Estimation of the mechanical properties of wood from Eucalyptus urophylla using near infrared spectroscopy

Abstract

Mechanical properties studies of wood usually involve destructive wood assessments, with time-consuming tests that use large amounts of resource (wood). Although this is not a limiting factor, it could be attenuated by the use of a nondestructive technique known as near infrared spectroscopy (NIRS). This technique has been applied to evaluate compounds containing C-H, N-H, S-H or O-H bonds, and involves quick analyses and can be applied to process control tasks. The objective of this work is to use the NIRS technique to obtain calibrations for mechanical properties of Eucalyptus sp. wood. A natural E. urophylla hybrid at age 7 was used as obtained from V&M Florestal crops. Spectra were measured directly in solid wood (radial, tangential and transverse faces) and in ground wood, in diffuse reflectance mode, using a Bruker spectrometer in the 800 to 1,500 nm range. The NIRS technique proved suitable to estimate modulus of elasticity in solid wood, with values r=0.91 and RPD=2.6, and in ground wood, with values r=0.87 and RPD=2.0. Modulus of rupture and compressive strength presented r values below 0.9. First and second derivative pretreatments provided a slight increase in correlation values for the properties in question. Calibrations for different plank faces did not present a defined variation pattern. Solid wood and ground wood presented similar correlation values for all properties.

O estudo das propriedades mecânicas da madeira comumente é realizado por meio de uma avaliação destrutiva na madeira demandando um extenso tempo para realização dos testes e com grande uso de recursos (madeira). Esse fator, embora não seja limitante para a realização dos ensaios poderia ser amenizado com o uso de uma técnica não-destrutiva como a espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS). Essa técnica vem sendo aplicada na avaliação de compostos que contenham ligações C-H, N-H, S-H ou O-H, apresenta rapidez nas análises e pode ser aplicada no controle de processos. O objetivo, neste trabalho, foi utilizar a técnica NIRS para obter calibrações para as propriedades mecânicas da madeira de Eucalyptus sp. Foi utilizado um híbrido natural de E. urophylla com 7 anos, da empresa V&M Florestal. Os espectros foram medidos diretamente sobre madeira sólida (faces radial, tangencial e transversal) e moída, em modo de reflexão difusa, utilizando-se um espectrômetro Bruker na gama de 800 a 1500 nm. A técnica NIRS se mostrou adequada para estimar o módulo de elasticidade obtido na madeira sólida com r = 0,91 e RPD = 2,6 e moída com r = 0,87 e RPD=2,0. O módulo de ruptura e a resistência a compressão apresentaram r abaixo de 0,9. Os pré- tratamentos de primeira e segunda derivada proporcionaram um ligeiro aumento nos valores das correlações para as propriedades analisadas. Calibrações para as diferentes faces da madeira não apresentaram padrão de variação definido. Madeira sólida e moída apresentaram valores de correlação semelhantes para todas as propriedades.