abundncia na madeira pode variar de 15 a 30%, dependendo da espcie vegetal, as ligninas so obtidas em larga escala, em todo o mundo, como subproduto da indstria de polpao, cujo principal aproveitamento ainda como fonte de energia, pela queima, em caldeiras de recuperao.

Alguns esquemas estruturais foram propostos para ligninas de diferentes tipos de madeira: gimnospermas e angiospermas. Verificou-se que a partir desses estudos que, diferentemente da celulose e de outros polmeros naturais, as ligninas apresentam uma estrutura macromolecular cujas unidades monomricas no se repetem de modo regular. Alm do mais, estas ltimas encontram-se entrelaadas por diferentes tipos de ligaes qumicas (ROWELL et al, 2005).

A estrutura das ligninas pode ser diferente, dependendo de sua localizao no vegetal, havendo a contribuio de fatores topoqumicos, que influenciam em sua formao. Esses fatores podem afetar a quantidade relativa da ocorrncia e a estrutura das ligninas (ROWELL et al, 2005).

Existem diferentes tipos de preparao de ligninas. Nenhum deles permite obt-las como se encontram no vegetal, pois h sempre uma interferncia entre o procedimento de isolamento qumico e a estrutura das ligninas in situ. Um bom mtodo de isolamento deve eliminar os extrativos presentes na madeira e ser o mais brando possvel, para evitar alteraes drsticas na natureza qumica da lignina. H trs procedimentos bsicos para preparao de ligninas: por extrao, isolamento como resduo e como derivados (PIL et al, 1993).

Sua estrutura tridimensional explica a rigidez e a resistncia s foras de compresso, gerando uma estrutura resistente ao impacto, compresso e quebra ao conferir rigidez parede da clula e, ao agir como um agente permanente de ligao entre as clulas. Pelo decrscimo que causa na permeao de gua atravs das paredes das clulas dos tecidos condutores do xilema, a lignina tem uma atuao importante no intrincado transporte

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interno de gua, nutrientes e metablitos. Tecidos lignificados resistem ao ataque por microorganismos, impedindo a penetrao de enzimas destruidoras da parede celular (PHILIPP, 1988).

O termo lignina refere-se a uma mistura de substncias que tm composies qumicas semelhantes, mas de estruturas diferentes. As ligninas presentes nas paredes celulares das plantas esto sempre associadas com as hemiceluloses, no s atravs da interao fsica como tambm de ligaes covalentes (PHILIPP, 1988). A figura 2.2 mostra um modelo de um dos tipos de estrutura qumica para lignina de conferas:

Figura 2.2: Modelo de um dos tipos de estrutura qumica para lignina de conferas (BROWNING, 1963)

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2.1.5. Extrativos

Como o prprio nome j diz extrativos so substncias qumicas presentes na madeira que podem ser extrados usando solventes. Em alguns casos, os extrativos so classificados pelo tipo de solvente utilizado para extra-los. Centenas de extrativos tm sido identificados e em alguns casos sua presena e funo na rvore bem compreendido. Em outros casos, no muito claro porque esto presentes. Extrativos, como o breu (resina de pinheiro) e outras resinas, tm sido usados por sculos para impermeabilizar embarcaes de madeira, em tochas e como aglutinante. Eles tm tambm aplicaes na medicina, cosmticos, e como preservantes. Alguns dos extrativos presentes na madeira so precursores de outras substncias qumicas, alguns so formados em resposta a feridas, e alguns agem como parte de um mecanismo de defesa.

Os extrativos so compostos qumicos da parede celular, geralmente formados a partir de graxas, cidos graxos, lcoois graxos, fenis, terpenos, esterides, resinas cidas, resinas, ceras, e alguns outros tipos de compostos orgnicos. Estes compostos existem na forma de monmeros, dmeros e polmeros. Em geral, as conferas tm mais extrativos que as folhosas. A maioria dos extrativos, tanto nas conferas como nas folhosas, est localizada no cerne (heartwood) (sem considerar a casca), e alguns so responsveis pela cor, odor e durabilidade da madeira. A diferena qualitativa dos extrativos entre as espcies baseada na quimiotaxonomia (taxonomia baseada nos constituintes qumicos) (ROWELL et al, 2005).

Geralmente, a ocorrncia de extrativos maior na casca e menor no cerne, sendo desprezvel no alburno. Apesar do baixo teor de extrativos em relao aos demais componentes, sua presena pode influir na escolha da madeira para determinados fins, como os extrativos de cor ou volteis que do valor esttico ou os compostos aromticos que impedem o ataque da madeira por fungos e insetos; ou os taninos e resinas que interferem negativamente nos processos de hidrlise da madeira ou de produo da polpa.

2.2. A CASCA DA MADEIRA

A casca um tecido bastante complexo composto por duas zonas principais: a casca interna e a casca externa. A composio qumica da casca complexa, e varia de acordo com a espcie, e tambm quando se trata da casca interna ou externa. Anlises qumicas da

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casca para diferentes espcies indicam que seus compostos qumicos podem ser classificados em dois grupos principais: polissacardeos (celulose, hemicelulose e materiais pcticos); lignina e polifenis; hidroxicidos complexos (suberina); e os extrativos (graxas, leos, fitoesteris, resinas cidas, ceras, taninos, terpenos, flobafenos e flavonides).

Os mtodos de anlise de extrativos desenvolvidos para o estudo da madeira no podem ser aplicados casca diretamente. Existem vrios compostos na casca que no so encontrados na madeira, e que interferem nestes mtodos de anlise.

As hemiceluloses presentes na casca, na maioria dos casos, so similares quelas encontradas na madeira, com algumas variaes na composio (ROWELL et al, 2005).

2.3. CARVO VEGETAL

Quando a madeira submetida ao do calor em temperaturas relativamente elevadas, ela sofre um processo de transformao na qual todos os seus componentes so extensivamente modificados.

A madeira sofre um processo de carbonizao quando aquecida em presena de quantidades controladas de oxignio, em temperaturas acima de 3000C, desprendendo vapor de gua, lquidos orgnicos e gases no condensveis, ficando como resduo o carvo. A produo de carvo vegetal o mais antigo processo de transformao qumica para a utilizao da madeira (PENEDO, 1980).

Nos processos convencionais de carbonizao, onde existe presena controlada de ar, ocorre sempre a queima (pirlise) de uma parte da madeira a ser carbonizada. O calor gerado por esta queima o responsvel pela transformao do restante da madeira em carvo (PENEDO, 1980).

Existem processos de carbonizao industrial, no convencionais no Brasil, onde se faz a recuperao dos subprodutos (lquidos e gases). Os lquidos (alcatro, cido actico, metanol, etc), so utilizados aps serem beneficiados atravs de processos que exigem equipamentos relativamente sofisticados, enquanto os gases so recirculados e queimados,

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gerando diferentes formas de energia, sendo, no entanto, mais empregados na produo de calor (PENEDO, 1980).

So muitas as reaes qumicas que ocorrem durante o processo de carbonizao, as quais esto estreitamente relacionadas com a temperatura a que se submete a madeira (WENZEL, 1970).

Estudos indicam que, a partir da carbonizao de diferentes espcies de madeira, o teor de lignina na madeira tem uma sensvel influncia no rendimento gravimtrico em carvo, assim como no teor de carbono fixo (BRITO, 1977).

2.3.1. A densidade do carvo vegetal

A massa de 1,0 m3 de carvo vegetal chamada densidade do granel, dada por kg/m3, denominada pela ISO de bulk density. Normalmente, esse valor gira em torno de 300 kg/m3 para o carvo vegetal. Se a partir desta medida de volume diminuir-se o volume dos vazios existentes entre os vrios pedaos de carvo, sem considerar que os poros internos esto ocupados por ar, ter-se- a chamada densidade aparente. A densidade verdadeira a medida da densidade da substncia que compe o carvo vegetal, ou seja, a densidade aparente descontando-se o volume da porosidade interna. Deste modo, relacionando-se densidade verdadeira com a aparente, ter-se- a medida da porosidade do carvo (PENEDO, 1980).

2.4. CONTRAO DA MADEIRA

A madeira, quando seca abaixo do ponto de saturao das fibras, perde gua de adeso e sofre contrao. Este processo reversvel: se a gua entrar na estrutura da parede celular, a madeira entumece. Estas mudanas de dimenso so completamente reversveis quando se trata de pequenas peas. A retrao proporcional quantidade de gua removida da parede celular. A contrao longitudinal geralmente desconsiderada, por ser muito pequena; j a contrao tangencial costuma ser maior que a radial por um fator de 1,5 a 3,0 (BOWYER et al, 2003).

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2.5. DENSIDADE BSICA DA MADEIRA

A densidade uma das mais importantes e estudadas propriedades da madeira. A densidade est diretamente relacionada porosidade, que diretamente proporcional ao volume vazio dos poros (BOWYER et al, 2003).

A densidade bsica (specific gravity) da madeira pode ser definida como a massa seca por unidade de volume saturado, e expresso por kg m-3 (BOWYER et al, 2003).

3. MATERIAIS E MTODOS

3.1. ESPCIES DE MADEIRAS ESTUDADAS

A escolha das espcies lenhosas de cerrado para este trabalho foi definida com base no trabalho de VALE (2000), que estudou 47 espcies do cerrado para produo de energia e so relacionadas na Tabela 3.1.

TABELA 3.1 Nomes cientficos das espcies analisadas e suas respectivas famlias e nomes comuns.

NOME CIENTFICO

FAMLIA

NOME COMUM

Dalbergia miscolobium

Leg. Papilionoideae

Jacarand-do-cerrado

Pterodon pubescens

Leg. Papilionoideae

Sucupira branca

Sclerolobium paniculatum

Leg. Caesalpinoideae

Carvoeiro

Stryphnodendron adstringens

Leg. Mimosoideae

Barbatimo ou babatimo

Vochysia thyrsoidea

Vochysiaceae

Gomeira

As amostras foram coletadas na Fazenda gua Limpa - FAL, de propriedade da Universidade de Braslia, em rea de vegetao sensu strictu. A FAL est localizada a uma altitude de 1.100 metros entre as coordenadas 15o 56 14 S e 47o 46 08 W, e tem sido

21

utilizada como fazenda experimental e reserva ecolgica, compreendendo uma rea aproximada de 4.000 hectares.

Foram abatidas trs rvores (repeties) das cinco espcies (tratamentos) supracitadas; considerando a impossibilidade de determinar a idade de cada rvore, tomou-se como critrio de escolha o dimetro aproximado de 16 cm a 0,30m de altura do solo. A partir de cada rvore, nas posies de 0%, 25%, 50%, 75% e 100% da altura do tronco, foram retirados dois discos: um de 5 cm e outro de 10cm de espessura.

Os discos de 5,0 cm foram picados, modos, homogeneizados e classificados em peneiras de 40 mesh e utilizados para anlise qumica. Os discos de 10,0 cm de espessura foram cortados em blocos de 2,0 cm (face tangencial) x 3,0 cm (radial) x 5,0 cm (longitudinal), os quais foram utilizados para determinao da densidade bsica e das retraes, sendo em seguida carbonizados.

3.2. PROPRIEDADES FSICAS DA MADEIRA

3.2.1. Densidade bsica da madeira

A densidade bsica foi determinada de acordo com norma da ABNT NBR 6320 (MB26), e corresponde massa de madeira seca em relao ao seu volume saturado.

Os corpos de prova foram secos em estufa a 103,0 2,0oC e pesados em balana eletrnica com 0,01g de sensibilidade.

3.2.2. Retrao da madeira

As amostras foram as mesmas utilizadas na determinao da densidade bsica. Os corpos de prova foram medidos inicialmente aps o corte, ou seja, saturados; em seguida, foram colocados para secar em estufa a 103,0 2,0oC at a estabilizao da massa, onde foram resfriados em dessecador e mensurados novamente. Todas as medidas foram feitas com paqumetro digital marca Calkiper de 0,01 mm de sensibilidade.

22

3.3. ANLISE QUMICA

3.3.1. Extrativos e lignina

Os extrativos so compostos solveis em solventes orgnicos. A extrao feita base da mistura etanol-tolueno permite extrair carboidratos de baixo peso molecular, tais como: sais, cidos graxos, resinas, fotoesteris, hidrocarbonetos no volteis, e outros compostos solveis em gua (Norma TAPPI 204 om-88).

De acordo com a Norma TAPPI 257, foram utilizadas amostras de serragem classificadas em 40 mesh, cuja umidade foi determinada de acordo com a Norma TAPPI 264 om-88, em duplicata. A partir destas amostras de serragem, tomou-se aproximadamente 2,0 0,1g da amostra livre de umidade, que foram colocadas e taradas em cartucho de celulose, e posteriormente inseridas no extrator Soxhlet.

A Norma T264 om-88 estabelece que a madeira deva ser preparada para a anlise qumica. Esta preparao consiste em eliminar materiais solveis em solventes neutros e

que no so considerados parte da substncia madeira. Os principais compostos removidos so cidos graxos, algumas resinas, taninos, gomas, acares, amido e corantes. Como se trata de extrativos, a remoo destes compostos foi feita com extrator Soxhlet.

O produto da extrao, ou seja, uma mistura de solventes e extrativos foi evaporada a fim de remover os solventes; o resduo formado pelos extrativos totais, foi ento pesado.

As amostras uma vez livres de extrativos foram colocadas em estufa a 105,0 2,0oC at obterem massa constante (quando a diferena entre duas pesagens no ultrapassa 0,002 g) e em seguida foram submetidas analise somativa para determinao da lignina:

i) Lignina insolvel: tomou-se 0,3 0,0001g da amostra em tubo de ensaio, que foi submetido hidrlise com cido sulfrico a 30,0 1,0OC. Em seguida, a amostra foi autoclavada e filtrada, considerando-se o slido retido a lignina insolvel.

ii) Lignina solvel: o lquido remanescente da filtrao da lignina insolvel continha lignina solvel, e foi analisado em espectrofotmetro UV, cuja absorbncia foi medida a 205 nm, tendo o cido sulfrico a 4% como branco.

23

O teor de lignina total consiste na soma das fraes solvel e insolvel.

3.3.2. Holocelulose

A determinao da holocelulose pode ser obtida pela diferena da massa inicial da amostra livre de extrativos, subtrado o valor de lignina.

3.4. CARBONIZAO DA MADEIRA

A carbonizao foi realizada em forno eltrico, a uma temperatura mxima de 450 10C durante 2,5 horas (duas horas e trinta minutos). As amostras utilizadas para a determinao da densidade bsica e da contrao foram carbonizadas, utilizando para isso, tubos de ao numerados, de 5,0 cm de dimetro e 14,0 cm de comprimento onde foram inseridas as amostras de madeira em uma seqncia que facilitasse a identificao da amostra aps carbonizao, conforme a figura 3.1:

A B

C D

24

E F Figura 3.1.: Seqncia de etapas de carbonizao dos blocos (A: cilindros metlicos contendo as amostras em seqncia preestabelecida sendo colocados no cadinho; B: cadinho metlico com os cilindros; C e D:aps resfriados, os cilindros foram retirados e organizados de acordo com a seqncia prvia; E e F: as amostras foram dispostas de acordo com a seqncia para serem submetidos s anlises).

3.4.1. Qualidade do carvo vegetal

3.4.1.1. Rendimento gravimtrico do carvo vegetal

O rendimento gravimtrico do carvo foi determinado de acordo com a seguinte equao:

%100%0

%0

MMMC

Rg = (Equao 3.1)

Onde: Rg = rendimento gravimtrico (%); MC0% = massa de carvo a 0% de umidade (g); MM0% = massa de madeira a 0% de umidade (g).

3.4.1.2. Densidade aparente do caro vegetal

A densidade aparente do carvo vegetal foi obtida pela relao entre a massa e o volume de cada corpo de prova utilizando a expresso:

C

C

VM

Da = (Equao 3.2)

Onde: Da = densidade aparente do carvo vegetal (g/cm3)

25

MC = massa do carvo vegetal seco(g) VC = volume do carvo vegetal seco (cm3)

3.5. NORMAS UTILIZADAS

A Tabela 3.2 apresenta as normas das anlises realizadas.

TABELA 3.2 Anlises e respectivas normas utilizadas.

ANLISE

NORMA

Amostragem e preparao da madeira para anlise

TAPPI 257

Preparao da madeira para anlise (umidade)

TAPPI 264 om-88

Lignina

Anlise somativa (LAP 003 e 004)

Extrativos

TAPPI T 204 om 88

Holocelulose

Determinao por diferena

Densidade bsica e contrao

ABNT NBR 6320 (MB26)

Rendimento gravimtrico do carvo vegetal

Vide equao 3.1

Densidade aparente do carvo vegetal

Vide equao 3.2

A determinao da densidade bsica e da contrao e ainda a produo e anlise do carvo foram realizadas no Laboratrio de Propriedades Energticas da madeira, na FAL (Fazenda gua Limpa) e a composio qumica foi obtida no LPF (Laboratrio de Produtos Florestais - Servio Florestal Brasileiro, Braslia-DF)

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3.6. ANLISE ESTATSTICA

Foram realizadas as anlises de varincia, regresso e de correlao entre as variveis, no nvel de significncia de 1 e 5%.

4. RESULTADOS E DISCUSSO

A Tabela 4.1 apresenta os valores de F para as variveis estudadas e a Tabela 4.2 as mdias das variveis para as cinco espcies. A anlise de varincia mostrou haver diferena significativa ao nvel de 5% de probabilidade, entre os tratamentos para densidade bsica (Db), Retrao volumtrica (RV), teor de lignina (TL), teor de holocelulose (TH) e densidade aparente (Da). As mdias de teor de extrativos (TE) e rendimento gravimtrico (RG) foram iguais estatisticamente ao mesmo nvel de significncia. A tabela 4.1 indica os valores de F para as variveis estudadas, e a tabela 4.2 indica as mdias das variveis obtidas para as cinco espcies estudadas.

Tabela 4.1 Valores de F para as variveis estudadas Valores de F

FV GL Db RV TL TE TH RG Da

Tratamento 4 Resduo 10 39,46* 20,10* 23,86* 3,21ns 25,15* 2,72ns 14,41*

Total 14 * Significativo a 5% de probabilidade

Tabela 4.2. Mdias das variveis obtidas para as cinco espcies estudadas.

Madeira

Carvo vegetal Espcies

Db (g/cm3)

RV (%)

TL (%)

TE (%)

TH (%)

RG (%)

Da (g/cm3)

Pterodon pubescens 0,82a 19,45a 31,74a 6,94a 68,26 b 26,43a 0,37a Dalbergia miscolobium 0,80a 11,45 c 32,31a 8,23a 67,69 b 25,82a 0,43a Sclerolobium paniculatum 0,78a 12,24 c 31,42a 6,14a 68,58 b 27,87a 0,37a Stryphnodendron adstringens 0,61 b 11,01 c 27,78 b 8,27a 72,22a 28,67a 0,28 b Vochysia thyrsoidea 0,58 b 14,95 b 25,16 b 8,54a 74,84a 24,87a 0,28 b Obs.: Mdias seguidas pela mesma letra na coluna no diferem estatisticamente ao nvel de 5% de probabilidade (Db= densidade bsica; RV= retrao volumtrica; TL= teor de lignina; TE= teor de extrativos; TH= teor de holocelulose; RG= rendimento gravimtrico do carvo vegetal; Da= densidade aparente do carvo vegetal).

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Para a densidade bsica, o teor de lignina da madeira e a densidade aparente do carvo vegetal as cinco espcies dividiram-se em dois grupos, e dentro de cada grupo as mdias no diferiram estatisticamente ao nvel de 5% de probabilidade. O primeiro grupo foi formado com espcies de madeiras duras, ou seja, com densidade bsica acima de 0,70 g/cm3 e que apresentaram os maiores teores de lignina e as maiores densidades aparentes do carvo vegetal: Pterodon pubescens, Dalbergia miscolobium e Sclerolobium paniculatum, enquanto o segundo grupo foi formado pelas espcies com madeiras medianamente macias, ou seja, com densidade bsica entre 0,5 e 0,75 g/cm3 e com os menores teores de lignina, bem como menores densidades aparentes do carvo: Vochysia thirsoidea e Styphodendron adstringens.

VALE (2000) trabalhou com espcies da mesma rea e dimetros semelhantes, coletadas em 1998, portanto, mais novas que as amostras coletadas para este trabalho e encontrou os seguintes valores de densidade bsica (g/cm3): Pterodon pubescens: 0,73; Dalbergia miscolobium: 0,77; Sclerolobium paniculatum: 0,72; Vochysia thirsoidea: 0,49 e Styphodendron adstringens: 0,55. As maiores densidades encontradas no presente trabalho podem ser explicadas pela maior idade das espcies em relao ao trabalho citado.

A retrao volumtrica dividiu-se em trs grupos: um primeiro representado pela espcie Pterodon pubescens com a maior densidade bsica e a maior retrao, seguida de um segundo grupo representado pela Vochysia thyrsoidea com a segunda maior retrao, apesar de possuir a menor densidade bsica; e um terceiro grupo representado pelas espcies: Dalbergia miscolobium; Sclerolobium paniculatum e Stryphnodendron adstringens, uma das menores densidades e menores retraes volumtricas.

Como h uma relao inversa entre lignina e holocelulose, era de se esperar o comportamento do teor de holocelulose, que se dividiu em dois grupos, mas ao contrrio do comportamento da lignina, o primeiro grupo que corresponde quelas espcies de maior densidade bsica apresentou os menores teores de holocelulose: Pterodon pubescens, Dalbergia miscolobium, Sclerolobium paniculatum e um segundo grupo com os menores valores de densidade bsica e de holocelulose: Vochysia thyrsoidea e Stryphnodendron adstringens.

28

VALE et al (1996) encontrou para Dalbergia miscolobium e Sclerolobium paniculatum 35,49% e 36,80% de rendimento gravimtrico em carvo vegetal, respectivamente, valores estes superiores aos obtidos no presente trabalho para as mesmas espcies (25,82 e 27,87% respectivamente). Estas diferenas podem ser explicadas pela metodologia aplicada: enquanto VALE et al (1996) procederam carbonizao em 210 minutos, neste trabalho foram 150 minutos (2,5 horas), ambos a 45010oC. Se for considerada a taxa de aquecimento para ambos os estudos, VALE et al (1996) trabalharam a 2,14oC/min, e neste estudo a taxa de aquecimento foi de 3,0oC/min, o que justifica a diferena nos rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, uma vez que quanto maior a taxa de aquecimento, menor o rendimento gravimtrico e maior o rendimento em gases. Em outro trabalho, VALE et al (2001) obtiveram para Stryphnodendron adstringens e Pterodon pubescens rendimentos gravimtricos iguais a 39,42% e 33,55% respectivamente, cujas diferenas daqueles valores com os obtidos neste trabalho tambm se devem s mesmas diferenas de metodologia.

4.1. TEOR DE LIGNINA EM FUNO DA DENSIDADE BSICA DA MADEIRA

A figura 4.1 mostra o grfico da anlise de regresso entre o teor de lignina e a densidade bsica da madeira das cinco espcies lenhosas do cerrado.

29

24 26 28 30 32 340,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85 L = -0,21325 + 0,03126 DbR2 = 0,73

Teo

r de

lig

nin

a (%

) (L)

Densidade bsica da madeira (g/cm3) (Db)

Figura 4.1 Teor de lignina em funo da densidade bsica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro Oeste (R2 = coeficiente de determinao).

Uma madeira possui maior ou menor densidade, fundamentalmente, devido a quatro fatores: tamanho da clula, espessura da parede celular, interao entre estes dois fatores e a presena de extrativos.

No presente estudo, a densidade bsica das cinco espcies variou de 0,58g/cm3 a 0,82g/cm3, e este aumento foi acompanhado de um aumento significativo do teor de lignina, culminando em uma relao significativamente positiva, representado por uma equao linear com coeficiente de determinao de 0,73, conforme Figura 4.1. Em trabalho de PASTORE et al (1989), com espcies da Amaznia, observa-se resultados semelhantes.

Assim, possvel obter correlaes negativas ou nem haver correlao entre o teor de lignina e a densidade bsica. BRITO et al (1977) no encontrou correlao entre lignina e densidade bsica da madeira de dez espcies de eucalipto, cujas idades variaram de seis a dez anos. J TRUGILHO et al (1996) encontrou correlao negativa entre lignina e densidade bsica ao estudar Eucalyptus saligna, o que foi explicado pelo possvel fato de que as amostras estudadas serem jovens e o teor de lignina ainda no ter atingido a estabilidade.

30

4.2. TEOR DE LIGNINA EM FUNO DA RETRAO VOLUMTRICA

A figura 4.2 mostra o grfico da anlise de regresso entre o teor de lignina e a retrao volumtrica das cinco espcies estudadas.

8 10 12 14 16 18 20 22

24

26

28

30

32

34R = 0,084

Teo

r de

lig

nin

a (%

)

Retrao volumtrica (%)

Figura 4.2 Teor de lignina em funo da retrao volumtrica de cinco espcies lenhosas do cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

Para as cinco espcies estudadas verificou-se que o aumento do teor de lignina no influencia a retrao volumtrica, o que pode ser observado pelo baixo valor do coeficiente de correlao, embora haja uma tendncia de aumento da retrao com o aumento do teor de lignina.

4.3 TEOR DE EXTRATIVOS EM FUNA DA DENSIDADE BSICA E DA RETRAO VOLUMTRICA

As figuras 4.3 e 4.4 mostram os grficos de anlise de regresso entre o teor de extrativos x a densidade bsica e o teor de extrativos x a retrao volumtrica, respectivamente.

31

0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,855

6

7

8

9

10

11R = - 0,34

Teo

r de

ex

trativ

os

(%)

Densidade bsica da madeira (g/cm3)

8 10 12 14 16 18 20 225

6

7

8

9

10

11

R = - 0,25

Teor

de ex

trativ

os

(%)


Fig. 4.3. Teor de extrativos em funo da densidade bsica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

Fig. 4.4. Teor de extrativos em funo da retrao volumtrica da madeira de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

Para BOWYER et al (2003), quanto maior a densidade da madeira, maior a tendncia retrao. Isto pode ser explicado pelo fato de que madeiras com maior densidade tm mais compostos que formam a parede celular, e, portanto, mais gua de adeso. Entretanto, a presena de extrativos pode mascarar esta relao, que tende a diminuir o ponto de saturao das fibras. Madeiras com grandes quantidades de extrativos tendem a ser mais densas. A quantidade de extrativos em madeiras costuma variar em torno de 3 a mais de 30% do peso seco. No foi o caso do presente trabalho, onde se observa que no ter havido relao de causa e efeito entre densidade bsica e extrativos.

Para ambos os casos, os dados apresentaram-se muito dispersos, no havendo relao aparente entre o teor de extrativos e a retrao volumtrica e entre o teor de extrativos e a densidade bsica.

Para que seja possvel estabelecer algum tipo de relao neste sentido, preciso caracterizar todos os extrativos e quantific-los, o que no foi o objetivo deste trabalho. No obstante, sabe-se que a natureza e a quantidade dos teores de extrativos, relativos s substncias qumicas que os compem, variam entre espcies.

32

4.4. TEOR DE HOLOCELULOSE EM FUNO DA DENSIDADE BSICA E DA RETRAO VOLUMTRICA

As figuras 4.5 e 4.6 mostram os grficos das anlises de regresso para o teor de holocelulose x densidade bsica e o teor de holocelulose x retrao volumtrica, respectivamente.

0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,8566

68

70

72

74

76 Hol = 87,09485 - 23,47507 DbR2 = 0,73

Teo

r de

ho

loce

lulo

se (%

) (H

ol)

Densidade bsica (g/cm3) (Db)

8 10 12 14 16 18 20 2266

68

70

72

74

76 R = 0,0069

Teor

de ho

loce

lulo

se (%

)


Fig. 4.5. Teor de holocelulose em funo da densidade bsica da madeira de cinco espcies lenhosas do cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

Fig.4.6. Teor de holocelulose em funo da retrao volumtrica de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

Quanto maior o teor de lignina, menor ser o teor de holocelulose. Assim, tendo em vista a alta significncia entre o teor de lignina e a densidade bsica, de se esperar a relao inversa para a holocelulose, ou seja, quanto menor a quantidade de holocelulose, maior a densidade bsica, considerando os resultados deste trabalho. Neste caso, os dados apresentaram alta significncia.

TRUGILHO (1996) encontrou correlao positiva e significativa entre a densidade bsica de madeira de eucalipto e teor de holocelulose, sugerindo que madeiras mais densas possuam menores teores de lignina. Entretanto, no referido trabalho, as amostras foram coletadas de rvores com variao de 12 a 48 meses de idade, e os dados obtidos pelo autor (com madeira de eucalipto), indicam que um aumento da idade leva a um aumento da densidade e tambm da holocelulose, alm da diminuio da lignina.

33

Entretanto, esta afirmao no se aplica para as espcies estudadas neste trabalho, tendo em vista que a densidade bsica est relacionada composio qumica da parede celular, e nas cinco espcies aqui estudadas, a lignina aparece em quantidade suficiente para influenciar no valor desta varivel. H que se considerar ainda que as amostras deste trabalho tm idade bem maior que aquelas, e ainda de acordo com TRUGILHO (1996), as caractersticas qumicas da madeira esto sujeitas a grande variao na madeira juvenil, tendendo a valores mais estveis na madeira adulta, assim como a densidade bsica tende a diminuir sua taxa de incremento com a idade.

RIGATTO (2004), ao estudar Pinus taeda, utilizando cinco rvores (de idades aproximadamente iguais) por stio, a partir de oito stios com solos diferentes, concluiu que os atributos fsicos do solo tm grande influncia nas propriedades da madeira, entre elas a densidade bsica e o teor de holocelulose, assim como DIAS et al (2006), tambm ao estudar Pinnus Taeda provenientes de stios de crescimento mais elevado, apresentaram menores valores de densidade bsica, maiores teores de extrativos e lignina, assim como menores teores de holocelulose.

Assim como aconteceu para lignina no h relao significativa entre a holocelulose e a

retrao volumtrica.

4.5. TEOR DE LIGNINA EM FUNO DO RENDIMENTO GRAVIMTRICO EM CARVO VEGETAL

34

A figura 4.7 mostra o grfico da anlise de regresso entre o teor de lignina e o rendimento gravimtrico.

24 26 28 30 32

24

26

28

30

32

34R = 0,15

Teo

r de

lig

nin

a (%

)

Rendimento Gravimtrico (%)

Figura 4. 7 Teor de lignina em funo do rendimento gravimtrico de cinco espcies lenhosas de cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

O baixo coeficiente de correlao de 0,15 mostrou uma fraca correlao entre o teor de lignina e o rendimento gravimtrico; no obstante, o grfico sugere uma tendncia de aumento do rendimento gravimtrico com o aumento do teor de lignina.

Segundo BRITO & BARRICHELO (1977) o rendimento gravimtrico mais elevado para amostras com maiores teores de lignina, devido ao fato de que este componente fundamental da madeira mais resistente decomposio trmica, uma vez que sua estrutura bastante complexa.

PASTORE et al (1989), trabalhando com 20 espcies nativas da Amaznia, encontrou correlao positiva e significativa entre o teor de lignina mais extrativos e rendimento em carvo vegetal. Ao analisar os dados do trabalho destes autores, verifica-se que h uma correlao positiva entre densidade da madeira e teor de lignina mais extrativos, sugerindo

35

que o aumento da densidade bsica, quando associado ao aumento do teor de lignina, implica em maior rendimento em carvo.

Por outro lado BRITO & BARRICHELLO (1977), trabalhando com 10 espcies de eucaliptos, no encontraram correlao significativa entre teor de lignina e rendimento em carvo vegetal. A anlise dos dados destes autores indica no haver correlao significativa entre o teor de lignina e densidade da madeira, corroborando os resultados de PASTORE et al (1989).

Portanto, pode-se concluir que ao carbonizar madeiras cujo aumento da densidade bsica acompanhado de um aumento do teor de lignina, haver um aumento na produo de carvo vegetal. Se o aumento da densidade bsica da madeira acompanhado de um aumento do teor de holocelulose esta relao ser inversa, uma vez que praticamente toda a holocelulose tem degradao trmica entre 200 e 350C e o carvo vegetal produzido a temperaturas acima de 400C.

4.6. TEOR DE LIGNINA EM FUNO DA DENSIDADE APARENTE DO CARVO VEGETAL

A figura 4.8 mostra o grfico da anlise de regresso entre o teor de lignina e a densidade aparente do carvo vegetal.

0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

24

26

28

30

32

34

L = 17,04953 + 36,53224 DaR2 = 0,56Te

or

de lig

nin

a (%

) (L)

Densidade aparente (g/cm3) (Da)

Figura 4.8 Teor de lignina em funo da densidade aparente do carvo vegetal de cinco espcies lenhosas do cerrado do Centro Oeste (R2 = coeficiente de determinao).

36

A equao de regresso da figura 4.8 mostra uma relao linear e significativa a 1% de probabilidade, com um coeficiente de determinao de 0,56, mostrando que 56% da variao do teor da densidade aparente do carvo vegetal explicada pela variao nos teores de lignina. H uma relao direta entre a densidade aparente do carvo vegetal e a densidade bsica da madeira (BRITO et al (1977) e PASTORE et al (1989)). Este fato, somado relao direta entre teor de lignina e densidade bsica da madeira, encontrado neste trabalho (apresentado na figura 4.1), explica a relao direta entre densidade aparente e teor de lignina.

4.7. TEOR DE EXTRATIVOS EM FUNO DO RENDIMENTO GRAVIMTRICO E DENSIDADE APARENTE DO CARVO VEGETAL

As figuras 4.9 e 4.10 mostram os grficos das anlises de regresso para o teor de extrativos x rendimento gravimtrico em carvo vegetal e teor de extrativos x densidade aparente do carvo vegetal, respectivamente.

37

24 26 28 30 325

6

7

8

9

10

11R = - 0,25

Teor

de ext

rativ

os

(%)

Rendimento gravimtrico em carvo vegetal (%)

0,25 0,30 0,35 0,40 0,455

6

7

8

9

10

11

R = -0,16

Teor

de

ex

trativ

os (%

)

Densidade aparente do carvo vegetal (g/cm3)

Fig. 4.9. teor de extrativos em funo do rendimento gravimtrico em carvo vegetal de cinco espcies lenhosas do cerrado do Centro Oeste (R o coeficiente de correlao).

Fig. 4.10. teor de extrativos em funo da densidade aparente em carvo vegetal de espcies lenhosas do cerrado do Centro Oeste (R o coeficiente de correlao).

A Figura 4.9 mostra uma fraca correlao no significativa entre teor de extrativos e rendimento gravimtrico do carvo vegetal. BRITO & BARRICHELO (1977), encontraram uma correlao negativa entre o teor de extrativos e o rendimento gravimtrico do carvo vegetal, trabalhando com espcies de eucalipto.

H que se considerar que, durante o processo de carbonizao, os extrativos so rapidamente volatilizados, alm do fato de apresentarem quantidades muito pequenas em comparao com os outros componentes qumicos da madeira, o que pode explicar os resultados obtidos.

4.8. TEOR DE HOLOCELULOSE EM FUNO DO RENDIMENTO GRAVIMTRICO E DA DENSIDADE APARENTE DO CARVO VEGETAL

As figuras 4.11 e 4.12 mostram os grficos das anlises de regresso entre o teor de holocelulose x rendimento gravimtrico em carvo vegetal e teor de holocelulose x densidade aparente do carvo vegetal, respectivamente.

38

24 26 28 30 3266

68

70

72

74

76 R = - 0,15Te

or

de ho

loce

lulo

se (%

)

Rendimento gravimtrico (%)

0,25 0,30 0,35 0,40 0,4566

68

70

72

74

76Hol = 82,95047 - 36,53224 DaR2 = 0,56

Teor

de

ho

loce

lulo

se (%

) (Ho

l)

Densidade aparente (g/cm3) (Da)

Fig. 4.11. Teor de holocelulose em funo do rendimento gravimtrico de cinco espcies de cerrado do Centro Oeste (R = coeficiente de correlao).

Fig. 4.12. Teor de holocelulose em funo da densidade aparente do carvo vegetal de cinco espcies do cerrado do Centro Oeste (R2 = coeficiente de determinao).

Para as cinco espcies estudadas no foi possvel encontrar uma correlao significativa entre as variveis. VITAL et al (1994) encontraram uma correlao negativa entre o teor de holocelulose e o rendimento gravimtrico do carvo ao estudar Eucalyptus camaldulensis.

Embora aparentemente no haja correlao, a partir do grfico possvel identificar uma tendncia de diminuio do teor de holocelulose em funo do rendimento gravimtrico do carvo vegetal.

A relao entre o teor de holocelulose e a densidade aparente do carvo vegetal inversamente proporcional, com a equao e seus coeficientes significativos ao nvel de 1% de probabilidade.

Esta correlao negativa se deve ao fato de que, para as espcies estudadas, a densidade aparente do carvo vegetal diretamente proporcional ao teor de lignina, o que nos permite afirmar que o aumento da densidade bsica da madeira das cinco espcies se deve principalmente a uma maior quantidade do teor de lignina.

39

Em ambos os casos, esta tendncia de correlao negativa deriva do fato de que durante o processo de carbonizao, os carboidratos que compem as holocelulose so rapidamente decompostos, fazendo com que madeiras com elevados teores de holocelulose no apresentem bons rendimentos em carvo vegetal. Convm salientar que o processo inverso ocorre com a lignina.

5. CONCLUSES

Considerando os resultados obtidos, pode-se concluir que:

Das cinco espcies lenhosas do cerrado que foi objeto deste estudo, Dalbergia miscolobium foi a que apresentou a maior densidade, enquanto que a Vochysia thirsoidea apresentou o menor valor;

A densidade bsica das cinco espcies variou de 0,58 a 0,82 g/cm3, e este aumento foi acompanhado de um aumento significativo do teor de lignina, cujos dados forneceram uma correlao positiva;

O teor de lignina no apresentou correlao com a retrao volumtrica;

O teor de extrativos no apresentou correlao com a retrao volumtrica, nem tampouco com a densidade bsica;

Foi observada uma correlao negativa entre o teor de holocelulose e a densidade bsica;

Embora os dados no indiquem uma correlao entre o teor de lignina e o rendimento gravimtrico, a correlao encontrada entre lignina e a densidade aparente do carvo vegetal foi significativa;

Os resultados obtidos indicaram no haver correlao entre o teor de extrativos e o rendimento gravimtrico do carvo vegetal, nem tampouco entre o teor de extrativos e a densidade aparente do carvo vegetal;

O teor de holocelulose no apresentou correlao com o rendimento gravimtrico, embora os resultados indiquem uma tendncia de correlao negativa.

6. PERSPECTIVAS

40

Dando continuidade a este trabalho, pode-se fazer um estudo da composio dos extrativos totais, do teor de celulose e outros acares (caracterizao da hemicelulose), alm da possibilidade de ampliar o nmero de espcies estudadas.

41

APNDICES

APENDICE A

LIGNINA X DENSIDADE BSICA ANLISE ESTATSTICA DA FIGURA 4.1

Regresso linear Y = A + BX

42

Equao da reta:

L = -0,21325 + 0,03126Db (Eq. A.1)

Onde: L = teor de lignina (%) Db = densidade bsica da madeira (g/cm3) R2 = coeficiente de determinao (neste caso, 0,73)

Tabela A.1. Parmetros da regresso (lignina x densidade bsica)

parmetro valor erro Teste t Prob>|t| A -0,21324 0,15557 -1,37069 0,19368 B 0,03126 0,00522 5,99307

43

TEOR DE LIGNINA X DENSIDADE APARENTE DE CARVO VEGETAL - ANLISE ESTATISTICA DO GRFICO DA FIGURA 4.8

Regresso linear Y = A + BX Equao da reta:

L = 17,04953-36,53224Da (Equao B.1)

Onde: L = teor de lignina (%) Da = densidade aparente do carvo vegetal (g/cm3) R2 = coeficiente de determinao (neste caso, 0,56)

Tabela B.1. Parmetros da regresso (lignina x densidade aparente do carvo vegetal)

parmetro valor erro Teste t Prob>|t| A 17,04953 3,17106 5,3766 1,26099E-4 B 36,53224 9,04665 4,03821 0,00141

A e B so os coeficientes da equao indicada no grfico da figura 4.8 com suas respectivas significncias.

R

R-quadrado Adj. R-quadrado

Raiz MSE (SD)

N 0,74594 0,55642 0,5223 2,10562 15

Tabela B.2. Anlise de varincia (ANOVA) da regresso

Item Graus de liberdade

Soma dos quadrados

Significado

Teste F Modelo 1 72,29999 72,29999 16,30712

Erro 13 57,63739 4,43365 Total

14 129,93737

APNDICE C

44

TEOR DE HOLOCELULOSE X DENSIDADE APARENTE DO CARVO VEGETAL - ANLISE ESTATSTICA DA FIGURA 4.12

Regresso linear

Y = A + BX

Equao da reta:

Hol = 82,95047-36,53224Da (Equao C.1)

Onde: Hol = teor de holocelulose (%) Da = densidade aparente do carvo vegetal (g/cm3) R2 = coeficiente de determinao (neste caso 0,56)

Tabela C.1. Parmetros da regresso ( teor de holocelulose x densidade aparente do carvo vegetal)

parmetro valor erro Teste t Prob>|t| A 82,95047 3,17106 26,15858

45

APNDICE D

TEOR DE HOLOCELULOSE X DENSIDADE BSICA NALISE ESTATSTICA DO GRFICO 4.5

Regresso linear Y = A + BX

Equao da reta:

Hol = 87,09485 23,47507Db (Equao D.1)

Onde: Hol = teor de holocelulose (%) Db = densidade bsica da madeira (g/cm3) R2 = coeficiente de determinao (neste caso 0,73)

Tabela E.1. Parmetros da regresso (holocelulose x densidade bsica)

parmetro valor erro Teste t Prob>|t| A 87,09485 2,83361 30,73634

46

APNDICE E

ANOVA DENSIDADE BSICA

ANOVA Db

FV GL SQ QM F calculado F tabelado Trat. 4 0,16 0,039726667 39,46357616 3,4800 Res. 10 0,01 0,001006667 - - Total

14 0,17 - - -

F calc > Ftab: significativo a 5% 5 tratamentos e 3 repeties Ftab = 5x3 = 15-1=14 graus de liberdade 5t-1 = 4 graus de liberdade (tratamento) Ftab para 4 graus de liberdade de tratamentos e 10 graus de liberdade de resduo = 3,48

47

APNDICE F

ANOVA RETRAO VOLUMTRICA

FV GL SQ QM F calculado F tabelado Trat. 4 146,81 36,70361 20,10518 3,4800 Res. 10 18,26 1,82558 Total 14 165,07

Fcalc > Ftab: significativo a 5% Fcalc < Ftab: 5 tratamentos e 3 repeties Ftab = 5x3 = 15-1 = 14 graus de liberdade total 5t-1 = 4 graus de liberdade (tratamento) Ftab para 4 graus de liberdade de tratamento e 10 graus de liberdade de resduo = 3,48

48

APNDICE G

ANOVA TEOR DE LIGNINA



49

APNDICE H

ANOVA EXTRATIVOS

ANOVA extrativos



50

APNDICE I

ANOVA TEOR DE HOLOCELULOSE



51

APNDICE J

ANOVA RENDIMENTO GRAVIMTRICO DO CARVO VEGETAL



52

APNDICE L

ANOVA DENSIDADE APARENTE DO CARVO VEGETAL



53

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Revista da Madeira, n.59 ano 11 setembro de 2001(sem autor).