Tomografia de impulso para estimativa da densidade da madeira

Abstract

Há diversas técnicas que utilizam a passagem de ondas através da madeira para obtenção de informações. Dentre elas destaca-se a tomografia de árvores que reconstrói seções transversais de tronco e galhos. A tomografia de impulso, por sua vez, se baseia na cronometragem da viajem de ondas mecânicas sonoras entre sensores anexados em uma seção transversal da árvore, para cálculo da velocidade da onda e construção da imagem tomográfica. Sabe-se que a velocidade de passagem das ondas mecânicas é determinada pelas propriedades físico-mecânicas da madeira. Em especial: o módulo de elasticidade, a densidade e a umidade. Até o momento, há diversos estudos sobre a correlação entre a velocidade de onda (principalmente ultrassom) e o módulo de elasticidade. Os estudos apresentados a seguir se destacam por avaliar a correlação entre a velocidade de onda mecânica, obtida por tomografia de impulso, e a densidade da madeira, com vistas em utilizá-la como ferramenta na estimativa da densidade. Os diversos métodos consagrados para a determinação da densidade se caracterizam por utilizar amostras de madeira, que em muitos casos são de difícil obtenção. Além de serem executados procedimentos laboratoriais que podem levam até semanas. Dessa forma, no capítulo 2, ‘Conceitos físicos envolvidos na técnica de tomografia de impulso e a relação com a densidade aparente’, são feitas algumas considerações sobre os conceitos físicos que explicam o comportamento de ondas mecânicas e apresentada a correlação encontrada entre velocidade de onda mecânica e densidade aparente, a 12% de umidade da madeira, para três espécies de árvores de diferentes densidades (Schizolobium parahyba (Vell.) Blake - Guapuruvu, Eucalyptus saligna Sm. - Eucalipto, Caesalpinia echinata Lam. – Pau-Brasil). Os resultados foram bastante satisfatórios, visto que o coeficiente de determinação - R2 da equação geral ‘velocidade de onda mecânica a 12% = 514,89 * densidade aparente a 12% + 312,49’ foi igual a 0,9284, altamente significativo pelo teste F a 1%. No capítulo 3, ‘Tomografia de impulso para estimativa da densidade básica da madeira em árvores vivas’, são apresentados modelos estatísticos para estimativa da densidade básica da madeira em árvores vivas, por meio da velocidade de onda mecânica. Foram coletados dados a partir de árvores de 10 espécies nativas. As medidas de acurácia (coeficiente de determinação – R2, erro médio percentual – EMP, e erro aleatório – εi) permitem afirmar que os modelos são úteis.

There are several techniques which use the passage of waves through wood to obtain information. Among them the tomography of trees is emphasized, reconstructing cross sections of trunk and branches. The impulse tomography is based on the timing of mechanical sound wave travelling between sensors attached to a cross section of the tree, to compute wave speed and construction of the tomographic image. It is known that the speed of the passage of mechanical waves is determined by the phisical and mechanical properties of the wood. Specially, eslasticity module, density and moisture content. Until this moment, there are several studies about the correlation between wave speed (mainly ultrasound) and elasticity module. The studies presented next are highlighted because they evaluate the correlation between mechanical wave speed, obtained by impulse tomography, and wood density, with the intention to use it as a tool to estimate density. The several estabilished methods for determining wood density are characterized by using wood samples, in many cases, difficult to obtain. Besides being performed using laboratory procedures which may take even weeks. Therefore, in chapter 2, ‘Physical concepts involved in the impulse tomography method and the relationship with apparent density’, there are considerations about physical concepts that explain the behavior of mechanical waves and present the correlation found between mechanical wave speed and apparent density, with 12% moisture content of the wood, to three species of wood with different densities (Schizolobium parahyba (Vell.) Blake - Guapuruvu, Eucalyptus saligna Sm. - Eucalipto, Caesalpinia echinata Lam. – Pau-Brasil). The results were very satisfying, since the coeficient of determination - R2 the general equation ‘mechanical wave speed at 12% =514,89 * apparent density at 12% + 312,49’ was equal to 0,9284, highly significant regarding F test at 1%. In chapter 3, ‘Impulse tomography for the estimation of basic wood density of live trees’, statistical models for estimation are presented to estimate basic wood density in live trees, using mechanical wave speed. Data was collected from trees of 10 native species. The accuracy measurements (coeficient of determination – R2, mean percentual error – EMP, and random error– εi) ensure the utility of the models.