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UFPR – DETF Química da Madeira
MADEIRA - Material heterogêneo
Prof. Dr. Umberto Klock
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UFPR – Curso de Engenharia Florestal AT078 Química da Madeira
Introdução a disciplina
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Produtos madeireiros
Produtos não madeireiros
SILVICULTURA
Resinas, ceras óleos essenciais, sementes frutas, mel. Painéis
industriali-zados
Madeira sólida
Celulose
Lenha
Carvão vegetal
Sementes e mudas
Fertilizantes e defensivos
Máquinas e equipamentos
Prestadores de serviços
Indústria química, farmacêutica, alimentícia, etc.
Consumo industrial
Consumo doméstico
Siderurgia
Forjas artesanais
Consumo doméstico
Indústria de papel
Outros usos.
Compensados/ laminados
Painéis reconstituídos: MDF, aglomerados, chapas de fibras
Madeira serrada
Madeira tratada
Outros usos
Usinas integradas
Ferro gusa
Ferro ligas
Construção civil
Móveis
PMVA
Imprimir, escrita, tissue Embalagens Gráficos
Móveis
CADEIA PRODUTIVA DA MADEIRA
PMVA
Const. civil. Automobilis-tica
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Angiospermas
7 Classes, incluindo
Coníferas – fibras longas Monocotiledôneas
(palmáceas, gramíneas)
Dicotiledôneas
(folhosas fibras curtas)
Gimnospermas
Plantas Superiores
Plantas Produtoras de Madeira
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Existem fortes evidências para acreditarmos que as plantas tiveram sua origem a partir das algas
verdes ou Clorofíceas.
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Classificação dos Vegetais (ex.)
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Reino Vegetal Vegetal
Filo ou divisão Gimnosperma Angiosperma
Classe Coniferopsida Dicotyledoneae
Ordem Conifereae Myrtales
Família Pinaceae Myrtaceae
Gênero Pinus Eucalyptus
Espécie ellitottii grandis
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Gimnospermas
•Termo originado do grego:
•gymnos=nua
•sperma=semente
•Softwood ou coníferas.
•Coníferas:Pinus,Picea,Tsuga,Pseudotsuga,Sequoia,Metasequoia,Juniperus,Cupressus,Abies,Taxus,Taxodium,
•Outras:Gingkobiloba,Cycas,Gnetum,Ephedra,
Welwitschia
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Gimnospermas estimativa de espécies
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Gimnospermas : 831
Pinaceae : 220 Outras Coníferas : 400 Gnetophyta : 80 Ginkgophyta : 1 Cycadophyta : 130
Apenas 3 coníferas nativas no Brasil: •Araucaria angustifolia •Podocarpus lambertii •Podocarpus selowii
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Coníferas
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Ex.: Araucaria angustifolia
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Ex. : Pinus taeda
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Floresta de Pinus
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Madeira de coníferas (ex.)
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Angiospermas
Termo originado do grego;
•angios= urna ou recipiente
•sperma = semente
•Hardwood ou folhosas.
• Cerca de 235.000 espécies, que variam em tamanho, desde espécies de Eucalyptus com mais de 100m de altura e 20m de circunferência, até algumas monocotiledôneas flutuantes simples, que medem até 1mm de comprimento.
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Angiospermas • Angiospermaes : 254.247
– Monocotiledoneas : 70.000 – Dicotiledoneas : 184.247
• Eudicotyledoneae 175.000 • Chloranthaceae : 70 • Ceratophyllaceae : 6 • Magnoliidae : 9.000 • Austrobaileyales : 100 • Nymphaeaceae : 70 • Amborellaceae : 1
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Angiospermas
• As angiospermas incluem duas classes:
Monocotiledôneas: planta cujo embrião tem um cotilédone; incluem gramíneas, lírios, antúrios e palmeiras;
Dicotiledôneas: plantas cujo embrião tem dois cotilédones; incluem árvores e arbustos, além de ervas.
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Ex.: Swietenia macrophylla
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Mogno
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Ex. : Cedrela fissilis
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Cedro
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Floresta de Eucalyptus - Sementes
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Floresta de Eucalyptus - Clones
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O Gênero Eucalyptus
Abrangia mais de 500 espécies
Estudo dos biólogos australianos Ken Hill e Lawrie Johnson:
Exatamente 113 espécies no gênero Eucalyptus
Novo gênero Corymbia
Eucalyptus citriodora Corymbia citriodora
Eucalyptus maculata Corymbia maculata
Eucalyptus torreliana Corymbia torreliana
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Madeira de folhosas (ex.)
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MADEIRA : UM MATERIAL HETEROGÊNEO
• Diferentes espécies de árvores apresentam diferente composição celular (anatomia);
• Variação dentro das espécies (devido a fatores genéticos e ambientais);
• Variação dentro da árvore (relacionado a posição na árvore)
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Estrutura do Tronco de Madeira
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Estrutura do Tronco da Árvore
Cortex ou casca
Floema
Câmbio
Alburno
Cerne
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Tronco de Madeira: Casca - Alburno - Cerne
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Toras de Eucalyptus para Celulose
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Cerne e alburno
A proporção de cerne e alburno varia dentro da própria árvore e, além de outros fatores, depende da espécie, idade, sítio, solo e clima.
As principais diferenças entre cerne e alburno:
- O cerne apresenta cor mais escura;
- O cerne apresenta menor teor de umidade;
- O cerne é mais resistente e mais impermeável.
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Câmbio
Entre o alburno (xilema) e a casca interna (floema) encontra-se uma camada de células denominada “câmbio”. É constituído por células meristemáticas secundárias, que ao se dividirem, internamente são responsáveis pelo crescimento do caule em diâmetro e pela formação da casca (externamente).
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Casca
A casca é constituída de duas camadas:
Uma camada mais interna, fina, fisiologicamente ativa, de cor clara, que conduz a seiva elaborada, denominada casca interna ou floema.
A mais externa, composta de tecido morto, denominada casca externa, ritidoma ou cortex, tem a função de proteger os tecidos vivos da árvore contra o ressecamento, ataque de microorganismos e insetos, injúrias mecânicas e variações climáticas.
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Movimentação de Líquidos no Tronco
Fonte: LOPES, 1984
Caule/tronco
Seiva Bruta
Seiva Elaborada
Raiz
Absorção
Fotossíntese
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Movimentação de Líquidos no Tronco
As substâncias retiradas do solo pelas raízes (água e sais minerais) ascendem na forma de seiva bruta pelo alburno.
Ao atingir as partes do vegetal que possuem clorofila, principalmente nas folhas, são transformadas pelo processo da fotossíntese em substâncias nutritivas (carboidratos), que descem pelas regiões internas da casca (floema)
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Anelamento em Eucalyptus
Anelamento (1-2cm) – Aplicar stress mas não matar a árvore
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Resposta da Árvore ao Anelamento (Eucalyptus)
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FUNÇÕES DAS CÉLULAS DE FOLHOSAS
• CONDUÇÃO DE ÁGUA
• ELEMENTOS DE VASOS
( Em geral 0,2 a 1,0 mm de comprimento)
• SUSTENTAÇÃO
• FIBRAS e FIBROTRAQUEÓIDES( 1 a 2mm de comprimento)
• ARMAZENAMENTO
• PARÊNQUIMA - RAIOS E AXIAL (0,1 a 0,3mm de comprimento)
• SECREÇÃO
• Células epiteliais (canais gomíferos) • Os raios variam de pequenos a grandes
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COMPOSIÇÃO CELULAR DE FOLHOSAS
• VASOS - 7 a 55%
• FIBRAS (libriformes - fibrotraqueóides) - 26 a 56%
• PARÊNQUIMA RADIAL - 5 a 25%
• PARÊNQUIMA AXIAL - 0 a 23%
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FUNÇÕES DAS CÉLULAS DE CONÍFERAS
• CONDUÇÃO:
• TRAQUEÓIDES DE LENHO INICIAL
• SUSTENTAÇÃO
• TRAQUEÓIDES DE LENHO TARDIO
• ARMAZENAGEM
• PARÊNQUIMA RADIAL
• SECREÇÃO
• CÉLULAS EPITELIAIS
• Os raios de coníferas são geralmente estreitos, com uma ou duas células de largura
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FUNÇÕES DAS CÉLULAS DE CONÍFERAS
Traqueóides de lenho inicial e tardio.
A – pontoações areoladas entre traqueóides;
B – pontoações areoladas entre traqueóide axial e radial;
C – pontoações pinóides entre traqueóide e raio parenquimático.
LI LT
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Traqueóides ou traqueídes
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40
Composição Volumétrica, %
Constituintes da Madeira Coníferas Folhosas
Traqueóides longitudinais 90-95% 0%
Vasos 0% 7 – 55%
Fibras 0% 27 – 76%
Parênquima radial 5-10% 5 – 25%
Parênquima axial 0 – 1% 0 – 23%
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(a) - traquóide de conífera (b, d, e) - elementos de vasos (c) - fibra libriforme de folhosas
Células da Madeira de Folhosas e Conífera
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Crescimento Apical do Tronco de Pinus
a – Promeristema
b – Medula
c – Câmbio
PANSHING & ZEEUW
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Crescimento do Tronco em Diâmetro
HAYGREEN & BOWYER
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Desenvolvimento do Tronco da Árvore
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Planos Transversal, Tangencial e Radial do Tronco
Seção Transversal
Seção Radial
Seção Tangencial KOLLMANN & CÔTÉ
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Planos de corte direção de crescimento
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Coníferas – Araucaria angustifolia adulta
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Coníferas
• A madeira de coníferas não é necessariamente de baixa densidade, na maioria das espécies a densidade varia entre 280 a 700 kg/m3.
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49
Microfotografia de Modelos de Estrutura Anatômica da Madeira de Conífera
Raio
Lenho Tardio
Lenho Inicial
Traqueídeo
Canal de Resina
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Madeira Adulta
Massa específica alta Traqueóides longos Paredes celulares espessas Alta porcentagem de lenho tardio Baixa porcentagem de grã espiralada Baixa porcentagem de nós Maior porcentagem de celulose Baixa porcentagem de lenho de compressão Maior contração transversal Menor ângulo microfibrilar Maior resistência mecânica
Madeira Juvenil
Baixa massa específica Traqueóides curtos Paredes celulares delgadas Baixa porcentagem de lenho tardio Alta porcentagem de grã espiralada Alta porcentagem de nós Menor porcentagem de celulose Alta porcentagem de lenho de compressão Menor contração transversal Menor resistência mecânica Maior ângulo microfibrilar
Madeira Juvenil/Adulta
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Porcentagem de lenho tardio/inicial
Pinus maximinoi Pinus taeda
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52
Lenho Inicial e Tardio – Anel de Crescimento
Seção transversal
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• Cortes anatômicos
• Macerado CONÍFERAS
x r t
Canal de resina
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54
Madeira de Coníferas - resumo
• Madeira macia – Softwood
• Estrutura anatômica mais simples
• Fibras longas: 3-6mm
• Traqueídeos e Parênquimas
• Constituição Volumétrica: 90-95% traqueídeos
5-10% parênquimas
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Madeiras de Coníferas
55
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Folhosas
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Folhosas
• A madeira de folhosas não é necessariamente de alta densidade, esta varia de baixa a alta.
(200 a 1300 kg/m3).
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58
Microfotografia de Modelo de Estrutura Anatômica de Madeira de Folhosa cont EF
Poro
Vaso
Anel de Crescimento
Raio
Raio
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59
Vistas anatômicas de Eucalyptus saligna
transversal tangencial radial
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Fibras e Vasos de Eucalyptus
60
Foelkel – Viçosa 2003
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Textura
• A diferença entre lenho inicial e tardio afeta a textura da
madeira. • Folhosas com porosidade
difusa - 1
• textura uniforme
• Folhosas com porosidade em anel - 2 -textura desuniforme
1 2
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Elementos de vaso
• Elementos de vaso grandes podem afetar a qualidade superficial do papel, soltando-se durante a impressão litográfica.
Elemento de vaso do lenho inicail de carvalho
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Polpas maceradas de folhosas
F - fibra V - vaso
EW - elemento de vaso lenho inicial
LW - elemento de vaso lenho tardio
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64
Madeira de Folhosas - resumo
• Madeira mais dura - Hardwood
• Maioria das madeiras nativas brasileiras
• Vegetais mais evoluídos
• Estrutura anatômica complexa
• Fibras curtas: 0,5 a 1,5mm
• Constituição Volumétrica: Fibras – 60%
Parênquimas – 20%
Vasos – 20%
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Coníferas - Pontoações
Visão geral das pontoações areoladas, corte radial
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66
Tipos de Pontoações da Fibra
BURGER & RICHTER
Simples Areolada
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67
Pontoação areolada – Pinus strobus
to – torus
ma - margo
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68
Membrana da Pontoação - Margo e Torus
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Pontoações Araucaria angustifolia
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Campos de cruzamento exemplos
Tipo Fenestriforme Tipo Pinóide (corte Lâmina) (Fotomicrografia)
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Aspectos para a Identificação de Elementos celulares de folhosas
• Nos elementos de vaso, principalmente:
• Tipo de placa de perfuração (aberturas relativamente grandes nas extremidades que conectam os elementos de vaso).
• Pontuações entre elementos de vaso - disposição e tamanho.
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72
Elemento de Vaso e Fibras - Eucalyptus
Aumento: 500X
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Placas de perfuração
• São as aberturas nas extremidades dos elementos de vaso.
• Placa de Perfuração simples
- apresentam-se com abertura circular simples ou eliptica.
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74
Placas de Perfuração dos Elementos de Vasos
Foraminada Simples Escalariforme
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Placa de perfuração escalariforme
• Apresentam uma série de aberturas alongadas e paralelas separadas por uma ou várias barras.
• Aparentemente sugerem um impedimento à passagem de líquido entre os elementos de vasos.
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Arranjo das pontoações intervasculares
ALTERNAS
OPOSTAS
ESCALARIFORME
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Outros aspectos para a Identificação de Elementos celulares de folhosas
• Pontoações elemento de vaso-parênquima: tamanho, similaridade com pontoações vaso-vaso.
• Dimensões de elementos de vaso e fibras (comprimento e largura)
• Ocorrência de espessamentos nas paredes celulares?
• Fibras com pontoações ou não?
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Arranjo das pontoações vaso-parênquima
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79
Anormalidades da Madeira
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Características que afetam as propriedades da madeira
• Nós
• Tiloses em madeira de folhosas;
• Teor de extrativos (quantidade e tipo);
• Lenho de reação, que apresenta alterações em relação ao lenho normal.
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81
Nó é a porção basal de um ramo que se encontra embebida no tronco de madeira, provocando na sua vizinhança desvios ou a descontinuidade dos tecidos lenhosos.
Fonte: DEF/UFV
Nós
Os nós podem ser vivos ou mortos.
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82
Formação de Nós na Madeira
HAYGREEN & BOWYER
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83
Formação de Tilose no Lume de Vasos
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TILOSES
• Expansão da parede celular de célula de parênquima adjacente a um elemento de vaso, através da abertura de uma pontoação, bloqueando parcial ou totalmente o lume do vaso.
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Efeito dos tilos na madeira
• Fechamento dos vasos causando baixa permeabilidade da madeira;
• Se abundante, dificulta a secagem, a impregnação com produto de preservação ou de estabilização dimensional da madeira,
• Diculta a impregnação de licor de cozimento na obtenção de polpas celulósicas.
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86
Presença de Tilose no Cerne de
Eucalyptus – 200X
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87
Presença de Tilose no Cerne de
Eucalyptus – 500X
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EXTRATIVOS NO CERNE
• Os efeitos podem ser:
• Coloração da madeira;
• Revestem as paredes celulares e passagens de água;
• Diminuem a permeabilidade;
• Reação com colas e tintas de acabamento.
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Ocorrência de lenho de Reação
• É um fenômeno natural: as árvores formam madeira com células de paredes alteradas quando é flexionada, ou cresce em terreno em declive, ou ainda sem razão aparente;
• A função é corrigir a curvatura, manter o tronco na vertical, também ocorre em galhos, mantendo os seus ângulos.
• Em folhosas é formado na parte superior dos galhos ou na parte que é tracionada - Lenho de Tração ou Tensão.
• Em coníferas é formado na partes inferior dos galhos ou na porção que é
comprimida - Lenho de Compressão.
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90
Normal Quebrada
Arrancada
Curvada TombadaInclinada
Árvores Afetadas pelos Ventos
ROSADO, M.A. – Lato Sensu, UFV2006
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Lenho de Reação
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92
Madeira de Tração em Folhosa
HAYGREEN & BOYER
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93
Efeito de Ventos em Floresta de Eucalyptus – Vale Paraíba, SP
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LENHO DE REAÇÃO
Lenho de tração – folhosas / Lenho de compressão - coníferas
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Madeira Anormal - Compressão
Madeira de Compressão (coníferas) - Parte inferior troncos inclinados e de galhos
- Traqueóides menores
- Formato circular dos traqueóides (transversal)
- Espaços intercelulares
- Parede mais espessa
- Densidade mais elevada
- Mais lignina e menos celulose
- Polpa de celulose mais escura
- Menor rendimento de polpação
- Branqueamento mais difícil
- Propriedades inferiores de resistências da polpa
95
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96
NORMAL
COMPRESSÃO
Fibras circulares, espaços interfibras e fissuras helicoidais
Madeira Normal e de Compressão
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Madeira Anormal - Tração
Madeira de Tração (folhosas) - Parte superior troncos inclinados e de galhos
- Camada gelatinosa após S3
- Mais celulose e menos lignina
- Maior rendimento
- Mais galactanas e menos xilanas
- Vasos menores e menos frequentes
- Densidade mais elevada
- Propriedades resistência inferiores
97
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98
Madeira Eucalyptus
Normal - Tração
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folhosas coníferas
LENHO DE REAÇÃO
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Material Inorgânico
Cristais
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EX.01 – PARA RESPONDER E ENTREGAR
1. Função das células em coníferas e folhosas.
2. Cite 5 diferenças entre a madeira juvenil e adulta?
3. O que é pontoação? Cite os tipos.
4. Diferencie cerne de alburno?
5. Qual a importância do câmbio?
6. Tilose – faça o esquema.
7. Cite diferenças entre o lenho de reação de coníferas e folhosas.