O documento descreve o processo de refino de polpa celulósica em baixa consistência, incluindo configurações de estágios simples e múltiplos, controle de parâmetros como consistência, fluxo, recirculação, pressão e energia, e seu impacto na qualidade da polpa refinada.
4. Processo básico
Estágios múltiplos
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T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FCPe Ps
4
R2
Refinador
Amps ou
KWh
Pe Ps
5. Processo básico
Estágios paralelos
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T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC
5
R2
Refinador
Amps ou
KWh
Pe PsPsPe
FC
FC
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Controle de Consistência
A consistência é a quantidade, em peso seco, de material diluído em
uma solução aquosa. Geralmente dada em %.
Em medida em laboratório e também online, através de instrumentos
específicos.
Na medida em que se aumenta a consistência, a celulose desenvolve
grande capacidade de floculação.
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Controle de Consistência
Exemplo: deseja-se reduzir a consistência de refino de 5,5% para 4%. Qual
o novo setpoint de fluxo de água de diluição? Considere que a produção
no refinador é de 10 adt/h.
Q =
ଵ
ସ
−
ଵ
ହ,ହ
∗ 0,9 → Q = 25 − 18,18 ∗ 0,9
Q = 6,82 ∗ 0,9 → Q = 6,14 ݉3/ݐ݀ܣ
SP = 6,14 * 10 = 61,4 m3/h.
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Controle de Fluxo
Cada refinador possui uma característica de fluxo mínimo, médio e
máximo.
O fluxo é controlado na saída do refinador.
Normalmente medido em litros/min (LPM) ou metros cúbicos por hora
(m3/h).
No caso em operação abaixo do fluxo mínimo recomendado, utiliza-se
recirculação.
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Recirculação
É o retorno de parte do fluxo de saída do refinador de volta a entrada.
Tem como objetivo garantir um fluxo mínimo para o equipamento,
maior estabilidade do gap, melhor colchão de fibras e maior energia
aplicada por passe.
Quando feito sem critério, pode gastar mais energia sem benefício para
a fibra.
Geralmente recircula-se de 0 – 25%. Em alguns nota-se até 50% de
recirculação.
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Controle de Gap
O gap é a distância entre os discos de refinação.
É definido pelo mecanismo de ajuste eletromecânico, conforme a
necessidade de energia a ser transferida.
O gap não é medido diretamente. Os refinadores possuem uma régua
de leitura da posição do rotor, que acompanha o desgaste dos discos
durante sua vida útil.
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Cálculo de produção
A fibra 100% seca é dada como ODT ou BDT. Over-dried ton ou Bone-
dried ton.
Entretanto, uma fibra 100% seca ao ser colocada em temperatura
ambiente absorve 10% de água naturalmente. Obtém-se assim a
tonelada seca ao ar, ou ADT (air-dried ton), que é 90% fibra + 10% água.
A produção no refinador, com 0% de recirculação, é dada por:
Produção = Fluxo (m3/h) x Consistência (%)
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19. CONTROLE DE PRESSÃO
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T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FC
19
Pe Ps
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Controle de Pressão
O refinador é alimentado através de uma bomba centrífuga, a uma
determinada pressão (1 – 3,5 bar).
A pressão de alimentação é controlada pela válvula de recirculação
(alívio), que retorna o fluxo de alimentação para o tanque de massa
não-refinada.
O ∆P (diferencial de pressão) é a diferença entre pressão de entrada e
saída do refinador. Geralmente 1 – 1,5 bar de incremento.
Quanto menor o ∆P, maior o desgaste do discos, e consequentemente,
menor a capacidade de bombeamento.
Um diferencial de pressão assegura um gap estável entre os discos,
evitando desgaste prematuro, e corte de fibras.
∆P = Pa - Pb
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21. CONTROLE DE ENERGIA
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T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FCPe Ps
Amps ou
KWh
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Controle de Energia
O refinador é uma máquina que transforma energia elétrica em
mecânica, agindo em movimentos de compressão/descompressão aos
flocos de fibra, resultando em alterações morfológicas.
A energia é geralmente medida em corrente elétrica (A, ampéres), ou
kWh/t (quilowatt-hora por tonelada de fibra).
Controle de corrente: mantém se corrente fixa, apesar das variações de
fluxo e consistência. É um controle tradicional, simples e barato,
porém, não permite variações de qualidade.
Controle de energia específica: ajusta a carga do motor conforme as
variações de produção (fluxo x consistência), a fim de manter a
estabilidade do resultado do refino.
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Controle de Energia
ܵܥܧ =
ܲݐê݊ܿ݅ܽ ݎݐ݉ ݀ ݈ܽݐݐ − ݈݊݀ܽ
ܲݑ݀ݎçã
SEC: Specific Energy Consumption, ou potência específica consumida, em
kWh/ton.
Potência total do motor: potência total medida, em kWh.
No-load: perdas do refinador quando trabalhando em vazio. Com os
discos ainda abertos, circula-se polpa entre eles e verifica-se a potência
do motor, em kWh.
Produção: fluxo x consistência, em ton/h.
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Controle de Energia
Cada tipo de fibra possui uma demanda específica de energia. Valores
muito altos podem destruir a fibra, e muito baixo podem apenas
desperdiçar energia, sem nenhum resultado.
A energia específica por estágio (passe) pode variar entre 30 – 50 kWh/t
até 120 – 150 kWh/t).
O no-load é resultado de vários fatores, sendo os principais a
velocidade do refinador e o diâmetro dos discos. Varia de 20 – 30% da
potência do motor até 40% em alguns casos.
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Controle de Grau de Refino
É uma correlação com o grau de
drenabilidade da polpa. Quando maior a
capacidade de drenagem, menor foi a ação
do refino, e vice-versa.
A medição é feita através instrumentos de
laboratório, ou online.
O resultado é dado em Canadian Standard
of Freeness (CSF) ou grau Schopper-
Riegler (SR). Uma unidade é inversa da
outra.
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Controle de Qualidade
O resultado final da refinação é uma polpa com características ótimas
para a produção de um determinado papel. As características podem
ser:
Físicas: tração, rasgo, estouro, arrebentamemto, elongação,
delaminação, Scott Bond.
Superficiais: porosidade, rugosidade, fiber puffing.
Óticas: opacidade, espalhamento de luz.
Morfológicas e anatômicas: coarseness, kink, curl.
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Exercício 2
O refinador está trabalhando com um fluxo de 100 m3/h e consistência
da massa em 6%. Deseja-se reduzir a consistência para 5%.
Considerando que a água de diluição não possui fibras (finos), qual o
novo valor do fluxo de água de diluição para atingir a consistência
desejada?
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Exercício 4
O motor do refinador indica uma potência de 600 kWh. A vazão era de
180 m3/h, e passou para 220 m3/h devido a uma troca de gramatura do
papel. A consistência de refino permaneceu a mesma, assim como a
carga do motor.
Pergunta: quais os valores de energia específica antes e depois da
variação de vazão de massa?
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